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第第2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计 （时间：4次课，8学时）第第2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计n教学目标：教学目标：n本章介绍冷冲压模具设计的重要内容，也是最基础的内容。本章介绍冷冲压模具设计的重要内容，也是最基础的内容。通过本章的学习，将达到能设计中等复杂程度冲裁模具的水通过本章的学习，将达到能设计中等复杂程度冲裁模具的水平。为此，应了解冲裁变形过程及冲裁端面的特征；掌握冲平。为此，应了解冲裁变形过程及冲裁端面的特征；掌握冲裁间隙对冲裁件精度和模具的影响；掌握确定合理冲裁间隙裁间隙对冲裁件精度和模具的影响；掌握确定合理冲裁间隙的方法；掌握排样方法，学会确定条料宽度；掌握冲裁力及的方法；掌握排样方法，学会确定条料宽度；掌握冲裁力及压力中心的计算。压力中心的计算。第第2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计n教学重点和难点：教学重点和难点：n各种模具及其组成零件的结构及特点；冲裁各种模具及其组成零件的结构及特点；冲裁模的设计步骤及模具刃口尺寸的计算。模的设计步骤及模具刃口尺寸的计算。第第2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计n案例导入：案例导入：n要大批量冲制如下图所示的工件要大批量冲制如下图所示的工件(材料为材料为08F，材料厚度为，材料厚度为2mm，制件精度为，制件精度为IT14级级)，应选择何种模具？如何提高，应选择何种模具？如何提高板料的材料利用率？凸模和凹模的间隙应是多少？如何计算板料的材料利用率？凸模和凹模的间隙应是多少？如何计算凸模和凹模刃口尺寸和公差？模具主要零件的结构及尺寸如凸模和凹模刃口尺寸和公差？模具主要零件的结构及尺寸如何设计？如何选择标准模架和选用压力机？何设计？如何选择标准模架和选用压力机？第第2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计第第2章章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计n2.1 冲裁变形过程分析冲裁变形过程分析 n2.2 冲冲 裁裁 间间 隙隙 n2.3 冲裁模刃口尺寸计算冲裁模刃口尺寸计算 n2.4 冲压力及压力中心计算冲压力及压力中心计算 n2.5 冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性 n2.6 排排 样样 n2.7 精精 密密 冲冲 裁裁 n2.8 模模 具具 设设 计计 n2.9 冲裁模的设计步骤冲裁模的设计步骤 n2.10 冲裁模设计实训冲裁模设计实训 n习题与练习习题与练习 2.1 冲裁变形过程分析冲裁变形过程分析u2.1.1 冲裁变形过程冲裁变形过程 u2.1.2 冲裁断面特征冲裁断面特征 2.1 冲裁变形过程分析冲裁变形过程分析n冲裁是利用模具在压力机上使板料沿一定轮廓形状产生分离的一种冲压冲裁是利用模具在压力机上使板料沿一定轮廓形状产生分离的一种冲压工序。它包括落料、冲孔、切口、切边、剖切等多种工序。根据变形机工序。它包括落料、冲孔、切口、切边、剖切等多种工序。根据变形机理的不同，冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁两种。通常所说的冲裁是指理的不同，冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁两种。通常所说的冲裁是指普通冲裁。普通冲裁。n落料和冲孔是两种最基本的冲裁形式。从板料上冲下所需形状的零件落料和冲孔是两种最基本的冲裁形式。从板料上冲下所需形状的零件(或或毛料毛料)叫落料；在工件上冲出所需形状的孔叫落料；在工件上冲出所需形状的孔(冲去部分为废料冲去部分为废料)叫冲孔。例叫冲孔。例如冲制一个如图如冲制一个如图2-1所示的平板垫圈，冲其外形称为落料，冲其内孔称所示的平板垫圈，冲其外形称为落料，冲其内孔称为冲孔。落料与冲孔的变形性质相同，但在进行模具工作部分设计时，为冲孔。落料与冲孔的变形性质相同，但在进行模具工作部分设计时，是不一样的。是不一样的。n冲裁的应用非常广泛，它可以直接冲出成品零件，也可为弯曲、拉深、冲裁的应用非常广泛，它可以直接冲出成品零件，也可为弯曲、拉深、成形等其他工序制备毛料。所以，熟练掌握冲裁工艺和冲裁模的设计是成形等其他工序制备毛料。所以，熟练掌握冲裁工艺和冲裁模的设计是非常必要的。非常必要的。2.1 冲裁变形过程分析冲裁变形过程分析图2-1 平板垫圈 2.1.1 冲裁变形过程冲裁变形过程n如图如图2-2所示是用无压边装置的模具对板料进行冲裁时的变形过程。所示是用无压边装置的模具对板料进行冲裁时的变形过程。n如果模具间隙正常，冲裁变形过程大致可分为如下如果模具间隙正常，冲裁变形过程大致可分为如下3个阶段。个阶段。n1.弹性变形阶段弹性变形阶段n见图见图2-2(a)。在凸模和凹模压力的作用下，板料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形，凸模下部略微挤入。在凸模和凹模压力的作用下，板料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形，凸模下部略微挤入板料上部，板料的下部则略微挤入凹模洞口。由于未采用压边装置，凹模上的板料则向上翘曲，间隙越板料上部，板料的下部则略微挤入凹模洞口。由于未采用压边装置，凹模上的板料则向上翘曲，间隙越大，弯曲和上翘越严重。在这一变形阶段中，材料内的应力未超过材料的弹性极限，所以当凸模卸载后，大，弯曲和上翘越严重。在这一变形阶段中，材料内的应力未超过材料的弹性极限，所以当凸模卸载后，板料将立即恢复原状。板料将立即恢复原状。n2.塑性变形阶段塑性变形阶段n见图见图2-2(b)。当凸模继续压入时，压力增加，若材料内的应力达到屈服强度，便开始进入塑性变形阶。当凸模继续压入时，压力增加，若材料内的应力达到屈服强度，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。由于凸、凹模间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。由于凸、凹模间存在有间隙，故在这个阶段中板料还伴随着弯曲和拉伸变形。间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。存在有间隙，故在这个阶段中板料还伴随着弯曲和拉伸变形。间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。n3.断裂分离阶段断裂分离阶段n见图见图2-2(c)、(d)、(e)。由于在冲裁过程中板料内部各点的应力状态是不同的，内裂纹首先在凹模刃。由于在冲裁过程中板料内部各点的应力状态是不同的，内裂纹首先在凹模刃口附近的侧面产生，紧接着才在凸模刃口附近的侧面产生。已形成的上下微裂纹随凸模继续压入沿最大口附近的侧面产生，紧接着才在凸模刃口附近的侧面产生。已形成的上下微裂纹随凸模继续压入沿最大切应力方向不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合时，板料便被剪断分离。随后，凸模将分离的材料推切应力方向不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合时，板料便被剪断分离。随后，凸模将分离的材料推入凹模洞口。入凹模洞口。n由上述分析可知，板料冲裁过程的变形是很复杂的，除了剪切变形外，还存在拉伸、弯曲、横向挤压等由上述分析可知，板料冲裁过程的变形是很复杂的，除了剪切变形外，还存在拉伸、弯曲、横向挤压等变形。整个冲裁过程受凸模和凹模之间的间隙影响很大，冲裁后板料也因翘曲而不平整。变形。整个冲裁过程受凸模和凹模之间的间隙影响很大，冲裁后板料也因翘曲而不平整。2.1.1 冲裁变形过程冲裁变形过程2.1.2 冲裁断面特征冲裁断面特征 2.1.2 冲裁断面特征冲裁断面特征 n圆角带圆角带a：由于凸模和凹模之间存在间隙，塑性变形不可能是纯剪切，：由于凸模和凹模之间存在间隙，塑性变形不可能是纯剪切，当凸模刃口压入材料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被当凸模刃口压入材料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被拉入间隙，形成圆角带。材料的塑性越好、凸模和凹模的间隙越大，圆拉入间隙，形成圆角带。材料的塑性越好、凸模和凹模的间隙越大，圆角带也越大。角带也越大。n光亮带光亮带b：该区域发生在塑形变形阶段，当刃口切入材料后，材料受到：该区域发生在塑形变形阶段，当刃口切入材料后，材料受到凸模和凹模剪切应力凸模和凹模剪切应力和挤压应力和挤压应力的作用而形成光亮垂直的断面。通常的作用而形成光亮垂直的断面。通常光亮带占整个断面的光亮带占整个断面的1/21/3。n断裂带断裂带c：该区域是在断裂阶段形成，是由刃口附近的微裂纹在拉应力作：该区域是在断裂阶段形成，是由刃口附近的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，使冲裁件断面粗糙不光滑，且略带有斜用下不断扩展而形成的撕裂面，使冲裁件断面粗糙不光滑，且略带有斜度。度。n毛刺区毛刺区d：毛刺的形成是由于微裂纹产生的位置不是正对刃口，而是在：毛刺的形成是由于微裂纹产生的位置不是正对刃口，而是在刃口附近的侧面上，在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刃口附近的侧面上，在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺。刺。2.2 冲冲 裁裁 间间 隙隙 n2.2.1 冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响 n2.2.2 冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响 n2.2.3 冲裁间隙对冲裁力、卸料力、推料力、顶件冲裁间隙对冲裁力、卸料力、推料力、顶件力的影响力的影响 n2.2.4 冲裁间隙对模具寿命的影响冲裁间隙对模具寿命的影响 n2.2.5 合理间隙值的确定合理间隙值的确定 2.2 冲冲 裁裁 间间 隙隙 2.2 冲冲 裁裁 间间 隙隙 图2-4 冲裁间隙 2.2.1 冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响n如前所述，冲裁件的断面具有圆角带、光亮带、断裂带与毛刺区4个特征区域。在4个特征区中，光亮带越宽，断面质量越好。但4个特征区域的大小及其在断面上所占的比例大小并非一成不变，而是随着材料性能、刃口状态、模具间隙等条件的不同而变化。n塑性较差的材料容易断裂，材料被剪切不久就会出现裂纹、分离，使断裂带增宽，而光亮带和圆角带所占的比例较小，毛刺也较小。反之，材料塑性较好，冲裁时裂纹出现得较晚，材料被剪切的深度较大，光亮带所占的比例就大，圆角和毛刺也大。n一般来说，模具刃口有一定的圆角将对材料的挤压作用增大，使冲裁件断面光亮带增大，圆角和毛刺也大。n冲裁间隙对冲裁件断面的影响如图2-5所示。n当冲裁间隙合适时(如图2-5(b)所示)，凸模和凹模刃口附近产生的裂纹将相互重合，冲裁件的断面呈一定的斜度，但还是比较平直、光滑、毛刺较小，制件的断面质量较好。n当间隙过小时(如图2-5(a)所示)，凸模刃口附近产生的裂纹比正常间隙时向外错开一段距离，上、下裂纹延伸后不重合，两裂纹之间的材料随着冲裁的进行将被第二次剪切，在断面上产生第二光亮带，断面中部出现断裂夹层，两头呈光亮带，并在端面有挤长的毛刺。此时，毛刺虽比正常间隙时有所增加，但较薄易去除，而且断面的斜度和圆角较小，故只要中间撕裂不是很深，仍可应用。n当间隙过大时(如图2-5(c)所示)，凸模刃口附近产生的裂纹比正常间隙时向里错开一段距离，因为材料的弯曲和拉伸增大，拉应力增大，材料容易产生裂纹，使塑性变形较早结束，所以，冲裁断面光亮带变窄，断裂带和圆角带增大，而且断面斜度增大，毛刺又高又厚，难以去除，断面质量下降。n因此，在设计和制造模具时，应使冲裁间隙保持在一个合理的范围之内。另外，在装配模具时也必须保证间隙均匀，避免局部出现间隙过大和过小的现象。2.2.1 冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响2.2.2 冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响 n冲裁件的尺寸精度，是指冲裁件的实际尺寸冲裁件的尺寸精度，是指冲裁件的实际尺寸与图纸上的基本尺寸之差。差值越小，精度与图纸上的基本尺寸之差。差值越小，精度越高。这个差值包括两方面的偏差，一是冲越高。这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差，二是模裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。具本身的制造偏差。2.2.3 冲裁间隙对冲裁力、卸料力、推料冲裁间隙对冲裁力、卸料力、推料力、顶件力的影响力、顶件力的影响 n随着间隙的增大，材料在冲裁时所受的拉应力将增大，材料随着间隙的增大，材料在冲裁时所受的拉应力将增大，材料容易断裂分离，冲裁力有一定程度的降低。但在正常情况下，容易断裂分离，冲裁力有一定程度的降低。但在正常情况下，间隙对冲裁力的影响并不很大。试验证明，当单面间隙介于间隙对冲裁力的影响并不很大。试验证明，当单面间隙介于材料厚度的材料厚度的5%20%5%20%范围内时冲裁力的降低不超过范围内时冲裁力的降低不超过5%10%5%10%。n间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。一般当单面间隙增大到材料厚度的力和推件力都将减小。一般当单面间隙增大到材料厚度的15%25%15%25%时，卸料力几乎降到零。但间隙继续增大时会引起时，卸料力几乎降到零。但间隙继续增大时会引起毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力的迅速增大。毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力的迅速增大。2.2.4 冲裁间隙对模具寿命的影响冲裁间隙对模具寿命的影响 n冲模失效的形式一般有磨损、崩刃、变形、胀裂和折断。冲模失效的形式一般有磨损、崩刃、变形、胀裂和折断。n冲裁时，由于材料产生弯曲变形，使冲裁力主要集中在凸模冲裁时，由于材料产生弯曲变形，使冲裁力主要集中在凸模和凹模的刃口部分。如果间隙小，冲裁力及摩擦力都增大，和凹模的刃口部分。如果间隙小，冲裁力及摩擦力都增大，使刃口所受应力增大，造成刃口变形和端面磨损加剧，甚至使刃口所受应力增大，造成刃口变形和端面磨损加剧，甚至崩刃。而侧向力也随间隙的减小而增大，使凸、凹模侧面磨崩刃。而侧向力也随间隙的减小而增大，使凸、凹模侧面磨损严重。间隙过小时的二次剪切产生的金属碎屑又加剧了刃损严重。间隙过小时的二次剪切产生的金属碎屑又加剧了刃口侧面磨损。冲裁后卸料与推件时模具与板料之间的滑动摩口侧面磨损。冲裁后卸料与推件时模具与板料之间的滑动摩擦也造成凸、凹模的侧面磨损。小间隙有时还会产生凹模胀擦也造成凸、凹模的侧面磨损。小间隙有时还会产生凹模胀裂、小凸模折断的现象。裂、小凸模折断的现象。n所以为了减少凸、凹模的磨损，延长模具使用寿命，在保证所以为了减少凸、凹模的磨损，延长模具使用寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的。冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的。若采用小间隙，就必须提高模具的硬度和耐磨性，提高模具若采用小间隙，就必须提高模具的硬度和耐磨性，提高模具的制造精度，冲裁时采用良好的润滑，以减小磨损。的制造精度，冲裁时采用良好的润滑，以减小磨损。2.2.5 合理间隙值的确定合理间隙值的确定 n由以上分析可见，间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命等由以上分析可见，间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命等都有很大的影响。但很难找到一个固定的间隙值能同时满足都有很大的影响。但很难找到一个固定的间隙值能同时满足冲裁件质量最佳、冲模寿命最长，冲裁力最小等各方面的要冲裁件质量最佳、冲模寿命最长，冲裁力最小等各方面的要求。因此，在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、求。因此，在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。只要间隙在这个范围内，就能得到质量合格的冲裁范围值。只要间隙在这个范围内，就能得到质量合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙，这个件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙范围的最小值称为最小合理间隙(Z Zminmin)，最大值称为最大合，最大值称为最大合理间隙理间隙(Z Zmaxmax)。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙设计与制造新模具时应采用最小合理间隙Z Zminmin。n确定合理间隙值有理论确定法和经验确定法两种。确定合理间隙值有理论确定法和经验确定法两种。n1.1.理论确定法理论确定法n2.2.经验确定法经验确定法2.3 冲裁模刃口尺寸计算冲裁模刃口尺寸计算 u2.3.1 凸、凹模刃口尺寸计算原则凸、凹模刃口尺寸计算原则 u2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算 2.3 冲裁模刃口尺寸计算冲裁模刃口尺寸计算 n凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。所以，正确凹模刃口尺寸及其公差来保证。所以，正确确定凸、凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模设确定凸、凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模设计中的一项重要工作。计中的一项重要工作。2.3.1 凸、凹模刃口尺寸计算原则凸、凹模刃口尺寸计算原则 n由前述可知，由于在冲裁时凸、凹模之间存在间隙，使冲裁件的由前述可知，由于在冲裁时凸、凹模之间存在间隙，使冲裁件的断面带有锥度。在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺断面带有锥度。在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸为基准。落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，其尺寸寸为基准。落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，其尺寸大小等于凹模刃口尺寸，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的，大小等于凹模刃口尺寸，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的，其尺寸大小等于凸模刃口尺寸。在模具的使用过程中，凸模和凹其尺寸大小等于凸模刃口尺寸。在模具的使用过程中，凸模和凹模的刃口会产生磨损，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间模的刃口会产生磨损，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越来越大。所以，在计算凸模和凹模的刃口尺寸时，落料和冲隙越来越大。所以，在计算凸模和凹模的刃口尺寸时，落料和冲孔应区别对待，遵循的原则如下。孔应区别对待，遵循的原则如下。n(1)(1)由于落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔件孔的尺寸由凸模尺由于落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔件孔的尺寸由凸模尺寸决定，故设计落料模时，先确定凹模刃口尺寸，再以凹模为基寸决定，故设计落料模时，先确定凹模刃口尺寸，再以凹模为基准，间隙取在凸模上，即凸模尺寸以凹模尺寸减去冲裁初始间隙准，间隙取在凸模上，即凸模尺寸以凹模尺寸减去冲裁初始间隙来确定；设计冲孔模时，先确定凸模刃口尺寸，再以凸模为基准，来确定；设计冲孔模时，先确定凸模刃口尺寸，再以凸模为基准，间隙取在凹模上，即凹模尺寸以凸模尺寸减去冲裁初始间隙来确间隙取在凹模上，即凹模尺寸以凸模尺寸减去冲裁初始间隙来确定。定。n(2)(2)考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取制件尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，在凸、凹模磨损到一定取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。不论是落料还是冲孔，冲裁间隙程度的情况下，仍能冲出合格制件。不论是落料还是冲孔，冲裁间隙都取最小合理间隙值。都取最小合理间隙值。n(3)(3)确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口尺寸精度要求过高，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；尺寸精度要求过高，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口尺寸精度要求过低，则生产出来的制件可能不合格，会使如果对刃口尺寸精度要求过低，则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。一般来说，模具制造精度比制件精度高模具的寿命降低。一般来说，模具制造精度比制件精度高3434级级(见表见表2-1)2-1)。对于形状简单的圆形、方形刃口，其精度可按。对于形状简单的圆形、方形刃口，其精度可按IT6IT7IT6IT7级制造，级制造，或查表或查表2-52-5；对于形状复杂的刃口，其精度可按制件对应公差值的；对于形状复杂的刃口，其精度可按制件对应公差值的1/41/4取值；若制件没有标注公差，可按取值；若制件没有标注公差，可按IT14IT14级处理，冲模则按级处理，冲模则按IT11IT11级制造。级制造。冲压件的尺寸公差和冲模刃口尺寸公差都应按冲压件的尺寸公差和冲模刃口尺寸公差都应按“入体入体”原则标注为单原则标注为单向公差，即落料件和凸模刃口尺寸上偏差为零，下偏差为负；冲孔件向公差，即落料件和凸模刃口尺寸上偏差为零，下偏差为负；冲孔件和凹模刃口尺寸上偏差为正，下偏差为零。若磨损后不变化的尺寸和凹模刃口尺寸上偏差为正，下偏差为零。若磨损后不变化的尺寸(如两孔中心距等如两孔中心距等)，应按双向对称标注。，应按双向对称标注。2.3.1 凸、凹模刃口尺寸计算原则凸、凹模刃口尺寸计算原则 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算 n由于模具的加工方法不同，凸模与凹模刃口由于模具的加工方法不同，凸模与凹模刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两种尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两种情况。情况。加工方法：1.分开加工2、凸、凹模刃口尺寸的计算方法 具有互换性、制造周期短，但Zmin不易保证，需提高加工精度，增加制造难度。2.配合加工 Zmin易保证，无互换性、制造周期长。1按凸模与凹模图样分别加工法（1）落料（2）冲孔（3）孔心距=L 为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即 凸、凹模的制造公差，可按级来选取，也可查表3-8选取，但需校核。或取+ZminZmax，选取必须满足以下条件：2凸模与凹模配作法 配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。特点：的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核2凸模与凹模配作法（续）（1）根据磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口尺寸类型：磨损后变大，变小还是不变。（2）根据尺寸类型，采用不同计算公式。磨损后变大的尺寸，采用分开加工时的落料凹模尺寸计算公式。磨损后变小的尺寸，采用分开加工时的冲孔凸模尺寸计算公式。磨损后不变的尺寸，采用分开加工时的孔心距尺寸计算公式。（3）刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取。对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（）。冲制图示零件，材料为Q235钢，料厚t=0.5mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。3、例1解：由图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。外形和180.09由冲孔同时获得。查表2.3.3得，由落料获得，则外形和180.09由冲孔同时获得。查表2.3.3得，由落料获得，则由公差表查得：为IT12级，取x=0.75；为IT14级，取x=0.5；设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则冲孔：校核：0.008+0.012 0.06-0.040.02=0.02（满足间隙公差条件）孔距尺寸：=L=180.12520.09=(180.023)mm校核：0.016+0.025=0.04 0.02（不能满足间隙公差条件）因此，只有缩小，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可取：落料：=0.40.02=0.008mm =0.60.02=0.012mm故：如图2.4.3所示的落料件，其中例2d=220.14mm板料厚度t=1mm，材料为10号钢。试计算冲裁件的凸模、凹模刃口尺寸及制造公差。由表2.3.3查得：解：该冲裁件属落料件，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作。落料凹模的基本尺寸计算如下：第一类尺寸：磨损后增大的尺寸 由公差表查得：尺寸80mm，选x=0.5；尺寸15 mm，选x=1；其余尺寸均选x=0.75。第三类尺寸：磨损后基本不变的尺寸 第二类尺寸：磨损后减小的尺寸 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是79.79mm，39.75mm，34.75mm，22.07mm，14.94mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值落料凸、凹模尺寸 a)落料凹模尺寸 b)落料凸模尺寸 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算 n例例2-1 冲制如图冲制如图2-8所示的工件，其材料为所示的工件，其材料为08钢，料厚钢，料厚t=1mm，试计算凸模和凹模刃，试计算凸模和凹模刃口尺寸和公差。口尺寸和公差。2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算 图2-8 零件图 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算(a)冲裁件 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算(b)凹模 图2-9 落料时的冲裁件和凹模 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算(a)冲裁件 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算(b)凸模 图2-10 冲孔时的冲裁件和凸模 2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算 n例例2-2 冲裁如图冲裁如图2-11所示的制件，材料为所示的制件，材料为10钢，钢，料厚料厚0.8mm，用配作方法加工冲模，试确定落料模，用配作方法加工冲模，试确定落料模具刃口尺寸和公差。具刃口尺寸和公差。n解：因为制件的冲裁属于落料，故先确定凹模的刃解：因为制件的冲裁属于落料，故先确定凹模的刃口尺寸，然后再以凹模为基准件配作凸模。凹模磨口尺寸，然后再以凹模为基准件配作凸模。凹模磨损后其尺寸变化有三种情况。损后其尺寸变化有三种情况。2.4 冲压力及压力中心计算冲压力及压力中心计算 u2.4.1 冲压力计算冲压力计算 u2.4.2 压力中心计算压力中心计算 2.4.1 冲压力计算冲压力计算 n冲压力是指冲裁过程中冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的冲压力是指冲裁过程中冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。它是在模具设计时选择冲压设备和校核模具强度的重总称。它是在模具设计时选择冲压设备和校核模具强度的重要依据。要依据。n1.冲裁力的计算冲裁力的计算n冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大入材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。值。2.4.1 冲压力计算冲压力计算 n2.卸料力、推件力和顶件力的计算卸料力、推件力和顶件力的计算n在冲裁结束时，由于材料的弹性回复和翘曲变形，以及摩擦在冲裁结束时，由于材料的弹性回复和翘曲变形，以及摩擦的存在，将使冲落部分的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的的存在，将使冲落部分的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续进行，必须将箍材料则紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。从凸模上卸下在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。从凸模上卸下箍着的料所需要的力称卸料力，用箍着的料所需要的力称卸料力，用FX表示；将梗塞在凹模内表示；将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称推件力，用的料顺冲裁方向推出所需要的力称推件力，用FT表示；逆冲表示；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称顶件力，用裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称顶件力，用FD表示，表示，如图如图2-12所示。所示。2.4.1 冲压力计算冲压力计算 图2-12 卸料力、推件力和顶件力 2.4.1 冲压力计算冲压力计算 n3.压力机公称压力的确定压力机公称压力的确定n冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲压力冲压力(FZ)。FZ为冲裁力和与冲裁力同时发为冲裁力和与冲裁力同时发生的卸料力、推件力或顶件力的总和。计算生的卸料力、推件力或顶件力的总和。计算时应根据模具结构的不同而分别对待。时应根据模具结构的不同而分别对待。卸料力卸料力：二、卸料力、推件力及顶件力的计算推件力推件力：顶件力顶件力：从凸模上卸下箍着的料所需要的力。将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力。逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力。卸料力卸料力推件力推件力顶件力顶件力卸料力、推件力、顶件力系数 n同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。式中 h凹模洞口的直刃壁高度；t板料厚度。式中压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和Fz三、压力机公称压力的确定采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时：采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：2.4.2 压力中心计算压力中心计算 n模具的压力中心也就是冲压力合力的作用点。为了保证压力模具的压力中心也就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致中心线相重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。所以，在设计模具时，必须要确定模具的压力中心，并使其所以，在设计模具时，必须要确定模具的压力中心，并使其通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心与压力机滑块中心通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心与压力机滑块中心重合。重合。1简单几何图形压力中心的位置1）对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上。2）冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。3）冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置，按下式计算：复杂形状零件模具压力中心的计算原理与多凸模冲裁压力中心的计算原理相同。3复杂形状零件模具压力中心的确定 除上述的解解析析法法外，还可以用作作图图法法和悬悬挂挂法法。2确定多凸模模具的压力中心 确定多凸模模具的压力中心，是将各凸模的压力中心确定后，再计算模具的压力中心。2.5 冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性 n冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。良好的冲冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。良好的冲裁工艺性是指在满足冲裁件使用要求的前提下，能用普通的裁工艺性是指在满足冲裁件使用要求的前提下，能用普通的冲裁方法，在生产率较高、模具寿命较长、成本较低的条件冲裁方法，在生产率较高、模具寿命较长、成本较低的条件下稳定地获得合格质量的冲裁件。因此，在开始设计冲裁模下稳定地获得合格质量的冲裁件。因此，在开始设计冲裁模之前，首先应进行冲裁件的工艺性分析，审查冲裁件的结构之前，首先应进行冲裁件的工艺性分析，审查冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度要求、材料性能及厚度等方面是否符形状、尺寸大小、精度要求、材料性能及厚度等方面是否符合冲裁的工艺要求，力求使其具有良好的冲裁工艺性。合冲裁的工艺要求，力求使其具有良好的冲裁工艺性。一、冲裁件的结构工艺性一、冲裁件的结构工艺性一、冲裁件的结构工艺性一、冲裁件的结构工艺性1 1冲裁件的形状应力求简单、规则；冲裁件的形状应力求简单、规则；2 2冲裁件的内、外形转角处要尽量避免尖角，应冲裁件的内、外形转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡；以圆弧过渡；3 3尽量避免冲裁件上过于窄长的凸出悬臂和凹槽；尽量避免冲裁件上过于窄长的凸出悬臂和凹槽；4 4冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，如果冲孔尺寸太小必须对凸模采取保护措太小，如果冲孔尺寸太小必须对凸模采取保护措施。施。5 5冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离，冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离，受模具强度和冲裁件质量的制约，其值不应过小。受模具强度和冲裁件质量的制约，其值不应过小。二、冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求二、冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求二、冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求二、冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求n普通冲裁件内、外形尺寸的经济精度一般不高于普通冲裁件内、外形尺寸的经济精度一般不高于IT11IT11级，落级，落料件精度最好低于料件精度最好低于IT10IT10级，冲孔件最好低于级，冲孔件最好低于IT9IT9级。级。2.6 排排 样样 u2.6.1 冲裁排样冲裁排样 u2.6.2 搭边值和条料宽度的确定搭边值和条料宽度的确定 u2.6.3 材料利用率的计算材料利用率的计算 2.6 排排 样样 n制件在条料、带料或板料上的布置方法叫排制件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。合理排样对于提高材料利用率、降低成样。合理排样对于提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及提高模具寿命具有十分本，保证冲件质量及提高模具寿命具有十分重要的意义，是模具设计的重要内容之一。重要的意义，是模具设计的重要内容之一。2.6.1 冲裁排样冲裁排样 n根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为3 3种，如图种，如图2-172-17所示。所示。n(1)(1)有废料排样：如图有废料排样：如图2-17(a)2-17(a)所示。沿制件全部外形冲裁，制件与制件之间、所示。沿制件全部外形冲裁，制件与制件之间、制件与条料侧边之间都留有搭边废料。由于具有搭边，定位时存在的误差可制件与条料侧边之间都留有搭边废料。由于具有搭边，定位时存在的误差可由搭边来补偿，制件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，并且模具寿命也由搭边来补偿，制件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，并且模具寿命也高，但材料利用率低。高，但材料利用率低。n(2)(2)少废料排样：如图少废料排样：如图2-17(b)2-17(b)所示。沿制件部分外形切断或冲裁，只在制件所示。沿制件部分外形切断或冲裁，只在制件与制件之间或制件与条料侧边之间留有搭边。材料利用率较高。与制件之间或制件与条料侧边之间留有搭边。材料利用率较高。n(3)(3)无废料排样：如图无废料排样：如图2-17(c)2-17(c)所示。制件周围无任何搭边，制件由切断条料所示。制件周围无任何搭边，制件由切断条料直接获得。材料利用率最高。直接获得。材料利用率最高。n采用少、无废料的排样虽然可以提高材料利用率，并能减低冲裁力和简化冲采用少、无废料的排样虽然可以提高材料利用率，并能减低冲裁力和简化冲裁模结构。但是，因受条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影裁模结构。但是，因受条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，使冲裁件的质量和精度较低。同时，由于模具受力不均匀，磨损加剧，响，使冲裁件的质量和精度较低。同时，由于模具受力不均匀，磨损加剧，从而降低模具寿命以及冲裁件的断面质量。因此，对设计时应如何排样，必从而降低模具寿命以及冲裁件的断面质量。因此，对设计时应如何排样，必须统筹兼顾、全面考虑。须统筹兼顾、全面考虑。n对于有废料排样，少、无废料排样，按制件在条料上的布置形式还可进一步对于有废料排样，少、无废料排样，按制件在条料上的布置形式还可进一步分为直排、斜排、对排、混合排、多排等，见表分为直排、斜排、对排、混合排、多排等，见表2-142-14。2.6.1 冲裁排样冲裁排样 2.6.1 冲裁排样冲裁排样 2.6.1 冲裁排样冲裁排样 2.6.1 冲裁排样冲裁排样 续表2.6.2 搭边值和条料宽度的确定搭边值和条料宽度的确定 n1.1.搭边搭边n排样时制件之间以及制件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。搭边虽然排样时制件之间以及制件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。搭边虽然是废料，但它对冲裁工艺及冲裁件质量有很大的影响。搭边的作用一是补偿是废料，但它对冲裁工艺及冲裁件质量有很大的影响。搭边的作用一是补偿定位误差，确保冲出合格的制件；二是保证条料具