冲压模具设计chb2.ppt

1/401了了解解冲冲裁裁变变形形规规律律、冲冲裁裁件件质质量量及及影响因素；影响因素；学习目的与要求学习目的与要求：2掌握掌握冲裁模冲裁模间隙间隙确定、确定、刃口尺寸计刃口尺寸计算算、排样设计排样设计、冲裁力计算冲裁力计算等设计计等设计计算方法。算方法。第二章第二章 冲裁冲裁 (Blanking)2/401 1冲裁冲裁变形规律变形规律及冲裁件及冲裁件质量影响因素质量影响因素；重点重点：难点难点：1冲裁变形冲裁变形规律规律及冲裁件质量及冲裁件质量影响影响因素；因素；2 2刃口尺寸计算刃口尺寸计算原则和方法；原则和方法；3 3冲裁冲裁力力的计算。的计算。2刃口尺寸刃口尺寸计算计算原则和方法；原则和方法；3/40主要内容主要内容2-1 冲裁变形过程分析 2-2 冲裁间隙2-3 冲裁模刃口尺寸的计算2-4 冲裁工艺力2-5 排样与材料的经济利用4/40落料落料：冲裁的目是得到一定形状和尺寸的：冲裁的目是得到一定形状和尺寸的外形轮廓外形轮廓。冲裁冲裁是是最基本最基本的冲压工序。的冲压工序。定义：冲孔冲孔：一定形状和尺寸的：一定形状和尺寸的孔孔(punching；piercing)。工序：使冲裁件沿封闭曲线使冲裁件沿封闭曲线分离分离的工序的工序。引言5/40分类分类:冲裁模冲裁模：冲裁所使用的模具叫冲裁模，它是冲裁过程冲裁所使用的模具叫冲裁模，它是冲裁过程必不可少的工艺装备。必不可少的工艺装备。凸、凹模刃口锋利，凸、凹模刃口锋利，间隙小。间隙小。普通冲裁、精密冲裁本章重点是普通冲裁6/40一、剪切区力态分析一、剪切区力态分析（一）剪切区（一）剪切区力力分析：分析：凸凸模模对对坯料坯料作用力：作用力：PP，FP；PP，FP2-1冲裁变形过程分析 凹凹模模对对坯料坯料作用力：作用力：Pd，Fd；Pd，Fd凸、凹模间隙存在，产生凸、凹模间隙存在，产生弯矩弯矩。7/40（二）剪切区（二）剪切区应力应力状态分析：状态分析：BA,DE（E点的静水压应力最低点的静水压应力最低）凸模刃口附近的静水压应力比凹模刃凸模刃口附近的静水压应力比凹模刃口附近的高口附近的高刃口端面静水压应力高于侧面刃口端面静水压应力高于侧面日日本本学学者者岩岩田田一一明明用用有有限限元元计计算算的的应力分布基本相符应力分布基本相符3轴向（板厚方向）轴向（板厚方向）1径向径向2切向切向在弹塑性力学中，常假设静水压力作用下，应变与应在弹塑性力学中，常假设静水压力作用下，应变与应力服从弹性规律，并且不影响屈服。于是很自然地将力服从弹性规律，并且不影响屈服。于是很自然地将应力分量分成两部分，一部分是平均正应力，或称静应力分量分成两部分，一部分是平均正应力，或称静水压力，另一部分称为偏量应力张量水压力，另一部分称为偏量应力张量8/40二、冲裁变形过程二、冲裁变形过程(一）一）弹性弹性变形阶段：变形阶段：凸模压力凸模压力P小，小，S，弯曲和拉伸变形，弯曲和拉伸变形（三）（三）断裂分离断裂分离阶段：阶段：凸模压入，裂纹向内部扩展，直到断裂凸模压入，裂纹向内部扩展，直到断裂 间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为三个阶段：为三个阶段：（二）（二）塑性塑性变形分阶段：变形分阶段：凸模压力凸模压力P增大，增大，S，塑性剪切，塑性剪切材料硬化，材料硬化，b，产生微裂纹，产生微裂纹9/4010/40三、冲裁三、冲裁断面特征断面特征断裂断裂带带：裂纹；斜度裂纹；斜度光亮光亮带带：塑变、侧面挤压塑变、侧面挤压大小：材料性质大小：材料性质、C、刃口状态、刃口状态毛刺毛刺带带：伴随着裂纹出现而产生伴随着裂纹出现而产生大小大小C、刃口状态、材料性质、刃口状态、材料性质圆圆角角带带（塌塌角角）：刃刃口口附附近近材材料料弯弯曲曲拉拉伸伸，大大小小与与材材料料塑塑性性、间间隙隙C有有关关各特征区在断面上所占比例：各特征区在断面上所占比例：随材料性质、随材料性质、t、c、模具结构、模具结构、刃口状态不同而变化刃口状态不同而变化11/40冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况a a）冲孔件）冲孔件 b b）落料件）落料件 12/402-2 冲裁间隙定义：单边定义：单边C=（D-d）/213/40冲裁件质量：冲裁件质量：垂直、垂直、光洁、光洁、毛刺小毛刺小 图纸规定图纸规定的公差范的公差范围内围内 外形满足图纸外形满足图纸要求；表面平要求；表面平直，即拱弯小直，即拱弯小指断面状况断面状况、尺寸精度尺寸精度和形状误差形状误差。一、间隙对一、间隙对冲裁件质量冲裁件质量的影响的影响（一）间隙（一）间隙C对对断面质量断面质量的影响：的影响：合适的间隙裂纹重合，光亮带大，塌角、毛刺、撕裂带小。C小小平整，断面垂直；二次剪切平整，断面垂直；二次剪切两个光亮带。两个光亮带。C大大拉应力大，易产生裂纹，断面不垂直。拉应力大，易产生裂纹，断面不垂直。14/4015/40（二）（二）C对对尺寸精度尺寸精度的影响：的影响：C大大拉伸变形大：拉伸变形大：落料件落料件尺寸变小尺寸变小冲孔件冲孔件尺寸变大尺寸变大（三）（三）C对对形状误差形状误差（弯曲度弯曲度）的影响：）的影响：C大大弯曲严重弯曲严重C小小侧向挤压变形大：落料件侧向挤压变形大：落料件尺寸变大尺寸变大冲孔件冲孔件尺寸尺寸变小变小翘翘曲曲：冲冲裁裁件件呈呈曲曲面面不不平平现现象象。它它是是由由于于间间隙隙过过大大、弯弯矩矩增增大大、变变形形拉拉伸伸和和弯弯曲曲成成分分增增多多而而造造成成的的，另另外材料的各向异性和卷料未外材料的各向异性和卷料未矫矫正也会正也会产产生生翘翘曲。曲。扭曲扭曲：冲冲裁裁件件呈呈扭扭歪歪现现象象。它它是是由由于于材材料料的的不不平平、间间隙隙不均匀、凹模后角不均匀、凹模后角对对材料摩擦不均匀等造成的。材料摩擦不均匀等造成的。变变形形：由由于于坯坯料料的的边边缘缘冲冲孔孔或或孔孔距距太太小小等等原原因因，因因胀胀形形而而产产生的。生的。冲裁件的冲裁件的形状误差形状误差：指指翘曲翘曲、扭曲扭曲、变形变形等缺陷。等缺陷。16/40二、间隙对二、间隙对模具寿命模具寿命的影响的影响（一）（一）冲裁模的冲裁模的失效失效形式形式：刃口磨损、压塌、崩刃、凸刃口磨损、压塌、崩刃、凸模折断、凹模涨裂模折断、凹模涨裂（二）（二）模具寿命模具寿命：（冲出合格品的次数）（冲出合格品的次数）两次刃磨间寿命两次刃磨间寿命全部磨损后的总寿命全部磨损后的总寿命刃口磨损情况的变化17/40（三）（三）间隙对模具寿命的影响间隙对模具寿命的影响：单位高压、塑性流动和滑动单位高压、塑性流动和滑动端面、侧面端面、侧面滑动滑动磨损、粘着磨损磨损、粘着磨损C C小小：挤压作用强，：挤压作用强，F、P大；大；F,P大大磨损磨损光亮带大，刃口与材料磨擦距离长光亮带大，刃口与材料磨擦距离长磨损增加磨损增加凸凸模模端端面面磨磨损损低低于于凹凹模模端端面面（滑滑动动受受阻阻），凸凸模模侧侧面磨损最大面磨损最大适当放大适当放大C，寿命寿命三、三、间隙对冲裁力的影响间隙对冲裁力的影响C C小小挤挤压压作作用用强强，材材料料变变形形抗抗力力大大；冲冲裁裁力力大大；顶、推、卸料力大顶、推、卸料力大 其其它它提提高高模模具具寿寿命命的的方方法法：增增加加凸凸模模的的硬硬度度；提提高高刃刃口口表表面面粗粗糙糙度度；增增设设压压料料板板；提提高高模模具具导导向向精度和装配精度；精度和装配精度；改善改善润滑条件等。润滑条件等。18/40四、四、合理间隙合理间隙的确定的确定CminC0.02（不能满足间隙公差条件）因此，只有缩小，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可取：=0.80.01=0.008mm =1.20.01=0.012mm落料：故：33/40例例题题2 2如如图图2-17（a）所所示示垫垫圈圈，材材料料为为40钢钢，料料厚厚t6mmmm。试确定凸、凹模刃口尺寸及制造公差。试确定凸、凹模刃口尺寸及制造公差。34/40 制件形状比较复杂，凹模与凸模采用配合加工。制件系落料冲成，设计模具时凹模为基准，其刃口尺寸如图2-17（b）所示。凹模刃口磨损后，尺寸变化有3种情况，按表2.3.2中的公式分别计算：（1）磨损后变大的尺寸磨损后变大的尺寸 A1凹、A2凹 由表2.3.1：查得：x1=0.5 x2=0.5 A1d=(A1-x11)0+1d=（200-0.51.15）0+1.15/4=199.430+0.29 A2d=(A2-x22)0+2d=（120-0.50.87）0+0.87/4=119.570+0.22（2）磨损后变小的尺寸磨损后变小的尺寸B凹 由表2.3.1查得：x=0.5 Bd=(B+x)0-d =(60+0.50.74)0-0.74/4=60.370-0.19 （3）磨损后不变的尺寸磨损后不变的尺寸C凹 CdC+d=60+1/80.74=60+0.09解：凸模与凹模配作，保证凸模与凹模配作，保证 CminCmax.35/40一、冲裁力的计算一、冲裁力的计算P=KLt LtbK=1.3二、降低冲裁力的方法二、降低冲裁力的方法（一）（一）加加热热4 冲裁工艺力目的：选冲压设备、设计模具 把把材材料料加加热热后后冲冲裁裁，可可以以大大大大降降低低其其抗抗剪剪强强度度。将将材材料料加加热热到到700900 ，冲冲裁裁力力只只有有常常温温时时的的1/3，甚甚至更小。至更小。加热冲裁的加热冲裁的优点优点是冲裁力降低显著；是冲裁力降低显著；缺缺点点是是断断面面质质量量较较差差(圆圆角角大大，有有毛毛刺刺)，精精度度低低，冲冲裁裁件件上上会会产产生生氧氧化化皮皮，加加热热冲冲裁裁时时劳劳动动条条件件也也差差，只只用用于于精度要求不高的厚料冲裁。精度要求不高的厚料冲裁。36/40（二）（二）阶梯阶梯布置凸模布置凸模优优点点不不但但可可降降低低冲冲裁裁力力，而而且且还还能能适适当当减减少少振振动动，工工件件精精度度不不受受影影响响，可可避避免免与与大大凸凸模模相相距距甚甚近近的的小小凸凸模模的的倾倾斜斜或或折折断断(当当所所有有凸凸模模等等高高时时，与与大大凸凸模模接接近近的的小小凸凸模模在在冲冲孔孔时时受受大大凸凸模模冲冲裁裁所所引引起起的的材材料料流流动动的的影影响响，很很易易使使小小凸凸模模倾倾斜斜或或折断折断)。缺缺点点是是修修磨磨刃刃口口也也较较麻麻烦烦。阶阶梯梯冲冲裁裁主主要要用用于于多多个个凸凸模模而而其位置又较对称的模具。其位置又较对称的模具。各各凸凸模模间间的的高高度度相相差差量量与与板板料料厚厚度度有有关关。对对于于薄薄料料，取取h=t；对对 于于 厚厚 料料(t3mm)，取取h=0.5t。各各层层凸凸模模的的布布置置要要尽尽量对称，使模具受力平衡。量对称，使模具受力平衡。37/40刃口倾斜程度刃口倾斜程度H愈大，冲裁力愈小，但凸模需进入凹模愈深，愈大，冲裁力愈小，但凸模需进入凹模愈深，板料的弯曲较严重，所以一般取板料的弯曲较严重，所以一般取H值为：值为：t3mm时，时，H=2t；t=310mm时，时，H=t。优点优点：压力机能在柔和条件下工作，当冲裁件很大时，降低：压力机能在柔和条件下工作，当冲裁件很大时，降低冲裁力很显著。冲裁力很显著。缺点缺点：模具制造难度提高，刃口修磨困难，有些情况模具刃：模具制造难度提高，刃口修磨困难，有些情况模具刃口形状还要修正。冲裁时，废料的弯曲在一定程度上总是影口形状还要修正。冲裁时，废料的弯曲在一定程度上总是影响冲裁件的弯曲，这一点在冲裁厚料时更严重。响冲裁件的弯曲，这一点在冲裁厚料时更严重。适用适用于形状简单、精度要求不高、料不太厚的大件冲裁。于形状简单、精度要求不高、料不太厚的大件冲裁。（三）（三）斜斜刃口模具冲裁刃口模具冲裁落料落料凸模做成平刃口凸模做成平刃口冲孔冲孔凹模做成平刃口凹模做成平刃口38/40三、三、顶顶、推、推、卸料力卸料力图图2-20Pd=KdPPt=Kt.PnPX=KXP Kd、Kt、KX 表2-1016031639/402-5 排样与材料的经济利用一、材料的经济利用一、材料的经济利用材料的利用率 =排样排样：指冲裁件在：指冲裁件在条料上的排列形式条料上的排列形式A0：零件面积；A：工件面积与废料面积（工艺废料、结构废料）之和40/40二、排样方法二、排样方法（一）有废料排样法（二）少废料排样法（三）无废料排样法 41/40三、搭边三、搭边定义：排样时，工件之间及工件与条料侧边之间的余料。作用：影响搭边大小的因素：搭边的经验数值：表2-12。1.补偿定位误差；2.保持条料有一定刚度；3.保护模具刃口。1.材料力学性能；2.工件形状尺寸；3.材料厚度；4.送料挡料方式。42/40THE END43/40落落料料冲冲孔孔复复合合模模1-下模板 2-卸料螺钉 3-导柱 4-固定板 5-橡胶 6-导料销 7-落料凹模 8-推件块 9-固定板 10-导套 11-垫板 12、20-销钉 13-上模板 14-模柄 15-打杆 16、21-螺钉 17-冲孔凸模 18-凸凹模 19-卸料板 22-挡料销 44/4045/4046/4047/4048/4049/40如图2.4.3所示的落料件，其中三、例2d=220.14mm板料厚度t=1mm，材料为10号钢。试计算冲裁件的凸模、凹模刃口尺寸及制造公差。由表2.3.3查得：解：该冲裁件属落料件，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作。50/40三、例2（续）落料凹模的基本尺寸计算如下：第一类尺寸：磨损后增大的尺寸 由公差表查得：尺寸80mm，选x=0.5；尺寸15 mm，选x=1；其余尺寸均选x=0.75。51/40三、例2（续）第三类尺寸：磨损后基本不变的尺寸 第二类尺寸：磨损后减小的尺寸 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是79.79mm，39.75mm，34.75mm，22.07mm，14.94mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值52/40落料凸、凹模尺寸 a)落料凹模尺寸 b)落料凸模尺寸