五金冲压连续模具设计讲义全

沖孔模結構
沖裁力
•根據計算出的實際沖裁力﹐我們可選擇沖床噸 位﹐沖床噸位應不小于實際沖裁力。 •在滿足實際沖裁力的同時﹐還要兼顧本廠設備 條件和沖壓生產線的實際排配情況來選擇沖壓設 備。 •當沖裁力過大時﹐可以用下述方法降低沖裁 力﹕ A.將材料加熱沖裁﹐但此時應注意用熱模鋼制造 模具﹔ B.階梯沖裁﹐凸模高度不同﹔ C.斜刃口沖裁。為了保証產品的平面度﹐落料時 2019/3/22 25 凸模平刃口﹐凹模斜刃口﹔沖孔時﹐凸模做斜刃 口﹐凹模做平。
沖孔模結構
材料的抗剪強度
材 料
剪切強度τ (Kg/mm² ) 軟質 2~3
3~4 7~9
硬質 ------13~16
材
料
剪切強度τ (Kg/mm² ) 軟質 40~50
25 32
硬質 55~60
32 40
鉛
錫 鋁
鋼板
鋼板0.1%C 鋼板0.2%C
杜拉鋁
鋅 銅 黃銅 軋延青銅 白銅 軟鋼板
2019/3/22 深抽拉鐵板
22
12 18~22 22~30 32~40 20~36 32
38
20 25~30 35~40 40~60 45~56 40
鋼板0.3%C
鋼板0.4%C 鋼板0.6%C 鋼板0.8%C 鋼板1.0%C 矽鋼板 不鏽鋼板
36
45 56 72 80 40 52
48
56 72 90 105 56 56
30~35
• 塑性變形階段﹕材料受力已超過彈性限 度﹐這時凸模擠入材料﹐同時材料也擠 入凹模﹐由于材料反抗凸模及凹模的擠 入﹐產生彎矩M。
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沖孔模結構
變形特點
• 剪裂階段﹕靠近凹模刃口邊的材料所受 應力先達到材料的抗剪強度﹐凹模刃邊 材料發生裂紋﹐此時凸模刃邊材料尚處 于塑性狀態﹐凸模繼續擠入材料(圖a)。 接著﹐凸模刃邊的材料也產生了裂紋﹐ 當凸模與凹模單面間隙z/2合適時﹐從凸 模和凹模分別出現的剪裂紋擴展重合而 使沖裁件與材料分離(圖b)。分離后﹐凸 模繼續移動將沖裁件推入凹模ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ圖c) 。
6~8
10~12 5~7 6~8
3~5
3.5~5 2~4 3~5
0.5~1.5
1.5~2.5 0.5~1 1~2
鉛
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最大22
最大16
8~10
5~7
6.5~7.5
3.5~4.5
4~6
1.5~2.5
1.5~2.5
0.5~1 22
鎂
沖孔模結構
間隙方向
•落料時凹模尺寸做成工件要求尺寸﹐凸模為 凹模尺寸減去間隙值。 •沖孔時凸模尺寸做成工件要求尺寸﹐凹模為 凸模尺寸增加間隙值。 •由于凸凹模存在間隙﹐因此落下的料或沖出 的孔都是帶有錐度的﹐其大端尺寸基本上等 于凹模尺寸﹐小端尺寸基本上等于凸模尺寸。 落料以大端尺寸為公稱尺寸﹐沖孔以小端尺 寸為公稱尺寸。 •由于生產中的磨損﹐在設計時取最小合理間 隙。
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沖孔模結構
沖裁斷面與間隙
• IV型斷面的塌角R較III型減少﹐但斜度與III型 相差無几。由于間隙的縮小﹐在毛面中間出 現光點﹐毛刺中等﹐除拉毛外﹐并有壓縮應 力產生的擠毛。 • V型斷面的塌角R極小﹐几乎沒有斜度﹐有兩 層相互間隔的光面和毛面﹐毛刺(拉毛和擠毛) 有所增加﹐擠毛高度和模具刃口的鋒利程度 有關﹐刃口越鋒利﹐擠毛高度越小。
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沖孔模結構
定義
廢料 工件
工件
廢料 沖孔
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落料
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沖孔模結構
變形特點
• 整個沖裁過程可分為三個階段﹕彈性變形階 段﹑塑性變形階段和剪裂階段。 • 彈性變形階段﹕由于凸模所施加的壓力﹐材 料產生彈性彎曲并略有擠入凹模刃口,如下圖。
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沖孔模結構
變形特點
鋁 硬鋁 黃銅(退火)
最大23
最大17 最大20 最大21
12.5~13.5
8~10 12.5~14 8~10
9~11
6~8 9~10 6~8
3~5
2~4 5~6 2~3
1~2
0.5~1 0.5~1 0.5~1
黃銅(半硬)
磷銅 純銅(軟) 純銅(半硬)
最大24
最大25 最大25 最大25
9~11
12.5~13.5 8~9 9~11
----
鎳板
25
----
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沖孔模結構
降低沖裁力
階梯沖
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用于落料的斜刃
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沖孔模結構
降低沖裁力
沖孔斜刃
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切舌斜刃
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沖孔模結構
降低沖裁力
• 在階梯沖的設計中﹐圖示中的T值對于 薄料﹐取沖裁板厚﹔對于厚材﹐T值則 可取料厚的一半。 • 斜刃沖裁不僅可以降低沖裁力﹐還可使 工件的斷面光潔度有所改善﹐另外﹐還 可以降低沖裁中的噪聲﹐改善沖壓加工 的工作環境。 • 但斜刃沖裁也有其缺陷﹐那就是沖下的 廢料變形較為嚴重﹐不利于對廢料進行 再利用。 2019/3/22 29
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沖孔模結構
變形特點
a
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b
c
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沖孔模結構
沖裁力曲線
右圖所示為沖Q235樣品 時的沖裁力曲線。其中 AB段為彈性變形區域﹐ 即第一階段﹔ BC為塑 性變形﹐并開始發生裂 紋﹐即第二階段﹔C點 沖裁力最大﹐以后剪變 位繼續增加﹐壓力下 降﹐至D點﹐材料完全 破壞。由D至E點﹐沖頭 繼續下行﹐用以克服摩 擦力和將沖下部分向凹 模推進﹐即第三階段。 9
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沖孔模結構
間隙確定
• 查表法 五類斷面常用單邊間隙見下表(z/2t [%])。
材料 低碳鋼 高碳鋼 I型斷面 最大21 最大25 II型斷面 11.5~12.5 17~19 III型斷面 8~10 14~16 IV型斷面 5~7 11~13 V型斷面 1~2 2.5~5
不鏽鋼
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沖孔模結構
間隙與模具壽命
• 在沖裁過程中﹐模具刃口處所受的壓力非常 大﹐使模具刃口與材料接觸面間出現局部附 著現象﹐產生附著磨損。其磨損量與接觸壓 力﹐相對滑動距離成正比﹐與材料 的屈服強 度成反比﹐是模具磨損的主要形式。 • 當間隙較小時﹐接觸壓力會增大﹐摩擦距離 增長﹐摩擦發熱嚴重﹐導致模具加劇磨損﹐ 使模具與材料間產生粘結現象﹐還會引起刃 口的壓縮疲勞破壞﹐使之崩刃。 • 而間隙較大時﹐材料彎曲拉伸相對增加﹐模 具刃口端面的正壓力增大﹐容易產生崩刃或 2019/3/22 塑性變形﹐使磨損加劇。
10%~20% 15%~25% 25%~40% 35%~55% 50%~70% t② t t t③ t④ 70%~80% 60%~75% 50%~60% 35%~55% 25%~45% t t t t⑤ t⑥ 大﹑拉 毛﹑工件 變形 17%~21% t 正常﹑拉 毛 11.5%~ 12.5%t 正常﹑拉 毛 8%~10%t 中等﹑拉 毛及擠毛 5%~7%t 大﹑拉毛 及擠毛⑦ 1%~2%t
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沖孔模結構
沖裁斷面
沖裁所得的表面﹐如 右圖所示﹐在沖出孔 的上部﹐有些微圓角 稱塌角﹐接著是由剪 切形成的光亮光面﹐ 最后是撕裂形成的毛 面。而在廢料上﹐也 有類似的三部分﹐只 是分布位置的上下次 序相反。
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M—毛面 2019/3/22 R—塌角
G—光面
沖孔模結構
沖裁斷面與間隙
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間隙z/2
沖孔模結構
沖裁斷面與間隙
• 上頁表為低碳鋼沖裁斷面與沖裁間隙的關系。 • R與G的和約等于材料斷裂前凸模進入材料的 深度。 • 對于I型斷面﹐工件或廢料上的光面可能窄而 不規則﹐甚至無光面。 • IV型光面帶光點。 • V型光面有兩層﹐中間夾有毛面。 • IV毛面帶粗糙面。 • V型毛面分兩層﹐中間夾有光面。 • 擠毛高度與模具刃口鋒利程度有關。 2019/3/22 15
五金冲压连续模具 設計講義
2019/3/22
講師：金牛SEKOU
目錄
• • • • 沖孔模設計 復合模設計 成形模設計 結束語
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沖孔模結構
定義
• 沖裁是利用模具使板料產生分離的沖壓 工序﹐主要包括落料與沖孔。 • 從板料沖下所需形狀的零件(或毛坯)的 工藝稱落料﹐在工件上沖出所需形狀的 孔的工藝稱沖孔。 • 用于沖裁加工工藝的模具稱為沖孔模。 利用它可以沖出零件或是為彎曲﹑拉 深﹑成形等后續工步准備坯料。
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沖孔模結構
間隙與模具壽命
• 間隙過大或過小都會降低模具壽命。因此間 隙合適或適當增大模具間隙﹐何使凸﹑凹模 與材料間的摩擦減小﹐并減緩間隙不均勻的 不利因素﹐從而提高模具壽命。 • 凹模端面磨損比凸模大﹐原因是凹模端面材 料滑動較為自由﹐而凸模下的材料沿板面方 向的滑動則受到了限制。 • 凸模側面的磨損最大﹐則是因為凸模側面受 到卸料作用的長距離摩擦而加劇了磨損。 • 為了提高模具壽命﹐可采用較大間隙﹔用小 間隙﹐就必須提高模具硬度和制造精度﹐對 2019/3/22 沖模刃口充分潤滑﹐以減少磨損。
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I型 間隙很大 R很大 a很大 拉毛很大
II型 III型 IV型 V型 間隙較大 間隙適中 間隙較小 間隙很小 R較大 R減小 R減小 R很小 a正常 a正常 a正常 a很小 拉毛正常 拉毛正常 拉毛及正 拉毛及擠 常 毛增大
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沖孔模結構
沖裁斷面與間隙
• 上頁圖顯示了不同間隙下的沖裁斷面變化情 況﹐間隙從I型斷面到V型斷面逐步減小。III 型斷面的間隙適中。這種斷面分光面和毛面 兩部分﹐并帶有塌角R和毛刺。毛刺由拉應力 產生﹐稱拉毛。毛面部分有斜度a。 • II型斷面的塌角R較III型有所增加﹐斜度a基本 不變﹐拉毛仍正常。 • 間隙如再擴大(I型斷面)﹐則塌角R及斜度a顯 著增加﹐拉毛也增大﹐伴隨工件變形。
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沖孔模結構
間隙確定
• 生產中通常是用一個適當的范圍作為合理間隙﹐最大 值稱最大合理間隙﹐最小值稱最小合理間隙。考慮到 磨損會使間隙變大﹐故設計和制造模具時﹐通常用最 小合理間隙。 • 理論確定法 主要依據是保証裂紋重合﹐以獲得良好 的沖裁斷面。公式﹕z=2(t-h0) tgβ=2t(1-h0/t) tgβ 材料 軟鋼 中硬鋼
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沖孔模結構
沖裁斷面與間隙
斷面分類
毛面斜度 a 塌角高度 R① 光面高度 G① 毛面高度 M 毛刺
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I型
14º ~16 º 10%~20% t
II型
8º ~11 º 8%~10%t
III型
7º ~11 º 6%~8%t
IV型
6º ~11 º 4%~7%t
V型
-----2%~5%t
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沖孔模結構
沖裁力
•沖裁力是指在沖裁中的最大剪切抗力。計算沖 裁力是為了合理選擇壓力機和設計模具。平刃口 模具的沖裁力計算公式如下﹕
F=Ltτ
式中F—沖裁力(N)﹔L—沖裁周長(mm)﹔t—材料 厚度(mm)﹔τ—材料的抗剪強度(Mpa)。 •考慮到模具刃口的磨損﹑凸模與凹模間隙不均 勻﹑材料性能的波動和材料厚度偏差等因素﹐實 際所需沖裁力應增加30%﹐即﹕ F沖=1.3F=1.3Ltτ=Ltσb σ b—材料的抗剪強度。 2019/3/22 24
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沖孔模結構
間隙與精度
• 沖件精度是指沖件實際尺寸與基本尺寸間的 差值﹐差值越小﹐精度越高。 • 當間隙較大時﹐材料受拉伸作用變大﹐沖裁 完畢后﹐因材料的彈性恢復﹐沖件尺寸向實 體方向收縮﹐即落料件尺寸小于凹模尺寸﹐ 沖孔件的孔徑大于凸模尺寸。 • 而間隙較小時﹐材料的彈性恢復使落料件的 尺寸增大﹐而沖孔的孔徑變小。 • 沖件的尺寸變化量大小還與材料性能﹑厚 度﹑軋制方向﹑沖件形狀等因素有關。模具 制造精度及刃口狀態也會影響沖件質量。 2019/3/22
2019/3/22
h0/t(%)
t<1 75~70 65~60 t=1~2 70~65 60~55 t=2~4 65~55 55~48 t>4 50~40 45~35
β 5º ~6 º 4º ~5 º
硬鋼
54~47
47~45
44~38
35~25
4 º 20
沖孔模結構
間隙確定
•在以上計算公式中﹕t—板料厚度(mm)﹐ h0/t—產生裂紋時凸模相對壓入深度﹔ β—裂紋與垂直方向的夾角。 •從公式可以看出間隙與板材厚度﹑相對壓深 度﹑裂紋方向角有關。而h0和β又和材料性質 有關。 •由上頁表可知﹐影響間隙值的主要因素是板 材力學性能及其厚度﹐板料越厚﹑越硬或塑 性越差﹐ h0/t值越小﹐合理間隙值越大。材 料越軟﹐ h0/t值越大﹐合理間隙值越小。
沖孔模結構
間隙與沖裁力
• 間隙越小﹐沖裁力越大﹐而增大沖裁間隙﹐ 則可以減小沖裁力。 • 當間隙合理時﹐上下裂紋重合﹐最大剪切力 較小。 • 而間隙過小時﹐材料所受力矩和拉應力減 小﹐壓應力增大﹐材料不易產生撕裂﹐上下 裂紋不重合又產生二次剪切﹐使沖裁力增大。 • 間隙較大時﹐材料所受力矩和拉應力增大﹐ 材料易于剪裂分離﹐故最大沖裁力有所減小。