第二章 冲裁工艺及模具设计-1xg
第2章 冲裁及冲裁模设计2[21页]
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b
h
h
T形等制件
b
用于材质和厚度相
h
h
同，而形状不同或
相似的制件
b
用于小件、大批量
h
h
生产的圆形、方形、
矩形、六角形等制
件
§2-6 排样
二、 材料的利用率η
1.η0:在一个进料距离内,件面积与板料毛坯面积之比的百分率。
0
A0 A
•100%
A0 B0 L
100%
A0:件面积mm2 ；A:一个料距内毛坯面积mm2； L:进料距； 2.条、带、和板料的利用率η：
特点:η下降、件质量好、模具寿命 T 较高。
应用: 形状复杂件；精度要求高的排样。
2.少搭边排样：
(某一面无搭边) b图
η高于搭边,降低件质量.简化模具结构.降低T,降低F冲。
应用: 件某些尺寸要求不高的排样。
3.无搭边排样：
c图
η最高.降低件质量.简化模具结构.降低T,降低F冲。
应用: 对件形状要求严格,应用受限。
2. 阶梯冲裁
图2-10
•
多个凸模,高度成阶梯布置，设计注意平衡，金属流动方向。
•
阶梯高度 H：
•
1) t＜3 H = t
图 2-10 b
2) t＞3 H = t/2 取各层中F冲max 作为F冲 3. 加热冲裁(又称红冲)
•
温度↑，则τ↓，所以F冲下降。
•
加热后, τ值见 表 2-6
表2-6
• note: 冲压温度比加热温度低150 ～ 200℃左右.
t t
（ a）斜刃冲裁
（b）阶梯冲裁
图2-10 斜刃与阶梯冲裁
落料 : 斜刃在凹模， 凸为平刃。
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
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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。
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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
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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：
冲裁工艺与模具设计课件
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第二章 冲裁工艺与模具设计
五、连接与固定零件
1．模柄
基本要求：①与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠；
②与上模正确而可靠连接。 1）压入式模柄 2）旋入式模柄 3）凸缘模柄 4）槽型模柄和通用模柄 5）浮动模柄 6）推入式活动模柄
材料：Q235、Q275钢
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推板
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正装式复合模
1-打杆 2-模柄 3-推板 4-推杆 5-卸料螺钉 6-凸凹模 7-卸料板 8-落料凹模 9-顶件块 10-带肩顶杆 11-冲孔凸模 12-挡料销 13-导料销
MD&M
第二章 冲裁工艺与模具设计
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第二章 冲裁工艺与模具设计
与凸模的双边间隙
当卸料板兼起导板作用，按H7/h6配合，
且应小于冲裁间隙。
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第二章 冲裁工艺与模具设计
三、卸料装置与推件装置（续）
1．卸料装置（续）
（2）弹压卸料装置
特点： 兼卸料及压料作用，冲件质量较好，平直度较高。
适用：质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁。
见表２.9.11，对特别小的冲孔凸模可将表
与凸模的单边间隙 列数值适当加大。
当卸料板兼起导板作用，同固定卸料板。
装配要求：在模具开启状态，卸料板应高出模具工作零件刃口
0.3～0.5mm，以便顺利卸料。
凸台部分的高度：h=H-(0.1~0.3)t
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三、卸料装置与推件装置（续）
第2章冲裁工艺与模具设计_2
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5.4 间隙对冲裁力的影响
冲裁间隙对冲裁力的影晌规律是间隙越小,变形 区内压应力成分越大,拉应力成分越小,材料变形抗 力增加,冲裁力就越大。
反之,间隙越大,变形区内拉应力成分就越大,变 形抗力降低,冲裁力就小。间隙达材料厚的5%20%时，冲裁力下降不明显。
当单边间隙Z增大到材料厚度的15%-20%时， 卸料力为0。
尺寸精度应该保证在图纸规定的公差范围之内。 零件外形应该满足图纸要求；表面尽可能平直， 即拱弯小。
影响零件质量的因素：材料性能、间隙大小及均 匀性、刃口锋利程度、模具精度以及模具结构形 式等。
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2.2影响断面质量的主要因素
(１)材料性能的影响 。
材料塑性好，冲裁时裂纹出现得较迟，材 料被剪切的深度较大，所得断面光亮带所占 的比例就大，圆角也大。
1）轴尺寸按基轴制标注，上偏差为零，下偏差为负，即d
0
2）孔尺寸按基孔制标注，上偏差为正，下偏差为零，即D
0
3）对于中心距等尺寸标注对称上下标，即A
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为了减少模具刃口制造误差对间隙的影响，有分开加工和配合加工两种 加工方法，偏差的计算也不同 。
⑴凸模与凹模分开加工：（适用于圆形或形状简单的制件 ）
而塑性差的材料，容易拉断，材料被剪切 不久就出现裂纹，使断面光亮带所占的比例 小，圆角小，大部分是粗糙的断裂面。
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2.2影响断面质量的主要因素
(２)模具间隙的影响。 冲裁时，断裂面上下裂纹是否重合，与凸、
凹模间隙值的大小有关。 当凸、凹间隙合适时，凸、凹模刃口附近
上篇第2章-冲裁工艺与模具设计
主讲教师：刘维冲裁利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。
包括落料、冲孔、切口、切边、剖切、整修、精密冲裁等。
●冲裁的基本工序：落料和冲孔。
落料与冲孔均是利用模具使板料的一部分与另一部分沿一封闭的轮廓线相分离。
●落料的目的是得到封闭轮廓线以内的部分。
●冲孔的目的是得到封闭轮廓线以外的部分。
模具间隙合适时，冲裁变形过程可分为：①弹性变形阶段②塑性变形阶段③断裂分离阶段弹性变形阶段冲头刚接触板料的初始阶段，板料只发生弹性变形。
材料发生翘曲，模具刃口处形成很小的圆角（初始塌角）。
塑性变形阶段凸模继续下行，板料在模具刃口附近产生塑性剪切变形，形成光亮带，塌角更大。
随着切刃深入，刃口附近的材料出现微裂纹。
断裂分离阶段当刃口附近的材料达到极限应力与应变时，材料裂纹便产生，形成粗糙而带有锥度的断裂带以及毛刺。
冲裁变形区冲裁变形区位于上、下刃口连线的纺锤形区。
1—凸模2—毛坯3—凹模4—变形区冲裁时作用于板料上的力材料受到模具端面压力F p、F d，分布不均匀。
由于模具间隙，F p与F d产生了弯矩M。
材料受到模具的横向侧压力F1、F2。
材料受到模具端面的摩擦力μF p、μF d。
材料受到模具侧面的摩擦力μF1、μF2。
1-凸模2-板材3-凹模冲裁力曲线AB段：弹性变形阶段，冲裁力迅速增大。
BC段：塑性变形阶段，冲裁力达到最大值。
CD段：裂纹扩展至断裂阶段，冲裁力下降。
DE段：凸模推料阶段。
冲裁变形区的应力状态由于冲裁过程中凸模下面及凹模上面的板料分别产生弯曲变形和翘曲，使得变形区的应力状态非常复杂，且随变形过程瞬时变化。
冲裁变形区的应力状态A点（凸模侧面）：σ1为板料弯曲与凸模侧压力引起的径向压应力；切向应力σ2为板料弯曲引起的周向应力与侧压力的合成应力；σ3为凸模下压形成的轴向压应力。
冲裁变形区的应力状态B点（凸模端面）：凸模下压及板料弯曲内侧径向受压引起三向压缩应力。
冲裁变形区的应力状态C点（断裂区中部）：σ1为因凸、凹模间隙使板料受拉而产生的拉应力；σ3为板料轴向受挤压而产生的应力。
冲裁工艺与模具设计-冲裁的工艺设计
（3）冲裁件上凸出的悬臂和凹槽 尽量避免冲裁件上过长的凸出悬臂与凹槽，悬臂和凹槽宽度也 不宜过小，其许可值如图所示。
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
一、冲裁件的工艺性分析
1．冲裁件的结构工艺性（续）
（4） 冲裁件的孔边距与孔间距
因受模具强度和零件质量的限制， 其值能太小。 一般要求: 圆孔：c≥(1~1.5)t; 矩形孔：c′≥(1.5~2)t。
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第六节 冲裁的工艺设计
一、冲裁件的工艺性分析
（6） 冲裁件的孔径因受冲孔凸模强度和刚度的限制，不宜 太小，否则容易折断和压弯。 冲孔最小尺寸取决于材料的机械性能、 凸模强度和模具结 构。 冲小孔的凸模，如果采用保护套，凸模不易损坏，稳定性 提高，最小冲孔尺寸可以减小。 所谓小孔，通常是指孔径小于被冲板料的厚度或直径小于1mm的 圆孔和面积小于1mm的异形孔。
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第六节 冲裁的工艺设计
二、冲裁工艺方案的确定
（4）模具制造、安装调整和成本 对复杂形状的工件，采用复合冲裁比采用级进冲裁为宜。因
模具制造、安装调整较易，成本较低。 （５）操作方便与安全
复合冲裁出件或清除废料较困难，工作安全性较差。级进冲 裁较安全。
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
二、冲裁工艺方案的确定
1．冲裁工序的组合 冲裁组合方式的确定应根据下列因素决定： （１）生产批量 一般来说： 小批量与试制采用单工序冲裁； 中批和大批量生产采用复合冲裁或级进冲裁。
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
二、冲裁工艺方案的确定
1．冲裁工序的组合 （２）工件尺寸公差等级： 复合冲裁所得到的工件尺寸公差等级高，因为它避免了多次冲 压的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，工件较平 整。 级进冲裁所得到的工件尺寸公差等级较复合冲裁低， 在级进 冲裁中采用导正销结构 ，可提高冲裁件精度。
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
冲压工艺与模具设计第章冲裁
第2章冲裁从表 1.1可见,分离工序(广义冲裁)包括落料、冲孔、切断、切边、剖切、切口、整修等,其中冲裁(落料、冲孔)应用最多.生产实际中往往对冲裁与广义冲裁不加区分.冲裁得到地制件可以是最终零件,也可以作为弯曲、拉深、成形等其他工序地坯料/工序件/半成品.2.1 冲裁变形过程如图2.1所示,冲裁需要用到地凸模1(实体)与凹模2(型孔)工作部分(刃口)地水平投影轮廓按所需制件轮廓形状制造,但尺寸有微小差别(需要一定间隙).当压力机滑块把凸模推下时,板料就受到凸-凹模地剪切作用而沿一定地轮廓互相分离.(a) (b)图2.1 普通冲裁示意图1—凸模；2—凹模2.1.1 冲裁变形地3个阶段板料地分离是瞬间完成地,冲裁变形过程大致可分成3个阶段(如图2.2所示).(1)弹性变形阶段(如图2.2(a)所示)当凸模开始接触板料并下压时,板料发生弹性压缩和弯曲.板料略有挤入凹模洞口地现象.此时,以凹模刃口轮廓为界,轮廓内地板料向下弯拱,轮廓外地板料则上翘.凸-凹模间隙愈大,弯拱和上翘愈严重.随着凸模继续下压,直到材料内地应力达到弹性极限,弹性变形阶段结束,进入塑性变形阶段.(2)塑性变形阶段(如图2.2(b)所示)当板料地应力达到屈服点,板料进入塑性变形阶段.凸模切入板料,板料被挤入凹模洞口.在剪切面地边缘,由于凸—凹模间隙存在而引起地弯曲和拉伸作用,形成塌角面,同时由于剪切变形,在切断面上形成光亮且与板面垂直地断面.随着凸模地继续下压,应力不断加大,直到应力达到板料抗剪强度,塑性变形阶段结束.(3)断裂分离阶段(如图2.2(c)所示)当板料地应力达到抗剪强度后,凸模继续下压,凸、凹模刃口附近产生微裂纹不断向板料内部扩展.当上下裂纹重合时,板料便实现了分离.由于拉断结果,断面上形成一个粗糙地区域.凸模继续下行,已分离地材料克服摩擦阻力,从板料中推出,完成整个冲裁过程.图2.2 冲裁时板料地变形过程2.1.2 冲裁变形区及受力由上述冲裁变形过程地分析可知,冲裁过程地变形是很复杂地.冲裁变形是在以凸、凹模刃口连线为中心而形成地纺锤形区域为最大(如图 2.3(a)所示),即从模具刃口向板料中心变形区逐步扩大.凸模挤入材料一定深度后,变形区域也同样按纺锤形区域来考虑,但变形区被此前已变形并加工硬化地区域所包围(如图2.3(b)所示).其变形性质是以塑性剪切变形为主,还伴随有拉伸、弯曲与横向挤压等变形.图2.3 冲裁变形区1—凸模；2—压料板；3—板料；4—凹模；5—纺锤形区域；6－已变形区无压边装置地冲裁过程中板料所受外力如图2.4所示.其中：P1,P2——凸、凹模对板料地垂直作用力；P3,P4——凸、凹模对板料地侧压力；μP1,μP2——凸、凹模端面与板料间地摩擦力,其方向与间隙大小有关,一般在间隙合理或偏小地情况下指向模具地刃口；μP3,μP4——凸、凹模侧面与板料间地摩擦力.由图 2.4可知,板料由于受到模具表面地力偶作用而弯曲上翘,使模具表面和板料地接触面仅局限在刃口附近地狭小区域,接触面宽度约为板厚地0.2~0.4倍.且此垂直压力地分布并不均匀,随着向模具刃口地逼近而急剧增大.由于冲裁时板料弯曲地影响,其变形区地应力状态是复杂地,且与变形过程有关.图2.5为无压边装置冲裁过程中塑性变形阶段变形区地应力状态,其中：图2.4 冲裁时作用于板料上地力图2.5 冲裁应力状态图1—凹模；2—板料；3—凸模A 点(凸模侧面)——1σ为板料弯曲与凸模侧压力引起地径向压应力,切向应力2σ为板料弯曲引起地压应力与侧压力引起地拉应力地合成应力,3σ为凸模下压引起地轴向拉应力.B 点(凸模端面)——凸模下压及板料弯曲引起地三向压应力.C 点(切割区中部)——1σ为板料受拉伸而产生地拉应力,3σ为板料受挤压而产生地压应力.D 点(凹模端面)——1σ,2σ分别为板料弯曲引起地径向拉应力和切向拉应力,3σ为凹模挤压板料产生地轴向压应力.E 点(凹模侧面)——1σ,2σ为板料弯曲引起地拉应力与凹模侧压力引起地压应力地合成应力,该合成应力是拉应力还是压应力与间隙大小有关,一般为拉应力；3σ为凸模下压引起地轴向拉应力.2.1.3 冲裁断面地4个特征区由于冲裁变形地特点,冲裁断面可明显分成4个特征区,即塌角带、光亮带、断裂带和毛刺(如图2.6所示).塌角带产生在板料不与凸模或凹模相接触地一面,是由于板料受弯曲、拉伸作用而形成地.材料塑性愈好、凸-凹模之间间隙愈大,形成地塌角也愈大.光亮带是由于板料塑性剪切变形所形成地.光亮带表面光洁且垂直于板平面.凸-凹模之间地间隙愈小、材料塑性愈好,所形成地光亮带高度愈高.断裂带是由冲裁时所产生地裂纹扩张形成地.断裂带表面粗糙,并带有3°~6°地斜度.材料塑性愈差、凸-凹模之间间隙愈大则断裂带高度愈高,斜度愈大.毛刺地形成是由于板料塑性变形阶段后期在凸模和凹模刃口附近产生裂纹,由于刃口正面材料被压缩,刃尖部分为高静水压应力状态,使裂纹地起点不会在刃尖处发生,而会在刃口侧面距刃尖不远地地方产生,裂纹地产生点和刃尖地距离成为毛刺地高度.刃尖磨损,刃尖部分高静水压应力区域范围变大,裂纹产生点和刃尖地距离也变大,毛刺高度必然增大,所以普通冲裁产生毛刺是不可避免地.如图2.7所示.图2.6 冲裁件地断面状况图2.7 刃口磨损对裂纹产生点地影响 1—毛刺；2—断裂带；3—光亮带；4—塌角带综上所述,冲裁件地断面不是很整齐地,仅光亮带一段是柱体.若忽略弹性变形地影响,则孔地光亮带柱体尺寸约等于凸模尺寸,而落料件光亮带地柱体尺寸约等于凹模尺寸,由此可得出以下重要地关系式：落料尺寸 = 凹模尺寸 冲孔尺寸 = 凸模尺寸这是计算凸、凹模刃口尺寸地重要依据.2.2 冲裁件地质量分析及控制衡量冲裁件地质量主要有4个方面——尺寸精度、形状误差、断面质量和毛刺高度.2.2.1 尺寸精度冲裁件地尺寸精度与许多因素有关,如冲模地制造精度、材料性质、模具结构、冲裁间隙和冲裁件形状等.1. 冲模地制造精度可以说,冲裁件地尺寸精度直接由冲模地制造精度所决定.冲模精度愈高冲裁件尺寸精度愈高.一般情况下,冲裁件所能达到地精度比冲模精度低1~3级.模具制造精度与冲裁件精度地关系见表2.1.表2.1 冲裁件地精度冲模制造精度板料厚度t/mm0.5 0.8 1.0 1.5 2 3 4 5 6 8IT6～IT7 IT8 IT8 IT9 IT10 IT10 —————IT7～IT8 —IT9 IT10 IT10 IT12 IT12 IT12 ———IT9 ———IT12 IT12 IT12 IT12 IT12 IT14 IT142. 材料性质及模具结构由于冲裁过程中材料会产生一定地弹性变形,因此冲裁件会产生“回弹”现象.使冲孔件与凸模、落料件与凹模尺寸不符,从而影响其精度.一般地讲,比较软地材料,弹性变形量小,冲裁后地“回弹”值也小,因而制件精度较高.反之,硬地材料,情况与此正好相反.同种材料,在模具结构上增设压料板及顶件器,如图 2.8所示,冲裁后地“回弹”值也会减小,制件精度相应提高.图2.8 弯拱及预防措施1—压料板；2—顶件器3. 冲裁间隙冲裁间隙对冲裁件地尺寸精度也有一定影响.在冲裁过程中,当间隙适当时,板料地变形区在比较纯地剪切作用下分离；当间隙过大时,板料除受剪切外,还产生较大地拉伸与弯曲变形；当间隙过小时,除剪切外板料还会受到较大地挤压作用.因此,间隙合理时,冲孔件最接近凸模尺寸,落料件最接近凹模尺寸；间隙偏大,冲孔件尺寸会大于凸模尺寸,落料件尺寸会小于凹模尺寸；间隙过小,冲孔件尺寸会小于凸模尺寸,落料件尺寸会大于凹模尺寸.如图2.9、2.10所示,冲裁间隙对冲裁件尺寸精度地影响还和板料地轧制方向有关.图2.9 冲裁间隙对冲孔尺寸精度地影响图2.10 冲裁间隙对落料尺寸精度地影响1—轧制方向；2—垂直轧制方向1—轧制方向；2—垂直轧制方向4. 冲裁件地形状冲裁件地形状愈简单,其冲裁精度愈高.这主要是因为对形状简单地冲裁件,其冲模地加工精度愈容易保证.总之,提高冲裁件尺寸精度地最直接措施就是提高冲模地制造精度.当然,合理地模具结构也是保证冲模制造精度和直接提高冲裁件尺寸精度地主要措施之一.2.2.2 形状误差由2.2.1中对冲裁变形区及受力分析得知,材料在冲裁过程中会受到弯曲力偶地作用,因此冲裁件会出现弯拱现象,如图2.8(a)所示.加工硬化指数大地材料,弯拱较大.凹模间隙愈大,弯拱也愈大.预防和减少弯拱地措施是：对于冲孔件在模具结构上增设压料板；对于落料件,则在凹模孔中加顶件板；如图2.8(b)、(c)所示.2.2.3 断面质量在 2.1.3节中已阐明,同种材料,对断面质量起决定作用地是冲裁间隙.这是因为当间隙过大时(如图2.11(a)所示),凸模产生地裂纹相对于凹模产生地裂纹向里移动一个距离,板料受拉伸弯曲地作用加大,光亮带高度缩短,断裂带高度增加,斜度也加大；当间隙过小(如图 2.11(b)所示),凸模产生地裂纹相对于凹模产生地裂纹向外移动一个距离,上下裂纹不重合,产生第二次剪切,从而在剪切面上形成第二光亮带,在光亮带与第二光亮带之间夹有残留地断裂带；当间隙适中时(如图 2.11(c)所示),凸模与凹模产生地裂纹接近重合,所得冲裁件断面有一较小地塌角带和正常且与板面垂直地光亮带,其断裂带虽然也粗糙但比较平坦,斜度也不大.当然希望得到塌角带、断裂带小,光亮带长地冲裁断面,但结合控制毛刺和延长冲模寿命等因素综合考虑,图2.11(c)所示地断面质量才是正常合理地.图2.11 间隙大小对制件断面质量地影响1—凸模；2—凹模提高断面质量地主要措施是将模具凹、凸模之间地间隙控制在合理范围内,并使间隙均匀分布.同时,对硬质材料,冲裁加工前要进行退火处理,以提高材料地塑性.还可以通过增加整修工序(参见2.8.2节)来提高断面质量.2.2.4 毛刺高度毛刺地形成原因在 2.1.3中已作分析,由分析可知,冲裁件产生微小毛刺是不可避免地.正常冲裁件允许地毛刺高度见表2.2.表2.2 毛刺地允许高度mm板料厚度t生产时试模时≤0.3 ≤0.04 ≤0.015＞0.3~0.5 ≤0.05 ≤0.02＞0.5~1.0 ≤0.08 ≤0.03＞1.0~1.5 ≤0.12 ≤0.05＞1.5~2.0 ≤0.15 ≤0.08＞2.0 ≤0.15 ≤0.10一般情况下,毛刺高度超过表 2.2生产时地规定,即被认为是出现了不正常毛刺.不正常毛刺可分为两类——间隙毛刺和刃口磨损毛刺.(1)间隙毛刺间隙过大与间隙过小都会使冲裁裂纹发生点偏离刃尖地距离加大(参见图2.7),从而出现不正常毛刺.间隙过大形成地不正常毛刺称为拉断毛刺,其特征是高而厚,难以去除,出现这种情况应及时停止生产.间隙过小形成地不正常毛刺称为挤出毛刺,其特征是高而薄,这种毛刺较易去除,如有后续去毛刺工序仍可继续生产.(2)刃口磨损毛刺冲模在冲裁一定次数后,凸、凹模刃口刃尖会磨损.刃尖磨损是产生毛刺地主要原因.凸模刃尖磨损后(如图2.12(a)所示),会在落料件上端产生毛刺；凹模刃尖磨损后(如图2.12(b)所示),会在冲孔件地孔口下端产生毛刺；当凸模和凹模刃口同时磨损后,则冲裁件上下端分别产生毛刺.刃口磨损产生地毛刺根部很厚,并且随着磨损量地增大,毛刺会不断地增高,因此出现这种情况,应及时停止生产.图2.12 凸模和凹模刃口磨损时地毛刺1—毛刺；2—凸模磨损；3—凹模磨损控制刃口磨损毛刺高度地主要措施是：及时刃磨模具地凹、凸模刃口；提高模具工作零件和导向零件地制作质量,以保证模具在使用中,凹、凸模之间地间隙不发生变化；增加后续去毛刺工序,如滚动光饰、离心光饰等工序；对于薄而软地冲压件,可采用振动光饰来降低毛刺地高度.2.3 冲裁力冲裁力是选择压力机地主要依据,也是设计模具所必需地数据.2.3.1 冲裁力地计算冲压过程中,冲裁力是不断变化地,图2.13为冲裁力-凸模行程曲线.曲线1中AB段相当于弹性变形阶段,凸模接触材料后,载荷急剧上升,一旦凸模刃口挤入材料,即进入了塑性变形阶段,此时载荷上升就缓慢下来,如BC段所示.虽然,由于凸模挤入材料,使承受冲裁力地面积减少,但只要材料加工硬化地影响超过了受剪面积减少地影响,冲裁力就继续上升,当两者影响相等地瞬间,冲裁力达到最大值,即图中C点.此后,凸模再向下压,材料内部产生裂纹,并迅速扩展,冲裁力急剧下降,如图中CD段,此阶段为冲裁地断裂阶段.到达D点后,上下裂纹重合,板料已经分离,DE段所示压力,仅是克服摩擦阻力,推出已分离地废料或制件.图2.13 冲裁力-凸模行程曲线1—间隙正常地塑性材料；2—间隙偏小地塑性材料；3—间隙偏大地塑性材料；4—间隙正常地脆性材料以上讨论地冲裁力-凸模行程曲线,是指塑性材料,且凸凹间隙适中地情况.对于间隙偏小、偏大地情况及脆性材料,冲裁力-凸模行程曲线会有一些改变,如图中曲线2、3、4所示.由于冲裁加工地复杂性和变形过程地瞬间性,使得建立十分精确地冲裁力理论计算公式相对困难.通常所说地冲裁力是指作用于凸模上地最大抗力,即图2.13中地C点所对应地力.如果视冲裁为纯剪切变形,冲裁力可按下式计算：P=1.3Ltτ (2-1) 式中：P——冲裁力；L——冲裁件受剪切周边长度(mm)；t——冲裁件地料厚(mm)；τ——材料抗剪强度(MPa),τ值可在设计资料及有关手册中查到.σ≈1.3τ.为计算方便冲裁力也可用下式计算：在一般情况下,材料1σ (2-2)P=Lt12.3.2 降低冲裁力地措施冲裁力计算出来以后,如果其数值大于能提供使用地设备吨位时,可采取以下3种方法来降低冲裁力.(1)加热冲裁把材料加热后冲裁,可以大大降低其抗剪强度,从而降低冲裁力.但加热冲裁操作复杂,降低了制件表面质量,且准备工作困难,故应用并不广泛.(2)斜刃冲裁如图 2.14所示,将凸模或凹模刃口做成斜刃口,整个刃口不是与冲裁件同时接触,而是逐步切入,所以冲裁力可以减小.为了获得平整地冲裁件,落料时应将斜刃做在凹模上,如图2.14(a)所示；冲孔时应将斜刃做在凸模上,如图2.14(b)所示.斜刃冲裁地减力程度,由斜刃高度H和角度决定.斜刃冲裁力按下式计算：P s=kP (2-3)式中：P s——斜刃冲裁力；P——平端刃口冲裁力；k——斜刃冲裁减力系数,当H=t时,k=0.4~0.6；H=2t时,k=0.2~0.4；H=3tk=0.1~0.25.角度地设计可按如下经验数据选取：t＜3mm、H=2t时,＜5°；t=(3~10)mm、H=t时,＜8°；一般情况下不大于12°.斜刃冲裁地优点是压力机能在柔和地条件下工作,从而减轻冲裁过程中地冲击、振动和噪音.当冲裁件尺寸很大时,降低冲裁力地效果很明显.缺点是模具制造难度提高,刃口修磨困难,废料弯曲会影响冲裁件地平整,废料也难以再利用.(3)阶梯冲裁在多凸模地冲裁中,将凸模做成不同高度,呈阶梯状布置,使各凸模冲裁力地最大值不在同一个时刻出现,从而降低冲裁力,如图2.14(c)所示.图2.14 降低冲裁力地设计各凸模高度地相差量与板料厚度有关.对于薄料H=t,对于厚料(t＞3mm)H=0.5t.采用阶梯布置凸模地设计时应注意：一般先冲大孔再冲小孔,这样可以使小直径凸模做得短一些,同时也可以避免小直径凸模承受材料流动挤压力作用而产生倾斜或折断.阶梯凸模冲裁地缺点是长凸模插入凹模较深,容易磨损.此外修磨刃口也比较麻烦.2.3.3 卸料力、推件力和顶件力冲裁时材料在分离前存在着弹性变形,一般情况下,冲裁后地弹性恢复使落料件/冲孔废料梗塞在凹模内,而板料/冲孔件则紧箍在凸模上.为了使冲裁工作继续进行,必须及时将箍在凸模上地板料/冲孔件卸下,将梗塞在凹模内地落料件/冲孔废料向下推出或向上顶出.从凸模上卸下板料/冲孔件所需地力称为卸料力P 卸；从凹模内向下推出落料件/废料所需地力称为推件力P推；从凸模内向上顶出落料件/冲孔废料所需地力称为顶件力P顶(如图2.15所示).在生产实践中,P卸、P推和P顶常用以下经验公式计算：P卸=K卸·P (2-4)P推=nK推·P (2-5)P顶=K顶·P (2-6) 图2.15 卸件力、推件力和顶件力式中：P——冲裁力；K卸——卸料力系数；K推——推件力系数；K顶——顶件力系数；n——梗塞在凹模内地冲件数(n=h/t)；h——凹模直壁洞口地高度.K卸、K推和K顶可分别由表2.3查取.当冲裁件形状复杂、冲裁间隙较小、润滑较差、材料强度高时,应取较大值；反之则应取较小值.表2.3 卸料力、推件力和顶件力系数2.3.4 总冲压力冲裁时,所需总冲压力为冲裁力、卸料力、推件力和顶件力之和.这些力在选择压力机时是否要考虑进去,应根据不同地模具结构区别对待.采用刚性卸料装置和下出料方式地总冲压力为：P总=P+P推 (2-7) 采用弹性卸料装置和下出料方式地总冲压力为：P总=P+P卸+P推 (2-8) 采用弹性卸料装置和上出料方式地总冲压力为：P总=P+P卸+P顶 (2-9)2.4 冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁模地凸模和凹模之间地双面间隙,如图2.16所示.图2.16 冲裁间隙2.2节中已分析了冲裁间隙对冲裁件尺寸精度、形状误差、断面质量和毛刺地影响,下面主要讨论冲裁间隙对模具寿命及冲裁力、推件力、卸料力地影响.2.4.1 冲裁间隙对模具寿命地影响冲裁模具地破坏形式主要有磨损、崩刃、折断、啃坏、凹模胀裂等.冲模地寿命是以冲出合格制品地数量来衡量地.2.2.4节中已阐明冲模在冲裁一定次数后因为凸、凹模刃口刃尖磨损而使毛刺增大,因此必须对凸、凹模刃口及时进行刃磨才能继续正常使用,冲裁模凹模刃口有效直线部分h是有限地(图2.15),所以冲裁模两次刃磨之间生产地合格品地数量,直接决定模具地总寿命.图2.17所示地是在合理地冲裁间隙下,合金工具钢制造地凸、凹模在冲裁一定次数后地磨损形式.当冲裁间隙过小时,冲裁过程中挤压作用加剧,垂直力P1,P2和摩擦力μP1,μP2增大(参见图2.4),刃口所受压应力增大,造成刃口端面磨损和变形加剧,同时侧压力P3,P4及所产生地摩擦力μP3,μP4也同时增大,使刃口侧面磨损也增大,使得凸、凹模在冲裁较少次数下即出现较大地磨损量,为保证冲裁件毛刺正常,必然增加刃磨次数,从而降低了模具地总使用寿命.过小地冲裁间隙还是引起凹模涨裂、啃坏等异常破坏地重要原因之一,这类异常破坏对模具寿命地影响更大.当冲裁间隙过大时,板料地弯曲拉伸相应增大,垂直力P1,P2及力偶M也会相应增大,因此同样会加剧凸、凹模端面磨损,且易引起模具崩刃,从而影响模具寿命.综上所述,合理范围内地冲裁间隙是保证模具寿命最主要地工艺参数.当然影响模具寿命地其他因素还有很多,如模具材料、模具制造精度、模具刃口地粗糙度、制件材料地力学性能、制件结构工艺性等.图2.17 凸、凹模地磨损形式2.4.2 冲裁间隙对冲裁力及卸料力、推件力、顶件力地影响如图2.18所示,当间隙减小时,凸模压入板料地情况接近挤压状态,板料所受拉应力减小,压应力增大,板料不易产生裂纹,因此最大冲裁力增大；当间隙增大时,板料所受拉应力增大,材料容易产生裂纹,因此冲裁力迅速减小；当间隙继续增大时,凸、凹模刃口产生地裂纹不相重合,会发生二次断裂,冲裁力下降变缓.图2.18 间隙大小对冲裁力地影响如图2.19所示,当间隙增大时,冲裁件光亮带变窄,落料尺寸小于凹模尺寸,冲孔尺寸大于凸模尺寸,因此卸料力、推件力或顶件力迅速减小；间隙继续增大时,制件产生较大拉断毛刺,卸料力、顶件力又会增大.图2.19 间隙大小对卸料力地影响2.4.3 合理冲裁间隙地选用设计模具时,选择一个合理地冲裁间隙,可获得冲裁件断面质量好、尺寸精度高、模具寿命长、冲裁力小地综合效果.生产实际中,一般是以观察冲裁件断面状况来判定冲裁间隙是否合理,即塌角带和断裂带小、光亮带能占整个断面地1/3左右,不出现二次光亮带、毛刺高度合理,得到这种断面状况地冲裁间隙就是在合理地范围内.确定合理冲裁间隙主要有理论计算法、查表法、经验记忆法.1. 理论计算法理论计算法确定冲裁间隙地依据是：在合理间隙情况下,冲裁时板料在凸、凹模刃口处产生地裂纹成直线会合,从图2.20所示地几何关系,得出计算合理间隙地公式：Z=2t(1－b/t)tanβ (2-10)图2.20 合理间隙地理论值由上式可知,合理间隙取决于板料厚度t、相对切入深度b/t、裂纹方向角β三个因素.β是一个与板料地塑性或硬度有关地值,但其变化不大,所以影响合理间隙值大小主要取决于前两个因素.由 2.1.3中分析已知,材料塑性愈好或硬度愈低,则光亮带所占地相对宽度b/t就愈大,反之,材料塑性愈差或硬度愈高,则b/t就愈小.综上所述,板料愈厚,塑性愈差或硬度愈高,则合理冲裁间隙就愈大；板料愈薄,塑性愈好或硬度愈低,则合理冲裁间隙愈小.迄今为止,理论计算法尚不能在实际工作中发挥实用价值,但对影响合理间隙值地各因素作定性分析还是很有意义地.2. 查表法在生产实际中,合理间隙值是通过查阅由实验方法所制定地表格来确定地.由于冲裁间隙对断面质量、制件尺寸精度、模具寿命、冲裁力等地影响规律并非一致,所以并不存在一个能同时满足断面质量、模具寿命、尺寸精度及冲裁力地要求地绝对合理地间隙值.因此各行业甚至各工厂所认为地合理间隙值并不一致.一般讲,取较小地间隙有利于提高冲裁件地断面质量和尺寸精度,而取较大地间隙值则有利于提高模具寿命、降低冲裁力.表2.4列出了汽车拖拉机行业常用地较大初始间隙表；表2.5列出了电器仪表行业所用地较小初始间隙数值.表2.4 冲裁模初始双面间隙值Z(汽车拖拉机行业用) mm注：1. 冲裁皮革、石棉和纸板时,间隙取08钢地25%.2. Z min相当于公称间隙.表2.5 冲裁模初始双面间隙值Z(电器仪表行业用) mm注：1. Z min应视为公称间隙.2. 一般情况下,其Z max可适当放大.表中所列Z min和Z max只是指新制造模具初始间隙地变动范围,并非磨损极限.从表中可以发现,当板料厚度t很薄时,Z max－Z min地值很小,以至于现有地模具加工设备难以达到,因此很薄地板料地冲裁工艺性是很差地,对模具地制造精度要求也是很高地.当然,实践中可以在模具结构和模具加工工艺上采取一些特殊措施来满足无(小)间隙冲裁地要求.3. 经验记忆法这是一种比较实用地、易于记忆地确定合理冲裁间隙地方法.其值用下式表达：Z=mt (2-11) 式中：Z——合理冲裁间隙；t——板料厚度；m——记忆系数,参考数据如下：软态有色金属m=4%~8%；硬态有色金属、低碳钢、纯铁m=6%~10%；中碳钢、不锈钢、可伐合金m=7%~14%；高碳钢、弹簧钢m=12%~24%；硅钢m=5%~10%；非金属(皮革、石棉、胶布板、纸板等) m=1%~4%.应当指出,上述记忆系数m值是基于常用普通板料冲裁而归纳总结出来地.各行业各企业对此地选取值是不相同地.在使用过程中还应考虑以下因素：(1)对于制件断面质量要求高地其值可取小些；(2)计算冲孔间隙时比计算落料间隙时其值可取大些；(3)为减小冲裁力其值可取大些；。
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