第2章 冲裁及冲裁模设计

第二章 冲裁及冲裁模设计
§2-1 冲裁变形过程及其断面特征 §2-2 冲裁间隙 §2-3 凸模、凹模的刃口尺寸计算 §2-4 冲裁力 §2-5 排样与搭边 §2-6 冲裁件的工艺性 §2-8 冲裁模的基本类型及典型模具 §2-9 冲裁模的零部件设计 §2-10 冲裁模设计要点
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第二章 冲裁及冲裁模设计
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2．凹模设计
（1）直壁型（柱形孔）孔口： （2）锥孔型孔口： （3）凹模外形尺寸的确定： ↓表2-9 凹模厚度：H = k· b ↑工件最大外形尺寸 凹模壁厚：C=(1.5～2.0)H (≥30～40) （4）固定方式： （5）技术要求：材料：T10A、Cr6WV、9Mn2V Cr12 硬度：HRc58～62 粗糙度：Ra0.8～0.4
定义:指凸模与凹模之间的直径之差（即双面间隙，用Z表示。单边间隙，用Z/2表示。）。 一．间隙对冲裁件断面质量的影响： 过大：制件锥度过大、断裂带过宽。 过小：两个光亮带、上有毛刺。 二．间隙对冲裁件尺寸精度的影响： 过大：以拉伸变形为主，弹性恢复后，冲孔孔扩大、落料料缩小。 过小：以压缩变形为主，弹性恢复后，冲孔孔缩小、落料料扩大。 三．间隙对模具寿命的影响： 过小：凸模与凹模之间磨损严重，降低模具寿命。 四．间隙对冲裁力的影响： 间隙大：冲裁力减小。 但是，当间隙增至材料厚度的5%～20%时，冲裁力不再明显降低。 另外，间隙大：卸料力也减小。 五．间隙值的确定： 合理间隙值与材料性质和厚度等因素有关。 h 1．理论计算法： Z = 2 (t − h0 )tg β = 2 t 1 − 0 tg β
若制件没有标注公差，则： 对于非圆形工件，工件按IT14级精度、模具按IT11级精度处理； 对于圆形工件，由于加工方法比较成熟，模具按IT6～IT7级精度处理。 当凸模、凹模分开加工时，须满足：δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin
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二．刃口尺寸的计算方法：
1．凸模、凹模可分开加工（完全互换）： 对于简单形状，如圆形、正方形等形状的工件，可分开加工，且分别标注公差。 1）冲孔：根据上述计算原则，应先确定凸模的尺寸。 由于凸模磨损后尺寸变小，所以凸模尺寸应尽量取工件尺寸的上限，即 考虑制造精度的影响，取 式中x为磨损系数，与制造精度有关，即 工件精度在IT10级以上，x=1.0 工件精度在IT11～IT13级，x=0.75 工件精度在IT14级以下，x=0.5 由于基本尺寸已经偏上限，所以凸模的上偏差应为零，即 凹模的刃口尺寸为凸模的刃口尺寸加上最小间隙Zmin， 以保证凹模磨损后间隙仍在合理范围之内（凹模磨损后尺寸变大），即 由于基本尺寸已经偏下限，所以凹模的下偏差应为零，即
（2）弹压卸料：工件预先被压紧，冲裁过程平稳， 制件尺寸精度高、平整度高。 适用于板料较薄，制件表面平整度要求较高的场合。 分类：(a)橡胶类： (b)弹簧类：
设计时注意：
a. 弹簧或橡胶有疲劳寿命 b. 橡胶最大压缩量40% c. 预压量10～15% e. 若橡胶处于封闭的内腔， 3/31/2011 须有足够的径向空间 f. 橡胶注意防油
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2．经验确定法： 表2-1：间隙较小，精度高，用于仪器仪表行业。 表2-2：间隙较大，精度一般，用于机电行业中结构件。 3/31/2011
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表2-1：间隙较 小，精度高，用 于仪器仪表行业。
表2-2：间隙较大， 精度一般，用于机 电行业中结构件。
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§2-3 凸模、凹模的刃口尺寸计算：
一．冲裁件的精度等级： 经济精度：IT11～IT 12 最高精度：IT8～IT 10 冲孔可高一些（凸模精度可高一些） 断面粗糙度：Ra12.5～50 最高可达：Ra6.3 二．冲裁件的结构工艺性
1．形状应简单对称，最好采用圆形、矩形等规则形状； 2．凸出的悬臂和凹槽部分宽度不宜太小； 3．内、外转角处，应避免尖角出现，应以圆角过度； 4．冲孔时，孔的直径不宜太小，否则凸模的强度不易保证； 5 5．冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间距离不宜过小； 6．弯曲件或拉深件上冲孔时，其孔边与制件直壁之间的距离 不宜过小。
Ai = ( A − x∆ )
1 + ∆ 4
1）B类尺寸：凹模磨损后尺寸变小， 先将尺寸化为B+Δ(工件最大尺寸)的形式： 凹模尺寸为：
Bi = ( B + x∆ ) − 1 ∆
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1）C类尺寸：凹模磨损后尺寸不变， 先将尺寸化为A±Δ/2(工件中心尺寸)的形式： 1 凹模尺寸为： C =C± ∆
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一．刃口尺寸计算的原则：
1．落料：制件尺寸为锥面大端尺寸，其尺寸等于凹模的刃口尺寸； 故，应先确定凹模的刃口尺寸； 凸模的刃口尺寸为凹模的刃口尺寸减去最小间隙Zmin， 以保证凸模磨损后间隙仍在合理范围之内。 2．冲孔：孔的尺寸为锥面小端尺寸，其尺寸等于凸模的刃口尺寸； 故，应先确定凸模的刃口尺寸； 凹模的刃口尺寸为凸模的刃口尺寸加上最小间隙Zmin， 以保证凹模磨损后间隙仍在合理范围之内。 3．凸模、凹模的制造公差： 过高：增加了加工成本，造成产品市场竞争力降低。 过低：难以保证制件的质量。 模具精度与工件精度之间的关系：
3．条料的送进导向方式与零件：
保证条料有正确的送进方向，以保证沿边宽度要求。 无侧压：导向槽，宽度要有公差要求（间隙配合）图2-33 有侧压：工件靠一边送进。图2-34
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三．卸料与出件（顶件、推件）装置：
1．卸料装置
（1）固定卸料：适用于板料较厚、较硬， 制件表面平整度要求不高的场合。 优点：a. 卸料力大； b. 冲裁在全封闭的状态下进行，操作安全 c. 结构简单、体积小； d. 便于连续冲压； 缺点：条料未被预先压住， 工件易弯曲、弓背，制件精度低。 分类：导向类： 不导向：
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§2-8 冲裁模的基本类型及典型模具：
一．冲裁模的分类
1．按工序性质分类 落料模、冲孔模、切断模、切口模┅ ┅ 2．按工序组合程度分类 （1）单工序模（简单模）：在一付模具上只完成一道工序； （2）级进模（跳步模）：在不同的位置上完成两道以上工序； （3）复合模：在同一位置上完成两道以上工序；
一．冲裁力的计算：
F = KLt τ
可取 二．卸料力、推件力和顶件力的计算： 推件力：
τ = 0.8σ b
F1 = nK1 F
F2 = K 2 F
F3 = K 3 F
顶件力：
脱料力： 表2-5 :
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§2-5 排样与搭边
一．排样：
冲裁件在板料上的布置方式叫排样。 材料利用率：
：
K=
工件的总面积 × 100% 毛坯（板料）的总面积
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二．搭边：
排样时，制件与制件或制件与边沿之间的余料叫搭边。 搭边并不是越小越好。 搭边值过大：材料利用率低，造成浪费。 搭边值过小：容易出残缺废品，或搭边被拉断，造成模具刃口损坏。 搭边值的选取：表2-7
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§2-6 冲裁件的工艺性：
§2-1 冲裁变形过程及其断面特征：
一．冲裁变形过程：
1．弹性变形阶段：由加压接触开始，至材料屈服前。 2．塑性变形阶段：由材料屈服开始，至产生裂纹前。 3．断裂分离阶段：由产生裂纹开始，至上下裂纹重合。 4．推出阶段）
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二．冲裁件及其断面特征：
1．圆角带：
特点：如钝圆加工后一般。 产生机理：塑性变形开始时，金属纤维发生弯曲形成圆角。
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3. 模柄：
（a）带凸沿模柄：适用于大型模具 （b）压入式模柄：H7/m6、H7/n6 （c）旋入式模柄：定位精度差、应有骑缝螺钉（防松） （d）浮动式模柄：避免过定位。
二．典型冲裁模的结构分析：
1．单工序模（简单模）： （1）无导向单工序模：靠滑块与机床导轨导向，可靠性差，难以保证间隙均匀，制件精度低。
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（2）导板式导向： 导向精度低，但结构简单。
（3）导柱式导向： 导向精度高，但结构复杂， 模具轮廓尺寸大，成本高。
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2．级进模（跳步模）：
e− d D =C− 2 2
挡料销位置： e = C − D + d + 0.1 2 2
↑作为条料前推后拉的余量
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2．侧刃定距：
特点：适用于薄壁工件，但用料增加，造成浪费。 三种形状： a.长方形：在步距衔接处容易产生毛刺，影响定位精度。 b.成形侧刃：毛刺位于凹进处，不影响定位精度。 c.尖角侧刃：可设在排样的空挡处，避免浪费材料， 但送料后必须向后拉一下，否则定位不准。
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上述公式中模具公差取工件公差的1/4，磨损系数x为： 工件精度在IT10级以上，x=0.9～1.0 工件精度在IT11～IT13级，x=0.7～0.9 工件精度在IT14级以下，x=0.5～0.7 上述制件的冲孔时，应先制造凸模。由于A类尺寸变小， B类尺寸变大，方法相应改变。
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§2-4 冲裁力：
2. 凸模与凹模的配作（配合加工）：
对于复杂形状的工件，先按照制件尺寸加工出凸模 与凹模中的一件（落料时加工凹模；冲孔时加工凸模）， 然后按照间隙要求加工另一件，另一件凸模或凹模 只需标注基本尺寸和间隙。 上述制件的落料，应先制造凹模。 1）A类尺寸：凹模磨损后尺寸变大， 先将尺寸化为A-Δ(工件最小尺寸)的形式： 凹模尺寸为：
(1)有固定挡料销及导正钉的级进模：
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优点：定位精度高，定位可靠。 缺点：导向孔直径不能太小，工件料厚不能太薄。
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(2)采用侧刃定距的级进模：
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