模具设计与制造

(1) σ s < σ < σ b ； (2) 形成光亮剪切断面； (3) 板料在与凸、凹模刃口接触处形成塌角； (4) 材料硬化加剧，变形抗力不断上升； (5) 伴随有翘曲和拉伸变形。
§2.1.2 冲裁变形过程 3.断裂分离阶段
(1) σ > σ b ， (2) 刃口侧面先后出现微裂纹； (3) 裂纹沿最大剪应力方向延伸，板料被剪断分离； (4) 凸模将分离的材料推入凹模洞口。
§2.1.3 冲裁过程的受力变形分析
三.冲裁过程的受力变形分析
1.作用于板材上的力
(1) 四对作用力：
a.
Fp ⇔ Fd
b. μFp ⇔ μFd c.
F1 ⇔ F2
d. μF1 ⇔ μF2
(2) 弯矩M
§2.1.2 冲裁过程的受力变形分析 2.冲裁应力
§2.1.2 冲裁过程的受力变形分析 3.裂纹的生成与发展
(1) 材料厚度越大、塑性越低，所需间隙值越大； (2) 材料厚度越薄、塑性越好，所需间隙值越小。
§2.3.3 冲裁间隙值的确定
2.经验确定法
a. 对于尺寸精度、断面质量要求高的冲裁件应选用较小间隙 值，这时冲裁力与模具寿命作为次要因素考虑； b. 对于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件，在满足冲裁件 要求的前提下，应选用较大的双面间隙值以降低冲裁力、提高模 具寿命； c. 生产过程中的磨损使间隙变大，设计与制造新模具时应采用 最小合理间隙。
§2.2.2 降低冲裁力的方法 2.斜刃口冲裁
(1) 模具刃口呈倾斜状，逐步切入切断； (2) 保证工件平整，只允许废料发生弯曲变形； (3) 斜刃应对称布置； (4) 模具制造复杂，刃口易磨损，修磨困难，冲件不够平整。
§2.2.2 降低冲裁力的方法 3.加热冲裁
(1) 材料加热状态下抗剪强度； (2) 但易破坏工件表面质量，同时会产生热变形，精度低； (3) 工作条件差。
§2.1.3 冲裁过程的断面质量分析
b. 间隙合适 ① 上下裂纹重合； ② 断裂面比较平直、光滑、毛刺较小。
§2.1.3 冲裁过程的断面质量分析
c. 间隙过大 ① 拉应力大，容易产生裂纹，光亮带小； ② 裂纹不重合，二次拉裂，断裂带不规则； ③ 塌角大、拱弯大、毛刺高。
§2.1.3 冲裁过程的断面质量分析 3.提高断面质量的措施
(1) 冲孔件的光亮带被凸模刃口挤压而成，应先计算凸模刃口尺 寸，再以凸模为基准计算凹模刃口尺寸； (2) 落料件的光亮带被凹模刃口挤压而成，应先计算凹模刃口尺 寸，再以凹模为基准计算凸模刃口尺寸。
§2.4.1 冲裁模刃口尺寸的计算原则 3.保证模具刃口磨损一定程度后仍能冲出合格工件
(1) 基准凸模刃口尺寸Dp 应接近工件最大极限尺寸； (2) 基准凹模刃口尺寸Dd 应接近工件最小极限尺寸； (3) 模具应取最小合理间隙 Zmin。
§2.2.1 冲裁力的计算
2.冲裁力的计算（最大冲裁力的计算）
(1) 理论计算法
F冲 = Sτ = Ltτ
(2) 实际计算法
F冲 = KSτ = KLtτ = KLtσ b
§2.2.2 降低冲裁力的方法
二.降低冲裁力的方法
1.阶梯凸模冲裁
(1) 各凸模冲裁力的最大峰值不同时出现； (2) 冲裁力一般只按产生最大冲裁力的那一个阶梯进行计算； (3) 长凸模容易磨损；修磨刃口困难。
(2) 落料模刃口尺寸计算
a. 基准凹模刃口尺寸： b. 凸模刃口尺寸：
Dd = (D − xΔ )0
+δ d
0
D p = (Dd − Z min )−δ p
§2.4.2 冲裁模刃口尺寸计算方法
(3) 冲孔模刃口尺寸计算
a. 基准凸模刃口尺寸： b. 凹模刃口尺寸：
d p = (d + xΔ )−δ p
(1) 板材力学性能
板材塑性好，剪切深度深，裂纹推迟产生，光亮带宽；
(2) 模具刃口状况
模具刃口锋利，应力集中，毛刺、圆角带小。
§2.1.3 冲裁过程的断面质量分析
(3) 冲裁间隙
a. 间隙过小 ① 压应力大，裂纹抑制； ② 上、下裂纹不重合，二次剪切； ③ 侧面两次挤压，出现两光亮带； ④ 部分材料被挤出，在表面形成薄而高的毛刺。
A
E
(1) 在拉应力的作用下，裂纹更容易暴露和发展； (2) 裂纹先后在强拉应力区E、A产生； (3) 裂纹起点只能在刃口侧面，断面总要残留毛刺。
§2.1.3 冲裁过程的断面质量分析
三.冲裁过程的断面质量分析
1.断面特征
(1) 圆角带 (2) 光亮带 (3) 断裂带 (4) 毛刺
§2.1.3 冲裁过程的断面质量分析 2.影响断面质量的因素
§2.4.1 冲裁模刃口尺寸的计算原则
第四节 冲裁模刃口尺寸的设计计算
一.冲裁模刃口尺寸的计算原则
1.冲裁件以光亮带作为尺寸基准
(1) 光亮带处于断面的外侧，是主要测量表面； (2) 光亮带平直光滑、垂直于板平面，是主要工作表面。
§2.4.1 冲裁模刃口尺寸的计算原则 2.刃口尺寸应保证冲出合格工件
(1) 板材材质
板材塑性好，断面材质均一化；
(2) 冲裁间隙
冲裁间隙合理，分布均匀；
(3) 模具刃口
模具刃口锋利。
(4) 修整工序
§2.2.1 冲裁力的计算
第二节 冲裁力、卸料力和推件力的计算
一.冲裁力的计算
1.冲裁力的行程曲线
(1) OA冲裁的弹性变形阶段 (2) AB塑性变形阶段 (3) BC断裂分离阶段 (4) CD推出阶段
a. 冲裁间隙过大 ① 冲裁除受剪切外还产生较大的拉伸与弯曲变形，冲裁后因 材料弹性恢复，使冲裁件尺寸向实际方向收缩： ② 落料件尺寸小于凹模尺寸；冲孔件尺寸大于凸模尺寸。
§2.3.2 冲裁间隙的影响
b. 冲裁间隙过小 ① 冲裁中除剪切外还会受到较大的挤压作用，冲裁后因材料 弹性恢复，使冲裁件尺寸向实体的反方向胀大： ② 落料件尺寸大于凹模尺寸；冲孔件尺寸小于凸模尺寸。
Z = Dd − D p C = rd − rp
§2.3.2 冲裁间隙的影响
二.间隙对冲裁的影响
1.间隙对冲裁质量的影响
(1) 间隙对断面质量的影响 (2) 间隙对尺寸精度的影响
尺寸精度Δ：冲裁件实际尺寸与标称尺寸的差值。
Δ = 模具制造偏差 + 冲裁件相对于模具的偏差
§2.3.2 冲裁间隙的影响
(1) 间隙小
板料压应力成分大，不易产生裂纹，冲裁力增大；
(2) 间隙大
板料拉应力成分大，易产生裂纹，冲裁力减小。
§2.3.2 冲裁间隙的影响 4.间隙对卸料力、顶件力和推件力的影响
(1) 间隙小
冲裁后由于弹性恢复，使冲孔部分紧箍在凸模上，落料部分 紧卡在凹模内，F卸 、F顶 、F推 增大
§2.3.2 冲裁间隙的影响
§2.3.2 冲裁间隙的影响
(2) 间隙大
a. 弯曲拉伸严重，刃口端面压力大，刃口易崩刃或压塌 b. 间隙过大造成卸料力增加，使模具侧面摩擦增大 c. 减小模具侧面与板料的摩擦 d. 可以减少由于制造和装配精度的限制，出现间隙不均匀的不 利影响，
§2.3.2 冲裁间隙的影响
3.间隙对冲裁力的影响
(4) 基准模磨损后工件不变的尺寸（C类尺寸）
基准凹模
基准凸模
C基 = C ±
δ
2
§2.4.2 冲裁模刃口尺寸计算方法
(2) 间隙大
F a. 冲裁后由于弹性恢复，使冲裁部分与模具分离， 卸 、F顶 、
F推 减小；
F F F b. 间隙继续增大导致毛刺增大， 卸 、 顶 、 推 增大。
§2.3.3 冲裁间隙值的确定
三.冲裁间隙值的确定
1.理论计算法
合理间隙时，上下裂纹直线重合： Z = 2t (1 − h0 t ) tan β
(1) 基准模刃口公差计算
Δ δ p = δd = 4
§2.4.2 冲裁模刃口尺寸计算方法
(2) 基准模磨损后工件增大的尺寸（A类尺寸）
基准凹模
基准凸模
A基 = A − xΔ
§2.4.2 冲裁模刃口尺寸计算方法
(3) 基准模磨损后工件减小的尺寸（B类尺寸）
基准凹模
基准凸模
B基 = B + xΔ
§2.4.2 冲裁模刃口尺寸计算方法
§2.4.2 冲裁模刃口尺寸计算方法
(1) 模具刃口公差计算
a.公差要求： b.公差计算：
δ p + δ d ≤ Z max − Z min
① 查凸、凹模公差表，并进行校核； ② 公式计算： δ p = 0.4(Z max − Z min )，δ d = 0.6(Z max − Z min )
§2.4.2 冲裁模刃口尺寸计算方法
§2.3.2 冲裁间隙的影响
c. 冲裁间隙合适 ① 在冲裁过程中板料的变形区在比较纯的剪切作用下被分离： ② 落料件的尺寸等于凹模尺寸；冲孔件尺寸等于凸模尺寸。
§2.3.2 冲裁间隙的影响
(3) 间隙对形状误差的影响
冲裁件的形状误差＝翘曲+扭曲+变形等缺陷 a. 间隙过大造成变形区拉伸和弯曲成分增多，产生工件翘曲 b. 间隙不均匀造成工件扭曲和变形
F总＝F冲 + F推
§2.2.3 卸料力、推件力和顶件力的计算
(2) 弹性卸料下出料方式
F总＝F冲 + F卸 + F推
§2.2.3 卸料力、推件力和顶件力的计算
(3) 弹性卸料上出料方式
F总＝F冲 + F卸 + F顶
§2.3.1 冲裁间隙的概念
第三节 冲裁间隙
一.冲裁间隙的概念
冲裁间隙：凸模和凹模刃口的径向尺寸差值。
§2.1.2 冲裁变形过程
二.冲裁变形过程
§2.1.2 冲裁变形过程 1.弹性变形阶段