冲压模具结构基础知识

冲压模具结构基础知识
一.冲压概述
1. 沖压原理：
是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。

（冲压简单的定义是利用冲模对金属板料进行加工以得到所需要的零件形狀和尺寸.）
2. 沖压模具：
冲压模具，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。

3. 沖压模具加工的特点：
A: 可沖制出各种形狀复杂、精度一致的制件，且可以保证互換性；
B: 操作简便，易实现自动化，生产效率高;
C: 节约能源，制造成本低；
D: 冲压件表面质量好；
E: 适用于大批量生产。

二.冲压模具的构成
模具是由模板，零件及标准件组成
1.模板(八块板)：
上模部分（五块）：
模板代号、材料模板名称
P01A （S45C/A7075）DIE(P) SET 上模座
P02A (SKD11) BACKING(P) PLATE 上模垫板
P03A (SKD11) PUNCH PLATE 冲子（凸模）固定板
S02A (SKD11) STOPPER PLATE 剥板背板
S01A (SKD11) STRIPPER PLATE 卸料板
下模部分（三块）:
D03A （SKD11）DIE PLATE 下模板
D02A (SKD11) BACKING(P) PLATE 下模垫板
D01A (S45C) DIE(P) SET 下模座
模具材料补充：
1. SKD11是日本牌号相对中国材料是Cr12MoV 。

Cr12MoV 这是一种耐磨性能较佳的通用冷作模具钢,有着良好的淬火性,并且淬火变形量小.SKD11材料易于车削,耐磨性良好。

在300 ～400℃时仍可保持良好硬度和耐磨性，韧性较Cr12 钢高，淬火时体积变化最小。

可用来制造断面较大、形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具。

例如，形状复杂的冲孔凹模、复杂模具上的镶块、钢板深拉深模、拉丝模、螺纹挫丝板、冷挤压模、冷切剪刀、圆锯、标准刀具、量具等。

2. A7075 铝合金
3. S45C 日本的牌号，中国的45#钢，高级优质碳钢，耐磨性优良，但延展性减少，淬火易变形和开裂，故热处理极为重要，且回火后必须急冷，以避免回火脆性发生。

2. 零件
1)下料冲子/成形冲子（PG冲子）
2) 冲子固定块SKD11
3) 入块(入子) KD20 (V3/CD650) / SKD11
4) 下料模仁/成形模仁ASP23/ KD20
5) 调整杆/导板，等等
3. 标准件
1）主导向组件：主导柱/主导套/衬套
2）副导向组件：副导柱/副导套/衬套
3）灌胶PIN
4）定位销（∅4 / ∅6 / ∅8 / ∅10 等）
5）弹簧（矩形弹簧/线簧-----咖啡色/绿色/红色/黄色）超重负载茶色弹簧,重负载绿色弹簧,中负载红色弹簧,轻负载蓝色弹簧,较轻负载黄色弹簧等等.
6）止附螺丝（M8/M10/M12/M14/M16/M18/M22/M27/M30等）
7）内六角螺丝（M4/M5/M6/M8/M10）
8）击出销
9）浮料销/ 浮料柱
10）等高套筒
11）止高块（STOP）是模具閉合時的基准，模具闭合时止高块最先接触，防止模具合模过死。

12）压板（圆压板/方压板/长方形压板）
13）标准圆冲（∅1.30/ ∅1.60/ ∅2.00/ ∅2.50 等）
14）导位针（∅1.28/ ∅1.58/ ∅1.98/ ∅2.48 等）
15）垫圈等等
三.模板之间的关系及作用
1. 上模板---P01A：固定上模另四块模板/固定主导套
2. 上模垫板---P02A：承受冲子的反向作用力/标准件导向
3. 冲子固定板---P03A：固定冲子/标准件导向
4. 剥料板背板---S02A：承受入块的反向作用力
5. 剥料板---S01A：固定入块/压料/剥料
6. 下模板---D03A：固定模仁/压料/标准件导向
7. 下模垫板---D02A：支撑模仁/标准件导向
8. 下模座---D01A：固定下模令两块板/固定标准件
模板之间的相互装配关系如下图：
四.零件与模板之间及零件之间的关系
下料与折弯成形举例说明（中间应有一条隔开线）
五.模具中最基本数值常识
1.冲子（凸模）长度L = P03A+S02A+S01A+1.0
P03A？
P01A=50.0 / 55 .0 mm
P02A=13.000 mm
P03A=18.000 mm
S02A=10.950 mm
S01A=20.000 mm
D03A=20.000 mm
D02A=13.000 mm
D01A=50.0 mm
2.浮料高度
a. 测量浮料块断差
b. 测量击出销有效高度
c. 测量挂肩闪位深度
3.入块高度
高度h = H - t +0.05 mm
h ----入块高度
H ----剥料板(S01A)厚度
t ----原材料厚度
4.剥料板行程h
冲床位于上死点位置（先压料，后成形）
冲床位于下死点位
5.配合间隙clear
1）冲子固定块与冲子固定板clear = 0～0.008 mm
2）冲子与冲子固定块clear = 0.004～0.006 mm
3）入块与剥料板clear = 0 mm
4）冲子与入块clear = 0.002～0.005 mm
5）下料模仁/非浮动成形模仁与下模板clear = 0 mm
6）下料冲子与下料模仁clear = （3～7）% *t mm t—材料厚度
6.模仁垫块/垫板/模座的防堵料
补充模板名称
第二次课：冲压工艺的分类
內容提要：
一.沖压加工定义
利用各种压力机械,由其滑块提供衝压力,通过模具來完成各种动作,從而使材料产生塑性变形,以达到制作成不同零件之目的的一种制造方法.
二.沖压工艺分类
1.以材料的变形性质来区分,大致可分为分离(衝切)和成形二大类。

2.按加工形式或变形区域的应力-应变狀态不同細分出若干不同的工序.。

分离工序:使材料产生永久的剪切变形。

剪切、落料、切边、冲孔、剖切、切口、
切口
扭曲：將平板坯料的一部分相對于另一部分扭转一個角度
1.Contact
变薄拉深：用減小直徑與壁厚,增加工件高度的方法來得到底厚,壁薄的工件.是一种特殊拉深方式,壁部光潔度好,壁厚均勻可达0.01mm
第三次课：沖压模具组立流程简介
第一单元. 模具组立前的准备工作
第二单元. 模具组立步骤与过程
1.做好7S工作：整理、整顿、清扫、清洁、素养、安全、节约
要在独立的组立工作室进行﹐以减少灰尘。

（废铁屑﹐铜屑等因素影响模具组立时的精度﹐要了解我們的模具加工精度为正負0.002mm)
2.工具/量具及輔助用品的准備
如：氣槍，抹布，酒精，抛光膏，L型扳手，638/680胶，纖維油石，挫刀，卡尺，块規，千分尺，塞規等等
3. 設計师交底：
了解要組立的模具,產品图,排样图, 模具零件图：
4. 零件備品清点：
依发包清单逐站清点，对照圖面檢查模板孔位及零件是否有誤，以达到及时处理之目的，以避免延誤交期。

5.模板作鉗工处理：
5-1.上下模座處理：（模座材質：45C/A7075）清理螺纹孔内之废屑,并确認有否爛牙,未攻牙及孔漏加工現象。

5-2. 将上下模座外圍用平銼将毛边，棱角去除,并用油石将模座上下平面毛头、毛刺去除（使用油石前要将油石表面吹干净以避免将模面划傷，影响整体美觀)。

5-3.用氧化鋁抛光輪把灌胶PIN孔内毛刺去除。

5-4.使用挫刀﹐帶柄砂輪﹐對圓孔﹐方孔口部作導角。

用纖維油石，圓棒对圓孔及方孔進行氧化層处理.
5-5.氧化鋁砂輪头部修成錐度，以便作導角將孔位前端做適當之倒角處理,有利於另件裝入模板避免銳角傷及工作人員5-6.利用細油石.砂紙及海棉砂輪將已倒角过之孔位上所產生之毛刺去除避免另件裝入時,將毛刺帶入孔內,造成孔內壁或另件外表刮傷,避免因毛刺外露,造成組立時,板與板之間密合性不良,平行度差
提示：线割过的圓孔，方孔内氧化層一定要作細節性处理
5-7.利用大块200#之細油石,順著研磨紋路平推模板,將毛刺去除油石使用前一定要擦乾淨, 避免因阻塞在油石上之鐵屑刮傷模板,造成模板花臉現象油石請噴上潤滑油配合使用。

5-8. 利用退磁器將模座模板以及所有的零件,把磁性去除(模板或另件經加工研磨後會產生磁性),將模板上之磁性去除,避免吸附鐵类粉塵或雜質，影响組模精度
5-9 模板清洁：使用汽槍將模板清除过的粉塵雜質吹掉。

用干淨的抹布將孔內的廢屑清理干淨﹐再用酒精徹底清洗乾淨。

6.零件的处理：
6-1在零件的非工作面進行刻字，標示
6-2对所有導向入子做引入角
6-3将每一站備品組合進行試配
6-4将冲子固定块及模仁反面作導角
6-5对冲子，模仁，冲子固定块，入子進行分类
7.各段部件的量测確認
7-1 模板平行度量测：
固定千分表后归零，以标准平台为基准面量测模板4~6點,將数据记录下來模板最高與最低点不可超过0.003 mm
7-2 模板翘曲量测：
利用千分表量测，將手壓在模板另一端，運用變形支點原理，觀察另一端千分錶刻度是否有變化来量测模板有否翘曲，正反面以及四个对角点均要量测，模板的變形及翘曲量一般不超过0.003mm
7-3模板累計誤差测量：
将模板組合在一起用千分表测量模板翘曲及平行度，并将六組以上的数据計录下来，理輪上要求變形量不超过0.016 mm （提示：测量时整个面不能低于六点）
7-4 模板實際測試：
将所有的模板組合在一起用0.01mm之錫剛片测量8块之間的距离，以確定加工精度
7-5 主導柱测量
测量主導柱过盈配合之加工精度符合圖面要求以保証組立順利進行
前面的工作无誤后将所有模板；零件再次作一次清理，進入組模階段
第四次课：冲压模具设计基础
一.中性层展开计算
r-----产品内R
t-----产品材料厚度
x-----中性层系数
如图：料厚t=0.20 折弯内r=0.20
计算：r/t=0.20/0.20=1.0
对应查表x值为0.35 故偏移量为：x*t = 0.35*0.20=0.07
即内r 需向外偏移0.07 mm（如图示），绿色即为中性层的值
注意：计算时一定对应的是折弯的内R，当r/t的值不对应表中的数值时，可取相近的数值。

把每段中性层的长度数值相加即为模具下料的长度。

二.下料工站设计常识
1.下料零件强度的合理性（冲孔凸凹模）
2.考量零件的加工性能（冲孔凸凹模）
设计的零件便于加工，能用磨床研磨的就不要线割，磨床研磨加工比线切割或电火花放电加工效率高的多
3.产品直角处的处理
目前加工直角备品很困难，产品直角处需接刀完成
4.防跳屑设计
根据产品形状或料带载体设计刀口，起到防止跳屑的作用。

5.方便修模设计
方便移位修正尺寸
三、折弯工站设计技巧
1.折弯零件强度的合理性（折弯凸凹模）
先压料后成形
2.考量零件的加工性能（折弯凸凹模）：设计的零件便于加工，能用磨床研磨的就不要线割，磨床研磨加工比线切割或电火花放电加工效率高的多
3.方便修模设计：研磨后仍可保证不影响折弯成形
4.保持折弯稳定性
尽可能在料带连接强度好的情况下折弯成形，保证有足够的压料
5.正确排布折弯顺序
6.保证送料顺畅
折弯成形后便于脱模，折弯模仁做成浮动式
第四次课：冲压基本原理
金属变形：在外力作用下，金属产生形状与尺寸的变化称为变形。

金属变形分为：弹性变形和塑性变形
弹性变形：若去除外力，金属中原子立即恢复到原来稳定平衡的位置，原子排列畸变消失，金属完全恢复了自己原始找的形状和尺寸，则这样的变形称为弹性变形。

弹性变形：外力去除以后，错动了的原子并不能再回到其原始位置，金属的变形和尺寸也都发生了永久的改变。

这种在外力作用下产生不可恢复的永久变形称为塑性变形。

冲裁分离过程：塑性变形阶段
1.上模继续下行，材料內部应力增大到屈服极限，进入塑性变形阶段
2. 拉应力和弯矩增大，变形区材料开始硬化，刃口附近材料出现裂紋
3.裂紋的出現标示着塑性变形阶段結束
4.间隙的大小直接影响切断面的质量(？).
间隙过小合适间隙过大
冲裁分离过程：断裂分离阶段材料上,下面的微裂紋向內部延伸至相过时,断面分离,产生粗糙的断裂帶。

普通冲裁件的断面特征：
圓角帶(也叫塌角帶)
1.这个区域发生在弹性变形后期和塑性变形开始阶段.
2.由于板料产生拉伸.弯曲变形,牵连到附近材料參与变形,在弹性变形阶段形成初始塌角
3.进入塑性变形阶段,初始塌角变成永久性塌角,
光亮帶
光亮帶产生于塑性变形阶段,当凸模挤入板料,压应力占主导地位,压应力起到了減小金属晶间变形的作用,增強了金属的塑性,能使材料在塑剪情況下进行分离,所以在断面上形成较光洁平整的光亮帶,这个区域表面光洁,并且与板料平面垂直,是断面质量最佳的一段.
断裂段
1.断裂帶产生于沖裁变形后期的剪裂阶段.
2.拉应力增大，金属晶界破坏,原子层分离产生微观裂紋，金属纤维被拉断，粗糙断面形成
3.断裂区粗糙,並帶有锥度,质量较差
毛刺区
1. 从冲压变形原理上讲,毛刺的产生是不可避免的; 间隙合适时,毛刺的高度很小.
2.產生微裂纹时即产生了初始毛刺.
3.材料分离时,毛刺將进一步拉長,初始毛刺变为永久性毛刺.
影响断面四区域形狀的因素
1.毛刺材料的种类: 塑性好则光亮帶大,断裂帶小;塌角大,毛刺高.
2. 沖裁条件: 刀口间隙----间隙小,光亮帶大高;
刀口形狀
刀口锋利程度
注:获得较宽光亮帶的办法：
消除或抑制拉应力的影响,使变形区处于三向压应力狀态,具有较強的静水压效应
冲裁时板料变形区的应力与应变
第五次课：沖压加工异常分析判断及解決
1.送料不順暢
2.跳屑
3.壓傷
4.毛边
5.俩相好（偏摆）
6.弹钢琴（高低针）
7. 扇形1.送料不顺畅：送料是否順畅是衡量連续模试模成功的首要条件
1. 研磨下料刀口：（注意：研磨後要確認下料刀口截面是否达到預期效果）----- 可用放大鏡確認；
2. 變更材質：（例：SKD11 CD650，其目的是为了改變材質硬度，減低磨損）----- SKD11（HRC60~62）；----- CD650（HRA90~92）；-------- 考量：形狀、強度、成本、產量、精度等
原因之三：薄料片
廢料片自身厚度越簿/重量越輕，就越易跳屑；
3.壓傷：定义﹕因模具設計與組立不當或異物強壓所造成零件表面破壞成品外觀上的不良常見可能的失效模式有﹕建議考量對策
1.衝子未讓位 1.模具零件/板進行重新閃位處理
2.模具零件未裝平 2. 將模仁(入子) 卸下后重新裝入
3.跳屑/模具脏污 3.a.跳屑分析專題進行b.模具表面贓污以清理處理
4.模具零件表面粗糙 4.a.設計要求加工方式b.重新研磨備品
5.原材料來料不良 5.退料處理
6.毛边 6.a.調整間隙 b.研磨備品---見毛边分析專案
7.模具零件的崩落7.a.檢查原因 b.更換材質 c.研磨備品
冲压模具设计送样流程简介-------连续模
一.模具设计考虑的基本参数值
1.材料宽度
2.材料厚度
3.节距（PITCH）
4.剥料行程
5.浮料高度
6.压力机吨位/落料槽宽度
二.模具设计送样流程简介
1.接工程产品图面
2.模具设计的可行性分析
3.产品平面展开
4.设计下料接刀
YOUT 展开图
6.排工站图
7.排布标准件-------完成总装图s
8.从总装图上拆模板
9.从总装图上拆零件
10.填写发包单---发包模板/零件/标准件
11.加工单位加工备品
12.模具组立（冲压模具组立流程）
13.架模于冲压机台试制零件
14.改善尺寸超差部分
15.冲制合格产品送样工程单位评估
16.评估OK，工程单位发联络单
17. 案件完成
一次折彎校正机構
一机構工作原理
二優點:
1.有效縮短模具長度.
傳統的校正机構:折彎和校正由兩個不同工站完成,結構復雜,模具較長(特別是大Pitch).新結構采用折彎校正一次完成,可有效減短模具長度.
(見下圖)
a)降低模具制造成本(材料成本及加工
成本).
b)提高模具精度及料條的強度﹑剛性,提高模具生產效率.
c)減輕模具重量,便于上下模維修.
2.在量產模具改善及品質提升可以大展手腳
能在保持原模具結構上完成一次折彎校正,實現對折彎角度的控制.
3.應用范圍廣
傳統校正方式通常只能對折彎線與送料方向的平行折彎進行校正,而一次折彎校正机構則不受此限制.。