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冲压模具及冲模设计第三章


第三章 冲
第一节 冲裁概述



第二节 冲裁过程的分析

第三节 冲裁模间隙

第三章 冲



第四节 凸模与凹模刃口尺寸的确定

第五节 冲裁件的工艺性

第六节 排

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第三章 冲



第七节 冲裁力和压力中心的计算

第八节 冲裁模分类及典型冲裁模结构分析

第九节 冲裁模主要部件和零件的设计与选用

第三章 冲
第十节 精密冲裁



第十一节 其他冲裁模

本章要求
1、学习目的和要求 1)通过学习,掌握影响冲裁质量的几个因素, 重点掌握冲裁模间隙对模具寿命、冲裁力的影响, 如何确定合理的冲裁模间隙,能计算凸、凹工作部 分的尺寸; 2)能合理排样提高板料的利用率,并能计算板 料的利用率; 3)掌握冲裁的工艺分析; 4)了解冲裁模的分类及结构, 掌握冲裁模主要零 部件的设计过程 。

本章要求
2、课程内容 (1)冲裁概述、冲裁过程的分析、冲裁模间隙; (2)凸模与凹模刃口尺寸的确定; (3)冲裁件的工艺性、排样; (4)冲裁力和压力中心的计算、冲裁模分类及典型冲 裁模结构分析; (5)冲裁模主要部件和零件的设计与选用; (6)精密冲裁、其它冲裁模。 3、考核知识点和考核要求 领会:冲裁模间隙对模具寿命、冲裁力的影响;排 样和搭边;冲裁力的计算与降低冲裁力的方法;冲裁 的工艺设计方法。 综合运用:合理冲裁模间隙的确定;凸、凹模刃口 尺寸计算;冲裁模设计。

第一节 冲裁概述
冲裁是利用模具使板料产生分离的一种冲压工 序。从广义上讲,冲裁是分离工序的总称,它包括 落料、冲孔、切断、修边、切舌等多种工序。但一 般来说,冲裁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;封闭曲线以 外的部分作为冲裁件时,则称为冲孔。 落 料
冲 孔

冲裁模就是落料、冲孔等分离工序使用的模具。

第二节 冲裁过程的分析
一、冲裁变形过程及剪切区的应力状态 1.冲裁变形过程
(1)弹性变形阶段 凸模接触板料后开始加 压,板料在凸、凹模作用下产 生弹性压缩、拉伸、弯曲、挤 压等变形。此阶段以材料内的 应力达到弹性极限为止。

一、冲裁变形过程及剪切区的应力状态
1.冲裁变形过程
(2)塑性变形阶段 随着凸模继续压入板 料,压力增加,当材料内 的应力状态满足塑性条件 时,开始产生塑性变形, 进入塑性变形阶段。

一、冲裁变形过程及剪切区的应力状态 1.冲裁变形过程

(3)断裂分离阶段 凸模继续下压,使刃口附近的变形区的应力达到材 料的破坏应力,在凹、凸模刃口侧面的变形区先后产生裂 纹。已成形的上、下裂纹逐步扩大,沿最大切应力方向向 材料内层延伸,直至两裂纹相遇,板料被剪断,冲裁过程 结束。

一、冲裁变形过程及剪切区的应力状态 2.剪切区的应力状态
图a表示初始冲 裁时的变形区 由刃口向板料 中心逐渐扩大, 截面呈纺锤形。 材料的塑性越 好、硬化指数 大,则纺锤形 变形区的宽度 将越大。 冲裁时板料最大的塑性变形集中在以凸模与 凹模刃口连线为中线的纺锤形区域内。

图3-2 冲裁板 料的变形区 a)初始冲裁 b)切入板料 1—变形区 2—已变形区
图b表示变形区随着凸模切入板料深度的增 加而逐渐缩小,但仍保持纺锤形。其周围已 变形的材料已被严重加工硬化了,因此冲裁 断面存在加工硬化现象。

一、冲裁变形过程及剪切区的应力状态
2.剪切区的应力状态 D
Cσz为凸模下降产生 的轴向拉应力,σρ 为凸模侧压力与材料 弯曲引起的径向压应 力,σθ为材料弯曲 引起的压应力与侧压 力引起的拉应力合成 的切向应力,一般为 压应力
A受凸模正压力作用 并处于弯曲内侧,因 此受三向压应力作用, 为强压应力区。

B受凹模正压力作用,并 处于弯曲的外侧,因此 σz为凹模挤压材料产生 图3-3 冲裁时板料的应力状态 的压应力,σρ 和σθ 为材料弯曲引起的拉应 凸模和凹模端面靠近刃口区域为压应力区; 力,但主要受压应力。 凸模和凹模侧面靠近刃口区域为拉应力区。

Dσz为凹模侧壁垂直 方向的摩擦力产生的 拉应力,凹模侧压力 和板料弯曲产生的 σρ和σθ为拉应力, 该点为强拉应力区。

二、冲裁件断面分析
塌角α :也称为圆角 带,是由于冲裁过程中刃 口附近的材料被牵连拉入 变形(弯曲和拉伸)的结 果。 光面b:也称为剪切 面,是刃口切入板料后产 生塑剪变形时,凸、凹模 侧面与材料挤压形成的光 亮垂直的断面。

图3-4 冲裁件断面的形状 a-塌角b-光面c-毛面 d-毛刺

二、冲裁件断面分析
毛面c:毛面是由主 裂纹贯通而形成的表面十 分粗糙且有一定斜度的撕 裂面。 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。

图3-4 冲裁件断面的形状 a-塌角b-光面c-毛面 d-毛刺

第三节 冲裁模间隙
一、间隙对冲裁件质量的影响

切断面质量
冲裁件

垂直、光洁、毛刺小等 图纸规定的公差范围内 外形满足图纸要求;表面 平直,即穹弯小

质量

尺寸精度 表面平直度

一、间隙对冲裁件质量的影响?
1.间隙对断面质量的影响
冲裁件的断面质量主要指塌角的大小、光面 约占板厚的比例、毛面的斜角大小及毛刺等。? 间隙合适时,冲裁时上、下刃口处所产生 的剪切裂纹基本重合,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。

一、间隙对冲裁件质量的影响?
1.间隙对断面质量的影响
间隙过小时, 凸模刃口处的裂纹 比合理间隙时向外 错开一段距离。 间隙过大时, 凸模刃口处的裂纹 比合理间隙时向内 (间隙过小) 错开一段距离。

(间隙合适)

(间隙过大)

间隙分布不均匀,则在小间隙的一边形成双光 面,大间隙一边形成很大的塌角和斜度。

一、间隙对冲裁件质量的影响?
2.间隙对尺寸精度的影响
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:一是冲模本身的制造偏差;二是冲裁结束后 冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差。

一、间隙对冲裁件质量的影响?
2.间隙对尺寸精度的影响
间隙较大:落 料件尺寸小于 凹模尺寸,冲 孔件尺寸大于 凸模尺寸;
间隙与落料件尺寸偏差的关系

间隙较小:落 料件尺寸大于 凹模尺寸,冲 孔件尺寸小于 凸模尺寸。

间隙与冲孔件尺寸偏差的关系

二、间隙对冲裁力的影响?
试验证明,随间隙的增大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5%-10%。因此,在正常情 况下,间隙对冲裁力的影响不很大。 间隙对卸料力、推件力影响显著。间隙增大, 卸料力和推件力减小。

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。凹模刃口磨钝时,所冲 孔口边缘产生毛刺;凸模刃口磨钝时,在落料件 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。

凸、凹模刃口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

四、冲裁模间隙值的确定

凸模与凹模每侧的间隙称为 单面间隙(Z/2) 两侧间隙之和称为双面间隙(Z)

通常冲裁间隙就是指双面间隙。

四、冲裁模间隙值的确定 1.间隙值确定原则
在冲压实际生产中,主要根据冲裁件断面质 量、尺寸精度和模具寿命这几个因素给间隙规定 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寿命。这个间隙范围 就称为合理间隙,合理间隙的最小值称为最小合 理间隙,最大值称为最大合理间隙。设计和制造 时应考虑到凸、凹模在使用中会因磨损而使间隙 增大,故应按最小合理间隙值确定模具间隙。

四、冲裁模间隙值的确定 2.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。 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。

四、冲裁模间隙值的确定

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,见表3-2; β —剪切裂纹与垂线间的夹角,见 图3-5 冲裁产生裂纹的瞬时状态 表3-2.

料厚越大,塑性越低的硬脆材料,所需间隙值Z越大; 料厚越薄,塑性越好的材料,所需间隙Z越小。

第四节 凸模与凹模刃口尺寸的确定 一、凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则
1.冲裁件断面都带有锥 度。 2.凸模轮廓越磨越小, 凹模轮廓越磨越大,间 隙越用越大。 3.落料件尺寸由凹模刃 口尺寸决定;而冲孔件 尺寸由凸模刃口尺寸决 定。

生 产 实 践 发 现 的 规 律

一、凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则
工件基本尺寸70mm,间隙0. 5mm。 落料(D) 凹模: Dd=70mm 冲孔(d) dd=70+0.5 =70.5mm 凸模: Dp=70-0.5 dp=70mm

=69.5mm
当计算凸、凹模刃口尺寸时,应 按落料和冲孔两种情况分别考虑。

一、凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则
落料件一般标注单向负公差(D0-△ )。冲孔件一般标注 单向正公差(d+△0 )。若工件尺寸标注正负偏差,则换 算成上述要求的等价的正公差或负公差,若工件未标注公 差,则按国家标准非配合尺寸的IT14级来处理。

一、凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则
工件基本尺寸70mm,公差Δ=0.2mm。 单向 负公差 落料(D) 冲孔(d) 单向 正公差

尺寸标注为

mm 落料(D) 冲孔(d)

一、凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则
(1)落料:

落料件光面尺寸与凹模尺寸相 等(或基本一致),故应以凹模 尺寸为基准。 凹模基本尺寸应取工件公差 范围内较小尺寸。
凸模基本尺寸按凹模基本尺寸 减最小初始间隙。 mm 最大极限限 尺寸70mm 最小极限 尺寸69.8mm

一、凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则
(2)冲孔:

工件光面的孔径与凸模尺寸 相等(或基本一致),故应以凸 模尺寸为基准。 凸模基本尺寸应取工件公差 范围内较大尺寸。
凹模基本尺寸按凸模基本尺寸 加最小初始间隙。 mm 最大极限限 尺寸70.2mm 最小极限 尺寸70mm

一、凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则

(3)孔心距 当工件上需要冲制多个孔时,孔 心距的尺寸精度由凹模孔心距保证。 (4)冲模刃口制造公差 凸、凹模刃口尺寸精 度的选择应以能保证工件的精度要求为准,保证合 理的凸、凹模间隙值,保证模具一定的使用寿命。

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
加工方法: 1.凸、凹模分开加工:是指凸模与凹模可以分别按各自的 图纸加工至最后尺寸。 具有互换性、制造周期短,但Zmin不易保证,需提高加 工精度,增加制造难度。 2.凸、凹模配合加工:是指先加工凸模(或凹模),然后根 据制造好的凸模(或凹模)的实际尺寸,配做凹模(或凸模), 在凹模(或凸模)上修出最小合理间隙值。 Zmin易保证,无互换性、制造周期长。使用于形状复杂 的冲裁件。

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法 1.凸模与凹模分别加工法

图3-6 落料、冲孔时各部分尺寸与公差分布情况 a)落料 b)冲孔

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法

落 料

Δ ——冲裁件制造公差,mm; zmin——最小初始双面间隙,mm; δ p、δ d——凸、凹模制造公差,一般分别 为IT6和IT7,可查有关资料,或取δ d≤0.6 (zmax-zmin)、δ p≤0.4(zmax-zmin); x——系数,x值在0.5~1之间,与冲 裁件的精度等级有关,见表3-5; Dmax——落料件的最大极限尺寸。

Dp、Dd——落料凸、凹模公称尺寸,mm;

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法

冲 孔

dp, dd——冲孔凸、凹模公称尺寸,mm dmin——冲孔件孔的最小极限尺寸。

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
孔心距

Ld——凹模孔心距的尺寸,公差
δ d取工件公差的1/4,即 δ d=Δ /4; Lmin——工件孔心距的最小极限 尺寸。

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
校核

间隙条件

但值均 不小于 0.01mm

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法 2.凸模与凹模配合加工法
(1)落料

图3-8 落料凹模刃口磨损后的变化情况 a)工件 b)凹模刃口轮廓

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
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

Ad=(Amax-x

Δ 4 Δ) 0 +

计算这类尺寸时,先把 工件图尺寸化成D0-△

图3-8 落料凹模刃口磨损后的变化情况 a)工件 b)凹模刃口轮廓

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
2)凹模磨损后变小的尺寸(图中B1、 B2),按一般冲孔凸模尺寸公式计算,因它 在凹模上相当于冲孔凸模尺寸,即

Bd=(Bmin+xΔ

0 )Δ 4

计算这类尺寸时,先把 工件图尺寸化成d0+△

图3-8 落料凹模刃口磨损后的变化情况 a)工件 b)凹模刃口轮廓

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
3)凹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 为三种类型计算刃口尺寸:
工件尺寸为C
+Δ 0

Δ 时Cd=(C+0.5Δ)± 8

计算这类尺寸 时,先把工件 图尺寸化成 C±(△/2)

图3-8 落料凹模刃口磨损后的变化情况 a)工件 b)凹模刃口轮廓

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
工件尺寸为C -Δ


Δ 时 Cd=(C-0.5Δ)± 8

工件尺寸为C±Δ′ 时

Cd=C± 4

Δ′

计算这类尺寸 时,先把工件 图尺寸化成 C±(△/2)

图3-8 落料凹模刃口磨损后的变化情况 a)工件 b)凹模刃口轮廓

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法 2.凸模与凹模配合加工法
(2)冲孔 冲孔时应以凸模为基准件来配作凹模。凸模 刃口尺寸的计算情况与落料相似,可参照以上公 式自行分析。配制凹模的图样上须标明:“凹模 刃口尺寸按凸模实际尺寸配制,保证双面间隙值 Zmin—Zmax”。

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
(2)冲孔

a)工件

b)凸模刃口轮廓

冲孔凸模刃口磨损后的变化情况

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
1)凸模磨损后变小的尺寸(图中b1、b2、 b3),按一般落料凹模尺寸公式计算,即

Bd=(Bmin+xΔ

0 )Δ 4

计算这类尺寸时,先把 工件图尺寸化成d0+△

a)工件

b)凸模刃口轮廓

冲孔凸模刃口磨损后的变化情况

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
2)凸模磨损后变大的尺寸(图中a1、 a2、),按一般落料凹模尺寸公式计算,即

Ad=(Amax-x

Δ 4 Δ) 0 +

计算这类尺寸时,先把 工件图尺寸化成D0-△

a)工件

b)凸模刃口轮廓

冲孔凸模刃口磨损后的变化情况

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
3)凹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 三种类型计算刃口尺寸: Δ +Δ Cd=(C+0.5Δ)± 8 工件尺寸为C0 时 0 工件尺寸为C -Δ 时 Cd=(C-0.5Δ)± Δ 8 工件尺寸为C±Δ′ 时 Cd=C± Δ′ 4
计算这类尺寸 时,先把工件 图尺寸化成 C±(△/2)
a)工件 b)凸模刃口轮廓

冲孔凸模刃口磨损后的变化情况

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
3.配作法的刃口尺寸换算

图3-9 凹模刃口尺寸的换算? a)凹模A类换成凸模B 类 b)凹模B类换成凸模A类

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
落料凹模刃口的A类尺寸换算为凸模刃口B 类尺寸的计算公式: 0 Δ bp=(Ad+ 4 -Zmin ) Δ
4

落料凹模

冲孔凸模

二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
同理可得落料凹模刃口的B类尺寸换算为凸 模刃口A类尺寸的计算公式: Δ Δ ap=(Bd - 4+Zmin ) 4
对于C 类尺寸,由于刃口磨损后其值基本不变, 故不存在尺寸换算问题。
+



落料凹模

冲孔凸模

第五节 冲裁件的工艺性
冲裁件的工艺性:指冲裁件的材料、形状、尺 寸精度等方面是否适应冲裁加工的工艺要求。

一、冲裁件的公差等级和断面粗糙度
1)普通冲裁件内外形尺寸的经济公差等 级一般不高于IT11级,落料件公差等级最好低 于IT10级,冲孔件最好低于IT9级。 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12.5-3.2μ m。

二、冲裁件结构形状与尺寸
1)冲裁件的形状应力求简单、规则,使排 样时废料最少。 2)冲裁件内、外形的转角处要尽量避免尖 角,应以圆弧过渡,减少热处理开裂,减少冲裁 时尖角处的崩刃和过快磨损。如无特殊要求,在 各直线或曲线的连接处允许有R>0.25t的圆角 过渡。

二、冲裁件结构形状与尺寸
3)冲裁件形状应尽量避免有过长的凸出悬 臂和过窄的凹槽。对于软钢、黄铜等材料,其宽 度b≥1.5t,高碳钢或合金钢等硬材料b≥2t,板 料厚度小于1mm时按1mm考虑。悬臂和凹槽的长度 最大为5b,如图所示。
β

t

β

β

图3-10 冲裁件外形尺寸最小值

二、冲裁件结构形状与尺寸
4)为避免工件变形,冲裁件的最小孔边距 不能过小,其许可值如图a所示。
C
t

R

C

图3-11 冲裁件孔边距尺寸

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b所示。

R

C

t

二、冲裁件结构形状与尺寸

6)冲孔时,因受凸模强度的限制,孔的 尺寸不应太小。用无导向凸模和有导向的凸模 所能冲制的最小尺寸。

第六节 排



冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。

一、材料经济利用 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技术经 济指标。

一、材料经济利用 1.材料利用率

式中 A——一个步距内冲裁
件的实际面积; B——条料宽度; S——步距。

一、材料经济利用 1.材料利用率

式中 n——一张板料(或带料、 条料)上的冲裁件总数目; A1——一个冲裁件的实际 面积; B——板料(或带料、条料) 宽度; L——板料(或带料、条料) 长度;

一、材料经济利用

2.提高材料利用率的方法
冲裁所产生的废 料可分为两类,如图 所示: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。

图3-12 废料分类

二、排样方法
(1)有废料排样 沿冲件全部外形冲 裁,在冲件周边都留有 搭边,因此材料利用率 低,但冲件尺寸完全由 冲模来保证,因此精度 高,模具寿命也高,生 产中绝大多数冲裁件都 是采用有废料排样。

二、排样方法
(2)少废料排样 沿冲件部分外形切 断或冲裁,只在冲件之 间或冲件与条料侧边之 间留有搭边。因受剪裁 条料质量和定位误差的 影响,其冲件质量稍差, 同时边缘毛刺被凸模带 入间隙也影响模具寿命, 但材料利用率稍高,冲 模结构简单。

二、排样方法

(3)无废料排样 沿直线或曲线切断条料 而获得冲件,无任何搭边。冲件的质量和模具寿 命更差一些,但材料利用率最高。

二、排样方法
对有废料排 样和少、无废料 排样又可以进一 步分类为为直排、 斜排、直对排、 混合排、多排及 冲裁搭边(如课 本表3-10)。

三、搭边值与条料宽度的确定
1.搭边值的确定
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叫搭边。搭边有二个 作用:一是补偿了定位误差和剪板误差,确 保冲出合格零件;二是可以增加条料刚度, 方便条料送进,提高劳动生产率。

三、搭边值与条料宽度的确定 2.条料宽度的确定
(1)有侧压装置 有侧压装置的模具, 能使条料始终紧靠同一侧 导料板送进,因此只须在 条料与另一侧导料板间留 有间隙。 条料宽度:
0 B?? ? ( Dmax ? 2a ) 0 ? ?

F

图3-14 有侧压装置的冲裁

导料板之间的距离:

A ? B ? Z ? Dmax ? 2a ? Z

三、搭边值与条料宽度的确定
(2)无侧压装置 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。 条料宽度:

B ? ( Dmax ? 2a ? Z )
0 ??

0 ??

图3-15 无侧压装置的冲裁

导料板之间的距离:

A ? B ? Z ? Dmax ? 2a ? 2Z

三、搭边值与条料宽度的确定
(3)有侧刃定距 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 去的部分。
图3-16 有侧刃的冲裁
0 条料宽度: B?? ? ( Lmax ? 2a ' ? nb1 ) 0 ? ?

? ( Lmax ? 1.5a ? nb1 ) 0 ? (a ' ? 0.75a ) ?
导料板之间的距离: B ' ? B ? Z ? Lmax ? 1.5a ? nb1 ? Z B1' ? Lmax ? 1.5a ? y

四、排样设计实例
例 如图所示工件, 材料为酚醛层压布板,料 厚t为1mm,请选择合理 的排样方案。

图3-17 工件

图3-18 排样方案

第七节 冲裁力和压力中心的计算
一、冲裁力行程曲线
冲裁力是指冲裁时凸模所承受的最大压力, 包括施加给板料的正压力和摩擦阻力。

图3-19 冲裁力行程曲线 1—塑性材料(合理间隙) 2—塑性材料(过小间隙) 3—脆性材料(合理间隙)

二、冲裁力的计算
平刃口冲裁模的冲裁力F一般按下式计算:

F=KLtτb
式中

F——冲裁力(N);
L——冲裁周边长度(mm); t——材料厚度(mm);
η b——材料抗剪强度(MPa); K——系数。

二、冲裁力的计算
系数K是考虑到实际生产中,模具间隙值的 波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚 度波动等因素的影响而给出的修正系数,一般取 K=1.3。 为计算简便,也可按下式估算冲裁力: F≈Ltζ b
式中 ζ b——材料抗拉强度(MPa)。

三、卸料力、推件力及顶件力的计算

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3-20 卸料力、推件力和顶件力

三、卸料力、推件力及顶件力的计算
卸料力 推件力 顶件力
式中

FX=KXF FT=nKTF FD=KDF

F——冲裁力(N); n——同时梗塞在凹模内的工件(或废 料)数;n=h/t h——凹模洞口的直壁高度(mm); t——材料厚度(mm); KX、KT、KD——卸料力、推件力、顶件力系数。

四、压力机公称压力的确定
采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 FZ=F+FX+FT 采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时 FZ=F+FX+FD 采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 FZ=F+FT

五、降低冲裁力的方法 (1)阶梯凸模冲裁
在多凸模的冲模 中,可将凸模设计成 不同长度,使各凸模 冲裁力的最大峰值不 同时出现,以降低总 的冲裁力。
图3-21 凸模的阶梯布置法

五、降低冲裁力的方法 (2)斜刃冲裁
斜刃冲裁是将凸模(或凹模)刃口平面做成 与其轴线倾斜一个角度,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。

图3-22 各种斜刃的形式 a)、b)落料用 c)、d)、e)冲孔用 f)切舌用

五、降低冲裁力的方法 (2)斜刃冲裁
斜刃冲裁力可用下面简化公式计算:

Fx=KF
式中 Fx——斜刃口的冲裁力(N);

F——平刃口的冲裁力(N);
K——减力系数,与斜刃高度H有关。当H=t
时,K=0.4~0.6;H=2t时,K=0.2~0.4。

采用斜刃冲裁或阶梯凸模冲裁时,冲裁力降低 了,但是冲裁行程却延长,所以冲裁功并不减少。

五、降低冲裁力的方法 (3)加热冲裁
材料加热后抗剪强度显著降低,例如10钢 在加热到700℃时的抗剪强度约为室温状态下 的1/3,因此加热冲裁能够降低冲裁力。但加 热带来的问题很多,不仅增加工序和能源消耗, 而且加热后产生很厚的氧化皮,给后续加工带 来很多麻烦。因此加热冲裁一般只适用于厚板 或表面质量及精度要求不高的零件。

六、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。 模具压力中心线通过压力机滑块中心线或模柄中心线


有 利 于 生 产


冲压时滑块会承受偏心载荷,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,从而影响制件质量降低 模具寿命甚至损坏模具。

压力中心的偏离不超出所选用压力机允许的范围。

六、冲模压力中心的确定
冲裁形状对称的冲件时,其压力中心位于冲 件轮廓图形的几何中心。冲裁直线段时,其压力 中心位于直线段的中点。冲裁圆弧线段时,其压 力中心的位置按下式计算: 180°?sinα x0=R πα 或 b x0=R l
式中

l——弧长; R——半径; b——弦长。

图3-23 圆弧段的重心

六、冲模压力中心的确定
(1)多凸模冲裁时的压力中心 根据理论力学,对于平行力系,合力对某轴 之力矩等于各分力对同轴力矩之和,而冲裁力F 与冲裁的周边长度L成正比,由此可得压力中心 坐标(x0、y0)。

Lx L1 x1 ? L2 x2 ? ? ? ? ? Ln xn x0 ? ? L1 ? L2 ? ? ? ? ? Ln L
L1 y1 ? L2 y 2 ? ? ? ? ? Ln y n y0 ? ? L1 ? L2 ? ? ? ? ? Ln

n ? i i i ?1 n ? i i ?1 n ? i i i ?1 n ? i i ?1

Ly L

六、冲模压力中心的确定
(2)冲裁复杂形状零件时的压力中心 1)选定坐标轴x和y。 2)将组成图形的轮廓线划分为若干简单 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。

六、冲模压力中心的确定
(2)冲裁复杂形状零件时的压力中心

复杂形状件的压力中心计算

七、冲模的封闭高度
? 模具的闭合高度(H模):指模具在最低工作 位置时,上、下模之间的距离。 ? 原则:模具闭合高度必须与冲压设备的闭合高 度相适应,应介于其最大和最小闭合高度之间, 不得大于其最大闭合高度。 ? 模具的闭合高度H模应介于冲床最大和最小 闭合高度之间,如果模具的闭合高度小于冲床 的最小闭合高度,可以采用垫板。

七、冲模的封闭高度

第八节 冲裁模分类及典型冲裁模结构分析 一、冲裁模的分类
1)按工序性质分类 可分为落料模、冲孔 模、切断模、切边模、切舌模、剖切模、整修模、 精冲模等。 2)按工序组合程度分类 可分为单工序模 (俗称简单模)、复合模和级迸模(俗称连续模)。 3)按模具导向方式分类 可分为无导向的开 式模和有导向的导板模、导柱模等。 4)按卸料与出件方式分类 可分为固定卸料 式与弹压卸料式模具、顺出件与逆出件式模具。

第八节 冲裁模分类及典型冲裁模结构分析
一、冲裁模的分类
5)按挡料或定距方式分类 分为挡料销式、 导正销式、侧刃式等模具。 6)按凸、凹模所用材料不同分类 可分为 钢模、硬质合金模、钢带冲模、锌基合金模、橡 胶冲模等。 7)按自动化程度分类 可分为手动模、半 自动模和自动模。

二、典型冲裁模的结构分析 1.单工序模
(1)无导向单工序冲裁模
图3-24 无导向固定卸 料式落料模 1—模柄 2—凸模 3—固定卸料板 4—凹模 5—下模座 6—回带式挡料销

二、典型冲裁模的结构分析 1.单工序模
(2)导板式单工序冲裁模

图3-25 导板式冲裁模 1—凸模固定板 2—凸模 3—限位柱4—导板 5—导料板 6—凹模 7—下模座

二、典型冲裁模的结构分析
3.销
1.模柄 2.上模座 4.凸模固定板 5.凸模 11导板 6.板料 7.导料板 8.承料板 9.凹模

10.凹模固定板
D

导板模

二、典型冲裁模的结构分析
(3)导柱式单工序冲裁模

导 柱

二、典型冲裁模的结构分析

2.级进模
级进模(又称连续模):是在压力机一次行程中, 在一副模具的不同位置上同时完成数道冲压工序。 所完成的冲压工序 依次分布在条料送进 的方向上,压力机每 一行程条料送进一个 步距,同时冲压相应 的工序。
易拉罐

二、典型冲裁模的结构分析

2.级进模
(1)固定挡料销和导正销定位的级进模

图3-27 挡料销和导正 销定位的级进模 1—模柄 2—上模座 3—冲孔凸模 4—落料 凸模 5—导板兼卸料板 6—导正销 7—凹模 8—固定挡料销 9—下 模座 10—始用挡料销

二、典型冲裁模的结构分析
(2)侧刃定距的级进模
图3-28 双侧刃定距 的冲孔落料级进模 1—内六角螺钉 2— 销钉 3—模柄 4— 卸料螺钉 5—垫板 6—上模座 7—凸模 固定板 8、9、10— 凸模 11—导料板 12—承料板 13—卸 料板14—凹模 15—下模座 16—侧 刃 17—侧刃挡块

二、典型冲裁模的结构分析
(3)级进模的排样设计
冲孔落料复合

1)零件的精度对 排样的要求 2)模具结构对排 样的要求(a) 3)模具强度对排 样的要求(b、c、 d) 4)零件成形规律 对排样的要求
套料级进冲裁,一 般由里向外(e)。
图3-29 级进模的排样设计

二、典型冲裁模的结构分析 3.复合模
复合模: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。

毛坯一次送料定 位,具有完成两种 工序的凸凹模

冲孔落料复合模 D

二、典型冲裁模的结构分析 3.复合模
(1)正装式复合模(又称顺装式复合模D)
图3-30 正装式复合模 1—打杆 2—旋入式模柄 3—推板 4—推杆5—卸 料螺钉 6—凸凹模 7— 卸料板8—落料凹模 9— 顶件块 10—带肩顶杆 11—冲孔凸模 12—挡料 销 13—导料销

二、典型冲裁模的结构分析 3.复合模
(2)倒装式复合模(D)
图3-31 倒装式复合模 1—导料销 2—挡料销 3—凸凹模 4—弹压卸 料板 5—凹模 6—凸 模 7—打杆 8—推板 9—推杆 10—推件板

二、典型冲裁模的结构分析 3.复合模

二、典型冲裁模的结构分析 4.三类模具的特点与选用
(1)根据制件的生产批量来决定模具类型 一般 来说,小批量生产时,应力求模具结构简单、生产周 期短、成本低,宜采用单工序模;大批量生产时,模 具费用在冲裁件成本中所占比例相对较小,可选用复 合模或级进模。 (2)根据制件的尺寸精度要求来决定模具类型 复合模的冲压精度高于级进模,而级进模又高于单工 序模。 (3)根据制件的形状大小和复杂程度来决定模具 类型 一般情况下,大型制件,为便于制造模具并简 化模具结构,采用单工序模;小型制件,而且形状复 杂,常用复合模或级进模。

二、典型冲裁模的结构分析

材料要求

条料要求不严格,可用边角料

条料或卷料,要求严格 条料和边角料,但生产效率低

第九节 冲裁模主要部件和零件的设计与选用 一、冲裁零件的分类
(1)工艺零件 这类零件直接参与完成工艺 过程并和毛坯直接发生作用,包括:工作零件、 定位零件、卸料和压料装置。 (2)结构零件 这类零件不直接参与完成工 艺过程,也不和毛坯直接发生作用,包括:导向 零件、支撑零件、紧固零件和其他零件。

一、冲裁零件的分类
表3-13 冲模零件分类

二、工作零件
1.凸模
(1)凸模结构类型 1)标准圆凸模

图3-32 标准圆凸模

二、工作零件

1.凸模
(1)凸模结构类型 2)凸缘式凸模

图3-33 凸缘式凸模

凸缘式凸模的工作段截 面一般是非圆形的,而固 定段截面则取圆形、方形、 矩形等简单形状,以便加 工固定板的型孔。但当固 定段取圆形时,必须在凸 缘边缘处加骑缝螺钉或销 钉。

二、工作零件

1.凸模
(1)凸模结构类型 3)直通式凸模 a)用螺钉吊装固定凸模

图3-34 用螺钉吊装的凸模 a)固定板不加工形孔b)固定板有通形孔c)固定板有盲形孔

二、工作零件

1.凸模
(1)凸模结构类型 3)直通式凸模 b)用低熔点合金或环氧树脂固定凸模

图3-35 用低熔点合金固定凸模 a)固定板形孔有槽沟b)固定板形孔有倒锥c)固定板形孔有台阶

二、工作零件
1.凸模
(2)凸模长度计算(D) 采用固定卸料板和导料板冲模,其凸模长应 按下式计算: L =h 1 +h 2 +h 3 +h
式中

h1——凸模固定板厚度(mm); h2——固定卸料板厚度(mm); h3——导料板厚度mm); h——增加长度(mm)。

图3-37 凸模长度的计算

二、工作零件

1.凸模
(3)凸模的刚度与强度校核
1)承压能力的校核 凸模承压能力按下式校核:

F σ = A ≤[σ ]
式中 ζ ——凸模最小 截面的压应力(MPa);

F——凸模纵向所承受的压力,包括冲裁力和推件
力(或顶件力)(N);

A——凸模最小截面积(mm2 );
[ζ ]——凸模材料的需用抗压强度(MPa)。

二、工作零件

1.凸模
(3)凸模的刚度与强度校核
1)承压能力的校核 对于圆形凸模,当推件力或顶件力为零时, 将F=π dtη 代入上式可得

4tη d≥ [σ]
式中 d——凸模工作部分最小直径(mm);

t——材料厚度(mm);
η ——冲裁材料的抗剪强度(MPa)。

二、工作零件

1.凸模
(3)凸模的刚度与强度校核
2)失稳弯曲应力的校核 根据凸模在冲裁过程中的受力情况,可以把 凸模看作压杆,所以,凸模不发生失稳纵弯的最 大冲裁力可以用欧拉极限力公式确定。

二、工作零件

1.凸模
(3)凸模的刚度与强度校核
2)失稳弯曲应力的校核



二、工作零件

1.凸模
(3)凸模的刚度与强度校核
凸模无导向时,得到不发生失稳弯曲的最大长度: 对于圆凸模 d2

Lmax ?

? EJ
2

J=πd /64,n=3 一般截面形状的凸模

2

Lmax ? 95
Lmax

F

4nF

式中 E——凸模材料的弹性模量,对于模具钢, 可取E=2.2?105 MPa;

J ? 425 F

J——凸模最小截面惯性矩(mm2 );
n——安全系数,淬火钢n=2~3; F——凸模所受总压力(N)。

二、工作零件

1.凸模
(3)凸模的刚度与强度校核
凸模有导向时,得到不发生失稳弯曲的最大长度: 对于圆凸模 d2

Lmax

2? EJ ? 一般截面形状的凸模 nF
2

Lmax ? 270
Lmax

F

式中 E——凸模材料的弹性模量,对于模具钢, 可取E=2.2?105 MPa;

J ? 1200 F

J——凸模最小截面惯性矩(mm2 );
n——安全系数,淬火钢n=2~3; F——凸模所受总压力(N)。

二、工作零件 2.凹模
(1)凹模外形结构及其固定方法

图3-38 凹模形式及其固定

二、工作零件

2.凹模
(2)凹模孔口的结构形式 凹模型孔侧壁 的形状有两种基本 类型:一是与凹模 面垂直的直刃壁; 另一是与凹模面稍 倾斜的斜刃壁。

图3-39 凹模型孔侧壁形状

二、工作零件 2.凹模
(3)整体式凹模轮廓尺寸的确定 凹模厚(高)度H H=ks(不小于8) 式中 s——垂直送料方向的凹模刃壁间最大 距离(mm); k——系数,考虑板料厚度的影响,其 值查表。 垂直于送料方向的凹模宽度B B=s+(2.5~4.0)H

二、工作零件 2.凹模
(3)整体式凹模轮廓尺寸的确定 送料方向的凹模长度 L=s1+2s2
式中

s1——送料方向的凹模刃壁间最大距离(mm); s2——送料方向的凹模刃壁至凹模边缘的最小
距离(mm);

二、工作零件 3.凸凹模

二、工作零件 3.凸凹模
在复合冲裁模中,由于内外缘之间的壁厚是 决定于冲裁件的孔边距,所以当冲裁件孔边距较 小时必须考虑凸凹模强度。为保证凸凹模强度, 其壁厚不应小于允许的最小值。如果小于允许的 最小值,就不宜采用复合模进行冲裁。 倒装复合模的冲孔废料容易积存在凸凹模型 孔内,所受胀力大,凸凹模最小壁厚要大些。正 装复合模的冲孔废料由装在上模的打料装置推出, 凸凹模型孔内不积存废料,胀力小,最小壁厚可 小于倒装复合模的凸凹模最小壁厚值。

二、工作零件 4.凸、凹模的镶拼结构

二、工作零件 4.凸、凹模的镶拼结构

镶拼结构有镶接和拼接两种:镶接是将局部 易磨损部分另做一块,然后键入凹模体或凹模固 定板内;拼接则是将整个凸、凹模的形状按分段 原则分成若干块,分别加工后拼接起来。

二、工作零件 4.凸、凹模的镶拼结构

图3-40 镶接结构实例

三、定位零件
条料横向定位或送进导向:

在与送料方向 垂直的方向上限位,保证条料沿
正确的方向送进。

条料纵向定位或送料定距:

在送料方向上的限位,控制条料一次送进的距
离(步距)。

三、定位零件 1.条料横向定位装置
(1)导料板(D) 导料板一般由两 块组成,称为分体式 导料板。在简单落料 模上,有时将导料板 与固定卸料板制成一 体,称为整体式导料 板。采用整体式导料 板的模具,结构较简 单,但是,固定卸料 板的加工量较大,且 不便于安装调整。

图3-41 导料板结构

三、定位零件 1.条料横向定位装置
(2)导料销 在复合冲裁模上,通常采用导料销进行导 料。导料销有固定式和弹顶式两种基本类型, 前者多用于顺装式复合模,后者多用于倒装式 复合模。在弹压卸料倒装式落料模上,也可采 用导料销进行导料。

三、定位零件 1.条料横向定位装置
(3)侧压装置

图3-42 侧压装置 a)簧片式 b)侧压板式

三、定位零件 2.条料纵向定位装置
(1)固定挡料销

固定挡料销装在凹 模型孔出料一侧,利用落料 以后的废料孔边进行挡料, 控制送料距离,国家标准规 定的固定挡料销如图所示。
图3-43 固定挡料销

三、定位零件 2.条料纵向定位装置
(2)活动挡料销 活动挡料销是一种可以伸缩的挡料销。

图3-44 活动挡料销 a)弹簧弹顶挡料销 b)扭簧弹顶挡料销 c)橡胶弹顶挡料销

三、定位零件 2.条料纵向定位装置
(3)回带式挡料装置 送料时,由搭边撞 击挡料销端头斜面,使挡料 销抬起并越过搭边。这时挡 料销已套在落料后的废料孔 内,及时回拉条料,使搭边 抵住挡料销圆弧面,便可定 距。送料过程为一推一拉。
图3-45 回带式挡料销

三、定位零件 2.条料纵向定位装置
(4)始用挡料装置

图3-46 始用挡料销

三、定位零件 2.条料纵向定位装置
(5)侧刃与侧刃挡块 按侧刃的 工作端面形状 分 为 平 面 型 (Ⅰ)型和台 阶型(Ⅱ)型 两类,每类又 有三个型号(A 型、B型和C 型 ) 。

图3-47 侧刃

三、定位零件 2.条料纵向定位装置
(5)侧刃与侧刃挡块 A型侧刃的冲裁刃口为直角形,在两次冲裁的 角部,条料边很容易留下波峰状的毛刺,使送料精 度降低,如图所示。
图3-48 不同类型侧刃的比较 1—导料板 2—侧刃挡块 3—侧刃 4—条料

三、定位零件 2.条料纵向定位装置
(5)侧刃与侧刃挡块 B型侧刃的冲裁刃口为单燕尾形,能克服A型 侧刃的缺点,即使在角部留下毛刺,对定距和导料 也没有影响。C型侧刃的冲裁刃口为双燕尾形,可 完全避免毛刺的影响,如图所示。
图3-48 不同类型侧刃的比较 1—导料板 2—侧刃挡块 3— 侧刃 4—条料

三、定位零件 2.条料纵向定位装置
(6)导正销 在用侧刃定距时,由于经侧刃冲切后的 条料宽度比较精确,能以较小的间隙沿导料板进行 导料,所以一般认为侧刃的定位精度高于挡料销的 定位精度,但两者同属于接触定位,受材料变形、 毛刺等因素的影响,定位精度不高于±0.1mm。当 工件内形与外形的位置精度要求较高时,无论挡料 销定距,还是侧刃定距,都不可能满足要求。这时, 可设置导正销提高定距精度。导正销通常与挡料销 配合使用,也可以与侧刃配合使用。

三、定位零件 2.条料纵向定位装置
(6)导正销

a)A型

b)B型

三、定位零件 2.条料纵向定位装置
(6)导正销

c)C型

d)D型

三、定位零件

2.条料纵向定位装置
(6)导正销 导正销的头部由圆锥形的导入部分和圆柱 形的导正部分组成。导正部分的直径和高度尺寸 及公差很重要。导正销的基本尺寸可按下式计算: d=dp-a
式中

d—— 导正销的基本尺寸(mm); dp——冲孔凸模直径(mm); a——导正销与冲孔凸模直径的差值(mm)。

三、定位零件
(6)导正销

e

c e c

d

d

a) e ? c ? b) e ? c ?

Dp ? d 2 Dp ? d 2

图3-51

挡料销与导正销的位置关系

? 0 .1 ? 0 .1

式中 c——步距(mm);

Dp——落料凸模直径(mm);

d——挡料销头部直径(mm)。

三、定位零件 2.条料纵向定位装置
(7)定位板和定位销

图3-52 定位板 及定位销 a)外缘定位 b)内孔定位

四、卸料、顶件、推件零件 1.卸料装置
(1)固定卸料装置

图3-53 固定卸料装置 a)一体式 b)分体式 c)悬臂式 d)拱桥式

固定卸料板的卸料力大,卸料可靠。当冲裁板料厚(大

于0.5mm)、平直度要求不高时,一般采用固定卸料板。

四、卸料、顶件、推件零件 1.卸料装置
(2)弹压卸料装置 间隙:

0.1~0.3
凸出:
图3-54弹压卸料装置 1—卸料板 2—弹性元件 3—卸料螺钉

0.2~0.5

弹压卸料装置卸料力较小,但它既起卸料作用又起 压料作用,所得冲裁零件质量较好,平直度较高。因此, 质量要求较高的冲裁件或簿板冲裁(t<1.5mm)宜 用弹压卸料装置。

四、卸料、顶件、推件零件

1.卸料装置
(3)废料切刀装置 用于落料或成形件的切边。 当凹模向下切边时,同时 把已切下的废料压向废料切刀 上,从而将其切开。对于冲件 形状简单的冲裁模,一般设两 个废料切刀;冲件形状复杂的 冲裁模,可以用弹压卸料加废 料切刀进行卸料。
图3-55 废料切刀装置

四、卸料、顶件、推件零件

1.卸料装置
(3)废料切刀装置 a为圆 废料切刀,用 于小型模具和 切薄板废料; b为方形废料 切刀,用于大 型模具和切厚 板废料。
图3-56 废料切刀的结构

四、卸料、顶件、推件零件 2.推件与顶件装置
(1)推件装置 有的刚性推件装 置不需要推板和连接 推杆组成中间传递结 构,而由打杆直接推 动推件块,甚至直接 由打杆推件,如图b 所示。

图3-57 刚性推件装置 1—打杆 2—推板 3—连接推杆 4—推件块

四、卸料、顶件、推件零件 2.推件与顶件装置
(1)推件装置 对于板料较薄且平直度要求较高的冲裁件, 宜用弹性推件装置,如图所示。

图3-58 弹性推件装置 1—橡胶 2—推板 3—连接推杆 4—推件块

四、卸料、顶件、推件零件 2.推件与顶件装置
顶件装置一般是弹 性的。这种结构的顶件 力容易调节,工作可靠, 冲裁件平直度较高。但 冲件容易嵌入边料中, 产生与弹性推件同样的 问题。弹顶器可以做成 通用的,其弹性元件是 弹 簧 或 橡 胶 。

图3-59 弹性顶件装置 1—顶件块 2—顶杆 3—托板 4—橡胶

五、模架及零件 1.模架
(1)导柱模模架
导柱模模架按导向结构分滑动导向和滚动 导向两种。滑动导向模架的精度等级分为Ⅰ级 和Ⅱ级。滚动导向模架的精度等级分为0Ⅰ级 和0Ⅱ级。

五、模架及零件
(1)导柱模模架

1.模架

图3-60 导柱位置不同的模架 a)中间导柱模架 b)后侧导柱模架 c)对角导柱模架 d)四导柱模架 1—下模座 2—导柱 3—导套 4—上模座

五、模架及零件

1.模架
(2)导板模模架 导板模模架的特点 是,作为凸模导向用的 弹压导板与下模座以导 柱导套为导向构成整体 结构。凸模与固定板是 间隙配合而不是过渡配 合,因而凸模在固定板 中有一定的浮动量。
图3-61 导板模模架 a)对角导柱弹压模架 b)中间导柱弹压模架

五、模架及零件 2.导向装置
(1)导板式导向装置
导板导向装置分为固定导板和弹压导板导 向两种。导板的结构已标准化。

五、模架及零件

2.导向装置
(2)导柱导套式导向装置 将导柱与导套 制成小间隙配合, 为H6/h5时称为一 级模架,为H7/h6 时称为二级模架。

图3-62 导柱导套滑动导向类型 a)普通型 b)精密型 1—上模座 2—导套 3—导柱 4—下模座5—压板 6—螺钉

五、模架及零件

2.导向装置
(3)滚珠导向装置 滚珠导向装置 由导柱、导套、滚珠 和钢球保持器等组成。 滚珠导向装置及其组 成零件均已标准化。 滚珠与导柱、导套之 间保持有0.01~ 0.02mm的过盈量。
图3-63 导柱导套滚动导向装置 a)结构图 b)钢球保持圈

五、模架及零件

3.上、下模座
上、下模座的作用是直接或间接地安装冲模 的所有零件,分别与压力机滑块和工作台连接并 传递压力。因此,必须十分重视上、下模座的强 度和刚度。

六、其他支撑零件

1.模柄
(1)旋入式模柄

通过螺纹与上模座连接。 骑缝螺钉用于防止模柄转动。 这种模柄装卸方便,但与上模 座的垂直度误差较大,主要用 于中、小型有导柱的模具上。

六、其他支撑零件 1.模柄
(2)压入式模柄
固定段与上模座孔采用 H7/m6过渡配合,并加骑 缝销防止转动。装配后模柄 轴线与上模座垂直度比旋入 式模柄好,主要用于上模座 较厚而又没有开设推板孔的 场合。

六、其他支撑零件 1.模柄
(3)凸缘模柄
上模座的沉孔与凸缘为 H7/h6配合,并用3个或 4个内六角螺钉进行固定。由 于沉孔底面的表面粗糙度较差, 与上模座的平行度也较差,所 以装配后模柄的垂直度远不如 压入式模柄。

六、其他支撑零件 1.模柄
(4)浮动模柄

模柄接头1与活动模柄 3之间加一个凹球面垫块2。 因此,模柄与上模座不是刚 性连接,允许模柄在工作过 程中产生少许倾斜。

1—模柄接头 2—凹球面垫块 3—活动模柄

六、其他支撑零件 1.模柄
(5)通用模柄
将快换凸模插入模柄孔内, 配合为H7/h6,再用螺钉 从模柄侧面将其固紧,防止卸 料时拔出。根据需要可更换不 同直径的凸模。

六、其他支撑零件 1.模柄
(6)槽形模柄

槽形模柄便于固定非 圆凸模,并使凸模结构 简单、容易加工。

六、其他支撑零件

2.凸模固定板
标准凸模固定板有圆形、矩形和单凸模固定 板等多种型式。选用时,根据凸模固定和紧固件 合理布置的需要确定其轮廓尺寸,其厚度一般为 凹模厚度的60%~80%。

六、其他支撑零件 3.垫 板

在凸模固定板与上模座之间加一块淬硬的 垫板,可避免硬度较低的模座因局部受凸模较 大的冲击力而出现凹陷,致使凸模松动,拼块 凹模与下模座之间也加垫板。

六、其他支撑零件 4.紧固件
螺钉、销钉在冲模中起紧固定位作用,设 计时主要是确定它的规格和紧定位置。 螺钉拧入的深度不能太浅,否则紧固不牢 靠;也不能太深,否则拆装工作量大。圆柱销 钉配合深度一般不小于其直径的两倍,也不宜 太深。

七、弹性元件的选用 1.弹簧的选用与计算
卸料弹簧选择与计算步骤如下: 1)初定弹簧数量n,一般选2~4个,结构允 许时可选6个。 2)根据总卸料力Fx和初选的弹簧个数n,计 算出每个弹簧应有的预压力Fy Fy =Fx /n 3)根据预压力Fy预选弹簧规格,选择时应 使弹簧的极限工作压力Fj大于预压力Fy,一般可 取 Fj=(1.5~2)Fy。

七、弹性元件的选用 1.弹簧的选用与计算
4)计算弹簧在预压力Fy作用下的预压缩 量h y ; h y =Fy ?h j /Fj
式中

hj ——弹簧极限压缩量(mm); Fj——弹簧极限工作负荷(N); Fy——弹簧预压力。

七、弹性元件的选用 1.弹簧的选用与计算
5)校核弹簧最大允许压缩量是否大于实际 工作总压缩量,即 hj≥h=hy+hx+hm
式中

h——总压缩量(mm); hx——卸料板的工作行程(mm),一般可 取hx=t+1,t为板料厚度; hm——凸模或凸凹模的刃磨量,一般可取 hm=4~10mm。

七、弹性元件的选用 2.橡胶的选用与计算
1)根据工艺性质和模具结构确定橡胶性能、形状和 数量。冲裁卸料用较硬橡胶;拉深压料用较软橡胶。 2)根据卸料力求橡胶横截面尺寸。 橡胶产生的压力按下式计算 F=Ap 所以,橡胶横截面积为 A =F /p
式中

F——橡胶所产生的压力,设计时取大于或等于
卸料力; p——橡胶所产生的单位面积压力(N/mm2),与 压缩量有关,其值可确定,设计时取预 压量下的单位压力; A——橡胶横截面积(mm )。
2

七、弹性元件的选用

2.橡胶的选用与计算
3)求橡胶高度尺寸。 为了使橡胶不因多次反复压缩而损害其弹性, 其极限压缩量hj应按下式确定: hj=ε jH
式中

H——橡胶自由状态下的高度(mm);

ε

j

——橡胶极限压缩率。

橡胶预压缩量 hy=ε yH 式中 ε y——橡胶预压缩率。

七、弹性元件的选用

2.橡胶的选用与计算
上两式相减得橡胶高度H的计算公式:

hg h j -h y H=ε j-ε y = j-ε ε
式中

y

hg——橡胶工作压缩量(mm)。

七、弹性元件的选用

2.橡胶的选用与计算
4)校核橡胶高度与直径之比。如果超过 1.5,则应把橡胶分成若干块,在其间垫以钢 垫圈;如果小于0.5,则应重新确定其尺寸。

八、冲模的组合结构

图3-66 冲模组合结构 a)固定卸料典型组合 b)弹压卸料典型组合 c)复合模典型组合 d)导板模典型组合

第十节 精 密 冲 裁
一、整 修 1.整修原理
它是利用整修模沿 冲裁件外缘或内孔刮去 一层薄薄的切屑,以除 去普通冲裁时在断面上 留下的塌角、毛面和毛 刺等,从而提高冲裁件 尺寸精度,并得到光滑 而垂直的切断面。

图3-67 整修原理示意 a)外缘整修 b)内缘整修 1—凸模 2—工件 3—凹模 4— 切屑

第十节 精 密 冲 裁
一、整 修 2.整修模工作部分尺寸计算

二、带齿圈压板精密冲裁(精冲法)
1.精冲的机理
首先,件2带有齿形 圈(称为齿圈压板),可 对冲裁轮廓周围的材料施 加很大的压力,其次在凹 模4内设置反顶杆5,对 凸模下的板料施加较大的 压力。
图3-68 精冲机理 1—凸模 2—齿圈压板 3—板料 4—凹模 5—反顶杆

二、带齿圈压板精密冲裁(精冲法)
2.精冲工艺与精冲模
(1)精冲的工艺过程

图3-69 精冲工艺过程

二、带齿圈压板精密冲裁(精冲法)
2.精冲工艺与精冲模
(2)精冲件的工艺性

精冲件结构工艺性,主要表现在零件形状及 其圆角半径、槽宽、悬臂、孔径、孔边距等。为 了改善精冲件的工艺性,圆角半径在允许的范围 内尽量取大些;应尽量增大槽宽和悬臂宽度,减 小其长度;应尽量增大孔径和孔边距。

二、带齿圈压板精密冲裁(精冲法)
2.精冲工艺与精冲模
(3)精冲力的计算

图3-70 精冲时各种力的作用情况 a)冲裁力F压料力FY 反压力FF b)卸料力Fx顶件力FD

二、带齿圈压板精密冲裁(精冲法)
2.精冲工艺与精冲模
(4)精冲模设计 1)凸、凹模间隙:精冲凸、凹模间隙很小, 一般双边间隙仅为材料厚度的0.5%~1%,与精 冲板料厚度、材料性能及零件的形状等有关。

二、带齿圈压板精密冲裁(精冲法)
2.精冲工艺与精冲模
(4)精冲模设计 2)凸、凹模刃口尺寸及圆角半径:精冲 凸、凹模刃口尺寸的确定与普通冲裁模刃口尺 寸计算方法基本相同。但由于精冲条件与普通 冲裁条件有很大不同,所以精冲件的尺寸精度 不但取决于精冲凸、凹模刃口尺寸精度,而且 还与凸、凹模间隙大小、带齿压料板的压力和 推(顶)件块的反压力、刃口圆角、板料厚度 及材料性能等有关。

二、带齿圈压板精密冲裁(精冲法)
2.精冲工艺与精冲模
(4)精冲模设计 3)齿圈压板

图3-71 齿圈的平面布置

二、带齿圈压板精密冲裁(精冲法)
2.精冲工艺与精冲模
(4)精冲模设计 4)精冲模结构
图3-72 固定凸模式精冲模 1—上柱塞 2—上工作台 3、4、 5—连接推杆 6—推杆7—活动 模板 8—凸凹模 9—带齿压料 板 10—凹模11—顶件块 12— 冲孔凸模 13—顶杆 14—下垫 板15—顶块 16—下工作台 17—下柱塞

三、半精密冲裁
1.小间隙圆角刃口冲裁(又称光洁冲裁)
凸、凹模间隙很小, 双面冲裁间隙一般不超过 0.01~0.02mm,并且与 板料厚度无关。凸模与凹 模一对刃口之一取小圆角 刃口,圆角半径一般取板 料厚度的10%。落料时, 凹模刃口为小圆角;冲孔 图3-73 小间隙圆角刃口冲裁示 时,凸模刃口为小圆角。
意图 a)落料 b)冲孔

三、半精密冲裁
2.负间隙冲裁
负间隙冲裁就是凸模尺寸 比凹模大,对于圆形零件,凸 模比凹模大(0.1~0.2)t, (t为板料厚度);对于非圆形 零件,凸出的角部比内凹的角 部差值大。
图3-74 负间隙冲裁示意图

三、半精密冲裁
3.上、下冲裁
图a为上、下凹模 压紧材料,上凸模开始 冲裁;图b为上凸模挤 入材料深度达(0.15~ 0.3)t,(t为板料厚度) 后停止挤入;图c为下 凸模向上冲裁,上凸模 回升;图d为下凸模继 续向上冲裁,直至材料 分离。

图3-75 上、下冲裁示意图 1—上凸模 2—上凹模 3—坯料 4—下凹模 5—下凸模

三、半精密冲裁 4.对向凹模冲裁
图a为送料定 位;图b为带凸台 凹模压入材料;图 c为带凸台凹模下 压到一定深度后停 止不动;图d为凸 模下推材料分离。
图3-76 对向凹模冲裁工艺过程示意图 1—凸模 2—带凸台凹模 3—顶杆 4—平凹模

第十一节 其他冲裁模
一、非金属材料冲裁模 1.软质非金属材料的冲裁及冲裁模
尖刃剁切时,冲孔只需用 凸模,落料只需用凹模,冲裁前 需将被冲材料置于平整的硬木板 或塑料板上。由于尖刃很容易被 损坏,为了延长其使用寿命,所 以木板的上下面应尽量平行。冲 裁时,刃口切入木板不要过深, 以能将材料切断为限度。
图3-77 非金属垫圈冲裁模

第十一节 其他冲裁模
一、非金属材料冲裁模 1.软质非金属材料的冲裁及冲裁模

尖刃结构形式主要有 两种,其中图a用于冲孔, 图b用于落料。

图3-78 尖刃口结构形式

第十一节 其他冲裁模
一、非金属材料冲裁模 2.脆性和硬质非金属材料的冲裁及冲裁模
硬和脆的非金属材料,如云母、酚醛纸胶 板、布基酚醛层压板等通常采用普通冲裁模冲 裁。 非金属材料冲裁模的凸、凹模刃口尺寸计算 方法与金属材料冲裁模的凸、凹模刃口尺寸计 算方法相似。但必须注意两点:一是非金属材 料冲裁后弹性恢复量一般都比较大;二是如果 预热冲裁,温度降低后工件会收缩。非金属材 料冲裁模的凸、凹模刃口尺寸计算公式可参考 有关设计资料。

二、锌基合金冲裁模

1.锌基合金冲裁模的特点及应用
锌基合金冲裁模是以锌基合金材料制作冲模 工作部分等零件的一种简易模具。它的主要优点 是:设计与制造简单,不需要使用高精度机械加 工设备和较高水平的钳工技术,生产周期短,锌 合金可以重复使用,具有良好的技术经济效果。

二、锌基合金冲裁模

2.锌基合金的成分和性能
锌基合金是以锌为基体的锌、铝、铜三种元素 并加入微量的镁所组成的合金。用于冲压模的锌合 金成分(质量分数)为:ω Zn=92%~93%、ω A1= 40%~42%、ω Cu=30%~35%、ω Mg=0.03%~ 0.05%。其物理力学性能为:熔点约380℃,凝固收 缩率1%~ 1.2%,ζ b=220~260MPa,σ bc=500~ 550MPa,硬度为120~130HBS。

二、锌基合金冲裁模 3.锌基合金冲裁模的设计
(1)设计原则 根据锌基合金冲裁模的工作特性, 设计落料模时,冲裁凹模选用锌合金,而凸模 采用工具钢制造;设计冲孔模时,冲裁凸模选 用锌合金,而凹模采用工具钢制造;对于复合 模,凸模和凹模选用锌合金,而凸凹模采用工 具钢制造。当冲孔质量要求不高,批量不大时 (1000件以下),也可将冲孔模凹模选用锌合 金,而凸模采用工具钢制造。

二、锌基合金冲裁模 3.锌基合金冲裁模的设计
(2)冲裁间隙 由锌合金材料磨损形成的相对稳定间隙,称 为动态平衡间隙。随冲裁次数的不断增加,刃口 端面在板料压力的作用下产生的塌角也不断增大, 这部分金属自动补偿刃口侧壁的磨损,使之始终 维持正常间隙冲裁,称为自动补偿磨损。

二、锌基合金冲裁模 3.锌基合金冲裁模的设计
(3)锌基合金冲裁模的设计 1)凸、凹模刃口尺寸和公差的确定:对锌 合金落料模,只设计和计算钢质凸模,钢质凸模 的刃口尺寸Dp,为 0 Dp=(Dmax-Zmin-xΔ )δp - 对锌合金冲孔模,只设计和计算钢质凹模, 钢凹模的刃口尺寸dd为 +δd (dd=dmin+Zmin+xΔ )
0

二、锌基合金冲裁模

3.锌基合金冲裁模的设计
(3)锌基合金冲裁模的设计 2)锌基合金凸、凹模的设计:对于冲裁轮廓 在1m以下的中、小型冲裁件,其高度和壁厚可 按图3-79确定。

图3-79 锌合金凹模的厚度和壁厚

二、锌基合金冲裁模 4.锌基合金冲裁模的制造
以落料模为例,锌合金凹模的制造方法有铸 造法、铸造挤切法和镶拼法。 在下模座排料孔中填 满干砂6,放上排料孔型 芯3(砂芯、砖芯或芯 框),再在下模座上安放 用2~4mm厚的钢板做成 的模框4,模框外侧的四 周填上湿砂5并压紧,以 防合金泄漏流出。

图3-81 锌合金凹模的铸造法 1—凸模 2—锌合金 3—型芯 4—模框 5—湿砂 6—干砂

二、锌基合金冲裁模 4.锌基合金冲裁模的制造
对于小型凹模,模框 可做成如图3-82所示的厚模 框结构,紧固螺钉孔及销孔 直接开在模框上,使加工、 安装和操作都很方便,并具 有一定的通用性。

图3-82 厚模框结构 1—锌合金 2—厚模框

三、聚氨酯橡胶冲裁模

1.聚氨酯橡胶冲裁模的特点及应用
聚氨酯橡胶模是利用高强度、硬度、耐磨、 耐油、耐老化、抗撕裂性能的聚氨酯橡胶作为冲 压模具的工作零件,用以代替普通冲模的钢凸模、 凹模或凸凹模进行冲压工作的一种模具。

三、聚氨酯橡胶冲裁模

2.聚氨酯橡胶的选用
由于原料的配比不同,聚氨酯的硬度变化 范围比较大,目前国产聚氨酯橡胶的牌号有 8260、8270、8280、8290、8295等,其邵氏硬 度分别为67A、75A、85A、90A、93A。根据冲 压工艺的要求,牌号8290、8295主要用于冲裁 模。牌号8260、8270、8280主要用于各种成形 模和弹性元件,其压缩比不能超过35%。

三、聚氨酯橡胶冲裁模

3.聚氨酯橡胶冲裁模的设计
(1)冲裁变形过程

图3-83 聚氨酯橡胶冲裁过程 1—容框 2—卸料板 3—凸模 4—聚氨酯橡胶

三、聚氨酯橡胶冲裁模

3.聚氨酯橡胶冲裁模的设计
(2)钢质凸、凹模刃口尺寸的计算 落料 冲孔
式中

Dp=(Dmax-xΔ )δp + dd=(dmin+xΔ )δp




Dp——钢凸模的刃口尺寸; dd——钢凹模的刃口尺寸;
Δ ——冲裁件公差; δ p——钢凸模制造公差; δ d——钢凹模制造公差; x——系数,一般为0.5~0.7。

三、聚氨酯橡胶冲裁模

3.聚氨酯橡胶冲裁模的设计
(3)聚氨酯橡胶冲裁模的设计 1)聚氨酯容框的设计 容框内形与钢凸模刃口轮廓相似,但每边比 凸模约大0.5~1.5mm。其容框尺寸Dr为 Dr=Dp+2(0.5~1.5) 当料厚为0.05mm时,单边间隙取0.5mm; 料厚为0.1~1.5mm时,单边间隙取1~1.5mm。

三、聚氨酯橡胶冲裁模

3.聚氨酯橡胶冲裁模的设计
(3)聚氨酯橡胶冲裁模的设计 2)聚氨酯橡胶厚度的设计 聚氨酯橡胶在压入容框前处于自由状态下的 尺寸D应比容框尺寸略大(过盈配合)。其值按 下式计算: D=D r+0.5

三、聚氨酯橡胶冲裁模

3.聚氨酯橡胶冲裁模的设计
(3)聚氨酯橡胶冲裁模的设计 3)顶杆和卸料板的设计 顶杆工作部分的形式 根据冲孔直径d 的大小分 为三种: 当d>5mm时,选用 a型; 当2.5mm≤d≤5mm 时,选用b型; 当d<2.5mm时,选 图3-84 顶杆和卸料板的几何参数 用c型。
1—卸料板 2—凸凹模 3—顶杆

三、聚氨酯橡胶冲裁模

3.聚氨酯橡胶冲裁模的设计
4)聚氨酯橡胶冲裁模的典型结构 将聚氨酯容框 设置在上模的称上装 式结构,设置在下模 的称下装式结构。聚 氨酯橡胶冲裁可以用 于单工序模,也可以 用于复合模。
图3-85 聚氨酯橡胶复合冲裁模的典型结构 1—容框 2—聚氨酯橡胶 3—卸料板 4—卸料橡皮 5、12—顶杆 6、8—限位器 7—顶出机构 9—顶板 10—凸凹模 11—环氧树脂顶杆固定板

冲裁变形时板材变形区受力情况分析
1. P1、P2为凸模与 凹模对材料的垂直 作用力,因为不在 同一直线上,产生 弯矩
P

四组力:
3. μP1、 μP2为凸、 凹模端面 对材料的 摩擦力

力不均匀性:冲裁
工序是利用凸模和凹模 组成上、下刃口,将材 料置于凹模上,凸模下 降使材料变形,直至分 离。因凸模与凹模之间 存在间隙,故凸模、凹 模作用于材料的力呈不 均匀分布,主要集中于 凸、凹模刃口。 2. F1、F2 为凸、凹 模对材料 的侧压力

F1 P2

? F1 ?P 1
P1 F2

? P2 ? F2

1.凸模 2.材料 3.凹模
无压紧装置冲裁时材料的受力图

4. μF1、 μF2为凸、 凹模侧面 对材料的 摩擦力

二、工作零件
1.凸模
(2)凸模长度计算 采用弹压卸料板,其凸模长应按下式计算:

L =h 1 +h 2 +t +h

式中 h1——凸模固定板厚度(mm); h2——固定卸料板厚度(mm); t——板料厚度mm); h——增加长度(mm)。 图3-37 凸模长度的计算

双侧刃斜排样


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