冲裁及冲裁模设计(216第2章1)

塑性材料、脆性材料的区别。
塑性材料：比如铁线（丝),可以随意变曲,变形,也不会断裂,就是具有可塑性的材料. 脆性材料：象玻璃,稍一用力变形就会断裂,破碎掉的材料.
▪ 2-1 冲裁变形机理
第 2 章 冲裁
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。
第 2 章 冲裁
2.2.1 间隙对冲裁件质量的影响
b 间隙对尺寸精度的影响 尺寸精度：实际尺寸与名义尺寸的差值。 差值由两个方面引起的：一是模具的制造偏差、二是冲裁件相对于模具的尺寸偏差。 大间隙和小间隙情况下冲裁件尺寸相对于模具尺寸的变化 (P14) 尺寸变化量的大小与材料性质、厚度等
因素有关。
▪ 2 -2 冲裁模具间隙
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。
▪ 2-1 冲裁变形机理 2.1.4剪切力行程
第 2 章 冲裁
剪切加工过程非稳定、不均匀。在剪切的初期，先产生弹性变形，然后进入塑性阶段，之后， 虽然剪切面积减少了，但由于产生了加工硬化，其剪切力随着剪切行程的增大而增大，对于塑性材 料达到最大点后（微裂纹），剪切力开始降低，直至断裂。
▪ 2-1 冲裁变形机理 2.1.3 裂纹的形成与发展
第 2 章 冲裁
▪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
校核：
p d Zmax Zmin
0.0200.0300.04
（不能满足间隙公差条件）
因此只有缩小凸、凹模制造公差，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可取：
第 2 章 冲裁
第 2 章 冲裁
▪ 2 -3 凸凹模刃口尺寸的计算
冲裁件的尺寸由模具刃口尺寸决定（若不考虑从模具出来后尺寸的变化,冲裁件尺寸等于模具刃口尺 寸）。
考虑在使用过程中模具产生磨损。因此，决定冲裁件尺寸的因素包括：制造精度、磨损（间隙、模 具结构、硬度）
2.3.1、尺寸的计算原则
实践证明：由于落料件尺寸和冲孔时孔的尺寸都是以光亮带尺寸为准，而落料件光亮带尺寸等于凹 模刃口尺寸，冲孔时孔的光亮带尺寸等于凸模刃口尺寸，因此设计刃口时，应分落料和冲孔两种情况来 考虑。
第 2 章 冲裁
2.2.2 间隙对冲裁力的影响 ▪ 冲裁力与剪切力的关系：冲裁力是指剪切力的最大值。
小间隙时冲裁力大：因为当冲裁间隙小时，冲裁过程中的挤压作用加剧，冲裁力与磨擦 力增大，使刃口所受压应力增大，造成刃口变形与端面磨损加剧，严重时甚至会崩刃。
合理间隙时冲裁力小：上下裂纹重合。
▪ 2 -2 冲裁模具间隙
第 2 章 冲裁
2.3.3 算例
例1：如图所示垫圈，材Q235，板料厚度2mm，试确定冲 裁凸、凹模的刃口尺寸及公差。
查表（无特殊要求的一般冲孔，落料，工件精度取IT14） Zmax＝0.24 Zmin＝0.20 冲孔 p=0.02, d =0.02 ,x=0.5 落料 p=0.02, d =0.03 ,x=0.5
2.经验确定法 较小间隙值 较大间隙值
第 2 章 冲裁
▪（a）在同样情况下，非圆形比圆形大，冲孔比落料大 ▪（b）高速冲压时，间隙应增大 ▪（c） 热冲时材料的强度低，间隙可小 ▪（d）电火花加工的模具应比机械加工方法加工的模具间隙小
▪ 2 -3 凸凹模刃口尺寸的计算
2.3.1、尺寸的计算原则 2.3.2、计算方法 2.3.3、算例
▪ 2 -2 冲裁模具间隙
第 2 章 冲裁
在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量和模具寿命这二个因素综合考虑，给间隙规定一个范围 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 （P16）
Z2th0tan2t 1h t0 tan
材料厚度t越大，合理间隙值增大 材料塑性愈好，压入材料h0越大，合理间隙值愈小。反之硬 脆材料的h0较小，合理间隙值就要大。
校核：
p d Zmax Zmin
0.0200.0200.04
（满足间隙公差条件）
落料：
凹 ： D dD m a x x 0 d3 5 0 .5 0 .3 40 0 .0 3 0 3 4 .8 3 0 0 .0 3 0(m m ) 凸 ： D pD d Z m in0 p3 4 .8 3 0 .2 00 0 .0 2 0 3 4 .6 3 0 0 .0 2 0 (m m )
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
第 2 章 冲裁
2.1.5 剪切断面分析
a. 圆角带 纤维的弯曲与拉伸引起的结果。间隙大→a ↑ b. 光亮带 表面光洁。塑性变形的结果。塑性好→b ↑ c. 断裂带 微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂 面，表面粗糙，略带斜度，不与板平面垂直。塑性好→c ↓ d. 毛刺 出现微裂纹时形成，刃口状态是影响毛刺的主要 原因，刃口钝易产生毛刺；从冲裁原理上讲，毛刺是不可 避免的。塑性好→d ↑
▪ 2 -3 凸模与凹模刃口尺寸的确定
2.3.1、尺寸的确定原则
a. 基准件原则 b. 最大材料量原则 c. 一致性原则
第 2 章 冲裁
第 2决定，冲孔件尺寸由凸模尺寸决定。（在测量使用中，落料件以大端尺寸为准， 冲孔件是以小端尺寸为准）。
落料模：以凹模尺寸为准，间隙取在凸模上 冲孔模：以凸模尺寸为准，间隙取在凹模上 b. 最大材料量原则 落料模：凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小值 冲孔模：凸模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大值 间隙取最小合理间隙 c. 一致性原则 模具精度高，冲裁件的精度高。模具精度高于冲裁件精度2～3级。
12.5
+0.24
35
-0.34
冲孔：
凸 ： dpd m inx0 p1 2 .5 0 .5 0 .2 40 0 .0 2 0 1 2 .6 2 0 0 .0 2 0(m m )
凹 ： d ddpZ m in0 d1 2 .6 2 0 .2 00 0 .0 2 0 1 2 .8 2 0 0 .0 2 0(m m )
断裂分离阶段－形成的上、下微裂纹逐渐扩大并向材料内 延伸，当上、下裂纹重合时，材料便被 剪断分离。
▪ 2-1 冲裁变形机理
第 2 章 冲裁
冲裁过程的分析
▪ 2-1 冲裁变形机理
第 2 章 冲裁
2.1.2 剪切区力态分析（对于剪切线是直线的情况）
凸模
侧面
端面
板坯
端面
侧面
凹模
板材剪切加工工艺原理图 Schematic diagram of sheet metal shearing process
第 2 章 冲裁
Fv1 Fv2
F h 1 F h 2 ─ 凸、凹模对板料的竖直作用力；
─ 凸、凹模对板料的侧压力（水平作用力）；
Fv1
Fv
─ 2─
凸、凹模端面与板料间的摩擦力； 凸、凹模侧面与板料间的摩擦力。
Fh1 Fh 2
凸 模
Fv1
Fh1 Fh1
板 坯 Fv1
Fh2
Fv2
Fh2
Fv2
凹 模
板坯受力简图 Diagram of sheet metal under load
2.1.1 冲裁过程分析 2.1.2 剪切区力态分析（对于剪切线是直线的情况） 2.1.3 裂纹的形成与发展 2.1.4 剪切力行程 2.1.5 剪切断面分析
第 2 章 冲裁工艺及冲裁模设计
▪ 2-1冲裁变形机理
2.1.1 冲裁过程分析 弹性变形阶段－材料产生弹性压缩、拉伸与弯曲等变形。
塑性变形阶段－除剪切变形外，冲裁区还产生弯曲和拉 伸变形，至刃口附近的材料由于拉应力 的作用而出现微裂纹
第2
第 2 章 冲裁
第 2 章 冲裁工艺及冲裁模设计
▪ 冲裁：利用冲模在压力机上使板料分离的一种冲压工序。从广义上说，是分离工序的总称，包括切 断、落料、冲孔、修边、切口等多种工序。一般来说，冲裁工艺主要是指落料和冲孔。
▪ 落料：冲裁的目的是为了制取一定外形的冲落部分。（冲下部分为零件或毛料） ▪ 冲孔：冲裁的目的是为了制取内孔。（冲下部分为废料） ▪ 根据变形机理的不同，冲裁可以分为普通冲裁和精密冲裁两类。
第 2 章 冲裁
冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况
a）冲孔件
b）落料件
▪ 2 -2 冲裁模具间隙
第 2 章 冲裁
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
▪ 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
第 2 章 冲裁
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。
▪ 2-2 冲裁模间隙 ▪ 间隙对断面质量的影响
第 2 章 冲裁
▪ 2 -2 冲裁模具间隙
第 2 章 冲裁
2.2.3 间隙对模具寿命的影响
▪ 模具的破坏形式有：磨钝、崩刃、折断。
▪ 附着磨损：由于高压，使材料与模具之间产生局部附着现象，当接触面相对滑动时，附着部分产生 剪切，而引起磨损。
间隙过小：加剧磨损，对模具寿命极为不利。 间隙过大：由于弯矩及拉应力的增大而导致刃口损坏。 故间隙的大小应取合理值。
▪ 2 -2 冲裁模具间隙
第 2 章 冲裁
2.2.4冲裁模间隙值的确定
▪ 间隙与材料的性能、厚度、使用要求的关系。 ▪ 使用要求
当制件尺寸精度要求和断面质量要求较高时，采用小间隙； 当制件尺寸精度要求和断面质量要求较低时，只考虑模具的寿命、冲裁力等因素，而选用大间隙。 ▪ 材料厚度的影响：材料越厚，间隙值越大 ▪ 材料性能的影响：硬材料的间隙值应大些，考虑降低冲裁力及减少磨损。
第 2 章 冲裁
▪ 2-2 冲裁模间隙
合理冲裁间隙的概念 间隙选取时主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个主要因素，当对冲裁件断面
质量要求高时，应选较小的间隙值；当对冲裁件断面质量要求不高时，应选较大的间隙值， 提高模具寿命、降低冲裁力。
考虑到模具制造偏差及使用中的磨损，生产中通常选择一个适当范围作为合理间隙， 其中最小值称为最小合理间隙Zmin，最大值称为最大合理间隙Zmax。
第 2 章 冲裁工艺及冲裁模设计
第 2 章 冲裁工艺及冲裁模设计
▪ 冲裁变形机理（过程及其断面特征） ▪ 冲裁模具间隙 ▪ 凸凹模刃口尺寸的计算 ▪ 冲裁力的计算及降低冲裁力的方法 ▪ 排样与搭边及其他冲裁方法 ▪ 冲模零部件与类型 ▪ 冲裁模设计要点
▪2-1冲裁变形机理
第 2 章 冲裁工艺及冲裁模设计
Δ—冲裁件制造公差（冲压件未标注公差的极限偏差值可按GB1800-79 IT12~14级选取）
x—磨损系数，与制造精度有关，一般可取系数值x=0.5-1。参考值：工件精度在IT10级精度以上或大批量 生产时，x取1.0；工件精度在IT11~IT13级或中批量生产时，x取0.75；IT14级精度或小批量生产时， x=0.5。
冲孔时
d0 pp
dminx0 p
d d0 ddpZ m0 in d
第 2 章 冲裁
▪ 2 -3 凸模与凹模刃口尺寸的计算
2.3.2、计算方法（表2-4 制造公差）
为了保证磨损，须满足
pdZma xZmin
或
p≤0.4(Zma xZmi)n
d≤0 .6 (Z ma x Z m) in
当制件无标准公差时，对于非圆形件按国家标准取IT14级，模具取IT11级。圆形件，模具取IT6～7级。
▪ 2 -3 凸模与凹模刃口尺寸的计算
2.3.2、计算方法 (1) 凸模与凹模分开加工，分别标注刃口尺寸及公差
适于圆形或简单形状冲裁件
落料时
Dd d0
D m axx0 d
D0 pp
D dZmin 0 p