精密冲裁工艺及精冲模具设计简介.pptx
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第九节精密冲裁工艺及精冲模具设计简介
2．9．1精密冲裁概述
1．精密冲裁的工作原理及过程 尺寸精度高、冲裁面光洁、翘曲小且互换性 基本要素:精冲机床、精冲模具、精冲材料、精冲工
艺及精冲润滑
普通冲裁和精冲两种工艺方法的区别
(1)采用带齿圈的压板起强烈的压边作用，使之造成三 向压应力状态，增加变形区及其邻域的静水压。
度；SF为零件受压面积；p为零件的单位反压力，取20-70 MPa，大面积时取大 值，小面积、薄零件时取小值
1．精冲模与普通冲模的结构比较
(1)精冲模有凸出的齿形压边圈，材料在压边圈和凹模、反压板 和凸模的压紧下实现冲裁，工艺要求压边力和反压力大大地 大于卸料力的顶件力，以满足在变形区建立三向不均匀压应 力状态的要求，因此精冲模受力比普通冲模大，刚性要求更 高。
齿圈位置等因素有关。h=Kt t为料厚，K系数 ，由图2．9．23选取 4．齿圈的尺寸 V形齿圈已标准化
2．9．6精冲模齿圈的设计
4．齿圈的尺寸（续） ①根据Feintool资料,当t=4.5mm，而仅在压板或凹
模上使用齿圈时，其值可由表2.9.4选取；当 t>4.5mm，而在压板和凹模上同时使用齿圈时，其 值可由表2.9.5选取。 ②根据Schmid资料，如图2.9.25所示，当t≤4mm时 ，使用单面齿圈；当t>4mm时，使用双面齿圈。其 值由表2.9.6选取。
2.9.4精密冲裁模的设计要点
1．设计要求和内容
(1)模具结构必须满足精冲工艺要求，并能在工作状 态下形成立体压应力体系。
(2)模具具有较高的强度和刚度，导向精度良好。 (3)认真考虑模具的润滑、排气，并能可靠清除冲出 的零件及废料。 (4)模具结构简单、维修方便，具有良好的经济性
2．精冲的排样和精冲力的计算
(2)凹模(或凸模)刃尖处制造出0.02～0.2 mm左右的小 圆角，抑制剪裂纹的发生，限制断裂面的形成，有利 于工件断面的挤光作用。
(3)采用较小的间隙(甚至零间隙)，使变形区的拉应力 尽量小，压应力增大。
(4)施加较大的反顶力，减小材料的弯曲，同时起到增 加压应力的作用。
精冲过程
2.9.2精密冲裁的工艺方法
2．精冲模的结构
(1)活动凸模式精冲模 活动凸模式精冲模的优点是：维修简单，安装方便
，适于冲裁力不大的中小零件。缺点是：在冲内孔多 的零件时，凸模1的支承推板13强度不够。 (2)固定凸模式精冲模
优点是结构稳定，凸模的支承好。缺点是制造和调 整麻烦，且需专用的结合环。 (3)简易精冲模 简易精冲模利用碟簧(见机械零件手册)在机械作用下 变形产生的轴向压缩力，对冲裁过程产生齿圈压力和 顶件力
2．9．6精冲模齿圈的设计
1．齿圈的作用 (1)固定被加工板料，避免材料受弯曲或拉伸。 (2)抑制冲件以外的力。 (3)压应力提高了被加工材料的塑性变形能力。 (4)减少塌角。 (5)兼退料作用。
2．9．6精冲模齿圈的设计
2．齿圈的分布 (1)在塌角大的部分，V形齿圈应和刃口的形状相一致
。
(2)在塌角较小的部分，V形齿圈与刃口形状可以不一 致
(2)精冲模凸模和凹模之间的间隙小，大约是料厚的0．5％～1 ％，而普通冲裁模的间隙约为料厚的5％～15％(甚至更大)。 ．
(3)精冲模冲裁完毕模具开启时，反压板将零件从凹模内顶出， 压边圈将废料从凸模上卸下，不另外需要顶件和卸料装置。
(4)由于精冲模为上出件，模具无漏料孔，可使凸凹模和模座更 加坚固。
(3)冲小孔时一般不需要V形齿圈；冲大孔时(直径在30 ～~40 mm以上时)，建议在顶杆上加V形齿圈。
(4)如果料厚t<3 mm时，可使用平面压板。如果料厚 t≤4．5 mm，可在压板或凹模面上使用一个单齿圈 ；如t>4．5mm，或材料强度高(σb≥800 MPa)，或者 对于齿轮和带锐角的零件，通常使用两个v形齿圈， 一个做在齿圈压板上，另一个做在凹模上，即双齿
1．整修 将普通冲裁后的毛坯放在整修模中，进行一次或多
次的整修加工，除去粗糙不平的冲裁断面和锥度，从 而得到光滑平整的断面的方法。 2．光洁冲裁 (1)小间隙圆角刃口冲裁 (2)负间隙冲裁 3．往复冲裁 4．对向凹模冲裁
2.9.3精冲件的工艺性
1．精冲件材料的工艺性 精冲的材料必须具有良好的变形特
2．精冲的排样和精冲力的计算
⑤搭边计算 由于精冲时压边圈上带有V形齿圈，故搭边
、边距和步距数值都较普通冲裁为大。影响 它们的因素主要有：零件冲裁面质量、料厚 及强度、零件形状、齿圈分布。 搭边和边距数值一般为：零件与零件间搭边，
a 2t 零件与料边边距口．a1 1.5t
2．精冲的排样和精冲力的计算
2．9．6精冲模齿圈的设计
3．齿圈的结构
(1)齿圈的形式“ 精冲齿圈常用三角形凸起，也可使用台阶形和圆锥形(截面斜角
为45`～20)压板来压边
图2．9．22齿圈形式 a)V形环;b)台阶形；c)圆锥形
2．9．6精冲模齿圈的设计
(2)齿形参数 ①齿形角度α和β ②齿圈高度h,齿圈高度h与材料厚度、机械性能和
(2)精冲力Fra Baidu bibliotek
由于精冲是在三向受力状态下进行冲裁的，其变形抗力比普通冲裁要大得多。保
证精冲需要的工艺力，是实现精冲工艺的重要工艺参数。精冲总压力为
FP∑=FP冲裁+FP压边+FP反压 根据有关设计资料有
(2．9．1)
FP冲裁=Ltσbf1 FP压边=Lhσbf2
FP反压=SFP 式中系数f1=0．6～0．9，常取0.9；L为剪切轮廓线长；系数f2常取4；h为齿圈高
性，以便在冲裁过程中不致发生撕裂现 象。
2.9.3精冲件的工艺性
2．精冲件的结构工艺性 (1)圆角半径 为了保证零件的质量和模具的寿命，要求零件避免有尖角太小 的圆角半径 (2)孔径、槽宽和壁厚
精冲件的孔径d和槽宽b不能太小，否则也会影响模具寿命和 零件质量 (3)齿形 精冲齿轮时若节圆上的齿厚小于料厚，则凸模上承受很高的压 力。一般要求节圆齿厚s≥0.6t。当齿形合理、材料的精冲性能良 好时，精冲最小齿厚可为材料的40％，即s=0.4t
(1)精冲排样设计 ①合理的材料利用率 ②足够的齿圈位置 ③稳定的废料栅(搭边)送料刚度 ④最佳的排样方法 1)零件形状复杂的部分或光洁面要求较高的部分应尽可
能放在送料侧 2)如果零件光洁面部分要求少或到条料边缘的局部冲裁
长度L小于5倍料厚，排料时可低于正常边距值。 3)通常允许齿圈压痕重叠，但不能损伤冲裁面质量。
2．9．1精密冲裁概述
1．精密冲裁的工作原理及过程 尺寸精度高、冲裁面光洁、翘曲小且互换性 基本要素:精冲机床、精冲模具、精冲材料、精冲工
艺及精冲润滑
普通冲裁和精冲两种工艺方法的区别
(1)采用带齿圈的压板起强烈的压边作用，使之造成三 向压应力状态，增加变形区及其邻域的静水压。
度；SF为零件受压面积；p为零件的单位反压力，取20-70 MPa，大面积时取大 值，小面积、薄零件时取小值
1．精冲模与普通冲模的结构比较
(1)精冲模有凸出的齿形压边圈，材料在压边圈和凹模、反压板 和凸模的压紧下实现冲裁，工艺要求压边力和反压力大大地 大于卸料力的顶件力，以满足在变形区建立三向不均匀压应 力状态的要求，因此精冲模受力比普通冲模大，刚性要求更 高。
齿圈位置等因素有关。h=Kt t为料厚，K系数 ，由图2．9．23选取 4．齿圈的尺寸 V形齿圈已标准化
2．9．6精冲模齿圈的设计
4．齿圈的尺寸（续） ①根据Feintool资料,当t=4.5mm，而仅在压板或凹
模上使用齿圈时，其值可由表2.9.4选取；当 t>4.5mm，而在压板和凹模上同时使用齿圈时，其 值可由表2.9.5选取。 ②根据Schmid资料，如图2.9.25所示，当t≤4mm时 ，使用单面齿圈；当t>4mm时，使用双面齿圈。其 值由表2.9.6选取。
2.9.4精密冲裁模的设计要点
1．设计要求和内容
(1)模具结构必须满足精冲工艺要求，并能在工作状 态下形成立体压应力体系。
(2)模具具有较高的强度和刚度，导向精度良好。 (3)认真考虑模具的润滑、排气，并能可靠清除冲出 的零件及废料。 (4)模具结构简单、维修方便，具有良好的经济性
2．精冲的排样和精冲力的计算
(2)凹模(或凸模)刃尖处制造出0.02～0.2 mm左右的小 圆角，抑制剪裂纹的发生，限制断裂面的形成，有利 于工件断面的挤光作用。
(3)采用较小的间隙(甚至零间隙)，使变形区的拉应力 尽量小，压应力增大。
(4)施加较大的反顶力，减小材料的弯曲，同时起到增 加压应力的作用。
精冲过程
2.9.2精密冲裁的工艺方法
2．精冲模的结构
(1)活动凸模式精冲模 活动凸模式精冲模的优点是：维修简单，安装方便
，适于冲裁力不大的中小零件。缺点是：在冲内孔多 的零件时，凸模1的支承推板13强度不够。 (2)固定凸模式精冲模
优点是结构稳定，凸模的支承好。缺点是制造和调 整麻烦，且需专用的结合环。 (3)简易精冲模 简易精冲模利用碟簧(见机械零件手册)在机械作用下 变形产生的轴向压缩力，对冲裁过程产生齿圈压力和 顶件力
2．9．6精冲模齿圈的设计
1．齿圈的作用 (1)固定被加工板料，避免材料受弯曲或拉伸。 (2)抑制冲件以外的力。 (3)压应力提高了被加工材料的塑性变形能力。 (4)减少塌角。 (5)兼退料作用。
2．9．6精冲模齿圈的设计
2．齿圈的分布 (1)在塌角大的部分，V形齿圈应和刃口的形状相一致
。
(2)在塌角较小的部分，V形齿圈与刃口形状可以不一 致
(2)精冲模凸模和凹模之间的间隙小，大约是料厚的0．5％～1 ％，而普通冲裁模的间隙约为料厚的5％～15％(甚至更大)。 ．
(3)精冲模冲裁完毕模具开启时，反压板将零件从凹模内顶出， 压边圈将废料从凸模上卸下，不另外需要顶件和卸料装置。
(4)由于精冲模为上出件，模具无漏料孔，可使凸凹模和模座更 加坚固。
(3)冲小孔时一般不需要V形齿圈；冲大孔时(直径在30 ～~40 mm以上时)，建议在顶杆上加V形齿圈。
(4)如果料厚t<3 mm时，可使用平面压板。如果料厚 t≤4．5 mm，可在压板或凹模面上使用一个单齿圈 ；如t>4．5mm，或材料强度高(σb≥800 MPa)，或者 对于齿轮和带锐角的零件，通常使用两个v形齿圈， 一个做在齿圈压板上，另一个做在凹模上，即双齿
1．整修 将普通冲裁后的毛坯放在整修模中，进行一次或多
次的整修加工，除去粗糙不平的冲裁断面和锥度，从 而得到光滑平整的断面的方法。 2．光洁冲裁 (1)小间隙圆角刃口冲裁 (2)负间隙冲裁 3．往复冲裁 4．对向凹模冲裁
2.9.3精冲件的工艺性
1．精冲件材料的工艺性 精冲的材料必须具有良好的变形特
2．精冲的排样和精冲力的计算
⑤搭边计算 由于精冲时压边圈上带有V形齿圈，故搭边
、边距和步距数值都较普通冲裁为大。影响 它们的因素主要有：零件冲裁面质量、料厚 及强度、零件形状、齿圈分布。 搭边和边距数值一般为：零件与零件间搭边，
a 2t 零件与料边边距口．a1 1.5t
2．精冲的排样和精冲力的计算
2．9．6精冲模齿圈的设计
3．齿圈的结构
(1)齿圈的形式“ 精冲齿圈常用三角形凸起，也可使用台阶形和圆锥形(截面斜角
为45`～20)压板来压边
图2．9．22齿圈形式 a)V形环;b)台阶形；c)圆锥形
2．9．6精冲模齿圈的设计
(2)齿形参数 ①齿形角度α和β ②齿圈高度h,齿圈高度h与材料厚度、机械性能和
(2)精冲力Fra Baidu bibliotek
由于精冲是在三向受力状态下进行冲裁的，其变形抗力比普通冲裁要大得多。保
证精冲需要的工艺力，是实现精冲工艺的重要工艺参数。精冲总压力为
FP∑=FP冲裁+FP压边+FP反压 根据有关设计资料有
(2．9．1)
FP冲裁=Ltσbf1 FP压边=Lhσbf2
FP反压=SFP 式中系数f1=0．6～0．9，常取0.9；L为剪切轮廓线长；系数f2常取4；h为齿圈高
性，以便在冲裁过程中不致发生撕裂现 象。
2.9.3精冲件的工艺性
2．精冲件的结构工艺性 (1)圆角半径 为了保证零件的质量和模具的寿命，要求零件避免有尖角太小 的圆角半径 (2)孔径、槽宽和壁厚
精冲件的孔径d和槽宽b不能太小，否则也会影响模具寿命和 零件质量 (3)齿形 精冲齿轮时若节圆上的齿厚小于料厚，则凸模上承受很高的压 力。一般要求节圆齿厚s≥0.6t。当齿形合理、材料的精冲性能良 好时，精冲最小齿厚可为材料的40％，即s=0.4t
(1)精冲排样设计 ①合理的材料利用率 ②足够的齿圈位置 ③稳定的废料栅(搭边)送料刚度 ④最佳的排样方法 1)零件形状复杂的部分或光洁面要求较高的部分应尽可
能放在送料侧 2)如果零件光洁面部分要求少或到条料边缘的局部冲裁
长度L小于5倍料厚，排料时可低于正常边距值。 3)通常允许齿圈压痕重叠，但不能损伤冲裁面质量。