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类型《 冲模设计(第4章)冲裁.ppt

  • 上传人(卖家):kld
  • 文档编号:8228050
  • 上传时间:2025-01-14
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    关 键  词:
    冲模设计第4章冲裁 冲模 设计
    资源描述:

    1、冲裁冲裁是利用模具使板料分离的冲压工序,其所使用的是利用模具使板料分离的冲压工序,其所使用的模具称为冲裁模具。模具称为冲裁模具。冲裁工艺种类很多,是断裂分离工序的总称,其中又冲裁工艺种类很多,是断裂分离工序的总称,其中又以以冲孔冲孔和和落料落料两种工序应用最多。两种工序应用最多。冲裁比火焰切割、锯切、切削及磨削等加工方法具有冲裁比火焰切割、锯切、切削及磨削等加工方法具有效率高、质量好、成本低、适合于成批大量生产效率高、质量好、成本低、适合于成批大量生产等突出优等突出优点。冲裁工艺可以直接冲出成品制件,也可以为弯曲、拉点。冲裁工艺可以直接冲出成品制件,也可以为弯曲、拉深等其它工序准备深等其它工序

    2、准备毛坯毛坯,还可以在已成形的制件上进行,还可以在已成形的制件上进行再再加工加工。在一般企业的冷冲压生产中,冲裁所占的比例很大,。在一般企业的冷冲压生产中,冲裁所占的比例很大,往往超过往往超过60%。冲裁过程中,凸模与凹模冲裁过程中,凸模与凹模具有与工件轮廓一样的刃口,具有与工件轮廓一样的刃口,凸凹模之间存在一定的间隙。凸凹模之间存在一定的间隙。当压力机滑块将凸模推下时,当压力机滑块将凸模推下时,便将放在凸、凹模中间的板料便将放在凸、凹模中间的板料冲裁成所需形状和尺寸的制件冲裁成所需形状和尺寸的制件,凸模回程时由卸料板将卡在凸凸模回程时由卸料板将卡在凸模上的条料卸下。模上的条料卸下。1凸模固定

    3、板;2凸模;3卸料板;4板料;5凹模 冲裁过程是在瞬间完成的。为了控制冲裁冲裁过程是在瞬间完成的。为了控制冲裁件的质量,就需要研究冲裁的变形过程。如图件的质量,就需要研究冲裁的变形过程。如图所示,当模具间隙所示,当模具间隙正常时,这个变形正常时,这个变形过程大致分为三个过程大致分为三个阶段。阶段。冲裁变形过程冲裁变形过程动画动画当凸模下压并开始接触板料时,材料进入短暂的当凸模下压并开始接触板料时,材料进入短暂的弹性变形阶段。此时凸模下的材料略有弹性变形阶段。此时凸模下的材料略有拱弯拱弯,凹模上,凹模上的材料则向上翘。材料越硬、凸、凹的材料则向上翘。材料越硬、凸、凹模刃口模刃口间隙越大,间隙越大

    4、,穹弯和上翘越严重。凸、凹模刃口附近的板料产生应穹弯和上翘越严重。凸、凹模刃口附近的板料产生应力集中现象,使材料产生弹性压缩、弯曲、拉伸等复力集中现象,使材料产生弹性压缩、弯曲、拉伸等复杂的变形,并略有挤入凹杂的变形,并略有挤入凹模洞口的现象。模洞口的现象。压力去掉之后,材料压力去掉之后,材料立立即恢复原状。即恢复原状。当凸模继续压入,板料内的应力达到屈服点,当凸模继续压入,板料内的应力达到屈服点,板料与凸模和凹模的接触处进入塑性变形状态。凸板料与凸模和凹模的接触处进入塑性变形状态。凸模切入板料,板料挤入凹模洞口。在板料剪切面的模切入板料,板料挤入凹模洞口。在板料剪切面的边缘由于弯曲、拉伸等作

    5、用形成边缘由于弯曲、拉伸等作用形成塌角塌角(又称为(又称为圆角圆角带带),同时由于剪切变形在切断面上形成一小段光),同时由于剪切变形在切断面上形成一小段光亮且与板面垂直的亮且与板面垂直的剪切面剪切面(又称为(又称为光亮带光亮带)。)。当凸模切入板料达到一定深度时,在凹模侧壁靠近刃口处的当凸模切入板料达到一定深度时,在凹模侧壁靠近刃口处的材料首先产生微裂纹,意味着塑性变形的结束和断裂分离的开始。材料首先产生微裂纹,意味着塑性变形的结束和断裂分离的开始。微裂纹一旦出现即会迅速向材料内部扩展。微裂纹一旦出现即会迅速向材料内部扩展。当凹模侧壁刃口附近产生微裂纹后,紧接着在凸模侧壁刃口当凹模侧壁刃口附近

    6、产生微裂纹后,紧接着在凸模侧壁刃口附近也产生了微裂纹。上、下裂纹分别向各自的方向扩展。附近也产生了微裂纹。上、下裂纹分别向各自的方向扩展。当上、下裂纹在扩展的过程中相遇当上、下裂纹在扩展的过程中相遇时,板料便断裂分离开来,形成粗糙的时,板料便断裂分离开来,形成粗糙的断裂面断裂面(又称为(又称为断裂带断裂带),并被继续下),并被继续下压的凸模推入凹模洞口内。压的凸模推入凹模洞口内。至此,冲裁变形过程完全结束,凸至此,冲裁变形过程完全结束,凸模回升到起点,准备下一个冲裁过程。模回升到起点,准备下一个冲裁过程。在自由冲裁自由冲裁时,即没有压板和顶出器的情况下,板料冲裁变形区的受力状态如图所示。由于凸

    7、、凹模之间存在间隙,使得板料在受到凸、凹模正压力作用的同时还受到弯矩M的作用。力矩M使板料产生了弯曲变形弯曲变形,造成凹模口外的板料上翘,凸造成凹模口外的板料上翘,凸模端面下的板料下凹。故冲裁模端面下的板料下凹。故冲裁时凸、凹模与板料仅在刃口附时凸、凹模与板料仅在刃口附近的狭小区域内保持接触,接近的狭小区域内保持接触,接触面宽度约为板料厚度的触面宽度约为板料厚度的20%-40%。因此凸、凹模作用于上、。因此凸、凹模作用于上、下板面的正压力的分布是不均下板面的正压力的分布是不均匀的,越靠近刃口压力越大。匀的,越靠近刃口压力越大。自由冲裁时的应力状态如右自由冲裁时的应力状态如右图所示。实验证实,冲

    8、裁时板料图所示。实验证实,冲裁时板料最大的塑性变形集中在以凸模与最大的塑性变形集中在以凸模与凹模刃口连线为中线的凹模刃口连线为中线的纺锤形区纺锤形区域域内,如图中红色区域所示。纺内,如图中红色区域所示。纺锤形内以锤形内以剪切变形剪切变形为主。当凸模为主。当凸模与凹模的间隙较小时,纺锤形区与凹模的间隙较小时,纺锤形区域的宽度将减小,冲裁变形将更域的宽度将减小,冲裁变形将更接近剪切。接近剪切。当凸模与凹模的间隙正常时,裂纹的发展可能有当凸模与凹模的间隙正常时,裂纹的发展可能有两种方式:一是如两种方式:一是如A曲线所示,第二种如曲线所示,第二种如B曲线所示。曲线所示。比较而言,第一种情况比较多见。比

    9、较而言,第一种情况比较多见。冲裁件质量是指其冲裁件质量是指其断面质量断面质量、毛刺毛刺、尺寸和形尺寸和形状精度状精度、表面平整度表面平整度等。不同行业和产品对冲裁件等。不同行业和产品对冲裁件质量内容的要求是不一样的,目前还缺乏统一的质质量内容的要求是不一样的,目前还缺乏统一的质量标准。量标准。在正常的冲裁条件在正常的冲裁条件下,上、下裂纹发展到下,上、下裂纹发展到最后是重合的,这时可最后是重合的,这时可以得到如右图所示的冲以得到如右图所示的冲裁件断面,其具有四个裁件断面,其具有四个明显的特征区:明显的特征区:1)圆角带圆角带,又称,又称塌角塌角。是在凸、凹模刃口刚切入。是在凸、凹模刃口刚切入板

    10、料时,刃口附近板料时,刃口附近材料受弯曲材料受弯曲、拉伸作用拉伸作用而形成的。而形成的。材料的塑性越好,凸模与凹模的间隙越大,形成的圆材料的塑性越好,凸模与凹模的间隙越大,形成的圆角也越大。对于轮廓复杂的冲裁件沿轮廓的周边受力角也越大。对于轮廓复杂的冲裁件沿轮廓的周边受力情况差异较大,圆角的大小也可能区别较大。情况差异较大,圆角的大小也可能区别较大。2)光亮带光亮带。是在剪切变形的过程中,毛坯一部分相。是在剪切变形的过程中,毛坯一部分相对于另一部分移动时对于另一部分移动时刃口侧壁挤压材料刃口侧壁挤压材料而产生的。光亮而产生的。光亮带表面光滑且垂直于板料底面,是理想的冲裁断面。如带表面光滑且垂直

    11、于板料底面,是理想的冲裁断面。如图中所示,冲裁件的尺寸精度就是以光亮带处的尺寸来图中所示,冲裁件的尺寸精度就是以光亮带处的尺寸来测量的。通常光亮带的高度约占板厚的测量的。通常光亮带的高度约占板厚的1/31/2左右,左右,材料塑性越好,凸模与凹模的间隙越小,光亮带的高度材料塑性越好,凸模与凹模的间隙越小,光亮带的高度就越大。另外光亮带高度还与模具刃口的磨损程度等加就越大。另外光亮带高度还与模具刃口的磨损程度等加工条件有关。工条件有关。3)断裂带断裂带,又称,又称撕裂带撕裂带。是由冲裁产生的裂纹。是由冲裁产生的裂纹扩展相遇而形成的。断裂带表面粗糙,并带有扩展相遇而形成的。断裂带表面粗糙,并带有40

    12、-60(图中的(图中的角)的内斜角,对于一般用途的冲裁件角)的内斜角,对于一般用途的冲裁件并不影响其使用性能。但对于以断面为主要工作面并不影响其使用性能。但对于以断面为主要工作面的零件(齿轮、凸轮等)来说,一般冲裁件的断面的零件(齿轮、凸轮等)来说,一般冲裁件的断面是不能满足其使用要求的。是不能满足其使用要求的。4)毛刺毛刺。是由于裂纹的起点离开了刃尖,在刃口。是由于裂纹的起点离开了刃尖,在刃口侧壁产生而形成的。侧壁产生而形成的。若忽略材料的弹塑性共存规律的影响,则可认为落若忽略材料的弹塑性共存规律的影响,则可认为落料件的尺寸与凹模形孔尺寸一致,而冲孔的尺寸与凸料件的尺寸与凹模形孔尺寸一致,而

    13、冲孔的尺寸与凸模尺寸一致。由此得出如下重要关系:模尺寸一致。由此得出如下重要关系:落料尺寸落料尺寸=凹模尺寸凹模尺寸冲孔尺寸冲孔尺寸=凸模尺寸凸模尺寸这是计算凸、凹模尺寸的主要依据。这是计算凸、凹模尺寸的主要依据。料厚t/mm0.30.30.50.51.01.01.51.52.0生产时0.050.080.100.130.15试模时 0.0150.020.030.040.05普通冲裁毛刺的允许高度普通冲裁毛刺的允许高度冲裁件的断面质量包括冲裁件的断面质量包括圆角圆角的大小、的大小、光亮光亮带带所所占厚度的比例占厚度的比例及及表面粗糙度表面粗糙度、断裂带断裂带斜角大小、斜角大小、毛毛刺刺高度等。高

    14、度等。冲裁件断面质量的冲裁件断面质量的影响因素影响因素:材料的性能材料的性能;模具模具冲裁冲裁间隙间隙;模具刃口状态的影响模具刃口状态的影响。其中。其中模具间隙模具间隙影影响最主要。响最主要。冲裁间隙是指凹模与凸模刃口横向尺寸的差值,冲裁间隙是指凹模与凸模刃口横向尺寸的差值,即即 Z=D凹凹-D凸凸如无特殊说明,冲裁间隙通常是指如无特殊说明,冲裁间隙通常是指双边间隙双边间隙,单单边间隙边间隙用用Z/2表示。表示。冲裁间隙对冲裁间隙对冲裁件的质量冲裁件的质量、冲裁力冲裁力、模具寿命模具寿命都都有很大的影响。当选取的冲裁间隙值差别较大时,将有很大的影响。当选取的冲裁间隙值差别较大时,将直接影响冲裁

    15、模的结构设计、制造工艺和成本。因此直接影响冲裁模的结构设计、制造工艺和成本。因此冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题,是最重要的工艺参数。问题,是最重要的工艺参数。(1)对于常用的塑性材料,当)对于常用的塑性材料,当冲裁间隙取在一定冲裁间隙取在一定合理值合理值的范围内时,的范围内时,上、下裂纹在发展的过程中相遇,断上、下裂纹在发展的过程中相遇,断裂分离过程能够正常地完成。所得断裂分离过程能够正常地完成。所得断面有一微小的塌角,光亮带与板面垂面有一微小的塌角,光亮带与板面垂直,且高度约占板料厚度的直,且高度约占板料厚度的1/31/2。断

    16、裂带虽然粗糙但比较平坦,且斜角断裂带虽然粗糙但比较平坦,且斜角和毛刺都不大。和毛刺都不大。由于弯曲作用的减小,冲裁变形区的静由于弯曲作用的减小,冲裁变形区的静水压力明显增大。从凹模刃口侧壁产生的裂纹水压力明显增大。从凹模刃口侧壁产生的裂纹在向凸模刃口方向发展的过程中将进入强压应在向凸模刃口方向发展的过程中将进入强压应力区,使裂纹无法继续扩展而隐没在材料内部,力区,使裂纹无法继续扩展而隐没在材料内部,成为成为潜伏裂纹潜伏裂纹。当凸模继续下压时,将发生二。当凸模继续下压时,将发生二次剪切现象。冲裁结束时将形成明显的次剪切现象。冲裁结束时将形成明显的第二光第二光亮带亮带。总光亮带的高度可达板厚的。总

    17、光亮带的高度可达板厚的50%70%,且圆角的高度也很小,约占板厚的且圆角的高度也很小,约占板厚的2%5%。另外毛刺高度虽。另外毛刺高度虽有所增加,但因是有所增加,但因是挤出毛刺挤出毛刺,根部强度较小,通过振动或滚压,根部强度较小,通过振动或滚压等方法容易去处。等方法容易去处。当冲裁间隙略有增大时,当冲裁间隙略有增大时,Z/t约为约为2%5%。因为静水压力作用有所减弱,。因为静水压力作用有所减弱,下裂纹可能向材料深处发展,形成较深下裂纹可能向材料深处发展,形成较深的潜伏裂纹。如图所示,此时第二光亮的潜伏裂纹。如图所示,此时第二光亮带将呈块状分布。如果材料的硬度较小带将呈块状分布。如果材料的硬度较

    18、小且呈粘性,则第二光亮带在剪切时产生且呈粘性,则第二光亮带在剪切时产生的摩擦力较大,潜伏裂纹将被进一步撕的摩擦力较大,潜伏裂纹将被进一步撕开,并与第二光亮带形成强度较小的尖开,并与第二光亮带形成强度较小的尖舌状的断面,称为舌状的断面,称为舌片舌片(或(或舌翘舌翘)。这)。这样的冲裁件如在使用中发生舌片脱落现样的冲裁件如在使用中发生舌片脱落现象,则可能造成意外事故。象,则可能造成意外事故。Z/t约为约为25%30%以上。由于弯矩的增大,以上。由于弯矩的增大,凹模刃口侧壁处的材料所受的拉应力将明显增凹模刃口侧壁处的材料所受的拉应力将明显增大,材料的塑性变得较差。在凸模切入板料深大,材料的塑性变得较

    19、差。在凸模切入板料深度不大时,凹模刃口侧壁处的裂纹提前产生,度不大时,凹模刃口侧壁处的裂纹提前产生,这时凸模刃口侧壁往往不产生裂纹。凹模刃口这时凸模刃口侧壁往往不产生裂纹。凹模刃口侧壁处的裂纹一般发展不大就停止了,当凸模侧壁处的裂纹一般发展不大就停止了,当凸模下压达到一定程度时,裂纹至凸模刃口侧壁处下压达到一定程度时,裂纹至凸模刃口侧壁处的材料才逐渐缩颈直至断裂。所得的冲裁件断的材料才逐渐缩颈直至断裂。所得的冲裁件断面质量变坏,圆角高度、断裂带高度及斜角面质量变坏,圆角高度、断裂带高度及斜角将将比正常冲裁时明显增大,光亮带宽度大大减小,比正常冲裁时明显增大,光亮带宽度大大减小,同时冲裁件表面的

    20、不平度将增大,自由冲裁时同时冲裁件表面的不平度将增大,自由冲裁时甚至会严重翘曲。此时冲裁断面会产生较大的甚至会严重翘曲。此时冲裁断面会产生较大的拉断毛刺拉断毛刺,且根部强度较大,不易去除。,且根部强度较大,不易去除。此外,除了冲裁间隙,材料种类及其供此外,除了冲裁间隙,材料种类及其供应状态对冲裁件断面质量的影响也是比较大应状态对冲裁件断面质量的影响也是比较大的。一般在相同冲裁间隙的条件下,的。一般在相同冲裁间隙的条件下,硬度硬度大大的材料比的材料比硬度硬度软软的材料或是的材料或是硬化状态硬化状态比比退火退火状态状态,圆角和光亮带的高度都约,圆角和光亮带的高度都约减半减半。冲裁间隙冲裁间隙是影响

    21、毛刺大小是影响毛刺大小的主要因素,但同时与的主要因素,但同时与材料性材料性质质也有极大的关系。如对于锡也有极大的关系。如对于锡青铜、铅黄铜等中等硬度的材青铜、铅黄铜等中等硬度的材料,毛刺高度几乎不随冲裁间料,毛刺高度几乎不随冲裁间隙值而改变。对于低碳钢等常隙值而改变。对于低碳钢等常见的塑性材料却影响很大,如见的塑性材料却影响很大,如图所示。图所示。冲裁件的尺寸精度指冲裁件的实际尺寸与图纸上冲裁件的尺寸精度指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差。基本尺寸之差。冲裁件的尺寸精度包括两类:一是外冲裁件的尺寸精度包括两类:一是外形与内形的形状尺寸精度;二是孔距、同心度、平面形与内形的形状尺寸精度;二是

    22、孔距、同心度、平面度等形位尺寸精度。度等形位尺寸精度。冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级两类。冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级两类。一般要求落料件公差等级最好低于一般要求落料件公差等级最好低于IT10级,冲孔级,冲孔件最好低于件最好低于IT9级。如果工件要求的公差值小于上述值,级。如果工件要求的公差值小于上述值,冲裁后需经整修或采用精密冲裁。冲裁后需经整修或采用精密冲裁。由于材料塑性变形时具有由于材料塑性变形时具有弹塑性共存规弹塑性共存规律律,冲裁结束后制件从模具中脱离出来,原,冲裁结束后制件从模具中脱离出来,原来在冲裁时所承受的力及产生的变形都将发来在冲裁时所承受的力及产生的变形都将发

    23、生一定程度的弹性回复,这使得冲裁件与模生一定程度的弹性回复,这使得冲裁件与模具的刃口尺寸及形状产生了偏差。偏差的大具的刃口尺寸及形状产生了偏差。偏差的大小与小与冲模的制造精度冲模的制造精度、材料性质和冲裁间隙、材料性质和冲裁间隙值的变化有关。值的变化有关。当当Z/t值过小时,值过小时,落料件落料件尺寸将大于凹尺寸将大于凹模形孔尺寸,产生正偏差;当模形孔尺寸,产生正偏差;当Z/t值较大值较大时,则产生负偏差;当时,则产生负偏差;当Z/t为一特定值时,为一特定值时,偏差才可能为零,这在实际中是不可能的。偏差才可能为零,这在实际中是不可能的。当当Z/t值过小时,值过小时,冲孔件冲孔件尺寸将小于凸尺寸

    24、将小于凸模刃口尺寸,产生负偏差;当模刃口尺寸,产生负偏差;当Z/t值较大值较大时,则产生正偏差;当时,则产生正偏差;当Z/t为一特定值时,为一特定值时,偏差才可能为零,这在实际中同样不可能。偏差才可能为零,这在实际中同样不可能。冲裁间隙过大时,对制件的平冲裁间隙过大时,对制件的平整度也有较大的影响。这是由于间整度也有较大的影响。这是由于间隙越大,弯曲作用就越大,从而引隙越大,弯曲作用就越大,从而引起的板料翘曲变形就越严重。如右起的板料翘曲变形就越严重。如右图所示,当冲裁间隙不超过图所示,当冲裁间隙不超过20%时,时,制件平整度基本能满足一般性的使制件平整度基本能满足一般性的使用要求。(采用弹性

    25、压板和顶件器用要求。(采用弹性压板和顶件器等)等)冲裁力冲裁力是指冲裁时凸模所承受的最大是指冲裁时凸模所承受的最大压力。冲裁力包括了凸模对板料施加的正压力。冲裁力包括了凸模对板料施加的正压力及克服由于凸、凹模侧壁材料挤压而压力及克服由于凸、凹模侧壁材料挤压而产生的摩擦阻力。如右图所示,冲裁力产生的摩擦阻力。如右图所示,冲裁力F与材料性质和冲裁间隙值的变化有关。与材料性质和冲裁间隙值的变化有关。由于第二剪切现象的产生使得冲裁力由于第二剪切现象的产生使得冲裁力的变化呈现出与正常冲裁时明显不同的特的变化呈现出与正常冲裁时明显不同的特点。这里指出,随着冲裁间隙的变小,点。这里指出,随着冲裁间隙的变小,

    26、变变形力形力增大不是太多,而增大不是太多,而变形功变形功却增大很多。却增大很多。在实际生产中,模具可能因多种原因而损坏。凸在实际生产中,模具可能因多种原因而损坏。凸模与凹模是冲裁模的主要工作零件,通常的损坏形式模与凹模是冲裁模的主要工作零件,通常的损坏形式有有磨损磨损、崩刃崩刃和和折断折断等。评定模具寿命应当排除意外等。评定模具寿命应当排除意外崩刃、折断及其它的不正常损坏形式,而以正常磨损崩刃、折断及其它的不正常损坏形式,而以正常磨损所造成的模具失效来评定模具寿命。通常以两次刃口所造成的模具失效来评定模具寿命。通常以两次刃口磨削之间或模具全部磨损后所冲出的合格制件的数目磨削之间或模具全部磨损后

    27、所冲出的合格制件的数目来衡量,分别称之为来衡量,分别称之为模具的刃磨寿命模具的刃磨寿命及及总寿命总寿命。如右图所示为冲裁时作如右图所示为冲裁时作用在模具刃口处的外力。由用在模具刃口处的外力。由图中可知,越靠近凸模与凹图中可知,越靠近凸模与凹模的刃尖处,其所承受的正模的刃尖处,其所承受的正压力、侧向挤压力及摩擦力压力、侧向挤压力及摩擦力就越大,因此凸、凹模的磨就越大,因此凸、凹模的磨损主要集中在刃尖处,受力损主要集中在刃尖处,受力严重时甚至可能严重时甚至可能崩刃崩刃。当冲裁间隙变小时,刃口处所当冲裁间隙变小时,刃口处所承受的外力也增大。光亮带高度虽承受的外力也增大。光亮带高度虽然增加,但材料与刃

    28、口侧壁的摩擦然增加,但材料与刃口侧壁的摩擦距离也随之增大。另外高压作用使距离也随之增大。另外高压作用使刃口与被冲材料接触面之间产生局刃口与被冲材料接触面之间产生局部粘附而导致部粘附而导致附着磨损附着磨损。这些因素。这些因素都使得刃口处的磨损进一步加剧。都使得刃口处的磨损进一步加剧。如右图所示为凸、凹模刃口随冲裁如右图所示为凸、凹模刃口随冲裁次数而产生磨损的状况。次数而产生磨损的状况。如图所示为冲裁件的毛刺高度如图所示为冲裁件的毛刺高度随着磨损程度而变化的规律。模具随着磨损程度而变化的规律。模具使用中的初期及后期的磨损速度快,使用中的初期及后期的磨损速度快,磨损量大,毛刺增大速度也快。中磨损量大

    29、,毛刺增大速度也快。中期为期为正常磨损阶段正常磨损阶段,刃口缓慢变钝,刃口缓慢变钝,毛刺高度增大也缓慢。模具刃口变毛刺高度增大也缓慢。模具刃口变钝后,将使冲裁件质量全面变坏。钝后,将使冲裁件质量全面变坏。这时应在正常磨损阶段内及时进行这时应在正常磨损阶段内及时进行刃磨,否则反而会增大刃磨量。一刃磨,否则反而会增大刃磨量。一般刃磨量每次不应超过般刃磨量每次不应超过0.30.4mm。如果适当地增大冲裁间隙,即采用如果适当地增大冲裁间隙,即采用合理大间隙值合理大间隙值进行冲裁,刃口的磨损将减轻,模具的寿命可以显著进行冲裁,刃口的磨损将减轻,模具的寿命可以显著提高。这已被许多的生产实践所证实。例如:冲

    30、裁提高。这已被许多的生产实践所证实。例如:冲裁1.2mm厚的低碳钢板,间隙厚的低碳钢板,间隙Z/t值取值取10%时,刃磨寿命时,刃磨寿命为为1万次;当万次;当Z/t值取值取25%时,刃磨寿命达时,刃磨寿命达6.8万次,提万次,提高了近高了近6倍。冲裁倍。冲裁1.2mm厚的黄铜板时,厚的黄铜板时,Z/t值分别取值分别取7%和和14%时,刃磨寿命分别为时,刃磨寿命分别为1.5万次和万次和11万次,提万次,提高了高了6倍多。冲裁倍多。冲裁1.2mm厚的不锈钢板时,厚的不锈钢板时,Z/t值分别值分别取取13%和和22%时,刃磨寿命分别为时,刃磨寿命分别为1.2万次和万次和3万次,万次,也能将刃磨寿命提

    31、高也能将刃磨寿命提高1.5倍。倍。在冲压零件的成本中,材料费用多时可占60%以上,因此材料的经济利用是一个重要问题。冲裁件在条料或板料上的布置方法叫排样排样。排样不合理就会浪费材料,衡量排样经济性的标准是材料利用率,也就是工件的实际面积A0与板料面积A的比值,即 =(A0/A)100%式中 材料的利用率;A0 工件的实际面积(mm2);A 所用材料面积,包括工件面积与废料面积。从上式可看出,若能减少废料面积,则材料利用率高。废料分为工艺废料与结构废料两种,如右图所示。工艺废料是与排样形式及冲压方式有关的废料;而结构废料由工件的形状特点决定,一般不能改变。所以只有设计合理的排样方案,减少工艺废料

    32、,才能提高材料利用率。根据材料经济利用的程度,排样方法可以分为:有废料排样,是在冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间,都有工艺余料(称为搭边)存在,冲裁是沿着冲裁件的封闭轮廓进行,所以冲裁件质量和模具寿命较高,但材料利用率较低。少废料排样,是只在冲裁件之间或只在冲裁件与条料侧边之间留有搭边。这种排样方法的冲裁只沿着冲裁件的部分外轮廓进行,材料利用率可达70%90%。无废料排样法如下图所示,是在冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间均无搭边存在。这种排样方法的冲裁件实际上是直接由切断条料获得,所以材料利用率可达85%95%。图中表示步距为两倍工件宽度的一模两件的无废料排样。侧边之间均无搭边存在

    33、。这种排样方法的冲裁件实际上是直接由切断条料获得,所以材料利用率可达85%95%。图中表示步距为两倍工件宽度的一模两件的无废料排样。采用少、无废料排样法,材料利用率高,不但有利于一模获得多个冲裁件,而且可以简化模具结构、降低冲裁力。但是,因条料本身的宽度公差以及条料导向与定位所产生的误差会直接影响冲裁件尺寸而使冲裁件的精度降低。同时,往往因模具单面受力而加快磨损,降低模具寿命,直接影响冲裁件的断面质量。为此,排样时必须全面权衡利弊。无论是采用有废料或少、无废料的排样,根据冲裁件在条料上的不同布置方法,排样方法又有直排、斜排、对排(直对排、斜对排)、混合排、多排和裁搭边等多种形式的排列方式。在实

    34、际应用中应根据不同的冲裁件形状加以选用。排样方式(一)有废料 少、无废料 直排 斜排 直对排 有废料 少、无废料 斜对排 混合排 多行排冲裁搭边排样方式(二)排样时冲裁件与冲裁件之间的距离a以及冲裁件与条料侧边之间的距离a1所留下的工艺余料称为搭边搭边,如上图中所示。搭边的作用是:1)补偿条料的剪裁和送料误差)补偿条料的剪裁和送料误差 这是因为条料的剪裁误差、送料步距误差以及由于条料与导料板之间有间隙所造成的送料歪斜误差等都对冲件的精度产生影响。若没有搭边则可能发生工件缺角。缺边或尺寸超差等废品。2)使凸、凹模刃口双边受力)使凸、凹模刃口双边受力 由于搭边的存在,使模具刃口沿封闭轮廓线冲裁,受

    35、力平衡,合理间隙不易破坏,模具寿命与工件断面质量都能提高。3)有利于自动送料)有利于自动送料 对于利用搭边拉条料自动送料的模具,搭边使条料有一定的刚度,以保证条料的连续送进。搭边过大,浪费材料。搭边太小,起不到上述应有的作用。过小的搭边将被拉入凸、凹模间隙,使模具容易磨损,甚至损坏模具刃口。搭边的合理值就是保证冲裁件质量、保证模具较长寿命。保证自动送料时不被拉弯拉断条件下所允许的最小值。搭边值的大小与下列因素有关:(1)材料的力学性能 硬材料的搭边值可小一些。软材料、脆性材料的搭边值要大一些。(2)零件的形状与尺寸 冲裁件的尺寸大小或有尖凸的复杂形状,搭边值要取大一些。(3)材料厚度 材料越厚

    36、所取的搭边值相应大些。(4)送料方式与挡料方式 若为手工送料,在有侧压板导向的情况下,搭边值可以小些。塔边值通常是由经验确定的。实际选取时可查阅相关经验数值表。搭边值选定排样方法与确定搭边值后,需要进一步计算条料的尺寸,绘制排样图,以用于模具的设计和计算。A条料在模具上每次送进的距离称为送料步距。每个步距可以冲出一个零件,也可以冲出几个零件。送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。如图中所示,每次只冲一个零件的步距A的计算公式为:A=D+a式中 D 平行于送料方向的冲裁件宽度;a 冲裁件之间的搭边值。条料是由板料剪裁下料而得,为保证送料顺利,剪裁时的公差带分布规定为上偏差为零

    37、,下偏差为负值(-)。条料在模具上送进时一般都有导向,当使用导料板导向而又无侧压装置时,在宽度方向也会产生送料误差。条料宽度B的计算应保证在这二种误差的影响下,仍能保证在冲裁件与条料侧边之间有一定的搭边值a1。当导料板之间有侧压装置时或用手将条料紧贴单边导料板(或两个单边导料销)时,条料宽度:B=(D+2a1)-导料板间距离:A=(D+2a1+Z)式中 D 冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸;a1 冲裁件与条料侧边之间的搭边;板料剪裁时的下偏差。Z 导料板与条料宽度间的送料最小间隙,mm。当导料板之间有侧压装置时或用手将条料紧贴单边导料板(或两个单边导料销)时。条料宽度:B=(D+2a1)-导料板

    38、间距离:A=(D+2a1+Z)式中 D 冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸;a1 冲裁件与条料侧边之间的搭边;板料剪裁时的下偏差。Z 导料板与条料宽度间的送料最小间隙,mm。当条料在无侧压装置的导料板之间送料时。条料宽度:B=(D+2a1+Z)-导料板间距离:A =(D+2a1+2Z)条料宽度偏差 mm 导料板与条料间的送料最小间隙Z 排样图排样图是排样设计及计算后最终的表达形式,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图及排样图。在排祥图上应标注条料宽度及其公差、送料步距及搭边a、a1值,如右图所示。采用斜排方法排样时,还应注明倾斜角度的大小。必要时,还

    39、可用双点划线画出条料在送料时定位元件的位置。对有纤维方向要求的排祥图,则应用箭头表示条料的纹向。冲裁如图所示的零件,采用的板料规格为200010004mm,试计算采用何种排样和下料最为合理。对于题中所给板料其裁样方式有三种:纵裁;横裁;套裁三种,见下图。a纵裁 b横裁 c套裁解:根据零件形状分析,排样方案为直排、单行对排、多行 对排三种。排样图(直排)(单行对排)(多行对排)据表3-11查得搭边值 0.8t=4.2mm;查表3-12得条料宽度公差=3.0mm.计算冲裁件毛坯面积:方案一:条料宽度:B=(D+2a1+Z=120+24.2+3130(mm)进料距 A=D+a=45+4.2=48.2

    40、(mm)一个进料距内的材料利用率:3457102120104412045442F%55%1002.4813034571%100bhnF横裁:可裁条料数量 (条)151302000BLn 每条可冲零件数量 可冲制零件总数 n总=n1n2=1520=300(件)该方案的材料利用率(件)205.482.3100022AaLn%8.51%100100020003457300%10021LLFn总总纵裁:可裁条料数量 (条)每条可冲零件数量 (件)可冲制零件总数 n总=n1n2=741=287(件)该方案的材料利用率 7130100011BLn415.482.3200022AaLn%6.49%10010

    41、0020003457287%10021LLFn总总方案二:条料宽度:b=130mm 进料距 (mm)横裁:可裁条料数量 (条)每条可冲零件数量 (件)可冲制零件总数 n总=1527=405(件)该方案横裁的材料利用率 45203.235.722h 1200015130n 210003.22735.7n405 3457100%70%2000 1000总7.352.3220245A纵裁:可裁条料数量 (条)每条可冲零件数量 (件)可冲制零件总数 n总=755=385(件)该方案横裁的材料利用率 110007130n 220003.25535.7n385 3457100%66.5%2000 1000

    42、总方案三:条料宽度:(mm)进料距 (mm)横裁条数 (条)每条可冲零件数量 (件)可冲制零件总数 n总=1141=451(件)该方案横裁的材料利用率1203 3.2443177b 453.224.122h 1200011177n 210003.24124.1n451 3457100%77.95%2000 1000总纵裁:纵裁条数 (条)每条可冲零件数量 (件)可冲制零件总数 n总=582=410(件)该方案横裁的材料利用率 从以上计算看出:三种排样方式其材料利用率差别较大,方案三的横裁多行对排为最佳。110005177n 220003.28224.1n410 3457100%70.8%200

    43、0 1000总冲裁力是选择压力机的主要依据,也是设计模具所必需的数据。在冲裁过程中,冲裁力的大小是不断变化的,如右图所示。图中OA段为弹性变形阶段,板料上的冲裁力随凸模的下压直线增加。AB段为塑性变形阶段。B点为冲裁力的最大值。凸模再下压,材料内部产生裂纹并迅速扩张,冲裁力下降,所以BC是断裂阶段。到达C点,上下裂纹重合,板料已经分离。CD所用的压力,仅是克服摩擦阻力,推出已分离的料。冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。用板料作用在凸模上产生最大抗力而出现裂纹时(即图中的B点)的板料内剪切变形区的切应力作为材料的抗剪强度(MPa)。1、对于普通平刃刀口的冲裁,其冲裁力 F可按下式计算:F=K

    44、Lt材料的抗剪强度(MPa);K 系数。是考虑到刃口钝化、间隙不均匀、材料力学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数。常取K=1.3。冲裁高强度材料或厚料和外形尺寸大的工件时,需要的冲裁力较大。超过了所选设备的公称压力,就必须设法降低冲裁力。(1)加热冲裁 材料在加热状态下剪切强度大大下降,因而可以降低冲裁力。但材料加热后会产生氧化皮,还会产生变形,故此法只适用于厚板或工件表面质量及尺寸精度要求不高的工件。(2)阶梯布置凸模冲裁 在多凸模的冲裁中,将凸模做成不同长度,呈阶梯布置,可使各个凸模冲裁力的最大值不同时出现。从而降低了总的冲裁力。凸模间的高度差按材料厚度确定:t3mm,h=t;t3mm,

    45、h=0.5t(3)单边斜刃剪裁时:F=1.3(0.5t2/tan)=0.5 t2b/tan斜刃口斜角,一般取消26封闭轮廓斜刃剪裁时:Ht时:H=t时:F=1.3t(a+b)=tb(a+b)HbtatHbtatFb3.1(4)双边斜刃剪裁时:t3mm时,H=2t 53t10 mm时,H=t 8或HtbatHtbatF5.05.25.023.1HtbatFb5.023、圆盘剪裁时:F=1.3K t2Q/2tanK料厚系数,t3mm时,K=1.8切入角Q材料剪切比压。10、20钢Q=100MPa;铜及合金Q=60Mpa;铝及合金Q=15MPa4、两种材料重叠冲裁时:2122110tttt材料发生塑

    46、性变形同时也存在着弹性变形。在一般冲裁条件下,由于冲裁后材料的弹性回复,使得落料或冲孔废料梗塞在凹模内,而板料则紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续进行,必须将箍在凸模上的板料卸下,同时将梗塞在凹模内的工件或废料向下推出或向上顶出。因此将从凸模上卸下板料所需的力称为卸料力;从凹模内向下推出工件或废料所需的力称为推件力;从凹模内向上顶出工件或废料所需的力称为顶件力。在设计模具时,F卸与F顶是选择卸料装置与弹顶器的橡皮或弹簧的依据。在冲裁的过程中,F卸、F推、F顶与冲裁力F是否同时发生,取决于冲裁方式与模具的结构。压力机所提供的冲压力应能足够克服冲裁力F和与之同时发生的其它各工艺力(F卸、F推、F顶)

    47、。上述的力与冲件形状、冲裁间隙、材料种类和厚度、润滑情况、凹模洞口形状等因素有关,无法准确计算。在实际生产中常用以下经验公式计算:F卸=K卸FF推=nK推FF顶=K顶F式中的K卸、K推、K顶分别为各自的计算系数,可查阅相关的经验数表。当冲件形状复杂、润滑较差、材料强度较高时则应取较大的值;反之应取较小的数值。推件力、顶件力、卸料力系数采用刚性卸料装置和下出件模具结构时:F总=F+F推采用弹性卸料装置和下出件模具结构时:F总=F+F卸+F推采用弹性卸料装置和上出件模具结构时:F总=F+F卸+F顶(1)冲裁件的形状冲裁件的形状(2)冲裁件内形及外形的冲裁件内形及外形的转角转角(3)冲裁件上凸出的悬

    48、臂和凹槽冲裁件上凸出的悬臂和凹槽(4)冲裁件的孔边距与孔(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。(6)冲孔时,因受凸模强度的限制,孔的尺寸不应太小,否则凸模易折断或压弯。(1)冲裁件的经济公差等级不高于IT11级,一般要求落料件公差等级最好低于IT10级,冲孔件最好低于IT9级。冲裁得到的工件公差列于表4-7、表4-8。如果工件要求的公差值小于表值,冲裁后需经整修或采用精密冲裁。(2)冲裁件的断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。当冲裁厚度为2mm以下的金属板料时,其断面粗糙度Ra一般可达12.53.2m。

    49、(a)(b)(a)不合理 (b)合理 由冲裁变形过程的分析可知,当冲裁间隙值适当时,凸、凹模刃口处所产生的上、下裂纹在扩展的过程中相遇重合。以凸、凹模刃尖连线代替实际裂纹。从图中的几何关系可得:Z=2(t h0)tg=2t(1-h0/t)tg式中 h0凸模切入板料的深度;裂纹的斜角。软钢的值为50-60;中硬钢为40-50;硬钢约为40。冲裁间隙值对冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲裁力、模具寿命等方面的影响规律并非一致,所以,并不存在一个绝对的合理间隙值。类为小间隙小间隙,适用于尺寸精度和断面质量要求都高的冲裁件,但模具寿命较低。类为中等间隙中等间隙,适用于尺寸精度和断面质量要求一般的冲裁件,且

    50、特别强调采用该间隙的冲裁件的残余应力较小,用于后续成形加工可减少破裂现象。类为大间隙大间隙,适用于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件,但模具寿命较高,即是所谓的合理大间隙合理大间隙,推荐优先选用。冲裁模合理间隙值非金属材料冲裁模初始双面间隙 刃口尺寸计算的一般原则刃口尺寸计算的一般原则由前述可知,凸、凹模刃口部分的尺寸直接决定了冲裁件冲裁件的尺寸的尺寸和模具间隙模具间隙的大小,是模具上最重要的尺寸。(1)确定计算基准。确定计算基准。落料时的制件尺寸是由凹模决定的,因此应以落料凹模为计算基准。冲孔时的尺寸是由凸模决定的,因此应以冲孔凸模为计算基准。(2)凸、凹模应考虑磨损规律。凸、凹模应考虑磨损

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