冲裁工艺与模具设计概述课件.ppt
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1、冲裁工艺与模具设计一、冲裁工一、冲裁工艺概述概述冲裁是利用模具使板料沿着一定的冲裁是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状廓形状产生分离的一种冲生分离的一种冲压工序。工序。它既可以直接冲出成品制件,也可以作它既可以直接冲出成品制件,也可以作为弯曲、拉深等其他工序的坯料,弯曲、拉深等其他工序的坯料,还可以在已成形的制件上可以在已成形的制件上进行再加工(切行再加工(切边、切口、冲孔等)。、切口、冲孔等)。1.1.什么是冲裁工艺?什么是冲裁工艺?2.冲裁冲裁时板料板料变形区的受力情况形区的受力情况图1 冲裁时作用于板料上的力1凹模;2板料;3凸模a3.冲裁冲裁时板料的板料的变形形过程程冲裁冲裁变形形过程可
2、分程可分为三个三个阶段:段:第一第一阶段:段:弹性性变形形阶段段。在。在这一一阶段中,若板料内部的段中,若板料内部的应力没有超力没有超过弹性极限性极限时,当凸模卸当凸模卸载后,板料立即恢复原状。后,板料立即恢复原状。第二第二阶段:段:塑性塑性变形形阶段段。凸模。凸模继续压人,人,压力增加,材料内的力增加,材料内的应力达到屈服点,力达到屈服点,产生塑性生塑性变形。形。第三第三阶段:段:断裂分离断裂分离阶段段。凸模。凸模继续压入材料,先后在凹、凸模刃口入材料,先后在凹、凸模刃口侧面面产生裂生裂纹,裂裂纹产生后沿最大切生后沿最大切应力方向向材料内力方向向材料内层发展,当裂展,当裂纹相遇重合相遇重合时
3、,材料便被切断分,材料便被切断分离。离。图2 冲裁变形过程图3 冲裁时材料的应力状态图图4 冲裁力-凸模行程曲线裂裂纹最先最先产生于凹模生于凹模侧面面4.冲裁件的冲裁件的质量量(1)断面)断面质量及其影响因素量及其影响因素冲裁件端面由冲裁件端面由圆角角带、光亮、光亮带、断裂、断裂带和毛刺和毛刺组成。成。圆角角带是刃口附近的材料是刃口附近的材料产生弯曲和伸生弯曲和伸长变形的部分;形的部分;光亮光亮带是板料与模具是板料与模具侧面面挤压而形成的光亮垂直的端面;而形成的光亮垂直的端面;断裂断裂带是刃口是刃口处产生的微裂生的微裂纹在拉力作用下,不断在拉力作用下,不断拓展而形成的撕裂面;拓展而形成的撕裂面
4、;毛刺是断面上高于制件的部分,是不可避免的。毛刺是断面上高于制件的部分,是不可避免的。图5 冲裁件的断面特征a)冲孔件 b)落料件断面断面质量的影响因素量的影响因素在四个特征区中,光亮在四个特征区中,光亮带剪切面剪切面质量最佳,而断裂量最佳,而断裂带的断面粗糙,且的断面粗糙,且带有斜有斜度。各个部分在整个断面上的比例,随材料的性能、厚度、模具冲裁度。各个部分在整个断面上的比例,随材料的性能、厚度、模具冲裁间隙、刃口隙、刃口状状态及摩擦等条件有关。主要有以下几个方面:及摩擦等条件有关。主要有以下几个方面:(a)材料的塑性越好,光亮)材料的塑性越好,光亮带所占比例越大,所占比例越大,圆角和穹弯角和
5、穹弯较大,断裂大,断裂带较窄;材料的塑性差,反之。窄;材料的塑性差,反之。(b)间隙隙过大大,使凸模,使凸模产生的裂生的裂纹相相对于凹模于凹模产生的裂生的裂纹向里移向里移动一个距一个距离离;间隙隙过小小,使凸模,使凸模产生的裂生的裂纹相相对于凹模于凹模产生的裂生的裂纹向外移向外移动一个距离。一个距离。图6 间隙对断面质量的影响(c)模具刃口状)模具刃口状态对断面断面质量的影响量的影响图7 模具刃口状态对断面质量的影响 a)凹模磨钝 b)凸模磨钝 c)凸、凹模均磨钝凸模凸模钝时,落料件,落料件产生生较大毛刺;凹模大毛刺;凹模钝时冲孔件冲孔件产生生较大毛刺。大毛刺。(2)影响冲裁件尺寸精度的因素)
6、影响冲裁件尺寸精度的因素表表1 1 冲裁件的精度冲裁件的精度(a)由表)由表1可知,可知,冲模的制造精度越高、材料厚度越小,冲裁件的精度越高冲模的制造精度越高、材料厚度越小,冲裁件的精度越高。图5 材料的回弹理论(c)冲裁)冲裁间隙隙间隙过大,材料的拉伸作用变大(3)形状)形状误差差冲裁件的形状冲裁件的形状误差是指差是指翘曲、扭曲、曲、扭曲、变形等缺陷。形等缺陷。冲裁件呈曲面不平冲裁件呈曲面不平现象称象称为翘曲。曲。主要由主要由间隙隙过大、弯矩增大、大、弯矩增大、变形拉伸和弯曲成分增多而造成的形拉伸和弯曲成分增多而造成的,此外,此外材料的各向异性和卷材未材料的各向异性和卷材未矫正正也会也会产生
7、生翘曲。曲。冲裁件呈扭歪冲裁件呈扭歪现象称象称为扭曲。扭曲。是由于是由于材料不平、材料不平、间隙不均匀、凹模后角隙不均匀、凹模后角对材料摩擦不均匀材料摩擦不均匀等造成的。等造成的。金属冲裁件所能达到的金属冲裁件所能达到的经济精度精度为IT14IT10级,要求高的可达到,要求高的可达到IT10IT8级。二、冲裁模具的二、冲裁模具的设计思路思路1、冲裁模、冲裁模设计的的总原原则:在在满足制件尺寸精度和形状精度的前提下力求使模具足制件尺寸精度和形状精度的前提下力求使模具结构构简单、操作方便、材料消耗少、制件成本低。、操作方便、材料消耗少、制件成本低。2、冲裁模、冲裁模设计思路思路三、冲裁工三、冲裁工
8、艺性分析性分析冲裁件的工冲裁件的工艺性是指性是指该工件在冲裁加工中的工件在冲裁加工中的难易程度。良好的冲裁工易程度。良好的冲裁工艺性性应保保证材料消耗少、工序数少、模具材料消耗少、工序数少、模具结构构简单且寿命且寿命长、产品品质量量稳定、定、操作安全方便等。操作安全方便等。1、冲裁工、冲裁工艺性要求性要求1)应避免冲裁件上有避免冲裁件上有过窄的窄的悬臂和狭槽。臂和狭槽。2)冲裁件的孔与)冲裁件的孔与边缘间距离距离b1、孔与孔之、孔与孔之间的距离的距离b2不能太小。不能太小。3)冲裁件的外形或内孔的)冲裁件的外形或内孔的转角角处,应避免有避免有锐角的清角,角的清角,应采用采用圆弧弧过渡。渡。4)
9、冲孔的尺寸不能太小。)冲孔的尺寸不能太小。2.冲裁件的尺寸精度和粗糙度冲裁件的尺寸精度和粗糙度普通冲裁件普通冲裁件1)尺寸精度一般在)尺寸精度一般在IT10IT11级以下以下2)剪切断面表面粗糙度)剪切断面表面粗糙度Ra2t。,制件上内孔4与6的公差为0.07mm(由附录K可知为IT10级),其他尺寸无精度要求(视为IT13级),因此,制件总体精度为IT10级。因该制件为电子器材的外观配件,制件内外轮廓相对尺寸精度要求较高,同时要求冲压材料表面光洁、平整,无氧化皮、裂纹、锈斑、划痕等缺陷。所用材料为纯铝(1200),冲裁性能较好,但容易产生毛刺。综上所述,制件具有较好的冲裁性能,适宜采用冲裁加
10、工。四、四、冲裁模刃口尺寸冲裁模刃口尺寸计算算1、冲裁、冲裁间隙隙冲裁冲裁间隙隙Z是指冲裁模中凹模刃口横向尺寸是指冲裁模中凹模刃口横向尺寸Dd与凸模刃口横向尺寸与凸模刃口横向尺寸Dp的差的差值。Z表示双面表示双面间隙,隙,单面面间隙用隙用Z/2表示,如无特殊表示,如无特殊说明,冲裁明,冲裁间隙就是指双隙就是指双面面间隙。隙。Z值可可为正,也可正,也可为负,但在普通冲裁中,均,但在普通冲裁中,均为正正值。1).冲裁冲裁间隙隙对冲裁力、卸料力、推料力、冲裁力、卸料力、推料力、顶料力的影响料力的影响间隙越小,冲裁力就越大;反之,隙越小,冲裁力就越大;反之,间隙越大,冲裁力就小。隙越大,冲裁力就小。间
11、隙越小,卸料力和推料力随之增加;隙越小,卸料力和推料力随之增加;间隙越大,卸料力和推料力随之减小。隙越大,卸料力和推料力随之减小。间隙隙对卸料力、推料力的影响大于卸料力、推料力的影响大于对冲裁力的影响。冲裁力的影响。2).冲裁冲裁间隙隙对冲模寿命的影响冲模寿命的影响较小的小的间隙可提高模具的使用寿命。隙可提高模具的使用寿命。过小的小的间隙隙对模具的寿命极模具的寿命极为不利。不利。3).合理合理间隙隙值的确定的确定合理合理间隙是一个隙是一个范范围值,这个范个范围的最小的最小值称称为最小合理最小合理间隙(隙(Zmin),最大),最大值称称为最大合理最大合理间隙(隙(Zmax)。确定合理确定合理间隙
12、隙值有理有理论法和法和经验确定法两种。确定法两种。a)理理论确定法确定法主要是根据凸、凹模刃口主要是根据凸、凹模刃口产生的裂生的裂纹相互重合的原相互重合的原则进行行计算。根据算。根据图中几何关系中几何关系可求得合理可求得合理间隙隙为Z。中硬中硬钢硬硬钢 b)经验确定法确定法根据研究与根据研究与实际生生产经验,间隙隙值可按要求分可按要求分类查表确定。表确定。对于尺寸精度、于尺寸精度、断面断面质量要求高的冲裁件量要求高的冲裁件应选用用较小小间隙隙值。这时冲裁力与模具寿命作冲裁力与模具寿命作为次要因次要因素考素考虑。对于尺寸精度和断面于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件,在量要求不高的冲裁件,在满足
13、冲裁件要求的前提下,足冲裁件要求的前提下,应以以降低冲裁力、提高模具寿命降低冲裁力、提高模具寿命为主,主,选用用较大的双面大的双面间隙隙值。2、凸、凹模刃口尺寸凸、凹模刃口尺寸计算的原算的原则影响冲裁件尺寸精度的首要因素是模具刃口尺寸的精度,合理影响冲裁件尺寸精度的首要因素是模具刃口尺寸的精度,合理间隙隙值也需要刃也需要刃口尺寸及其制造公差来保口尺寸及其制造公差来保证。在确定刃口尺寸及制造公差在确定刃口尺寸及制造公差时应遵循的原遵循的原则:1)落料)落料件件尺寸取决于凹模尺寸取决于凹模刃口刃口尺寸,冲孔尺寸,冲孔件件尺寸取决于凸模尺寸取决于凸模刃口刃口尺寸。尺寸。在在计算落料模算落料模时,以凹
14、模,以凹模为基准,基准,间隙取在凸模上;在隙取在凸模上;在计算冲孔模算冲孔模时,以凸模,以凸模为基准,基准,间隙取在凹模上。隙取在凹模上。2)根据磨)根据磨损规律,律,设计落料模落料模时,凹模基本尺寸,凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范取制件尺寸公差范围内的内的较小尺寸;小尺寸;设计冲孔模冲孔模时,凸模基本尺寸,凸模基本尺寸则应取制件孔尺寸公差范取制件孔尺寸公差范围内的内的较大尺寸。大尺寸。冲裁冲裁间隙一般采用最小合理隙一般采用最小合理间隙隙值。3)确定冲模刃口制造公差确定冲模刃口制造公差时,应考考虑制件的公差要求。制造公差太小,会增制件的公差要求。制造公差太小,会增加模具的成本和制造加模具的成本
15、和制造难度;公差太大,会降低模具的使用寿命度;公差太大,会降低模具的使用寿命3、凸、凹模刃口尺寸的计算方法、凸、凹模刃口尺寸的计算方法 冲裁模加工方法的不同,其刃口尺寸的计算方法也不同。冲裁模的加工冲裁模加工方法的不同,其刃口尺寸的计算方法也不同。冲裁模的加工方法分为互换加工法和配做加工法两种。方法分为互换加工法和配做加工法两种。l凸、凹模互换加工时,凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模互换加工时,凸、凹模刃口尺寸的计算 (1)落料)落料根据根据计算原算原则,落料,落料时以凹模以凹模为设计基准。首先确定凹模尺寸,使凹模的基准。首先确定凹模尺寸,使凹模的基本尺寸接近或等于工件基本尺寸接近或等于工件轮廓
16、的最小极限尺寸;将凹模尺寸减小最小合理廓的最小极限尺寸;将凹模尺寸减小最小合理间隙隙值即得到凸模尺寸。即得到凸模尺寸。(2)冲孔)冲孔(3)孔心距)孔心距孔心距属于磨孔心距属于磨损后基本不后基本不变的尺寸。的尺寸。或取:或取:A=0.6(Zmax-Zmin)T=0.4(Zmax-Zmin)足以下条件例题:例题:冲制图冲制图2.4.2所示零件,材料为所示零件,材料为Q235钢,料厚钢,料厚t=0.5mm。计算冲裁凸、凹模刃。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。口尺寸及公差。解:由图可知,该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。解:由图可知,该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。l凸凸、凹模配合加工、凹
17、模配合加工时,凸凹模刃口尺寸的,凸凹模刃口尺寸的计算算配合加工方法,是先按照工件尺寸配合加工方法,是先按照工件尺寸计算出基准件凸模(或凹模)的公称尺寸及公算出基准件凸模(或凹模)的公称尺寸及公差尺寸,然后配做另一个相配件凹模(或凸模)差尺寸,然后配做另一个相配件凹模(或凸模)。采用配作法,采用配作法,计算凸模或凹模刃口尺寸,首先判断出模具刃口各个尺寸在磨算凸模或凹模刃口尺寸,首先判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是程中是变大,大,变小小还是不是不变这三种情况,然后分三种情况,然后分别按不同的公式按不同的公式计算。算。(1)凸模或凹模磨)凸模或凹模磨损后会增大的尺寸后会增大的尺寸第一第一类尺寸尺
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