冲裁工艺和冲裁模具设计模板.doc

第2单元 冲裁工艺和冲裁模具设计教学课题冲裁工艺及模具计划课时10教学目标1.掌握冲裁模设计基础；2.了解冲裁模设计应用。教学关键冲裁模设计基础。教学难点冲裁模设计基础。教学方法采取实际问题讲解，以常见实物分析，达成教学目标教学手段经过课件多媒体教学本讲专题1. 冲裁模设计基础；2. 冲裁模设计应用。教学过程步骤方法教学内容所用时间一以实例垫片引入二提出问题假如要你制作一个或多个垫片，你通常会想到哪些方法？假如要求你制作一匹垫片，通常见什么方法？本讲问题提出：1.冲裁变形原理2.冲裁件质量分析3.冲裁工艺分析4.冲裁模分类5.排样6.计算冲压力7.冲压设备选择8.确定模具压力中心9.冲裁模刃口尺寸计算10.凸模、凹模结构设计11.定位零件12.导向零件13.卸料和顶件装置14.连接和固定零件三提出要求1.掌握冲裁变形原理；2.掌握排样、计算冲压力；3.掌握冲裁模刃口尺寸计算；4.其它仅作了解。四分析解答问题（一）冲裁变形原理以下图所表示是金属板料冲裁变形过程。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 （a）弹性变形阶段 （b）塑性变形阶段 （c）分离阶段1、弹性变形阶段变形区内部材料应力小于屈服应力 2、塑性变形阶段变形区内部材料应力大于屈服应力。凸、凹模间隙存在，变形复杂，并非纯塑性剪切变形，还伴随有弯曲、拉伸，凸、凹模有压缩等变形。3、分离阶段变形区内部材料应力大于强度极限。裂纹首先产生在凹模刃口周围侧面凸模刃口周围侧面上、下裂纹扩展相遇材料分离 冲裁件断面特征： 圆角带：塑性剪切变形。质量最好区域。光亮带：塑性剪切变形。质量最好区域。断裂带：裂纹形成及扩展。毛刺区：间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。另外，间隙不正常、刃口不锋利，还会加大毛刺。（二）冲裁件质量分析冲裁件质量：指断面情况、尺寸精度和形状误差。断面情况：垂直、光洁、毛刺小 。冲裁间隙对于断面质量起决定性作用。在含有合理间隙冲裁条件下，冲裁件所产生初始裂纹将重合，可得正常冲裁件断面质量。尺寸精度：图纸要求公差范围内 。冲裁件形状尺寸精度在很大程度上取决于冲模制造精度。冲模精度愈高，冲裁件精度愈高。 形状误差：外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小。（三）冲裁工艺分析 1.冲裁件形状和尺寸要求(1) 冲裁件形状应尽可能简单、对称。(2) 冲裁件凸出悬臂和凹槽宽度不宜太小，以免凸模折断，其合理值见表2.1。(3) 冲裁件外形或内形转角处，要避免尖角出现。 (4) 冲孔时，因为受到冲孔凸模强度限制，孔尺寸不宜过小。冲孔孔径尺寸和孔形状、材料机械性能、材料厚度等相关，(5) 冲裁件孔和孔之间，孔和边缘之间距离不应过小，不然模具强度和冲裁件质量不能确保，(6) 在弯曲件或拉深件上冲孔时，为了避免冲孔时使凸模受水平推力而折断，其孔边和制件直壁间应保持一定距离， 2. 冲裁件精度和断面粗糙度(1) 冲裁件经济精度通常不高于IT11级，最高可达IT8IT10级，冲孔比落料精度约高1级。冲裁件尺寸公差、孔中心距公差及孔对外缘轮廓偏移公差分别见表2.6表2.8。 (2) 冲裁件断面粗糙度通常为 最高可达高 表2.6 冲裁件内外形所能达成经济精度 基础尺寸/mm材料厚度t/mm3366101018185001IT12IT13IT1112IT14IT12IT13IT1123IT14IT12IT1335IT14IT12IT13表2.7 两孔中心距公差 材料厚度t/mm通常精度较高精度孔距基础尺寸/mm5050150150300505015015030011224461.000.120.150.200.150.200.250.300.200.300.350.400.030.040.060.080.050.060.080.100.080.100.120.15表2.8 孔中心和边缘距离尺寸公差 材料厚度t/mm孔中心和边缘距离/mm505012012022022036022440.50.60.70.60.70.80.70.81.00.81.01.2（四）冲裁模分类 (1) 按工序性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、剖切模、切边模等。(2) 按工序组合方法可分为单工序简单模和多工序连续模、复合模和连续复合模。(3) 按模具上、下模导向方法可分为无导向开式模和有导向导板模、导柱模、滚珠导柱模、滚柱导柱模等。(4) 按控制送料步距方法可分为固定挡料销式、活动挡料销式、自动挡料销式、导正销式、侧刃式等。(5) 按凸、凹模材料可分为碳素工具钢冲模、合金工具钢冲模、硬质合金冲模、锌基合金冲模、橡皮冲模、聚氨酯橡胶冲模等。(6) 按凸、凹模结构形式可分为整体模和拼块模。(7) 按凸、凹模位置形式可分为正装模和倒装模。(8) 按模具卸料方法可分为刚性卸料模和弹性卸料模。 （五）排样1. 排样方法 多个常见排样方法见表2.10。 2. 材料利用率排样时，在确保制件质量前提下，关键考虑怎样提升材料利用率。材料利用率计算公式以下：一个进距材料利用率计算见式(2.1)：3. 搭边排样时制件之间，和制件和条料侧边之间留下余料叫搭边。搭边作用是赔偿条料定位误差，确保冲出合格制件。搭边还能够保持条料有定刚度，便于送料。表2.10 排样方法 （六）计算冲压力 1. 冲裁力计算采取平刃口凸模和凹模冲裁时，其冲裁力计算见式(2.3)。 2. 卸料力、推件力和顶件力计算 图2.5所表示 影响卸料力、推件力和顶件力原因很多，关键有材料机械性能、材料厚度、冲裁间隙、制件结构形状和尺寸和润滑情况等。在生产中，全部是采取简单经验公式来计算：3. 冲裁工艺力计算图2.5 卸料力、推件力和顶件力 （七）冲压设备选择 1. 冲压设备类型选择 依据所要完成冲压工艺性质，生产批量大小，冲压件几何尺寸和精度要求等来选择设备类型。 2. 冲压设备规格确实定在冲压设备类型选定以后，应该深入依据冲压件尺寸、模具尺寸和冲压力来确定设备规格。（八）确定模具压力中心 对称形状制件冲模压力中心，在制件轮廓图形几何中心上，非对称制件冲模和多凸模、连续模压力中心可用解析法给予确定。解析法采取空间平行力系协力作用线求解方法，依据“协力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之和”协力矩定理求得。图2.6所表示制件压力中心计算步骤以下 略（九）冲裁模刃口尺寸计算 1. 尺寸计算标准生产实践证实：因为凸、凹模之间存在着间隙，使落下料或冲出孔全部带有锥度，落料件大端尺寸等于或靠近于凹模刃口尺寸，冲孔件小端尺寸等于或靠近于凸模刃口尺寸。图2.7所表示。2. 刃口尺寸计算方法依据上述标准，就可确定凸、凹模刃口尺寸及公差。但因为模具加工和测量方法不一样，在进行具体计算和尺寸公差标注时，其方法也不一样，通常按下述方法进行。略3. 冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁凸、凹模之间工作部分尺寸之差。如无尤其说明，冲裁间隙即指双边间隙。图2.7 刃口尺寸和冲件尺寸关系 （十）凸模、凹模结构设计 1. 凸模设计凸模又称冲头，是冲模关键零件之一，凸模本身按其作用又可分为工作部分(即刃口)和固定部分，图2.13所表示。2. 凹模设计 3. 凸凹模4. 镶拼式凸模和凹模图2.13 凸模 （十一）定位零件 1. 挡料销挡料销定位面抵住条料前搭边或制件内廓前(后)面，使条料送进步距正确。 2. 导正钉导正钉亦叫导正销，在连续模中安装在落料凸模上。落料前因为它先插入已冲出内孔中而取得制件良好内孔定位，这时冲模上安装固定挡料销，仅对条料起粗略定位作用。 3. 侧刃在连续模中若采取导正钉正确定位有困难时，可改用侧刃定位。侧刃定位关键用于板料厚度小于0.5mm精密零件或脆性材料冲裁定位。这种结构定位元件特点是步距定位精度高，操作方便，生产效率高，缺点是造成一定板料消耗和增大冲裁力。 4. 导尺导尺有分离式和整体式，图2.21所表示 图2.21 导尺 （十二）导向零件 1. 导板在导板模中，以导板对凸模导向，此时导板又兼作卸料板之用。导板厚度可取凹模厚度0.81倍，长宽尺寸和凹模相同。导板用材料为Q235A或45钢。2. 导柱、导套(1) 滑动导柱、导套 (2) 滚动导柱、导套滚动导向装置导向是由无间隙纯滚动副来实现，所以和滑动式导向装置相比，其导向精度高、摩擦力小、发烧量小，但刚度差，所以使用范围受到一定限制。图2.24所表示。图2.24 滚动导向装置 （十三）卸料和顶件装置 1. 卸料和顶件装置型式2. 推(顶)件装置推(顶)件装置多在复合模中采取，经过它动作将卡在凹模内制件或废料推(顶)出来。其结构图2.25所表示。3. 卸料机构中关系冲裁计算4. 弹性元件选择和计算图2.27 打杆长度 （十四）连接和固定零件 1. 模柄2. 上模板和下模座它们是冲模全部零件安装基体，又承受和传输冲压力，所以它要含有足够强度、刚度和足够大外形尺寸。上、下模板(座)有带导柱和不带导柱两种。 常见标准模架型式，图2.29所表示 图2.29 常见标准模架 部署作业1.材料强度判据有哪些？2.材料塑性判据有哪些？3.怎样计算材料s，b, 和?