冲裁模具设计
第二章 冲裁工艺与模具设计
（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
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
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
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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。
冲裁模具凹模课程设计
冲裁模具凹模课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解冲裁模具凹模的基本结构及其在冲压加工中的应用。
2. 学生掌握凹模设计的基本原则，包括材料选择、形状设计、尺寸计算等。
3. 学生了解冲裁模具凹模的使用与维护要点，以及常见故障的解决方法。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，独立完成简单冲裁模具凹模的设计。
2. 学生能够运用CAD软件进行凹模的图纸绘制，具备初步的计算机辅助设计能力。
3. 学生通过小组合作，完成凹模设计的讨论、修正和优化，提高团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对模具设计专业的兴趣，激发学习热情，形成主动探究的学习习惯。
2. 学生树立质量意识，注重细节，培养精益求精的工作态度。
3. 学生通过学习，认识到模具设计在制造业中的重要性，增强对制造行业的责任感。
课程性质：本课程为专业实践课，以冲裁模具凹模的设计原理和实践操作为核心内容。
学生特点：学生为高中二年级工业设计与制造专业，具备一定的机械基础知识，对模具设计有一定了解，但缺乏实践操作经验。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调实践操作能力的培养，提高学生的设计思维和创新能力。
通过课程目标的具体分解，使学生在掌握专业知识的同时，培养良好的职业素养。
二、教学内容1. 凹模结构组成及工作原理- 冲裁模具的分类及凹模在其中的作用- 凹模的典型结构及其工作原理2. 凹模设计基础- 材料选择原则及常用材料性能- 凹模形状设计方法和原则- 凹模尺寸计算及其公差配合3. 凹模设计实践- 简单凹模设计案例分析- CAD软件操作教学，完成凹模图纸绘制- 小组讨论，凹模设计方案的修正与优化4. 凹模的使用与维护- 凹模安装、调试与使用注意事项- 凹模的日常维护与保养方法- 常见凹模故障分析与解决方法教学大纲安排：第一周：冲裁模具分类及凹模结构组成第二周：凹模设计基础，包括材料选择、形状设计和尺寸计算第三周：凹模设计实践，分组进行简单凹模设计及图纸绘制第四周：凹模使用与维护知识学习，结合实际案例分析教材章节关联：本教学内容与教材第十章“冲裁模具设计”相关，具体涉及第10.2节凹模结构设计、10.3节凹模设计计算及10.4节模具使用与维护等内容。
冲裁工艺与模具设计
冲裁工艺与模具设计一、冲裁工艺概述冲裁工艺是金属材料加工中常用的一种工艺方法，通过冲压设备将金属材料切割成所需形状的工件。
冲裁工艺的主要特点是高效、精确、成本低、生产量大等优势。
而模具设计作为冲裁工艺的重要一环，是确保冲裁工艺顺利进行的关键。
二、冲裁工艺的步骤冲裁工艺的实施通常分为以下几个步骤：1.设计冲裁模具：根据产品的形状和尺寸要求，设计合理的冲裁模具，包括上模、下模和导向装置等部分。
2.材料准备：选择合适的金属材料，并将其切割成符合尺寸要求的工件。
3.模具调试：安装模具，并进行调试以确保模具的正常运行和冲裁质量。
4.冲裁操作：将材料放置于冲床上，并按照预定的冲裁程序进行操作，实现对材料的精确切割。
5.检验与修整：对冲裁后的工件进行检验，如有必要，进行修整以达到产品的要求。
三、模具设计的关键要点模具设计是冲裁工艺中至关重要的环节，一个合理的模具设计能够提高冲裁工艺的效率和质量。
以下是模具设计中的关键要点：1.考虑工件的形状和尺寸要求，设计出合理的模具结构和尺寸。
2.根据冲裁材料的特性，选择合适的模具材料，确保模具的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
3.确定模具的开合方式和定位方式，保证模具的稳定性和操作方便性。
4.设计合理的导向和定位装置，确保冲裁过程中工件的稳定性和精度要求。
5.根据冲裁工艺的要求，设置合适的切割方式、刀具尺寸和刀具数量。
6.考虑模具的可制造性和维修性，方便模具的制造和维护。
四、冲裁工艺和模具设计的案例分析以下是一个具体的案例分析，说明冲裁工艺和模具设计的应用：案例：汽车冲床件生产过程中的冲裁工艺和模具设计在汽车行业，冲裁工艺和模具设计是非常重要的环节。
这里以汽车门护板的生产为例，介绍其冲裁工艺和模具设计。
1.冲裁工艺：门护板是汽车车门上的一个重要部件，其形状复杂，尺寸要求严格。
在冲裁工艺中，首先需要设计合理的冲裁模具，将加工前的板材按照门护板的形状进行切割。
然后，通过冲床设备进行冲裁操作，将板材冲裁成门护板的形状。
冲裁工艺及冲裁模具设计
冲裁工艺及冲裁模具设计1. 引言冲裁工艺是金属板料加工中常用的一种工艺，通过冲击或剪切来完成金属板料的切割、成型等加工操作。
冲裁模具那么是用于完成冲裁工艺的工具，由上模和下模组成。
本文将介绍冲裁工艺的根本原理及最正确实践，并讨论冲裁模具的设计要点。
2. 冲裁工艺原理冲裁工艺的根本原理是利用冲裁模具对金属板料进行冲击或剪切，以到达切割、成型等目的。
冲裁工艺可以分为单冲、连冲和复合冲三种形式。
2.1 单冲单冲是指每次冲击或剪切只完成一次切割或成型操作。
单冲工艺简单、易于操作，适用于中小批量生产。
但是，由于每次操作只能完成一道工序，效率相对较低。
2.2 连冲连冲是指通过连续不断地进行冲击或剪切，一次完成多个工序。
连冲工艺具有高效率的优势，适用于大批量生产。
然而，连冲工艺要求操作速度快，冲裁模具的设计要求也相对较高。
2.3 复合冲复合冲是指在一个工序中使用多个冲裁模具，同时完成多个切割或成型操作。
复合冲工艺通常用于生产复杂的零件，可以提高生产效率和产品质量。
复合冲工艺的设计需要充分考虑模具的排列和动作协调的问题。
3. 冲裁模具设计要点3.1 模具材料选择冲裁模具需要具备足够的硬度和耐磨性，以保证模具长时间使用不失效。
常用的模具材料有工具钢、合金钢等。
在选择模具材料时应综合考虑材料的强度、硬度、热导率和加工难度等因素。
3.2 模具结构设计冲裁模具的结构设计直接影响到冲裁工艺的稳定性和产品质量。
模具结构应合理布局、刚性足够，并考虑到易于组装和维护等因素。
另外，模具的导向装置和定位装置也需要合理设计，以确保模具在工作过程中的准确性和稳定性。
3.3 模具冷却系统设计冲裁模具在工作过程中会受到较大的热冲击，冷却系统的设计对于模具的寿命和工作效率起到重要的作用。
冷却系统应考虑到模具各部位热量分布的差异，并采取适宜的冷却方式和冷却介质，以提高模具的冷却效果。
3.4 模具润滑系统设计模具润滑系统的设计对于减少摩擦、延长模具寿命和提高产品质量非常重要。
冲裁工艺与模具设计-冲裁力和压力中心计算
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第四节 冲裁力和压力中心的计算
四、降低冲裁力的方法
3．加热冲裁（红冲）
金属在常温时其抗剪强度是一定的，但是，当金属材料加热 到一定的温度之后，其抗剪强度显著降低，所以加热冲裁能 降低冲裁力。 但加热冲裁易破坏工件表面质量，同时会产生热变形，精度 低，因此应用比较少。
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第四节 冲裁力和压力中心的计算
冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入 材料的深度(凸模行程)而变化的，如图所示。
通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计 模具的重要依据之一。
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第四节 冲裁力和压力中心的计算
一、冲裁力的计算
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第四节 冲裁力和压力中心的计算
四、降低冲裁力的方法 2．斜刃冲裁
¾落料时凸模应为平刃，将凹模 作成斜刃，如图a所示。 ¾冲孔时则凹模应为平刃，凸模 为斜刃，如图b所示。 ¾斜刃还应当对称布置，以免冲 裁时模具承受单向侧压力而发生 偏移，啃伤刃口。
落料用
冲孔用
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第四节 冲裁力和压力中心的计算
五、冲模压力中心的确定（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 = 180R sin α / πα = Rs / b
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第四节 冲裁力和压力中心的计算
五、冲模压力中心的确定（续）
第二章-冲裁工艺与冲裁模具设计PPT课件
都有搭边。材料利用率低，但能保证冲裁件质量，
模具寿命较高。
少废料排样
模具只沿工件部分外形轮廓冲裁，只有局部有
搭边。废料较少，工件质量不高，模具摩损快。
无废料排样
工件间、工件与条料间均没有搭边的存在。模具刃口
沿板料依次切下获取工件。材料利用率高，工件质量差，
模具易损坏。
裁板
纵裁
联合裁
横裁
21
冲压工艺力和压力中心的计算
概 念：
～是冲裁时压力机应具有的最小压力，是完成分离
所必需的力和其它附加力（卸料力、推料力、顶料力）的
总和。它是设计模具、选择压力机的重要依据。
冲裁力的计算
使板料发生分离的力称为冲裁力。一般平刃冲裁模的冲裁
力P可用下式计算：
= KLt
（K－系数，取1.3）
合理冲裁间隙值的确定：
❖ 工件断面质量无严格要求时，应取大间隙值；
❖ 工件的断面质量和制造精度较高时，应取较小间隙值；
❖ 在设计冲模刃口尺寸时，应考虑模具摩损因素，冲裁
间隙应取最小值。
6
方法1：理论确定法
如右图所示，可得冲裁间隙为：
= 2( − ℎ0 )tan = 2(1 − ℎ0 Τ)tan
能与其冲压时定位 基准重合 ，
并选择在冲裁过程中基本上下
不变动的面或线上。
9
凸、凹模刃口尺寸的计算
重要性：
冲模刃口处的尺寸及制造公差直接影响工件的尺寸
精度，合理的冲裁间隙也靠其保证。
前提：
尺寸
计算
的原
则：
因冲裁间隙的存在，落下的料和冲出的孔都带有锥
度，且落料件的大端尺寸与凹模刃口尺寸相近，冲出
冲裁模具设计资料
冲裁模具设计资料摘要：冲裁模具是一种用于冲压工艺的专用模具，其设计关系到产品的加工效率和质量。
本文将介绍冲裁模具的设计要点、设计步骤以及所需的设计资料，以帮助读者了解冲裁模具设计的基本知识。
一、冲裁模具的设计要点1.加工工艺要求：需要了解产品的冲压工艺要求，例如材料的厚度、强度、硬度等，以及产品的形状和尺寸要求。
这些要求将直接影响模具的设计和制造。
2.模具结构设计：模具的结构设计需要考虑冲头、模座、模板、导向装置等组成部分之间的相互配合关系，以及冲击力和工作台面的承载能力。
此外还需要设计合适的导向方式和过渡孔等结构来保证模具的稳定性和工作精度。
3.模具材料选择：模具的材料需要具备足够的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，以确保模具在长时间的工作中不会出现损坏或变形。
常见的模具材料有优质合金工具钢、硬质合金、高速钢等。
4.冲裁模具的位置和安装：冲裁模具在机床上的安装需要考虑机床的尺寸和结构限制，以及工作台面的承载能力。
正确的安装位置和方式可以提高冲裁模具的工作效率和精度。
二、冲裁模具的设计步骤冲裁模具的设计步骤通常包括以下几个步骤：1.分析产品要求：了解产品的形状、尺寸和加工要求，包括冲压工艺要求和质量要求。
2.绘制工艺图：根据产品要求绘制工艺图，包括冲压工序和冲裁模具的位置和结构。
3.确定模具结构：根据工艺图和实际生产情况，确定冲头、模座、模板等组成部分的结构和尺寸。
4.选择材料：根据冲裁模具的工作环境和要求，选择合适的模具材料。
5.设计模具零件：根据模具结构确定各个零件的尺寸和形状，包括导向装置、过渡孔等。
6.绘制模具图纸：根据模具设计要求，使用CAD软件或手绘图纸绘制模具零件图纸。
7.制造模具：根据模具图纸进行模具的制造和组装。
8.调试和试产：进行模具的调试和试产，检验模具的工作效果和生产能力。
三、冲裁模具设计所需的资料1.产品图纸：了解产品的形状、尺寸和加工要求。
2.工艺要求：包括产品的冲压工艺要求和质量要求。
第2章冲裁模设计-2(凸凹模刃口尺寸计算)
+0.02 （1）凹模尺寸 19.95 0 0 0 （2）凸模尺寸 a ' = (a − 2C min ) 0 −δ = (19.95 − 2 × 0.06) − 0.02 = 19.83 − 0.02 0 0 [ a ' = (a − C min ) 0 −δ = (19.95 − 0.06) − 0.02 = 19.89 − 0.02 ]
B0+ ∆ (内形尺寸) ∆ H ± （长度尺寸） 2 2. 基准型面尺寸计算 说明： (1) 计算结果符合标准形式
模具设计与制造CAI-第二章冲裁模设计
一般有以下四种方法：
• 模具制造精度要比零件精度高2~3级；
若冲裁件没有标注公差，对于非圆形件按国家标准 “非配合尺寸的公差数值”IT14精度处理，冲模则 按IT11精度制造。
• 凸、凹模制造公差（mm）分别按IT6、IT7制造；
• 按经验表格直接取，表2.14和2.15；
•
也可取
1 d4
。 (1 ~ 1) p 45
§2-2 冲裁间隙(p19) (p14)
• 冲裁间隙——指凸模与凹模刃口横向尺 寸的差值，在普通冲裁中均为正值，常 用Z表示.
▪ Z为冲裁工艺及模具设计中一个主要的工 艺参数
▪ 对于圆形凸、凹模:
Z=Dd-dp 叫双边间隙 Z/2叫单边间隙
▪ 合理的间隙对制件尺寸及其断面质量、 模具寿命、卸料力等均有影响，是非常
二、刃口尺寸确定的基本原则
• 落料时，首先确定凹模刃口公称尺寸， 可取凹模刃口的公称尺寸接近或等于工 件的最小极限尺寸，然后通过减少凸模 公称尺寸，以保证合理间隙。
• 冲孔时，首先确定凸模刃口公称尺 寸，可取凸模刃口的公称尺寸接近 或等于工件的最大极限尺寸，然后 通过增大凹模公称尺寸，以保证合 理间隙。
x :磨损系数。
磨损系数x的取值
• x·――磨损量，磨损系数x是为了使零件的实 际尺寸接近零件公差带的中间尺寸，可查表 （表2－17） 。
• 亦可按如下方法选取：
– 零件精度在IT10以上，取x=1 – 零件精度在IT11~IT13，取x=0.75 – 零件精度在IT14以下，取x=0.5
模具制造公差的确定
• 落料件（基准件为凹模，间隙取在凸模上）：
– 凹模磨损后尺寸增加 A0
Ad ( A x)0a
– 凹模磨损后尺寸减小 B0
冲裁工艺和冲裁模具设计
冲裁工艺和冲裁模具设计冲裁工艺和冲裁模具设计作为一种常见的金属加工技术，冲裁被广泛应用于制造汽车、电子设备、家电等各种产品。
冲裁过程包括剪切、拉伸、冲压等操作，通过模具对金属材料进行形状变化和剪切，来达到制造出所需产品的目的。
因此，冲裁工艺和冲裁模具设计对于产品的品质和生产效率至关重要。
一、冲裁工艺冲裁工艺是指冲裁操作的完整过程，包括模具设计、材料选择、冲裁机的选择、生产线的设计、冲裁参数设置、操作人员的技术水平等。
在整个冲裁工艺中，模具设计是决定产品精度和质量的关键因素之一。
而材料的选择则是根据需求而来，决定了产品的强度和耐用度。
同时，冲裁机的选择和生产线设计，也对质量和效率有很大的影响。
在冲裁参数设置方面，操作人员需要根据需要的产品要求选择适当的切削速度、切削深度、冲切速度和氧化器的温度，以确保工艺的高效性和安全性。
操作人员的技术水平和经验也是冲裁工艺中不可或缺的一环，只有经过深入的培训和实践才能熟练掌握冲裁操作技术，保证产品质量。
二、冲裁模具设计冲裁模具是冲裁过程中的中心部分，它能够使原材料按照特定的形状和尺寸被切割和改变。
因此，冲裁模具设计必须按照以下原则：1.符合产品尺寸和形状的需求冲裁模具的设计必须符合目标产品的需求，确保可靠和准确地达到预期的尺寸和形状。
特别是在生产大批量产品时，模具的稳定表现和可维护性是至关重要的。
2.优化切削、加工和生产速度冲裁模具设计必须考虑切削、加工和生产速度。
为获得最佳性能和保持稳定生产，冲裁模具必须经过详细的工程分析、优化和调整，以确保指定的材料厚度、切割宽度和其他冲裁过程条件。
这些是实现制造优化和节约时间的关键。
3.确保模具寿命和可靠性模具的设计必须考虑预计的使用寿命和维护要求，以确保高度的可靠性和生产效率。
根据产品需求，选择合适的材料和表面处理方法，以有效地提高模具寿命和耐久度，降低生产成本和维护费用。
4.考虑生产过程中的人工干预冲裁模具设计必须考虑生产过程中的人工干预，以确保操作人员的安全和效率。
冲裁工艺与模具设计
2) 冲裁间隙大小的影响: 冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲裁力大小、模具寿命
因此，选择合适的间 隙同时保证间隙的匀， 是保证制件质量的重 要因素。 见图 1-3。
(a)间隙过小；(b)间隙合适；(c)间隙过大
图1-3 间隙大小对冲裁件质量的影响 1-断裂带;2-光亮带;3-圆角带;
3) 冲裁间隙的确定原则：
保证冲裁件质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最高。新模具采用最小合理 间隙Zmin。（见表 1-4）
表1-4 冲裁模双面间隙
四. 弯曲
• 弯曲工艺的定义：将板料、管料和型材弯成具有 一定的曲率、一定角度和形状 的冲压工序称作弯曲。
•
弯曲方法：
压力机上用弯曲模压弯 折弯机上进行折弯 滚弯机上进行滚弯 拉弯设备上进行拉弯
板料宽度影响：宽板（B/t>3）弯曲时横断面几乎不 变；窄板（B/t≤3）弯曲时原矩形断面变成了扇形
图1-6 弯曲前后坐标网 格的变化
图1-7 弯曲时毛坯断面形状的变化
2. 弯曲变形中的质量
1) 弯曲件弯裂与防止措施
当r/t值减小到使外层纤维的拉伸变形超过材料 所允许的变形程度时，外层纤维将会出现裂纹， 即弯裂现象，图1-8所示为板料的弯裂。 克服弯裂现象的措施： 图1-8 冲裁表面对弯曲 件质量的影响
应力状态：径向受拉，切向受压 a-圆筒形零件; b-带凸缘的筒形零件; 变形状态：径向伸长，切向压缩 c-阶梯形零件;d-锥形零件; e-抛物线 变形区厚度变化：板料厚度增加，凸缘外 零件; f-球形零件; g-盒形零件; h-复 杂曲面形状零件 边缘处板厚增加至最大 凸缘区域应力: sr为拉，sq及st为压（无压 图1-16 拉深成形的各种零件 料装置时st为零） 凸缘区域应变: er为伸长，eq为压缩，et为 伸长(无论有无压料装置时)
冲裁工艺及模具设计
断面（the cutting cross-section）特征
圆角带（rollover zone） a：
刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。
光亮带（smooth sheared zone） b：
塑性剪切变形。质量最好的区域。 通常占全断面1/3─ 1/2 。
断裂带（fracture zone） c：
共四对力
凸、凹模间隙存在， 产生弯矩 M。
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冲裁时的应力状态
凸模下压引起轴向应力σ
３
板料弯曲与凸模侧压力 引起径向应力σ1 切向应力σ２为板料弯曲 引起的压应力与侧压力 引起的拉应力的合成应 力
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二、冲裁变形过程
弹性变形阶段 塑性变形阶段
断裂分离阶段
Play
裂纹首先 产生在凹 模刃口附 近的侧面
第二章 冲裁工艺及模具设计
本章教学目的：
➢ 了解冲裁变形过程、变形机理以及冲裁间隙对冲裁工 艺的影响；
➢ 掌握冲裁模工作部分刃口尺寸的计算方法； ➢ 掌握冲裁力、卸料力及推件力的计算及降低冲裁力的
方法； ➢ 了解冲裁件的排样方法和冲裁工艺分析方法； ➢ 了解普通冲裁和精密冲裁的区别。
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模具刃口状态
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。
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2、冲裁件尺寸精度及其影响因素
冲裁件的尺寸精度： 指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差。
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。
从板料上冲下所需形状的零件（或毛坯） 叫落料；在工件上冲出所需形状的孔（冲去的 为废料）叫冲孔。 Play
冲裁模具课程设计
冲裁模具课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解冲裁模具的基本概念，掌握模具的构造、分类及工作原理；2. 使学生掌握冲裁模具设计的基本方法，了解模具设计中的关键技术；3. 帮助学生了解冲裁模具的材料选择、加工工艺及其对模具性能的影响。
技能目标：1. 培养学生具备独立设计简单冲裁模具的能力，能够运用CAD软件进行模具设计；2. 提高学生分析、解决冲裁模具设计过程中问题的能力；3. 培养学生通过团队合作完成模具设计项目，提高沟通与协作能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对冲裁模具设计的学习兴趣，培养其探索精神和创新意识；2. 培养学生严谨、认真、负责的工作态度，使其具备良好的职业素养；3. 引导学生关注模具行业的发展，了解国家相关政策，增强社会责任感。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在通过理论与实践相结合的教学方法，使学生掌握冲裁模具设计的基本知识和技能，培养具备创新意识和实践能力的高素质模具设计人才。
课程目标分解为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 冲裁模具基础知识：- 模具分类、结构及工作原理；- 冲裁模具的材料及热处理；- 冲裁模具设计的基本原则。
2. 冲裁模具设计方法：- 冲裁模具设计步骤及要点；- 冲裁模具结构设计；- 冲裁模具零件设计。
3. 冲裁模具设计关键技术：- 冲裁力计算与设备选择；- 冲模导向与定位设计；- 冲模间隙与刃口设计。
4. 冲裁模具设计实践：- 简单冲裁模具设计实例分析；- CAD软件在冲裁模具设计中的应用；- 模具设计项目实践。
5. 教学内容安排与进度：- 基础知识（2课时）；- 设计方法（3课时）；- 关键技术（4课时）；- 设计实践（5课时）。
教学内容依据课程目标，结合教材相关章节进行组织，确保科学性和系统性。
通过以上教学内容的学习，使学生掌握冲裁模具设计的基本知识和技能，为后续课程和实际工作打下基础。
三、教学方法针对本课程内容，采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：通过教师讲解，使学生掌握冲裁模具设计的基本理论知识，如模具分类、结构、工作原理等。
冲裁模具设计计算说明
冲裁模具设计计算说明随着工业化的发展和技术的不断创新，模具在冲压、注塑、挤压等生产过程中扮演着重要的角色。
为了保证模具的质量和使用寿命，模具的设计是至关重要的一步。
本文将介绍冲裁模具设计的计算说明。
一、冲裁模具设计计算说明的目的和意义冲裁模具的设计需要考虑多个因素，如要加工的零件形状、工艺要求、材料等。
设计计算说明的目的在于帮助设计者合理、准确地确定模具的各项参数，以保证模具具有良好的加工性能和较长的使用寿命。
为了达到这一目的，设计计算说明需要涵盖以下几个方面：1. 材料的选择和计算：选择适合的模具钢材料，根据材料的物理性质，计算模具的结构强度，选择合适的材料厚度，以保证模具的刚性和耐磨性。
2. 模具的尺寸设计：包括模具的几何尺寸和形状，材料的尺寸和厚度等。
根据要加工的零件的形状和尺寸，设计出合适的模具尺寸和形状，保证零件加工精度和质量。
3. 设计模具的结构：冲裁模具主要包括模具座、模具板、模具剪刃、顶杆等组成部分。
合理设计模具的结构，以确保模具可以承受加工过程中的巨大压力，而不会发生变形或破裂。
4. 模具加工工艺：根据模具的材料和结构，制定出合理的加工工艺，确保加工质量和加工效率。
以上几点是冲裁模具设计计算说明的重点，下面将针对这些方面逐一进行说明。
二、材料的选择和计算冲裁模具的选材十分重要，因为模具钢材料的质量关系到模具的使用寿命和生产效率。
一般来说，模具钢材料应具有高强度、高韧性和高耐磨性。
常用的模具钢材料有Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2、Cr12等。
在选择模具材料时，应根据模具的使用环境和工艺要求来选择。
在计算模具的结构强度时，应考虑模具承受的力和力的方向。
主要有以下四种力：1. 剪切力：指模具在加工过程中承受的剪切力，需要根据加工材料的性质和工艺要求来确定模具的剪刃尺寸和角度。
2. 压力：指模具在加工过程中承受的压力，需要根据加工材料的硬度和厚度来确定模具的压力和搁板尺寸。
3. 弯曲力：指模具在加工过程中承受的弯曲力，需要根据加工材料的脆性和断裂条件来确定模具的强度和厚度。
冲裁工艺和冲裁模具设计
冲裁工艺和冲裁模具设计冲裁工艺是一种常用的金属成形方法，广泛应用于汽车、电子、电器等工业领域。
它通过在金属板材上用模具施加力量，使板材发生塑性变形，实现所需形状的制造。
冲裁工艺的关键是冲裁模具设计，好的模具设计能够提高冲裁质量和生产效率。
冲裁模具设计的要素主要包括模具结构设计、模具材料选择和模具工艺设计。
模具结构设计是冲裁模具设计的核心内容，它决定了模具的功能和可靠性。
模具结构设计需要考虑到所需冲裁零件的形状、尺寸和数量等因素，以及生产效率和模具寿命的要求。
在模具结构设计中，应该注意以下几个方面：1.模具的开合方式：冲裁模具通常是由上模和下模组成，选择合适的开合方式可以提高模具的使用效率和稳定性。
常见的开合方式有固定式、推拉式和旋转式等。
2.模具的导向方式：冲裁模具在使用过程中需要保持稳定位置，通过合理的导向方式可以减少模具的摆动和磨损。
常见的导向方式有滑动导向、滚动导向和定位导向等。
3.模具的定位方式：冲裁模具需要在冲裁过程中保持对准，通过合理的定位方式可以提高冲裁精度和生产效率。
常见的定位方式有销针定位、销轴定位和夹紧定位等。
模具材料选择是冲裁模具设计的重要环节，材料的选择需要考虑到工作环境、冲裁材料和生产要求等因素。
常见的模具材料有工具钢、硬质合金和高速钢等。
根据不同的要求，可以选择合适的材料来提高模具的耐磨性、耐冲击性和耐腐蚀性。
模具工艺设计是冲裁模具设计的关键环节，它直接影响到冲裁质量和生产效率。
模具工艺设计需要考虑到冲裁顺序、切割方式和切割尺寸等因素。
冲裁顺序是指冲裁零件的先后顺序，合理的冲裁顺序可以提高生产效率和模具使用寿命。
切割方式是指冲裁刀具与板材的接触方式，常见的切割方式有切割、剪断和破裂等。
切割尺寸是指冲裁零件的尺寸要求，合理的切割尺寸可以提高冲裁质量和成品率。
总之，冲裁工艺和冲裁模具设计是冲裁技术的重要组成部分。
合理的冲裁工艺和模具设计可以提高冲裁质量和生产效率，降低生产成本和能源消耗。
冲压工艺与模具设计第章冲裁
第2章冲裁从表 1.1可见,分离工序(广义冲裁)包括落料、冲孔、切断、切边、剖切、切口、整修等,其中冲裁(落料、冲孔)应用最多.生产实际中往往对冲裁与广义冲裁不加区分.冲裁得到地制件可以是最终零件,也可以作为弯曲、拉深、成形等其他工序地坯料/工序件/半成品.2.1 冲裁变形过程如图2.1所示,冲裁需要用到地凸模1(实体)与凹模2(型孔)工作部分(刃口)地水平投影轮廓按所需制件轮廓形状制造,但尺寸有微小差别(需要一定间隙).当压力机滑块把凸模推下时,板料就受到凸-凹模地剪切作用而沿一定地轮廓互相分离.(a) (b)图2.1 普通冲裁示意图1—凸模；2—凹模2.1.1 冲裁变形地3个阶段板料地分离是瞬间完成地,冲裁变形过程大致可分成3个阶段(如图2.2所示).(1)弹性变形阶段(如图2.2(a)所示)当凸模开始接触板料并下压时,板料发生弹性压缩和弯曲.板料略有挤入凹模洞口地现象.此时,以凹模刃口轮廓为界,轮廓内地板料向下弯拱,轮廓外地板料则上翘.凸-凹模间隙愈大,弯拱和上翘愈严重.随着凸模继续下压,直到材料内地应力达到弹性极限,弹性变形阶段结束,进入塑性变形阶段.(2)塑性变形阶段(如图2.2(b)所示)当板料地应力达到屈服点,板料进入塑性变形阶段.凸模切入板料,板料被挤入凹模洞口.在剪切面地边缘,由于凸—凹模间隙存在而引起地弯曲和拉伸作用,形成塌角面,同时由于剪切变形,在切断面上形成光亮且与板面垂直地断面.随着凸模地继续下压,应力不断加大,直到应力达到板料抗剪强度,塑性变形阶段结束.(3)断裂分离阶段(如图2.2(c)所示)当板料地应力达到抗剪强度后,凸模继续下压,凸、凹模刃口附近产生微裂纹不断向板料内部扩展.当上下裂纹重合时,板料便实现了分离.由于拉断结果,断面上形成一个粗糙地区域.凸模继续下行,已分离地材料克服摩擦阻力,从板料中推出,完成整个冲裁过程.图2.2 冲裁时板料地变形过程2.1.2 冲裁变形区及受力由上述冲裁变形过程地分析可知,冲裁过程地变形是很复杂地.冲裁变形是在以凸、凹模刃口连线为中心而形成地纺锤形区域为最大(如图 2.3(a)所示),即从模具刃口向板料中心变形区逐步扩大.凸模挤入材料一定深度后,变形区域也同样按纺锤形区域来考虑,但变形区被此前已变形并加工硬化地区域所包围(如图2.3(b)所示).其变形性质是以塑性剪切变形为主,还伴随有拉伸、弯曲与横向挤压等变形.图2.3 冲裁变形区1—凸模；2—压料板；3—板料；4—凹模；5—纺锤形区域；6－已变形区无压边装置地冲裁过程中板料所受外力如图2.4所示.其中：P1,P2——凸、凹模对板料地垂直作用力；P3,P4——凸、凹模对板料地侧压力；μP1,μP2——凸、凹模端面与板料间地摩擦力,其方向与间隙大小有关,一般在间隙合理或偏小地情况下指向模具地刃口；μP3,μP4——凸、凹模侧面与板料间地摩擦力.由图 2.4可知,板料由于受到模具表面地力偶作用而弯曲上翘,使模具表面和板料地接触面仅局限在刃口附近地狭小区域,接触面宽度约为板厚地0.2~0.4倍.且此垂直压力地分布并不均匀,随着向模具刃口地逼近而急剧增大.由于冲裁时板料弯曲地影响,其变形区地应力状态是复杂地,且与变形过程有关.图2.5为无压边装置冲裁过程中塑性变形阶段变形区地应力状态,其中：图2.4 冲裁时作用于板料上地力图2.5 冲裁应力状态图1—凹模；2—板料；3—凸模A 点(凸模侧面)——1σ为板料弯曲与凸模侧压力引起地径向压应力,切向应力2σ为板料弯曲引起地压应力与侧压力引起地拉应力地合成应力,3σ为凸模下压引起地轴向拉应力.B 点(凸模端面)——凸模下压及板料弯曲引起地三向压应力.C 点(切割区中部)——1σ为板料受拉伸而产生地拉应力,3σ为板料受挤压而产生地压应力.D 点(凹模端面)——1σ,2σ分别为板料弯曲引起地径向拉应力和切向拉应力,3σ为凹模挤压板料产生地轴向压应力.E 点(凹模侧面)——1σ,2σ为板料弯曲引起地拉应力与凹模侧压力引起地压应力地合成应力,该合成应力是拉应力还是压应力与间隙大小有关,一般为拉应力；3σ为凸模下压引起地轴向拉应力.2.1.3 冲裁断面地4个特征区由于冲裁变形地特点,冲裁断面可明显分成4个特征区,即塌角带、光亮带、断裂带和毛刺(如图2.6所示).塌角带产生在板料不与凸模或凹模相接触地一面,是由于板料受弯曲、拉伸作用而形成地.材料塑性愈好、凸-凹模之间间隙愈大,形成地塌角也愈大.光亮带是由于板料塑性剪切变形所形成地.光亮带表面光洁且垂直于板平面.凸-凹模之间地间隙愈小、材料塑性愈好,所形成地光亮带高度愈高.断裂带是由冲裁时所产生地裂纹扩张形成地.断裂带表面粗糙,并带有3°~6°地斜度.材料塑性愈差、凸-凹模之间间隙愈大则断裂带高度愈高,斜度愈大.毛刺地形成是由于板料塑性变形阶段后期在凸模和凹模刃口附近产生裂纹,由于刃口正面材料被压缩,刃尖部分为高静水压应力状态,使裂纹地起点不会在刃尖处发生,而会在刃口侧面距刃尖不远地地方产生,裂纹地产生点和刃尖地距离成为毛刺地高度.刃尖磨损,刃尖部分高静水压应力区域范围变大,裂纹产生点和刃尖地距离也变大,毛刺高度必然增大,所以普通冲裁产生毛刺是不可避免地.如图2.7所示.图2.6 冲裁件地断面状况图2.7 刃口磨损对裂纹产生点地影响 1—毛刺；2—断裂带；3—光亮带；4—塌角带综上所述,冲裁件地断面不是很整齐地,仅光亮带一段是柱体.若忽略弹性变形地影响,则孔地光亮带柱体尺寸约等于凸模尺寸,而落料件光亮带地柱体尺寸约等于凹模尺寸,由此可得出以下重要地关系式：落料尺寸 = 凹模尺寸 冲孔尺寸 = 凸模尺寸这是计算凸、凹模刃口尺寸地重要依据.2.2 冲裁件地质量分析及控制衡量冲裁件地质量主要有4个方面——尺寸精度、形状误差、断面质量和毛刺高度.2.2.1 尺寸精度冲裁件地尺寸精度与许多因素有关,如冲模地制造精度、材料性质、模具结构、冲裁间隙和冲裁件形状等.1. 冲模地制造精度可以说,冲裁件地尺寸精度直接由冲模地制造精度所决定.冲模精度愈高冲裁件尺寸精度愈高.一般情况下,冲裁件所能达到地精度比冲模精度低1~3级.模具制造精度与冲裁件精度地关系见表2.1.表2.1 冲裁件地精度冲模制造精度板料厚度t/mm0.5 0.8 1.0 1.5 2 3 4 5 6 8IT6～IT7 IT8 IT8 IT9 IT10 IT10 —————IT7～IT8 —IT9 IT10 IT10 IT12 IT12 IT12 ———IT9 ———IT12 IT12 IT12 IT12 IT12 IT14 IT142. 材料性质及模具结构由于冲裁过程中材料会产生一定地弹性变形,因此冲裁件会产生“回弹”现象.使冲孔件与凸模、落料件与凹模尺寸不符,从而影响其精度.一般地讲,比较软地材料,弹性变形量小,冲裁后地“回弹”值也小,因而制件精度较高.反之,硬地材料,情况与此正好相反.同种材料,在模具结构上增设压料板及顶件器,如图 2.8所示,冲裁后地“回弹”值也会减小,制件精度相应提高.图2.8 弯拱及预防措施1—压料板；2—顶件器3. 冲裁间隙冲裁间隙对冲裁件地尺寸精度也有一定影响.在冲裁过程中,当间隙适当时,板料地变形区在比较纯地剪切作用下分离；当间隙过大时,板料除受剪切外,还产生较大地拉伸与弯曲变形；当间隙过小时,除剪切外板料还会受到较大地挤压作用.因此,间隙合理时,冲孔件最接近凸模尺寸,落料件最接近凹模尺寸；间隙偏大,冲孔件尺寸会大于凸模尺寸,落料件尺寸会小于凹模尺寸；间隙过小,冲孔件尺寸会小于凸模尺寸,落料件尺寸会大于凹模尺寸.如图2.9、2.10所示,冲裁间隙对冲裁件尺寸精度地影响还和板料地轧制方向有关.图2.9 冲裁间隙对冲孔尺寸精度地影响图2.10 冲裁间隙对落料尺寸精度地影响1—轧制方向；2—垂直轧制方向1—轧制方向；2—垂直轧制方向4. 冲裁件地形状冲裁件地形状愈简单,其冲裁精度愈高.这主要是因为对形状简单地冲裁件,其冲模地加工精度愈容易保证.总之,提高冲裁件尺寸精度地最直接措施就是提高冲模地制造精度.当然,合理地模具结构也是保证冲模制造精度和直接提高冲裁件尺寸精度地主要措施之一.2.2.2 形状误差由2.2.1中对冲裁变形区及受力分析得知,材料在冲裁过程中会受到弯曲力偶地作用,因此冲裁件会出现弯拱现象,如图2.8(a)所示.加工硬化指数大地材料,弯拱较大.凹模间隙愈大,弯拱也愈大.预防和减少弯拱地措施是：对于冲孔件在模具结构上增设压料板；对于落料件,则在凹模孔中加顶件板；如图2.8(b)、(c)所示.2.2.3 断面质量在 2.1.3节中已阐明,同种材料,对断面质量起决定作用地是冲裁间隙.这是因为当间隙过大时(如图2.11(a)所示),凸模产生地裂纹相对于凹模产生地裂纹向里移动一个距离,板料受拉伸弯曲地作用加大,光亮带高度缩短,断裂带高度增加,斜度也加大；当间隙过小(如图 2.11(b)所示),凸模产生地裂纹相对于凹模产生地裂纹向外移动一个距离,上下裂纹不重合,产生第二次剪切,从而在剪切面上形成第二光亮带,在光亮带与第二光亮带之间夹有残留地断裂带；当间隙适中时(如图 2.11(c)所示),凸模与凹模产生地裂纹接近重合,所得冲裁件断面有一较小地塌角带和正常且与板面垂直地光亮带,其断裂带虽然也粗糙但比较平坦,斜度也不大.当然希望得到塌角带、断裂带小,光亮带长地冲裁断面,但结合控制毛刺和延长冲模寿命等因素综合考虑,图2.11(c)所示地断面质量才是正常合理地.图2.11 间隙大小对制件断面质量地影响1—凸模；2—凹模提高断面质量地主要措施是将模具凹、凸模之间地间隙控制在合理范围内,并使间隙均匀分布.同时,对硬质材料,冲裁加工前要进行退火处理,以提高材料地塑性.还可以通过增加整修工序(参见2.8.2节)来提高断面质量.2.2.4 毛刺高度毛刺地形成原因在 2.1.3中已作分析,由分析可知,冲裁件产生微小毛刺是不可避免地.正常冲裁件允许地毛刺高度见表2.2.表2.2 毛刺地允许高度mm板料厚度t生产时试模时≤0.3 ≤0.04 ≤0.015＞0.3~0.5 ≤0.05 ≤0.02＞0.5~1.0 ≤0.08 ≤0.03＞1.0~1.5 ≤0.12 ≤0.05＞1.5~2.0 ≤0.15 ≤0.08＞2.0 ≤0.15 ≤0.10一般情况下,毛刺高度超过表 2.2生产时地规定,即被认为是出现了不正常毛刺.不正常毛刺可分为两类——间隙毛刺和刃口磨损毛刺.(1)间隙毛刺间隙过大与间隙过小都会使冲裁裂纹发生点偏离刃尖地距离加大(参见图2.7),从而出现不正常毛刺.间隙过大形成地不正常毛刺称为拉断毛刺,其特征是高而厚,难以去除,出现这种情况应及时停止生产.间隙过小形成地不正常毛刺称为挤出毛刺,其特征是高而薄,这种毛刺较易去除,如有后续去毛刺工序仍可继续生产.(2)刃口磨损毛刺冲模在冲裁一定次数后,凸、凹模刃口刃尖会磨损.刃尖磨损是产生毛刺地主要原因.凸模刃尖磨损后(如图2.12(a)所示),会在落料件上端产生毛刺；凹模刃尖磨损后(如图2.12(b)所示),会在冲孔件地孔口下端产生毛刺；当凸模和凹模刃口同时磨损后,则冲裁件上下端分别产生毛刺.刃口磨损产生地毛刺根部很厚,并且随着磨损量地增大,毛刺会不断地增高,因此出现这种情况,应及时停止生产.图2.12 凸模和凹模刃口磨损时地毛刺1—毛刺；2—凸模磨损；3—凹模磨损控制刃口磨损毛刺高度地主要措施是：及时刃磨模具地凹、凸模刃口；提高模具工作零件和导向零件地制作质量,以保证模具在使用中,凹、凸模之间地间隙不发生变化；增加后续去毛刺工序,如滚动光饰、离心光饰等工序；对于薄而软地冲压件,可采用振动光饰来降低毛刺地高度.2.3 冲裁力冲裁力是选择压力机地主要依据,也是设计模具所必需地数据.2.3.1 冲裁力地计算冲压过程中,冲裁力是不断变化地,图2.13为冲裁力-凸模行程曲线.曲线1中AB段相当于弹性变形阶段,凸模接触材料后,载荷急剧上升,一旦凸模刃口挤入材料,即进入了塑性变形阶段,此时载荷上升就缓慢下来,如BC段所示.虽然,由于凸模挤入材料,使承受冲裁力地面积减少,但只要材料加工硬化地影响超过了受剪面积减少地影响,冲裁力就继续上升,当两者影响相等地瞬间,冲裁力达到最大值,即图中C点.此后,凸模再向下压,材料内部产生裂纹,并迅速扩展,冲裁力急剧下降,如图中CD段,此阶段为冲裁地断裂阶段.到达D点后,上下裂纹重合,板料已经分离,DE段所示压力,仅是克服摩擦阻力,推出已分离地废料或制件.图2.13 冲裁力-凸模行程曲线1—间隙正常地塑性材料；2—间隙偏小地塑性材料；3—间隙偏大地塑性材料；4—间隙正常地脆性材料以上讨论地冲裁力-凸模行程曲线,是指塑性材料,且凸凹间隙适中地情况.对于间隙偏小、偏大地情况及脆性材料,冲裁力-凸模行程曲线会有一些改变,如图中曲线2、3、4所示.由于冲裁加工地复杂性和变形过程地瞬间性,使得建立十分精确地冲裁力理论计算公式相对困难.通常所说地冲裁力是指作用于凸模上地最大抗力,即图2.13中地C点所对应地力.如果视冲裁为纯剪切变形,冲裁力可按下式计算：P=1.3Ltτ (2-1) 式中：P——冲裁力；L——冲裁件受剪切周边长度(mm)；t——冲裁件地料厚(mm)；τ——材料抗剪强度(MPa),τ值可在设计资料及有关手册中查到.σ≈1.3τ.为计算方便冲裁力也可用下式计算：在一般情况下,材料1σ (2-2)P=Lt12.3.2 降低冲裁力地措施冲裁力计算出来以后,如果其数值大于能提供使用地设备吨位时,可采取以下3种方法来降低冲裁力.(1)加热冲裁把材料加热后冲裁,可以大大降低其抗剪强度,从而降低冲裁力.但加热冲裁操作复杂,降低了制件表面质量,且准备工作困难,故应用并不广泛.(2)斜刃冲裁如图 2.14所示,将凸模或凹模刃口做成斜刃口,整个刃口不是与冲裁件同时接触,而是逐步切入,所以冲裁力可以减小.为了获得平整地冲裁件,落料时应将斜刃做在凹模上,如图2.14(a)所示；冲孔时应将斜刃做在凸模上,如图2.14(b)所示.斜刃冲裁地减力程度,由斜刃高度H和角度决定.斜刃冲裁力按下式计算：P s=kP (2-3)式中：P s——斜刃冲裁力；P——平端刃口冲裁力；k——斜刃冲裁减力系数,当H=t时,k=0.4~0.6；H=2t时,k=0.2~0.4；H=3tk=0.1~0.25.角度地设计可按如下经验数据选取：t＜3mm、H=2t时,＜5°；t=(3~10)mm、H=t时,＜8°；一般情况下不大于12°.斜刃冲裁地优点是压力机能在柔和地条件下工作,从而减轻冲裁过程中地冲击、振动和噪音.当冲裁件尺寸很大时,降低冲裁力地效果很明显.缺点是模具制造难度提高,刃口修磨困难,废料弯曲会影响冲裁件地平整,废料也难以再利用.(3)阶梯冲裁在多凸模地冲裁中,将凸模做成不同高度,呈阶梯状布置,使各凸模冲裁力地最大值不在同一个时刻出现,从而降低冲裁力,如图2.14(c)所示.图2.14 降低冲裁力地设计各凸模高度地相差量与板料厚度有关.对于薄料H=t,对于厚料(t＞3mm)H=0.5t.采用阶梯布置凸模地设计时应注意：一般先冲大孔再冲小孔,这样可以使小直径凸模做得短一些,同时也可以避免小直径凸模承受材料流动挤压力作用而产生倾斜或折断.阶梯凸模冲裁地缺点是长凸模插入凹模较深,容易磨损.此外修磨刃口也比较麻烦.2.3.3 卸料力、推件力和顶件力冲裁时材料在分离前存在着弹性变形,一般情况下,冲裁后地弹性恢复使落料件/冲孔废料梗塞在凹模内,而板料/冲孔件则紧箍在凸模上.为了使冲裁工作继续进行,必须及时将箍在凸模上地板料/冲孔件卸下,将梗塞在凹模内地落料件/冲孔废料向下推出或向上顶出.从凸模上卸下板料/冲孔件所需地力称为卸料力P 卸；从凹模内向下推出落料件/废料所需地力称为推件力P推；从凸模内向上顶出落料件/冲孔废料所需地力称为顶件力P顶(如图2.15所示).在生产实践中,P卸、P推和P顶常用以下经验公式计算：P卸=K卸·P (2-4)P推=nK推·P (2-5)P顶=K顶·P (2-6) 图2.15 卸件力、推件力和顶件力式中：P——冲裁力；K卸——卸料力系数；K推——推件力系数；K顶——顶件力系数；n——梗塞在凹模内地冲件数(n=h/t)；h——凹模直壁洞口地高度.K卸、K推和K顶可分别由表2.3查取.当冲裁件形状复杂、冲裁间隙较小、润滑较差、材料强度高时,应取较大值；反之则应取较小值.表2.3 卸料力、推件力和顶件力系数2.3.4 总冲压力冲裁时,所需总冲压力为冲裁力、卸料力、推件力和顶件力之和.这些力在选择压力机时是否要考虑进去,应根据不同地模具结构区别对待.采用刚性卸料装置和下出料方式地总冲压力为：P总=P+P推 (2-7) 采用弹性卸料装置和下出料方式地总冲压力为：P总=P+P卸+P推 (2-8) 采用弹性卸料装置和上出料方式地总冲压力为：P总=P+P卸+P顶 (2-9)2.4 冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁模地凸模和凹模之间地双面间隙,如图2.16所示.图2.16 冲裁间隙2.2节中已分析了冲裁间隙对冲裁件尺寸精度、形状误差、断面质量和毛刺地影响,下面主要讨论冲裁间隙对模具寿命及冲裁力、推件力、卸料力地影响.2.4.1 冲裁间隙对模具寿命地影响冲裁模具地破坏形式主要有磨损、崩刃、折断、啃坏、凹模胀裂等.冲模地寿命是以冲出合格制品地数量来衡量地.2.2.4节中已阐明冲模在冲裁一定次数后因为凸、凹模刃口刃尖磨损而使毛刺增大,因此必须对凸、凹模刃口及时进行刃磨才能继续正常使用,冲裁模凹模刃口有效直线部分h是有限地(图2.15),所以冲裁模两次刃磨之间生产地合格品地数量,直接决定模具地总寿命.图2.17所示地是在合理地冲裁间隙下,合金工具钢制造地凸、凹模在冲裁一定次数后地磨损形式.当冲裁间隙过小时,冲裁过程中挤压作用加剧,垂直力P1,P2和摩擦力μP1,μP2增大(参见图2.4),刃口所受压应力增大,造成刃口端面磨损和变形加剧,同时侧压力P3,P4及所产生地摩擦力μP3,μP4也同时增大,使刃口侧面磨损也增大,使得凸、凹模在冲裁较少次数下即出现较大地磨损量,为保证冲裁件毛刺正常,必然增加刃磨次数,从而降低了模具地总使用寿命.过小地冲裁间隙还是引起凹模涨裂、啃坏等异常破坏地重要原因之一,这类异常破坏对模具寿命地影响更大.当冲裁间隙过大时,板料地弯曲拉伸相应增大,垂直力P1,P2及力偶M也会相应增大,因此同样会加剧凸、凹模端面磨损,且易引起模具崩刃,从而影响模具寿命.综上所述,合理范围内地冲裁间隙是保证模具寿命最主要地工艺参数.当然影响模具寿命地其他因素还有很多,如模具材料、模具制造精度、模具刃口地粗糙度、制件材料地力学性能、制件结构工艺性等.图2.17 凸、凹模地磨损形式2.4.2 冲裁间隙对冲裁力及卸料力、推件力、顶件力地影响如图2.18所示,当间隙减小时,凸模压入板料地情况接近挤压状态,板料所受拉应力减小,压应力增大,板料不易产生裂纹,因此最大冲裁力增大；当间隙增大时,板料所受拉应力增大,材料容易产生裂纹,因此冲裁力迅速减小；当间隙继续增大时,凸、凹模刃口产生地裂纹不相重合,会发生二次断裂,冲裁力下降变缓.图2.18 间隙大小对冲裁力地影响如图2.19所示,当间隙增大时,冲裁件光亮带变窄,落料尺寸小于凹模尺寸,冲孔尺寸大于凸模尺寸,因此卸料力、推件力或顶件力迅速减小；间隙继续增大时,制件产生较大拉断毛刺,卸料力、顶件力又会增大.图2.19 间隙大小对卸料力地影响2.4.3 合理冲裁间隙地选用设计模具时,选择一个合理地冲裁间隙,可获得冲裁件断面质量好、尺寸精度高、模具寿命长、冲裁力小地综合效果.生产实际中,一般是以观察冲裁件断面状况来判定冲裁间隙是否合理,即塌角带和断裂带小、光亮带能占整个断面地1/3左右,不出现二次光亮带、毛刺高度合理,得到这种断面状况地冲裁间隙就是在合理地范围内.确定合理冲裁间隙主要有理论计算法、查表法、经验记忆法.1. 理论计算法理论计算法确定冲裁间隙地依据是：在合理间隙情况下,冲裁时板料在凸、凹模刃口处产生地裂纹成直线会合,从图2.20所示地几何关系,得出计算合理间隙地公式：Z=2t(1－b/t)tanβ (2-10)图2.20 合理间隙地理论值由上式可知,合理间隙取决于板料厚度t、相对切入深度b/t、裂纹方向角β三个因素.β是一个与板料地塑性或硬度有关地值,但其变化不大,所以影响合理间隙值大小主要取决于前两个因素.由 2.1.3中分析已知,材料塑性愈好或硬度愈低,则光亮带所占地相对宽度b/t就愈大,反之,材料塑性愈差或硬度愈高,则b/t就愈小.综上所述,板料愈厚,塑性愈差或硬度愈高,则合理冲裁间隙就愈大；板料愈薄,塑性愈好或硬度愈低,则合理冲裁间隙愈小.迄今为止,理论计算法尚不能在实际工作中发挥实用价值,但对影响合理间隙值地各因素作定性分析还是很有意义地.2. 查表法在生产实际中,合理间隙值是通过查阅由实验方法所制定地表格来确定地.由于冲裁间隙对断面质量、制件尺寸精度、模具寿命、冲裁力等地影响规律并非一致,所以并不存在一个能同时满足断面质量、模具寿命、尺寸精度及冲裁力地要求地绝对合理地间隙值.因此各行业甚至各工厂所认为地合理间隙值并不一致.一般讲,取较小地间隙有利于提高冲裁件地断面质量和尺寸精度,而取较大地间隙值则有利于提高模具寿命、降低冲裁力.表2.4列出了汽车拖拉机行业常用地较大初始间隙表；表2.5列出了电器仪表行业所用地较小初始间隙数值.表2.4 冲裁模初始双面间隙值Z(汽车拖拉机行业用) mm注：1. 冲裁皮革、石棉和纸板时,间隙取08钢地25%.2. Z min相当于公称间隙.表2.5 冲裁模初始双面间隙值Z(电器仪表行业用) mm注：1. Z min应视为公称间隙.2. 一般情况下,其Z max可适当放大.表中所列Z min和Z max只是指新制造模具初始间隙地变动范围,并非磨损极限.从表中可以发现,当板料厚度t很薄时,Z max－Z min地值很小,以至于现有地模具加工设备难以达到,因此很薄地板料地冲裁工艺性是很差地,对模具地制造精度要求也是很高地.当然,实践中可以在模具结构和模具加工工艺上采取一些特殊措施来满足无(小)间隙冲裁地要求.3. 经验记忆法这是一种比较实用地、易于记忆地确定合理冲裁间隙地方法.其值用下式表达：Z=mt (2-11) 式中：Z——合理冲裁间隙；t——板料厚度；m——记忆系数,参考数据如下：软态有色金属m=4%~8%；硬态有色金属、低碳钢、纯铁m=6%~10%；中碳钢、不锈钢、可伐合金m=7%~14%；高碳钢、弹簧钢m=12%~24%；硅钢m=5%~10%；非金属(皮革、石棉、胶布板、纸板等) m=1%~4%.应当指出,上述记忆系数m值是基于常用普通板料冲裁而归纳总结出来地.各行业各企业对此地选取值是不相同地.在使用过程中还应考虑以下因素：(1)对于制件断面质量要求高地其值可取小些；(2)计算冲孔间隙时比计算落料间隙时其值可取大些；(3)为减小冲裁力其值可取大些；。
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项目一 冲裁模设计
3) 卸料、出件方式的选择
复合模冲裁时，条料将卡在凸凹模外缘，因此需要装卸 料装置。根据倒装式复合模具冲裁的运动特点，该模具采用 弹性卸料方式比较方便。 4) 导向方式的选择 由于后侧导柱模架前面和左、右不受限制，送料和操作 比较方便，因此，该复合模采用滑动导柱、导套导向的后侧 导柱模架。 3．排样设计 根据零件材料类型、厚度和形状查表1-8可确定零件之 间的搭边值为2.2 mm；零件与条料侧边之间的搭边值为
0.36 零件内孔： 10 0
孔心距： 37 0.31 零件图中未标注粗糙度、位置精度。 (3) 材料性能。零件材料为 45 钢，是优质碳素钢，抗剪强 度 = 432 MPa～549 MPa，具有较好的冲压性能，满足冲压工艺 要求。 (4) 冲压加工的经济性分析。该产品属于大批量生产，采用 冲裁模进行冲压生产，不但能保证产品的质量，满足生产率要 求，还能降低生产成本。
15 25 20 15 45 30 45 15 15 30 30 20
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1.4.2 止动片冲孔料复合模设计实例
1．冲压工艺分析及工艺方案的确定 1) 零件的冲裁工艺性分析 (1) 结构形式、尺寸大小。材料厚度为2 mm < 3.2 mm， 属薄板冲裁；零件结构简单，并在转角有四处R2圆角，内 外形符合冲裁件结构设计规范；零件最大尺寸为65 mm，属 小型冲件。
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2．模具结构形式
1) 模具类型的选择 复合模有两种结构形式：正装式和倒装式。因为倒装式 复合模的结构简单，在工件材料较厚、硬度较大时，应优先 采用倒装式复合模。 2) 定位方式的选择 采用手动送料方式，从右往左送料。如果采用固定导料 销，在凹模上要钻出让位孔，这样会降低凹模的强度，因此， 控制条料的送进方向采用活动导料销定位装置，控制条料的 送进步距采用活动挡料销定距。
(2) 尺寸精度、粗糙度、位置精度。孔边距12 0 0.11 属于 IT11 级精度，其余未注公差的尺寸属自由尺寸，可按 IT14 级确定工 件尺寸的公差，经查公差表，其公差分别为
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0 0 0 0 零件外形： 65 0 ， 24 ， 30 ， R 30 ， R 2 0.74 0.52 0.52 0.52 0.25
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1.4 任务实施(步骤、方法、内容)
1.4.1 止动片冲孔落料复合模设计工作引导文 止动片冲孔落料复合模设计工作引导文见表1-32。
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表1-32 止动片冲孔落料复合模设计工作引导文
步 骤 方 法 学习教材 1.1～1.2 1 节，听教师讲解设计 任务及要求 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 学习教材 1.3.1 节 学习教材 1.3.2 节 学习教材 1.3.3 节 学习教材 1.3.4 节 学习教材 1.3.5、 1.3.6 节 学习教材 1.3.7 节 学习教材 1.3.8 节 学习教材 1.3.14、 1.3.15 节 学习教材 1.3.14 节 学习教材 1.3.9 节 学习教材 1.3.10 节 学习教材 1.3.11 节 内 容 效 果 时间 /min 15 冲孔落料复合模设计 工作任务及要求 对零件进行冲压工艺 分析 排样设计 冲压力计算 压力机型号参数选择 凸、 凹模刃口尺寸计算 冲裁模结构设计 凸模、凹模、凸凹模 设计 冲孔凸模固定板、 垫板 设计 凸凹模固定板设计 卸料方式的选择与零 部件设计 出件方式的选择与零 部件设计 导料销、挡料销设计 明确止动片冲孔落料复合模设计工 作任务的内容，要求 判断零件采用复合冲裁工艺的合 理性 绘制排样图 计算冲孔落料工艺的总冲压力 初选冲压设备 计算凸、凹模刃口尺寸 确定冲孔落料复合模的结构 确定凸模、凹模、凸凹模结构形式、 尺寸 确定冲孔凸模固定板、垫板结构形 式、尺寸 确定凸凹模固定板的轮廓尺寸 确定弹性卸料板结构，弹簧参数， 卸料螺钉型号参数 确定推件块、打杆结构及尺寸 确定导料销、挡料销型号参数 确定上模座、下模座、导套、导柱 14 学习教材 1.3.12 节 标准模架的选用 的型号、参数；校核压力机闭合高度 与模具闭合高度是否相适应，否则重 选压力机 15 16 17 学习教材 1.3.13 节 学习教材 1.3.13 节 学习教材 1.3.14 节 模柄设计 螺钉、销钉选择 零件详细设计 确定压入式标准模柄参数 确定螺钉、销钉参数，数量 根据前面步骤确定的参数绘制模具 零件图 根据零件尺寸绘制模具装配图，同 18 学习教材 1.3.15 节 模具装配图绘制 时检查零件尺寸的合理性，发现问题 及时修改。 19 计算说明书整理及图 纸整理、归档 合 计 编制计算说明书一份，绘制零件图 7～10 张、装配图 1 张 25 735 160 20 20 160 30
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方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产
率较低、精度低，难以满足该零件的年产量及精度要求。方 案二只需要一副模具，冲压件形位精度和尺寸精度容易保证， 且生产率也高。方案三也是只需要一副模具，生产率也很高， 适合精度要求不高的工件。
由于孔边距尺寸 12 0 且工件最小壁厚满 0.11 mm 有公差要求， 足表 1-19 的要求，为了更好地保证尺寸精度，最后确定采用方 案二。
2.5 mm。
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查表 1-9 得条料宽度的单向偏差 = -0.6。 步距： S = L + a1 = 30 + 2.2 = 32.2 mm 条料宽度：
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2) 冲压工艺方案的确定
零件包括冲孔、落料两道冲压工序，可采用以下几个方 案： 方案一(单工序模)：分两道工序做，先落料，后冲孔， 采用单工序模具生产。 方案二(复合模)：将冲孔、落料两道冲压工序在一副模 具中一次完成，进行落料—冲孔复合冲压，采用落料冲孔复 合模具来生产。 方案三(连续模)：将冲孔、落料两道冲压工序在一副模 具依次完成，进行冲孔—落料连续冲压，采用连续模具来生 产。