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冲压成形模具

一、 冲压加工基础知识
1． 冲压技术及模具
l 冲压是利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需制件的一种压力加工方法。
l 冲压工艺、冲压模具、冲压材料构成了冲压加工三要素。冲压模具一般具有专用性（具有“一模一样”的特征），且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。模具CAD/CAE/CAM技术成为改造传统模具生产的关键技术。
l 冲压的基本变形方式：分离工序和成形工序（P3、4表1—1等）
l 对应于变形方式→相应冲压模具展示六副模具结构图
（P22、23）

l 冲压模具的基本组成通过六副结构图了解
：上模和下模（P23～24）
各种结构的冲压模具，尽管复杂程度不同，组成零件各有差异，但主要由七种构件组成。
①工作零件
②固定零件
③导向零件
④卸料与压料零件
⑤定位零件
⑥紧固零件
⑦附加机构
2． 冲压工艺与冲压设备
由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求各不相同，因而生产中采用的冲压工艺也多种多样。
l 冲压件的工艺性系冲压件对冲压工艺的适应性。
根据冲压工艺分析的结论，综合考虑生产中的各类因素，确定合适的冲压工艺方案至关重要。（P11、12）
l 冲压成形工序是在冲压设备上完成的。
冲压设备的种类很多，其分类方法也很多（P6～P11）。应根据要完成冲压的工序性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择冲压设备的类型。

二、 冲裁工艺与冲裁模
l 冲裁模是指从条料、板料或半成品上沿规定轮廓分离材料所使用的模具。通常指落料模和冲裁模。（动画1）
l 根据冲制零件尺寸、精度要求的不同，冲裁模分为普通冲裁模和精密冲裁模。
1． 冲裁件的工艺性（P36～38）
在编制冲压工艺规程和设计模具之前，从工艺角度分析制件设计得合理与否，是否符合冲裁的工艺要求。
l 冲裁件的结构工艺性
l 冲裁件的尺寸精度与断面粗糙度
l 冲裁件的尺寸标注
l 冲件材料等
2． 冲裁过程
冲裁过程的变形相当复杂，但了解和掌握其变形规律，有利于冲裁工艺与冲裁模设计，有利于冲裁件质量的控制。
l 三个阶段（间隙正常时）（P35）
l 冲裁件的断面特征（正常冲裁条件下P36）（动画2）
3． 冲裁件的工艺计算
l 排样、搭边、条料宽度计算（P41～44）
排样是指冲裁件在条料或板料上的布置方法。在冲压零件的成本中，材料费用占60％以上，因此材料的经济利用是一个重要问题，而材料的经济利用又与排样方式根据材料经济利用的程度，排样方法有：有废料排样、少废料排样、无废料排样。并比较它们的特点。
有关。

搭边搭边的作用：
1）能够补偿定位误差，保证冲出合格的制件；
2）能保持条料具有一定的刚性，便于送料；
3）能起到保护模具的作用。
：指冲裁时制件与制件之间、制件与条料边缘之间的余料。

条料宽度尺寸的确定：
有侧压装置：

无侧压装置：
式中： L——制件垂直于送料方向的基本尺寸；
Δ——条料的宽度公差；
b——侧面搭边值；
C——送料保证间隙：
B ≤100，C=0.5～1.0；B＞100，C=1.0～1.5。

l 模具的压力中心计算通常利用求平行力系合力作用点的方法进行。
P26
冲裁模的压力中心即冲裁力合力的作用点。冲压时，模具的压力中心必须与压力机滑块的中心线重合；否则滑块就会承受偏心载荷，使模具歪斜，间隙不均，导致压力机滑块与导轨和模具的不正常磨损，降低压力机和模具的使用寿命。
简单形状的工件压力中心的计算：
①对称形状的零件压力中心，位于刃口轮廓图形的几何中心上；

②直线段的压力中心位于直线段的中心；
③等半径的圆弧段的压力中心，位于任意角2a角平分线上，且距离圆心为的点上，。

复杂形状冲裁件压力中心的计算：
①选定坐标系；
②计算各轮廓的长度或冲压力；
③计算各轮廓或冲压力中心的坐标值；
④根据力矩原理计算压力中心。

或

l 冲裁工艺力计算（P39）
冲裁模设计时，为了合理地设计模具及选用设备，必须计算冲裁工艺力。冲裁工艺力包括冲裁力、卸料力、推件力和顶件力。
4． 冲裁模设计中的计算
l 冲裁间隙1）当冲裁件尺寸精度要求不高，或对断面质量
无特殊要求时，从提高模具寿命、降低冲压力角度出发，一般采用较大间隙。
2）当冲裁件尺寸精度要求较高，或对断面质量有较高要求时，应选择较小的间隙。
3）冲裁过程中凸、凹模的磨损将使间隙增大，因此，设计时应按所选间隙类别中的最小间隙值来计算刃口尺寸。
4）间隙值确定方法
①经验法
②查表法（行业、料厚、精度）

（P55～56）
l 刃口尺寸计算（P57～61）
①落料尺寸决定于凹模尺寸，设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上，冲裁间隙通过减小凸模刃口的尺寸来取得；
②冲孔尺寸决定于凸模尺寸，设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口的尺寸来取得；
③设计落料模时，凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范围内的较小尺寸；
④设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取制件尺寸公差范围内的较大尺寸；
⑤初始设计模具时，冲裁间隙一般采用最小合理间隙值；
⑥刃口尺寸的制造偏差方向，原则上单向注向金属实体内部；
⑦模具制造方法的不同，其刃口尺寸的计算方法亦不同。

l 弹簧尺寸
l 模具闭合高度
模具的闭合高度：指模具在最低工作位置时，上、下模之间的距离。
原则：模具闭合高度必须与冲压设备的闭合高度相适应，应介于其最大和最小闭合高度之间，不得大于其最大闭合高度。
模具的闭合高度应介于冲床最大和最小闭合高度之间，如果模具的闭合高度小于冲床的最小闭合高度，可以采用垫板。

5． 冲裁模的典型结构冲裁模结构形式很多，通常可以对冲裁模按四种方法进行分类。以下按工序组合形式进行讨论。
（P51～55）
1） 单工序模
① 落料模
l 无导向落料模（敞开式）（P52图2—18）
l 导板式落料模（P53图2—19）
l 导柱式落料模（P54图2—20）（动画1）
②冲孔模
l 结构与一般落料模相似
l 冲孔模有其特点：冲孔大多在工序件上进行，为了保证冲件平整，冲孔模一般采用弹性卸料装置（兼压料作用P69），并注意解决好工序件的定位和取出问题；冲小孔冲孔最小直径见P38表
时必须考虑凸模的强度和刚度，以及快速更换凸模的结构；冲裁成形零件上的侧孔时，需考虑凸模水平运动的转换机构等。

2） 复合模动画3
（P78图2—53）
l 在结构上具有一个或几个具有双重作用的工作零件——凸凹模。
l 根据凸凹模在模具中的装配位置不同，分为正装式复合模（上）和倒装式复合模（下）
① 正装式复合模（P81图2—55）
l 板料在压紧状态下分离，制件平直度较高。
l 由于弹性顶件和弹性卸料装置的作用，分离后的制件容易被嵌入边料中而影响操作，从而影响了生产率。
l 适于冲裁材料较软或料厚较薄、平直度要求较高的制件。
②倒装式复合模（P79图2—54）
l 一般采用刚性推件装置，冲件不是在被压紧状态下分离，制件平直度不高。
l 冲孔废料直接从凸凹模内孔推下，当采用直刃壁凹模洞口时，会聚积废料，孔壁较小时可能引起胀裂。
l 结构简单（省去了顶出装置），并为机械化出件提供了条件，应用非常广泛通过动画3中“模具运动剖示”说明
。

3） 级进模
l 在冲床一次行程中，按一定的顺序，在模具的不同位置上完成两种或两种以上的冲裁工序。（动画4）
l 为控制制件内、外形的相对位置精度，条料的定位成为关键。
l 两种基本结构类型：导正销定距的级进模，侧刃定距的级进模。
l 一般情况下，侧刃定距的定距精度低于导正销定距的定距精度，有些级进模将两者联合使用，前者作粗定位，后者作精定位，此时，侧刃断面的长度应略大于送料步距，使导正销有导正的余地。
① 导正销定距先分析书中图，再动画4
的级进模（P76图2—50）
常用于级进模中，以保证工件上的孔与外形的相对位置精度，消除送料的步距误差，起到精确定位的作用。

当冲裁材料厚度小于0.5mm，冲孔直径小于1.5mm，落料凸模尺寸较小时，不宜使用导正销。
工步较多，精度较高，零件上又无适宜导正的孔的级进模，常在条料的空位处设置工艺孔，供导正销导正条料。

②侧刃定距先分析书中图，再动画“长方形侧刃”、“成形侧刃”、“双侧刃”

的级进模（P77图2—51）
长方形侧刃：
制造简单，但当侧刃刃口部分磨钝后，会使条料边缘处出现毛刺而影响正常送进。

成形侧刃（燕尾形刃口）：
克服了长方形侧刃的缺点，但制造较复杂，增大了切边宽度，材料利用率降低。刃口的磨损较严重，强度也较差，因此不适于冲厚料。适用于板厚在 0.5mm以下，定位精度较高的冲裁。
侧刃数量可以是一个，也可以两个。两个侧刃可以在条料两侧并列布置，也可以对角布置，对角布置能够保证料尾的充分利用。多工序级进模多采用双侧刃结构。
尖角形侧刃：
与弹簧挡料销配合使用，节省材料，但操作麻烦，生产效率低，不常采用，只在冲裁贵重金属时使用。

6．冲裁模主要零部件介绍（PPT）

三、 弯曲工艺与弯曲模
1．概述
l 弯曲：利用金属的塑性变形，将毛坯材料弯成一定角度或一定形状的冲压加工方法。
压弯的典型形状：

l 弯曲是冲压生产中应用较为广泛的一种基本加工方法，属于成形工序。一般用于板料、棒料、管料的成形加工。
典型压弯工件：

l 根据弯曲件的不同要求及生产批量的大小，有多种弯曲方法。最常用的是以弯曲模具在通用压力机上进行弯曲动画“弯曲模1”、“弯曲模2”、“弯曲模3”、“弯曲模4”、“弯曲模5”、“弯曲模6”、“弯曲模7”、“弯曲模8”
。

2．弯曲工艺
1）弯曲过程（P85）动画“弯曲过程”

2）弯曲件工艺性还包括冲裁毛刺与弯曲方向、板料的弯曲方向与弯曲线夹角。
（P86）
l 弯曲半径
工件的弯曲圆角半径应不小于允许的最小弯曲半径。

最小弯曲半径：导致材料开裂前的临界弯曲半径。
相对弯曲半径（r/t）：表示弯曲变形程度的工艺参数。

l 弯曲件孔边距
弯曲件上的孔应远离弯曲变形区或安排在弯曲之后冲出；（安全距离查表）

l 弯曲件的直边高度
弯曲直边应有足够的高度

l 添加工艺孔、槽或缺口
移动在宽窄交界处的弯曲线或开工艺槽、孔。

l 弯曲件的尺寸等
一般弯曲件的尺寸公差等级应在IT13级以下，角度公差应大于15′。

3．弯曲工艺计算
l 回弹值的确定
l 最小弯曲半径
l 弯曲件毛坯尺寸计算
l 弯曲力计算
l 弯曲模间隙的确定
4．弯曲模具
l 典型结构（PPT）
l 弯曲成形质量问题
l 成形零件尺寸计算

四、 拉深工艺与拉深模

五、 成形模
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