冲裁变形过程分析25页PPT
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塑性成形工艺与模具设计第二章-冲裁课件
平刃冲模的冲裁力可按下式计算：
F=KLt
式中: F——冲裁力（N）
L——零件剪切周长（mm）
t——材料厚度（mm） ——材料抗剪强度（MPa）
K——系数。一般取K=1.3。
为了简便，也可用材料的强度极限b（MPa），按下式估算 冲裁力：
F=Ltb
二、降低冲裁力的方法
1．阶梯凸模冲裁
2.斜刃冲裁
3.加热冲裁 板料加热后，抗剪强度明显下降，从而降低了冲裁力。
2、查表确定
间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关。 但由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的 要求不同，以及生产条件的差异，在生产实践中就很 难有一种统一的间隙数值，各种资料中所给的间隙值 并不相同，有的相差较大，选用时应按使用要求分别 选取。 书中表2-1、表2-2
第四节 凸、凹模刃口尺寸计算
二、冲裁件的尺寸大小
小的部分尺寸对于凸模尺寸；大的部分尺寸对于凹模尺寸。
三、影响冲裁件断面质量的因素
图2-5 冲裁区冲裁断面状况 1—毛刺 2—断裂带3—光亮带4—圆角带
➢ 断面的光亮带越宽、断裂带越窄、圆角及毛刺越小，
断面质量越好
➢ 质量最好的部分：光亮带
影响冲裁件断面质量的因素
(１)材料性能的影响：塑性越好，断面质量越好。 (２)模具间隙的影响
三、卸料力及推件力的计算
卸料力：从凸模上卸下箍着 的料所需要的力。
F卸= K卸F
推件力：将梗塞在凹模内的
料顺冲裁方向推出所需要的
力。
F推= K推F
顶件力：逆冲裁方向将料从 凹模内顶出所需要的力。
F顶= K顶F
式中 F——冲裁力（N）； K卸、K推、K顶——分别为卸料力、推件力、顶件系数
冲裁工艺及冲裁模设计课件.pptx
为使模具有一定的使用寿命，磨损到一定程度 仍能冲裁出合格的零件，落料时凹模刃口尺寸接近 制件尺寸的下限值，冲孔时凸模刃口尺寸接近制件 尺寸的上限值。
第二章：冲裁工艺及冲裁模设计
3、考虑制件精度与模具精度之间的关系 （1）一般情况按下表执行。
（2）制件未标注公差，按以下情况处理： 非圆形件按IT14级处理，冲模按IT11级制造；圆形 件的冲模可按IT7-IT6级制造。 4、冲压件按“入体”原则进行尺寸标注 冲压件的尺寸公差应标为单向公差，落料件为轴， 上偏差为零，下偏差为负；冲孔件为孔，上偏差为 正，下偏差为零。
第二章：冲裁工艺及冲裁模设计
（2）落料 设工件的尺寸为 D0 ，则：
Dd
( Dmax
x
)
0
d
Dp
(Dd
2cmin
)
0
p
(Dmax
x 2cmin )0 p
（3）冲孔
设工件的尺寸为 d0 ，则：
d p (dmin x)0 p
dd
(d p
2cmin )0 d
(dmin
x
2cmin
)d 0
60.12 0
为IT12级，取x=0.75
3600.62 为IT14级，取x=0.5
设凸模按IT6级制造，凹模
按IT7级制造。
第二章：冲裁工艺及冲裁模设计
1、冲孔 （1）校核间隙公差条件，查公差值表得：
| p | 0.008mm,| d | 0.012mm,故有 | p | | d | 2cmax 2cmin
第二章：冲裁工艺及冲裁模设计
二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
（一）凸模和凹模分开加工 （1）为保证初始间隙值小于最大合理间隙， 必须满足下列条件：
第二章：冲裁工艺及冲裁模设计
3、考虑制件精度与模具精度之间的关系 （1）一般情况按下表执行。
（2）制件未标注公差，按以下情况处理： 非圆形件按IT14级处理，冲模按IT11级制造；圆形 件的冲模可按IT7-IT6级制造。 4、冲压件按“入体”原则进行尺寸标注 冲压件的尺寸公差应标为单向公差，落料件为轴， 上偏差为零，下偏差为负；冲孔件为孔，上偏差为 正，下偏差为零。
第二章：冲裁工艺及冲裁模设计
（2）落料 设工件的尺寸为 D0 ，则：
Dd
( Dmax
x
)
0
d
Dp
(Dd
2cmin
)
0
p
(Dmax
x 2cmin )0 p
（3）冲孔
设工件的尺寸为 d0 ，则：
d p (dmin x)0 p
dd
(d p
2cmin )0 d
(dmin
x
2cmin
)d 0
60.12 0
为IT12级，取x=0.75
3600.62 为IT14级，取x=0.5
设凸模按IT6级制造，凹模
按IT7级制造。
第二章：冲裁工艺及冲裁模设计
1、冲孔 （1）校核间隙公差条件，查公差值表得：
| p | 0.008mm,| d | 0.012mm,故有 | p | | d | 2cmax 2cmin
第二章：冲裁工艺及冲裁模设计
二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
（一）凸模和凹模分开加工 （1）为保证初始间隙值小于最大合理间隙， 必须满足下列条件：
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
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
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。
第二章-冲裁工艺与冲裁模具设计PPT课件
沿工件全部外形冲裁，工件间、工件与板料边
都有搭边。材料利用率低，但能保证冲裁件质量，
模具寿命较高。
少废料排样
模具只沿工件部分外形轮廓冲裁，只有局部有
搭边。废料较少，工件质量不高，模具摩损快。
无废料排样
工件间、工件与条料间均没有搭边的存在。模具刃口
沿板料依次切下获取工件。材料利用率高，工件质量差，
模具易损坏。
裁板
纵裁
联合裁
横裁
21
冲压工艺力和压力中心的计算
概 念：
～是冲裁时压力机应具有的最小压力，是完成分离
所必需的力和其它附加力（卸料力、推料力、顶料力）的
总和。它是设计模具、选择压力机的重要依据。
冲裁力的计算
使板料发生分离的力称为冲裁力。一般平刃冲裁模的冲裁
力P可用下式计算：
= KLt
（K－系数，取1.3）
合理冲裁间隙值的确定：
❖ 工件断面质量无严格要求时，应取大间隙值；
❖ 工件的断面质量和制造精度较高时，应取较小间隙值；
❖ 在设计冲模刃口尺寸时，应考虑模具摩损因素，冲裁
间隙应取最小值。
6
方法1：理论确定法
如右图所示，可得冲裁间隙为：
= 2( − ℎ0 )tan = 2(1 − ℎ0 Τ)tan
能与其冲压时定位 基准重合 ，
并选择在冲裁过程中基本上下
不变动的面或线上。
9
凸、凹模刃口尺寸的计算
重要性：
冲模刃口处的尺寸及制造公差直接影响工件的尺寸
精度，合理的冲裁间隙也靠其保证。
前提：
尺寸
计算
的原
则：
因冲裁间隙的存在，落下的料和冲出的孔都带有锥
度，且落料件的大端尺寸与凹模刃口尺寸相近，冲出
都有搭边。材料利用率低，但能保证冲裁件质量，
模具寿命较高。
少废料排样
模具只沿工件部分外形轮廓冲裁，只有局部有
搭边。废料较少，工件质量不高，模具摩损快。
无废料排样
工件间、工件与条料间均没有搭边的存在。模具刃口
沿板料依次切下获取工件。材料利用率高，工件质量差，
模具易损坏。
裁板
纵裁
联合裁
横裁
21
冲压工艺力和压力中心的计算
概 念：
～是冲裁时压力机应具有的最小压力，是完成分离
所必需的力和其它附加力（卸料力、推料力、顶料力）的
总和。它是设计模具、选择压力机的重要依据。
冲裁力的计算
使板料发生分离的力称为冲裁力。一般平刃冲裁模的冲裁
力P可用下式计算：
= KLt
（K－系数，取1.3）
合理冲裁间隙值的确定：
❖ 工件断面质量无严格要求时，应取大间隙值；
❖ 工件的断面质量和制造精度较高时，应取较小间隙值；
❖ 在设计冲模刃口尺寸时，应考虑模具摩损因素，冲裁
间隙应取最小值。
6
方法1：理论确定法
如右图所示，可得冲裁间隙为：
= 2( − ℎ0 )tan = 2(1 − ℎ0 Τ)tan
能与其冲压时定位 基准重合 ，
并选择在冲裁过程中基本上下
不变动的面或线上。
9
凸、凹模刃口尺寸的计算
重要性：
冲模刃口处的尺寸及制造公差直接影响工件的尺寸
精度，合理的冲裁间隙也靠其保证。
前提：
尺寸
计算
的原
则：
因冲裁间隙的存在，落下的料和冲出的孔都带有锥
度，且落料件的大端尺寸与凹模刃口尺寸相近，冲出
冲裁工艺分析及排样设计PPT课件
φ81 1
R1 R1
φ42
衬套零件图
7
φ1 04
衬套落料工序件
φ8 1 R1
衬套拉深工序件
15
φ29.3
衬套冲孔工序件
R1 φ4 2
衬套翻孔工序件
7
2
第2页/共77页
我们选取衬套零件的两个冲裁工序件的模具设计作为项目1，通过完成该项目来 学习冲裁工艺与模具设计知识。
任务1 冲裁工艺分析及排样设计
为了完成该任务，需用到的知识点有： 冲压与冲模的概念；冲压加工特点；冲裁的概念；落料与冲孔的区别；冲裁 断面特征及影响因素；冲裁件的工艺性；排样设计原则；排样分类；搭边及步 距的概念；排样图的内容；材料利用率的计算。
每个模具设计项目按实际工作顺序，分解成若干个任务，通过完成这些任务 来学习相关的知识点。
对于五个项目没有涉及的有必要了解的内容，采用知识拓展的形式列出。
1
第1页/共77页
15
如图所示的冲压件名称是衬套，材料为 Q235冷轧钢板，料厚1mm，年产量3万件， 由落料、拉深、冲孔、翻边四个工序冲压完 成。
图2-2 衬套冲孔工序件 前预冲孔 9
第9页/共77页
1.5 落料与冲孔的区别： ①加工目的不同
落料是为了获得一定尺寸和外形轮廓的工件。冲孔是为了得到工件的内孔。
外形加工属 于落料
内孔加工属 于冲孔
10
第10页/共77页
②模具刃口尺寸计算方法不同 落料件大小由凹模决定，因此选择凹模作基准，冲裁间隙放在凸模侧。
冲孔大小由凸模决定，选择凸模作基准，冲裁间隙放在凹模侧。
冲孔从凹模中漏下的是废料，落料从凹模中漏下的 是工件。
凸模
凹模
11
冲裁工艺ppt课件
2、刃口计算方法
(1)凸、凹模分开加工 即:在设计图上分别标注凸、凹模尺寸及公差
刃 口 计 算
必须同时满足下列两个条件 （1）形状简单 （2）符合δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin 计算方法： ①落料 工件标注尺寸为（D-Δ） 先计算凹模尺寸： D凹=（D-ｘΔ）+δ凹 减去间隙为凸模尺寸：D凸=（D-ｘΔ- Zmin）-δ凸
n为凹模刃口卡住工件或废料个数
顶件力 反冲压方向从凹模中顶出工件 F顶=k顶F
（各系数K可查P57表3-8）
降低冲裁力的措施： ①.选用阶梯凸模
落料、冲孔，多孔冲制时，凸模刃口阶梯差 （0.5~1）t。
b
第 二 章 冲 裁
②.选用斜刃口模具
模具刃口做成斜面。落料时凹模为斜刃口； 冲孔时凸模为斜刃口。
③加热冲裁
冲 裁 力
2、卸料、推件力 卸料力 从凸模上卸去条料： F卸 = k 卸 F 推件力 顺冲压方向从凹模中推出工件： F推 = n k 推 F
故：先确定凹模尺寸→减去间隙为凸模尺寸。
冲孔：工件尺寸取决于凸模尺寸。
故：先确定凸模尺寸→加上间隙为凹模尺寸。
刃 口 计 算
（2）按刃口磨损规律 凹模：磨损后刃口尺寸变大。故：落料 刃口尺寸应等于或接近于工件落料最小极限 尺寸 D 。 凸模：磨损后刃口尺寸变小。故：冲孔 凸模刃口尺寸应等于或接近于工件冲孔最大 极限尺寸 d 。 无论落料或冲孔，凸、凹模磨损都使间 隙加大，故Z应取最小值Z min 。 （3）模具刃口制造公差δ 高于工件精度（Δ）2~4级; 工件一般为IT8~14，模具IT6~9； 或：取工件公差Δ的1/3~1/4 或：查表3-6，Ｐ４９
（2）凸、凹模配合加工
①条件：形状复杂； 或δ凸+δ凹﹥Zmax-Zmin
冲裁工艺与冲裁模PPT课件
22
23
注意：
为保证初始间隙值小于最大合理间隙，必
须满足下列条件：
T A Zmax Zmin
T 2
或者取：
T
0.（4 Zmax
Z
）
min
A 2
A
0.（6 Zmax
Z
）
min
24
25
26
（2）凸凹模配合加工时
配合加工：先做好其中的一件为基准件，然后以此基准 件来加工另外一件，使他们之间保持一定的间隙。基准 件上标注尺寸和制造公差，另一件仅标注基本尺寸并注 明配做的间隙值。
33
⑶对基准件的尺寸进行分类（A、B、C三类）计算:
根据凸模刃口磨损情况，其尺寸变化可分为三类： ①凸模刃口磨损后，尺寸A增大，按落料凹＝△/4，则：
A （60 0.5 0.74）00.74/ 4
34
②凸模刃口磨损后，尺寸B1、B2减小，按冲孔凸模类尺寸 计算。
落料件，凹模为基准件。冲孔件，凸模为基准件。
27
尺寸分类：
A类：磨损后尺寸增加 B类：磨损后尺寸减小
C类：磨损后尺寸不变
0.5
28
29
30
31
作业：
冲裁如图a所示制件，材料为A3，料厚4mm， 试用凸凹模配做法计算凸凹模的刃口尺寸及制造公差。
32
解：⑴确定基准件：此冲裁模为冲孔模，以凸模为基准件。 ⑵画出基准件的磨损图：凸模刃口磨损情况如图b所示.
t
式中： h ——凹模洞口的直刃壁高度； t ——板料厚度。
41
42
表3-7 卸料力、推件力、顶件力系数
注：卸料力系数Kx在冲孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。
23
注意：
为保证初始间隙值小于最大合理间隙，必
须满足下列条件：
T A Zmax Zmin
T 2
或者取：
T
0.（4 Zmax
Z
）
min
A 2
A
0.（6 Zmax
Z
）
min
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（2）凸凹模配合加工时
配合加工：先做好其中的一件为基准件，然后以此基准 件来加工另外一件，使他们之间保持一定的间隙。基准 件上标注尺寸和制造公差，另一件仅标注基本尺寸并注 明配做的间隙值。
33
⑶对基准件的尺寸进行分类（A、B、C三类）计算:
根据凸模刃口磨损情况，其尺寸变化可分为三类： ①凸模刃口磨损后，尺寸A增大，按落料凹＝△/4，则：
A （60 0.5 0.74）00.74/ 4
34
②凸模刃口磨损后，尺寸B1、B2减小，按冲孔凸模类尺寸 计算。
落料件，凹模为基准件。冲孔件，凸模为基准件。
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尺寸分类：
A类：磨损后尺寸增加 B类：磨损后尺寸减小
C类：磨损后尺寸不变
0.5
28
29
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31
作业：
冲裁如图a所示制件，材料为A3，料厚4mm， 试用凸凹模配做法计算凸凹模的刃口尺寸及制造公差。
32
解：⑴确定基准件：此冲裁模为冲孔模，以凸模为基准件。 ⑵画出基准件的磨损图：凸模刃口磨损情况如图b所示.
t
式中： h ——凹模洞口的直刃壁高度； t ——板料厚度。
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表3-7 卸料力、推件力、顶件力系数
注：卸料力系数Kx在冲孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。