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第二章冲裁工艺与冲裁模设计

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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
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。

第2章6-7节(冲裁工艺及冲裁模设计)

第2章6-7节(冲裁工艺及冲裁模设计)

用途 薄件、平整要求高的零件、 薄件、平整要求高的零件、易分层的非金属件
西华大学 张晓洪
2、冲孔模 、
普通板坯冲孔模结构与落料模相似。 普通板坯冲孔模结构与落料模相似。 冲孔的多样性导致冲孔模有更多自己的特点。 冲孔的多样性导致冲孔模有更多自己的特点。
典型的冲孔模有： 典型的冲孔模有： （1）冲侧孔模 ） （2）单工序多凸模冲孔模 ） （3）导板式冲小孔模 ）
西华大学 张晓洪
倒装复合模
冲制垫圈的复合冲裁模 适用条件 0.3mm以上低平直度要求件（刚性推件未压紧制件部分，卸 以上低平直度要求件（刚性推件未压紧制件部分， 以上低平直度要求件 料板也未压紧条料） 料板也未压紧条料） 特点 卸料板兼承料平面， 卸料板兼承料平面，冲前无法预压 凸凹模若直刃段长，则胀裂力大，须控制其最小壁厚 凸凹模若直刃段长，则胀裂力大， 条料废料部分： 条料废料部分：冲裁时有上下动作 改进 若上部改为弹性推件，则可加工 若上部改为弹性推件，则可加工0.3mm以下的冲件 以下的冲件
西华大学 张晓洪
… … …冲裁件的形状和尺寸 冲裁件的形状和尺寸
6、孔径不能太小； 、孔径不能太小； 自由凸模的最小尺寸 带护套凸模的最小尺寸 最小孔间距
西华大学 张晓洪
（二）冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求
冲裁件的经济精度：一般不高于 冲裁件的经济精度：一般不高于IT11，冲孔比落料高一级 ， 1、冲裁件外形与内孔尺寸公差表 、 2、冲裁件两孔孔心距公差表 、 3、冲裁件断面表面粗糙度表 、 4、冲裁件断面允许的毛刺高度表 、
第六节
冲裁工艺设计的目的
冲裁工艺设计
使制件获得良好的工艺性并制定合理的工艺方案， 使制件获得良好的工艺性并制定合理的工艺方案，可以用 最少的材料，最少的工序数量和工时，并使模具结构简单， 最少的材料，最少的工序数量和工时，并使模具结构简单，模 具寿命高，最终获得稳定的合格工件。 具寿命高，最终获得稳定的合格工件。 考核冲裁工艺设计的主要指标 劳动量、 劳动量、工艺成本 本节的内容如下： 本节的内容如下： 一、冲裁件的工艺性分析 二、冲裁件的经济性分析 三、冲裁工艺方案的确定

冲压模具设计——第二章

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

2-9 精密冲裁工艺与模具

2-9 精密冲裁工艺与模具
式中 F——普通冲裁时所需最大压力(N) C——系数，按不同材料选取； 铝：C=1.3～1.6 黄铜：C=2.25～2.8 软钢：C=2.3～2.5
三、精冲(齿圈压板冲裁) 精冲(齿圈压板冲裁)
1 精冲工艺特点
与普通冲裁模相比，模具结构上多一个齿圈压 板与顶出器，且凸凹模间隙极小，凹模刃口带 有圆角。 冲裁时，在V形齿的内面 在 形齿的内面 产生横向侧压力， 产生横向侧压力，以阻止材 料在剪切区内撕裂和金属的 横向流动， 横向流动
精冲工艺主要有： 光洁冲裁、负间隙冲裁， 光洁冲裁、负间隙冲裁， 带齿圈压板精冲、整修、 带齿圈压板精冲、整修、 对向凹模精冲、往复冲裁等 对向凹模精冲、往复冲裁等。
一、光洁冲裁
光洁冲裁（小间隙小圆角冲裁）。凸、 凹模间隙小于0.01～0.02mm， 落料时，凹模刃口带小圆角、倒角或椭 圆角，凸模仍为普通形式； 冲孔时，凸模刃口带小圆角、倒角或椭 圆角，凹模为普通形式 。
四、整修
整修：将普通冲裁后的毛坯放在整修模中 加工，除去粗糙不平的冲裁剪切面和锥 粗糙不平的冲裁剪切面和锥 获得光滑平整的断面。整修后，零 度 ， 获得光滑平整的断面 件尺寸精度可达IT6~IT7级，表面粗糙度 Ra值可达0.8～0.4µm。 整修方法主要有外缘整修、内孔整修、 外缘整修、内孔整修、 外缘整修 叠料整修和振动整修。 叠料整修和振动整修
整修时应将毛坯的大端放在整修凹模的 刃口上，否则会使粗糙面增大且有毛刺。 刃口上，否则会使粗糙面增大且有毛刺。
2 内孔整修
利用凸模切除余量。 利用凸模切除余量 整修目的是校正孔的坐标位置，降低表面粗糙度 和提高孔的尺寸精度。 整修时要求凸模刃口锋利外，还需有合理的余量。
内孔整修时，凸模应从孔的小端进入 内孔整修时，凸模应从孔的小端进入。 孔在整修后由于材料的弹性变形，使孔 径稍有缩小。

第二章 冲裁工艺与模具设计

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。

冲裁及冲裁模设计

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。
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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
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。

冲裁工艺与模具设计-冲裁模设计步骤及实例

冲裁工艺与模具设计-冲裁模设计步骤及实例
《冲压工艺及模具设计》
第2章 冲裁工艺及冲裁模设计
实际确定冲裁工艺方案时，通常可以先拟定出 几种不同的工艺方案，然后根据冲件的生产批 量、尺寸大小、精度高低、复杂程度、材料厚 度、模具制造、冲压设备及安全操作等方面进 行全面分析和研究，从中确定技术可行、经济 合理、满足产量和质量要求的最佳冲裁工艺方 案。
或级进冲裁； 冲件尺寸较大时，料薄时可用复合冲裁或单工序冲裁，料厚时受
压力机压力限制只宜采用单工序冲裁； 冲件上孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小时，受凸凹模强度
限制，不宜采用复合冲裁而宜用级进冲裁，但级进模轮廓尺寸受 压力机台面尺寸限制，所以级进冲裁宜适应尺寸不大、宽度较小 的异形冲件； 形状复杂的冲件，考虑模具的加工、装配与调整方便，采用复合 冲裁比级进冲裁较为适宜，但复合冲裁时其出件和废料清除较麻 烦，工作安全性和生产率不如级进冲裁。
《冲压工艺及模具设计》
第2（章１冲）裁模具工类艺型及冲裁模设计
模具类型主要是指单工序模、复合模、级进模三种。有些单件试 制或小批量生产的情况下，也采用简易模或组合模。
模具类型应根据生产批量、冲件形状与尺寸、冲件质量要求、材 料性质与厚度、冲压设备与制模条件、操作与安全等因素确定。
（２）操作与定位方式
《冲压工艺及模具设计》
第2章 冲裁工艺及冲裁模设计
4 进行必要的工艺计算 在冲裁工艺与模具结构方案确定以后，为了进
一步设计模具零件的具体结构，应进行以下有 关工艺与设计方面的计算：
《冲压工艺及模具设计》
第2（章１冲）裁排工样艺设及计冲与裁计模算设计 根据冲件形状特征、质量要求、模具类型与结构方 案、材料利用率等方面因素进行冲件的排样设计。设 计排样时，在保证冲件质量和模具寿命的前提下，主 要考虑材料的充分利用，所以，对形状复杂的冲件， 应多列几种不同排样方案 （特殊形状件可用纸板按冲 件比例作出样板进行实物排样），估算材料利用率， 比较各种方案的优缺点，选择出最佳排样方案。 排样方案确定以后，查出搭边值，根据模具类型和定 位方式画出排样图，计算条料宽度、进距及材料利用 率，并选择板料规格，确定裁板方式 （纵裁或横 裁），进而确定条料长度，计算一块条料或整块板料 的材料利用率。

第二章 冲裁工艺及冲裁模设计 复习题答案

第二章 冲裁工艺及冲裁模设计 复习题答案

19.冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的 实际尺寸与基本尺寸 的差值，差值 越小 ，则精度 越高 。
20.所选间隙值的大小，直接影响冲裁件的 断面 和 尺寸 精度。
21.影响冲裁件尺寸精度的因素有两大方面，一是 冲模本身的制造偏差 ，二是冲裁结束后冲裁件相对于 凸模或凹
模 尺寸的偏差。影响冲裁件尺寸精度的因素有 间隙 、材料 性质 、工件的 形状和尺寸 、材料的 相对厚度 t/D
的 利用率 高。
59 ? 排样时，冲裁件之间以及 冲裁件与条料侧边之间 留下的工艺废料叫搭边。
60 ? 搭边是一种 工艺废料 废料，但它可以补偿 定位 误差和 料宽 误差，确保制件合格；搭边还可 增加条刚
度 ，提高生产率；此外还可避免冲裁时条料边缘的毛刺被 拉入模具间隙 ，从而提高模具寿命。 ? 硬材料的搭
? 所谓冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的 适应性 。
49 ? 分析冲裁件的工艺性，主要从冲裁件的 结构工艺性 、冲裁件的 精度 和冲裁件的 断面质量 等三方面进行
分析。
50 ? 冲裁件的断面粗糙度与材料 塑性 、材料 厚度 、冲裁模 间隙 刃口 锐钝 情况以及冲模的 结构 有关。当
一、填空题
1. 冲裁既可以直接冲制 成品零件 ，又可以为其他 成形工序 制备毛坯。
2.从广义来说，利用冲模使材料 相互之间分离的工序 叫冲裁。它包括 冲孔 、 落料 、 切断 、 修边 、等 工
序。但一般来说，冲裁工艺主要是指 冲孔 和 落料 工序。
3.冲裁根据变形机理的不同，可分为 普通冲裁 和 精密冲裁 。
切断面上形成二次光亮带 。
16.冲裁间隙越大，冲裁件断面光亮带区域越 小 ，毛刺越大 ；断面上出现二次光亮带是因间隙太 小 而引起的。

第二讲冲裁间隙与冲裁模工作部分设计计算

第二讲冲裁间隙与冲裁模工作部分设计计算
制件尺寸为C0 时， C p (C 0.5) p / 2
制件尺寸为C
0
时， C p
(C 0.5) p
/2
制件尺寸为 C ' 时， C p C p / 2
计算后，在模具图纸上标注时一般只在基准模具上标 注尺寸和公差，另一模具上只标注公称尺寸，并注明 “××尺寸按凸模或凹模（即基准模具）配做，保证 双面间隙为Zmin～Zmax＝××～××”。
4
第二章 冲裁工艺与模具设计
（二）冲孔 计算时以凸模为基准件，配作凹模。
（a）磨损后凸模尺寸变小（A 类尺寸）。工件尺寸 A0
AP
(A
X)
0
P
P /4
（b）磨损后凸模尺寸变大（B 类尺寸）。工件尺寸 B0
BP
(B
X)
0
p
第二章 冲裁工艺与模具设计
（c）磨损后凸模尺寸不变（C 类），按制件标注不同分为：
mm
79.7900.105 mm
b凹
(40
0.75
0.34)
0
14 0.34
mm
39.7500.085 mm
c凹
(35
0.75
0.34)0
1 4
0.34
mm
34.7500.085 mm
第二章 冲裁工艺与模具设计
第二类尺寸：磨损后减小的尺寸
d凹
(22
0.14
0.75
0.28)0
1 4
0.28
第二章 冲裁工艺与模具设计
三、例题1
冲制图示零件，材料为Q235钢，料厚 t=0.5mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及 公差。 解：由图可知，该零件属于无特殊要求 的一般冲孔、落料。

第2章-冲裁工艺

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

冲裁工艺与模具设计-冲裁力和压力中心计算

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 冲裁工艺及冲裁模

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

模具设计与制造CAI-第二章冲裁模设计

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

第2章 冲裁工艺与冲裁模

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。

第二章冲裁工艺与冲裁模

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

第二章 冲裁工艺及冲裁模设 复习题答案

第二章 冲裁工艺及冲裁模设 复习题答案

1 •什么是冲裁工序？它在生产中有何作用？利用安装在压力机上的冲模，使板料的一部分和另一部分产生分离的加工方法，就称为冲裁工序。

冲裁工序是在冲压生产中应用很广的一种工序方法，它既可以用来加工各种各样的平板零件，如平垫圈、挡圈、电机中的硅钢片等，也可以用来为变形工序准备坯料，还可以对拉深件等成形工序件进行切边。

2 •冲裁的变形过程是怎样的？冲裁的变形过程分为三个阶段如图图 2.1.3 所示：从凸模开始接触坯料下压到坯料内部应力数值小于屈服极限，这是称之为弹性变形阶段 ( 第一阶段 ) ；如果凸模继续下压，坯料内部的应力达到屈服极限，坯料开始产生塑性变形直至在刃口附近由于应力集中将要产生裂纹为止，这是称之为塑性变形阶段 ( 第二阶段 ) ；从在刃口附近产生裂纹直到坯料产生分离，这就是称之为断裂分离阶段 ( 第三阶段 ) 。

3 •普通冲裁件的断面具有怎样的特征？这些断面特征又是如何形成的？普通冲裁件的断面一般可以分成四个区域，如图 2.1.5 所示，既圆角带、光亮带、断裂带和毛刺四个部分。

圆角带的形成发生在冲裁过程的第一阶段（即弹性变形阶段）主要是当凸模刃口刚压入板料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，使板料被带进模具间隙从而形成圆角带。

光亮带的形成发生在冲裁过程的第二阶段（即塑性变形阶段），当刃口切入板料后，板料与模具侧面发生挤压而形成光亮垂直的断面（冲裁件断面光亮带所占比例越大，冲裁件断面的质量越好）。

断裂带是由于在冲裁过程的第三阶段（即断裂阶段），刃口处产生的微裂纹在拉应力的作用下不断扩展而形成的撕裂面，这一区域断面粗糙并带有一定的斜度。

毛刺的形成是由于在塑性变形阶段的后期，凸模和凹模的刃口切入板料一定深度时，刃尖部分呈高静水压应力状态，使微裂纹的起点不会在刃尖处产生，而是在距刃尖不远的地方发生。

随着冲压过程的深入，在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而形成毛刺。

对普通冲裁来说，毛刺是不可避免的，但我们可以通过控制冲裁间隙的大小使得毛刺的高度降低。

第二章冲裁工艺与模具设计

第二章冲裁工艺与模具设计

2）斜排：适用于椭圆形、T形、Г形、S形零件。
3）直对排：适用于梯形、三角形、半圆形、T形、Π形、 Ш形零件。
4）斜对排：适用于椭圆形、T形、Г形、S形零件。
5）组合排：适用于材料与厚度相同的两种以上零件。
6）多行排：适用于大批量生产中尺寸不大的圆形、六角 形、方形、矩形零件。
7）交叉排：适用于C形、Π形、Ш形等零件。
3）采用侧刃：B=(L+1.5b+nF) –Δ
式中： L——制件垂直于送料方向的基本尺寸； n——侧刃数； F——侧刃裁切宽度； Δ——条料的宽度公差； b——侧面搭边值。
（2）材料利用率的计算 一般常用的计算方法是：一个进距内的实际面积与 所需板料面积之比的百分率，一般用η表示：

S S 100% 100% S0 A B
（4）典型案例分析 1）垫圈：
（4）典型案例分析 2）电机转子：
（4）典型案例分析 2）电机定子：
2）电机转子： 制件结构复杂，形状对称，无悬臂狭槽，孔边距较大； 转子轴孔Φ10的公差为0.027mm（IT8级）；
外圆Φ47.2的公差为0.05mm（IT9级）； 毛刺高度应小于0.05mm； 材料为电工硅钢，材料具有一定的脆性。
式中： A—在送料方向，排样图中相邻两个制件对应点的距离（mm）； B—条料宽度（mm）； S—一个进距内之间的实际面积（mm）； S0 —一个进距内所需毛坯面积（mm）。
（3）典型案例冲裁材料利用率计算（见表2-17）
2.6 冲裁模刃口尺寸计算
2.6.1 冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁模凸模与凹模刃口间缝隙的距离。
1）应避免冲裁件上有过长的悬臂和狭槽。
最小宽度：b>2t
冲裁件悬臂与窄槽尺寸
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冲裁模设计的总原则：
在满足制件尺寸精度和 形状精度的前提下力求使模 具结构简单、操作方便、材
料消耗少、制件成本低。
审图 冲裁工艺性分析 冲裁工艺方案制定
排样 刃口尺寸计算 冲压力及压力中心计算 冲压设备选择 凸、凹模结构设计 总体结构设计 冲裁模装配图绘制 非标零件图绘制
冲裁模设计程序示意图
（1）审图 审阅制件图的正确性和完整性，包括：投影关系、
（3）冲裁材料 选材原则： 1）取决于零件的要求 2）“廉价代贵重，薄料代厚料，黑色代有色” 3）采用国家标准规格材料
（4）典型案例分析 1）垫圈： 无悬臂狭槽，孔边距较大，无尖锐转角，孔径较大； 制件尺寸精度较低，无粗糙度要求； 材料为普通碳素钢，冲裁性能较好，但容易产生毛刺。
2）电机转子： 制件结构复杂，形状对称，无悬臂狭槽，孔边距较大； 转子轴孔Φ10的公差为0.027mm（IT8级）； 外圆Φ47.2的公差为0.05mm（IT9级）； 毛刺高度应小于0.05mm； 材料为电工硅钢，材料具有一定的脆性。
复合工序
落料式级进工序 切废式级进工序
2.4.4 录音机机芯暂停杆展开件冲裁工艺方案制定
切废式级进工序
2.5 排样
2.5. 1 冲裁排样 排样：指制件在板料或条料排上的布置方法。
冲裁排样从废料的角度来分，可分为有废料排样、 少废料排样和无废料排样三种。
a)有废料排样 b)少废料排样 c)无废料排样
（4）排样 依据制件结构形状特点，在保证制件质量前提下，
采用较为合理的排样方式，以达到较高的经济效益。
冲压件排样实物
（5）刃口尺寸计算
（6）冲压力及冲压设备选择 （7）压力中心计算
（8）凸、凹模结构设计 在设计中应尽可能采用标准冷冲模具结构尺寸。
h h h
α
2~3ˇă
α
β
（9）总体结构设计
5）组合排：适用于材料与厚度相同的两种以上零件。
6）多行排：适用于大批量生产中尺寸不大的圆形、六角 形、方形、矩形零件。
7）交叉排：适用于C形、Π形、Ш形等零件。
8）裁搭边法——整裁法：适用于尺寸较小且形状较简 单的细长零件。
9）裁搭边法——分次裁切法：适用于尺寸较小且形状 较复杂的细长零件。
典型案例冲裁排样分析 垫圈
最小宽度：b>2t
冲裁件悬臂与窄槽尺寸
2）冲裁件的孔与边缘间、孔与孔之间的距离b1、b2不 能太小。
一般取b1＞1.5t， b2＞2t
1.5t
最小孔边距离
3）冲裁件的外形或内孔的转角处，应避免有锐角的 清角，应采用圆弧过渡。 4）冲孔的尺寸不能太小。
（2）冲裁件的尺寸精度和粗糙度 普通冲裁件 1）尺寸精度一般在IT10~IT11级以下 2）粗糙度低于Ra=6.3μm 3）冲孔精度比落料精度高一级
90°转角
90º的转角处
3）电机定子： 分析同电机转子
电机定子外形R3圆弧处锐 角
4）录音机机芯暂停杆展开件： 制件结构复杂，形状不对称； 制件A部为一悬臂（1.4×8.65）； 孔边距较小； 制件转角未注半径为0.3mm。
录音机机芯转录杆展开件
2.4 冲裁工艺过程
2.4.1 垫圈冲裁工艺方案制定
尺寸标注、公差、技术要求、材料等标注。
材料： D31
（2）冲裁工艺性分析 冲裁件的工艺性是指冲裁件结构、形状、尺寸和材
料等对冲裁工艺的适应性。
（3）冲裁工艺方案制定 依据制件对冲裁工艺的适应性，结合制件的生产批
量和各种冲裁工艺的特点，制定适合于制件的冲裁工艺 方案。
单工序工艺方案
连续工艺方案
复合工艺方案
料一般为普通碳素钢（如Q215），属于大批量生产。
t=1mm
（2）电机转子与电机定子 要求其具有较好的形状一致性，不存在（或存在
较小的）毛刺，材料一般为电工硅钢（如D31），属 于大批量生产。
（3）录音机机芯自停杆 材料一般为优质碳素结构钢（如10F），属于成批
生产。
2.2冲裁工艺与模具的设计程序
单一工序
复合工序
级进工序
2.4.2 电机转子冲裁工艺方案制定
a）
b）
c）
单一工序
a）落Φ47.2mm外圆 b）冲Φ10mm孔和定向槽口R0.3mm c）冲12个槽口
复合工序
级进工序
2.4.3 电机定子冲裁工艺方案制定 （1）冲裁工艺方案
a）
b）
c）
单一工序
a）落外形 b）冲两个腰形孔和4个Φ4mm孔 c）冲Φ48.2mm孔和2个Φ5mm孔
40~50
(1~1.5)H 凹 50~70
（10）冲裁模装配图绘制 （11）非标零件图绘制
2.3 冲裁工艺性分析
2.3.1 冲裁变形特征
a）弹性变形阶段
b）塑性变形阶段
c）断裂分离阶段 凸、凹模间隙正常且无弹压时，金属材料的冲裁变形过程
普通冲裁零件断面
冲裁件断面示意图
a)间隙过小
b)间隙适中
c)间隙过大
冲裁工艺与冲裁模的设计
2.1 典型案例 2.2 冲裁工艺与模具的设计程序 2.3 冲裁工艺性分析 2.4 冲裁工艺过程 2.5 排样 2.6 冲裁模刃口尺寸计算 2.7 定位与卸料出料 2.8 凸、凹模结构设计 2.9 冲裁模总体设计
2.1 典型案例
（1）垫圈 垫圈是标准化的零件，具有通用性和互换性，材
d 7 8 9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ10 11
12 13 14 15 16 <压力机模柄孔深度5~15
模具闭合高度H H 最大-5≥H 模≥H 最小+10
(1~1.5)H 凹
6~12
6
(0.6~0.8)H 凹
5
4
H 自由-H 预
3
10~20作导板时为(0.8~1)H 凹
2
¦Δ
1
H凹
50~70
40~50
L凹或D凹 工作台孔径
冲裁排样按制件在材料上的排列形式来分，可分为 直排法、斜排法、对排法、混合排法、多排法和冲裁搭 边法等多种形式。 1）直排：适用于方形、矩形零件。
2）斜排：适用于椭圆形、T形、Г形、S形零件。
3）直对排：适用于梯形、三角形、半圆形、T形、Π形、 Ш形零件。
4）斜对排：适用于椭圆形、T形、Г形、S形零件。
冲裁件断面质量 1—光亮带 2—毛刺 3—断裂带 4—塌角带
2.3.2 冲裁工艺性要求
冲裁件的工艺性是指该工件在冲裁加工中的难易程 度。良好的冲裁工艺性应保证材料消耗少、工序数少、 模具结构简单且寿命长、产品质量稳定、操作安全方便 等。
（1）冲裁件的形状与结构 冲裁件的形状应尽可能的简单、对称。
1）应避免冲裁件上有过长的悬臂和狭槽。