冲裁变形过程分析3
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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。
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。
22冲裁变形过程分析
2.2 冲裁变形过程分析为正确设计冲裁工艺和模具，控制冲裁件质量，需认真分析冲裁变形过程，了解和掌握冲裁变形规律。
2.2.1 冲裁变形时板料变形区受力情况分析图2.2.1所示是无压边装置的模具对板料进行冲裁时的情形。
凸模１与凹模２都具有与制件轮廓一样形状的锋利刃口，凸凹模之间存在一定间隙。
当凸模下降至与板料接触时，板料就受到凸、凹模的作用力，其中：F 1、F 2 ──凸、凹模对板料的垂直作用力；F 3、F 4──凸、凹模对板料的侧压力；μF 1、μF 2──凸、凹模端面与板料间的摩擦力，其方向与间隙大小有关，一般从模具刃口指向外； μF 3、μF 4──凸、凹模侧面与板料间的摩擦力。
从图中可看出，因凸、凹模之间存在间隙，F 1、F 2不在同一垂直线上，故板料受到弯矩2/1Z F M 作用，由于M 使板料弯曲并从模具表面上翘起，使模具表面和板料的接触面仅限在刃口附近的狭小区域，其接触面宽度约为板厚的0.2～0.4。
接触面间相互作用的垂直压力并不均匀，•随着向模具刃口的逼近而急剧增大。
图2.2.1 冲裁时作用于板料上的力1-凸模 2-板材 3-凹模2.2.2 冲裁变形过程图2.2.2所示冲裁变形过程。
如果模具间隙正常，冲裁变形过程大致可分为如下三个阶段。
1．弹性变形阶段(图2.2.2Ⅰ)在凸模压力下，材料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形，凹模上的板料则向上翘曲，间隙越大，弯曲和上翘越严重。
同时，凸模稍许挤入板料上部，板料的下部则略挤入凹模洞口，但材料内的应力未超过材料的弹性极限。
2．塑性变形阶段(图2.2.2Ⅱ)因板料发生弯曲，凸模沿宽度为b 的环形带继续加压，当材料内的应力达到屈服强度时便开始进入塑性变形阶段。
凸模挤入板料上部，同时板料下部挤入凹模洞口，形成光亮的塑性剪切面。
随凸模挤入板料深度的增大，塑性变形程度增大，变形区材料硬化加剧，冲裁变形抗力不断增大，直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段便告终，此时冲裁变形抗力达到最大值。
锻压工艺学-冲裁.ppt
15
图.2.7 间隙对冲裁件尺寸精度的影响 16
2.2.2间隙对冲裁力的影响
图2.7.1 间隙大小对冲裁力的影响
图2.8.1 间隙大小对卸料力的影响
17
2.2.3间隙对模具寿命的影响 模具寿命：以冲出合格制品的冲裁次数来衡量，分 两次刃磨间的寿命与全部磨损后总的寿命。 凸模刃口磨钝 ： 凹模刃口磨钝： 凸、凹模磨钝 ： 刃口磨钝还将使制件尺寸精度、断面光洁度降低， 冲裁能量增大。
37
阶梯凸模减力时应注意： (1)阶梯高度差H稍大于断面光亮带b。 (2)各阶梯凸模的分布要注意对称（原因）。 (3)先工作的凸模应是端部带有导正销的凸模。一般 先冲大孔，后冲小孔（原因）。
38
2.4.2卸料力、推件力与顶件力 卸料力： 推件力： 顶件力：
图2.10 卸料力、推件力与顶件力
39
经验公式计算：
厚度小于3 mm的外形简单的工件，只需一次整
修。厚度大于3 mm或工件有尖角时，需进行多次
整修。
49
整修前落料凸、凹模的尺寸应为 凸模： Dp (Dy)0p 凹模： Dd (Dy)0d 式中 D-工件公称尺寸，mm；
z-双面间隙值，mm y-整修余量，mm。
50
整修时所需的力可按下式近似计算：
P cL(S0.1tn )0
21
表2.1 b/t与值（厚度t，毫米）
b/t*100%
材料
t<1 t=12 t=24 t>4
软钢 7570 7065 6555 5540 56
中硬 钢
硬钢
6560 6055 5548 4535 5047 4745 4438 3525
45 4
22
(2)经验确定法
c=mt
图.2.7 间隙对冲裁件尺寸精度的影响 16
2.2.2间隙对冲裁力的影响
图2.7.1 间隙大小对冲裁力的影响
图2.8.1 间隙大小对卸料力的影响
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2.2.3间隙对模具寿命的影响 模具寿命：以冲出合格制品的冲裁次数来衡量，分 两次刃磨间的寿命与全部磨损后总的寿命。 凸模刃口磨钝 ： 凹模刃口磨钝： 凸、凹模磨钝 ： 刃口磨钝还将使制件尺寸精度、断面光洁度降低， 冲裁能量增大。
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阶梯凸模减力时应注意： (1)阶梯高度差H稍大于断面光亮带b。 (2)各阶梯凸模的分布要注意对称（原因）。 (3)先工作的凸模应是端部带有导正销的凸模。一般 先冲大孔，后冲小孔（原因）。
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2.4.2卸料力、推件力与顶件力 卸料力： 推件力： 顶件力：
图2.10 卸料力、推件力与顶件力
39
经验公式计算：
厚度小于3 mm的外形简单的工件，只需一次整
修。厚度大于3 mm或工件有尖角时，需进行多次
整修。
49
整修前落料凸、凹模的尺寸应为 凸模： Dp (Dy)0p 凹模： Dd (Dy)0d 式中 D-工件公称尺寸，mm；
z-双面间隙值，mm y-整修余量，mm。
50
整修时所需的力可按下式近似计算：
P cL(S0.1tn )0
21
表2.1 b/t与值（厚度t，毫米）
b/t*100%
材料
t<1 t=12 t=24 t>4
软钢 7570 7065 6555 5540 56
中硬 钢
硬钢
6560 6055 5548 4535 5047 4745 4438 3525
45 4
22
(2)经验确定法
c=mt
冲压工艺及模具
②当Z过大：
拉伸作用强，挤压作用弱，光亮带窄，相对滑动距
离短，冲件弹性恢复与上相反 。凸凹模磨损大为减轻。
③同一间隙Z：凸模端面比凹模端面磨损小。
凸模侧面比凹模侧面磨损大。 为提高模具寿命，一般采用较大间隙。若采用小间隙 应提高模具硬度，模具制造精度高，表面粗糙度低，并改 善润滑条件，以减小磨损。
冲压件尺寸减小，因此，尺寸误差是两者的综合结果。
② 模具制造精度低，工件的尺寸精度无法保证。
冲裁件内外形能达到的经济精度IT11—14，尺寸越大，精度越高，不
同的冲压件尺寸精度所对应的模具制造精度不同。
（3）间隙对弯曲度的影响（图2-11）
Z增大，h增大，为提高制件的平整度，可加压料板或反向压板，要求 太高可以加整形工序。
二、模具间隙
模具间隙——指凸、凹模刃口间的间缝隙，单边用C表
示，双边用Z表示。 间隙是冲裁模设计的关键尺寸。间隙大小对冲裁件质量和 模具使用寿命都有很大影响。
1、间隙对冲裁件质量的影响（断面、尺寸、形状即
弯曲度）
（1）间隙对断面质量的影响（图2-10）
a——Z过小，断面平直，双光亮带，挤长毛刺薄，易去除。 b——Z合理，有一定的斜度，比较平直，光洁，光亮带1/2-1/3。 c——Z过大，斜度大，粗糙，光亮带小，拉长毛刺厚，难去除。
4. 合理间隙的确定
生产中选用一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内， 就可冲出良好产品，这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为 最大合理间隙。 新设计模具应采用最小值。
⑴ 理论确定法：
根据两裂纹重合，获得良好断面依据。
单边 c=t(1—ho/t)tgβ ho/t——相对压入深度
β ——裂纹与垂线间夹角
1.冲裁变形过程
1）间隙过小
• 增大了冲裁力、卸料力和推件力； • 加剧了凸、凹模的磨损； • 降低了模具寿命（冲硬材突出）。 • 外表尺寸略有增大，内腔尺寸略有 缩小（弹性回复）。 • 光面宽度增加，塌角、毛刺、斜度 等都有所减小，工件质量较高。
2）间隙过大
• 断面光面减小，塌角与斜度增大， 形成厚而大的拉长毛刺，且难以去 除； • 冲裁的翘曲现象严重；
1．冲裁变形过程
•冲裁件质量、冲裁模结构与冲裁 时板料变形过程关系密切。 •其过程分三个阶段： （1）弹性变形阶段
（2）塑性变形阶段
（3）断裂分离阶段
•冲裁变形区的应力与变形情况和 冲裁件的切断面的状况：
2．凸、凹模间隙
•不仅严重影响冲裁件的断面
质量，而且影响模具寿命、卸
料力、推件力、冲裁力和冲裁 Biblioteka 的尺寸精度。冲裁模合理间隙值
• 外形尺寸缩小，内腔尺寸增大；
• 模具寿命较高。
• 对于批量较大而公差又无特殊
要求的冲裁件，采用“大间隙”
冲裁，提高模具寿命。
3）间隙合适
•冲裁力、卸料力和推件力适中； •模具有足够的寿命； •光面约占板厚的1/2～1/3左右，切 断面的塌角、毛刺和斜度均很小； •零件的尺寸几乎与模具一致，完全 可以满足使用要求。 •合理的间隙值可查表选取。
第二章 冲裁
尺寸精度影响因素 一般冲裁件能达到的尺寸精度比模具的精度
1. 模具制造精度 低一到三级。
2. 材料性质及模具结构 冲裁件会发生回弹现象，从而影响 其精度，较软的材料弹性变形小，冲裁后回弹小，精度较高， 在模具上增加压板料和顶件器会减小回弹值，提高冲件精度。
3. 冲裁间隙 间隙适当时，材料在较纯的剪应力下分离，间隙 较大时，材料除受到剪切外，还产生较大的拉伸应力与弯曲变 形，冲孔件会大于凸模尺寸，落料件会小于凹模尺寸；间隙较 小时，材料会受到较大的挤压作用，冲孔件会小于凸模尺寸， 落料件会大于凹模尺寸。
3 使凸、凹模沿封闭轮廓线冲裁，提高零件质量和模具寿命。
搭边值的确定： 根据经验定，搭边值不可过小也不可过大，过大浪费材料，过 小起不到搭边作用，还可能被拉入凸凹模间隙中，使模具刃口损坏。
搭边值确定取决于材料种类、厚度、冲裁件大小、轮廓形状等，材 料越厚、硬度越低、冲裁件尺寸越大、形状越复杂，合理搭边值越大。 一般搭边值由经验确定，可以查表。 送料步距： 条料在模具上每次被送进的距离，步距计算公式为： A = D + a1
图2.9 模具间隙
Z 2t (1
h0 t
)tg
（2—4）
上式中： h0——产生裂纹时凸模的压入深度（mm）； t ——材料厚度（mm）； β —— 最大切应力方向与垂线之间的夹角（裂纹方向角）。
β、 h0与材料性质有关，可以查表得到。
2 查表法
3 经验记忆法
Z = mt
Z：合理冲裁间隙 t: 板料厚度
图2.2 冲裁件塑性变形
三 断裂分离阶段 当板料应力达到抗剪切强度后，凸模继续下压，凸、凹模口 部产生裂纹并不断扩展，当上下裂纹重合时，板料发生分离。当 凸模继续下行时，已分离的板料被推出，完成整个冲裁过程。
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
第三章-冲裁工艺课件
冲模
板料厚度t(mm)
制造
精度 0.5 0.8 1.0 1.5 2 3 4 5 6 7 8 10 12
IT6~7 IT8 IT8 IT9 IT10 IT10
IT7~8
IT9 IT10 IT10 IT12 IT12 IT12
IT9
IT12 IT12 IT12 IT12 IT12 IT14 IT14 IT14 IT14 IT14
0.25 0
将尺寸转化为标准尺寸：A0 ，则其设计公式为：
A模 （ Ax） 0 0.2 5
三类尺寸的设计之二
第二类：模具磨损后，制件尺寸减小。
按一般冲孔凸模公式设计计算，制造公差取
0 0.25
将尺寸转化为标准尺寸：B
0
，则其设计公式为：
B模 （ Bx） 0 0.2 5
三类尺寸的设计之三
配合加工法：用凸模和凹模相互单配的方法来保 证合理间隙
分别加工法适用于简单件，用于间隙较大，精度要求低的模 具，凸、凹模具有互换性。
配合加工法用于复杂件，用于精度要求高，间隙较小的模具， 凸、凹模之间无互换性。
2、分别加工法的尺寸计算
对于分别加工法， 我们必须给出凸、 凹模的设计尺寸以 及它们的公差
体反方向胀大
落料件尺寸大于凹模尺寸；冲孔件尺寸小于凸模尺寸
2、断面质量
断面质量取决于冲裁间隙。 间隙合理：由凸、凹模刃口所产生的裂纹重合 间隙不合理：则上下裂纹不重合
间隙对剪切裂纹与断面质量的影响 ａ）间隙过小 ｂ）间隙合理 ｃ）间隙过大
3、毛刺
a、由冲裁的过程可以知道，冲裁件产生微小的
0.0160.0250.0410.032
分别加工法简单模工作零件设计
凹0.6(ZmaxZm)in0.60.0320.019 凸0.4(ZmaxZm)in0.40.0320.013
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第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第二节 冲裁变形过程分析
三、冲裁件质量及其影响因素
冲裁件质量：指断面状况、尺寸精度和形状误差。 垂直、 光洁、 毛刺小 图纸规定 的公差范 围内 外形满足图纸 要求；表面平 直，即拱弯小
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第二节 冲裁变形过程分析
三、冲裁件质量及其影响因素（续）
1．弹性变形阶段 变形区内部材料应力小于屈服应力 。 2．塑性变形阶段 变形区内部材料应力大于屈服应力。 凸、凹模间隙存在，变形复杂，并非纯塑性剪切变形，还伴 随有弯曲、拉伸，凸、凹模有压缩等变形。 3．断裂分离阶段 变形区内部材料应力大于强度极限。 裂纹首先产生在凹模刃口附近的侧面 凸模刃口附近的侧面 上、下裂纹扩展相遇 材料分离
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第二节 冲裁变形过程分析
了解和掌握冲裁变形规律， 有利于冲裁工艺与冲裁模设计， 控制冲裁件质量。
一、冲裁变形时板材变形 区受力情况分析
四对力
凸、凹模间隙存在，产生弯矩。
冲裁时作用于板料上的力 1-凸模 2-板材 3-凹模
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
二、冲裁变形过程
间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为三个阶段：
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
落 料 冲 孔 复 合 模
1-下模板 2-卸料螺钉 3-导柱 4-固定板 5-橡胶 6-导料销 7-落料凹模 8-推件块 9-固定板 10-导套 11-垫板 12、20-销钉 13-上模板 14-模柄 15-打杆 16、21-螺钉 17-冲孔凸模 18-凸凹模 19-卸料板 22-挡料销
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
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
第二章 冲裁工艺与冲裁响因素 断面特征
圆角带a： 刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。
光亮带b：塑性剪切变形。质量最好的区域。 断裂带c：裂纹形成及扩展。 毛刺区d： 间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。
此外，间隙不正常、刃口不锋利，还会加大毛刺。
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
垫圈的落料与冲孔 a)落料 b)冲孔