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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,冲压工艺及模具设计,冲压工艺及模具设计,第一章 冲压工艺基础,第二章 冲裁工艺及模具设计,第三章 弯曲工艺与弯曲模设计,第四章 拉深工艺及模具设计,第五章 冷挤压工艺及模具设计,第六章 其它冲压工艺简介,第七章 模具,CAD/CAM,简介,冲压工艺基础,第一章,冲压工艺基础,1.1 冲压工艺的分类、特点及应用,1.2 冲压模具,1.3 冲压模具常用材料,1.4 冲压常用材料,1.5 冲压设备与选用,冲压工艺基础,1.1 冲压工艺的分类、特点及应用,1.1.1冷冲压加工,冲压加工是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一，它是利用各种压力机和安装在压力机上的模具使材料在常温或高温状态下进行分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的一种方法称为冲压加工。冲压加工是少无切削加工的一种主要形式。,冲压工艺基础,1.1.2 冲压加工的特点,（1）借助压力机的压力利用模具能获得壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件，这些零件用其他的方法难以加工甚至无法加工；,（2）冲压加工的零件精度高、尺寸稳定，具有良好的互换性；,（3）冲压加工是少无切削加工的一种，部分零件冲压直接成型，无需任何再加工，材料利用率高；,（4）生产效率高，生产过程易实现机械化和自动化；,（5）操作简单，便于组织生产。,冲压工艺基础,1.1.3 冲压加工的基本工序,由于冲压件的形状、尺寸和精度不同，因此，冲压所采用的工序种类亦各异。据其变形特点，可以分为两大类：,一类是分离工序，主要包括切断、冲裁、切口、切边等。其特点是板料所受外力超过抗剪强度，使其一部分与另一部分相互分离。,冲压工艺基础,另一类是变形工序，主要包括弯曲、拉深、成形等。其特点是板料受力超过屈服极限，小于强度极限，使其产生塑性变形得到一定形状。,此外，为了提高劳动生产率，常将两个以上的基本工序合并成一个工序，如落料拉延、切断弯曲、冲孔翻边等，这称为复合工序。在生产实际中，对于批量生产的零件绝大部分是采用复合工序。,冲压工艺基础,1.1.3.1 分离工序,分离工序是指材料在冲压力作用下，应力超过材料的强度极限，使材料发生剪断或局部剪裂，制件或坯料沿一定的轮廓相分离的冲压工序。分离工序主要为剪切或冲裁工序。常见分离工序见表1-1。,工序名称,工序简图,工序特点与应用范围,落料,利用模具沿工件封闭轮廓曲线实施冲切，把工件从板料上分离下来，冲裁下来的部分是各种形状的平板零件，或用作拉延件的毛坯,冲孔,利用模具按封闭轮廓曲线冲裁，冲下的部分为废料,表1-1 分离工序,冲压工艺基础,工序名称,工序简图,工序特点与应用范围,切断,利用剪切模或冲裁模沿不封闭曲线切断，常用于加工形状较为简单的平板零件,修边,将成形零件的边缘修切整齐或修切成其他形状,剖切,将冲压加工成的半成品零件剖切成两个或两个以上的零件，这种方法常用于对称零件或成组冲压的零件,表1-1 分离工序（续）,冲压工艺基础,1.1.3.2 成形工序,成形工序是指坯料依靠模具在压力机作用下，使应力超过坯料的屈服极限，坯料经过塑性变形后，使其成为所要求形状的加工工序。成形工序主要为弯曲、拉深、成形等工序。常见成形工序见表1-2。,工序名称,工序简图,工序特点与应用范围,弯曲,把板料按要求弯成各种形状，利用该工艺可以弯曲成形状复杂的零件,卷圆,把板料端部卷成接近封闭的半圆头，常用于加工类似铰链的零件及日用品部分零件,表1-2 成形工序（一）,冲压工艺基础,工序名称,工序简图,工序特点与应用范围,扭曲,使平板的一部分相对于另一部分产生扭转而形成空间曲面的形状,拉深,把平板料变成各种空心零件或将空心零件变成更深的空心零件,变薄,拉深,把拉深加工后的空心件半成品用减小直径与壁厚的方式来改变空心零件的尺寸,翻孔,在预先冲孔的板料半成品上或未冲孔的板料上冲制成竖立的边缘,表1-2 成形工序（二）,冲压工艺基础,工序名称,工序简图,工序特点与应用范围,翻边,把半成品零件的外缘或内孔冲制成竖立的边缘,拉弯,在拉力与弯矩的共同作用下实现弯曲变形，可以制成精度较高的零件,胀形,在双向拉应力作用下实现的变形，可以成形各种空间曲面形状的零件,局部,成形,在板料毛坯或零件的表面上局部地方压制出各种突起或凹陷的形状,表1-2 成形工序（三）,冲压工艺基础,工序名称,工序简图,工序特点与应用范围,扩口,在空心毛坯或管状毛坯的某个部位使其径向尺寸扩大的变形方法,缩口,在空心零件或管状零件的某位置使其尺寸减小的变形方法,旋压,在旋转状态下利用辊轮使毛坯逐步成形的方法,整形,为了提高已成形零件的尺寸精度或获得较小的圆角半径而采用的成形方法,表1-2 成形工序（四）,冲压工艺基础,1.2 冲压模具,由于冲压模具的种类繁多，结构各异。按其用途可将模具分为：冷冲压模、塑料模、压铸模、锻模、粉末冶金模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、铸造用金属模等。按成形原理又可分为冲裁模和型腔模两大类。,冲裁模的分类,按工序性质分 有落料模、冲孔模、切边模、切断模、剖切模、整修模、精冲模等。,按工序的组合分 有单工序模和多工序模。多工序模又分为连续模和复合模等。,冲压工艺基础,按导向装置分 有无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、导筒模等。,按卸料装置分 有刚性卸料板和弹性卸料板冲模。,按挡料或定位方式分 有固定挡料销、活动挡料销、导正销和侧刃冲模。,按制造凸、凹模的材料分 有钢质冲模、硬质合金冲模、橡皮冲模、锌基合金冲模等。,冲压工艺基础,按送料、出件等方法分 有手动模、半自动模、自动模等。,按轮廓尺寸分 有大型模、中型模、小型模。,（1）冲裁模 将一部分材料与另一部分材料分离或部分分离的模具。下面列举几种一般中小型企业常见的冲裁模结构简图。,冲压工艺基础,a),落料模,b),冲孔模,c),剪切模,d),修边模,e),切口模,f),剖切模,图1-1 冲裁模常见结构,冲压工艺基础,（,2,）弯曲模,将坯料弯曲成一定形状的模具。,1,上模板；2,凸模；3,压边圈；4,定位板；5,凹模；6,凹模固定板；7,下模板,图1-2 弯曲模,冲压工艺基础,（3）拉深模 将平板料变成一定形状的空心件的模具（如图1-3）。,图1-3 拉深模,冲压工艺基础,（4）冷挤模,1,下模座,2,、,15,、,16,、,19,螺钉,3,垫板,4,顶杆,5,导柱,6,导套,7,上模座,8,导向套,9,限位块,10,压杆,11,凸模,12,垫板,14,、,17,、,20,、,26,柱销,18,凸模固定板,21,导套,22,导柱,23,预应力套,24,凹模,25,凹模镶块,27,弹顶板,28,橡皮,29,螺母,30,双头螺杆,31,推杆,32,下垫板,图1-4 冷挤模,冲压工艺基础,1.3 冲压模具常用材料,1.3.1 模具材料在模具工业中的地位,模具材料是模具制造的基础，模具材料和热处理技术对模具的使用寿命、精度和表面粗糙度起着重要的甚至决定性的作用。因此，根据模具的使用条件合理选用材料，采用适当的热处理和表面工程技术以便充分发挥模具材料的潜力,冲压工艺基础,根据模具材料的性能特点选用合理的模具结构，根据模具材料的特性采用相应的维护措施等是十分重要的，只有这样，才能有效地稳定和提高模具的使用寿命，防止模具的早期失效。,模具材料使用性能的好坏直接影响模具的质量和使用寿命；模具材料的工艺性能将影响模具加工的难易程度、模具加工的质量和加工成本。因此，在模具设计时，除设计出合理的模具结构外，还应选用合适的模具材料及热处理工艺，才能使模具获得良好的工作性能和较长的使用寿命。,冲压工艺基础,1.2.2 冲模材料的选用原则,制造冲压模具用的材料有：灰铸铁、铸钢、钢、钢结硬质合金、硬质合金、低熔点合金、塑料、聚氨酯橡胶等。,正确选用模具材料对于模具寿命和模具制造成本及模具总成本都有直接关系，在选择模具材料时应充分考虑以下几点：,冲压工艺基础,（1）冲压零件的生产批量。对于大批量生产的零件，其模具材料应采用质量较好的、能保证模具耐用度的材料。反之，对于生产批量小则采用较便宜、耐用度较差的材料。,（2）根据被冲裁零件的性质、工序种类及冲模零件的工作条件和作用来选择模具材料。如冲模工作零件的工作条件，是否有应力集中，冲击载荷等，这就要求所选用的模具材料具有较高的强度和硬度、高耐磨性以及足够的韧性；导向零件要求耐磨性和较好的韧性，一般常采用低碳钢，表面渗碳淬火。,冲压工艺基础,（3）根据冲压件的尺寸、形状和精度要求来选材。一般来说，对于形状简单、冲压件尺寸不大的模具，其工作零件常用高碳工具钢制造，形状较复杂、冲压件尺寸较大的模具，其工作零件选用热处理变形较小的合金工具钢制造；而冲压件精度很高的精密冲模的工作零件，常选用耐磨性较好的硬质合金等材料制造。,（4）根据我国模具材料的生产与供应情况，兼顾本单位材料状况与热处理条件。,冲压工艺基础,1.2.3 冲压模具常用材料及热处理要求,1.2.3.1 凸、凹模常用材料及热处理要求。,零 件 名 称,选用材料牌号,热处理,硬度/,HRC,模具类型,凸、凹模工作情况,凸模,凹模,冲裁模,形状简单、冲裁材料厚度,t 3,毫米的凸模、凹模及凸凹模,9,Mn2V、Cr12、Cr12MoV,形状复杂的镶块,120,Cr4W2MoV,淬火,6062,6264,要求耐磨的凸、凹模,Cr12MoV、120Cr4W2 MoV、GCr15、YG15,冲裁薄材料用的凹模,T8A,表1-5 凸、凹模常用材料及热处理（一）,冲压工艺基础,表1-5 凸、凹模常用材料及热处理（二）,零 件 名 称,选用材料牌号,热处理,硬度/,HRC,模具类型,凸、凹模工作情况,凸模,凹模,弯曲,模,一般弯曲的凸、凹模及镶块,T8A T10A,淬火,5660,要求高度耐磨的凸、凹模及镶块,CrWMn、Cr12、Cr12MoV,淬火,6064,形状复杂的凸、凹模及镶块。,生产批量特别大的凸、凹模及镶块,热弯曲的凸、凹模,5,CrNiMo,、,5CrNiTi,5CrMnMo,淬火,5256,拉深,模,一般拉延的凸、凹模,T8A、T10A,淬火,5862,6064,连续拉深的凸、凹模,T10A、CrWMn,要求耐磨的凹模,Cr12、YG15、Cr12MoV、YG8,淬火,6264,不锈钢拉深用凸、凹模,W18Cr4V,6264,YG15、YG8,热拉深用凸、凹模,5,CrNiMo、5CrNiTi,淬火,5256,5256,冲压工艺基础,1.2.3.2 冲模一般零件的材料和热处理：,零件名称,选用材料,热处理,硬度要求,上、下模板,HT200、HT250,ZG270-500、ZG310-570,厚钢板加工而成,Q235 Q255,模柄,45、Q255,导柱,20、T10A,20钢渗碳淬硬,6062,导套,20、T10A,20钢渗碳淬硬,5760,凸、凹模固定,Q235、Q255,4348,板托料板,Q235,导尺,Q255,或45,淬硬,挡料销,45、,T7A,淬硬,4348（45钢）5257（,T7A）,导正销、定位销,T7、T8,淬硬,5256,垫板,45、T8A,淬硬,4348（45,钢）5458（,T8A）,表1-6 冲模常用一般零件的材料及热处理要求（一）,冲压工艺基础,零件名称,选用材料,热处理,硬度要求,螺钉,45,头部淬硬,4348,6062,销钉,45、,T7,淬硬,4348（45钢）5254（,T7）,推杆、顶杆,45,淬硬,4348,顶板,45、Q255,拉深模压边圈,T8A,淬硬,5458,定距侧刃、废料切刀,T8A,淬硬,5862,侧刃挡板,T8A,淬硬,5458,定位板,45、T7,淬硬,4348（45,钢）5254（,T7）,斜楔与滑块,T8A、T10A,淬硬,6062,弹簧,65Mn、60SiMnA,淬硬,4045,表1-6 冲模常用一般零件的材料及热处理要求,冲压工艺基础,表1-7 常用冷变形模具钢的预热和加热规范,冲压工艺基础,1.3 冲压常用材料,1.3.1 冲压工艺对材料的要求,选择冲压用材料时，首先应满足冲压件的使用要求。一般来说，对于机器上的主要冲压件，要求材料具有较高的强度和刚度；电机电器上的某些冲压件，要求有较好的导电性和导磁性；汽车、飞机上的冲压件。要求有足够的强度，并尽可能减轻重量；化工容器要求耐腐蚀等等。所以不同的使用要求就决定了应选用不同的材料。但从冲压工艺考虑，材料还应满足冲压工艺要求，以保证冲压过程顺利完成。,冲压工艺基础,对冲压所用材料的要求有：,（1）良好的冲压性能,冲压性能是指板料对各种冲压加工方法的适应能力。冲压加工方法是以金属为塑性的加工方法，因此，要求材料具有良好的塑性。,对变形工序，塑性好，要求材料允许的变形程度大，则可以减少冲压工序次数及中间退火次数。对于分离工序，也要求一定的塑性，同时要求材料的屈服极限稍高一些，以利于冲裁后获得较高的断面质量。,材料塑性的高低，常用延伸率(,)、,屈服强度常用,s,来表示。强度极限常用,b,来表示。,冲压工艺基础,（2）良好的表面质量,表面质量好的材料，冲压时工件不易破裂，废品减少；模具不易擦伤寿命提高，而且制件的表面质量好。所以一般要求冲压材料表面光洁、平整，无氧化皮、裂纹、锈斑、划痕等缺陷。,（3）符合国标规定的厚度公差,模具间隙是按材料厚度来确定的，所以材料厚度公差应符合国家规定的标准。否则厚度公差太大，将影响工件质量，并可能导致损坏模具和设备。,冲压工艺基础,表1-8 冲压常用材料的力学性能（一）,1.4.2 金属材料,冲压工艺基础,表1-8 冲压常用材料的力学性能（二）,冲压工艺基础,表1-8 冲压常用材料的力学性能（三）,冲压工艺基础,表1-9 有色金属的力学性能（一）,冲压工艺基础,表1-9 有色金属的力学性能（二）,冲压工艺基础,1.4.3 非金属材料,表1-10 非金属材料的力学性能（一）,冲压工艺基础,表1-10 非金属材料的力学性能（二）,冲压工艺基础,1.5 冲压设备与选用,1.5.1 曲柄压力机,1.5.1.1 主要技术参数,曲柄压力机的主要技术参数综合反映设备的工艺能力相适用范围，以及有关生产率等指标。主要包括如下内容：,（1）公称压力 曲柄压力机的公称压力是指滑块离下死点前某一特定距离或曲柄旋转到离下死点前某一特定角度时，滑块上所许可承受的最大作用力(这个特定的距离常称为公称压力行程，特定的角度称为公称压力角)。超过公称压力行程或公称压力角的范围时，滑块上所能承受的作用力都低于公称压力。,冲压工艺基础,公称压力在我国已经系列化。如630,kN、1000kN、1600 kN、2500kN、3150kN、4000kN、6300kN,。,（2）,滑块行程 滑块行程指滑块从上死点到下死点的距离。某些曲柄压力机的行程是可调节的，从而满足不同类型模具的需要。,（3）滑块行程次数(,min,-1,),滑块行程次数是指滑块每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点所往复的次数。,冲压工艺基础,（4）闭合高度和装模高度 闭合高度是指滑块在下死点时，滑块底面到工作台上表面的距离。当连杆调节装置将滑块调到下死点的最高位置（连杆调到最短）时，闭合高度达到最大，称最大闭合高度；当连杆调节装置将滑块调到下死点最低位置（连杆调到最长）时，闭合高度达到最小，称最小闭合高度。两者之差为闭合高度调节量。,装模高度是指滑块在下死点时，滑块底面到工作台垫板表面的距离。闭合高度与装模高度之差为垫板的厚度。曲柄压力机上的垫板工作时一般不拆下。,冲压工艺基础,（5）工作台（垫板）、滑块底面尺寸 曲柄压力机工作台（垫板）、滑块底面尺寸主要影响模具的安装以及废料、工件的排出。一般小型压力机是通过模柄与压力机滑块相连的。大中型压力机垫板和滑块底面设置有,T,型槽固定模具。,1.5.1.2主要技术规格,（1）开式压力机主要技术参数,开式压力机外型见图1-5。,冲压工艺基础,1电动机；2小带轮；3大带轮；4小齿轮；5大齿轮；6离合器；7曲轴；8制动器；9连杆；10滑块；11上模；12下模 13垫板；14工作台；15机身,图1-5,JB23-63,压力机结构图与运动原理图,冲压工艺基础,表1-11 开式压力机的基本参数（一）,开式压力机的基本参数见表1-11。,冲压工艺基础,表1-11 开式压力机的基本参数（二）,冲压工艺基础,(2)闭式压力机主要技术参数,闭式压力机的外型见图1-6。,1,小带轮；3,大带轮；4,制动器；5,离合器；6,小齿轮1；7,大齿轮；8,小齿轮2；9,偏心齿轮；10,芯轴；11,机身；12,连杆；13,滑块；14,垫板；18,气垫,图1-6,J31,315,压力机结构图,冲压工艺基础,闭式压力机参数见表1-12和表1-13。,表1-12 闭式单点压力机技术参数,冲压工艺基础,表1-13 闭式双点压力机技术参数,冲压工艺基础,1.5.1.3 压力机型号的选取,设计模具时合理选择压力机的规格型号，使设计的模具与设备有一个合理的匹配关系，这样可提高模具的使用寿命，保证模具的安装可靠性，提高产品质量、生产率和模具寿命。在选择压力机规格型号时，主要注意如下方面：,（1）公称压力 压力机的公称压力与模具成形工艺力、辅助工艺力之间应符合下列关系：,一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于成形工艺力和辅助工艺力总和的1.3倍；,冲压工艺基础,刚度对成形影响较大时，压力机的公称压力应大于或等于成形工艺力和辅助工艺力总和的3倍；,总之，选用压力机时冲压的力,行程曲线要落在压力机滑块许用负荷曲线范围内。,图1-7 压力机滑块许用负荷曲线,冲压工艺基础,表1-14 不同装模方式的特点及校核公式,装模方式,装模简图,特点,校核公式,模具直接安装在压力机工作垫板上,1,、支撑平稳，下模座受力条件较好,2、适用能通过垫板孔下出料、或在模具上出件的模具,H,max,-H,1,-5mm,H,H,min,-H,1,+10mm,利用等高块在压力机垫板上安装模具,1,、下模座的支承面较小，受力条件较差，对安装人员水平要求高,2,、适用于垫板上,无漏料孔的大型压力机或者漏料孔较小等其他因素。,H,max,-H,1,-5mm,H+h,H,min,-H,1,+10mm,拆除垫板模具安装在压力机台面上,一般模具闭合高度过大时才采用,H,max,-5mm,H,H,min,+10mm,冲压工艺基础,注：,压力机的最大封闭高度，,mm；,压力机的最小封闭高度，,mm；,压力机的电板厚度，,mm；,模具的闭合高度，,mm；,等高块的厚度，,mm。,(2),闭合高度 压力机的闭合高度、装模高度应与模具的闭合高度相匹配，高度校核公式参见表1-14。,冲压工艺基础,3）滑块行程 在保证完成冲压工序的前提下，压力机的行程要力求保持模具导向部分不致相互脱离。导板模的凸模与导板、滚珠导向模架的导柱、保持圈与导套不允许脱开，为此应采用行程较小或滑块行程可调节的压力机。,成形工件高度较大时，为便于取件，宜选择行程较大的压力机。拉伸时，滑块行程应大于拉伸件高度的2倍，主要是便于拉深厚的脱料。,4）工作台与滑块底面尺寸 模具下模座的平面尺寸应小于压力机工作台垫板尺寸，以便固定下模座。模具的模柄尺寸、上模座的安装固定部位与压力机滑块的模柄孔尺寸、滑块底面,T,形槽尺寸相适应。,冲压工艺基础,1.5.2 其他冲压设备,1.5.2.1 摩擦压力机,摩擦压力机适用于中、小型件的校正模、压印模和成形模。当超负荷时，只会引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，而不致损坏机件。其缺点是飞轮轮缘磨损大，生产率比曲柄压力机低。,冲压工艺基础,表1-15 双盘式摩擦压力机技术参数,冲压工艺基础,1.5.2.2 双动拉深压力机,双动压力机适用于大量生产大型、较复杂拉深件的拉深模。模具结构简单，压料可靠，容易调节。,表1-16 底传动双动拉深压力机主要技术规格(一）,冲压工艺基础,表1-16 底传动双动拉深压力机主要技术规格(二）,冲压工艺基础,1.5.2.3液压机,液压机适用于小批生产大型厚板件的弯曲模、拉深模、成形模和校平模。它不会因为板材的厚度超差而过载，特别对于深拉深件的加工，具有明显的优点。,冲压工艺基础,表1-17 液压机技术规格,冲压工艺基础,1.5.3,冲压设备的选用,冲压设备的选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用与安全，也关系到冲压工艺过程能否顺利完成以及保证产品质量、模具寿命、生产效率和成本等一系列重要问题。一般根据冲压工序性质、冲压力的大小、模具结构型式、模具闭合高度和轮廓尺寸以及生产批量等因素，结合本单位的设备实际情况合理选择设备类型和吨位。,冲压工艺基础,确定压力机规格时，一般应遵循以下原则：,1压力机的公称压力不小于冲压工序所需的压力。当进行弯曲或拉深时，其压力曲线应位于压力机滑块许用负荷曲线的安全区内，如图1-7。,2压力机滑块行程应满足工件高度上能获得所需尺寸，并在冲压后能顺利地从模具上取出工件。,3压力机的闭合高度、工作台尺寸和滑块尺寸等应满足模具的正确安装。尤其是压力机的闭合高度应与冲模的闭合高度相适应。,模具的闭合高度,H,0,是指上模在最低的工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面的距离。,冲压工艺基础,我国目前生产的大多数压力机连杆长短能调节，也就是说压力机的闭合高度能调节，压力机就有最大闭合高度,H,max,和最小闭合高度,H,min,两个参数。,为了避免连杆调节过长，螺纹接触面积过小而被压坏。如果模具闭合高度实在太小，可在压力机台面上加一个磨平的垫板，一般工厂都预先制作了用于解决该类问题的通用垫板（注：设计该通用垫板时，要保证垫板上下表面平行度在压力机要求的精度范围内）。,4压力机的滑块行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求。,冲裁工艺及模具设计,第二章,冲裁工艺及模具设计,1.1 冲裁变形的过程,1.2 冲裁间隙,1.3 凸、凹模刃口尺寸及公差,1.4 冲裁力的计算,1.5 工件的排样与搭边,1.6 冲裁工艺的设计,1.7 冲裁模的结构与设计,1.8 冲裁模设计中应注意的安全问题,冲裁工艺及模具设计,2.1 冲裁变形的过程,2.1.1 冲裁,冲裁是利用冲裁模使板料产生分离的冲压工序。从广义上说，冲裁是分离工序的总称，包括落料、冲孔、切口、修边、剖切等多种工序。冲裁可以直接冲出成品零件，也可以为其它工序制备毛坯。从板料上冲下所需形状的零件（或毛坯）叫落料，在工件或板料上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）叫冲孔。,冲裁工艺及模具设计,1凸模固定板；2,凸模；3,卸料板；4,板料；5,凹模,图2-1 冲裁工作示意图,冲裁工艺及模具设计,冲裁时的工作过程如图2-1。凸模2通过压力机的滑块带动上下往复运动，凹模5固定不动，板料4放置在凹模5面上。当凸模2上下运动时，由于凸凹模刃口的作用，使板料受剪分离，冲下零件或废料从凹模孔漏下；当凸模向上运动时，由于卸料板3的作用，将紧箍在凸模上的材料卸下。凸模和凹模之间存在有一定间隙（间隙的选取，将在第二节详细介绍）。,冲裁工艺及模具设计,2.1.2 冲裁的变形过程,常用金属板材的冲裁变形过程如图2-2所示，模具间隙正常情况下，大致分为三个阶段。,a),弹性变形阶段；,b),塑性变形阶段；,c),断裂分离阶段,图2-2 冲裁变形过程,冲裁工艺及模具设计,（1）弹性变形阶段,凸模接触板料后，开始压缩材料，变形区内产生弹性压缩、拉伸与弯曲等变形。此时凸模微量挤入材料，材料的另一侧也略为挤入凹模刃口，如图2-2(,a)。,随着凸模的继续压入，变形区的材料达到弹性极限。这时凸模下的材料略有弯曲，而凹模上的材料略有向上翘曲。间隙越大这种现象越明显。,冲裁工艺及模具设计,（2）塑性变形阶段,当凸模继续压入，压力增加，变形区内的材料进入塑性变形阶段，如图2-2(,b)。,这时，凸模将部分材料挤入凹模刃口内，材料产生塑剪变形，形成光亮的剪切断面。由于塑性变形的发生，参与变形的材料加工硬化加剧，致使冲裁力增大，当刃口附近的材料由于拉应力的作用而出现裂纹时，冲裁力达到最大值。这时也标志着塑性变形阶段结束。,（3）断裂分离阶段,凸模再继续下行，塑性变形阶段已经形成的裂纹逐步扩大并向材料内延伸，当材料上下面的裂纹相遇重合时，材料便被剪断分离，如图2-2(,c)。,冲裁工艺及模具设计,2.1.3 冲裁件的质量,2.1.3.1 影响冲裁件尺寸精度的因素,(1)冲裁模的制造精度 冲裁模的制造精度对冲裁件尺寸精度有直接的影响，冲裁模精度越高，冲裁件的精度越高。表2-1为冲模有合理间隙、刃口锋利时，冲模制造精度与制件尺寸的精度关系。,表2-1 冲模制造精度与冲裁件尺寸精度之间的关系,冲裁工艺及模具设计,(2)工件材料的力学性能 冲裁过程中，材料发生一定的弹性变形，冲裁结束会发生,“,回弹,”,现象，使工件尺寸与凹模尺寸不相符，若是冲孔的尺寸与凸模不符，影响了工件尺寸精度。故材料的力学性能决定了该材料在冲裁过程中的弹性变形量。材料越软，弹性变形量越小，回弹也越小，冲裁件的尺寸精度越高。反之，冲裁件尺寸精度越低。,(3)工件的相对厚度 工件相对厚度对冲裁件尺寸精度也有影响。相对厚度（,t-,材料厚度，,D-,冲裁件直径）越大，弹性变形量越小，冲裁件的尺寸精度越高。,冲裁工艺及模具设计,(4)冲裁间隙 凸、凹模间隙对冲裁件的精度影响亦较大。落料时，如间隙过大，材料除受剪切外，还伴随有拉伸弹性变形，冲裁后，工件的变形也就越大，同时也影响模具寿命；如果间隙过小，材料除受剪切外，还产生压缩弹性变形，由于,“,回弹,”,，工件变形亦越大，冲裁间隙过小还会增大冲裁力。,冲裁工艺及模具设计,当冲裁间隙选取过大或过小时，将导致板料上、下两方裂纹不能重合于一线，如图2-3。间隙过小，凸模刃口附近的裂纹比正常间隙时向外错开一段距离。这样上、下两裂纹间的材料随着冲裁过程的进行将被第二次剪切，并在断面上形成第二光亮带，如图2-4（,a），,这时毛刺也增大。间隙过大时，凸模刃口附近的剪裂纹较正常间隙时向里错开一段距离，材料受到较大拉伸，光亮带小，毛刺、塌角、斜度也都增大，如图2-4(,c)。,此外，间隙过大或过小时均使冲裁件尺寸与冲模刃口尺寸的偏差增大。,(5)冲裁件的尺寸形状 冲裁件尺寸越小，形状越简单，其制件尺寸精度越高。,冲裁工艺及模具设计,图2-3 间隙对剪切裂纹重合的影响,图2-4 间隙对冲裁断面的影响,冲裁工艺及模具设计,2.1.3.2 冲裁件的断面质量,如果冲模间隙选取合理，冲裁时，板料在上、下刃口处所产生的裂纹就能重合，冲下的工件虽有一定锥度，但比较光滑。,2.1.3.3 冲裁件的毛刺,冲裁件的毛刺凸模或凹模磨损后变钝，其刃口处形成圆角。冲裁时工件的边缘就会出现毛刺，如图,2-4(,c),，,从而影响工件的质量。,冲裁工艺及模具设计,2.2,冲裁间隙,冲裁凸模和凹模工作时的配合间隙，称为冲裁间隙。它对冲裁件的质量、冲裁力和模具寿命等都有很大影响，在长期的研究中发现影响的规律各不相同。因此，并不存在一个绝对合理的间隙值，能同时满足冲裁件断面质量最佳、尺寸精度最高、寿命最长、冲裁力最小等各方面要求。在实际生产中，间隙的选用主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个主要因素，它与生产成本和产品质量密切相关。,冲裁工艺及模具设计,2.2.1 合理间隙,冲裁间隙对冲裁件质量、模具寿命、卸料力等都有很大影响。但影响规律不同，不可能存在一个间隙同时满足工件质量、模具寿命和冲裁力的要求。实际生产中，间隙的选择考虑冲裁断面的质量和模具寿命这两个主要方面，同时考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，而选择一个合适的间隙范围，只要在这个范围内就可加工出良好的冲裁件。这个范围的最小值称为最小合理间隙，用表示；最大值称为最大合理间隙，用表示。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，因此实际设计与制造模具时常采用最小合理间隙。,冲裁工艺及模具设计,在模具设计时合理间隙的值一般通过查表来确定。一般冲压手册中均可查到，使用时注意各种资料、手册推荐的合理间隙值不尽一致，有的相差较大。这是因为各行业对冲压件的断面质量和尺寸精度要求不同所致。设计时一定要注意零件的用途、技术要求等。表2-2为汽车、拖拉机制造业常用的合理间隙值。,冲裁工艺及模具设计,表2-2 冲裁模合理间隙值,冲裁工艺及模具设计,表2-3 非金属材料冲裁模初始双面间隙,冲裁工艺及模具设计,2.2.2 合理间隙的选择原则,生产实践证明，冲裁间隙取小值时，冲裁件的断面质量较好。间隙过小会增大冲裁力和退料力，降低模具使用寿命。因此，在选择冲裁间隙时，应综合考虑各方面因素：,(1)当冲裁件断面质量要求不高时，在合理的间隙范围内，应尽量取较大的间隙，从而有利于延长模具寿命，降低冲裁力、推件力、卸料力。,冲裁工艺及模具设计,(2)当冲裁件质量要求高时，在合理间隙范围内，应尽量取较小值，这样尽管模具寿命有所降低，但保证了零件的冲裁质量。,在设计冲模时，一般取,Z,min,作为初始间隙，主要是考虑模具工作一段时间之后，要进行刃磨。修磨后会使间隙增大，使,Z,min,向,Z,max,过渡。所以，为了使模具能在较长时间内冲制出合格的零件，提高模具的利用率，降低生产成本，一般设计模具时取,Z,min,作为初始间隙。,冲裁工艺及模具设计,2.3 凸、凹模刃口尺寸及公差,模具刃口尺寸及公差是影响冲裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及公差来保证。因此，正确确定冲裁模凸模及凹模刃口的尺寸与公差，是冲模设计的重要内容。,2.3.1 冲裁模刃口尺寸计算的原则,因落料件的尺寸等于凹模尺寸，而冲孔件尺寸等于凸模尺寸，因此，计算模具刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别处理。,冲裁工艺及模具设计,（1）设计落料模时，由于落料件尺寸等于凹模刃口公称尺寸，故应先确定凹模尺寸，间隙取在凸模上；考虑到冲裁中模具的磨损，凹模尺寸越磨损越大，因此，凹模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围的较小尺寸，以保证磨损到一定程度时，仍能冲制出合格的零件；凸凹模之间的间隙取最小合理间隙值，以便保证模具磨损到一定程度时，间隙仍然在合理间隙范围内。,冲裁工艺及模具设计,（2）设计冲孔模时，因工件孔的尺寸等于凸模刃口公称尺寸，故应先确定凸模尺寸，间隙取在凹模上，考虑冲裁过程中模具的磨损，凸模刃口尺寸越磨越小，因此，凸模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围的较大尺寸，以保证凸模磨损到一定程度时，仍可使用；凸、凹模之间的间隙取最小合理间隙值。,冲裁工艺及模具设计,（3）凸模和凹模的制造公差，主要与冲裁件的精度和形状有关。一般比冲裁件的精度高23级，如果对刃口精度要求过高，势必增加模具制造成本和难度，生产周期长；如果对刃口精度要求过低，冲制的零件不合格。其零件精度与模具制造精度的关系如表2-1。如零件仅为名义尺寸，即未标注公差，对非圆形件按国家标准非配合尺寸的公差数值,IT14,处理，而冲模制造公差可按,IT11,级选取；对于圆形件，一般可按,IT6IT7,精度制造模具。,冲裁工艺及模具设计,当凸模与凹模分开加工时，其公差应保证有如下关系：,式中 、,分别为凸、凹模制造公差，,mm；,、,最大、最小合理间隙值，,mm。,（2-1）,冲裁工艺及模具设计,2.3.2 冲裁模凸模、凹模刃口尺寸计算,由于凸模和凹模的加工方法不同，设计时计算方法不尽相同，其刃口尺寸计算应分别进行计算。,2.3.2.1 凸模与凹模分开加工,用这种方法加工凸、凹模时，要分别标注凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差，一般适用于比较规则形状的冲裁件，如圆形或矩形冲裁件。,冲裁工艺及模具设计,（1）冲孔,设工件孔的尺寸为 ,根据冲裁模刃口尺寸计算原则，冲孔应先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上。其计算公式为：,(冲孔凸模刃口尺寸),(冲孔凹模刃口尺寸),（2-2）,（2-3）,各部分的公差带，如图2-5(,b)。,冲裁工艺及模具设计,（2）落料,设落料件的尺寸为,D-,根据冲裁模刃口尺寸计算原则，落料应先确定凹模刃口尺寸，间隙取在凸模上。其计算公式如下：,(,落料凹模刃口尺寸,),(,落料,凸,模刃口尺寸,),（2-4）,（2-5）,各部分的公差带，如图2-5(,a)。,冲裁工艺及模具设计,各部分的公差带，如图2-5(,a)。,、,分别为冲孔凸模和凹模尺寸，,mm；,、,分别为落料凸模和凹模尺寸，,mm；,工件的制造公差，,mm；,D、d,分别为落料件的基本尺寸和工件孔的基本尺寸，,mm；,最小合理间隙（双面），,mm；,、,分别为凸模和凹模的制造公差，,mm。,可查表2-5。,磨损系数，与制造精度有关，可从表2-4中选取。,冲裁工艺及模具设计,表2-4 磨损系数,(,a),落料,(,b),冲孔,图,2-5,冲孔及落料时各部分公差带分配位置,冲裁工艺及模具设计,表2-5 规则形状（圆形、矩形）冲裁模凸、凹模制造公差,mm,冲裁工艺及模具设计,例题：加工一批垫圈，材料为,Q235A,钢，分别计算落料和冲孔的凸、凹模刃口部分尺寸。垫圈零件尺寸如图2-6所示。,解：落料的凸模、凹模刃口尺寸：,凹模刃口尺寸：,凸模刃口尺寸：,查表2-2、表2-3、表2-4得,图2-6 垫圈,冲裁工艺及模具设计,能满足 的条件。,将已查得的数据代入计算式，即得,冲裁工艺及模具设计,冲孔的凸、凹模刃口尺寸：,凸模刃口尺寸：,凹模刃口尺寸：,查表,2,2,、表,2,3,、表,2,4,得,冲裁工艺及模具设计,能满足 的条件。,将已查得的数据代入计算式，即得,冲裁工艺及模具设计,2.3.2.2 凸模与凹模配合加工,凸模与凹模配合加工一般工厂的做法是：先根据冲裁件尺寸和公差加工凸、凹模中的一件（落料时先加工凹模，冲孔时先加工凸模），再以该件为基准件配加工另一件，使他们之间保证图纸规定的合理间隙。这样，在基准件上标注尺寸和制造公差，而配作的另一件上只标注公称尺寸，在技术要求中注明配作，保证双面间隙,即可。采用此法，凸、凹模的制造公差不再受限制，一般按经验选取，常取工件公差的四分之一。这种方法的优点是容易保证凸、凹模之间的间隙，同时又可放大模具的制造公差，降低模具制造成本，因此在许多工厂得到广泛应用。,冲裁工艺及模具设计,随着,CAD/CAE/CAM,技术在模具设计制造中的广泛应用，有实力的模具制造企业，充分运用现代设计手段和制造方法，再复杂的凸、凹模也可分别进行加工，完全可以保证精度要求，生产周期也可大大缩短。,在设计基准件尺寸时，必须对冲裁件的有关尺寸进行具体分析，根据冲裁件结构尺寸的不同类型，区别对待。具体计算方法为：,冲裁工艺及模具设计,(1)落料,图2-7(,a),为冲裁件图，图2-7(,b),为冲制该零件的凹模图。,落料时应以凹模为基准来配作凸模，并按凹模磨损后尺寸变大、变小、不变的规律分三种情形进行计算。,第一种：凹模磨损后变大的尺寸，如图2-7(,b),中 、,、，这些尺寸按一般落料模尺寸计算公式进行计算。即,（2-6）,冲裁工艺及模具设计,a),冲裁件图；,b）,凹模,图2-7 落料时的冲裁件与凹模,冲裁工艺及模具设计,第二种：凹模磨损后变小的尺寸，如图2-7(,b),中 、，按一般冲孔凸模尺寸计算公式进行计算。即,第三种：凹模磨损后没有变化的尺寸，如图2-7(,b),中 ，可分为三种情形：,当冲裁件尺寸标注为 时：,（2-7）,（2-8）,冲裁工艺及模具设计,冲裁件孔尺寸标注为 时：,冲裁件孔尺寸标注为 时：,式（2-11）式（2-15）各式中，其符号含义如下：,凹模尺寸，,mm；,（2-14）,（2-15）,冲裁工艺及模具设计,A、B、C,相对应的冲裁件基本尺寸，,mm；,冲裁件的公差，,mm；,冲裁件偏差，对称偏差时 =,/4，mm；,凹模制造偏差，,mm。,当标注形式为 或 时，根据经验 一般取,/4。,按上述方法设计制造出凸模，凹模按其尺寸配作，保证最小间隙(在凹模零件图技术要求中注明即可)。,冲裁工艺及模具设计,2.4 冲裁力的计算,冲裁力是指冲裁时，板料对凸模的最大抵抗力。是选用冲压设备和校核模具强度的重要依据。,2.4.1 冲裁力的计算公式,冲裁力的大小主要与材料的力学性能、厚度和工件将要实施冲裁的周边长度有关。采用平刃冲裁时，其冲裁力可
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