冲压工艺学第二章

(1)当冲裁件断面质量要求不高时，在合理的间隙范围内，应尽量取较 大的间隙，从而有利于延长模具寿命，降低冲裁力、推件力、卸料力。
(2)当冲裁件质量要求高时，在合理间隙范围内，应尽量取较小值，这 样尽管模具寿命有所降低，但保证了零件的冲裁质量。
在设计冲模时，一般取Zmin作为初始间隙，主要是考虑模具工作一段时 间之后，要进行刃磨。修磨后会使间隙增大，使Zmin向Zmax过渡。所以，为 了使模具能在较长时间内冲制出合格的零件，提高模具的利用率，降低生产 成本，一般设计模具时取Zmin作为初始间隙。
表2-3 冲模制造精度与冲裁件尺寸精度之间的关系
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第二章 冲裁
表2-4 非金属材料冲裁模初始双面间隙
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第二章 冲裁
3 合理间隙的选择原则
生产实践证明，冲裁间隙取小值时，冲裁件的断面质量较好。间隙过 小会增大冲裁力和退料力，降低模具使用寿命。因此，在选择冲裁间隙时， 应综合考虑各方面因素：
2）凸模与凹模配合加工
凸模与凹模配合加工一般工厂的做法是：先根据冲裁件尺寸和公差加工 凸、凹模中的一件（落料时先加工凹模，冲孔时先加工凸模），再以该件为 基准件配加工另一件，使他们之间保证图纸规定的合理间隙。
采用此法，凸、凹模的制造公差不再受限制，一般按经验选取，常取工 件公差的四分之一。这种方法的优点是容易保证凸、凹模之间的间隙，同时 又可放大模具的制造公差，降低模具制造成本，因此在许多工厂得到广泛应
3）间隙对冲裁力的影响
， 当间隙小于或大于合理间隙时：冲裁力F↑ 上、下模裂纹不重合，剪切
力冲阶段性下降。
4）间隙对模具寿命的影响。
提高模具寿命一般采用较大的模具间隙，若采用较小间隙，就必须提高模
具的硬度与模具制造光洁度、精度，改善润滑条件，以减少磨损。
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第二章 冲裁
在长期的研究中发现影响的规律各不相同。能同时满足冲裁件断面质量最佳、尺寸精 度最高、寿命最长、冲裁力最小等各方面要求。在实际生产中，间隙的选用主要考虑 降低冲裁力和模具寿命这两个主要因素，它与生产成本和产品质量密切相关。因此， 并不存在一个绝对合理的间隙值，只能给出一个合理的间隙范围供选择。
第二章 冲裁
冲裁是利用冲模使板料产生分离的一种冲压工序，它包
括落料、冲孔、切口、剖切、修边等。主要指落料、冲孔。 落料—是指从板料冲下所需形状的零件（毛坯）。制取一
定外形的冲落部分。 冲孔—在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）。制
取内孔。
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第二章 冲裁
2.1冲裁变形过程分析
mm
冲孔凸模、凹模刃口尺寸： dp dx0 p
40 0.50.52
0 0.02

40.2600.02 mm
dd

d p Zmin
d 0

40.26 0.46
0.03 0

40.7200.03 mm
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第二章 冲裁
2.合理间隙的确定方法：
1）理论确定法：
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第二章 冲裁
2）经验确定法： 一般情况采用双面间隙：
材料种类 材料厚度（t） 双面间隙（Z）
＜1mm
（6%~8%）t
软材料
1~3mm
（10%~15%）t
3~5mm
（15%~20%）t
＜1mm
（8%~10%）t
硬材料
1~3mm
（11%~17%）t
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第二章 冲裁
2.变形过程
模具间隙正常时，金属材料的冲裁过程可分四个阶段： 弹性变形阶段：板料产生弹性压缩、弯曲和拉伸等变形； 塑性变形阶段：板料的应力达到屈服极限，板料开始产生塑性剪切变形； 萌生裂纹阶段：当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，产生微裂纹。 断裂分离阶段：已成形裂纹沿最大剪应变速度方向向材料内延伸，呈楔形状发展。
Δ—冲裁件的公差，mm；
Δ’—冲裁件偏差，对称偏差时 Δ’ =Δ/4，mm；
δp—凹模制造偏差，mm。当标注形式为 +δp 或 -δp 时，根据经
B点——凸模下压与板料弯曲引起的三向压缩应力。 C点——沿纤维方向为拉应力σ1，垂直于纤维方向为压应力σ3。 D点——凹模挤压板料产生轴向压应力σ3，板料弯曲引起径向拉引力σ1和切向
拉应力σ2。 E点——凸模下压引起轴向拉应力σ3，板料弯曲引起拉应力与凹模侧压力引 起的压应力合成产生应力σ1与σ2，该合成应力可能为拉应力，可能为压应力。
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第二章 冲裁
分离过程的四个阶段，使冲裁件断面明显分为四个部分：
a －塌角； b－光亮带；c－剪裂带；d－毛刺
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第二章 冲裁
2.2 模具间隙
模具间隙是指：凸凹模刃口间缝隙的距离，用符号c表示，称 为单面间隙。而双面间隙用Z表示。 间隙对冲裁件的质量、冲裁力、模具寿命的影响很大。
∴能满足： p d Zmax Zmin 的条件。
将已查得的数据代入计算式，即得
Dd

D
x
d 0

80 0.5 0.74
0.03 0

79.6300.03 mm
DP
Dd Zmin
0 p

79.63 0.46
0 0.02
第二章 冲裁
例题：加工一批垫圈，材料为Q235A钢，分 别计算落料和冲孔的凸、凹模刃口部分尺寸。 垫圈零件尺寸如图2-6所示。 解：落料的凸模、凹模刃口尺寸：
凹模刃口尺寸：
Dd

D
x
d 0
凸模刃口尺寸：
DP
Dd Z min
0 p
冲孔凸模、凹模刃口尺寸：
图2-6 垫圈
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第二章 冲裁
a)冲裁件图；
b）凹模
图2-7 落料时的冲裁件与凹模
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第二章 冲裁
第二种：凹模磨损后变小的尺寸，如图2-7(b)中B1d、 B2d，按一般冲孔凸模尺寸计算公式进行计算。即
Bp (B )p
第三种：凹模磨损后没有变化的尺寸，如图2-7(b) 中 ，可分为三种情形：
Zmin——最小合理间隙（双面），mm； δp、δd—分别为凸模和凹模的制造公差，mm。
x—磨损系数，与制造精度有关，可从表2-4中选取。
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表2-5 规则形状（圆形、矩形）冲裁模凸、凹模制造公差 mm
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表2-6 磨损系数x
第二章 冲裁
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第二章 冲裁
冲裁过程变形机理分析
1.受力情况分析
Fp1、Fp2 ──凸、凹模对板料的垂直作用力； F1、F2──凸、凹模对板料的侧压力； μFp1、μFp2──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； μF1、μF2──凸、凹模侧面与板料间的摩擦力
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。
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第二章 冲裁
剪切区的应力状态分析
A点——凸模下压引起轴向拉应力σ3。板料弯曲与凸模侧压力引起径向压应力σ1， 切向应力σ2为板料弯曲引起的压应力与侧压力引起的拉应力的合成应力
用。
优点：不仅容易保证凸、凹模间隙很小,而且制造还可以放大基准件的制造公 差,使制造容易。
适用于：异形或复杂刃口。 设计时：基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注，非基准件上只标注公 称尺寸，但在图样上注明：“凸(凹)模刃口按凹(凸)模实际刃口尺寸配作，保 证最小双面合理间隙值。”
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d p
d

x
0
p
dd

d p Zmin
d 0
查表2-2、表2-5、表2-7得：
Zmax 0.64, Zmin 0.46, p 0.02,d 0.03 ，x=0.5
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第二章 冲裁
0.02 0.03 <0.64 - 0.46
影响冲裁件质量的因素有： 1）凸凹模间隙大小及分布的均匀性，模具刃口尺寸状态。 2）模具结构与制造精度，材料性质等。
间隙值大小与均匀程度起主要因素。
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第二章 冲裁
1.间隙对冲裁件质量的影响
主要影响因素： 1）间隙对切断面质量的影响；
间隙过小：将产生二次剪切，出现挤长毛刺，制件中部留有撕裂带，制件 穹弯小，断面垂直。
第二章 冲裁
(1)落料 落料时应以凹模为基准来配作凸模，并按凹模磨损后尺
寸变大、变小、不变的规律分三种情形进行计算。 第一种：凹模磨损后变大的尺寸，如图2-7(b)
中A1d、A2d、A3d、A4d，这些尺寸按一般落料模尺寸计算公式
进行计算。即
Ad ( A )d
图2-7(a)为冲裁件图，图2-7(b)为冲制该零件的凹模图。
3~5mm
（17%~25%）t
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表2-2 冲裁模合理间 隙值（经验值）
第二章 冲裁
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第三章 冲裁
13 I、II、III分指冲裁件断面质量、尺寸精度要求级别高、中、低