模具设计与制造冲裁工艺与模具设计.pptx

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1、 图6-1冲裁模典型结构与模具总体设计尺寸关系图 1一下模座；2、15一销钉；3一凹模；4一套；5一导柱；6一导套；7一上模座；8一卸料板 9一橡胶；10一凸模固定板；11一垫板；12一卸料螺钉；13一凸模；14一模柄；16、17一螺钉返回第1页/共185页冲裁工艺的种类很多，常用的有切断、落料、冲孔、切边、切口、剖切等，其中落料和冲孔应用最多。落料是沿工件的外形封闭轮廓线冲切，冲下部分为工件。冲孔是沿工件的内形封闭轮廓线冲切，冲下部分为废料。落料与冲孔的变形性质完全相同，但在进行模具设计时，模具尺寸的确定方法不同，因此，工艺上必须作为两个工序加以区分。冲裁工艺是冲压生产的主要方法之一，主要有

2、以下用途：1.直接冲出成品零件；2.弯曲、拉深、成形等其它工序备料；3.对已成形的工件进行再加工（如切边，切舌，拉深件、弯曲件上的冲孔等）。第2页/共185页6.1 冲裁变形过程及断面特征冲裁板料的变形过程在冲裁过程中，冲裁模的凸、凹模组成上下刃口，在压力机的作用下，凸模逐渐下降，接触被冲压材料并对其加压，使材料发生变形直至产生分离。板料的冲裁是瞬间完成的。当模具间隙正常时，整个冲裁变形分离过程大致可分为三个阶段，如图6-2所示。第3页/共185页 图6-2冲裁时板料的变形过程返回第4页/共185页1.弹性变形阶段(图6-2a)当凸模开始接触板料并下压时，凸模与凹模刃口周围的板料产生应力集中现

3、象，使材料产生弹性压缩、弯曲、拉深等复杂的变形。板料略有挤入凹模洞口的现象。此时，凸模下的材料略有弯曲，凹模上的材料则向上翘。间隙越大，弯曲和上翘越严重。随着凸模继续压入，直到材料内的应力达到弹性极限。第5页/共185页2.塑性变形阶段(图6-2b)当凸模继续下压，材料内的应力达到屈服点，材料进入塑性变形阶段。凸模切入板料上部，同时板料下部挤入凹模洞口。在板料剪切面的边缘由于弯曲拉伸等作用形成形成圆角，同时由于塑性剪切变形在切断面上形成一小段光亮且与板面垂直的直边。随着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

4、微裂纹时，塑性变形阶段结束，此时冲裁变形抗力达到最大值。由于凸、凹模间存在间隙，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。第6页/共185页3.断裂分离阶段(图6-2c)当板料的应力达到强度极限后，凸模继续下压，凹模刃口附近的侧面材料内产生裂纹，紧接着凸模刃口附近的侧面材料产生裂纹。已形成的上下微裂纹随凸模继续压入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人凹模洞口。由上述冲裁变形过程的分析可知，冲裁过程的变形是很复杂的，除了剪切变形外，还存在拉深、弯曲与横向挤压等变形。所以冲裁件及废料的平面不平整，常有翘曲现象。第7页/共

5、185页冲裁件的断面特征在正常冲裁工作条件下，在凸模刃口产生的剪切裂纹与在凹模刃口产生的剪切裂纹是相互汇合的，这时可得到图6-3所示的冲裁件断面，它具有如下四个特征区。第8页/共185页图6-3 冲裁件的断面特征返回第9页/共185页1.塌角（圆角）区 该区域是由于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，材料被拉入凸凹模间隙形成的。冲孔工序中，塌角位于孔断面的小端；落料工序中，塌角位于工件断面的大端。板料的塑性越好，凸、凹模之间的间隙越大，形成的塌角也越大。第10页/共185页2.光亮带 该区域发生在塑性变形阶段。当刃口切入板料后，板料与凸、凹模刃口的侧表面挤压而形成光亮垂直的

6、断面。通常占全断面的1/31/2。冲孔工序中，光亮带位于孔断面的小端；落料工序中，光亮带位于零件断面的大端。板料塑性越好，凸、凹模之间的间隙越小，光亮带的宽度越宽。光亮带通常是测量带面，影响着制件的尺寸精度。第11页/共185页3.断裂带 该区域是在断裂阶段形成。断裂带紧挨着光亮带，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，断裂带表面粗糙，并带有46的斜角。在冲孔工序中，断裂位于孔断面的大端；在落料工序中，断裂位于零件断面的小端。凸、凹模之间的间隙越大，断裂带越宽且斜角越大。第12页/共185页4.毛刺 毛刺的形成是由于在塑性变形阶段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度

7、时，刃口正面材料被压缩，刃尖部分是高静压应力状态，使裂纹的起点不会在刃尖处发生，而是在模具侧面距刃尖不远的地方发生，在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺，裂纹的产生点和刃口尖的距离成为毛刺的高度。在普通冲裁中毛刺是不可避免的。影响冲裁件断面质量的因素很多，其中影响最大的是凸、凹模之间的冲裁间隙。在具有合理间隙的冲裁条件下，所得到的冲裁件断面塌角较小，有正常的光亮带，其断裂带虽然粗糙，但比较平坦，斜度较小，毛刺也不明显。第13页/共185页6.2 冲裁间隙冲裁模凸、凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙，用Z表示，又称双面间隙（单面间隙用Z/2表示）。间隙是冲裁模设计中一个很重要的工艺参数。

8、冲裁间隙对冲裁件的质量、冲裁力和模具寿命等都有很大影响，在长期的研究中发现影响的规律各不相同。因此，并不存在一个绝对合理的间隙值，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冲裁件断面质量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。第14页/共185页合理间隙冲裁间隙对冲裁件质量、模具寿命、卸料力等都有很大影响。但影响规律不同，不可能存在一个间隙同时满足工件质量、模具寿命和冲裁力的要求。实际生产中，间隙的选择考虑冲裁断面的质量和模具寿命这两个主要方面，同时考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，而选择一个合适的间隙范

9、围，只要在这个范围内就可加工出良好的冲裁件。这个范围的最小值称为最小合理间隙，用Zmin表示；最大值称为最大合理间隙，用Zmax表示。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，因此实际设计与制造模具时常采用最小合理间隙Zmin。第15页/共185页合理间隙的确定 1.经验确定法生产中常用下述经验公式计算合理间隙Z的数值。Z=ct（6-1）式中：材料厚度，mm；c系数，与材料性能及厚度有关，当t3mm时，c=6%12%；当t3mm时，c=15%25%。当材料软时，取小值；当材料硬时，取大值。第16页/共185页.查表法 表6-1和表6-2所提供的经验数据为落料、冲孔模具的初始间隙，可用于一般条件下

10、的冲裁。表中初始间隙的最小值Zmin为最小合理间隙，而初始间隙的最大值Zmax是考虑到凸模和凹模的制造误差，在Zmin的基础上增加一个数值。在使用过程中，由于模具工作部分的磨损，间隙将会有所增加，因而使间隙的最大值（最大合理间隙）可能超过表中所列数值。第17页/共185页材料厚度t/mm 软铝纯铜、黄铜、软钢Wc=0.08%0.2%杜拉铝、中等硬钢Wc=0.3%0.4%硬钢Wc=0.5%0.6%Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.21.51.80.0080.0120.0160.0200.0240

11、.0280.0320.0360.0400.0500.0750.0900.0120.0180.0240.0300.0360.0420.0480.0540.0600.0840.1050.1260.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.0500.0720.0900.1080.0140.0210.0280.0350.0420.0490.0560.0630.0700.0960.1200.1440.0120.0180.0240.0300.0360.0420.0480.0540.0600.0840.1050.1260.0160.0240.0320.0400.0480

12、.0560.0640.0720.0800.1080.1350.1620.0140.0210.0280.0350.0420.0490.0560.0630.0700.0960.1200.1440.0180.0270.0360.0450.0540.0630.0720.0810.0900.1200.1500.180 表6-1较小的冲裁模具初始双面间隙 单位：mm第18页/共185页材料厚度t/mm 软铝纯铜、黄铜、软钢Wc=0.08%0.2%杜拉铝、中等硬钢Wc=0.3%0.4%硬钢Wc=0.5%0.6%Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax6.06.26.56

13、.83.03.54.04.55.06.07.08.09.010.0 0.1000.1320.1500.1680.1800.2450.2800.3150.3500.3800.5600.7200.8700.900 0.1400.1760.2000.2240.2400.3150.3600.4050.4500.6000.7000.8800.9901.100 0.1200.1540.1750.1960.2100.2800.3200.3600.4000.5400.6300.8000.9001.000 0.1600.1980.2250.2520.2700.3500.4000.4500.5000.6600.7

14、700.9601.0801.200 0.1400.1760.2000.2240.2400.3150.3600.4050.4500.6000.7000.8800.9901.100 0.1800.2200.2500.2800.3000.3850.4400.4900.5500.7200.8401.0401.1701.300 0.1600.1980.2250.2520.2700.3500.4000.4500.5000.6600.7700.9601.0801.200 0.2000.2420.2750.3080.3300.4200.4800.5400.6000.7800.9101.1201.2601.40

15、0 表6-1较小的冲裁模具初始双面间隙 单位：mm第19页/共185页注：1.初始间隙的最小值相当于间隙的公称数值；2.初始间隙的最大值是考虑到凸模和凹模的制造公差所增加的数值；3.在使用工程中，由于模具工作部分的磨损，间隙将有所增加，因而间隙的使用最大数值要超过列表数值；第20页/共185页材料厚度t/mm 08、10、35、09Mn2、Q235 40、50 16Mn 65 Mn Zmin ZmaxZmin ZmaxZmin ZmaxZmin Zmax0.50.60.70.80.91.01.21.51.756.06.10.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1260.

16、1320.2200.2460.2600.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0400.

17、0480.0640.0640.0900.090 0.0600.0720.0920.0920.1260.126 表6-2较大的冲裁模具初始双面间隙Z 单位：mm第21页/共185页材料厚度t/mm 08、10、35、09Mn2、Q235 40、50 16Mn 65 Mn Zmin ZmaxZmin ZmaxZmin ZmaxZmin Zmax6.56.753.03.54.04.55.56.06.58.0 0.3600.4000.4600.5400.6400.7200.9401.080 0.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.440 0.3800.4200.480

18、0.5800.6800.7800.9801.140 0.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.500 0.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.9400.200 0.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2001.3001.680 表6-2较大的冲裁模具初始双面间隙Z 单位：mm注：冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙取08钢的25%。第22页/共185页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，

19、应综合考虑各方面因素。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。第23页/共185页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。第24页/共185页6.3 凸、凹模刃口尺寸的计算模具刃口尺寸及公差是影响

20、冲裁件尺寸精度的主要因素，模具的合理间隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸、凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模设计中的一项关键工作。第25页/共185页凸、凹模刃口尺寸的计算原则凸、凹模间隙的存在使冲裁件断面都带有锥度，所以冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光亮带的尺寸为基准。落料件的光亮带是因为凹模刃口挤切材料产生的，冲孔件的光亮带是由于凸模刃口挤切材料产生的。因此，设计凸、凹模刃口尺寸应区别冲孔和落料，并遵循以下原则：1.确定基准模刃口尺寸设计落料模先确定凹模刃口尺寸，间隙取在凸模上，冲裁间隙通过减小凸模尺寸获得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸，以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲

21、裁间隙通过增大凹模尺寸获得。第26页/共185页2.遵循冲模在使用过程中的磨损规律冲裁过程中，凸、凹模与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，凸、凹模间隙越磨越大。设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。不管冲孔还是落料，冲裁间隙一般选取最小合理间隙值（）。第27页/共185页模具磨损预留量与工件制造精度有关。用x表示，其中为工件的公差值，x为磨损系数，其值在0.51之间，根据工件制造精度选取：工件精度IT10以上x1工件精度IT11IT13x0.75工件精度IT14x0.5第28页/共185页3

22、.考虑工件精度与模具精度的关系选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高24级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6IT7级来选取；对于形状复杂的刃口，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()。第29页/共185页4.公差标注遵循“入体”原则工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标

23、注双向偏差。5.不管落料还是冲孔,冲裁间隙一般选用最小合理间隙值(Zmin)。第30页/共185页凸模、凹模刃口尺寸的计算由于冲模加工方法不同,刃口尺寸的计算方法也不同,基本上可分为两类。1.按凸模与凹模图样分别加工法这种方法主要适用于圆形或简单规则形状的工件,因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单,精度容易保证,所以采用分别加工。设计时,需在图纸上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。第31页/共185页1）冲孔设冲裁件孔的直径为，根据刃口尺寸计算原则，计算公式为：凸模（6-2）凹模（6-3）（2）落料设冲裁件的落料尺寸为，根据刃口尺寸计算原则，计算公式为：凹模（6-4）凸模（6-5）第32页

24、/共185页（3）中心距中心距属于磨损后基本不变的尺寸。在同一工步中，在工件上冲出孔距其凹模型孔中心距可按下式确定。（6-6）式（6-2）式（6-6）中：D、d 落料、冲孔工件基本尺寸，mm；Dp、Dd 落料凸、凹模刃口尺寸，mm；dp、dd 冲孔凸、凹模刃口尺寸，mm；Ld、L 工件中心距和凹模中心距的公称尺寸，mm；工件公差，mm；p、d 凸、凹模制造公差，见表6-3，或取IT6级左右精度，mm；x 磨损系数（见表6-4）；zmin最小冲裁间隙。第33页/共185页表6-3 规则形状冲裁凸、凹模制造极限偏差返回第34页/共185页表6-4 磨损系数x返回第35页/共185页这种计算方法适合

25、于圆形和规则形状的冲裁件。设计时应分别在凸、凹模图上标注刃口尺寸及制造公差，为保证冲裁间隙在合理范围内，应保证下式成立。（6-7）如果上式不成立，则应提高模具制造精度，以减小d、p。所以当模具形状复杂时，则不宜采用这种方法。第36页/共185页 例6-1冲裁加工如图6-4所示的连接片，已知零件的材料为Q235，材料厚度为t=0.5mm。计算冲裁模具的凸、凹模刃口部分的尺寸及公差。图6-4 连接片零件图第37页/共185页解：由零件图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料件，凸、凹模按互换加工法分别制造。外形尺寸由落料获得，内孔尺寸及尺寸由冲孔同时获得。确定初始间隙查表6-2得，确定磨损系数

26、x查表6-4，冲孔磨损系数x=0.75；落料磨损系数x=0.5。冲孔凸、凹模刃口尺寸计算：第38页/共185页查表6-3,。凸模刃口尺寸凹模刃口尺寸校核，。满足的要求。落料凸、凹模刃口尺寸计算：查表6-3，。凹模刃口尺寸第39页/共185页凸模刃口尺寸校核，。满足的要求。中心距尺寸计算：=（180.12520.09）=（180.023）mm第40页/共185页6.凸、凹模分开加工法的刃口尺寸计算 采用凸、凹模分开加工法时,为了保证凸、凹模间一定的间隙值,必须严格限制冲模制造公差,因此,造成冲模制造困难。对于冲制薄材料(因Zmax与Zmin的差值很小)的冲模,或冲制复杂形状工件的冲模,或单件生产

27、的冲模,常常采用凸模与凹模配合加工的方法。第41页/共185页配作法就是先按设计尺寸制造出一个基准件(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。这种加工方法的特点是模具的间隙由配制保证,工艺比较简单,不必校核的条件,并且还可放大基准件的制造公差,使制造容易。设计时,基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注,而配作件上只标注公称尺寸,不注公差,只在图纸上注明:“凸(凹)模刃口按凹(凸)模实际刃口尺寸配制,保证最小双面合理间隙值Zmin”即可。目前，一般工厂大多采用此种加工方法。第42页/共185页对于形状复杂的冲裁件，各部分的尺寸性质不同，凸、凹模的磨损情况也不同，因此，基准

28、件的刃口尺寸需按不同方法计算。如图6-5（a）所示为落料件，计算时应以凹模为基准件，但凹模的磨损情况分为三类：第一类是凹模磨损后增大的尺寸（图中的A类尺寸）；第二类是凹模磨损后减小的尺寸（图中的B类尺寸）；第三类是凹模磨损后保持不变的尺寸（图中的C类尺寸）。如图6.11（b）所示为冲孔件，应以凸模为基准件，可根据凸模的磨损情况，按图示方式将尺寸分为A、B、C三类。当凸模磨损后，其尺寸的增减情况也是A类尺寸增大、B类尺寸减小、C类尺寸保持不变的规律。这样，对于复杂形状的落料和冲孔，其基准件的刃口尺寸均可按下式计算：第43页/共185页A类尺寸（6-8）B类尺寸（6-9）C类尺寸（6-10）式（6

29、-8）式（6-10）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；Bmin 冲裁件B类尺寸最小极限值，mm；模具制造公差，mm。第44页/共185页图6-5 落料、冲孔尺寸分类返回第45页/共185页 例6-2如图6-6所示的落料零件，材料为10号钢，材料厚度为1mm，其中尺寸，。试确定冲裁加工模具的凸、凹模刃口部分的尺寸及公差。图6-6 落料件零件图第46页/共185页解：该冲裁件属于落料件，选择凹模为基准件，凸、凹模按配合加工法制造。计算时只需要确定落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸保证最小间隙配合制造。确定初始间隙：查表6-2得，确定

30、磨损系数x：查表6-4，尺寸，磨损系数x=0.5；尺寸，磨损系数x=1.0；其余尺寸磨损系是按x=0.75。第47页/共185页A类尺寸：B类尺寸：C类尺寸：当磨损后不变的C类尺寸标注为单向偏差时，分两种情况，和，此时以C的极限平均尺寸带入式（6-10）。所以：第48页/共185页落料凸模的基本尺寸与凹模基本尺寸相同，分别为：79.79mm、39.75mm、34.75mm、26.07mm、14.94mm，不必标注尺寸偏差，但应在模具图中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制,保证双面间隙为0.100.13mm。落料凹模、凸模的尺寸如图6-7所示。第49页/共185页（a）落料凹模尺寸 （b）落料

31、凸模尺寸 图6-7 落料凸、凹模尺寸返回第50页/共185页6.4 冲裁工艺的计算 冲裁力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。在整个冲裁过程中，冲裁力的大小是不断变化的，如图6-8所示。图中OA段为弹性变形阶段，板料上的冲裁力随凸模的下压直线增加。AB段为塑性变形阶段。C点为冲裁力的最大值。凸模再下压，材料内部产生裂纹并迅速扩张，冲裁力下降，所以BC是断裂阶段。到达C点，上下裂纹重合，板料已经分离。CD所用的压力，仅是克服摩擦阻力，推出已分离的料。冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。用板料作用在凸模上产生最大抗力而出现裂纹时(即图中的B点)的

32、板料内剪切变形区的切应力作为材料的抗剪强度（MPa）。第51页/共185页图6-8冲裁力变化曲线返回第52页/共185页对于普通平刃刀口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算：F=KLtb（6-11）式中：F冲裁力；L冲裁周边长度；t材料厚度；b材料抗剪强度；K系数。系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般取K1.3。在一般情况下，材料的抗拉强度b=1.3b，为计算方便，也可按下式计算冲裁力：F=Ltb（6-12）第53页/共185页降低冲裁力的方法冲裁高强度材料或厚料和外形尺寸较大的工件时，需要的冲裁力较大，为实现小设备

33、冲裁大工件,或使冲裁过程平稳以减少压力机振动,常用下列方法来降低冲裁力。第54页/共185页1.阶梯凸模冲裁在多凸模的模具中，可根据凸模的尺寸大小，做成不同的高度，使工作端面呈阶梯形布置。阶梯凸模冲裁的降力原理是，它使几个冲头不同时发生冲裁，避免了多个凸模冲裁力的最大值同时发生，因此降低了总的冲裁力。阶梯凸模冲裁能降低冲裁力，减小振动，工件精度不受影响，并可避免与大凸模相距甚近的小凸模的倾斜和折断。缺点是长凸模插入凹模较深，易磨损，修磨刃口较麻烦。主要用于有多个凸模而其位置又较对称的模具。第55页/共185页2.斜刃冲裁平刃冲裁是沿刃口整个周边同时冲切材料，故冲裁力较大。若将凸模（或凹模）刃口

34、平面做成不垂直于运动方向的斜面，则冲裁时刃口不是与冲裁件周边同时接触，而是逐步地将材料切离，因而能显著降低冲裁力。采用斜刃口冲裁，为了获得平整的零件，落料时凸模应为平刃，将凹模作成斜刃，冲孔时则凹模应为平刃，凸模为斜刃。斜刃还应当对称布置，以免冲裁时模具承受单向侧压力而发生偏移，啃伤刃口。斜刃冲裁的优点是压力机可以在柔和条件下工作，冲裁件很大时，降力显著。缺点是模具制造复杂，刃口易磨损，修磨困难，冲裁件不够平整，且不适于冲裁外形复杂的冲件，因此在一般情况下尽量不用，只用于大型冲件或厚板的冲裁。第56页/共185页3.加热冲裁加热冲裁又称为红冲。金属在常温时其抗剪强度是一定的，但是，当金属材料加

35、热到一定的温度之后，其抗剪强度显著降低，所以加热冲裁能降低冲裁力（将金属材料加热到700900，冲裁力只及常温的甚至更小）。加热冲裁的优点是降力显著，缺点是加热易产生氧化皮，破坏工件表面质量；且因加热，劳动条件差。加热冲裁一般用于厚料冲裁及公差等级要求不高的工件冲裁。第57页/共185页卸料力、推件力和顶件力的计算冲裁时，材料分离前存在着弹性变形，在冲裁结束时，由于材料的弹性回复及摩擦的存在，将落料件或冲孔废料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的料推出。从凸模上卸下箍着的料所需要的力称卸料力F卸；从凹模内将工件或废料顺着

36、冲裁方向推出的力称为推件力F推，从凹模内将工件或废料逆着冲裁方向顶出所需要的力称为顶件力F顶。第58页/共185页要准确地计算这些力是困难的,生产中常用下列经验公式计算:F卸=K卸F（6-13）F推=nK推F（6-14）F顶=K顶F（6-15）式中：F冲裁力；K卸、K推、K顶卸料力、推件力、顶件力系数，见表6-5；n同时卡在凹模内的冲裁件（或废料）数。（6-16）式中：h凹模洞口的直刃壁高度；t板料厚度。第59页/共185页 表6-5卸料力、推件力、顶件力系数注：卸料力F卸系数在冲孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。返回第60页/共185页压力机公称压力的确定卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具

37、卸料装置或顶件装置传递的。所以在选择设备的公称压力或设计冲模时，应分别予以考虑。冲裁时，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F总。F总的计算应根据不同的模具结构分别对待，即：第61页/共185页采用弹压卸料装置和下出料方式的模具时F总=F+F卸+F推（6-17）采用弹压卸料装置和上出料方式的模具时F总=F+F卸+F顶（6-18）采用刚性卸料装置和下出料方式的模具时F总=F+F推（6-19）第62页/共185页冲裁压力中心的计算冲裁压力中心就是冲裁力的合力作用点。在冲压生产中，为保证压力机和模具正常工作，必须使模具的冲裁压力中心与压力机滑块中心线重合，否则在冲裁过程中，会使滑块、模

38、柄及导柱承受附加弯矩，使模具与压力机滑块产生偏斜，凸、凹模之间的间隙分布不均，从而造成导向零件加速磨损，模具刃口及其他零件损坏，甚至会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。因此，在设计模具时，必须确定冲裁的压力中心，并使之与模柄轴线重合，从而保证模具的冲裁压力中心与压力机滑块中心重合。冲裁压力中心计算方法为：第63页/共185页1.直线段的压力中心位于直线段的中心。2.形状对称的冲裁件，其冲裁压力中心位于冲裁轮廓的几何中心上。3.圆弧的冲裁压力中心在其重心上x0=rsin/，以弧度计算，如图6-9所示。图6-9 圆弧中心第64页/共185页4.复杂形状工件或多凸模冲裁件的冲裁压力中心，可按力矩平

39、衡原理进行解析计算。（1）按比例将冲裁工件的冲裁轮廓画出，如图6-10所示。（2）建立直角坐标系xoy。（3）将冲裁件的冲裁轮廓分解为若干直线段和圆弧段L1、L2、L3Ln等基本线段。因为冲裁力与轮廓线长度成正比关系，故可用线段长度代替冲裁力进行压力中心计算。（4）计算各基本线段的长度及其重心到坐标轴x、y的距离y1、y2、y3yn和x1、x2、x3xn。第65页/共185页（5）计算压力中心坐标xc、yc。（6-20）（6-21）图6-10 冲裁压力中心返回第66页/共185页6.5 工件的排样与搭边 冲裁件在条料、带料或板料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样。合理的排样应是在保证制件

40、质量、有利于简化模具结构的前提下，以最少的材料消耗，冲出最多数量的合格工件。第67页/共185页排样原则 1.提高材料利用率冲裁件生产批量大，生产效率高，材料费用占总成本的60%以上，利用排样提高材料利用率是很有经济意义的。为了提高材料利用率，在不影响冲裁件使用性能的前提下，还可适当改变冲裁件的形状，提高材料利用率。2.改善操作性排样要便于工人操作，减轻工人劳动强度。条料在冲裁过程中翻动要少，在材料利用率相同或相近时，应尽可能选条料宽、进距小的排样方法。尽量使翻动少，有规则，便于自动送料。第68页/共185页 3.使模具结构简单，模具寿命提高。4.保证冲裁件质量排样应保证冲裁件质量，不能只考虑

41、利用材料，不顾冲裁件性能。对于弯曲件的落料，在排样时还应考虑板料的纤维方向。排样设计的工作内容包括选择排样方法、确定搭边的数值、计算条料宽度及送料步距、画出排样图等，有必要时还应计算出材料的利用率。第69页/共185页排样方法 按照材料的利用程度，排样可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种，如图6-11所示。废料是指冲裁中除零件以外的其他板料，包括工艺废料和结构废料。图6-11排样方式第70页/共185页 1.有废料排样 如图6-11（a）所示，沿工件全部外形轮廓线冲裁，工件与工件之间、工件与条料之间都存在工艺余料（称搭边）。因是沿着冲裁件的封闭轮廓冲切，冲裁件质量和模具寿命都较高，但材

42、料利用率低。2.少废料排样 如图6-11（b）所示，沿工件部分外形轮廓线切断或冲裁，只在工件与工件之间或工件与条料侧边之间留有搭边。这种排样方法的冲裁只沿工件的部分轮廓冲裁，受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲裁件质量稍差，但材料利用率可达到70%90%。第71页/共185页3.无废料排样 如图6.11（c）所示，无废料排样是指在冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间均无搭边存在，冲裁件实际上是直接由切断条料获得的，材料利用率可高达85%90%。第72页/共185页采用少废料、无废料排样时，材料利用率高，不但有利于一次行程获得多个冲裁件，还可以简化模具结构、降低冲裁力，但受条料宽度误差及条料

43、导向误差的影响，冲裁件尺寸及精度不易保证，另外，在有些无废料排样中，冲裁时模具会单面受力，影响模具使用寿命。有废料排样时冲裁件质量和模具寿命较高，但材料利用率较低。所以，在排样设计中，应全面权衡利弊。第73页/共185页对有废料排样,少、无废料排样还可以进一步按冲裁件在条料上的布置方法加以分类,其主要形式列于表6-6。对于形状复杂的冲件,通常用纸片剪成35个样件,然后摆出各种不同的排样方法,经过分析和计算,选出合理的排样方案。第74页/共185页 表6-6 有废料排样和少、无废料排样主要形式的分类返回第75页/共185页第76页/共185页搭边冲裁件与冲裁件之间，冲裁件与条料侧边之间留下的工艺

44、余料称为搭边。搭边的作用是：避免因送料误差发生零件缺角、缺边或尺寸超差；使凸、凹模刃口受力均衡，提高模具使用寿命及冲裁件断面质量；此外利用搭边还可以实现模具的自动送料。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，过小的搭边还会导致板料被拉进凸、凹模间隙，加剧模具的磨损，甚至会损坏模具刃口。第77页/共185页搭边的合理数值主要取决于冲裁件的板料厚度、材料性质、外廓形状及尺寸大小等。一般说来，材料硬时，搭边值可取小些；材料软或脆性材料时，搭边值应取大些；板料厚度大，需要的搭边值大；冲裁件的形状复杂，尺寸大，过渡圆角半径小，需要的搭边值大；手工送料或有侧压板导料时，搭边值可

45、取小些。搭边值通常由经验确定，表6-7列出了低碳钢冲裁时，常用的最小搭边值。排样方式和搭边值确定之后，条料的步距、宽度和导料板的宽度也就可以设计出来。第78页/共185页1.送料步距A条料在模具上每次送进的距离称为送料步距或进距。送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离，如图6-11（a）、（b）所示。每次只冲一个零件的步距A的计算公式为：A=D+a（6-22）式中：D平行于送料方向的冲裁件宽度；a冲裁件之间的搭边值。第79页/共185页表6-7 最小搭边经验值返回第80页/共185页2.条料宽度和导料板间距离的计算条料是由板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，裁剪时的公差带分布规

46、定为上偏差是0，下偏差为负值（-）。（1）有侧压装置时条料宽度和导料板间距离的计算如图6-12所示，有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进，因此条料宽度和导料板间距离按下式计算：条料宽度：（6-23）导料板间距离：（6-24）当用手将条料紧贴导料板或两个导料销送进时，条料宽度和导料板间距离计算公式同上。第81页/共185页图6-12 有侧压装置时的冲裁返回第82页/共185页（2）无侧压装置时条料宽度和导料板间距离的计算条料在无侧压装置的导料板之间送料时，如图6-13所示，条料宽度和导料板间距离按下式计算：条料宽度：（6-25）导料板间距离：（6-26）式中：B条料的宽度（mm）；Dma

47、x冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸；侧搭边的最小值，可参考表6-7；条料宽度的单向（负向）偏差，见表6-8、表6-9；C导料板与最宽条料之间的单面小间隙，其最小值见表6-10。第83页/共185页图6-13无侧压装置时的冲裁返回第84页/共185页表6-8条料宽度偏差 单位：mm 返回第85页/共185页表6-9条料宽度偏差 单位：mm 返回第86页/共185页表6-10送料最小间隙 Cmin 单位：mm返回第87页/共185页材料利用率的计算材料利用率是衡量合理利用材料的指标。材料的利用率通常是以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率来表示。（6-27）式中：S1一个步距内零件的实际面

48、积；S0一个步距内所需毛坯面积；A送料步距；B条料宽度。第88页/共185页若考虑到料头、料尾和边余料的材料消耗，则一张板料(或带料、条料)上总的材料利用率总为：（6-28）式中：n条料上实际冲裁的零件数；S2个零件的实际面积；L条料长度；B条料宽度。第89页/共185页排样图排样图是排样设计的最终表达形式。它应绘在冲压工艺规程卡片上和冲裁模总装图的右上角。排样图是排样设计的最终表达形式，是编制冲压工艺与设计模具的重要工艺文件。一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸、条料长度L、板料厚度t、端距l、步距S、工件间搭边和侧搭边a。并习惯以剖面线表示冲压位置。如图6-14所示。排样图是排样设计的最终表

49、达形式。它应绘在冲压工艺规程卡片上和冲裁模总装图的右上角。第90页/共185页图6-14排样图返回第91页/共185页6.6 冲裁工艺设计冲裁工艺设计包括冲裁件的工艺性和冲裁工艺方案确定。良好的工艺性和合理的工艺方案,可以用最少的材料,最少的工序数和工时,使得模具结构简单且模具寿命长,能稳定地获得合格冲件。第92页/共185页冲裁件的工艺性分析冲裁件的工艺性是指冲裁件的结构、形状、尺寸等对冲裁工艺的适应性。在设计冲裁模之前，首先要对冲裁件的工艺性进行分析。所谓冲裁件的工艺性能好就是指：能用一般的冲裁方法，在模具寿命较高、生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。冲裁件工艺性主要包括以下

50、几个方面：1冲裁件的精度等级冲裁获得的工件精度一般可达IT1210级，较高精度可达IT108级，见表6-11。冲孔的精度比落料约高一级。如果工件精度高于上述要求，则在冲裁后需通过整修或采用精密冲裁。第93页/共185页表6-11 冲裁件内、外形可达到的经济精度返回第94页/共185页2.冲裁件的形状冲裁件的形状应力求简单、对称、圆角过渡，以便于模具加工，减少热处理或冲压时在尖角处开裂的现象。同时也能防止尖角部位刃目的过快磨损；冲裁件的形状还应尽可能避免过长的悬臂和切口，同时，冲裁件的形状还应有利于排样时材料的经济性。冲裁件的外形或内孔应避免尖角，各直线或曲线的连接处，应有适当的圆角转接，转接圆