第二章 冲裁工艺及冲裁模(第二节)
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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
3/31/2011
1
第二章 冲裁及冲裁模设计
3/31/2011
19
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
§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
3/31/2011
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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
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁件的工艺性
第二章 冲裁工艺与冲裁模
一、冲裁工艺及冲裁件的工艺性
1、概述
1）冲裁——利用装在压力机上的模具，将板料分离的冲压工 艺。 2）包括内容——冲孔、落料、修边、切口、切断等。 落料——从板料上冲下所需形状的零件或毛坯（要冲掉部分） 冲孔——从工件上冲出所需形状的孔（冲掉的部分是废料） 3）用途——可加工平板类零件；为弯曲、拉深、成形等工序 准备毛坯；在成形件上完成刨切、冲孔等。 4）模具
四、排样设计
排样：冲裁件在被冲材料上的布置方法。
在冲压生产中，零件的材料费用占制造成本 的60％以上，所以合理的排样不仅能提高冲 裁件的质量、提高模具寿命，而且时节约使 用材料降低成本的有效措施 。
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
搭边：排样时零件与零件之间、零件与条料侧 边留下的工艺废料。
)配合加工法中凸、凹模刃口尺寸计算
对于形状复杂冲裁件，为保证凸、凹模 之间的合理间隙值，必须采用配 合加工方式。即首先加工凸、凹模中的一件作为基准件，然后以选定的间 隙配合加工另一件。
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
配合加工的计算公式
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
落料与冲孔：
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
模具图
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
2、冲裁件的工艺性
冲裁件的工艺性： 指冲裁件在工艺上的适应性，即加工难易程度。良好的工艺性能使材
料消耗少、工序数量少、模具结构简单且使用寿命长、产品质量稳定。
冲裁时，搭边过大，会造成材料浪费，搭边太 小，则起不到搭边应有的作用，过小的搭边, 导致板料被拉进凸、凹模间隙，加剧模具的磨 损，甚至会损坏模具刃口。
一、冲裁工艺及冲裁件的工艺性
1、概述
1）冲裁——利用装在压力机上的模具，将板料分离的冲压工 艺。 2）包括内容——冲孔、落料、修边、切口、切断等。 落料——从板料上冲下所需形状的零件或毛坯（要冲掉部分） 冲孔——从工件上冲出所需形状的孔（冲掉的部分是废料） 3）用途——可加工平板类零件；为弯曲、拉深、成形等工序 准备毛坯；在成形件上完成刨切、冲孔等。 4）模具
四、排样设计
排样：冲裁件在被冲材料上的布置方法。
在冲压生产中，零件的材料费用占制造成本 的60％以上，所以合理的排样不仅能提高冲 裁件的质量、提高模具寿命，而且时节约使 用材料降低成本的有效措施 。
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
搭边：排样时零件与零件之间、零件与条料侧 边留下的工艺废料。
)配合加工法中凸、凹模刃口尺寸计算
对于形状复杂冲裁件，为保证凸、凹模 之间的合理间隙值，必须采用配 合加工方式。即首先加工凸、凹模中的一件作为基准件，然后以选定的间 隙配合加工另一件。
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
配合加工的计算公式
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
落料与冲孔：
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
模具图
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
2、冲裁件的工艺性
冲裁件的工艺性： 指冲裁件在工艺上的适应性，即加工难易程度。良好的工艺性能使材
料消耗少、工序数量少、模具结构简单且使用寿命长、产品质量稳定。
冲裁时，搭边过大，会造成材料浪费，搭边太 小，则起不到搭边应有的作用，过小的搭边, 导致板料被拉进凸、凹模间隙，加剧模具的磨 损，甚至会损坏模具刃口。
冲压模具设计——第二章
展。这就是塑性变形中的最小阻力定律。
弱区先变形，变形区为弱区
9
第三节 冲压变形理论基础
五、冲压材料及其冲压成形性能
1．冲压成形性能 材料的冲压成形性能：材料对各种冲压加工方法的适应能力。
冲压加工的依据。 成形极限高 材料的冲压性能好 成形质量好 便于冲压加工
成形极限高 冲压成形性能是一个综合性的概念
29
3、间隙对模具寿命的影响
模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。 失效原因：磨损、变形、崩刃、折断和胀裂。
小间隙将使磨损增加，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、小凸模折断、凸凹 模相互啃刃等异常损坏。
为了延长模具寿命，在保证冲裁件质量的前提下
1)采用适当或较大的间隙值；
2)减缓间隙不均匀的影响； 3)采用小间隙时必须提高模具硬度与光洁度、精度； 4)改善润滑条件，减少磨损。
3
冲压变形理论基础
一、塑性变形的基本概念
变形：
弹性变形、塑性变形。
塑性：
表示材料塑性变形能力。它是指固体材料在外力作用下发 生永久变形而不破坏其完整性能力。
塑性指标：
衡量金属塑性高低的参数。常用塑性指标为延伸率δ和断
面收缩率ψ。
Lk L0 100 % L0
F0 Fk 100 % F0
成形质量好
10
第三节 冲压变形理论基础
五、冲压材料及其冲压成形性能（续）
2．冲压成形性能的试验方法 间接试验和直接试验
3．板料的机械性能与冲压成形性能的关系
板料的强度指标越高，产生相同变形量的力就越大； 塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大； 刚度指标越高， 成形时抵抗失稳起皱的能力就越大。
c= （DA-dT）/2
弱区先变形，变形区为弱区
9
第三节 冲压变形理论基础
五、冲压材料及其冲压成形性能
1．冲压成形性能 材料的冲压成形性能：材料对各种冲压加工方法的适应能力。
冲压加工的依据。 成形极限高 材料的冲压性能好 成形质量好 便于冲压加工
成形极限高 冲压成形性能是一个综合性的概念
29
3、间隙对模具寿命的影响
模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。 失效原因：磨损、变形、崩刃、折断和胀裂。
小间隙将使磨损增加，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、小凸模折断、凸凹 模相互啃刃等异常损坏。
为了延长模具寿命，在保证冲裁件质量的前提下
1)采用适当或较大的间隙值；
2)减缓间隙不均匀的影响； 3)采用小间隙时必须提高模具硬度与光洁度、精度； 4)改善润滑条件，减少磨损。
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冲压变形理论基础
一、塑性变形的基本概念
变形：
弹性变形、塑性变形。
塑性：
表示材料塑性变形能力。它是指固体材料在外力作用下发 生永久变形而不破坏其完整性能力。
塑性指标：
衡量金属塑性高低的参数。常用塑性指标为延伸率δ和断
面收缩率ψ。
Lk L0 100 % L0
F0 Fk 100 % F0
成形质量好
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第三节 冲压变形理论基础
五、冲压材料及其冲压成形性能（续）
2．冲压成形性能的试验方法 间接试验和直接试验
3．板料的机械性能与冲压成形性能的关系
板料的强度指标越高，产生相同变形量的力就越大； 塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大； 刚度指标越高， 成形时抵抗失稳起皱的能力就越大。
c= （DA-dT）/2
第二章 冲裁工艺与模具设计
（1）材料的塑性要好，对硬质材料要尽量进行 退火，求得材质均一化；
（2）合理的模具间隙值，并使间隙均匀分布；
（3）保持模具刃口锋利 ,
（4）保持润滑。
2.2.1冲裁力的计算
计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设 计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力， 以适应冲裁的要求。 （一）冲裁力的行程
采用刚性卸F料总 装 F置冲 和 F下卸 出 F料推方式的总冲压力为
采用弹性卸料F总装置F冲和上F出推 料方式的总冲压力为
F总 F冲 F卸 F顶
例2-1 计算冲裁图2-12所示零件所需的冲压力。材 料为Q235钢，料厚t=2mm，采用弹性卸料装置 和下出料方式，凹模刃口直壁高度h=6mm 解：冲裁力：由表查出 304 ~ 373MPa, 取 345MPa
这种模具的缺点是长凸模进入凹模较深，容易 磨损，修磨刃口也比较麻烦。
（二）斜刃口冲裁
在用平刃口模具冲裁时，整个刃口同时与冲裁 件周边接触，同时切断，所需冲裁力大。若采用斜 刃模具冲裁，也就是将凸模（或凹模）刃口做成有 一定倾斜角度的斜刃，如图2-11所示，冲裁时刃口 就不是同时切入，
而是逐步切入材料，
c 、将工件分解成若干直线段或弧度段，L1、
L2、…Ln，因冲裁力与轮廓线长度成正比关系，故 用轮廓线长度代替F。 d 、计算各基本线段的重心到Y轴的距离x1、 x2、…xn，到X轴的距离y1、y2、… yn，则根据力 矩原理可得压力中心的计算公式为
X0
l1x1 l2 x2 ln xn l1 l2 ln
（二）塑性变形阶段
凸模继续下降，压力增加，当材料内部应力达到 屈服点时，板料进入塑性变形阶段。
此时凸模开始挤入板料，并将下部材料挤入凹模 孔内，板料在凸、凹模刃口附近产生塑性剪切变 形，并在侧向挤压力作用下形成光亮的剪切断面。
（2）合理的模具间隙值，并使间隙均匀分布；
（3）保持模具刃口锋利 ,
（4）保持润滑。
2.2.1冲裁力的计算
计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设 计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力， 以适应冲裁的要求。 （一）冲裁力的行程
采用刚性卸F料总 装 F置冲 和 F下卸 出 F料推方式的总冲压力为
采用弹性卸料F总装置F冲和上F出推 料方式的总冲压力为
F总 F冲 F卸 F顶
例2-1 计算冲裁图2-12所示零件所需的冲压力。材 料为Q235钢，料厚t=2mm，采用弹性卸料装置 和下出料方式，凹模刃口直壁高度h=6mm 解：冲裁力：由表查出 304 ~ 373MPa, 取 345MPa
这种模具的缺点是长凸模进入凹模较深，容易 磨损，修磨刃口也比较麻烦。
（二）斜刃口冲裁
在用平刃口模具冲裁时，整个刃口同时与冲裁 件周边接触，同时切断，所需冲裁力大。若采用斜 刃模具冲裁，也就是将凸模（或凹模）刃口做成有 一定倾斜角度的斜刃，如图2-11所示，冲裁时刃口 就不是同时切入，
而是逐步切入材料，
c 、将工件分解成若干直线段或弧度段，L1、
L2、…Ln，因冲裁力与轮廓线长度成正比关系，故 用轮廓线长度代替F。 d 、计算各基本线段的重心到Y轴的距离x1、 x2、…xn，到X轴的距离y1、y2、… yn，则根据力 矩原理可得压力中心的计算公式为
X0
l1x1 l2 x2 ln xn l1 l2 ln
（二）塑性变形阶段
凸模继续下降，压力增加，当材料内部应力达到 屈服点时，板料进入塑性变形阶段。
此时凸模开始挤入板料，并将下部材料挤入凹模 孔内，板料在凸、凹模刃口附近产生塑性剪切变 形，并在侧向挤压力作用下形成光亮的剪切断面。
冲裁及冲裁模设计
16
第 2 章 冲裁
2 -2 冲裁模具间隙
2.2.1 间隙对冲裁件质量的影响
冲裁件的质量：断面质量、尺寸精度 a 间隙对断面质量的影响 小间隙、合理间隙、大间隙情况下的剪切过程 断面特征值与间隙的关系图。
17
第 2 章 冲裁
2-2 冲裁模间隙
间隙对断面质量的影响
18
第 2 章 力、变形和冲裁件正常的断面状况 a）冲孔件 b）落料件
第 2 章 冲裁
2 -2 冲裁模具间隙
间隙的概念 模具凸凹模刃口缝隙间的距离。 单边间隙c、双边间隙z。 间隙对冲裁件的质量、模具寿命、冲裁力都有很大 的影响，是冲裁工艺和模具设计中的最重要的工艺参数。 2.2.1 间隙对冲裁件质量的影响 2.2.2 间隙对冲裁力的影响 2.2.3 间隙对模具寿命的影响 2.2.4 间隙的确定
12
第 2 章 冲裁
2-1 冲裁变形机理
2.1.5 断面特征
1）圆角带：冲裁过程中，纤维的弯曲与拉伸形成， 软材料圆角大。 2）光亮带：塑剪变形时，由于相对移动，凸凹模侧 压力将毛料压平形成的光亮垂直断面。
3）断裂带：刃口微裂纹受拉应力不断扩展形成的撕 裂面，导致断面粗糙并有斜度。 4）毛刺：由微裂纹位置与冲裁间隙等引起，是金属 拉断而形成的金属刺残留在冲裁件上
板 坯
F v 1
F v 2
F h 2
F h 2
F v 2
凹 模
板坯受力简图 Diagram of sheet metal under load
10
第 2 章 冲裁
2-1 冲裁变形机理
2.1.3 裂纹的形成与发展 裂纹产生的条件：当变形区的应变达到极限塑性应变值时， 就产生微裂纹 裂纹扩展的方向：沿着最大剪切应变速度的方向扩展 裂纹的成长过程：裂纹首先在低应力区产生，由于变形过 程中最大剪切应变的速度方向发生变化，使得新的裂纹不断产 生，旧裂纹的扩展不断停止，然后在旧裂纹的前端附近重新产 生新的裂纹，不断产生的微裂纹的根部汇成了一条主裂纹 极限塑性应变值除和材质外，还和应力状态、变形历史（损 伤程度）有关。
第 2 章 冲裁
2 -2 冲裁模具间隙
2.2.1 间隙对冲裁件质量的影响
冲裁件的质量：断面质量、尺寸精度 a 间隙对断面质量的影响 小间隙、合理间隙、大间隙情况下的剪切过程 断面特征值与间隙的关系图。
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第 2 章 冲裁
2-2 冲裁模间隙
间隙对断面质量的影响
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第 2 章 力、变形和冲裁件正常的断面状况 a）冲孔件 b）落料件
第 2 章 冲裁
2 -2 冲裁模具间隙
间隙的概念 模具凸凹模刃口缝隙间的距离。 单边间隙c、双边间隙z。 间隙对冲裁件的质量、模具寿命、冲裁力都有很大 的影响，是冲裁工艺和模具设计中的最重要的工艺参数。 2.2.1 间隙对冲裁件质量的影响 2.2.2 间隙对冲裁力的影响 2.2.3 间隙对模具寿命的影响 2.2.4 间隙的确定
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第 2 章 冲裁
2-1 冲裁变形机理
2.1.5 断面特征
1）圆角带：冲裁过程中，纤维的弯曲与拉伸形成， 软材料圆角大。 2）光亮带：塑剪变形时，由于相对移动，凸凹模侧 压力将毛料压平形成的光亮垂直断面。
3）断裂带：刃口微裂纹受拉应力不断扩展形成的撕 裂面，导致断面粗糙并有斜度。 4）毛刺：由微裂纹位置与冲裁间隙等引起，是金属 拉断而形成的金属刺残留在冲裁件上
板 坯
F v 1
F v 2
F h 2
F h 2
F v 2
凹 模
板坯受力简图 Diagram of sheet metal under load
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第 2 章 冲裁
2-1 冲裁变形机理
2.1.3 裂纹的形成与发展 裂纹产生的条件：当变形区的应变达到极限塑性应变值时， 就产生微裂纹 裂纹扩展的方向：沿着最大剪切应变速度的方向扩展 裂纹的成长过程：裂纹首先在低应力区产生，由于变形过 程中最大剪切应变的速度方向发生变化，使得新的裂纹不断产 生，旧裂纹的扩展不断停止，然后在旧裂纹的前端附近重新产 生新的裂纹，不断产生的微裂纹的根部汇成了一条主裂纹 极限塑性应变值除和材质外，还和应力状态、变形历史（损 伤程度）有关。
第二章 冲裁工艺及冲裁模具的设计
29
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）冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。 3）冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置，按下式计算：
y R sin /
2．确定多凸模模具的压力中心
确定多凸模模具的压力
中心，是将各凸模的压力中
心确定后，再计算模具的压 力中心。
34
（4） 凸模强度校核
正压力校核
d min 4tτ σ
圆形凸模
f
min
P σ
非圆凸模
弯曲应力校核
95d 2 l max P
无导向圆形凸模
P
l max 425 I
无导向非圆凸模
35
（5） 凸模的标准化
凸模标准化，就是将凸模的许多零件的形状和 尺寸以及各种典型组合和典型结构按统一结构形式 及尺寸，实行标准化和系列化并组织专业化生产， 以充分满足用户选用，象普通工具一样在市场上销 售和选购。 JB/T 8057.1—1995，选取标准尺寸
材料消耗少
工序数目少
模具结构简单且寿命长
产品质量稳定
操作安全、方便
9
10
冲裁件工艺性的要求：
工件外形应尽量符合既好又无废料的排样要求；
冲孔时应力求简单、对称，尽量采用圆形、矩 形等规则形状；
11
避免长槽与细长悬臂结构；
圆孔直径、方孔边长、孔距等符合要求；
冲裁线相交处应有圆角过渡，以避免模具开裂，圆角半径 应大于0.5个板厚。
4
冲裁间隙对冲裁件端面质量的影响
5
间 隙 过 小
间 隙 合 理
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）冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。 3）冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置，按下式计算：
y R sin /
2．确定多凸模模具的压力中心
确定多凸模模具的压力
中心，是将各凸模的压力中
心确定后，再计算模具的压 力中心。
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（4） 凸模强度校核
正压力校核
d min 4tτ σ
圆形凸模
f
min
P σ
非圆凸模
弯曲应力校核
95d 2 l max P
无导向圆形凸模
P
l max 425 I
无导向非圆凸模
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（5） 凸模的标准化
凸模标准化，就是将凸模的许多零件的形状和 尺寸以及各种典型组合和典型结构按统一结构形式 及尺寸，实行标准化和系列化并组织专业化生产， 以充分满足用户选用，象普通工具一样在市场上销 售和选购。 JB/T 8057.1—1995，选取标准尺寸
材料消耗少
工序数目少
模具结构简单且寿命长
产品质量稳定
操作安全、方便
9
10
冲裁件工艺性的要求：
工件外形应尽量符合既好又无废料的排样要求；
冲孔时应力求简单、对称，尽量采用圆形、矩 形等规则形状；
11
避免长槽与细长悬臂结构；
圆孔直径、方孔边长、孔距等符合要求；
冲裁线相交处应有圆角过渡，以避免模具开裂，圆角半径 应大于0.5个板厚。
4
冲裁间隙对冲裁件端面质量的影响
5
间 隙 过 小
间 隙 合 理
模具第二章冲裁模
为了防止冲裁时凸模折断或压弯,冲孔的尺寸不能太小, 有关要求见下表 (一)
一般冲孔模可冲压的最小孔径值
(mm)
材料
钢г>700MPa 钢г=400~700MPa 钢г<400MPa 黄铜、铜 铝、锌 纸胶板、布胶板 硬纸、纸
d≥1.5t d≥1.3t
d≥t d≥0.9t d≥0.8t d≥0.7t d≥0.6t
凹
0
d x Z min
凹 0
式中:d凸、d凹——冲孔凸、凹模基本尺寸(mm); △——工件制造公差(mm); X——因数，见表2-13
冲孔时各部分尺寸公差的分配 位置如右图a)
（2）落料 设工件尺寸为D-△。
根据刃口尺寸计算原则，落料 时应首先确定凹模刃口尺寸。 由于基准件凹模的刃口尺寸在 磨损后会增大，因此应使凹模 的基本尺寸接近工件轮廓的最 小极限尺寸，再减小凸模尺寸 以保证最小合理间隙值Zmin。仍 然是凸模取负偏差,凹模取正偏 差。落料时各部分尺寸公差的 分配位置如右图b)
表2-3 冲裁件内外形所能达到的经济精度
基本尺寸/mm
材料厚度t/mm
≤3 1~2 2~3 3~5
≤3
3~6
6~10 10~18 18~500
IT12~IT13
IT14
IT12~IT13
IT14
--
IT14
IT11 IT11
IT12~IT13 IT12~IT13
表2-4 两孔中心距离公差
一般精度(模具)
1、尺寸计算原则（在决定模具刃口尺寸及制造公差时）： 1）落料件的尺寸取决于凹件尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸模
尺寸。因此，设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上。 设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。
第二章冲裁工艺及模具设计
冲裁工艺及模具设计
在模具设计时合理间隙的值一般通过查表来确定。一般 冲压手册中均可查到，使用时注意各种资料、手册推荐的合 理间隙值不尽一致，有的相差较大。这是因为各行业对冲压 件的断面质量和尺寸精度要求不同所致。设计时一定要注意 零件的用途、技术要求等。表2-2为汽车、拖拉机制造业常 用的合理间隙值。
冲裁工艺及模具设计
当冲裁间隙选取过大或过小时，将导致板料上、下两方 裂纹不能重合于一线，如图2-3。间隙过小，凸模刃口附近 的裂纹比正常间隙时向外错开一段距离。这样上、下两裂纹 间的材料随着冲裁过程的进行将被第二次剪切，并在断面上 形成第二光亮带，如图2-4（a），这时毛刺也增大。间隙过 大时，凸模刃口附近的剪裂纹较正常间隙时向里错开一段距 离，材料受到较大拉伸，光亮带小，毛刺、塌角、斜度也都 增大，如图2-4(c)。此外，间隙过大或过小时均使冲裁件尺 寸与冲模刃口尺寸的偏差增大。
（3）断裂分离阶段
凸模再继续下行，塑性变形阶段已经形成的裂纹逐步扩 大并向材料内延伸，当材料上下面的裂纹相遇重合时，材料 便被剪断分离，如图2-2(c)。
冲裁工艺及模具设计
2.1.3 冲裁件的质量 2.1.3.1 影响冲裁件尺寸精度的因素
(1) 冲裁模的制造精度 冲裁模的制造精度对冲裁件尺 寸精度有直接的影响，冲裁模精度越高，冲裁件的精度越高。 表2-1为冲模有合理间隙、刃口锋利时，冲模制造精度与制 件尺寸的精度关系。
(1)当冲裁件断面质量要求不高时，在合理的间隙范围 内，应尽量取较大的间隙，从而有利于延长模具寿命，降低 冲裁力、推件力、卸料力。
冲裁工艺尽 量取较小值，这样尽管模具寿命有所降低，但保证了零件的 冲裁质量。
在设计冲模时，一般取Zmin作为初始间隙，主要是考虑 模具工作一段时间之后，要进行刃磨。修磨后会使间隙增大， 使Zmin向Zmax过渡。所以，为了使模具能在较长时间内冲制 出合格的零件，提高模具的利用率，降低生产成本，一般设 计模具时取Zmin作为初始间隙。
第二章 冲裁工艺与
3、查表法
也可以根据材料和厚度直接查表得到。见书表2-5.
第四节 冲裁模工作Байду номын сангаас分的设计计算 一、凸模与凹模刃口的尺寸计算
（一）凸、凹模刃口尺寸计算的依据和原则
观察冲压件,寻找计算的依据，根据观察的结果确定刃口 尺寸计算和选择公差的原则：
1.先确定基准件 落料：以凹模为基准，间隙取在凸模上； 冲孔：以凸模为基准，间隙取在凹模上。
F冲 KLt 1.3 740 2 345N 663780 N 卸料力：由表2 - 2查得K 卸 0.04 F卸 K 卸F冲 0.04 663780 N 26551 .2 N 推件力：由表2 2查得K 推 0.055 n h 6 3 t 2 F推 K 推 nF冲 0.055 3 663780 N 36507 .9 N 总冲压力F总 F冲 F卸 F推 663780 26551 .2 36507 .9 726839 N
一、冲裁力的计算
a.计算冲裁力的目的 选用合适的压力机、设计模具以及检验模具的强度。
b、冲裁力的计算公式
平刃口冲裁：
FP K PtL
式中：L——冲裁件周边长度（mm）； t——材料厚度（mm）； τ—— 材料的抗剪强度（MPa）； K——系数。一般k=1.3
降低冲裁力的方法
1）阶梯凸模冲裁
图2.4.2
图 2.1.6 间隙大小对冲裁件断面质量的影响 a)间隙过小；b)间隙合适；c)间隙过大
（3）模具刃口状态对断面质量的影响（如图2.1.7）
图 2.1.7
模具刃口状态对断面质量的影响
提高冲裁件断面质量的措施
1、整修； 2、选择塑性好的材料； 3、选择合理的模具间隙值； 4、保证模具刃口锋利。
第2章-冲裁工艺
B类尺寸，随凹模磨损，尺寸↓：
C类尺寸，随凹模磨损，尺寸不变：
34
2.3 冲裁模刃口尺寸计算
3）冲孔
第 2 章
冲
冲孔件
裁
工
艺
A类尺寸，随凸模磨损，尺寸↑：
B类尺寸，随凸模磨损，尺寸↓： C类尺寸，随凸模磨损，尺寸不变：
冲孔凸模刃口轮廓
35
2.3 冲裁模刃口尺寸计算
4）总之
第
2
第
2
非圆形工件x值
圆形工件x值
材料
章
厚度
1
0.75
0.5
0.75
0.5
t/mm
工 件 公 差 Δ/mm
冲
裁
1 <0.16 0.17~0.35 ≥0.36 <0.16 ≥0.16
工
1~2 <0.20 0.21~0.41 ≥0.42 <0.20 ≥0.20
艺
2~4 <0.24 0.25~0.49 ≥0.50 <0.24 ≥0.24
1、冲裁时的力态分析
第 普通冲裁示意图
2
模具工作部分有两个基
章
本特征：
冲
凸、凹模有锋利刃口
裁
凸、凹模有间隙
工
C - 单面间隙
艺
Z - 双面间隙
冲裁板料受力图
6
2.1 冲裁工艺分析
第
2
变形区位置
章
冲
裁
工
艺
变形区的应力状态
7
2.1 冲裁工艺分析
2、冲裁变形过程
第
2
1）弹性变形阶段
第2章 冲裁工艺
第
2.1 冲裁工艺分析
第二章 冲裁工艺及冲裁模
圆形凸模
第二章 冲裁工艺及冲裁模
非圆形凸模及其固定 冲小孔凸模及其导向结构
第二章 冲裁工艺及冲裁模
（4）凸模的长度 当采用固定卸料时（如图a）：L=h1+h2+h3+h 当采用弹性卸料时（如图a）：L=h1+h2+h4
2、凹模 定义：在冲压过程中，与凸模配合直接对冲制件进行分离或成形 的工作零件。
便于操作和实现生产自动化。 缺点：级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高。 适用：大批量生产小型冲压件。
第二章 冲裁工艺及冲裁模
第二章 冲裁工艺及冲裁模
第二章 冲裁工艺及冲裁模
第二章 冲裁工艺及冲裁模
第八节 冲裁模的部件和零件
第二章 冲裁工艺及冲裁模
一、工作零件 1、凸模 按整体结构分：整体式、护套式和镶拼式； 按截面形状分：圆形和非圆形； 按刃口形式分：平刃和斜刃。 凸模基本结构由两部分组成： 一是工作部分，用于成型冲件； 二是安装部分，用来使凸模正确固定在座上。 凸模的材料：形状简单寿命要求不高的凸模选用T8A、T10A等材料； 形状复杂且寿命要求较高凸模选用Cr12、Cr12MoV等制造 对于高寿命、高耐磨性的凸模选用硬质合金。 凸模的固定方法：
第二章 冲裁工艺及冲裁模
第四节 排样与搭边
一、排样 定义：排样指冲裁件在板料、条料或带料上的布置形式。 1、材料利用率 定义：在冲压生产中，材料利用率是指在一个进料距离内，冲裁件面积与板料
毛坯面积之比，用百分率表示。
A 100%
Bs
式中 ——材料利用率；
A——一个进料距离内冲裁件的实际面积，mm2； B——条料或带料宽度，mm； s——进料距离，mm。
第二章 冲裁工艺及冲裁模
第二章 冲裁工艺与模具结构讲解
a）不合理
冲裁件的尺寸标注
b）合理
2．冲裁件的精度与断面粗糙度要求
（1）冲裁件的经济精度一般不高于IT11级，最高可达IT8～IT10级， 冲孔比落料的精度约高一级。
（2）冲裁件的断面粗糙度一般为Ra12.5～50μm，最高可达Ra6.3μm。 常用材料通过修整后的表面粗糙度Ra的参考值如下：黄铜0.4μm，软钢 0.4～0.8μm，硬钢0.8～1.6μm。
第二节 冲裁工艺计算
冲裁工艺计算的内容包括：冲模刃口尺寸计算、条料尺寸计算、冲压 力与压力中心计算。
一、冲模刃口尺寸计算
冲模刃口尺寸及其精度，不仅决定着冲裁制件的尺寸精度，而且体 现着模具的合理间隙值。因此，正确确定冲模刃口尺寸及其精度，对保证 冲裁制件的尺寸精度和模具寿命至关重要。
1．计算原则
第二章 冲裁工艺与模具结构
第一节 第二节 第三节 第四节
第五节 第六节 第七节
冲裁与冲裁件工艺性 冲裁工艺计算 冲裁模典型结构 工作零件结构
定位零件结构 压料、卸料、送料零件结构 导向、支承、紧固零件结构
第一节 冲裁与冲裁件工艺性
一、冲裁及冲裁间隙 1．冲裁
冲裁是利用冲裁模在冲床上使板料沿一定的封闭曲线进行分离的 工序。
二、条料尺寸计算
1．有侧压装置模具
采用有侧压装置的模具，即在一侧导料板装有侧压装置的模具，能使
条料始终接触基准导料板送料，为了保证条料有足够的搭边，条料宽度可
按简化公式
B0
(Dmax
2a)
0
计算，其中，搭边值a已经考虑了剪料公差
所引起的减小值，条料宽度的偏差值Δ见下表。
有侧压装置的模具结构示意
条料宽度B
1．冲裁件的形状和尺寸要求
第2章 冲裁工艺与冲裁模
0 Dp ( Dd 2cmin )0 ( D x 2 c ) p max min p
1 1 1 1 Ld ( Lmin ) Td ( Lmin ) 2 2 2 8
0 绪论 一、冲压概念
2.凸模与凹模配合加工
配合加工法是指配做时，先制出一个基准件（如凹模），然后根据基准件 的实际尺寸，再按最小合理间隙Zmin配做另一件（如凸模）。
1.冲裁力的计算
平刃口冲裁模的冲裁力可按下式计算：
FP K PtL
式中，F—冲裁力，单位N； k—系数； L—冲裁件周边长度，单位㎜； t—板料厚度，单位㎜；τ b——材料抗剪强度，单位为MPa； 系数k是考虑到实际生产中各种因素对冲裁力的影响。 根据经验，一般取k＝1.3。 抗剪强度τ 的数值，取决于材料的种类和状态，可在有关手册中查取。 一般取τ b＝0.8σ b。 估算冲裁力公式： F＝Ltσ
Ap A K T
0
p
0 绪论 一、冲压概念
② 凸模磨损后尺寸增大。
B p B K
Tp 0
③ 凸模磨损后尺寸没有变化。 （根据工件尺寸的标注形式不同其计算也各异） 工件尺寸为正偏差标注，如C+0Δ，可按下式计算。 T 即 C p C 0.5 2p 工件尺寸为负偏差标注，如，可按下式计算。 Tp C C 0 . 5 即 p 2 工件尺寸为对称偏差标注，如，可按下式计算。 即 C p C Tp 2 式中， Ap、Bp、Cp——凸模刃口尺寸； A、B、C——工件孔的基本尺寸。
0 绪论
2.2 冲裁件尺寸精度及结构工艺性
2.2.1 冲裁件尺寸精度和表面粗糙度
1、金属冲裁件的内、外形的经济精度不高于ITll级，如表2-1。 一般落料精度最好低于IT10级，冲孔精度最好低于IT9级。冲裁剪切 面的近似表面粗糙度值件见表2-2。 2、非金属冲裁件的内外形的经济精度为IT14、IT15级。 3、冲裁尺寸标注应符合冲压工艺要求。例如下图2-5所示的冲裁件， 其中图a的尺寸标注方法就不合理，因为，两孔中心距会随模具的磨 损而增大。如改为图b的标注方式，则两孔中心距与模具磨损无关。
1 1 1 1 Ld ( Lmin ) Td ( Lmin ) 2 2 2 8
0 绪论 一、冲压概念
2.凸模与凹模配合加工
配合加工法是指配做时，先制出一个基准件（如凹模），然后根据基准件 的实际尺寸，再按最小合理间隙Zmin配做另一件（如凸模）。
1.冲裁力的计算
平刃口冲裁模的冲裁力可按下式计算：
FP K PtL
式中，F—冲裁力，单位N； k—系数； L—冲裁件周边长度，单位㎜； t—板料厚度，单位㎜；τ b——材料抗剪强度，单位为MPa； 系数k是考虑到实际生产中各种因素对冲裁力的影响。 根据经验，一般取k＝1.3。 抗剪强度τ 的数值，取决于材料的种类和状态，可在有关手册中查取。 一般取τ b＝0.8σ b。 估算冲裁力公式： F＝Ltσ
Ap A K T
0
p
0 绪论 一、冲压概念
② 凸模磨损后尺寸增大。
B p B K
Tp 0
③ 凸模磨损后尺寸没有变化。 （根据工件尺寸的标注形式不同其计算也各异） 工件尺寸为正偏差标注，如C+0Δ，可按下式计算。 T 即 C p C 0.5 2p 工件尺寸为负偏差标注，如，可按下式计算。 Tp C C 0 . 5 即 p 2 工件尺寸为对称偏差标注，如，可按下式计算。 即 C p C Tp 2 式中， Ap、Bp、Cp——凸模刃口尺寸； A、B、C——工件孔的基本尺寸。
0 绪论
2.2 冲裁件尺寸精度及结构工艺性
2.2.1 冲裁件尺寸精度和表面粗糙度
1、金属冲裁件的内、外形的经济精度不高于ITll级，如表2-1。 一般落料精度最好低于IT10级，冲孔精度最好低于IT9级。冲裁剪切 面的近似表面粗糙度值件见表2-2。 2、非金属冲裁件的内外形的经济精度为IT14、IT15级。 3、冲裁尺寸标注应符合冲压工艺要求。例如下图2-5所示的冲裁件， 其中图a的尺寸标注方法就不合理，因为，两孔中心距会随模具的磨 损而增大。如改为图b的标注方式，则两孔中心距与模具磨损无关。
第二章冲裁工艺与冲裁模
第二章冲裁工艺与冲裁模
凸模:
凹模:
式中： d—冲孔工件孔的基本尺寸，mm dp、dd—冲孔凸、凹模刃口尺寸，mm Δ—工件公差，mm —凸、凹模制造偏差（查表），mm X—磨损系数（查表）
第二章冲裁工艺与冲裁模
第二章冲裁工艺与冲裁模
②落料 设冲裁件的落料尺寸为
计算原则,计算公式为:
凹模:
,根据刃口尺寸
如不满足，则应提高模具制造精度，即减小 、 ⑤优点
凸、凹模具有互换性，制造周期短，便于批量生产。 ⑥缺点：模具制造公差小，模具制造困难，成本高。
第二章冲裁工艺与冲裁模
刃口尺寸计算注意点:
1.分清是冲孔还是落料 2.冲裁间隙Z的确定：与材料和料厚有关 3.冲裁件的尺寸标注是否标准
孔的标注： 落料的标注： 中心距标注：L
基准件刃口尺寸计算式：
A类尺寸：
B类尺寸：
C类尺寸：
C = C ±D ' 4 = C ±D 8
第二章冲裁工艺与冲裁模
A类尺寸：
B类尺寸：
C类尺寸： C = C ±D ' 4 = C ±D 8
式中： A、B、C—基准件基本尺寸, mm Amax—冲裁件A类尺寸最大极限值, mm B min—冲裁件B类尺寸最小极限值, mm δ—模具制造公差, mm
毛剌区：是由于冲裁间隙的存在 而产生，该区域一般不可避免。Байду номын сангаас
第二章冲裁工艺与冲裁模
注意事项
a、粗大毛刺的产生部位：
当凸模刃口磨钝时，落料件的上端会出现 粗大的毛刺； 当凹模刃口磨钝时，冲孔件的下端会出现 粗大的毛刺； 当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。
第二章冲裁工艺与冲裁模
凸模:
凹模:
式中： d—冲孔工件孔的基本尺寸，mm dp、dd—冲孔凸、凹模刃口尺寸，mm Δ—工件公差，mm —凸、凹模制造偏差（查表），mm X—磨损系数（查表）
第二章冲裁工艺与冲裁模
第二章冲裁工艺与冲裁模
②落料 设冲裁件的落料尺寸为
计算原则,计算公式为:
凹模:
,根据刃口尺寸
如不满足，则应提高模具制造精度，即减小 、 ⑤优点
凸、凹模具有互换性，制造周期短，便于批量生产。 ⑥缺点：模具制造公差小，模具制造困难，成本高。
第二章冲裁工艺与冲裁模
刃口尺寸计算注意点:
1.分清是冲孔还是落料 2.冲裁间隙Z的确定：与材料和料厚有关 3.冲裁件的尺寸标注是否标准
孔的标注： 落料的标注： 中心距标注：L
基准件刃口尺寸计算式：
A类尺寸：
B类尺寸：
C类尺寸：
C = C ±D ' 4 = C ±D 8
第二章冲裁工艺与冲裁模
A类尺寸：
B类尺寸：
C类尺寸： C = C ±D ' 4 = C ±D 8
式中： A、B、C—基准件基本尺寸, mm Amax—冲裁件A类尺寸最大极限值, mm B min—冲裁件B类尺寸最小极限值, mm δ—模具制造公差, mm
毛剌区：是由于冲裁间隙的存在 而产生，该区域一般不可避免。Байду номын сангаас
第二章冲裁工艺与冲裁模
注意事项
a、粗大毛刺的产生部位：
当凸模刃口磨钝时，落料件的上端会出现 粗大的毛刺； 当凹模刃口磨钝时，冲孔件的下端会出现 粗大的毛刺； 当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。
第二章冲裁工艺与冲裁模
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1.冲裁的概念？
2冲裁变形过程分为哪三个阶段？裂纹在哪个阶段产生？
2.冲裁变形过程分为哪三个阶段？裂纹在哪个阶段产生？
首先在什么位置产生？
3.冲裁件的断面分成哪四个特征区？
第二节冲裁间隙间隙的重要性
一、间隙的重要性
冲裁间隙Z ：
指冲裁模中凹模刃口横向
D 与凸模刃口横向尺寸d 尺寸A 与凸模刃横向尺寸T
的差值。
第二节冲裁模间隙
一间隙的重要性
、间隙的重要性1.间隙对断面质量的影响
间隙是影响冲裁件断面质量的主要因素。
2.间隙对尺寸精度的影响
3间隙对冲裁力的影响弹性变形的大小与冲裁间隙有直接的关系。
3.间隙对冲裁力的影响随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，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。
第二节冲裁模间隙
间隙的重要性
一、间隙的重要性
间隙对模具寿命的影响
4.间隙对模具寿命的影响
模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。
模具失效的原因一般有：磨损、变形、崩刃、折断和涨裂。
模具失效的原因般有
小间隙将使磨损增加，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、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损起模模模等
坏。
所以，为了延长模具寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采所以为了延长模具寿命在保证冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的。
第二节冲裁模间隙
二冲裁模间隙值的确定在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑给间隙规定一个范围值考二、冲裁模间隙值的确定
和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定个范围值。
考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙
Zmin
1.理论法确定法β0⎟⎞⎛h
2.经验确定法
3图表法()βtan 12tan 20⎠⎜⎝−=−=t t h t
Z
3.图表法。