第三章-冲裁工艺课件.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第三章 冲裁工艺,使板料分离的冲压工序称为冲裁,冲裁工序是冲压工艺中最基本工序之一。,既可以直接冲出成品零件，也可以作为弯曲、拉深和挤压等其他工序的坯料，还可以在已成形的工件上进行再加工（如：切边、切口、冲孔等）,冲裁工艺,一、,概述,二、,冲裁过程分析,三、,冲裁件的质量分析,四、,冲裁间隙,五、,凸模与凹模工作部分尺寸计算,六、,冲裁工艺力及压力中心,七、,排样、搭边以及送料步距,与条料宽度的计算,冲裁,：,利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。,基本工序：落料和冲孔。既可加工零件，也可加工冲压工序件。,一、概述,根据冲裁变形机理分类,:,普通冲裁、精密冲裁,图,3-1,垫圈的落料与冲孔,a、,弹性变形阶段,b、,塑性变形阶段,c、,断裂分离（剪裂）阶段,2,、变形过程,变形过程,1、弹性变形阶段 2、塑性变形阶段 3、(应力屈服点)出现剪裂纹点,4、断裂阶段,(,剪裂纹重合,)5,、断裂分离,3,、,4,、,5,剪裂阶段,a、,圆角带,b、,光亮带,c、,断裂带,d、,毛刺,圆角带又称为塌角，产生在板料不与凸模或凹模相接触的一面，是由于板料受弯曲、拉深作用而形成的。,材料塑性越好，凸、凹模之间间隙越大，形成的塌角也越大。,紧挨着圆角带的是光亮带，它是由于凸模切入板料、板料被挤入凹模而形成的。,光亮带的长度约占整个断面的1/31/2左右。,光亮带垂直于底面。,材料塑性越好，模间间隙越小，光亮带的高度越高。,光亮带下来紧接着的是断裂带。,断裂带是由冲裁时产生的裂纹扩张而形成的,断裂带表面粗糙，并带有46的斜角。,模间间隙越大，断裂带高度越大，斜角也越大。,毛刺紧挨着断裂带的边缘，是由裂纹在分离面上形成的粗糙部分。,理论上讲冲裁的过程必然造成毛刺的产生。,也就是说毛刺是不可避免的；但是如果间隙合适，毛刺的高度可以很小。,3、四个特征带,关于实际应用与尺寸测量的问题:,对于落料件，光亮带是工件的最大实体尺寸，当它与孔类配合时，光亮带尺寸就是工件的工作尺寸。,对于冲孔件光亮带是工件的最小实体尺寸，当它与轴类零件相配合时，光亮带尺寸就是工件的工作尺寸。,因此，冲裁件是以光亮带作为其工作、配合、检测的标准。,4,、注意点,三、冲裁件的质量分析,冲裁后的零件应该保证一定的尺寸精度、良好的断面质量和没有明显的毛刺,一、尺寸精度,冲裁件应保证图纸规定的公差范围,二、断面质量,冲裁件的切断面应平直、光洁；无裂纹、撕裂、夹层等缺陷,三、毛刺,应该避免粗大的毛刺,冲模的制造精度,a、,冲模的制造精度,冲模的制造精度对冲裁件的尺寸精度有直接的影响。,冲模的精度越高，冲裁件的精度也越高。,冲模制造精度,板料厚度,t(mm),0.5,0.8,1.0,1.5,2,3,4,5,6,7,8,10,12,IT67,IT8,IT8,IT9,IT10,IT10,IT78,IT9,IT10,IT10,IT12,IT12,IT12,IT9,IT12,IT12,IT12,IT12,IT12,IT14,IT14,IT14,IT14,IT14,冲裁间隙,冲裁间隙对于冲裁件精度是一个关键。,当间隙合适时，板料在比较纯的剪切作用下被分离，,使落料尺寸等于凹模尺寸，冲孔尺寸等于凸模尺寸,。,间隙太大：同时存在拉伸和弯曲变形，冲裁后尺寸向实体方向收缩,落料件尺寸小于凹模尺寸；冲孔件尺寸大于凸模尺寸,间隙太小：同时受到较大的挤压作用，冲裁后尺寸向实体反方向胀大,落料件尺寸大于凹模尺寸；冲孔件尺寸小于凸模尺寸,2、断面质量,断面质量取决于冲裁间隙。,间隙合理：,由凸、凹模刃口所产生的裂纹重合,间隙不合理：,则上下裂纹不重合,间隙对剪切裂纹与断面质量的影响,）间隙过小 ）间隙合理 ）间隙过大,3、毛刺,a,、,由冲裁的过程可以知道，冲裁件产生微小的毛刺是不可避免的，因此，对于要求较高的工件，必须增加一道去毛刺的工序。,b、,一旦冲裁过程不合理，毛刺会明显增大，这是不允许的。,A)、,冲裁间隙不合理,B)、,刃口磨钝,间隙不合理时的毛刺,间隙太大，会产生明显的拉断毛刺,间隙太小，会产生尖锐的挤出毛刺,四、冲裁间隙,冲裁间隙是凸模与凹模刃口轮廓相应尺寸之差。,（双边间隙）,Z=D,凹,-,d,凸,冲裁间隙是保证合理冲裁过程,的最主要的工艺参数。,冲裁间隙的重要性,间隙对冲裁件质量的影响,间隙对冲裁力的影响,随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，但影响不是很大。,间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。,间隙是影响冲裁件质量的主要因素。,冲裁间隙的理论确定,b/t：,冲裁时模具挤入材料的相对深度,(光亮带相对宽度),(可以通过查表确定),结论：,tZ,b/tZ,板料愈厚，塑性愈差，合理的间隙愈大；板料愈薄,，,塑性愈好，合理的间隙愈小,冲裁间隙的经验确定,确定冲裁间隙的总的原则是：在保证满足冲裁件断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最高。,在实际生产中初始合理间隙的数值是参照查表得出的。（参看课本,p46.,表3-3、表3-4）依据不同的,材料,、,材料厚度,得出一个许可的,取值范围,。（,ZmimZmax,）,1、尺寸计算的原则,a、,设计基准的选择,对于,落料,工序：应以,凹模,刃口尺寸作为,设计基准,，,间隙,取在,凸模,。,对于,冲孔,工序：应以,凸模,刃口尺寸作为,设计基准,，,间隙,取在,凹模,。,b、,设计公称尺寸和模具间隙的确定,对于,落料,工序：,凹模,刃口公称尺寸取接近或等于,工件,最小极限尺寸,，,间隙,取,最小合理间隙,对于,冲孔,工序：,凸模,刃口公称尺寸取接近或等于,工件,最大极限尺寸,，,间隙,取,最小合理间隙c、,尺寸设计方法的确定,分别加工法：,分别规定凸模和凹模的尺寸和公差，分别制造，用凸模与凹模的尺寸及制造公差来保证间隙要求,配合加工法：,用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙,分别加工法适用于简单件，用于间隙较大，精度要求低的模具，凸、凹模具有互换性。,配合加工法用于复杂件，用于精度要求高，间隙较小的模具，凸、凹模之间无互换性。,2、分别加工法的尺寸计算,对于分别加工法，我们必须给出凸、凹模的,设计尺寸,以及它们的,公差,a、,凸、凹模公差的确定,首先我们必须先确定一下冲裁间隙，通过查表可以得到：,ZmimZmax,。,按凸模,IT6、,凹模,IT7,进行设计，或者按照课本,p.49,表3-6查表确定凸、凹模的设计公差。,然后必须校核一下，保证由凸、凹模制造公差而形成的间隙落在合理冲裁间隙范围之内。,如果校核不合格的话，我们按照以下公式确定凸、凹模的设计公差：,b、,落料件设计,a)、,设计思路：,为保证制件的精度，以凹模为设计基准。,以 为设计公称尺寸。,设计完毕凹模尺寸后，以凹模公称尺寸为设计基准设计凸模,。,x,称为磨损系数，其取值根据制件的精度要求：,当精度要求,IT10,以上时，取,x=1,IT11-IT13,时，取,x=0.75,IT14,以下时，取,x=0.5,也可以通过课本,p.49,表3-5查得,b)、,凸、凹模尺寸设计,、将制件图纸尺寸化为标准尺寸,、凹模尺寸设计,、凸模尺寸设计,c、,冲孔件设计,a)、,设计思路：,为保证制件的精度，以凸模为设计基准。,以 为设计公称尺寸。,设计完毕凸模尺寸后，以凸模公称尺寸为设计基准设计凹模。,x,称为磨损系数，其取值根据制件的精度要求：,当精度要求,IT10,以上时，取,x=1,IT11-IT13,时，取,x=0.75,IT14,以下时，取,x=0.5,也可以通过课本,p.49,表3-5查得,b)、,凸、凹模尺寸设计,、将制件图纸尺寸化为标准尺寸,、凸模尺寸设计,、凹模尺寸设计,d、,中心距尺寸的设计确定,设中心距尺寸为：,模具相应尺寸为：,分别加工法简单模工作零件设计,例：冲制图示零件，,材料,40#料厚,t=0.8mm,。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。,解,：（,1,）确定冲裁间隙,由课本表,3-3,，根据：材料,40,#,，,料厚,t=0.8,，查得：,设 、分别按,IT6,和,IT7,级加工制造，图纸中冲孔工序尺寸为：，查公差表，得：,分别加工法简单模工作零件设计,校核：,由公差表查得：,属于IT12，所以：x=0.75,（2）冲孔件设计：,分别加工法简单模工作零件设计,由设计公式得：,由公差表查得：,属于IT14，所以：x=0.5,（3）落料件设计：,分别加工法简单模工作零件设计,设 、分别按,IT6,和,IT7,级加工制造，图纸中落料工序尺寸为：，查公差表，得：,校核：,分别加工法简单模工作零件设计,图纸中中心距尺寸为：,设计尺寸为：,（4）中心孔尺寸设计确定：,3、配合加工法的尺寸计算,a、,设计思路：,设计过程，一般为,首先,根据,制件类型,（冲孔、还是落料）确定首先设计的,基准件,；,然后,根据,基准件,磨损后,制件,尺寸变化趋势,，套用不同的公式，,设计基准件尺寸、公差,；最后在,图纸上,注明,另一半工作零件按照基准件实际尺寸,配作,，,保证合理间隙,。,b、,尺寸类型的区分,一般,我们根据模具磨损后，制件尺寸变化趋势将制件尺寸划分为三类：,第一类：模具磨损后，制件尺寸增大。,第二类：模具磨损后，制件尺寸减小。,第三类：模具磨损后，制件尺寸基本不变。,c三类尺寸的设计之一,第一类：模具磨损后，制件尺寸增大。,按一般落料凹模公式设计计算，制造公差取,将尺寸转化为标准尺寸：，则其设计公式为：,三类尺寸的设计之二,第二类：模具磨损后，制件尺寸减小。,按一般冲孔凸模公式设计计算，制造公差取,将尺寸转化为标准尺寸：，则其设计公式为：,三类尺寸的设计之三,第三类：模具磨损后，制件尺寸基本不变。,按中心距尺寸公式设计计算，制造公差取,将尺寸转化为标准尺寸：，则其设计公式为：,配合加工法尺寸计算例题,例1:制件如图所示，材料为黄铜，H62，料厚t=0.8mm，试计算凸凹模刃口尺寸及制造公差（使用配合加工法）,解：该制件为落料件，应以凹模为设计基准；,图纸尺寸公差皆为IT14，所以：x=0.5;根据材料、料厚，查表3-4，得:,配合加工法尺寸计算例题,所以：,R14,尺寸由制件宽度,28,保证。,凸模按凹模实际尺寸保证间隙,0.040.056,要求配作。,例,2:,如图,2.4.3,所示的落料件，其中,d=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,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。,配合加工法尺寸计算例题,配合加工法尺寸计算例题,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,。,配合加工法尺寸计算例题,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，保证以,0.10-0.14,间隙与,落料凹模配制。,配合加工法尺寸计算例题,落料凹模、凸模的尺寸如图,所示,:,落料凸、凹模尺寸,a),落料凹模尺寸,b),落料凸模尺寸（按凹模实际尺寸配作，保证双边间隙,0.10-0.14mm,）,模具工作尺寸计算习题,如图所示零件冲孔工序，设计冲孔工序模具尺寸（分别用分开加工法和配合加工法计算）。,材料：黄铜，H62；料厚：t=0.8。,1、冲裁工艺力,冲裁工艺力是选择压力机的主要依据，也是设计必须的数据,包括,冲裁力,、,卸料力,、,推件力,、,顶件力,六、冲裁工艺力及压力中心,1、冲裁工艺力,1,压力机许用压力曲线；,2,冲裁工艺冲裁力实际变化曲线；,3,拉深工艺拉深力实际变化曲线,冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。,k,：,为冲裁系数，是考虑刃口纯化，间隙尺寸均匀，材料力学性能和厚度波动而增加的安全系数。一般取值为k=1.3,：,为抗剪强度,L,：,为冲裁件冲裁曲线周长,t,：,为板料厚度,1）、冲裁力的计算,对于平刃口：,a、,阶梯冲裁,b、,斜刃冲裁,c、,加热冲裁,2）、降低冲裁力的方法,3）、卸料力、推件力、顶件力,K,卸,卸料力系数,K,推,推件力系数,K,顶,顶件力系数,其中：,F,冲裁力、,n,梗塞在凹模内冲件数,n=h/t h：,凹模直壁洞口高度；,t：,板料厚度,4）、冲裁工艺力的确定,一般模具的各种机构的组合方式有三种：,采用弹压卸料装置和下出件装置的模具,采用弹压卸料装置和上出件装置的模具,采用刚性卸料装置和下出件装置的模具,弹压卸料装置,刚性卸料装置,2、冲模压力中心的确定,冲压力合力的作用总称为模具的压力中心。,模具的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机滑块中心线重合。,压力中心的求解计算采用空间平行力系的合力作用线的求解方法。,1）、开式冲裁（,冲裁轮廓不封闭,）,a、,任意直线段,x,0,=0.5a,b、,任意角,的折线,开式冲裁,c、,不封闭的矩形,d、,半径为,R,夹角为 的弧线段,2）、闭式冲裁（,冲裁轮廓封闭,）,a、,任意三角线，,压力中心为三中线交点,闭式冲裁,b、任意梯形，可直接由图示作图法求得,闭式冲裁,c、半径为R，夹角为 扇形,d、,对于冲裁其它任何对称形状的工件时，其压力中心就是工件的几何中心。,3）、形状复杂工件压力中心计算,a、,在工件轮廓内外，任选基准坐标,b、,将轮廓分成若干基本线段计算各线段的长度,c、,确定基本线段的压力中心坐标,d、,根据“各分力对某轴力矩力之和=诸力的合力对该轴的力矩”原理，便可求出合力作用点的坐标,4）、多凸模冲裁的压力中心,计算方法同形状复杂工件压力中心的计算方法,冲裁件在条料上的布置方法称为排样。,排样的原则：,减少材料消耗，降低生产成本；,改善模具机构，延长模具寿命；,保证零件质量,操作方便、安全、降低劳动强度,1、排样,七、排样、搭边以及送料步距与条料宽度的计算,有,废料排样法（,a,）,:,质量最好,模具寿命较高,材料利用率低,少,废料排样法（,b,）,:,质量稍差,模具寿命较低,材料利用率稍高,无,废料排样法（,c,、,d,）,:,质量和模具寿命最差,材料利用率最高,排样的方法,合理的排样方法,对于圆形零件排样形式,对于非圆形零件排样形式,2、搭边,排样时，冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间留下的工艺余料称为搭边。,搭边的作用：,补偿条料的剪裁误差，送料步距误差，送料歪料误差,提高模具寿命和工件断面质量,使条料保持一定刚度以保证条料连续送进,影响搭边值的因素,材料的力学性能,材料厚度,冲裁件的形状与尺寸,送料及挡料方式,a、,送料步距,A,的计算,A=D+a,D-,平行于送料方向的工件宽度,a-,搭边,3、,送料步距与条料宽度的计算,b、,条料宽度 的计算,条料宽度 的计算,用侧刃定距时条料宽度的确定,条料宽度,：,导料板间距离,：,c、,条料的裁剪,一般条料的裁剪有两种方法：纵裁和横裁,一般采用纵裁,d、,材料利用率的计算,1)、定义:,S,1,：,一个步距内零件的实际面积,S,0,：,一个步距内毛坯所需面积,A,：,送料步距,B,：,条料宽度,A,B,2,）、,整块板料、条料总利用率,n,条料（或套块板料）上,实际冲裁零件数。,L,条料（板料）长度。,B,条料（板料）宽度。,S,1,一个零件的实际面积。,e、,排样图,排样图是排样设计最终的表达方式。,是编制冲压工艺与设计模具的重要工艺文件。,一张完整的模具装配图应在其右上角画出冲裁件及排样图。,排样图应标注,条料宽度,及其,公差,、,送料步距,及,搭边,a,、,a,1,值；当采用斜排方法排样时，还应注明,倾斜的角度,大小。,对图中零件进行冲裁排样设计，确定搭边值，并画出排样图。其材料为,10,钢，厚度为,2mm,。（有侧压装置）,