冲裁工艺和冲裁模具设计.doc

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第2单元 冲裁工艺与冲裁模具设计
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。
教学重点
冲裁模设计基础。
教学难点
冲裁模设计基础。
教学方法
采用实际问题讲解, 以常见实物分析, 达到教学目的
教学手段
经过课件多媒体教学
本讲主题
1. 冲裁模设计基础;
2. 冲裁模设计应用。
教
学
过
程
环节
方式
教学内容
所用时间
一
以实例垫片引入

二
提出问题

如果要你制作一个或几个垫片, 你一般会想到哪些方法? 如果要求你制作一匹垫片, 一般见什么方法?
本讲的问题提出:
1.冲裁变形原理
2.冲裁件的质量分析
3.冲裁工艺分析
4.冲裁模的分类
5.排样
6.计算冲压力
7.冲压设备的选择
8.确定模具压力中心
9.冲裁模刃口尺寸计算
10.凸模、 凹模的结构设计
11.定位零件
12.导向零件
13.卸料与顶件装置
14.连接与固定零件

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
如下图所示是金属板料的冲裁变形过程。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附近的侧面→凸模刃口附近的侧面→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。质量最好的区域。
光亮带: 塑性剪切变形。质量最好的区域。
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) 冲裁件的质量分析
冲裁件质量: 指断面状况、 尺寸精度和形状误差。
断面状况: 垂直、 光洁、 毛刺小 。冲裁间隙对于断面质量起决定性的作用。在具有合理间隙的冲裁条件下, 冲裁件所产生的初始裂纹将重合, 可得正常的冲裁件断面质量。
尺寸精度: 图纸规定的公差范围内 。冲裁件的形状尺寸精度在很大程度上取决于冲模的制造精度。冲模的精度愈高, 冲裁件的精度愈高。
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.冲裁件的形状和尺寸要求
(1) 冲裁件的形状应尽可能简单、 对称。
(2) 冲裁件的凸出悬臂和凹槽的宽度不宜太小, 以免凸模折断, 其合理值见表2.1。
(3) 冲裁件的外形或内形的转角处, 要避免尖角出现。
(4) 冲孔时, 由于受到冲孔凸模强度的限制, 孔的尺寸不宜过小。冲孔的孔径尺寸与孔的形状、 材料的机械性能、 材料厚度等有关,
(5) 冲裁件的孔与孔之间, 孔与边缘之间的距离不应过小, 否则模具的强度和冲裁件的质量不能保证,
(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, 其孔边与制件直壁间应保持一定的距离,
2. 冲裁件的精度与断面粗糙度
(1) 冲裁件的经济精度一般不高于IT11级, 最高可达IT8～IT10级, 冲孔比落料的精度约高1级。冲裁件的尺寸公差、 孔中心距的公差及孔对外缘轮廓的偏移公差分别见表2.6～表2.8。
(2) 冲裁件的断面粗糙度一般为 最高可达高

表2.6 冲裁件内外形所能达到的经济精度
基本尺寸/mm
材料厚度t/mm
≤3
3～6
6～10
10～18
18～500
≤1
IT12～IT13
IT11
1～2
IT14
IT12～IT13
IT11
2～3
IT14
IT12～IT13
3～5
－
IT14
IT12～IT13

表2.7 两孔中心距公差
材料厚度t/mm
一般精度
较高精度
孔距基本尺寸/mm
≤50
50～150
150～300
≤50
50～150
150～300
≤1
1～2
2～4
4～6
±1.00
±0.12
±0.15
±0.20
±0.15
±0.20
±0.25
±0.30
±0.20
±0.30
±0.35
±0.40
±0.03
±0.04
±0.06
±0.08
±0.05
±0.06
±0.08
±0.10
±0.08
±0.10
±0.12
±0.15

表2.8 孔中心与边缘距离尺寸公差
材料厚度t/mm
孔中心与边缘距离/mm
≤50
50～120
120～220
220～360
≤2
2～4
＞4
±0.5
±0.6
±0.7
±0.6
±0.7
±0.8
±0.7
±0.8
±1.0
±0.8
±1.0
±1.2
( 四) 冲裁模的分类
(1) 按工序的性质可分为落料模、 冲孔模、 切断模、 切口模、 剖切模、 切边模等。
(2) 按工序的组合方式可分为单工序的简单模和多工序的连续模、 复合模以及连续复合模。
(3) 按模具上、 下模的导向方式可分为无导向的开式模和有导向的导板模、 导柱模、 滚珠导柱模、 滚柱导柱模等。
(4) 按控制送料步距的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、 凹模的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、 凹模的结构形式可分为整体模与拼块模。
(7) 按凸、 凹模的位置形式可分为正装模和倒装模。
(8) 按模具的卸料方法可分为刚性卸料模和弹性卸料模。
( 五) 排样
1. 排样的方式
几种常见的排样方式见表2.10。
2. 材料的利用率
排样时, 在保证制件质量的前提下, 主要考虑如何提高材料的利用率。材料利用率的计算公式如下:
一个进距的材料利用率的计算见式(2.1):
3. 搭边
排样时制件之间, 以及制件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。搭边的作用是补偿条料的定位误差, 保证冲出合格的制件。搭边还能够保持条料有—定的刚度, 便于送料。
表2.10 排样方式

( 六) 计算冲压力
1. 冲裁力的计算
采用平刃口凸模和凹模冲裁时, 其冲裁力的计算见式(2.3)。

2. 卸料力、 推件力和顶件力的计算 如图2.5所示
影响卸料力、 推件力和顶件力的因素很多, 主要有材料的机械性能、 材料厚度、 冲裁间隙、 制件结构形状和尺寸以及润滑情况等。在生产中, 都是采用简单的经验公式来计算:

3. 冲裁工艺力的计算
图2.5 卸料力、 推件力和顶件力

( 七) 冲压设备的选择
1. 冲压设备类型的选择
根据所要完成的冲压工艺的性质, 生产批量的大小, 冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。
2. 冲压设备规格的确定
在冲压设备的类型选定之后, 应该进一步根据冲压件的尺寸、 模具的尺寸和冲压力来确定设备的规格。
( 八) 确定模具压力中心
对称形状制件冲模的压力中心, 位于制件轮廓图形的几何中心上, 非对称制件的冲模以及多凸模、 连续模的压力中心可用解析法予以确定。
解析法采用空间平行力系的合力作用线的求解方法, 根据”合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之和”的合力矩定理求得。图2.6所示制件压力中心的计算步骤如下 略
( 九) 冲裁模刃口尺寸计算
1. 尺寸计算原则
生产实践证明: 由于凸、 凹模之间存在着间隙, 使落下的料或冲出的孔都带有锥度, 落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸, 冲孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸。如图2.7所示。
2. 刃口尺寸计算方法
根据上述原则, 就可确定凸、 凹模的刃口尺寸及公差。但由于模具的加工和测量方法不同, 在进行具体计算与尺寸公差标注时, 其方法也不同, 一般按下述方法进行。略
3. 冲裁间隙
冲裁间隙是指冲裁凸、 凹模之间工作部分的尺寸之差。如无特别说明, 冲裁间隙即指双边间隙。
图2.7 刃口尺寸与冲件尺寸的关系

( 十) 凸模、 凹模的结构设计
1. 凸模设计
凸模又称冲头, 是冲模的关键零件之一, 凸模本身按其作用又可分为工作部分(即刃口)和固定部分, 如图2.13所示。
2. 凹模设计
3. 凸凹模
4. 镶拼式凸模与凹模
图2.13 凸模

( 十一) 定位零件
1. 挡料销
挡料销的定位面抵住条料的前搭边或制件内廓的前(后)面, 使条料送进步距准确。
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。落料前由于它先插入已冲出的内孔中而获得制件良好的内孔定位, 这时冲模上安装的固定挡料销, 仅对条料起粗略定位的作用。
3. 侧刃
在连续模中若采用导正钉精确定位有困难时, 可改用侧刃定位。侧刃定位主要用于板料厚度小于0.5mm精密零件或脆性材料的冲裁定位。这种结构的定位元件的特点是步距定位精度高, 操作方便, 生产效率高, 缺点是造成一定的板料消耗和增大冲裁力。
4. 导尺
导尺有分离式和整体式, 如图2.21所示
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。导板的厚度可取凹模厚度的0.8～1倍, 长宽尺寸与凹模相同。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
滚动导向装置的导向是由无间隙的纯滚动副来实现的, 因而与滑动式导向装置相比, 其导向精度高、 摩擦力小、 发热量小, 但刚度差, 因而使用范围受到一定限制。如图2.24所示。
图2.24 滚动导向装置

( 十三) 卸料与顶件装置
1. 卸料与顶件装置的型式
2. 推(顶)件装置
推(顶)件装置多在复合模中采用, 经过它的动作将卡在凹模内的制件或废料推(顶)出来。其结构如图2.25所示。
3. 卸料机构中关系冲裁的计算
4. 弹性元件的选用与计算
图2.27 打杆的长度

( 十四) 连接与固定零件
1. 模柄
2. 上模板和下模座
它们是冲模全部零件安装的基体, 又承受和传递冲压力, 因此它要具有足够的强度、 刚度和足够大的外形尺寸。上、 下模板(座)有带导柱和不带导柱两种。
常见标准模架的型式, 如图2.29所示
图2.29 常见标准模架

布置
作业

1.材料的强度判据有哪些?
2.材料的塑性判据有哪些?
3.如何计算材料的σs, σb, δ和ψ?