1、第二章冲裁工艺及冲裁模设计 本章将介绍如下内容 第一节冲裁变形分析 第二节冲裁模具间隙 第三节凸模与凹模刃口尺寸计算 第四节冲裁力和压力中心计算 第五节排样设计 第六节冲裁工艺设计 第七节冲裁模的结构设计 第八节冲裁模主要零部件的结构设计与标准选用 第一节冲裁变形分析 一 冲裁变形时板料变形区力态分析二 冲裁时板料的变形过程三 冲裁力与凸模行程曲线四 冲裁件断面质量及其影响因素 一 冲裁变形时板料变形区力态分析 1 力分析 2 应力状态分析1 凸模侧面 A点 2 凸模底面 B点 3 断裂区中部 C点 4 凹模端面 D点 5 凹模侧面 E点 二 冲裁时板料的变形过程 冲裁变形过程 一 弹性变形阶
2、段 二 塑性变形阶段 三 断裂分离阶段 三 冲裁力与凸模行程曲线 1 AB段2 BC段2个因素 断面面积减小硬化作用3 CD段4 DE段 四 冲裁件断面质量及其影响因素 一 断面特征分4个特征区 圆角带 Rollover 光亮带 BurnishZone 断裂带 fracture 毛刺 burr 二 材料的性能对断面质量的影响 二 材料的性能对断面质量的影响 1 塑性好的材料裂纹出现较迟 故剪切深度大 光亮带宽 圆角大 断裂带窄2 塑性差的材料较早拉裂 光亮带窄 断裂带宽 圆角小 穹弯小 三 模具冲裁间隙大小对断面质量的影响 过小 a 过大 c 适中 b 四 模具刃口状态对断面质量的影响凸模钝
3、落料件毛刺严重凹模钝 孔毛刺严重 第二节冲裁模具间隙 模具间隙 DieClearance 的确定意义重大 模具间隙 断面质量 制件的尺寸精度 模具的寿命 冲裁力 卸件力 推件力等 本节将介绍的内容有 一 间隙对冲裁件尺寸精度的影响二 间隙对模具寿命的影响三 间隙对冲裁工艺力的影响四 间隙值的确定 一 间隙对冲裁件精度的影响 1 冲裁件的尺寸公差冲裁件的尺寸精度 指实际尺寸与基本尺寸的差值 工件的公差标注 采用 入体原则 造成差值的原因 a 冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差 b 模具本身的制造误差 2 影响冲裁件尺寸的因素落料或冲孔模具间隙 材料性质 工件形状与尺寸模具的制造偏差 一 间隙对冲裁件
4、精度的影响 3 间隙对冲裁件尺寸偏差的影响 4 模具制造精度与冲裁件尺寸精度的关系 二 间隙对模具寿命的影响 间隙太小 则磨损严重 寿命缩短 适当增大模具间隙可提高模具寿命 主要是因为减小了凸模侧面与材料间的摩擦的缘故 其好处体现在 1 提高模具寿命 降低成本 2 制造和装配更容易 3 间隙不均匀的敏感性降低 三 间隙对冲裁工艺力的影响 1 间隙对冲裁力的影响间隙增大 则材料拉应力增大 容易断裂分离 故冲裁力减小 但不显著 2 间隙对卸料力 推件力的影响影响显著 当间隙增大后 均将减小 当单边间隙达厚度的15 25 时 卸料力消失 再增大 则卸料力和顶件力迅速增大 毛刺 四 间隙值的确定 间隙
5、值影响到 冲裁件质量 冲裁工艺力 尺寸精度 模具寿命等 其确定意义较大 有理论确定法 经验确定法和推荐表 一 理论确定法 即根据材料的本身特性确定间隙的方法 二 经验确定法 即根据长期实践总结出的经验选择间隙值 1 尺寸精度高 断面要求高 应选较小间隙值 2 否则 以降低冲裁力 提高模具寿命为要 选大间隙 对软材料 t 1mm c 3 4 tt 1 3mm c 5 8 tt 3 5mm c 8 10 t 对硬材料 t 1mm c 4 5 tt 1 3mm c 6 8 tt 3 5mm c 8 13 t 分行业推荐表 三 间隙值推荐表 分行业 1 初始用间隙冲裁模初始用间隙2c 汽车 拖拉机行业
6、 冲裁模初始用间隙2c 电器仪表行业 表中数据是初始间隙值 不是允许工作间隙 2 表中的模具初始间隙的确定依据2cmin 主要考虑模具的寿命和工艺力 再小则受力条件恶化 导致模具的非正常磨损 同时使冲裁力急剧加大 2cmax 主要考虑模具的使用寿命 2cmax和模具报废时的间隙2ctout间的差值2ctout 2cmax则是模具工作期间正常磨损的余量 故2cmax再增大将缩短模具的使用寿命 回本章首页 第三节凸模与凹模刃口尺寸计算 一 刃口尺寸计算的基本原则1 落料件尺寸由凹模尺寸决定 而冲孔件尺寸由凸模决定 2 考虑磨损因素 设计落料模时 凹模基本尺寸应取制件公差范围的较小尺寸 而设计冲孔模
7、时 凸模基本尺寸应取制件公差范围的较大尺寸 3 确定冲模刃口的制造公差时 应考虑制件的公差要求 回本章首页 二 凸模和凹模分开加工时刃口尺寸的计算方法 分开加工 指凸模 Punch 和凹模 Die 分别按图纸加工至尺寸 即凸模 凹模的所有尺寸要素均需完整 1 凸模 凹模公差条件 p d 2cmax 2cmin或 p 0 4 2cmax 2cmin d 0 6 2cmax 2cmin 以上作为模具尺寸设计后的校核条件 暂未考虑工件的具体要求 凸凹模公差的选取 2 凸凹模公差的选取 1 凸模和凹模的公差与冲裁件本身精度有关 见表 2 就一般精度而言 即大多数情况下 其公差的选取还与冲件尺寸大小有关
8、 3 落料模的刃口尺寸计算 1 工件的要求尺寸为D0 x是磨损系数 x的产生基于两点 凸模或凹模磨损 凹模为倾斜刃口 复磨后将扩大 2 凹模的尺寸为 3 凸模的尺寸为 磨损系数x 4 冲孔模的刃口尺寸计算 1 工件孔的要求尺寸为d0 2 凸模的尺寸为 3 凹模的尺寸为 冲孔模的刃口尺寸计算 4 当在同一工步中冲出之间的两个以上孔时 凹模型孔中心距按下式确定 计算举例 一拖拉机用垫圈 材料为Q235 料厚1 5mm 外径 97 0 48 内径 60 0 70 试分别确定落料和冲孔的凸 凹模刃口尺寸及公差 解 查表得最大及最小双面间隙为2cmax 0 24 2cmin 0 132另查表得凸 凹模制
9、造公差为 落料部分 d 0 035 p 0 025 则 d p 0 06 2cmax 2cmin冲孔部分 p 0 020 d 0 030 则 d p 0 05 2cmax 2cmin查表可知 落料和冲孔时的磨损系数x均为 x 0 5 续 冲孔部分 按要求将工件尺寸 60 0 70化为单向公差 59 3 1 4 三 凸模和凹模配合加工时刃口尺寸的计算方法 1 含义 采用先加工好其中的一件作为基准 冲孔以凸模 落料则以凹模 然后按该基准件来配作另一件 使之保持规定的凸 凹模间隙 2 特点图纸标注 基准件 配作件 模具公差取 4 不再校核公差和 3 尺寸分类第一类 磨损后增大的尺寸第二类 磨损后减小
10、的尺寸第三类 磨损后基本不变的尺寸该分类对凸模和凹模来说是不同的 分别计算如下 凸模和凹模配合加工时刃口尺寸的计算方法 凸模和凹模配合加工计算实例 实例 异形冲件右图所示 a 80 0 42mm b 40 0 34mm c 35 0 34mm d 22 0 14mm e 15 0 12mm 厚度t 1mm 材料为10钢 计算冲裁件的凸模 凹模尺寸及制造公差 解 选凹模为设计基准件 计算凹模刃口尺寸和制造公差 凸模以此配做 查表 得 2cmin 0 1 2cmax 0 14表选系数x 0 5 尺寸80 x 1 尺寸15 x 0 75 其余 尺寸a b c为第一类 d为第二类 e为第三类各尺寸计算
11、如下 凸模和凹模配合加工计算实例 同理 则 则 则 a 80 0 42b 40 0 34c 35 0 34d 22 0 14e 15 0 12 凸模和凹模配合加工计算实例 落料凸模的基本尺寸与凹模相同 不需标注公差 注明配做要求即可 回本章首页 第四节冲裁力和压力中心计算 一 冲裁力的计算二 压力机公称压力的选取三 压力中心的确定 回本章首页 一 冲裁力及辅助工艺力的计算 1 普通平刃冲裁模的冲裁力P KptL Kp 刃口磨损 间隙波动 润滑 材料厚度与性能波动等 取1 3 2 卸料力Q KP K取2 6 3 推料力Q1 nK1P K1取3 7 4 顶件力Q2 K2P K2取4 8 二 压力机
12、公称压力的选取 1 采用弹压卸料装置和下出件的模具时 P P Q Q12 采用弹压卸料装置和上出件的模具时 P P Q Q23 采用刚性卸料装置和下出件模具时 P P Q14 降低工艺力的措施凸模呈阶梯布置 斜刃冲裁 加热冲裁 三 压力中心的确定 1 压力中心即冲压时各冲压力合理的作用点位置 2 压力中心位置对模具的影响压力中心应与滑块中心或模柄中心重合 控制偏离量 偏离太大则产生偏载 加速摩擦付间的磨损 滑块与导轨 模具的导向零件间 3 压力中心确定原则对称形状的单个冲裁件 压力中心 冲裁件几何中心工件形状相同且分布对称 压力中心 对称中心形状复杂 多孔冲模 级进模等 解析法确定 解析法确定
13、压力中心 回本章首页 第五节排样设计 涉及到如下内容 一 材料的经济利用二 排样方法三 搭边和条料宽度的确定 回本章首页 一 材料的经济利用 1 材料的利用率2 废料工艺废料 结构废料3 排样考虑的因素提高材料利用率 操作方便 劳动强度小 安全 模具结构简单 寿命高 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求 二 排样方法 1 有废料排样2 少废料排样3 无废料排样 排样实例 排样实例 排样实例 三 搭边和条料宽度的确定 一 搭边 搭边和条料宽度的确定 1 有侧压装置时条料的宽度B D 2a1 0 D 宽度方向零件最大尺寸 a1 搭边值 条料下料公差 查下表 条料公差表 下页 二 条料宽度的确定条料宽度的确定原则 最小宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值 最大宽度要能在冲裁时顺利地在导料板间送进 并与导料板有一定的间隙 搭边和条料宽度的确定 2 无侧压装置时条料的宽度B D 2 a1 c 0 D 宽度方向零件最大尺寸 a1 搭边值 条料下料公差 查表 条料和导板间的间隙 条料公差 与导板间隙表 上页 图示 为0时可保证右边a1 搭边和条料宽度的确定 三 有定距侧刃时条料的宽度1 条料宽度 B B2 nb l 2a1 nb 0 2 导料板间距 B01 B cB02 B2 y l 2a1 y 侧刃个数 侧刃冲切后条料与导料板的间隙 侧刃余料 回本章首页
