1、第四章冲裁第四章冲裁第一节冲裁变形过程分析一、冲裁变形过程图4-1冲裁工作示意图1凸模2凹模3板料第四章冲裁1.弹性变形阶段2.塑性变形阶段3.断裂分离阶段图4-2冲裁变形过程a)弹性变形阶段b)塑性变形阶段c)、d)断裂分离阶段第四章冲裁图4-3冲裁时作用于板料上的力1凸模2板料3凹模二、冲裁变形时的受力与应力分析如4-3所示为无压紧装置冲裁时板料的受力情况第四章冲裁图4-4冲裁变形区的应力状态图4-4所示为板料冲裁过程中塑性变形阶段变形区一些特征点的应力状态。第四章冲裁三、冲裁件的质量及其影响因素 冲裁件的质量是指冲裁件的断面状况、尺寸精度和形状误差。1.冲裁件的断面质量及其影响因素图4-
2、5冲裁件的断面质量第四章冲裁 (1)材料力学性能的影响塑性好的材料，冲裁时裂纹出现得较迟，材料被剪切挤压的深度较大，因而光面所占的比例大，毛面较小，但塌角、毛刺也较大；而塑性差的材料，断裂倾向严重，裂纹出现得较早，使得光面所占的比例小，毛面较大，但塌角和毛刺都较小。图4-6间隙大小对冲裁件断面质量的影响a)间隙合适b)间隙过小c)间隙过大第四章冲裁(2)冲裁间隙的影响冲裁间隙是影响冲裁件断面质量的主要因素。图4-7凸、凹模刃口磨钝后毛刺的形成a)凹模磨钝b)凸模磨钝c)凸、凹模均磨钝(3)模具刃口状态的影响模具刃口状态对冲裁件的断面质量也有较大的影响。第四章冲裁2.冲裁件尺寸精度及其影响因素
3、(1)冲模的结构与制造精度冲模的制造精度(主要是凸、凹模制造精度)对冲裁件尺寸精度有直接的影响，冲模的制造精度越高，冲裁件的精度亦高。表4-1冲裁件精度与冲模制造精度的关系 (2)冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差冲裁件产生偏离凸、凹模尺寸偏差的原因是由于冲裁时材料所受的挤压、拉伸和翘曲变形，都要在冲裁结束后产生弹性回复。第四章冲裁当冲裁件从凹模内推出(落料)或从凸模上卸下(冲孔)时，相对于凸、凹模尺寸就会产生偏差。图4-8间隙对冲裁件尺寸精度的影响3.冲裁件形状误差及其影响因素第四章冲裁第二节冲裁件的工艺性 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性，即冲裁加工的难易程度。一、冲裁件的结构与尺
4、寸 1)冲裁件的形状应力求简单、规则，有利于材料的合理利用，以便节约材料，减少工序数目，提高模具寿命，降低冲件成本。2)冲裁件的内、外形转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。第四章冲裁表4-2冲裁件最小圆角半径第四章冲裁图4-9冲裁件的悬臂与凹槽3)尽量避免冲裁件上过于窄长的凸出悬臂和凹槽，否则会降低模具寿命和冲裁件质量。第四章冲裁4)冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小。表4-3无导向凸模冲孔的最小尺寸表4-4带护套凸模冲孔的最小尺寸第四章冲裁 5)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
5、值不应过小，一般要求c(11.5)t，c(1.52)t，如图4-10a所示。图4-10冲件上的孔距及孔边距第四章冲裁二、冲裁件的精度与断面粗糙度 1)冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件公差等级最好低于IT9级。表4-5冲裁件外形与内孔尺寸公差第四章冲裁2.一般精度的冲裁件采用IT8IT7级精度的普通冲裁模；较高精度的冲裁件采用IT7IT6精度的高级冲裁模。表4-6冲裁件孔中心距公差2)冲裁件的断面粗糙度及毛刺高度与材料塑性、材料厚度、冲裁间隙、刃口锋利程度、冲模结构及凸、凹模工作部分表面粗糙度值等因素有关。第四章冲裁表4-7普通冲裁毛刺的允许高度
6、三、冲裁件的材料 冲裁件所用的材料，不仅要满足其产品使用性能的技术要求，还应满足冲裁工艺对材料的基本要求。冲裁工艺对材料的基本要求已在第二章第五节中介绍。此外，材料的品种与厚度还应尽量采用国家标准，同时尽可能采取“廉价代贵重，薄料代厚料，黑色代有色”等措施，以降低冲裁件的成本。第四章冲裁第三节冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁模中凸、凹模刃口之间的间隙。凸模与凹模间每侧的间隙称为单面间隙，用Z/2表示；两侧间隙之和称为双面间隙，用Z表示。如无特殊说明，冲裁间隙都是指双面间隙。图4-11冲裁间隙第四章冲裁一、间隙对冲压力的影响 间隙很小时，因材料的挤压和摩擦作用增强，冲裁力必然较大。随着间隙的增大，材料
7、所受的拉应力增大，容易断裂分离，因此冲裁力减小。但试验表明，当单面间隙介于材料厚度的5%20%范围内时，冲裁力降低不多，不超过5%10%。二、间隙对模具寿命的影响 模具寿命通常是用模具失效前所冲得的合格冲裁件数量来表示。冲裁模的失效形式一般有磨损、变形、崩刃和凹模胀裂。间隙大小主要对模具的磨损及凹模的胀裂产生较大影响。第四章冲裁三、冲裁间隙值的确定 由上述分析可以看出，冲裁间隙对冲裁件质量、冲压力、模具寿命等都有很大的影响，但影响的规律各有不同。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、冲模寿命最长、冲压力最小等各方面的要求。在冲压实际生产中，为了获得合格
8、的冲裁件、较小的冲压力和保证模具有一定的寿命，我们给间隙值规定一个范围，这个间隙值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（Zmin），最大值称为最大合理间隙（Zmax）。考虑到冲模在使用过程中会逐渐磨损，间隙会增大，故在设计和制造新模具时，应采用最小合理间隙。第四章冲裁图4-12合理间隙的确定第四章冲裁1.理论确定法表4-8h0/t与值第四章冲裁表4-9冲裁模初始双面间隙Z(一)2.经验确定法第四章冲裁表4-9冲裁模初始双面间隙Z(一)第四章冲裁 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.在使用过程中，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
9、最大数值要超过表列数值。4.本表适用于尺寸精度和断面质量要求较高的冲裁件。第四章冲裁表4-10冲裁模初始双面间隙Z(二)第四章冲裁表4-10冲裁模初始双面间隙Z(二)第四章冲裁2.本表适用于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件。表4-11冲裁间隙分类第四章冲裁表4-12冲裁间隙比值第四章冲裁第四节凸、凹模刃口尺寸的确定 冲裁件的尺寸精度主要决定于凸、凹模刃口尺寸及公差，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。一、凸、凹模刃口尺寸计算的原则 在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸为基准。由前述冲裁过程可知，落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生
10、的。所以，在计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别考虑，第四章冲裁其原则如下：1)落料时，因落料件光面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应先确定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准。2)冲孔时，因孔的光面尺寸与凸模刃口尺寸相等或基本一致，应先确定凸模刃口尺寸，即以凸模刃口尺寸为基准。3)凸、凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸、凹模加工方法确定，既要保证冲裁间隙要求和冲出合格零件，又要便于模具加工。第四章冲裁二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法 凸、凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，基本上可分为两类。1.凸、凹模分别加工时的计算法表4-13规则形状(圆形、方形)件冲裁时凸、凹模的制造公差
11、第四章冲裁表4-14磨损系数x第四章冲裁图4-13落料、冲孔时各部分尺寸及公差的分布状态a)落料b)冲孔第四章冲裁图4-15落料件与落料凹模a)落料件b)落料凹模刃口轮廓2.凸、凹模配作加工时的计算法(1)落料落料时以凹模为基准，配作凸模。(2)冲孔冲孔时以凸模为基准，配作凹模。第四章冲裁表4-15以落料凹模为基准的刃口尺寸计算第四章冲裁表4-16以冲孔凸模为基准的刃口尺寸计算图4-16冲件孔与冲孔凸模a)冲件孔b)冲孔凸模刃口轮廓第四章冲裁第五节排样 排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。排样是否 合理，将直接影响到材料利用率、冲件质量、生产效率、冲模结构 与寿命等。因此，排样是冲压
12、工艺中一项重要的、技术性很强的工 作。一、材料的合理利用 在批量生产中，材料费用约占冲裁件成本的60%以上。因此，合理利用材料，提高材料的利用率，是排样设计主要考虑的因素之一。第四章冲裁图4-18材料利用率计算1.材料利用率第四章冲裁2.提高材料利用率的措施(1)采用合理的排样方法同一形状和尺寸的冲裁件，排样方法不同，材料的利用率也会不同。(2)选用合适的板料规格和合理的裁板方法在排样方法确定以后，可确定条料的宽度，再根据条料宽度和进距大小选用合适的板料规格和合理的裁板方法，以尽量减少料头、料尾和裁板后剩余的边料，从而提高材料的利用率。(3)利用结构废料冲小零件对一定形状的冲裁件，结构废料是不
13、可避免的，但充分利用结构废料是可能的。第四章冲裁图4-19圆形冲件的四种排样方法第四章冲裁图4-20利用结构废料冲小零件第四章冲裁图4-21修改零件形状提高材料利用率第四章冲裁二、排样方法 根据材料的合理利用情况，排样方法可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。1.有废料排样2.少废料排样3.无废料排样图4-22排样方法第四章冲裁表4-17排样形式分类第四章冲裁表4-17排样形式分类第四章冲裁三、搭边与条料宽度的确定1.搭边 (1)材料的力学性能软材料、脆材料的搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。(2)冲件的形状与尺寸冲件的形状复杂或尺寸较大时，搭边值取大些。(3)材料的厚度厚材料
14、的搭边值要取大一些。第四章冲裁 (4)送料及挡料方式用手工送料，且有侧压装置的搭边值可以小一些，用侧刃定距可比用挡料销定距的搭边值小一些。(5)卸料方式弹性卸料比刚性卸料的搭边值要小一些。第四章冲裁图4-23条料宽度的确定a)有侧压装置b)无侧压装置c)用侧刃定距2.条料宽度与导料板间距 (1)用导料板导向且有侧压装置时(图4-23a)(2)用导料板导向且无侧压装置时(图4-23b)(3)用侧刃定距时(图4-23c)第四章冲裁第四章冲裁表4-19条料宽度偏差第四章冲裁表4-20导料板与条料之间的最小间隙第四章冲裁表4-21、y值1)横裁的板料利用率显著高于纵裁时。2)纵裁后条料太长，受车间压力机排列的限制操作不便时。3)条料太重，工人劳动强度太高时。4)纵裁不能满足冲裁后的成形工序(如弯曲)对材料纤维方向的要求时第四章冲裁 1)排样图上应标注条料宽度B0、条料长度L、板料厚度t、端距l、进距s、冲件间搭边a1和侧搭边a值、侧刃定距时侧刃的位置及截面尺寸等，如图4-24所示。2)用剖切线表示出冲裁工位上的工序件形状(也即凸模或凹模的截面形状)，以便能从排样图上看出是单工序冲裁(图4-24a)还是复合冲裁(图4-24b)或级进冲裁(图4-24c)。3)采用斜排时，应注明倾斜角度的大小。第四章冲裁图4-24排样图画法a)单工序冲裁b)复合冲裁c)级进冲裁
