冲压3(打印)

第3章冲裁工艺设计·1··1·3冲裁工艺本课程的重点章节本章内容：冲裁变形过程分析、冲裁件质量及影响因素、间隙确定、刃口尺寸计算原则和方法、排样设计、冲裁力与压力中心计算、冲裁工艺性分析与工艺方案制定、冲裁典型结构、零部件设计等。本章难点：冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素、刃口尺寸计算原则和方法、模具结构设计等。冲裁——利用模具使板料的一部分沿一定的轮廓形状与另一部分产生分离以获得制件的工序。分为冲孔与落料。(a)落料(b)冲孔图3.1垫圈的落料与冲孔3.1冲裁工艺设计基础3.1.1冲裁变形原理第3章冲裁工艺设计·2··2·图3.2简单冲裁模变形过程：大致可分为三个阶段(a)弹性变形阶段(b)塑性变形阶段(c)分离阶段顺图3.3板料冲裁过程弹性变形阶段——翘曲塑性变形阶段——微小裂纹的产生分离阶段——裂纹扩展，板料分离冲裁断面：分为四部分图3.4板料冲裁的断面质量圆角带——塌角。塑性越好，凸、凹模间隙越大，塌角就越大。光亮带——挤压和摩擦所致。塑性越好，凸、凹模间隙越小，光亮带越宽。其高度约占板料厚度的1/3～1/2。断裂带——撕裂面。粗糙，有斜角。毛刺第3章冲裁工艺设计·3··3·3.1.2冲裁间隙冲裁间隙——凸模刃口和凹模刃口之间的尺寸之差。单边间隙用C表示，双边间隙用Z表示。圆形冲裁模双边间隙：dpZDD式中：dD——冲裁模凹模直径尺寸mm；pD——冲裁模凸模直径尺寸mm。冲裁间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力和卸料力的影响很大。冲裁间隙是模具设计中的一个重要因素。3.1.2.1间隙的影响1)间隙对零件质量的影响间隙适当——上、下裂纹重合，断面斜度小，毛刺小，质量好。间隙过小——二次剪切、出现第二光亮带。落料件尺寸增大，冲孔件孔径变小间隙过大——二次拉裂、光亮带窄，圆角与斜度大，毛刺大，质量下降。冲孔件的尺寸增大，落料件的尺寸变小。(a)间隙过小(b)间隙合适(c)间隙过大图3.5间隙大小对制件断面质量的影响第3章冲裁工艺设计·4··4·2)间隙对冲裁力的影响间隙增大——冲裁力可得到一定程度的降低，卸料、推料省力。间隙减小——使冲裁力增大。图3.6冲裁时冲裁力作用于模具刃口处3)间隙对模具寿命的影响间隙过小——冲裁力、侧压力、摩擦力、卸料力、推件力增大，加剧刃口磨损。间隙增大——可使冲裁力、卸料力等减小，刃口磨损减小，模具寿命延长。3.1.2.2合理间隙值的选取断面质量与冲件精度均要求高的制件——应选用较小的间隙值，但模具寿命较低。断面质量、冲件精度均要求不高的制件——以提高模具寿命、降低冲裁力为主，采用较大的合理间隙。最小合理间隙Zmin，最大合理间隙Zmax，设计与制造新模具时应采用最小合理间隙值。1)理论确定法图3.7冲裁过程中产生裂纹的瞬时状态第3章冲裁工艺设计·5··5·002()tan2(1/)tanZththt表3-1h0/t与β取值材料h0/tβ退火硬化退火硬化软钢、纯铜、黄铜中硬钢、硬黄铜硬钢、硬青铜0.50.30.20.350.20.16°5°4°5°4°4°2)查表确定法表3-2落料、冲孔模刃口间隙(单位：mm)材料名称45、T7、T8(退火)、65Mn、磷青铜(硬)、铍青铜(硬)10、15、20冷轧钢带、30钢板、H62、H68(硬)、2A12(硬铝)、硅钢片Q215、Q235钢板、08、10、15钢板、H62、H68(半硬)、纯铜(硬)、磷青铜(软)、铍青铜(软)H62、H68(软)、纯铜(软)、3A21、5A02、1060、1050A、1035、1200、8A06、2A12(退火)、铜母线、铝母线酚醛环氧层压玻璃布板、酚醛层压纸板、酚醛层压纸板钢纸板、绝缘纸板、云母板、橡胶板t初始间隙ZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmaxZ0.10.0150.0350.010.030.20.0250.0450.0150.0350.010.030.30.040.060.030.050.020.040.010.030.50.080.100.060.080.040.060.0250.0450.010.020.80.130.160.100.130.070.100.0450.0750.0150.031.00.170.200.130.160.100.130.0650.0950.0250.040.01～0.030.015～0.0451.20.210.240.160.190.130.160.0750.1050.0350.051.50.270.310.210.250.150.190.100.140.040.061.80.340.380.270.310.200.240.130.170.050.072.00.380.420.300.340.220.260.140.180.060.08第3章冲裁工艺设计·6··6·2.50.490.550.390.450.290.350.180.240.070.103.00.620.680.490.550.360.420.230.290.100.130.040.063.50.730.810.580.660.430.510.270.350.120.164.00.860.940.680.760.500.580.320.400.140.184.51.001.080.780.860.580.660.370.450.160.205.01.131.230.901.000.650.750.420.520.180.230.050.076.01.401.501.101.200.820.920.530.630.240.298.02.002.121.601.721.171.290.760.88102.602.722.102.221.561.681.021.14123.303.422.602.721.972.091.301.423.1.3冲裁件的质量1)尺寸精度与模具的制造精度、冲裁模间隙、材料的性质、冲裁件的形状有关。表3-3冲模制造精度与冲裁件精度模具制造精度材料厚度t/mm0.50.81.01.52345681012IT7～IT6IT8～IT7IT9IT8——IT8IT9—IT9IT10—IT10IT10IT12IT10IT12IT12—IT12IT12—IT12IT12——IT12——IT14——IT14——IT14——IT142)冲裁件断面质量质量好：平直、光滑，无裂纹、撕裂、夹层和毛刺。与模具间隙、材料力学性能、模具刃口状态等有关。3)冲裁件毛刺与冲裁模具间隙、模具刃口锋利程度有关。表3-4毛刺的允许高度(单位：mm)料厚0～0.30.3～0.50.5～1.01.0～1.51.5～2.0生产时试模时≤0.05≤0.015≤0.08≤0.02≤0.10≤0.03≤0.13≤0.04≤0.15≤0.05第3章冲裁工艺设计·7··7·4)冲裁件的形状误差冲裁件的形状误差指翘曲、扭曲、变形等缺陷。3.2冲裁工艺设计目标：用最少的材料，最少的工序数量和工时，并使模具结构简单，模具寿命高，最终获得稳定的合格工件。3.2.1冲裁工艺分析3.2.1.1冲裁件的形状和尺寸要求(1)形状简单、对称。(2)避免尖角，圆弧过渡。R＞0.5t。(3)凸出悬臂和凹槽宽度不宜太小。(4)冲孔尺寸不宜过小。表3-5，3-6表3-5无导向凸模可冲孔的最小孔径材料圆形孔(直径d)方形孔(孔宽b)长圆形孔(直径d)矩形孔(孔宽b)钢τ＞700MPa钢τ＝400MPa～700MPa钢τ＜400MPa黄铜、铜铝、锌纸胶板、布胶板纸d≥1.5td≥1.3td≥td≥0.9td≥0.8td≥0.7td≥0.6tb≥1.35tb≥1.2tb≥0.9tb≥0.8tb≥0.7tb≥0.7tb≥0.5tb≥1.1tb≥0.9tb≥0.7tb≥0.6tb≥0.5tb≥0.4tb≥0.3tb≥1.2tb≥tb≥0.8tb≥0.7tb≥0.6tb≥0.5tb≥0.4t表3-6带保护套凸模可冲孔的最小孔径材料圆形孔(直径d)矩形孔(孔宽b)硬钢软钢及黄铜铝、锌d≥0.5td≥0.35td≥0.3tb≥0.4tb≥0.3tb≥0.28t第3章冲裁工艺设计·8··8·图3.8冲裁件孔边距图(5)孔与孔之间，孔与边缘之间的距离不应过小。1a应不小于t，a不小于1.5t。(6)孔边离弯曲半径R中心的距离应大于或等于板厚t的两倍。3.2.1.2冲裁件的精度与断面粗糙度(1)冲裁件经济精度表3-7冲裁件内外形所能达到的经济精度板料厚度/mm基本尺寸/mm≤33～66～1010～1818～500≤1IT12～IT13IT111～2IT14IT12～IT13IT112～3IT14IT12～IT133～5—IT14IT12～IT13表3-8两孔中心距公差板料厚度/mm孔距尺寸/mm一般精度较高精度≤5050～150150～300≤5050～150150～300≤11～22～44～6±0.10±0.12±0.15±0.20±0.15±0.20±0.25±0.30±0.20±0.30±0.35±0.40±0.03±0.04±0.06±0.08±0.05±0.06±0.08±0.10±0.08±0.10±0.12±0.15表3-9孔中心与边缘距离尺寸公差板料厚度/mm孔中心与边缘距离/mm≤5050～120120～220220～360第3章冲裁工艺设计·9··9·≤22～4＞4±0.5±0.6±0.7±0.6±0.7±0.8±0.7±0.8±1.0±0.8±1.0±1.2(2)冲裁件的断面粗糙度表3-10一般冲裁件断面的表面粗糙度材料厚度t/mm≤11～22～33～44～5断面表面粗糙度Ra/μm3.26.312.525503.2.2冲裁制件排样排样——冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理的排样和选择适当的搭边值，是降低成本和保证制件质量及模具寿命的有效措施。3.2.2.1材料的利用率一个进距的材料利用率：%100bhnA式中：A——冲裁件面积(包括内形结构废料)；n——一个进距内冲裁件数目；b——条料宽度；h——进距。一张板料上总的材料利用率：100%nALB式中：n——一张板料上冲裁件总数目；L——板料长；B——板料宽。第3章冲裁工艺设计·10··10·3.2.1.2排样方式有废料排样——沿工件的全部外形冲裁，工件与工件之间，工件与条料侧边之间都有工艺余料(搭边)存在，冲裁后搭边成为废料。少废料排样——沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或工件与条料侧边之间有搭边存在。无废料排样——工件与工件之间、工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得工件。废料：结构废料，工艺废料图3.9排样方法表3-11排样方式有废料排样少、无废料排样第3章冲裁工艺设计·11··11·直排斜排直对排斜对排混合排多行排裁搭边搭边——排样中相邻两工件之间或工件与条料边缘间的余料。作用是补偿定位误差和保持条料有一定的强度和刚度，防止由于条料的宽度误差、送进步距误差、送料歪斜等原因而冲裁出残缺的废品，保证送料的顺利进行，从而保证制件质量。表3-12搭边a和a1数值(低碳钢)(单位：mm)材料厚度t圆件及r＞2t的圆角矩形件边长l＜50mm矩形件边长l＞50mm或圆角r＜2t第3章冲裁工艺设计·12··12·工件间a侧面a1工件间a侧面a1工件间a侧面a1≤0.251.82.02.22.52.83.00.25～0.51.21.51.82.02.22.50.5～0.81.01.21.51.81.82.00.8～1.20.81.01.21.51.51.81.2～1.61.01.21.51.81.82.01.6～2.01.21.51.82.02.02.22.0～2.51.51.82.02.22.22.52.5～3.01.82.22.22.52.52.83.0～3.52.22.52.52.82.83.23.5～4.02.52.82.83.23.23.54.0～5.03.03.53.54