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1、内容提要内容提要(ni rn t yo)在分析冲裁变形过程、冲裁件质量及影响因素基础上，介绍冲裁间隙(jin x)确定、刃口尺寸计算原则和方法、排样设计、冲裁力与压力中心计算、冲裁工艺性分析与工艺方案制定、冲裁模典型结构、零部件设计及模具标准应用、冲裁模设计方法与步骤等。MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第一页，共59页。2.1 概述(i sh)分类分类(fn li):(fn li):冲裁模冲裁模：冲裁冲裁：利用模具使板料沿着(yn zhe)一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。基本工序：落料和冲孔。既可加工零件，也可加工冲压工序件。冲裁所使用的模具叫冲裁模，它是冲裁过程必不可少的
2、工艺装备。凸、凹模刃口锋利，间隙小。普通冲裁、精密冲裁MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第二页，共59页。一、冲裁变形时板材(bn ci)变形区受力情况分析四对力 冲裁时作用(zuyng)于板料上的力 1-凸模 2-板材 3-凹模 了解和掌握(zhngw)冲裁变形规律，有利于冲裁工艺与冲裁模设计，控制冲裁件质量。凸、凹模间隙存在，产生弯矩弯矩。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计2.2 冲裁变形过程分析第三页，共59页。间隙正常(zhngchng)、刃口锋利情况下，冲裁变形过程（动画）可分为三个阶段：二、冲裁变形(bin xng)过程1弹性变形阶段(jidun)()变形区内部材料应力小于屈服应力
3、。2塑性变形阶段塑性变形阶段()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断裂分离阶段断裂分离阶段(、)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 MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第四页，共59页。冲裁件质量(zhling)：三、冲裁件质量及其影响(yngxing)因素垂直、光洁(gungji)、毛刺小 图纸规定的公差范围内 外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小指断面状况断面状况、尺寸精度尺寸精度和形状误差形状误差。MD&M第二章 冲裁工艺与模具
4、设计第五页，共59页。三、冲裁件质量(zhling)及其影响因素（续）1、冲裁件断面质量及其影响(yngxing)因素断面(dun min)特征 图圆角带圆角带a a：刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。光亮带光亮带b：塑性剪切变形。质量最好的区域。断裂带断裂带c：裂纹形成及扩展。毛刺区毛刺区d：间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，间隙不正常、刃口不锋利，还会加大毛刺。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第六页，共59页。()材料(cilio)性能的影响三、冲裁件质量(zhling)及其影响因素（续）()模具间隙(jin x)的影响间隙小，出现二次剪裂，产生第二光亮带间隙大，出现二次拉
5、裂，产生二个斜度()模具刃口状态的影响当凸模刃口磨钝时，则会在落料件上端产生毛刺；当凹模刃口磨钝时，则会在冲孔件的孔口下端产生毛刺；当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第七页，共59页。三、冲裁件质量及其影响(yngxing)因素（续）冲裁件的尺寸精度：指冲裁件的实际(shj)尺寸与图纸上基本尺寸之差。影响(yngxing)因素：该差值包括两方面的偏差：一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差；二是模具本身的制造偏差。（1）冲模的制造精度（零件加工和装配）（2）材料的性质（3）冲裁间隙 MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第八页，共59页。3冲裁
6、件形状(xngzhun)误差及其影响因素三、冲裁件质量(zhling)及其影响因素（续）冲裁件的形状(xngzhun)误差：翘翘曲曲：指翘曲、扭曲、变形等缺陷。冲裁件呈曲面不平现象。它是由于间隙过大、弯矩增大、变形拉伸和弯曲成分增多而造成的，另外材料的各向异性和卷料未矫正也会产生翘曲。扭曲扭曲：冲裁件呈扭歪现象。它是由于材料的不平、间隙不均匀、凹模后角对材料摩擦不均匀等造成的。变变形形：由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因，因胀形而产生的。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第九页，共59页。2.3 冲裁间隙(jin x)一、间隙(jin x)的作用冲裁间隙(jin x)Z：指冲裁模中凹模刃口横向
7、尺寸DA与凸模刃口横向尺寸dT的差值。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第十页，共59页。一、间隙(jin x)的作用 随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低(jingd)，但影响不是很大。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。间隙(jin x)是影响冲裁件质量的主要因素。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第十一页，共59页。一、间隙(jin x)的作用（续）模具正常(zhngchng)失效：磨损；模具非正常(zhngchng)失效：变形、崩刃、折断和涨裂工艺设计不合理。间隙过小将(xiojing)使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象，并引起崩刃、凹模胀裂
8、、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏。从延长模具寿命考虑，应在保证模具正常失效和冲裁件质量的前提下适当采用较小的间隙值。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第十二页，共59页。冲裁间隙确定原则：考虑到在生产过程中的磨损冲裁间隙确定原则：考虑到在生产过程中的磨损(m sn)(m sn)使间隙使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙 Zmin Zmin二、冲裁模间隙(jin x)值的确定较小间隙(jin x)值（表2.3.2）较大间隙(jin x)值（表2.3.3）MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第十三页，共59页。MD&M第二章 冲裁工艺(
9、gngy)与模具设计第十四页，共59页。MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第十五页，共59页。MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第十六页，共59页。间隙(jin x)对剪切裂纹与断面质量的影响）间隙(jin x)过小 ）间隙(jin x)合理 ）间隙(jin x)过大 MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第十七页，共59页。凸、凹模刃口(rn ku)磨钝时毛刺的形成情况a)凹模磨钝 b)凸模磨钝 c)凸、凹模均磨钝 MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第十八页，共59页。垫圈(din qun)的落料与冲孔 a)落料 b)冲孔 MD&M第二章 冲裁工艺
10、(gngy)与模具设计第十九页，共59页。落料冲孔(chn kn)复合模1-下模板 2-卸料螺钉 3-导柱 4-固定板 5-橡胶(xingjio)6-导料销 7-落料凹模 8-推件块 9-固定板 10-导套 11-垫板 12、20-销钉 13-上模板 14-模柄 15-打杆 16、21-螺钉 17-冲孔凸模 18-凸凹模 19-卸料板 22-挡料销 MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第二十页，共59页。MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第二十一页，共59页。冲裁区应力、变形和冲裁件正常(zhngchng)的断面状况a）冲孔件 b）落料件 MD&M第二章 冲裁工艺(gng
11、y)与模具设计圆角带圆角带光亮光亮(un lin)带带断裂带断裂带毛刺区毛刺区第二十二页，共59页。冲裁变形(bin xng)过程MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第二十三页，共59页。2.4 凸模与凹模刃口(rn ku)尺寸的确定一、凸、凹模刃口尺寸计算原则设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工
12、件孔的最大极限尺寸。模具磨损预留量与工件制造(zhzo)精度有关。MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第二十四页，共59页。冲裁（设计）间隙一般(ybn)选用最小合理间隙值（Zmin）。选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系(gun x)，即要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差。但对于磨损后无变化(binhu)的尺寸，一般标注双向偏差。一、凸、凹模刃口尺寸计算原则（续）MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第二十五页，共59页。加工(ji gng)方法：二、凸、凹模刃口(rn ku)尺寸的
13、计算方法 具有互换性、制造周期短，但Zmin不易保证，需提高加工精度，增加(zngji)制造难度。Zmin易保证，无互换性、制造周期长。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第二十六页，共59页。1按凸模与凹模图样(tyng)分别加工法（1）落料二、凸、凹模刃口(rn ku)尺寸的计算方法（续）（2）冲孔(chn kn)（3）孔心距=L MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第二十七页，共59页。第二十八页，共59页。1按凸模与凹模图样分别(fnbi)加工法（续）为了保证可能(knng)的初始间隙不超过Zmax，即二、凸、凹模刃口(rn ku)尺寸的计算方法（续）凸、凹模的制造公差，可按级来选取，也可
14、查凸、凹模的制造公差，可按级来选取，也可查表表选取，但需校核。或取选取，但需校核。或取+ZminZmax，选取必须满足以下条件：MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第二十九页，共59页。2凸模与凹模配作法(zu f)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(gnj)基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。二、凸、凹模刃口(rn ku)尺寸的计算方法（续）特点：的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第三十页，共59页。2凸模与凹模配作法(zu f)（续）（1）根据磨损后轮廓变化情况，正
15、确判断出模具刃口尺寸类型：磨损后变大，变小(bin xio)还是不变。（2）根据尺寸类型，采用不同计算公式。磨损后变大的尺寸，采用分开加工时的落料凹模尺寸计算公式。磨损后变小(bin xio)的尺寸，采用分开加工时的冲孔凸模尺寸计算公式。磨损后不变的尺寸，采用分开加工时的孔心距尺寸计算公式。二、凸、凹模刃口(rn ku)尺寸的计算方法（续）（3）刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取。对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（）。第三十一页，共59页。冲制图示零件，材料为Q235钢，料厚t=0.5mm。计算冲裁凸、凹模刃口(rn ku)尺寸及公差。三、
16、例1解：由图可知，该零件属于无特殊要求的一般(ybn)冲孔、落料。外形(wi xn)和180.09由冲孔同时获得。查得，由落料获得，则MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第三十二页，共59页。由公差(gngch)表查得：三、例1（续）为IT12级，取x=0.75；设凸、凹模分别(fnbi)按IT6和IT7级加工制造，则冲孔：校核(xio h)：0.02=0.02（满足间隙公差条件）为IT14级，取x=0.5；MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第三十三页，共59页。孔距尺寸(ch cun)：三、例1（续）=L=180.12520.09=(180.023)mm校核：0.016+0.025=0.04
17、0.02（不能满足间隙公差条件）因此，只有缩小模具公差，提高制造精度，才能保证间隙在合理(hl)范围内，由此可取：=0.40.02=0.008mm 落料：MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第三十四页，共59页。故：三、例1（续）MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第三十五页，共59页。如图所示的落料件，其中(qzhng)三、例2板料厚度t=1mm，材料(cilio)为10号钢。试计算冲裁件的凸模、凹模刃口尺寸及制造公差。由表查得：解：该冲裁件属落料件，选凹模为设计基准件，只需要(xyo)计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作。MD&M第二
18、章 冲裁工艺与模具设计第三十六页，共59页。三、例2（续）落料凹模的基本(jbn)尺寸计算如下：第一类尺寸：磨损后增大的尺寸 由公差表查得：尺寸(ch cun)80mm，选x=0.5；尺寸(ch cun)15 mm，选x=1；其余尺寸(ch cun)均选x=0.75。MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第三十七页，共59页。三、例2（续）第三类尺寸：磨损(m sn)后基本不变的尺寸 第二类尺寸(ch cun)：磨损后减小的尺寸(ch cun)落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证(bozhng)最小双面合理间隙值
19、落料凹模、凸模的尺寸如图。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第三十八页，共59页。落料凸、凹模尺寸(ch cun)a)落料凹模尺寸(ch cun)b)落料凸模尺寸(ch cun)MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第三十九页，共59页。2.5 冲裁排样设计(shj)一、材料的合理(hl)利用一个一个(y)(y)步距内的材料利用率步距内的材料利用率材料利用率：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，它是衡量合理利用材料的经济性指标。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第四十页，共59页。一、材料(cilio)的合理利用（续）一张板料一张板料(或带料、条料或带料、条料)上总的材
20、料上总的材料(cilio)(cilio)利用率利用率1材料(cilio)利用率（续）MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第四十一页，共59页。冲裁所产生(chnshng)的废料：一类是结构废料；另一类是工艺废料。2提高材料(cilio)利用率的方法一、材料的合理(hl)利用（续）MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第四十二页，共59页。减少工艺废料的有力减少工艺废料的有力(yul)(yul)措施是：措施是：2提高(t go)材料利用率的方法(续）一、材料(cilio)的合理利用（续）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）；利用废料作小零件等。利用结构废料利用
21、结构废料的措施有：当材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。在使用条件许可下，也可以改变零件的结构形状，提高材料利用率，如图所示。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第四十三页，共59页。第四十四页，共59页。零件形状不同零件形状不同(b tn)(b tn)材料利用情况的材料利用情况的对比对比第四十五页，共59页。根据材料的合理利用情况，条料排样方法(fngf)可分为三种：二、排样方法(fngf)1.有废料(filio)排样（a）2.少少废料排样（b）3.无无废料排样（c、d）MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第四十六页，共59页。搭边：搭边：排样时
22、冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料。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。搭边的作用：搭边的作用：一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；二是增加条料刚度，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人模具间隙，从而搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙，从而(cng(cng r)r)提高模具寿命。提高模具寿命。三、搭边MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第四十七页，共59页。1影响(yngxing)搭边值的因素三、搭边
23、（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）材料厚度 材料越厚，搭边值也越大。（3）冲裁件的形状与尺寸 零件外形越复杂(fz)，圆角半径越小，搭边值取大些。（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。MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第四十八页，共59页。2搭边值的确定(qudng)三、搭边搭边值的经验(jngyn)数表之一，供设计时参考。MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第四十九页，共59页。一张完整(wnzhng)的排样图
24、应标注条料宽度尺寸五、排样图 、条料长度L、板料厚度(hud)t、端距l、步距S、工件间搭边和侧搭边a。并习惯以剖面线表示冲压位置。MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第五十页，共59页。2.6 冲裁力和压力中心(zhngxn)的计算冲裁力：冲裁过程冲裁力：冲裁过程(guchng)(guchng)中凸模对板料施加的压力。中凸模对板料施加的压力。一、冲裁力的计算(j sun)用普通平刃口模具冲裁时，冲裁力F一般按下式计算：注：F冲裁力；L冲裁周边长度；t材料厚度；材料抗剪强度；K系数。一般取K1.3 MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第五十一页，共59页。卸料力卸料力：二、卸料力、推件
25、力及顶件力的计算(j sun)推件力推件力：顶件力顶件力：从凸模上卸下箍着的料所需要(xyo)的力。将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向(fngxing)推出所需要的力。逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第五十二页，共59页。卸料力卸料力二、卸料力、推件力及顶件力的计算(j sun)推件力推件力顶件力顶件力 卸料力、推件力、顶件力系数(xsh)，见表；n同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。式中 h凹模洞口的直刃壁高度(god)；t板料厚度。式中MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第五十三页，共59页。压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺压力机的公称压力必须大于
26、或等于各种冲压工艺(gngy)(gngy)力的总和力的总和FzFz三、压力(yl)机公称压力(yl)的确定采用(ciyng)弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时：采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第五十四页，共59页。1阶梯(jit)凸模冲裁四、降低(jingd)冲裁力的方法2斜刃冲裁 3加热(ji r)冲裁（红冲）MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第五十五页，共59页。模具的压力模具的压力(yl)(yl)中心：中心：五、冲模(chngm)压力中心的确定 为了保证(bozhng)压力机和模具的正常工作，应使模具的压力
27、中心与压力机滑块的中心线相重合。冲压力合力的作用点。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第五十六页，共59页。五、冲模(chngm)压力中心的确定（续）1简单几何图形压力中心的位置1）对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上。2）冲裁直线段(xindun)时，其压力中心位于直线段(xindun)的中心。3）冲裁圆弧线段(xindun)时，其压力中心的位置，按下式计算：MD&M第二章 冲裁工艺(gngy)与模具设计第五十七页，共59页。五、冲模压力中心(zhngxn)的确定（续）2确定(qudng)多凸模模具的压力中心 确定多凸模模具的压力(yl)中心，是将各凸模的压力(yl)中心确定后，再计算模具的压力(yl)中心。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第五十八页，共59页。五、冲模压力(yl)中心的确定（续）复杂形状零件模具(mj)压力中心的计算原理与多凸模冲裁压力中心的计算原理相同。3复杂形状(xngzhun)零件模具压力中心的确定 除上述的解解析析法法外，还可以用作图法作图法和悬挂法悬挂法。MD&M第二章 冲裁工艺与模具设计第五十九页，共59页。