冲压工艺与模具设计.ppt

第第2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计 （时间：（时间：4次课，次课，8学时）学时）第第2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计l教学目标：教学目标：l本章介绍冷冲压模具设计的重要内容，也是最本章介绍冷冲压模具设计的重要内容，也是最基础的内容。通过本章的学习，将达到能基础的内容。通过本章的学习，将达到能设计设计中等复杂程度冲裁模具中等复杂程度冲裁模具的水平。为此，应了解的水平。为此，应了解冲裁变形过程及冲裁端面的特征；掌握冲裁间冲裁变形过程及冲裁端面的特征；掌握冲裁间隙对冲裁件精度和模具的影响；掌握确定合理隙对冲裁件精度和模具的影响；掌握确定合理冲裁间隙的方法；掌握排样方法，学会确定条冲裁间隙的方法；掌握排样方法，学会确定条料宽度；掌握冲裁力及压力中心的计算。料宽度；掌握冲裁力及压力中心的计算。第第2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计l教学重点和难点：教学重点和难点：l各种模具及其组成零件的结构及特点；各种模具及其组成零件的结构及特点；l冲裁模的设计步骤及模具刃口尺寸的计算。冲裁模的设计步骤及模具刃口尺寸的计算。第第2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计l案例导入：案例导入：l要大批量冲制如下图所示的工件要大批量冲制如下图所示的工件(材料为材料为08F，材料厚度为材料厚度为2mm，制件精度为，制件精度为IT14级级)，应选，应选择何种模具？如何提高板料的材料利用率？凸择何种模具？如何提高板料的材料利用率？凸模和凹模的间隙应是多少？如何计算凸模和凹模和凹模的间隙应是多少？如何计算凸模和凹模刃口尺寸和公差？模具主要零件的结构及尺模刃口尺寸和公差？模具主要零件的结构及尺寸如何设计？如何选择标准模架和选用压力机寸如何设计？如何选择标准模架和选用压力机？第第2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计第第2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计l2.1 冲裁变形过程分析冲裁变形过程分析 l2.2 冲冲 裁裁 间间 隙隙 l2.3 冲裁模刃口尺寸计算冲裁模刃口尺寸计算 l2.4 冲压力及压力中心计算冲压力及压力中心计算 l2.5 冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性 l2.6 排排 样样 l2.7 精精 密密 冲冲 裁裁 l2.8 模模 具具 设设 计计 l2.9 冲裁模的设计步骤冲裁模的设计步骤 l2.10 冲裁模设计实训冲裁模设计实训 l习题与练习习题与练习 2.1 冲裁变形过程分析冲裁变形过程分析u2.1.1 冲裁变形过程冲裁变形过程 u2.1.2 冲裁断面特征冲裁断面特征 2.1 冲裁变形过程分析冲裁变形过程分析l冲裁是利用模具在压力机上使板料沿一定轮廓形状冲裁是利用模具在压力机上使板料沿一定轮廓形状产生分离的一种冲压工序。它包括落料、冲孔、切产生分离的一种冲压工序。它包括落料、冲孔、切口、切边、剖切等多种工序。口、切边、剖切等多种工序。l落料和冲孔是两种最基本的冲裁形式。落料和冲孔是两种最基本的冲裁形式。l从板料上冲下所需形状的零件从板料上冲下所需形状的零件(或毛料或毛料)叫落料；叫落料；l在工件上冲出所需形状的孔在工件上冲出所需形状的孔(冲去部分为废料冲去部分为废料)叫冲叫冲孔。孔。2.1 冲裁变形过程分析冲裁变形过程分析图2-1 平板垫圈 2.1.1 冲裁变形过程冲裁变形过程l如图如图2-2所示变形过程所示变形过程:l如果模具间隙正常，冲裁变形过程大致可分为如下如果模具间隙正常，冲裁变形过程大致可分为如下3个阶段。个阶段。l1.弹性变形阶段弹性变形阶段l见图见图2-2(a)。在凸模和凹模压力的作用下，板料产生弹性压。在凸模和凹模压力的作用下，板料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形。缩、拉伸和弯曲变形。l2.塑性变形阶段塑性变形阶段l见图见图2-2(b)。间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。l3.断裂分离阶段断裂分离阶段l见图见图2-2(c)、(d)、(e)。2.1.1 冲裁变形过程冲裁变形过程2.1.2 冲裁断面特征冲裁断面特征 l断面分析：圆角带；光亮带；断裂带；毛刺区。断面分析：圆角带；光亮带；断裂带；毛刺区。2.1.2 冲裁断面特征冲裁断面特征 l圆角带圆角带a：当凸模刃口压入材料时，刃口附近的材料：当凸模刃口压入材料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被拉入间隙，形成圆角产生弯曲和伸长变形，材料被拉入间隙，形成圆角带。材料的塑性越好、凸模和凹模的间隙越大，圆带。材料的塑性越好、凸模和凹模的间隙越大，圆角带也越大。角带也越大。l光亮带光亮带b：当刃口切入材料后，材料受到凸模和凹：当刃口切入材料后，材料受到凸模和凹模剪切应力模剪切应力和挤压应力和挤压应力的作用而形成光亮垂直的的作用而形成光亮垂直的断面。通常光亮带占整个断面的断面。通常光亮带占整个断面的1/21/3。l断裂带断裂带c：是由刃口附近的微裂纹在拉应力作用下不：是由刃口附近的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面。断扩展而形成的撕裂面。l毛刺区毛刺区d：毛刺。：毛刺。2.2 冲冲 裁裁 间间 隙隙 l2.2.1 冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响 l2.2.2 冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响 l2.2.3 冲裁间隙对冲裁力、卸料力、推料力、顶件冲裁间隙对冲裁力、卸料力、推料力、顶件力的影响力的影响 l2.2.4 冲裁间隙对模具寿命的影响冲裁间隙对模具寿命的影响 l2.2.5 合理间隙值的确定合理间隙值的确定 2.2 冲冲 裁裁 间间 隙隙 l冲裁模凸模与凹模刃口部分横向尺寸之差成为冲冲裁模凸模与凹模刃口部分横向尺寸之差成为冲裁间隙，用裁间隙，用Z表示：表示：l式中：式中：Z-冲裁间隙（冲裁间隙（mm）；）；l Dd-凹模尺寸（凹模尺寸（mm）；l Dp-凸模尺寸（凸模尺寸（mm）。2.2 冲冲 裁裁 间间 隙隙 图2-4 冲裁间隙 2.2.1 冲裁间隙对冲裁件断面质量的影冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响响l在在4个特征区中，个特征区中，光亮带越宽，断面质量越好光亮带越宽，断面质量越好。l塑性较差的材料容易断裂，材料被剪切不久就会出塑性较差的材料容易断裂，材料被剪切不久就会出现裂纹、分离，使断裂带增宽，而光亮带和圆角带现裂纹、分离，使断裂带增宽，而光亮带和圆角带所占的比例较小，毛刺也较小。所占的比例较小，毛刺也较小。l材料塑性较好，冲裁时裂纹出现得较晚，材料被剪材料塑性较好，冲裁时裂纹出现得较晚，材料被剪切的深度较大，光亮带所占的比例就大，圆角和毛切的深度较大，光亮带所占的比例就大，圆角和毛刺也大。刺也大。l冲裁间隙对冲裁件断面的影响如图冲裁间隙对冲裁件断面的影响如图2-5所示。所示。l在设计和制造模具时，应使冲裁间隙保持在一个合在设计和制造模具时，应使冲裁间隙保持在一个合理的范围之内。理的范围之内。2.2.1 冲裁间隙对冲裁件断面质量的影冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响响l图图2-5 冲裁间隙对冲裁件断面的影响冲裁间隙对冲裁件断面的影响2.2.2 冲裁间隙对冲裁件尺寸精冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响度的影响 l冲裁件的尺寸精度，是指冲裁件的实际尺寸与图纸上的基本尺寸冲裁件的尺寸精度，是指冲裁件的实际尺寸与图纸上的基本尺寸之差。差值越小，精度越高。这个差值包括两方面的偏差：之差。差值越小，精度越高。这个差值包括两方面的偏差：l一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差，l二是模具本身的制造偏差。二是模具本身的制造偏差。2.2.3 冲裁间隙对冲裁力、卸料力、推料力、顶冲裁间隙对冲裁力、卸料力、推料力、顶件力的影响件力的影响 l随着间隙的增大，材料在冲裁时所受的拉应力将增大，随着间隙的增大，材料在冲裁时所受的拉应力将增大，材料容易断裂分离，冲裁力有一定程度的降低。但在正材料容易断裂分离，冲裁力有一定程度的降低。但在正常情况下，间隙对冲裁力的影响并不很大。常情况下，间隙对冲裁力的影响并不很大。l间隙对卸料力、推件力的影响比较显著间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，。随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。一般当单面间隙增大到材料卸料力和推件力都将减小。一般当单面间隙增大到材料厚度的厚度的15%25%时，卸料力几乎降到零。但间隙继续时，卸料力几乎降到零。但间隙继续增大时会引起毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力的迅增大时会引起毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力的迅速增大。速增大。2.2.4 冲裁间隙对模具寿命冲裁间隙对模具寿命的影响的影响 l冲模失效的形式一般有冲模失效的形式一般有磨损、崩刃、变形、胀裂和折断磨损、崩刃、变形、胀裂和折断。l冲裁力主要集中在凸模和凹模的冲裁力主要集中在凸模和凹模的刃口刃口部分。部分。刃口变形和刃口变形和端面磨损端面磨损加剧，甚至崩刃。加剧，甚至崩刃。l所以为了减少凸、凹模的磨损，延长模具使用寿命，在所以为了减少凸、凹模的磨损，延长模具使用寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分保证冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的。若采用小间隙，就必须提高模具的硬度和耐磨必要的。若采用小间隙，就必须提高模具的硬度和耐磨性，提高模具的制造精度，冲裁时采用良好的润滑，以性，提高模具的制造精度，冲裁时采用良好的润滑，以减小磨损。减小磨损。2.2.5 合理间隙值的确定合理间隙值的确定 l因此，在冲压实际生产中，主要根据因此，在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质冲裁件断面质量量、尺寸精度尺寸精度和和模具寿命模具寿命这三个因素综合考虑，给这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。这个间隙范围就称为合理间间隙规定一个范围值。这个间隙范围就称为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙(Zmin)，最，最大值称为最大合理间隙大值称为最大合理间隙(Zmax)。考虑到在生产过程。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采应采用最小合理间隙用最小合理间隙Zmin。l确定合理间隙值有理论确定法和经验确定法两种。确定合理间隙值有理论确定法和经验确定法两种。l1.理论确定法理论确定法l2.经验确定法经验确定法2.3 冲裁模刃口尺寸计算冲裁模刃口尺寸计算 u2.3.1 凸、凹模刃口尺寸计算原则凸、凹模刃口尺寸计算原则 u2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算 2.3 冲裁模刃口尺寸计算冲裁模刃口尺寸计算 l凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。所以，具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。所以，正确确定凸、凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模设计中的一项重要正确确定凸、凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模设计中的一项重要工作。工作。2.3.1 凸、凹模刃口尺寸计凸、凹模刃口尺寸计算原则算原则 l冲裁件的断面带有锥度，在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以冲裁件的断面带有锥度，在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的光面的尺寸为基准尺寸为基准。l在模具的使用过程中，凸模和凹模的刃口会产生磨损，在模具的使用过程中，凸模和凹模的刃口会产生磨损，凸模越磨越小，凸模越磨越小，凹模越磨越大凹模越磨越大，结果使间隙越来越大。所以，在计算凸模和凹模的刃口，结果使间隙越来越大。所以，在计算凸模和凹模的刃口尺寸时，落料和冲孔应区别对待，遵循的原则如下。尺寸时，落料和冲孔应区别对待，遵循的原则如下。l(1)由于落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔件孔的尺寸由凸模尺由于落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔件孔的尺寸由凸模尺寸决定，寸决定，故故设计落料模时，先确定凹模刃口尺寸，再以凹模为基设计落料模时，先确定凹模刃口尺寸，再以凹模为基准，间隙取在凸模上，即凸模尺寸以凹模尺寸减去冲裁初始间隙准，间隙取在凸模上，即凸模尺寸以凹模尺寸减去冲裁初始间隙来确定来确定；设计冲孔模时，先确定凸模刃口尺寸，再以凸模为基准，设计冲孔模时，先确定凸模刃口尺寸，再以凸模为基准，设计冲孔模时，先确定凸模刃口尺寸，再以凸模为基准，设计冲孔模时，先确定凸模刃口尺寸，再以凸模为基准，间隙取在凹模上间隙取在凹模上间隙取在凹模上间隙取在凹模上，即凹模尺寸以凸模尺寸减去冲裁初始间隙来确，即凹模尺寸以凸模尺寸减去冲裁初始间隙来确，即凹模尺寸以凸模尺寸减去冲裁初始间隙来确，即凹模尺寸以凸模尺寸减去冲裁初始间隙来确定定定定。l(2)考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范围的较小尺寸寸应取制件尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。不论是落料还是尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。不论是落料还是冲孔，冲裁间隙都取最小合理间隙值。冲孔，冲裁间隙都取最小合理间隙值。l(3)确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。一般来确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。一般来说，模具制造精度比制件精度高说，模具制造精度比制件精度高34级。冲压件的尺寸公差和冲模级。冲压件的尺寸公差和冲模刃口尺寸公差都应按刃口尺寸公差都应按“入体入体”原则标注为单向公差，即原则标注为单向公差，即落料件和落料件和凸模刃口尺寸上偏差为零，下偏差为负凸模刃口尺寸上偏差为零，下偏差为负；冲孔件和凹模刃口尺寸；冲孔件和凹模刃口尺寸上偏差为正，下偏差为零。若磨损后不变化的尺寸上偏差为正，下偏差为零。若磨损后不变化的尺寸(如两孔中心距如两孔中心距等等)，应按双向对称标注。，应按双向对称标注。2.3.1 凸、凹模刃口尺寸计凸、凹模刃口尺寸计算原则算原则 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的凸、凹模刃口尺寸的计算计算 l由于模具的加工方法不同，凸模与凹模刃口尺寸的计算方法也不同，基由于模具的加工方法不同，凸模与凹模刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两种情况。本上可分为两种情况。对于冲孔工序,孔尺寸为:对于落料工序,工件尺寸为:2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算 l例例2-1 冲制如图冲制如图2-8所示的工件，其材料为所示的工件，其材料为08钢，料厚钢，料厚t=1mm，试计算凸模和凹模刃口尺，试计算凸模和凹模刃口尺寸和公差。寸和公差。2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的凸、凹模刃口尺寸的计算计算 图2-8 零件图 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的凸、凹模刃口尺寸的计算计算(a)冲裁件 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的凸、凹模刃口尺寸的计算计算 图2-9 落料时的冲裁件和凹模 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的凸、凹模刃口尺寸的计算计算(a)冲裁件 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算(b)凸模 图2-10 冲孔时的冲裁件和凸模 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的凸、凹模刃口尺寸的计算计算 l例例2-2 冲裁如图冲裁如图2-11所示的制件，材料为所示的制件，材料为10钢，钢，料厚料厚0.8mm，用配作方法加工冲模，试确定落，用配作方法加工冲模，试确定落料模具刃口尺寸和公差。料模具刃口尺寸和公差。l解：因为制件的冲裁属于落料，故先确定凹模解：因为制件的冲裁属于落料，故先确定凹模的刃口尺寸，然后再以凹模为基准件配作凸模。的刃口尺寸，然后再以凹模为基准件配作凸模。凹模磨损后其尺寸变化有三种情况。凹模磨损后其尺寸变化有三种情况。2.4 冲压力及压力中心计算冲压力及压力中心计算 u2.4.1 冲压力计算冲压力计算 u2.4.2 压力中心计算压力中心计算 2.4 冲压力及压力中心计算冲压力及压力中心计算 l平刃冲裁：平刃冲裁：lF-冲裁力冲裁力(N)lL-冲裁轮廓总长冲裁轮廓总长(mm)，lt-材料厚度材料厚度(mm),l -材料抗拉强度材料抗拉强度(MPa)2.4.1 冲压力计算冲压力计算 l冲压力是指冲裁过程中冲裁力、卸料力、推件冲压力是指冲裁过程中冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。它是在模具设计时选择冲力和顶件力的总称。它是在模具设计时选择冲压设备和校核模具强度的重要依据。压设备和校核模具强度的重要依据。l1.冲裁力的计算冲裁力的计算l冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度而变化的。通常说它是随凸模进入材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。的冲裁力是指冲裁力的最大值。2.4.1 冲压力计算冲压力计算 l2.卸料力、推件力和顶件力的计算卸料力、推件力和顶件力的计算l为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。从凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。从凸模上卸下箍着的料所需要的力称卸料力，用卸下箍着的料所需要的力称卸料力，用FX表示；表示；将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称推件力，用力称推件力，用FT表示；逆冲裁方向将料从凹表示；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称顶件力，用模内顶出所需要的力称顶件力，用FD表示，如表示，如图图2-12所示。所示。k系数2.4.1 冲压力计算冲压力计算 图2-12 卸料力、推件力和顶件力 2.4.1 冲压力计算冲压力计算 l3.压力机公称压力的确定压力机公称压力的确定l冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲压力冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲压力(FZ)。FZ为冲裁为冲裁力和与冲裁力同时发生的卸料力、推件力或顶件力的总和。力和与冲裁力同时发生的卸料力、推件力或顶件力的总和。2.4.2 压力中心计算压力中心计算 l模具的压力中心也就是冲压力合力的作用点。为了模具的压力中心也就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。否则，冲压时滑心与压力机滑块的中心线相重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。所而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。所以，在设计模具时，必须要确定模具的压力中心，以，在设计模具时，必须要确定模具的压力中心，并使其通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心与并使其通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心与压力机滑块中心重合。压力机滑块中心重合。2.5 冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性 l冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。良好的冲裁工艺性是指在满足冲裁件使用性。良好的冲裁工艺性是指在满足冲裁件使用要求的前提下，能用普通的冲裁方法，在生产要求的前提下，能用普通的冲裁方法，在生产率较高、模具寿命较长、成本较低的条件下稳率较高、模具寿命较长、成本较低的条件下稳定地获得合格质量的冲裁件。因此，在开始设定地获得合格质量的冲裁件。因此，在开始设计冲裁模之前，首先应进行冲裁件的工艺性分计冲裁模之前，首先应进行冲裁件的工艺性分析，审查冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度析，审查冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度要求、材料性能及厚度等方面是否符合冲裁的要求、材料性能及厚度等方面是否符合冲裁的工艺要求，力求使其具有良好的冲裁工艺性。工艺要求，力求使其具有良好的冲裁工艺性。2.6 排排 样样 u2.6.1 冲裁排样冲裁排样 u2.6.2 搭边值和条料宽度的确定搭边值和条料宽度的确定 u2.6.3 材料利用率的计算材料利用率的计算 2.6 排排 样样 l制件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。合理排样对于提制件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。合理排样对于提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及提高模具寿命具有十高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及提高模具寿命具有十分重要的意义，是模具设计的重要内容之一。分重要的意义，是模具设计的重要内容之一。2.6.1 冲裁排样冲裁排样 l根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为3种，如图种，如图2-17所示。所示。l(1)有废料排样：图有废料排样：图2-17(a)。沿制件全部外形冲裁，。沿制件全部外形冲裁，制件与制件之间、制件与条料侧边之间都留有制件与制件之间、制件与条料侧边之间都留有搭边搭边废料废料。因此精度高，并且模具寿命也高，但材料利。因此精度高，并且模具寿命也高，但材料利用率低。用率低。l(2)少废料排样：图少废料排样：图2-17(b)。沿制件部分外形切断。沿制件部分外形切断或冲裁，只在制件与制件之间或制件与条料侧边之或冲裁，只在制件与制件之间或制件与条料侧边之间留有搭边。材料利用率较高。间留有搭边。材料利用率较高。l(3)无废料排样：图无废料排样：图2-17(c)。制件周围无任何搭边，。制件周围无任何搭边，制件由切断条料直接获得。材料利用率最高。制件由切断条料直接获得。材料利用率最高。2.6.1 冲裁排样冲裁排样 2.6.1 冲裁排样冲裁排样 2.6.1 冲裁排样冲裁排样 2.6.1 冲裁排样冲裁排样 续表2.6.2 搭边值和条料宽度的搭边值和条料宽度的确定确定 l1.搭边搭边l排样时制件之间以及制件与条料侧边之间留下的工排样时制件之间以及制件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边艺废料叫搭边。l搭边的作用一是补偿定位误差，确保冲出合格的制搭边的作用一是补偿定位误差，确保冲出合格的制件；二是保证条料具有一定的刚度，便于条料送进，件；二是保证条料具有一定的刚度，便于条料送进，从而提高劳动生产率。从而提高劳动生产率。l一般来说，一般来说，硬材料的搭边值比软材料、脆材料的搭硬材料的搭边值比软材料、脆材料的搭边值要小一些边值要小一些；制件形状大而复杂、圆角半径较小；制件形状大而复杂、圆角半径较小时，搭边值取大些；时，搭边值取大些；材料越厚，搭边值越应大些材料越厚，搭边值越应大些；用手工送料，有侧压装置时，搭边值可以小一些；用手工送料，有侧压装置时，搭边值可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些；弹性卸用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些；弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。料比刚性卸料的搭边小一些。2.6.2 搭边值和条料宽度的搭边值和条料宽度的确定确定 l2.条料宽度条料宽度l1）送料时在一侧导料板装有侧压装置时，计算公式）送料时在一侧导料板装有侧压装置时，计算公式如下：如下：2.6.2 搭边值和条料宽度的搭边值和条料宽度的确定确定 图2-18 有侧压装置的条料宽度计算 2.6.2 搭边值和条料宽度的确定搭边值和条料宽度的确定 l2）在无侧压装置的导料板之间送料时，条料）在无侧压装置的导料板之间送料时，条料可能会产生左右摆动或转动，因此，条料宽可能会产生左右摆动或转动，因此，条料宽度应增加一个条料可能的摆动量，度应增加一个条料可能的摆动量，2.6.3 材料利用率的计算材料利用率的计算 l材料利用率是指冲裁制件的实际面积与所用板材料利用率是指冲裁制件的实际面积与所用板料面积的百分比，它是衡量是否已合理利用材料面积的百分比，它是衡量是否已合理利用材料的经济性指标，也是检验排样是否合理的重料的经济性指标，也是检验排样是否合理的重要参数。要参数。2.6.3 材料利用率的计算材料利用率的计算 l若考虑料头和料尾的材料消耗，则可按下式计算：若考虑料头和料尾的材料消耗，则可按下式计算：一般来说,所用材料价格高或生产批量较大时,应选择材料利用率较高的排样;而生产批量较小时,则应尽可能选择比较简单的排样,以便于模具制造。2.7 精精 密密 冲冲 裁裁 l精密冲裁之所以能获得尺寸精度高、断面质量好的冲裁件，其机精密冲裁之所以能获得尺寸精度高、断面质量好的冲裁件，其机理主要是改变冲裁条件，以增大变形区的静水压力，使板料处于理主要是改变冲裁条件，以增大变形区的静水压力，使板料处于三向压应力三向压应力状态，抑制材料裂纹的产生。状态，抑制材料裂纹的产生。l精密冲裁根据其冲裁机理的不同，可分为齿圈压板精密冲裁和半精密冲裁根据其冲裁机理的不同，可分为齿圈压板精密冲裁和半精密冲裁两大类。半精密冲裁包括小间隙圆角刃口冲裁、负间隙精密冲裁两大类。半精密冲裁包括小间隙圆角刃口冲裁、负间隙冲裁、上下往复冲裁等。冲裁、上下往复冲裁等。2.8 模模 具具 设设 计计 u2.8.1 工艺方案的确定工艺方案的确定 u2.8.2 模具类型的确定模具类型的确定 u2.8.3 模具主要零部件的设计模具主要零部件的设计 2.8.1 工艺方案的确定工艺方案的确定 l确定工艺方案的主要任务是确定确定工艺方案的主要任务是确定冲裁工序的性质和数目、冲裁工冲裁工序的性质和数目、冲裁工序的组合以及冲裁工序的顺序序的组合以及冲裁工序的顺序。一般来说，确定工艺方案关键是。一般来说，确定工艺方案关键是确定冲裁工序的顺序。确定冲裁工序的顺序。l在确定冲裁工序的顺序时，应考虑冲裁件的在确定冲裁工序的顺序时，应考虑冲裁件的结构特点结构特点、形状尺寸形状尺寸、精度等级精度等级以及生产批量等因素，还要考虑以及生产批量等因素，还要考虑冲裁模具的类型冲裁模具的类型、坯料坯料在模具上的在模具上的定位定位等问题，一般按下列原则来确定。等问题，一般按下列原则来确定。l(1)先冲裁部分要为后面的冲裁工序提供可靠的定先冲裁部分要为后面的冲裁工序提供可靠的定位，后冲裁部分不能影响先冲裁部分的质量。位，后冲裁部分不能影响先冲裁部分的质量。l(2)若多工序冲裁件采用单工序模冲裁时，应先落若多工序冲裁件采用单工序模冲裁时，应先落料使坯料与条料分离，再以落料所得的工序件外轮料使坯料与条料分离，再以落料所得的工序件外轮廓定位进行冲孔或冲缺口，并且后继工序的定位基廓定位进行冲孔或冲缺口，并且后继工序的定位基准要前后一致，以免出现定位误差。准要前后一致，以免出现定位误差。l(3)若多工序冲裁件采用级进模冲裁时，为了便于若多工序冲裁件采用级进模冲裁时，为了便于送料和定位，应先冲孔或冲缺口，然后以冲出的孔送料和定位，应先冲孔或冲缺口，然后以冲出的孔为后续工序定位，最后进行落料或切断，将冲裁件为后续工序定位，最后进行落料或切断，将冲裁件与条料分离。当定位要求较高时，还可首先冲裁两与条料分离。当定位要求较高时，还可首先冲裁两个工艺孔，再以工艺孔定位完成后续工序，如图个工艺孔，再以工艺孔定位完成后续工序，如图2-26所示。所示。2.8.1 工艺方案的确定工艺方案的确定 图2-26 工艺孔在级进冲裁时的应用 2.8.1 工艺方案的确定工艺方案的确定 l(4)若采用定距侧刃的级进模冲裁时，定距侧刃切边工序应与首次冲孔若采用定距侧刃的级进模冲裁时，定距侧刃切边工序应与首次冲孔同时进行，以便控制送料进距。采用两个定距侧刃时，可以安排成一前同时进行，以便控制送料进距。采用两个定距侧刃时，可以安排成一前一后，也可并列安排。一后，也可并列安排。l(5)若多工序冲裁件采用复合模冲裁时，冲孔和落料往往同时进行，以若多工序冲裁件采用复合模冲裁时，冲孔和落料往往同时进行，以提高冲孔和落料的位置精度。提高冲孔和落料的位置精度。l(6)冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔和冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔和一般精度的孔，后冲小孔和精度较高的孔。一般精度的孔，后冲小孔和精度较高的孔。2.8.2 模具类型的确定模具类型的确定 l1.模具类型的确定模具类型的确定l冲裁模的结构类型按冲裁模的结构类型按工序性质工序性质:落料模、冲孔模、切落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等；断模、切口模、切边模、剖切模等；l按工序组合程度按工序组合程度:单工序模单工序模(又称简单模又称简单模)、级进模、级进模(又又称连续模称连续模)、复合模；、复合模；l按冲模有无导向按冲模有无导向:无导向的开式模和有导向的导板模、无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模。导柱模。l最终选择的模具结构类型，不仅要满足冲裁件精度最终选择的模具结构类型，不仅要满足冲裁件精度和生产率的要求，还应满足制造容易、使用方便、和生产率的要求，还应满足制造容易、使用方便、操作安全、成本低廉等要求。操作安全、成本低廉等要求。2.8.2 模具类型的确定模具类型的确定 l2.冲裁模的典型结构冲裁模的典型结构l单工序冲裁模单工序冲裁模l单工序冲裁模在压力机的一次行程中只能完成一个冲裁工序。单工序冲裁模在压力机的一次行程中只能完成一个冲裁工序。它结构简单，便于制造，成本低廉，但生产率和冲裁精度都它结构简单，便于制造，成本低廉，但生产率和冲裁精度都较低。较低。l图图2-27为无导向简单落料模。该模具的上模部分由上模座为无导向简单落料模。该模具的上模部分由上模座1和凸模和凸模2组成，凸模组成，凸模2采用螺钉直接安装在上模座采用螺钉直接安装在上模座1上；下模上；下模部分由卸料板部分由卸料板3、导料板、导料板4、凹模、凹模5、下模座、下模座6、定位板、定位板7组成，组成，凹模凹模5靠上压侧顶的方式安装在下模座靠上压侧顶的方式安装在下模座6上，条料靠左右导料上，条料靠左右导料板板4导向，由前向后送料，送料方向靠定位板导向，由前向后送料，送料方向靠定位板7定位，冲裁后定位，冲裁后废料箍在凸模上，由左右两个卸料板废料箍在凸模上，由左右两个卸料板3卸下。模具上、下模卸下。模具上、下模之间没有直接导向关系。之间没有直接导向关系。2.8.2 模具类型的确定模具类型的确定 图2-27 无导向简单落料模1上模座；2凸模；3卸料板；4导料板；5凹模；6下模座；7定位板2.8.3 模具主要零部件的设计模具主要零部件的设计 l1.工作零件工作零件l(1)凸模凸模l凸模的结构形式及其固定方法凸模的结构形式及其固定方法l凸模按截面形状不同分为圆形凸模和非圆形凸模；凸模按截面形状不同分为圆形凸模和非圆形凸模；l按结构分为整体式、镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等；按凸模的按结构分为整体式、镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等；按凸模的固定方法分为台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定，粘结剂浇注法固定等。固定方法分为台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定，粘结剂浇注法固定等。l常见的圆形凸模如图常见的圆形凸模如图2-34所示。图所示。图2-34(a)为用于较小直径的凸模，为用于较小直径的凸模，图图2-34(b)为用于较大直径的凸模。为用于较大直径的凸模。l这两种结构都是采用阶梯式，凸模强度刚性较好，装配修磨方便，这两种结构都是采用阶梯式，凸模强度刚性较好，装配修磨方便，其安装部分做成台肩，便于固定，保证工作时凸模不被拉出，适其安装部分做成台肩，便于固定，保证工作时凸模不被拉出，适用于卸料力较大的场合。用于卸料力较大的场合。l图图2-34(c)为用于较小直径的凸模，为了改善凸模强度，在其中部为用于较小直径的凸模，为了改善凸模强度，在其中部增加了过渡阶梯。这种结构采用铆接方式固定，适用于卸料力较增加了过渡阶梯。这种结构采用铆接方式固定，适用于卸料力较小的场合。小的场合。l图图2-34(d)为护套式凸模，用于冲制孔径与料厚相近的小孔。为护套式凸模，用于冲制孔径与料厚相近的小孔。l图图2-34(e)为用于大直径冲裁的凸模，它采用螺钉吊装在固定板上，为用于大直径冲裁的凸模，它采用螺钉吊装在固定板上，为了减少磨削面积，其外径和端面都做成凹形。为了减少磨削面积，其外径和端面都做成凹形。2.8.3 模具主要零部件的设模具主要零部件的设计计 l凸模与凸模固定板通常采用过渡配合凸模与凸模固定板通常采用过渡配合H7/m6或或H7/n6制造。制造。l图图2-35(a)和图和图2-35(b)为台阶式。图为台阶式。图2-35(a)采用台肩固定，图采用台肩固定，图2-35(b)采用铆接固定。采用铆接固定。l由于工作部分截面由于工作部分截面是非圆形的，而固定部分是圆形的，所以必须是非圆形的，而固定部分是圆形的，所以必须在固定端接缝处加防转销在固定端接缝处加防转销。根据工作部分截面的形状，台阶式的。根据工作部分截面的形状，台阶式的固定部分也可采用矩形结构。固定部分也可采用矩形结构。l图图2-35(c)和图和图2-35(d)为直通式。这种结构便于为直通式。这种结构便于采用线切割加工或成形铣、成形磨削加工，截采用线切割加工或成形铣、成形磨削加工，截面形状复杂的凸模广泛应用这种结构。面形状复杂的凸模广泛应用这种结构。l图图2-35(c)采用铆接固定，图采用铆接固定，图2-35(d)采用黏结固采用黏结固定，黏结剂一般使用低熔点合金或环氧树脂，定，黏结剂一般使用低熔点合金或环氧树脂，为了黏结得牢靠，在凸模的固定端或固定板相为了黏结得牢靠，在凸模的固定端或固定板相应的孔上应开设一定的槽形。黏结固定法可以应的孔上应开设一定的槽形。黏结固定法可以简化凸模固定板的加工工艺，便于凸模的装配。简化凸模固定板的加工工艺，便于凸模的装配。2.8.3 模具主要零部件的设模具主要零部件的设计计 2 凸模长度的确定凸模长度的确定l若采用卸料板和导料板结构，凸模的长度应该若采用卸料板和导料板结构，凸模的长度应该为：为：L=h1+h2+h3+(1520)mml若采用弹压卸料板，凸模的长度为：若采用弹压卸料板，凸模的长度为：lL=h1+h2+t+(1520)mml式中：式中：h1、h2、h3、t分别为凸模固定板、卸分别为凸模固定板、卸料板、导料板、材料的厚度。料板、导料板、材料的厚度。1520mm为附加为附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板之间的安全距离。度及凸模固定板与卸料板之间的安全距离。2.8.3 模具主要零部件的设计模具主要零部件的设计 l2.定位零件定位零件l冲模定位零件的作用是保证所冲裁材料的正确送进及在模具冲模定位零件的作用是保证所冲裁材料的正确送进及在模具中的正确位置，从而保证冲压件的质量及冲压生产的顺利进中的正确位置，从而保证冲压件的质量及冲压生产的顺利进行。行。l使用条料时，条料在模具中必须保证两个方向的位置：一是使用条料时，条料在模具中必须保证两个方向的位置：一是在送料方向上的定位，用来控制条料每次送进的步距，通常在送料方向上的定位，用来控制条料每次送进的步距，通常称为称为挡料挡料，常用的零件有，常用的零件有挡料销、导正销、侧刃挡料销、导正销、侧刃等；二是在等；二是在与条料送进方向垂直的方向上的定位，目的是保证条料沿正与条料送进方向垂直的方向上的定位，目的是保证条料沿正确的方向送进，通常称为确的方向送进，通常称为送料导向送料导向，常用的零件有，常用的零件有导料销、导料销、导料板、侧压板导料板、侧压板等。对于块料或工序件的定位，往往也要保等。对于块料或工序件的定位，往往也要保证这两个方向上的位置，常用的定位零件有证这两个方向上的位置，常用的定位零件有定位销、定位板定位销、定位板等。等。l(1)挡料销挡料销l根据工作特点及作用，挡料销可分为固定挡料根据工作特点及作用，挡料销可分为固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销三种。销、活动挡料销和始用挡料销三种。l固定挡料销又分为圆头挡料销固定挡料销又分为圆头挡料销(见图见图2-41(a)和和钩形挡料销钩形挡料销(见图见图2-41(b)两种。圆头挡料销结两种。圆头挡料销结构简单，制造容易，广泛用于冲制中、小型冲构简单，制造容易，广泛用于冲制中、小型冲裁件的挡料定距。当定位销孔离凹模孔口太近裁件的挡料定距。当定位销孔离凹模孔口太近时，为了保证凹模有足够的强度，应采用钩形时，为了保证凹模有足够的强度，应采用钩形挡料销。但为了防止钩头在使用过程发生转动，挡料销。但为了防止钩头在使用过程发生转动，需考虑防转。需考虑防转。2.8.3 模具主要零部件的设模具主要零部件的设计计 2.8.3 模具主要零部件的设模具主要零部件的设计计 l活动挡料销的常见结构如图活动挡料销的常见结构如图2-42所示。图所示。图2-42(a)为为弹簧弹顶挡料销，通常装在弹压卸料板上，冲压