冲压工艺与冲模设计第三章课件.ppt

1、冲压工艺与冲模设计 第2版 主编 翁其金 第三章 冲裁1Q 从广义上来说,利用冲模使材料相互分离的工序叫冲裁,它包括落料、冲孔、切断、修边、切舌等工序。但一般来说,冲裁工艺主要是指落料和冲孔工序。若使材料沿封闭曲线相互分离,封闭曲线以内的部分作为冲裁件时,称为落料;而封闭曲线以外的部分作为冲裁件时,则称为冲孔。例如冲制平面垫圈,制取外形的冲裁工序称为落料,而制取内孔的工序称为冲孔。冲裁的应用非常广泛,它既可直接冲制成品零件,又可为其他成形工序制备坯料。第一节冲裁过程的分析1Q一、冲裁变形过程图3-1所示为简单冲裁模。上模部分由模柄1、凸模2等组成,图3-1简单冲裁模1模柄2凸模3条料4凹模5下

2、模座1Q下模部分由凹模4、下模座5等组成。上模部分通过模柄安装在冲床的滑块上,随滑块作上下运动。下模部分通过下模座固定在冲床的工作台上。模具的工作零件是凸模和凹模,凹模洞口的直径比凸模的直径略大,组成有一定间隙的上下刃口。将条料3置于凹模上,当凸模随滑块向下运动时,便迅速冲穿条料进入凹模,使工件与条料分离而完成冲裁工作。如果模具间隙正常,冲裁变形过程大致可分为如下三个阶段(图3-2)。1Q图3-2冲裁变形过程1Q1.弹性变形阶段(图3-2a)在凸模压力下,材料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形,凹模上的板料则向上翘曲,间隙越大,弯曲和上翘越严重。同时,凸模稍许挤入板料上部,板料的下部则略挤入凹模洞口

3、,但材料内的应力未超过材料的弹性极限。1Q2.塑性变形阶段(图3-2b)因板料发生弯曲,凸模沿环形带b继续加压,当材料内的应力达到屈服强度时,便开始进入塑性变形阶段。凸模挤入板料上部,同时板料下部挤入凹模洞口,形成光亮的塑性剪切面。随凸模挤入板料深度的增大,塑性变形程度增大,变形区材料硬化加剧,冲裁变形力不断增大,直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时,塑性变形阶段便告终,此时冲裁变形力达到最大值。由于凸、凹模间有间隙,故在这个阶段中冲裁区还伴随着发生金属的弯曲和拉伸。间隙越大,弯曲和拉伸也越大。1Q3.断裂分离阶段(图3-2c、d、e)材料内裂纹首先在凹模刃口附近的侧面产生,紧接

4、着才在凸模刃口附近的侧面产生。已形成的上下微裂纹随凸模继续压入沿最大剪应力方向不断向材料内部扩展,当上下裂纹重合时,板料便被剪断分离。随后,凸模将分离的材料推入凹模洞口。1Q二、冲裁切断面分析冲裁变形区的应力、变形情况及冲裁件切断面的状况如图3-3所示。从图上可以看出,冲裁件的切断面具有明显的区域性特征,由塌角、光面、毛面和毛刺四个部分组成。1Q图3-3冲裁区应力、变形情况及冲裁切断面状况a塌角b光面c毛面d毛刺正应力切应力1Q伸)的结果。2)光面b:它是紧挨塌角并与板面垂直的光亮部分,它是在塑性变形过程中凸模(或凹模)挤压切入材料,使其受到剪切应力和挤压应力的作用而形成的。3)毛面c:它是表

5、面粗糙且带有锥度的部分,是由于刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展断裂而形成的。4)毛刺d:冲裁毛刺是在刃口附近的侧面上材料出现微裂纹时形成的,当凸模继续下行时,便使已形成的毛刺拉长并残留在冲裁件上,这也是普通冲裁中毛刺的不可避免性。1)塌角a:它是由于冲裁过程中刃口附近的材料被牵连拉入变形(弯曲和拉1Q三、提高冲裁件质量的途径 由上述分析可知,要提高冲裁件的质量,就要增大光面的宽度,缩小塌角和毛刺高度,并减小冲裁件翘曲。增大光面宽度的关键在于推迟剪裂纹的发生,因而就要尽量减小材料内的拉应力成分,增强压应力成分和减小弯曲力矩,其主要途径是减小冲裁间隙,用压料板压紧凹模面上的材料,对凸模下面的材

6、料用顶板施加反向压力(图3-4),此外,还要合理选择搭边,注意润滑等。1Q图3-4压料与不压料冲裁的比较1刚性卸料板2凸模3凹模4弹性卸料板5顶板1Q第二节冲裁模间隙1Q一、间隙对冲裁件质量的影响冲裁件的质量主要通过切断面质量、尺寸精度和平面度来判断。在影响冲裁件质量的诸多因素中,间隙是主要的因素之一。1.间隙对断面质量的影响 图3-5形象地表示了间隙对冲裁件断面质量的影响情况:间隙合适时,如图3-5a所示,冲裁时上、下刃口处所产生的剪裂纹基本重合,这时光面约占板厚的1/21/3,切断面的塌角、毛刺和斜度均很小,完全可以满足一般冲裁的要求。间隙过小时,如图3-5b所示,凸模刃口处的裂纹比合理间

7、隙时向外错开一段距离。1Q图3-5间隙对冲裁件断面质量的影响a)间隙合适b)间隙过小c)间隙过大1Q普通冲裁毛刺的允许高度见表3-1。表3-1普通冲裁毛刺的允许高度(单位:mm)1Q冲裁断面存在区域性特征,在冲裁件尺寸的测量和使用中,都是以光面的尺寸为基准。冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值,差值越小,则精度越高。从整个冲裁过程来看,影响冲裁件的尺寸精度有两大方面的因素:一个是冲模本身的制造偏差;另一个是冲裁结束后冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差。2.间隙对尺寸精度的影响 1Q图3-6间隙对冲裁件精度的影响a)冲孔b)落料1Q 凸、凹模间隙Z对制件尺寸精度(为制件相对于模具的

8、尺寸偏差)影响的一般规律如图3-6所示。曲线与=0的横轴交点表示冲裁件尺寸与模具尺寸完全一样。当间隙较大时,材料所受拉伸作用增大,冲裁后因材料的弹性回复使落料件尺寸小于凹模尺寸,冲孔件孔径大于凸模直径。间隙较小时,则由于材料受凸、凹模侧向挤压力大,故冲裁后材料的弹性回复使落料件尺寸增大,冲孔件孔径变小。1Q材料性质直接决定了该材料在冲裁过程中的弹性变形量,对于比较软的材料,弹性变形量较小,冲裁后的弹性回复值亦较小,因而冲裁件的精度较高。硬的材料则正好相反。材料的相对厚度t/D(t为冲裁件料厚,D为冲裁件直径)的值越大,弹性变形量越小,因而制件的精度也越高。冲裁件尺寸越小,形状越简单则精度越高。

9、这是由于模具精度易保证,间隙均匀,冲裁件的翘曲小,以及冲裁件的弹性变形绝对量小的缘故。1Q 应该指出,以上所讨论的冲裁件精度问题,都是在一定的模具尺寸这个前提下进行的。事实上还有一个冲模制造精度的因素,冲模的制造精度高,冲裁件的精度亦高。同时,冲模的结构形式及定位方式对冲裁件的精度也有较大影响(参看第三章第八节)。冲模制造精度与冲裁件精度之间的关系见表3-2。表3-2冲模制造精度与冲裁件精度之间的关系1Q二、间隙对冲裁力的影响 试验证明,随间隙的增大,其冲裁力有一定程度的降低,但当单面间隙介于材料厚度的5%20%范围内时,冲裁力的降低不超过10%。因此,在正常情况下,间隙对冲裁力的影响不很大。

10、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。一般当单面间隙增大到材料厚度的15%25%时,卸料力几乎降到零。1Q三、间隙对模具寿命的影响 冲裁模常以刃口磨钝与崩刃的形式而失效。凸、凹模磨钝后,其刃口处形成圆角,冲裁件上就会出现不正常的毛刺(图3-7)。凸模刃口磨钝时,在落料件边缘产生毛刺;凹模刃口磨钝时,所冲孔口边缘产生毛刺;凸、凹刃口均磨钝时,则制件边缘与孔口边缘均产生毛刺。消除凸(凹)模刃口圆角的方法是修磨凸(凹)模工作端面。1Q图3-7凸、凹模磨钝后毛刺的形成a)凹模磨钝b)凸模磨钝c)凸、凹模均磨钝1Q 冲裁时,凸、凹模受力情况及磨损情况如图3-8所示图3-

11、8冲裁时凸、凹模受力及磨损情况F1、F2材料对凸模与凹模的垂直反作用力;F3、F4材料对凸、凹模的侧压力;F1、F2材料对凸、凹模端面的摩擦力;F3、F4材料对凸、凹模侧面的摩擦力;虚线凸、凹模刃口的磨损情况。1Q四、冲裁模间隙值的确定凸模与凹模间每侧的间隙称为单面间隙,两侧间隙之和称为双面间隙。如无特殊说明,冲裁间隙就是指双面间隙。冲裁间隙的数值等于凹模与凸模刃口部分的尺寸之差(图3-9),它们间的关系可用下式表示,即Z=DA-dT(3-1)式中 Z冲裁间隙;DA凹模刃口尺寸;dT凸模刃口尺寸。1Q1.间隙值确定原则从上述的冲裁分析中可看出,找不到一个固定的间隙值能同时满足冲裁件断面质量最佳

12、,尺寸精度最高,翘曲变形最小,冲模的使用寿命最长,冲裁力、卸料力、推件力最小等各方面的要求。因此,在冲压实际生产中,主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具使用寿命这三个因素给间隙规定一个范围值。只要间隙在这个范围内,就能得到合格的冲裁件和较长的模具使用寿命。这个间隙范围称为合理间隙,其最小值称为最小合理间隙,最大值称为最大合理间隙。1Q2.间隙值确定方法确定凸、凹模合理间隙的方法有理论法和查表法两种。1Q 用理论法确定合理间隙值,是根据上下裂纹重合的原则进行计算。图3-10所示为冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态,根据图中几何关系可求得合理间隙Z为Z=2(t-h0)tan=2ttan(3-2)式

13、中 t材料厚度;h0产生裂纹时凸模挤入材料深度;h0/t产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度;剪裂纹与垂线间的夹角。1Q图3-9冲裁模间隙1Q图3-10冲裁产生裂纹的瞬时状态1Qh0/t和值见表3-3。由于裂纹方向角变化不大,由上式可知合理间隙Z主要决定于材料厚度t和相对挤入深度h0/t,然而h0/t不仅与材料塑性有关,而且还受料厚的综合影响。总的结论是:材料厚度越大,塑性越低的硬脆材料,则所需间隙Z值就越大。而料厚越薄,塑性越好的材料,则所需间隙Z值就越小。表3-3h0/t和值1Q 由于理论计算法在生产中使用不方便,常用查表法来确定间隙值。有关间隙值的数值,可在一般冲压手册中查到。下面推荐两种常

14、用间隙表,供设计时参考。对于尺寸精度、断面垂直度要求高的工件应选用较小间隙值(表3-4)。对于断面垂直度与尺寸精度要求不高的工件,以提高模具使用寿命为主,可采用大间隙值(表3-5)。1Q第三节凸模与凹模刃口尺寸的确定1Q一、凸、凹模刃口尺寸计算的依据和原则 在冲裁件尺寸的测量和使用中,都是以光面的尺寸为基准。落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的,而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的。故计算刃口尺寸时,应按落料和冲孔两种情况分别进行,其原则如下:1)落料时,因落料件光面尺寸与凹模尺寸相等(或基本一致),应先确定凹模尺寸,即以凹模尺寸为基准。2)冲孔时,因工件光面的孔径与凸模尺寸相等(或基本一致)

15、,应先确定凸模尺寸,即以凸模尺寸为基准。3)确定冲模刃口制造公差时,应根据冲裁件的公差要求和凸、凹模加工方法,既要保证合理间隙和冲出合格冲压件,又要便于模具加工。1Q二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法 由于冲模加工方法不同,刃口尺寸的计算方法也不同,基本上可分为两类。1.按凸模与凹模图样分别加工法这种加工方法目前多用于圆形或简单规则形状(方形或矩形)的工件。1Q冲模刃口与工件尺寸及公差分布情况如图3-11所示。其计算公式如下:落料 DA=(Dmax-x(3-3)DT=(DA-Zmin=(Dmax-x-Zmin(3-4)冲孔dT=(dmin+x(3-5)dA=(dT+Zmin=(dmin+x+Zmi

16、n(3-6)式中 DA、DT落料凹、凸模尺寸;dT、dA冲孔凸、凹模尺寸;Dmax落料件的最大极限尺寸;dmin冲孔件孔的最小极限尺寸;1Q图3-11落料、冲孔时各部分尺寸与公差分布情况a)落料b)冲孔1Q 冲裁件制造公差;Zmin、Zmax最小、最大初始双面间隙;T、A凸、凹模的制造公差,可查表3-6,或取T0.4(Zmax-Zmin)、A0.6(Zmax-Zmin);x系数,为了避免冲裁件尺寸偏向极限尺寸(落料时偏向最小尺寸,冲孔时偏向最大尺寸),x值在0.51之间,与工件精度有关。可查表3-7或按下面关系选取:工件精度IT10以上 x=1工件精度IT11IT13 x=0.75工件精度IT

17、14 x=0.51Q表3-6规则形状(圆形、方形)冲裁时凸模、凹模的制造偏差(单位:mm)1Q表3-7系数x1Q图3-12垫圈1Q例3-1冲制图3-12所示垫圈,计算冲裁凸、凹模刃口部分尺寸。解:外形?3属于落料,内形?1属于冲孔,工件无特殊要求,工件内外形公差均为IT14级。(1)落料?3DA=(Dmax-x(2)冲孔?1dT=(dmin+x1Q2.凸模与凹模配作法采用凸、凹模分开加工法时,为了保证凸、凹模间一定的间隙值,必须严格限制冲模制造公差,因此,造成冲模制造困难。对于冲制薄材料(因Zmax与Zmin的差值很小)的冲模,或冲制复杂形状工件的冲模,或单件生成的冲模,常常采用凸模与凹模配作

18、的加工方法。配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件(凸模或凹模),然后根据基准件的实际尺寸再按间隙配制另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙由配制保证,工艺比较简单,不必校核|T|+|A|Zmax-Zmin的条件,并且还可放大基准件的制造公差,使制造容易,故目前一般工厂常常采用此种加工方法。1Q根据冲裁件结构的不同,刃口尺寸的计算方法如下:(1)落料图3-13a为工件图,图3-13b为冲裁该工件所用落料凹模刃口的轮廓图,图中虚线表示凹模刃口磨损后尺寸的变化情况。1)凹模磨损后变大的尺寸(图中A1、A2、A3),按一般落料凹模尺寸公式计算,即AA=(Amax-x(3-8)2)凹模磨损后变小的尺寸(

19、图中B1、B2),按一般冲孔凸模公式计算,因它在凹模上相当于冲孔凸模尺寸,即BA=(Bmin+x(3-9)1Q图3-13落料凹模刃口磨损后的变化情况a)工件b)凹模刃口轮廓1Q3)凹模磨损后无变化的尺寸(图中C1、C2),其基本计算公式为CA=(Cmin+0.5)0.5A。工件尺寸为时1Q(2)冲孔图3-14a为工件孔尺寸,图3-14b为冲孔凸模刃口轮廓,图中虚线表示冲孔凸模刃口磨损后尺寸的变化情况。冲孔时应以凸模为基准件来配作凹模。凸模刃口尺寸的计算,同样要考虑不同的磨损情况,分别进行计算。图3-14冲孔凸模刃口磨损后的变化情况a)工件孔尺寸b)冲孔凸模刃口轮廓1Q1)凸模磨损后变大的尺寸(

20、图中a1、a2),因它在冲孔凸模上相当于落料凹模尺寸,故按落料凹模尺寸公式计算,即aT=(amax-x(3-13)2)凸模磨损后变小的尺寸(图中b1、b2、b3),按冲孔凸模尺寸公式计算,即bT=(bmin+x(3-14)3)凸模磨损后无变化的尺寸(图中c1、c2),随工件尺寸的标注方法不同又可分为三种情况:1Q工件尺寸为时例3-2图3-15a所示为某厂生产的中夹板零件图,试计算落料凹、凸模刃口尺寸。解:考虑到工件形状较复杂,采用配作法加工凹、凸模。凹模磨损后其尺寸变化有三种情况,如图3-15b所示。图3-15中夹板零件图和凹模磨损情况a)中夹板零件图b)凹模刃口轮廓1Q(1)凹模磨损后变大的

21、尺寸:A1、A2、A3。刃口尺寸计算公式:(2)凹模磨损后变小的尺寸:B1、B2、B3。刃口尺寸计算公式:(3)凹模磨损后无变化的尺寸是C,制件尺寸为3CA=(C+0.5)0.5A1Q第四节冲裁件的工艺性1Q一、冲裁件的结构工艺性1)冲裁件的形状应力求简单、对称,有利于材料的合理利用。2)冲裁件内形及外形的转角处,要尽量避免尖角,应以圆弧过渡,以便于模具加工,减少热处理开裂,减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。表3-8最小圆角半径1Q表3-8最小圆角半径1Q图3-16冲裁件的结构工艺性1Q小,其许可值如图3-16所示。4)冲裁件的最小孔边距:为避免工件变形,孔边距不能过小,其许可值如图3-16所

22、示。5)在弯曲件或拉深件上冲孔时,孔边与直壁之间应保持一定距离,以免冲孔时凸模受水平推力而折断,如图3-16所示。6)冲孔时,因受凸模强度的限制,孔的尺寸不应太小。表3-9无导向凸模冲孔的最小尺寸3)尽量避免冲裁件上过长的凸出悬臂和凹槽,悬臂和凹槽宽度也不宜过1Q表3-9无导向凸模冲孔的最小尺寸1Q表3-10有导向凸模冲孔的最小尺寸1Q二、冲裁件的精度和断面的表面粗糙度1)按GB/T 139142002,冲裁件尺寸公差等级有ST1至ST11级(附录B),公差等级选用按GB/T 139142002(附录B)。2)冲裁件断面的表面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙、刃口锐钝以及冲模结构等有关。

23、1Q第五节排样1Q冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。排样正确与否将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与使用寿命等。一、材料的合理利用1.材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料利用率,它是衡量合理利用材料的指标。1Q 一个步距内的材料利用率(图3-17)可用下式表示:=100%(3-19)式中 A一个步距内冲裁件的实际面积;B条料宽度;S步距。1Q 若考虑到料头、料尾和边余料的材料消耗,则一张板料(或带料、条料)上总的材料利用率总为总=100%(3-20)式中 n一张板料(或带料、条料)上冲裁件的总数目;A1一个冲裁件的实际面积;L板料(或带料、条料)长

24、度;B板料(或带料、条料)宽度。值越大,材料的利用率就越高,在冲裁件的成本中材料费用一般占60%以上,可见材料利用率是一项很重要的经济指标。1Q2.提高材料利用率的方法 冲裁所产生的废料可分为两类(图3-17):一类是结构废料,是由冲件的形状特点产生的;另一类是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边,以及料头、料尾和边余料而产生的废料,称为工艺废料。要提高材料利用率,主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有力措施是:设计合理的排样方案,选择合适的板料规格和合理的裁板法(减少料头、料尾和边余料),利用废料作小零件(表3-11中的混合排样)等。1Q图3-17废料的种类1Q 对一定形状的冲件,结构

25、废料是不可避免的,但充分利用结构废料是可能的。当两个冲件的材料和厚度相同时,较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。如电机转子硅钢片,就是在定子硅钢片的废料中取出的。这样就使结构废料得到了充分利用。另外,在使用条件许可下,当取得零件设计单位同意后,也可以改变零件的结构形状,提高材料利用率,如图3-18所示。1Q图3-18零件修改前后材料利用情况的对比1Q二、排样方法 根据材料的合理利用情况,条料排样方法可分为三种(图3-19)。(1)有废料排样(图3-19a)沿冲件全部外形冲裁,在冲件周边都留有搭边(a、a1)。(2)少废料排样(图3-19b)沿冲件部分外形切断或冲裁,只在冲件之间或冲

26、件与条料侧边之间留有搭边。(3)无废料排样(图3-19c、d)沿直线或曲线切断条料而获得冲件,无任何搭边。1Q图3-19排样方法分类1Q表3-11有废料排样和少、无废料排样主要形式的分类1Q表3-11有废料排样和少、无废料排样主要形式的分类1Q表3-11有废料排样和少、无废料排样主要形式的分类1Q三、搭边排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料称为搭边。搭边虽然是废料,但在冲裁工艺中却有很大的作用。它补偿了定位误差和剪板误差,确保冲出合格零件。搭边可以增加条料刚度、方便条料送进,提高劳动生产率。搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙,从而提高模具的使用寿命。1Q1.影响

27、搭边大小的因素(1)材料的力学性能硬材料的搭边值可小一些,软材料、脆材料的搭边值要大一些。(2)冲裁件的形状与尺寸冲裁件尺寸大或是有尖突的复杂形状时,搭边值取大些。(3)材料厚度厚材料的搭边值要取大一些。(4)送料及挡料方式用手工送料,有侧压装置的搭边值可以小一些,用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。(5)卸料方式弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。1Q2.搭边值的确定 搭边值是由经验确定的。表3-12为搭边值的经验数表之一,供设计时参考。1Q四、条料宽度与导料板间距离的计算 在排样方案和搭边值确定之后,就可以确定条料的宽度,进而确定导料板间的距离。由于表3-12所列侧面搭边值a已经考虑了剪料公

28、差所引起的减小值,所以条料宽度的计算一般采用下列的简化公式。1Q有侧压装置的模具,能使条料始终沿着导料板送进,故按下式计算:条料宽度=(Dmax+2a(3-21)导料板间距离 A=B+Z=Dmax+2a+Z(3-22)2.无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离(图3-21)无侧压装置的模具,应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少。为了补偿侧面搭边的减少,条料宽度应增加一个条料可能的摆动量,故按下式计算:条料宽度=(Dmax+2a+Z(3-23)1.有侧压装置时条料的宽度与导料板间距离(图3-20)1Q导料板间距离A=B+Z=Dmax+2a+2Z(3-24)式中 Dmax条料宽度方向冲裁件

29、的最大尺寸;a侧搭边值,可参考表3-12;条料宽度的单向(负向)偏差,见表3-13、表3-14;Z导料板与最宽条料之间的间隙,其最小值见表3-15。1Q图3-20有侧压板的冲裁1Q图3-21无侧压板的冲裁1Q表3-13条料宽度偏差(单位:mm)1Q表3-14条料宽度偏差(单位:mm)1Q表3-15导料板与条料之间的最小间隙Zmin(单位:mm)1Q图3-22有侧刃的冲裁3.用侧刃定距时条料的宽度与导料板间距离(图3-22)。1Q部分,故按下式计算:条料宽度:=(Lmax+2a+nb1=(Lmax+1.5a+nb1 (a=0.75a)(3-25)导料板间距离:B=B+Z=Lmax+1.5a+nb

30、1+Z(3-26)B1=Lmax+1.5a+y(3-27)当条料的送进步距用侧刃定位时,条料宽度必须增加侧刃切去的1Q式中 Lmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;a侧搭边值(可参考表3-12);n侧刃数;b1侧刃冲切的料边宽度(见表3-16);Z冲切前的条料宽度与导料板间的间隙(见表3-15);y冲切后的条料宽度与导料板间的间隙(见表3-16)。1Q表3-16b1、y值(单位:mm)1Q五、排样图 在确定条料宽度之后,还要选择板料规格,并确定裁板方法(纵向剪裁或横向剪裁)。值得注意的是,在选择板料规格和确定裁板法时,还应综合考虑材料利用率、纤维方向(对弯曲件)、操作方便和材料供应情况等。当条料

31、长度确定后,就可以绘出排样图。如图3-23所示,一张完整的排样图应标注条料宽度、条料长度L、板料厚度t、端距l、步距S、工件间搭边a1和侧搭边a。排样图应绘在冲压工艺规程卡片上和冲裁模总装图的右上角。1Q图3-23排样图1Q第六节冲裁力和压力中心的计算1Q一、冲裁力的计算在冲裁过程中,冲裁力是随凸模进入材料的深度(凸模行程)而变化的。图3-24所示为Q235钢冲裁时的冲裁力变化曲线,图中OA段是冲裁的弹性变形阶段,AB段是塑性变形阶段,B点为冲裁力的最大值,在此点材料开始剪裂,BC段为断裂阶段,CD段压力主要是用于克服摩擦力和将材料由凹模内推出。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值,它是选用压力机

32、和设计模具的重要依据之一。1Q图3-24冲裁力曲线1Q二、卸料力、推件力及顶件力的计算在冲裁结束时,由于材料的弹性回复(包括径向弹性回复和弹性翘曲的回复)及摩擦的存在,将使冲落部分的材料梗塞在凹模内,而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行,必须将箍在凸模上的料卸下,将卡在凹模内的料推出。从凸模上卸下箍着的料所需要的力称卸料力;将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称推件力;逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称顶件力(图3-25)。1Q图3-25卸料力、推件力和顶件力1Q卸料力、推件力和顶件力是从冲床、卸料装置或顶件装置中获得的。所以在选择设备的公称压力或设计冲模时,应分别予

33、以考虑。影响这些力的因素较多,主要有材料的力学性能、材料的厚度、模具间隙、凹模洞口的结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。所以要准确地计算这些力是困难的,一般常用下列经验公式计算:卸料力FX=KXF(3-30)推件力FT=nKTF(3-31)1Q顶件力FD=KDF(3-32)式中 F冲裁力;KX、KT、KD卸料力、推件力、顶件力系数,见表3-17;n同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。n=式中 h凹模洞口的直刃壁高度;t板料厚度。1Q表3-17卸料力、推件力、顶件力系数注:卸料力系数KX在冲多孔,大搭边和轮廓复杂制件时取上限值。1Q三、压力机公称压力的确定 压力机的公称压力必须大于或等

34、于冲压力。冲裁时的冲压力FZ由冲裁力、卸料力、推件力及顶件力组成。这些力在选择压力机时哪些要考虑进去,应根据不同的模具结构分别对待,即采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时FZ=F+FX+FT(3-33)1Q采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时FZ=F+FX+FD(3-34)采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时FZ=F+FT(3-35)1Q四、降低冲裁力的方法 为实现小设备冲裁大工件,或使冲裁过程平稳以减少压力机振动,常用下列方法来降低冲裁力:1.阶梯凸模冲裁 在多凸模的冲模中,将凸模设计成不同长度,使工作端面呈阶梯式布置(图3-26),这样,各凸模冲裁力的最大峰值不同时出现,以此降低总的

35、冲裁力。1Q图3-26凸模的阶梯布置法1Q 在几个凸模直径相差较大,相距又很近的情况下,为了避免小直径凸模由于承受材料流动的侧压力而产生折断或倾斜现象,应该采用阶梯布置,即将小凸模做短一些。凸模间的高度差H与板料厚度有关,即 t3mm H=0.5t 阶梯凸模冲裁的冲裁力,一般只按产生最大冲裁力的那一个阶梯进行计算。1Q2.斜刃冲裁 用平刃口模具冲裁时,沿刃口整个周边同时冲切材料,故冲裁力较大。若将凸模(或凹模)刃口平面做成与其轴线倾斜一个角度的斜刃,则冲裁时刃口就不是全部同时切入,而是逐步地将材料切离,因而能显著降低冲裁力。各种斜刃的形式如图3-27所示。斜刃配置的原则是:必须保证工件平整,只

36、允许废料发生弯曲变形。因此,落料时凸模应为平刃,将凹模作成斜刃(图3-27a、b)。冲孔时则凹模应为平刃,凸模为斜刃(图3-27c、d、e)。斜刃还应当对称布置,以免冲裁时模具承受单向侧压力而发生偏移,啃伤刃口(图3-27ae)。向一边斜的斜刃,只能用于切舌或切开(图3-27f)。斜刃模用于大型工件冲裁时,一般把斜刃布置成多个波峰的形式(图3-27)。1Q斜刃主要参数的设计:斜刃角和斜刃高度H与板料厚度有关,一般可按表3-18选用,平刃部分的宽度取0.53mm(图3-27)。表3-18斜刃参数H、值1Q图3-27各种斜刃的形式a)、b)落料用c)、d)、e)冲孔用f)切舌用1Q 斜刃冲裁力可用

37、下面简化公式计算,即F斜=K斜Ltb(3-36)式中 K降低冲裁力系数,与斜刃高度H有关。当H=t时,K斜=0.40.6;H=2t时,K斜=0.20.4。斜刃冲模虽有降低冲裁力使冲裁过程平稳的优点,但模具制造复杂,刃口易磨损,修磨困难,冲件不够平整,且不适于冲裁外形复杂的冲件,因此在一般情况下尽量不用,只用于大型冲件或厚板的冲裁。最后应当指出,采用斜刃冲裁或阶梯凸模冲裁时,所需的冲裁功并不减少,这是因为冲裁力虽然降低了,但冲裁行程却延长了的缘故。1Q3.加热冲裁材料加热后抗剪强度显著降低,从而降低了冲裁力。其冲裁力按平刃冲裁力公式计算,但材料的抗剪强度b值,应取在冲裁温度时的数值。冲裁温度通常

38、要比加热温度低150200。表3-19为钢在加热状态时的抗剪强度。1Q表3-19钢在加热状态时的抗剪强度(单位:MPa)编制热冲工艺时,应考虑条料不能过长,搭边应适当放大,拟订合理的加热规范和冷却规范,特别注意氧化、脱碳以及冲件冷却时的变形等。1Q五、冲模压力中心的确定 冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。对于有模柄的冲模来说,须使压力中心通过模柄的中心线。否则,冲压时滑块就会承受偏心载荷,导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损,还会使合理间隙得不到保证,从而影响制件质量和降低模具使用寿命甚至损坏模具。在实际生产中,可能出现冲模压力中心在冲压过程中发

39、生变化的情况,或者由于冲件的形状特殊,从模具结构考虑不宜于使压力中心与模柄中心线相重合的情况,这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机允许的范围。1Q冲裁圆弧线段时,其压力中心的位置(图3-28),按下式计算,即x0=R(3-37)或x0=R 式中 l弧长。1Q确定复杂形状冲裁件的压力中心和多凸模模具的压力中心,常用下面几种方法。1.解析法(1)多凸模冲裁时的压力中心图3-29所示为冲裁多个型孔的凸模位置分布情况。冲孔所需的冲裁力为1Q图3-28圆弧线段的重心1Q图3-29多凸模冲裁时的压力中心1Q的计算公式与多凸模冲裁压力中心求解公式相同。1)选定坐标轴X和Y。2)将组成图形的轮廓线划

40、分为若干简单的线段,求出各线段长度和各线段的重心位置。3)然后按上面公式算出压力中心的坐标(x0、y0)。(2)冲裁复杂形状零件时的压力中心冲裁复杂形状零件时,其压力中心1Q图3-30复杂冲裁件的压力中心1Q图3-31作图法求压力中心1Q2.作图法解析法一样,既可求多凸模冲裁的压力中心,又可求复杂形状零件冲裁的压力中心。下面以多凸模冲裁压力中心的求解为例,如图3-31所示,作图的步骤如下:1)按比例画出需冲裁的轮廓图形,选定坐标轴X和Y。2)算出或量出各图形轮廓周长La、Lb、Lc,并确定其重心位置。1Q3)压力中心的横坐标x0的作图方法:在坐标系旁作一条平行于Y轴的直线AB,从点A开始,依次

41、截取La、Lb、Lc(其顺序按图形至Y轴由近到远的顺序,其长度按比例等于对应轮廓线的长度La、Lb、Lc)。在AB线旁取任意点O1,从点O1作射线1、2、3、4,分别与代表冲裁力的各线段(La、Lb,、Lc)首尾相连。由各图形的重心位置出发,作Y轴的平行线至图形外,然后以距Y轴最近的一条平行线上任意点Q为起点,作射线1的平行线1,由该起点Q再作射线2的平行线2,过下一交点依次作射线3、4的平行线3、4。1线与4线的交点,即为压力中心的横坐标x0。1Q4)用相同方法作出压力中心的纵坐标y0(注意截取线段与作图都要按距X轴从近到远的顺序)。5)纵、横坐标交点O(x0、y0)即为压力中心。1Q3.悬

42、挂法 在生产中,常用简便方法确定复杂冲裁件的压力中心,悬挂法是其中一种,具体作法是:用匀质细金属丝沿冲裁轮廓弯制成模拟件,然后用缝纫线将模拟件悬吊起来,并从吊点作铅垂线。再取模拟件的另一点,以同样的方法作另一铅垂线,两垂线的交点即为压力中心。悬挂法的理论根据是:用匀质金属丝代替均布于冲裁件轮廓的冲裁力,显然,该模拟件的重心就是冲裁的压力中心。1Q第七节冲裁模分类1Q冲裁模的形式很多,一般可按下列不同特征分类:(1)按工序性质分类可分为落料模、冲孔模、切断模、切舌模、剖切模、整修模、精冲模等。1Q1)单工序模(俗称简单模),即在一副模具中只完成一种工序,如落料、冲孔、切边等。2)级进模(俗称连续

43、模),即在压力机一次行程中,在模具的不同位置上同时完成数道冲压工序。3)复合模,即在压力机的一次行程中,在一副模具的同一位置上完成数道冲压工序。(3)按冲模有无导向装置和导向方法分类可分为无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模。(4)按送料、出件及排除废料的自动化程度分类可分为手动模、半自动模和自动模。(2)按工序组合程度分类3h一、单工序冲裁模(简单冲裁模)1.无导向单工序冲裁模图3-32是无导向简单落料模。冲模的组成零件有工作零件为凸模2和凹模5,定位零件为两个导料板4和定位板7,导料板对条料送进起导向作用,定位板是限制条料的送进距离。卸料零件为两个固定卸料板3,支承零件为上模座(带模柄)

44、1和下模座6,此外还有紧固螺钉等。上、下模之间没有直接导向关系。3h图3-32无导向简单落料模1上模座2凸模3卸料板4导料板5凹模6下模座7定位板3h该模具的冲裁过程如下:条料沿导料板送至定位板后进行冲裁,分离后的冲件靠凸模直接从凹模洞口依次推出。箍在凸模上的废料由固定卸料板刮下来。照此循环,完成冲裁工作。该模具具有一定的通用性,通过更换凸模和凹模,调整导料板、定位板、卸料板位置,可以冲裁不同冲件。另外,改变定位零件和卸料零件的结构,还可用于冲孔,即成为冲孔模。无导向冲裁模的特点是结构简单(有的比图3-32还要简单)、重量轻、尺寸小,制造简单、成本低,但使用时安装调整凸、凹之间间隙较麻烦,冲裁

45、件质量差,模具使用寿命低,操作不够安全。因而无导向简单冲裁模适用于冲裁精度要求不高、形状简单、批量小的冲裁件。3h2.导板式单工序冲裁模图3-33为导板式简单落料模。其上、下模的导向是依靠导板9与凸模5的间隙配合(一般为H7/h6)进行的,故称导板模。图3-33导板式简单落料模1模柄2止动销3上模座4、8内六角螺钉5凸模6垫板7凸模固定板9导板10导料板11承料板12螺钉13凹模14圆柱销15下模座16固定挡料销17止动销18限位销19弹簧20始用挡料销3h图3-34导板式侧面冲孔模1摇臂2定位销3上模座4螺钉5凸模6凹模7凹模体8支架9底座10螺钉11导板12销钉13压缩弹簧图3-34为导板

46、式侧面冲孔模。3h图3-35斜楔式侧面冲孔模1斜楔2座板3弹压板4滑块5凸模6凹模3h图3-35是斜楔驱动滑块的水平冲孔模。该模具的最大特征是依靠斜楔1把压力机滑块的垂直运动变为滑块4的水平运动,从而带动凸模5在水平方向上进行冲孔。凸模与凹模6的对准依靠滑块在导滑槽内滑动来保证。斜楔的工作角度以4050为宜,一般取40,需要较大冲裁力时,角也可以用30,以增大水平推力。如果为了获得较大的工作行程,角可加大到60。为了排除冲孔废料,应该注意开设漏料孔并与下模座漏料孔相通。滑块的复位依靠橡胶来完成,也可以靠弹簧或斜楔本身的另一工作角度来完成。3h3.导柱式单工序冲裁模图3-36是导柱式落料模。这种

47、冲模的上、下模正确位置利用导柱14和导套13的导向来保证。凸、凹模在进行冲裁之前,导柱已经进入导套,从而保证了在冲裁过程中凸模12和凹模16之间间隙的均匀性。3h图3-36导柱式落料模1螺帽2螺柱3挡料销4弹簧5凸模固定板6销钉7模柄8垫板9止动销10卸料螺钉11上模座12凸模13导套14导柱15卸料板16凹模17内六角螺钉18下模座3h图3-37是导柱式冲孔模。冲件上的所有孔一次全部冲出,是多凸模的单工序冲裁模。3h二、级进模级进模是在一副冲模上,根据冲压件的实际需要,按一定顺序安排了多个冲压工序(在级进模中称为工位)进行连续冲压。它不但可以完成冲裁工序,还可以完成成形工序,甚至装配工序,许

48、多需要多工序冲压的复杂冲压件可以在一副模具上完全成形,为高速自动冲压提供了有利条件。3h解决条料或带料的准确定位问题,才有可能保证冲压件的质量。根据级进模定位零件的特征,级进模有以下几种典型结构:1.固定挡料销和导正销定位的级进模图3-38是冲制垫圈的冲孔、落料级进模。冲模的工作零件包括冲孔凸模3、落料凸模4、凹模7,定位零件包括导料板5(与导板为一整体)、始用挡料销10、固定挡料销8、导正销6。工作时,以始用挡料销限定条料的初始位置,进行冲孔。始用挡料销在弹簧作用下复位后,条料再送进一个步距,以固定挡料销粗定位,落料时以装在落料凸模端面上的导正销进行精定位,保证零件上的孔与外圆的相对位置精度

49、。在落料的同时,在冲孔工位上又冲出孔,这样连续进行冲裁直至条料或带料冲完为止。采用这种级进模,当冲压件的形状不适合用导正销定位时(如孔径太小或孔距太小等),可在条料上的废料部分冲出工艺孔,利用装在凸模固定板上的导正销进行导正。3h图3-38冲孔、落料级进模1模柄2上模座3冲孔凸模4落料凸模5导板兼导料板6导正销7凹模8挡料销9下模座10始用挡料销3h2.侧刃定距的级进模图3-39是双侧刃定距的冲孔落料级进模。它以侧刃16代替了始用挡料销、挡料销和导正销控制条料送进距离(进距或俗称步距)。侧刃是特殊功用的凸模,其作用是在压力机每次冲压行程中,沿条料边缘切下一块长度等于步距的料边。由于沿送料方向上

50、,在侧刃前后,两导料板间距不同,前宽后窄形成一个凸肩,所以条料上只有切去料边的部分方能通过,通过的距离即等于步距。为了减少料尾损耗,尤其工位较多的级进模,可采用两个侧刃前后对角排列,该模具就是这样。此外,由于该模具冲裁的板料较薄(0.3mm),又是侧刃定距,所以需要采用弹压卸料代替刚性卸料。3h图3-40侧刃定距的弹压导板级进模1、10导柱2弹压卸料板3、11导套4导板镶块5卸料螺钉6凸模固定板7凸模8上模座9限位柱12导料板13凹模14下模座15侧刃挡块图3-40为侧刃定距的弹压导板级进模。该模具除了具有上述侧刃定距级进模的特点外,还具有如下特点:3h1)凸模以装在弹压卸料板2中的导板镶块4