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1、第第2章章 冲裁工冲裁工艺与模具与模具设计第1页，共63页，编辑于2022年，星期一冲裁是使板料冲裁是使板料沿封闭曲线相互分离沿封闭曲线相互分离的一种冲压工序。的一种冲压工序。冲裁变形过程冲裁变形过程冲裁主要是指冲裁主要是指落料落料和和冲孔冲孔两种工序：两种工序：落料落料冲裁后封闭曲线以内的部分为零件，即落下的部分为冲裁后封闭曲线以内的部分为零件，即落下的部分为 零件。零件。落料模落料模冲孔冲孔冲裁后封闭曲线以外的部分为零件，即落下的部分为冲裁后封闭曲线以外的部分为零件，即落下的部分为 废料。废料。冲孔模冲孔模 冲裁是冲压生产中的冲裁是冲压生产中的主要工序主要工序之一，有两种用途：之一，有两种
2、用途：v直接冲制成品零件直接冲制成品零件v为弯曲、拉深、翻边、胀形等其它成形工序制备毛坯为弯曲、拉深、翻边、胀形等其它成形工序制备毛坯 第第2 2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计2第2页，共63页，编辑于2022年，星期一 【主要内容主要内容】v冲裁变形机理冲裁变形机理v冲裁件质量及影响因素冲裁件质量及影响因素v冲裁模间隙的确定冲裁模间隙的确定v冲裁模刃口尺寸的确定冲裁模刃口尺寸的确定v冲裁力的计算及降低冲裁力的措施冲裁力的计算及降低冲裁力的措施v冲裁件排料冲裁件排料 【重点重点】v冲裁变形机理冲裁变形机理v冲裁件质量及影响因素冲裁件质量及影响因素v冲裁模刃口尺寸的确定冲裁模刃口尺寸
3、的确定第第2 2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计3第3页，共63页，编辑于2022年，星期一一、冲裁时材料所受的力和变形区一、冲裁时材料所受的力和变形区1 1受力情况受力情况 无压紧装置冲裁时板料的受力图：无压紧装置冲裁时板料的受力图：2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理4第4页，共63页，编辑于2022年，星期一由图可知，冲裁时板料受到如下力的作用：由图可知，冲裁时板料受到如下力的作用：-凸、凹模端面对板料的压力（垂直作用力），产生剪切凸、凹模端面对板料的压力（垂直作用力），产生剪切 作用；作用；-由于凸、凹模之间的间隙的存在，由于凸、凹模之间的间隙的存在，不在同一垂直不在同一
4、垂直 线上而产生的弯矩，产生弯曲作用；线上而产生的弯矩，产生弯曲作用；-凸、凹模对板料的侧压力，凸、凹模对板料的侧压力，产生横向挤压作用；产生横向挤压作用；-凸模端面与侧面的摩擦力；凸模端面与侧面的摩擦力；-凹模端面与侧面的摩擦力。凹模端面与侧面的摩擦力。2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理5第5页，共63页，编辑于2022年，星期一由于间隙的存在，剪切面发生偏转，如图所示：由于间隙的存在，剪切面发生偏转，如图所示：剪切面上除剪剪切面上除剪切力外，还有切力外，还有拉力作用。拉力作用。2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理由上面分析可知：冲裁时板料受到由上面分析可知：冲裁时板料受到垂直方向
5、压力垂直方向压力(产生剪切力产生剪切力)、横向挤压力、摩擦力、弯矩和拉力横向挤压力、摩擦力、弯矩和拉力的作用，因此其变形是比较复的作用，因此其变形是比较复杂的，变形不是杂的，变形不是纯剪切纯剪切过程，还有过程，还有弯曲、拉伸和挤压弯曲、拉伸和挤压等附加变形。等附加变形。6第6页，共63页，编辑于2022年，星期一 2 2冲裁时的变形区冲裁时的变形区冲裁冲裁-变形过程变形过程以上、下刃口连线为中心的以上、下刃口连线为中心的纺锤形区域纺锤形区域是主要变形区，从模具是主要变形区，从模具刃口向板料中心变形区逐步扩大。当凸模挤入板料后，新形成刃口向板料中心变形区逐步扩大。当凸模挤入板料后，新形成的纺锤形
6、变形区被已经变形而硬化了的区域所包围。的纺锤形变形区被已经变形而硬化了的区域所包围。2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理7第7页，共63页，编辑于2022年，星期一二、冲裁变形过程二、冲裁变形过程 从凸模接触板料到板料被一分为二的过程即板料的冲裁变形过程，是从凸模接触板料到板料被一分为二的过程即板料的冲裁变形过程，是在瞬间完成的。这个过程可分为三个阶段：在瞬间完成的。这个过程可分为三个阶段：v弹性变形阶段弹性变形阶段v塑性变形阶段塑性变形阶段v断裂分离阶段断裂分离阶段冲裁冲裁-变形过程变形过程裂纹的起点是在刃口侧面距刃尖很近的板料处，裂纹先从裂纹的起点是在刃口侧面距刃尖很近的板料处，裂纹先
7、从凹模凹模一侧一侧开始，然后才在开始，然后才在凸模刃口侧面凸模刃口侧面产生。产生。2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理8第8页，共63页，编辑于2022年，星期一三、冲裁时的应力状态三、冲裁时的应力状态 分析分析A A、B B、D D、E E四个特征点：四个特征点：2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理A A点：点：板料内层弯曲与凸模侧压力引起板料内层弯曲与凸模侧压力引起 径向压应力；径向压应力；板料内层切向弯曲引起的压应力板料内层切向弯曲引起的压应力 与侧压力在切向引起的拉应力所与侧压力在切向引起的拉应力所 合成的压应力；合成的压应力；凸模下压引起的轴向拉应力。凸模下压引起的轴向拉应力
8、。A A点处于三向应力状态，平均点处于三向应力状态，平均 应力为拉应力。应力为拉应力。9第9页，共63页，编辑于2022年，星期一2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理B B点：点：板料内层弯曲引起的径向压板料内层弯曲引起的径向压 应力；应力；板料内层切向弯曲引起的压板料内层切向弯曲引起的压 应力；应力；凸模下压引起的轴向压应力。凸模下压引起的轴向压应力。B B点处于三向压应力状态，点处于三向压应力状态，平均应力为压应力。平均应力为压应力。10第10页，共63页，编辑于2022年，星期一2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理D D点：点：板料外层弯曲引起的径向拉板料外层弯曲引起的径向拉 应
9、力；（较小）应力；（较小）板料外层切向弯曲引起的拉板料外层切向弯曲引起的拉 应力；（较小）应力；（较小）凹模端面挤压板料引起的轴凹模端面挤压板料引起的轴 向压应力。向压应力。（较大）（较大）D D点处于三向应力状态，平点处于三向应力状态，平 均应力为压应力。均应力为压应力。11第11页，共63页，编辑于2022年，星期一2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理E E点：点：板料外层弯曲在径向引起的拉应板料外层弯曲在径向引起的拉应力与凹模侧压力在径向引起的压应力力与凹模侧压力在径向引起的压应力的的合合成成，可可能能是是拉拉应应力力或或压压应应力力，取取决决于间隙大小；于间隙大小；板料外层弯曲在切
10、向引起的拉应板料外层弯曲在切向引起的拉应力与凹模侧压力在切向引起的压应力力与凹模侧压力在切向引起的压应力的的合合成成，可可能能是是拉拉应应力力或或压压应应力力，取取决决于间隙大小；于间隙大小；凸模下压引起的轴向拉应力（凹凸模下压引起的轴向拉应力（凹模侧面的摩擦力）。模侧面的摩擦力）。E E点为三向应力，平均应力为拉点为三向应力，平均应力为拉 应力。应力。12第12页，共63页，编辑于2022年，星期一2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理由上述分析可知：剪切区不同部位的应力状态是不同的，这也就决由上述分析可知：剪切区不同部位的应力状态是不同的，这也就决定了剪切区定了剪切区不同部位不是同时满足
11、塑性条件，也不是同时达到材料不同部位不是同时满足塑性条件，也不是同时达到材料的破坏应力而产生裂纹的的破坏应力而产生裂纹的。在这四个部位中，。在这四个部位中，A A、E E两点的平均应力为两点的平均应力为拉应力，因此裂纹应在这两点处产生。另外，由于板料弯曲使拉应力，因此裂纹应在这两点处产生。另外，由于板料弯曲使A A点点的材料在切向、径向受到两向压缩，而使的材料在切向、径向受到两向压缩，而使E E点的材料在切向、径向受点的材料在切向、径向受到两向拉伸，从而使到两向拉伸，从而使E E点的平均拉应力大于点的平均拉应力大于A A点的平均拉应力，故点的平均拉应力，故裂纹首裂纹首先在凹模刃口侧面先在凹模刃
12、口侧面(E E处处)产生产生。13第13页，共63页，编辑于2022年，星期一四、冲裁断面特征四、冲裁断面特征 冲裁断面具有明显的区域性特征，可分为冲裁断面具有明显的区域性特征，可分为圆角带、光亮带、断圆角带、光亮带、断 裂带和毛刺裂带和毛刺四个特征区：四个特征区：2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理14第14页，共63页，编辑于2022年，星期一2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理圆角带圆角带刃口附近的材料被牵连拉入产生弯曲和伸长变形的刃口附近的材料被牵连拉入产生弯曲和伸长变形的 结果。结果。光亮带光亮带模具挤压、切入材料使其产生塑性变形而形成的，模具挤压、切入材料使其产生塑性变形而
13、形成的，是整个断面上质量最好的部分。是整个断面上质量最好的部分。断裂带断裂带刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展断裂而形刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展断裂而形 成的，其表面粗糙且带有锥度。成的，其表面粗糙且带有锥度。毛毛 刺刺断裂带周边上形成的不规则的撕裂毛边。断裂带周边上形成的不规则的撕裂毛边。15第15页，共63页，编辑于2022年，星期一2.1 2.1 冲裁变形机理冲裁变形机理各部分所占比例随材料的机械性能、料厚、刃口锋利程度、模各部分所占比例随材料的机械性能、料厚、刃口锋利程度、模具结构及凸、凹模间隙等方面的不同而变化。塑性差的材料，断具结构及凸、凹模间隙等方面的不同而变化。塑性
14、差的材料，断裂倾向严重，断裂带增宽，光亮带、圆角带所占比例较小，毛刺裂倾向严重，断裂带增宽，光亮带、圆角带所占比例较小，毛刺也小。塑性好的材料则相反。也小。塑性好的材料则相反。要提高冲裁件断面质量，可通过增加光亮带的高度或采用整形要提高冲裁件断面质量，可通过增加光亮带的高度或采用整形工序来实现。增加光亮带高度的工序来实现。增加光亮带高度的关键关键是通过延长塑性变形阶段推迟裂是通过延长塑性变形阶段推迟裂纹的产生来实现。纹的产生来实现。16第16页，共63页，编辑于2022年，星期一 冲裁件质量指标包括：冲裁件质量指标包括：断面质量、尺寸精度及形状误差。断面质量、尺寸精度及形状误差。冲裁断面应平直
15、，光亮带应占较大的比例，尺寸及制件外形冲裁断面应平直，光亮带应占较大的比例，尺寸及制件外形 应满足图纸要求，表面尽可能平整。应满足图纸要求，表面尽可能平整。一、影响断面质量的因素一、影响断面质量的因素 影响因素很多，主要因素有：影响因素很多，主要因素有：v间隙大小及分布均匀性间隙大小及分布均匀性v材料性质材料性质v模具刃口锋利程度模具刃口锋利程度v模具制造精度模具制造精度2.2 2.2 影响冲裁件质量的因素影响冲裁件质量的因素 17第17页，共63页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 影响冲裁件质量的因素影响冲裁件质量的因素 1.1.材料性能的影响材料性能的影响 塑性好的材料，冲裁时裂纹
16、出现的较迟，光亮带所占比例大，塑性好的材料，冲裁时裂纹出现的较迟，光亮带所占比例大，圆角、毛刺和穹弯也较大，而断裂带则窄一些。对塑性差的材圆角、毛刺和穹弯也较大，而断裂带则窄一些。对塑性差的材 料则相反。料则相反。2 2模具间隙的影响模具间隙的影响 间隙是影响断面质量的主要因素。间隙是影响断面质量的主要因素。间隙对断面质量的影响分析：间隙对断面质量的影响分析：冲裁冲裁-断面质量断面质量v 断面质量与裂纹的走向有关。只有当凸、凹模间隙适当时，断面质量与裂纹的走向有关。只有当凸、凹模间隙适当时，上、下两条裂纹才重合，此时零件断面斜度很小，比较平直、上、下两条裂纹才重合，此时零件断面斜度很小，比较平
17、直、光滑，毛刺小，且无裂纹分层。光滑，毛刺小，且无裂纹分层。18第18页，共63页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 影响冲裁件质量的因素影响冲裁件质量的因素v当当间隙过小时间隙过小时，凸模刃口附近的裂纹位置比正常间隙时，凸模刃口附近的裂纹位置比正常间隙时向外错开向外错开一一段距离，上、下裂纹产生后，各自进入凸、凹模端面的压应力区段距离，上、下裂纹产生后，各自进入凸、凹模端面的压应力区而停止发展，并且上、下裂纹之间的材料随凸模继续下压将产生而停止发展，并且上、下裂纹之间的材料随凸模继续下压将产生第二次剪切第二次剪切，出现，出现第二光亮带第二光亮带双光亮带双光亮带。在两个光亮带之间形成。在
18、两个光亮带之间形成断裂带。断裂带。v当当间隙过大时间隙过大时，凸模刃口处的裂纹位置较正常间隙，凸模刃口处的裂纹位置较正常间隙向里错开向里错开一段距一段距离，上、下裂纹也不重合，且随凸模的下压，裂纹之间的材料产生离，上、下裂纹也不重合，且随凸模的下压，裂纹之间的材料产生第二次第二次拉裂拉裂，断面上便出现了，断面上便出现了两个锥度两个锥度双锥度双锥度。v另外，若模具间隙不均匀，在间隙不合理处将出现较大毛刺，断面另外，若模具间隙不均匀，在间隙不合理处将出现较大毛刺，断面质量差。因此设计、制造与安装模具时必须保证间隙分布均匀。质量差。因此设计、制造与安装模具时必须保证间隙分布均匀。19第19页，共63
19、页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 影响冲裁件质量的因素影响冲裁件质量的因素 3 3模具刃口锋利情况的影响模具刃口锋利情况的影响 当模具刃口磨损成圆角而变钝时，刃口与材料接触的面积增加，应力集中当模具刃口磨损成圆角而变钝时，刃口与材料接触的面积增加，应力集中效应减轻，挤压作用增大，从而延缓了裂纹的产生，因此制件圆角大，效应减轻，挤压作用增大，从而延缓了裂纹的产生，因此制件圆角大，光亮带宽，但毛刺高度也加大。光亮带宽，但毛刺高度也加大。20第20页，共63页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 影响冲裁件质量的因素影响冲裁件质量的因素二、影响尺寸精度的因素二、影响尺寸精度的因素主要因
20、素：主要因素：模具制造精度与磨损、冲裁间隙及材料性能等模具制造精度与磨损、冲裁间隙及材料性能等。1.1.模具制造精度与磨损模具制造精度与磨损由于落料件尺寸取决于凹模刃口尺寸，冲孔件尺寸取决于凸模由于落料件尺寸取决于凹模刃口尺寸，冲孔件尺寸取决于凸模刃口尺寸，因此模具的尺寸要求必须根据零件的尺寸精度要求刃口尺寸，因此模具的尺寸要求必须根据零件的尺寸精度要求来定，否则得不到所要求的零件。来定，否则得不到所要求的零件。21第21页，共63页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 影响冲裁件质量的因素影响冲裁件质量的因素一般模具的制造精度要一般模具的制造精度要比零件精度高比零件精度高2 24 4级级
21、，设计时可参考，设计时可参考下表：下表：22第22页，共63页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 影响冲裁件质量的因素影响冲裁件质量的因素2 2间隙的影响间隙的影响间隙对冲裁件尺寸的影响规律与间隙大小变化时变形区应力状间隙对冲裁件尺寸的影响规律与间隙大小变化时变形区应力状态产生不同变化有关：态产生不同变化有关：变形区应力状态不同，弹性回复的大小变形区应力状态不同，弹性回复的大小和方向也就不同。和方向也就不同。间隙对零件尺寸精度影响的间隙对零件尺寸精度影响的一般规律一般规律及及原因分析：原因分析：冲裁冲裁-尺寸精度尺寸精度23第23页，共63页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 影响
22、冲裁件质量的因素影响冲裁件质量的因素v当当 时，时，冲孔件尺寸冲孔件尺寸 凸模尺寸、落料件尺寸凸模尺寸、落料件尺寸 凹模尺凹模尺 寸寸。这是因为间隙较大时，变形区材料的。这是因为间隙较大时，变形区材料的径向拉应力较大径向拉应力较大，冲裁时冲裁时伸长弹变大伸长弹变大，冲裁后，冲裁后必然回缩必然回缩。v当当 时，时，冲孔件尺寸冲孔件尺寸 凹模尺凹模尺 寸寸。这是因为间隙较小时，变形区材料的。这是因为间隙较小时，变形区材料的径向压应力较大径向压应力较大，冲裁时冲裁时压缩弹变大压缩弹变大，冲裁后必然，冲裁后必然伸展伸展。24第24页，共63页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 影响冲裁件质量的因
23、素影响冲裁件质量的因素 3.3.材料性质、轧制方向及料厚的影响材料性质、轧制方向及料厚的影响 影响到冲裁时弹性变形量的大小。影响到冲裁时弹性变形量的大小。v塑性越好，弹性变形量越小，冲裁后误差越小。塑性越好，弹性变形量越小，冲裁后误差越小。v平行于轧制方向的误差小于垂直于轧制方向的误差。平行于轧制方向的误差小于垂直于轧制方向的误差。v零件的厚度越大，弹性变形量越小，冲裁后误差越小。零件的厚度越大，弹性变形量越小，冲裁后误差越小。25第25页，共63页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 影响冲裁件质量的因素影响冲裁件质量的因素三、影响形状精度的因素三、影响形状精度的因素 冲裁件的形状误差主
24、要是指工件的平面度和圆形工件的圆度。冲裁件的形状误差主要是指工件的平面度和圆形工件的圆度。v影响圆形轮廓工件圆度的原因主要是凸凹模间隙不均匀、模影响圆形轮廓工件圆度的原因主要是凸凹模间隙不均匀、模 具刃口形状误差及板料的各向异性等。具刃口形状误差及板料的各向异性等。v影响工件平面度的原因主要是冲裁过程中板料的影响工件平面度的原因主要是冲裁过程中板料的残余弯曲变形残余弯曲变形（穹弯）（穹弯），而残余弯曲变形的大小与材料性质及模具间隙，而残余弯曲变形的大小与材料性质及模具间隙 有很大关系，有很大关系，大、大、大、大、小小残余弯曲变形大。残余弯曲变形大。v采用压料装置及对凸模下方的板料加反向压力采用
25、压料装置及对凸模下方的板料加反向压力，可以有效减小穹，可以有效减小穹弯。弯。26第26页，共63页，编辑于2022年，星期一2.3 2.3 冲裁模间隙的确定冲裁模间隙的确定冲裁模间隙冲裁模间隙是制定冲裁工艺及设计模具时要确定的一个非常重是制定冲裁工艺及设计模具时要确定的一个非常重要的参数。确定方法要的参数。确定方法理论确定法理论确定法和和经验确定法经验确定法。1 1理论确定法（计算法）理论确定法（计算法）依据依据保证上、下裂纹保证上、下裂纹重合，连成一条线，以获重合，连成一条线，以获得良好的冲裁断面。得良好的冲裁断面。图示为冲裁过程中产生微图示为冲裁过程中产生微裂纹的瞬时状态裂纹的瞬时状态:由
26、几何关系可得：由几何关系可得：27第27页，共63页，编辑于2022年，星期一2.3 2.3 冲裁模间隙的确定冲裁模间隙的确定由此可知：由此可知：合理间隙大小与材料厚度、相对压入深度以及裂纹方向角有关。合理间隙大小与材料厚度、相对压入深度以及裂纹方向角有关。而相对压入深度以及裂纹方向角又与材料性质有关，因此，影响间隙值的主而相对压入深度以及裂纹方向角又与材料性质有关，因此，影响间隙值的主要因素是要因素是材料的性质材料的性质和和板料厚度板料厚度。2 2经验确定法经验确定法分类按使用要求及材料性质、板料厚度确定一个适当的范围分类按使用要求及材料性质、板料厚度确定一个适当的范围作为合理间隙值。只要凸
27、、凹模之间的间隙在此范围内，就能冲裁出作为合理间隙值。只要凸、凹模之间的间隙在此范围内，就能冲裁出合格的冲压件。合格的冲压件。设计和制造冲裁模时，应考虑到模具在使用中因磨损而使间隙增设计和制造冲裁模时，应考虑到模具在使用中因磨损而使间隙增大，故应按大，故应按最小合理间隙值最小合理间隙值作为模具的作为模具的初始间隙初始间隙。28第28页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算 冲裁模设计中的一项重要工作冲裁模设计中的一项重要工作 一、计算原则一、计算原则 1 1保证冲出合格的零件（保证冲出合格的零件（考虑冲裁变形规律）考虑冲裁变形规律）冲孔
28、时应以凸模为基准件，落料时应以凹模为基准件。冲孔时应以凸模为基准件，落料时应以凹模为基准件。冲孔模间隙取在凹模上，落料模间隙取在凸模上。冲孔模间隙取在凹模上，落料模间隙取在凸模上。2 2保证模具有一定使用寿命（保证模具有一定使用寿命（考虑磨损规律）考虑磨损规律）新模具的间隙应是最小的合理间隙，磨损到最大合理间隙。新模具的间隙应是最小的合理间隙，磨损到最大合理间隙。由于凸模刃口磨损使冲孔尺寸减小，凹模刃口磨损则使落料由于凸模刃口磨损使冲孔尺寸减小，凹模刃口磨损则使落料 尺寸增大，因此，为了保证冲裁件的尺寸要求，并尽可能提高模具的尺寸增大，因此，为了保证冲裁件的尺寸要求，并尽可能提高模具的使用寿命
29、，对落料模，凹模刃口尺寸应等于或接近零件的最小极限尺使用寿命，对落料模，凹模刃口尺寸应等于或接近零件的最小极限尺寸；对冲孔模，凸模刃口尺寸应等于或接近于零件孔的最大极限尺寸。寸；对冲孔模，凸模刃口尺寸应等于或接近于零件孔的最大极限尺寸。29第29页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算3.3.合理确定模具的尺寸精度（合理确定模具的尺寸精度（考虑冲模制造成本）考虑冲模制造成本）v模具刃口尺寸公差的确定可参照表模具刃口尺寸公差的确定可参照表2-102-10。一般情况下可取为。一般情况下可取为 工件相应公差的工件相应公差的1/31/31/41
30、/4。v若工件为未注公差，对于非圆形件冲模按若工件为未注公差，对于非圆形件冲模按 制造；对于圆制造；对于圆 形件形件,因模具刃口制造容易因模具刃口制造容易,可按可按 确定。确定。30第30页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算二、计算方法二、计算方法制造冲模的关键是制造冲模的关键是控制凸、凹模刃口尺寸及其合理间隙控制凸、凹模刃口尺寸及其合理间隙。按加。按加工方法不同分为两种工方法不同分为两种:1 1凸模与凹模分别加工凸模与凹模分别加工适用于圆形或简单规则形状的冲裁件，其计算公式如下：适用于圆形或简单规则形状的冲裁件，其计算公式如下：v
31、冲孔时：冲孔时：凸模刃口尺寸凸模刃口尺寸 （基准件）（基准件）凹模刃口尺寸凹模刃口尺寸 （偏差按入体原则布置）（偏差按入体原则布置）31第31页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算v落料时：落料时：凹模刃口尺寸凹模刃口尺寸 （基准件）（基准件）凸模刃口尺寸凸模刃口尺寸 磨损量磨损量 -工件尺寸公差工件尺寸公差磨损系数磨损系数 值在值在 之间，与零件制造精度有关。之间，与零件制造精度有关。注意：注意：采用分别加工法时，需分别标注凸、凹模刃口尺寸及公差。为采用分别加工法时，需分别标注凸、凹模刃口尺寸及公差。为保证合理间隙，凸、凹模刃口尺寸
32、公差必须满足下列条件：保证合理间隙，凸、凹模刃口尺寸公差必须满足下列条件：或取或取 32第32页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算若需一次冲制有孔心距要求的多个孔，由于孔心距的尺寸精度若需一次冲制有孔心距要求的多个孔，由于孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证，而磨损并不影响孔心距的变化，故凹模孔由凹模孔心距保证，而磨损并不影响孔心距的变化，故凹模孔心距的心距的基本尺寸直接取为工件孔心距尺寸的平均值，公差取为基本尺寸直接取为工件孔心距尺寸的平均值，公差取为工件孔距公差值的工件孔距公差值的1/41/4，按对称偏差布置：，按对称偏差布置：工件
33、孔心距的标注工件孔心距的标注 凹模孔心距的标注凹模孔心距的标注33第33页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算2 2凸模与凹模配合加工凸模与凹模配合加工配制配制配合加工配合加工先按设计尺寸制造基准件，然后再先按设计尺寸制造基准件，然后再根据基准件的根据基准件的实际尺寸实际尺寸按要求的间隙值配制另一件。按要求的间隙值配制另一件。模具间隙由配制保模具间隙由配制保证，模具公差不受间隙的限制，因而模具的制造容易。证，模具公差不受间隙的限制，因而模具的制造容易。（1 1）基准件尺寸的确定）基准件尺寸的确定对于形状复杂的冲裁件，磨损后刃口尺寸变化
34、情况不一致，有对于形状复杂的冲裁件，磨损后刃口尺寸变化情况不一致，有变大、变小及不变变大、变小及不变三种情况，应注意区分，区别对待。三种情况，应注意区分，区别对待。34第34页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算冲孔模冲孔模 基准件为凸模基准件为凸模 图图a)a)为冲孔尺寸，对应的凸模刃口尺寸如为冲孔尺寸，对应的凸模刃口尺寸如b)b)图所示：图所示：35第35页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算凸模磨损后凸模磨损后(虚线位置虚线位置)其刃口尺寸的变化情况分三类：其刃口尺寸的
35、变化情况分三类：vA A类尺寸（类尺寸（）所对应的刃口尺寸在凸模磨损后所对应的刃口尺寸在凸模磨损后变小变小，冲孔基准件凸模尺寸应按下式，冲孔基准件凸模尺寸应按下式计算：计算：vB B类尺寸（类尺寸（）所对应的刃口尺寸在凸模磨损后所对应的刃口尺寸在凸模磨损后变大变大，即，即相当于落料的凹模，相当于落料的凹模，故应按故应按下式计算：下式计算：36第36页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算vC C类尺寸（类尺寸（）所对应的刃口尺寸在凸模磨损后所对应的刃口尺寸在凸模磨损后不变不变，故不需要考虑磨损，凸模尺寸，故不需要考虑磨损，凸模尺寸按下式
36、计算：按下式计算：37第37页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算落料模落料模 基准件为凹模基准件为凹模 图图c)c)为落料尺寸，对应的凹模刃口尺寸如图为落料尺寸，对应的凹模刃口尺寸如图d)d)所示：所示：38第38页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算凹模磨损后凹模磨损后(虚线位置虚线位置)其刃口尺寸的变化情况也分三类：其刃口尺寸的变化情况也分三类：vA A类尺寸（类尺寸（）所对应的刃口尺寸在凹模磨损后所对应的刃口尺寸在凹模磨损后变大变大，与前述凸、凹模分别，与前述凸、凹模
37、分别 加工时凹模的情况相同：加工时凹模的情况相同：vB B类尺寸（类尺寸（）所对应的刃口尺寸在凹模磨损后所对应的刃口尺寸在凹模磨损后变小变小，即，即相当于冲孔的凸相当于冲孔的凸 模模，故其刃口尺寸应按下式计算：，故其刃口尺寸应按下式计算：39第39页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算vC C类尺寸（类尺寸（）所对应的刃口尺寸在凹模磨损后所对应的刃口尺寸在凹模磨损后不变不变，故不需要考虑磨损，凹模尺寸，故不需要考虑磨损，凹模尺寸按下式计算：按下式计算：40第40页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计
38、算凸、凹模刃口尺寸的计算（2 2）非基准件尺寸的确定）非基准件尺寸的确定 v按上面计算的尺寸和公差制造出基准件后，再按基准件的实际尺按上面计算的尺寸和公差制造出基准件后，再按基准件的实际尺寸并保证最小合理间隙配做非基准件。寸并保证最小合理间隙配做非基准件。v在非基准件上只标注公称尺寸，不注公差，同时要在技术要求中注明在非基准件上只标注公称尺寸，不注公差，同时要在技术要求中注明“凹模凹模(凸模凸模)刃口尺寸按凸模刃口尺寸按凸模(凹模凹模)实际刃口尺寸实际刃口尺寸 配做，保证最小双向间隙值为配做，保证最小双向间隙值为 ”。41第41页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口
39、尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算例：例：落料件的结构及各部位尺寸：落料件的结构及各部位尺寸：42第42页，共63页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算a)a)落料凹模尺寸落料凹模尺寸 b)b)落料凸模尺寸落料凸模尺寸凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配做，保证最小双向间隙值为凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配做，保证最小双向间隙值为 。43第43页，共63页，编辑于2022年，星期一2.5 2.5 冲裁力的计算及降低冲裁力的措施冲裁力的计算及降低冲裁力的措施一、冲裁力的计算一、冲裁力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力，它是随凸模行程而冲裁力是冲
40、裁过程中凸模对材料的压力，它是随凸模行程而变化的。通常所说的冲裁力是指其最大值，它是选用压力机、变化的。通常所说的冲裁力是指其最大值，它是选用压力机、进行模具设计及强度校核的重要依据。进行模具设计及强度校核的重要依据。v平刃冲裁模的冲裁力可按下式计算：平刃冲裁模的冲裁力可按下式计算：v为简便，也可用材料的强度极限为简便，也可用材料的强度极限 按下式估算冲裁力：按下式估算冲裁力：44第44页，共63页，编辑于2022年，星期一2.5 2.5 冲裁力的计算及降低冲裁力的措施冲裁力的计算及降低冲裁力的措施二、推（顶）件力及卸料力的计算二、推（顶）件力及卸料力的计算卸料力卸料力将箍在凸模上的部分卸下将
41、箍在凸模上的部分卸下推件力推件力将卡在凹模内的部分顺冲裁方向推出将卡在凹模内的部分顺冲裁方向推出顶件力顶件力将卡在凹模内的部分逆冲裁方向顶出将卡在凹模内的部分逆冲裁方向顶出 v来源来源压力机的卸料机构、推出机构和顶出机构。压力机的卸料机构、推出机构和顶出机构。v确定方法确定方法用下列经验公式计算：用下列经验公式计算：卸料力卸料力 推件力推件力 顶件力顶件力 45第45页，共63页，编辑于2022年，星期一2.5 2.5 冲裁力的计算及降低冲裁力的措施冲裁力的计算及降低冲裁力的措施v采用弹性卸料装置和下出料方式时采用弹性卸料装置和下出料方式时:落料落料-冲孔复合模演示冲孔复合模演示v采用刚性卸料
42、装置和上出料方式时采用刚性卸料装置和上出料方式时:正装式复合模演示正装式复合模演示v采用弹性卸料装置和上出料方式时采用弹性卸料装置和上出料方式时:v采用刚性卸料装置和下出料方式时采用刚性卸料装置和下出料方式时:46第46页，共63页，编辑于2022年，星期一2.5 2.5 冲裁力的计算及降低冲裁力的措施冲裁力的计算及降低冲裁力的措施三、降低冲裁力的措施三、降低冲裁力的措施v目的：实现用较小吨位的压力机冲裁，或使冲裁过程平稳。目的：实现用较小吨位的压力机冲裁，或使冲裁过程平稳。v常用措施：常用措施：1 1阶梯冲裁阶梯冲裁多凸模冲裁时，将凸模做成多凸模冲裁时，将凸模做成不同长度，使其工作端面呈不同
43、长度，使其工作端面呈阶梯布置（如图）。阶梯布置（如图）。47第47页，共63页，编辑于2022年，星期一2.5 2.5 冲裁力的计算及降低冲裁力的措施冲裁力的计算及降低冲裁力的措施优点：优点：v可使各凸模冲裁力的最大峰值不在同一时刻出现，从而降低总冲裁可使各凸模冲裁力的最大峰值不在同一时刻出现，从而降低总冲裁力。力。v当凸模直径相差较大、相距又很近时，可避免小直径凸模由于承受材料当凸模直径相差较大、相距又很近时，可避免小直径凸模由于承受材料横向流动引起的侧压力而产生折断或倾斜现象。横向流动引起的侧压力而产生折断或倾斜现象。48第48页，共63页，编辑于2022年，星期一2.5 2.5 冲裁力的
44、计算及降低冲裁力的措施冲裁力的计算及降低冲裁力的措施设计要点：设计要点：v直径相差较大、相距又很近时，直径相差较大、相距又很近时，应将小直径凸模做得短一些应将小直径凸模做得短一些。v凸模间的高度差凸模间的高度差H H应大于冲裁断面的光亮带高度应大于冲裁断面的光亮带高度（塑性变形终了时塑性变形终了时冲裁力最大），一般按板料厚度选取：冲裁力最大），一般按板料厚度选取：v布置各层凸模时布置各层凸模时位置应对称位置应对称，使冲裁合力位于模具中心使冲裁合力位于模具中心，以免，以免 工作时模具偏斜。工作时模具偏斜。v阶梯凸模的冲裁力一般只按阶梯凸模的冲裁力一般只按产生最大冲裁力的那一层产生最大冲裁力的那一
45、层凸模进行计算。凸模进行计算。49第49页，共63页，编辑于2022年，星期一2.5 2.5 冲裁力的计算及降低冲裁力的措施冲裁力的计算及降低冲裁力的措施2 2斜刃冲裁斜刃冲裁 将凸模将凸模(或凹模或凹模)的平面刃口做成倾斜一个角度的斜刃，则冲裁的平面刃口做成倾斜一个角度的斜刃，则冲裁时刃口就不是全部同时切入板料，而是将板料沿其周边逐步切时刃口就不是全部同时切入板料，而是将板料沿其周边逐步切离离冲裁力显著降低冲裁力显著降低，而且冲裁平稳。，而且冲裁平稳。50第50页，共63页，编辑于2022年，星期一2.5 2.5 冲裁力的计算及降低冲裁力的措施冲裁力的计算及降低冲裁力的措施 设计要点：设计要
46、点：v斜刃应对称布置，以免冲裁时模具承受单向侧压力发生偏移。斜刃应对称布置，以免冲裁时模具承受单向侧压力发生偏移。v为使冲裁件平整，对落料模，为使冲裁件平整，对落料模，凸模应做成平刃凸模应做成平刃，凹模做成斜凹模做成斜 刃刃；对冲孔模，；对冲孔模，凹模应做成平刃凹模应做成平刃，凸模做成斜刃凸模做成斜刃。v斜刃冲裁的冲裁力用下面的简化公式计算：斜刃冲裁的冲裁力用下面的简化公式计算：减力系数，与斜刃高度减力系数，与斜刃高度H H有关，有关，。应用场合：应用场合：模具制造和修磨困难，刃口易磨损，零件不够平整，且不易冲模具制造和修磨困难，刃口易磨损，零件不够平整，且不易冲 裁外形复杂的零件裁外形复杂的
47、零件用于大型件及厚板冲裁。用于大型件及厚板冲裁。51第51页，共63页，编辑于2022年，星期一2.5 2.5 冲裁力的计算及降低冲裁力的措施冲裁力的计算及降低冲裁力的措施3.3.加热冲裁加热冲裁 板料加热后抗剪强度明显下降，从而降低了冲裁力。板料加热后抗剪强度明显下降，从而降低了冲裁力。注意事项：注意事项：v条料不宜过长，搭边值应适当放大。条料不宜过长，搭边值应适当放大。v加热时防止氧化、脱碳及冷却时防止零件的变形。加热时防止氧化、脱碳及冷却时防止零件的变形。v设计模具刃口尺寸时应考虑零件的冷缩量。设计模具刃口尺寸时应考虑零件的冷缩量。v冲裁间隙可适当减小。冲裁间隙可适当减小。v应选用热冲模
48、具材料。应选用热冲模具材料。应用场合：应用场合：一般只适用于厚板件一般只适用于厚板件 52第52页，共63页，编辑于2022年，星期一2.6 2.6 冲裁件的排样冲裁件的排样 一、排样的意义一、排样的意义冲裁件在条料或板料上的布置方式。冲裁件在条料或板料上的布置方式。v同一零件可采用不同的排样形式。同一零件可采用不同的排样形式。v排样方式不同，材料利用程度不同。排样方式不同，材料利用程度不同。53第53页，共63页，编辑于2022年，星期一2.6 2.6 冲裁件的排样冲裁件的排样v影响方面影响方面材料利用率、冲裁质量、生产率、模具结构与材料利用率、冲裁质量、生产率、模具结构与 寿命、生产操作方
49、便性与安全等。寿命、生产操作方便性与安全等。v目的目的保证用最低的材料消耗和最高的劳动生产率得到合格保证用最低的材料消耗和最高的劳动生产率得到合格 的零件。的零件。v衡量衡量材料利用率，是指一个步距内零件的实际面积与所用材料利用率，是指一个步距内零件的实际面积与所用 材料面积的百分比，即：材料面积的百分比，即：=零件实际面积零件实际面积/毛坯面积毛坯面积v废料废料两类：结构废料与工艺废料。两类：结构废料与工艺废料。v提高材料利用率，主要应从减少工艺废料着手，即设计合理的排提高材料利用率，主要应从减少工艺废料着手，即设计合理的排样方案、选择合适的板料规格及合理的裁料法样方案、选择合适的板料规格及
50、合理的裁料法(减少料头、料尾减少料头、料尾)等。等。54第54页，共63页，编辑于2022年，星期一2.6 2.6 冲裁件的排样冲裁件的排样二、排样形式的确定二、排样形式的确定排样形式分为：排样形式分为：v有废料排样有废料排样沿零件全部外形轮廓冲裁，零件周边都留有沿零件全部外形轮廓冲裁，零件周边都留有 剩料。生产中大多采用此方式。剩料。生产中大多采用此方式。v少废料排样少废料排样沿零件部分外形轮廓冲裁，只是在局部有搭沿零件部分外形轮廓冲裁，只是在局部有搭 边，而有少量工艺废料。边，而有少量工艺废料。v无废料排样无废料排样冲裁件外形能吻合排列，无任何搭边，除端冲裁件外形能吻合排列，无任何搭边，除