02-第二章-沖裁工藝及模具設(shè)計-(上)(冷沖壓工藝及模具設(shè)計).ppt

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冷沖壓工藝及模具設(shè)計,總 目 錄,第一章 沖壓(裁)加工基本理論,第二章 沖裁工藝及模具設(shè)計,第三章 彎曲及彎曲模設(shè)計,第四章 拉 深,第五章 其他成形工藝及模具設(shè)計,第六章 多工位精密自動級進模設(shè)計,第七章 沖壓工藝規(guī)程的編制,第八章 典型沖壓模具零件制造與裝配,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,內(nèi)容簡介：,沖裁是最基本的沖壓工序。 本章是本課程的重點章。在分析沖裁變形過程及沖裁件質(zhì)量影響因素的基礎(chǔ)上，介紹沖裁工藝計算、工藝方案制定和沖裁模設(shè)計。涉及沖裁變形過程分析、沖裁件質(zhì)量及影響因素、間隙確定、刃口尺寸計算原則和方法、排樣設(shè)計、沖裁力與壓力中心計算、沖裁工藝性分析與工藝方案制定、沖裁典型結(jié)構(gòu)、零部件設(shè)計及模具標準應用、沖裁模設(shè)計方法與步驟等。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,1．了解沖裁變形規(guī)律、沖裁件質(zhì)量及影響因素； 2．掌握沖裁模間隙確定、刃口尺寸計算、排樣設(shè)計、沖裁力計算等設(shè)計計算方法。 3．掌握沖裁工藝性分析與工藝設(shè)計方法； 4．認識沖裁模典型結(jié)構(gòu)（尤其是級進模和復合模）及特點，了解模具標準，掌握模具零部件設(shè)計及模具標準應用方法； 5．掌握沖裁工藝與沖裁模設(shè)計的方法和步驟。,學習目的與要求：,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,1．沖裁變形規(guī)律及沖裁件質(zhì)量影響因素； 2．刃口尺寸計算原則和方法； 3．沖裁工藝性分析與工藝方案制定； 4．沖裁模典型結(jié)構(gòu)及特點； 5．沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計及模具標準應用； 6．沖裁工藝與沖裁模設(shè)計的方法和步驟。,重點：,難點：,1．沖裁變形規(guī)律及沖裁件質(zhì)量影響因素； 2．刃口尺寸計算原則和方法； 3．模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及模具標準應用； 4．沖裁工藝與沖裁模設(shè)計的方法和步驟。,第一節(jié) 沖裁變形機理,第三節(jié) 凸、凹模間隙的決定,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,第四節(jié) 沖裁力、推件力、卸料力的計算及降低沖裁力的方法,第五節(jié) 凸、凹模刃口尺寸的計算,第六節(jié) 沖裁工作的排樣,第七節(jié) 齒圈壓板精密沖裁,第八節(jié) 沖裁的工藝設(shè)計,第九節(jié) 沖裁模的典型結(jié)構(gòu),第十節(jié) 沖裁模零部件設(shè)計,本章目錄,第二節(jié) 影響沖裁件質(zhì)量的因素,第十一節(jié) 沖裁模設(shè)計程序,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,分類:,沖裁模：,沖裁：,利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。,基本工序：落料和沖孔。既可加工零件，也可加工沖壓工序件。,沖裁所使用的模具叫沖裁模，它是沖裁過程必不可少的工藝裝備。凸、凹模刃口鋒利，間隙小。,普通沖裁、精密沖裁,第一節(jié) 沖裁變形機理,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,一、沖裁時板料所受的力和變形區(qū),四對力,沖裁時作用于板料上的力 1-凸模 2-板料 3-凹模,了解和掌握沖裁變形規(guī)律，有利于沖裁工藝與沖裁模設(shè)計，控制沖裁件質(zhì)量。,凸、凹模間隙存在，產(chǎn)生彎矩。,間隙正常、刃口鋒利情況下，沖裁變形過程可分為三個階段：,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、沖裁變形過程,(1)彈性變形階段 變形區(qū)內(nèi)部材料應力小于屈服應力 。,(2)塑性變形階段 變形區(qū)內(nèi)部材料應力大于屈服應力。,凸、凹模間隙存在，變形復雜，并非純塑性剪切變形，還伴隨有彎曲、拉伸，凸、凹模有壓縮等變形。,(3)斷裂分離階段 變形區(qū)內(nèi)部材料應力大于強度極限。,裂紋首先產(chǎn)生在凹模刃口附近的側(cè)面,凸模刃口附近的側(cè)面,,上、下裂紋擴展相遇,,材料分離,,1.沖裁過程,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,沖裁變形過程,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,沖裁時，剪切區(qū)應力狀態(tài)如圖2－5所示，其中： A點——凸模下壓引起軸向拉應力σ 3，在徑向，板料內(nèi)層彎曲與凸模側(cè)壓力引起徑向壓應力σ1；在切向，板料內(nèi)層彎曲引起的壓應力與側(cè)壓力在該方向引起的拉應力的合成應力，即切向壓應力σ2。 B點——凸模下壓及板料內(nèi)層徑向、切向彎曲引起三向壓縮應力。,2．沖裁時的應力狀態(tài),2－5 沖裁應力狀態(tài)圖,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,C點——徑向板料被拉深，σ1為拉應力，板料沿剪切面相對錯移，引起壓應力 σ3,D點——凹模端面擠壓板料，產(chǎn)生軸向壓應力σ3 ，板料外層徑向、切向彎曲，引起徑向拉應力σ1和切向拉應力σ2。,E點——凸模下壓，引起軸向拉應力σ3。外層板料彎曲，徑向、切向均引起拉應力，凹模側(cè)壓力在徑向、切向均引起壓應力，拉、壓應力合成就產(chǎn)生應力σ1 與σ2 ，該合成應力可能是拉應力，也可能是壓應力，這與間隙大小有關(guān)。,從以上各點的應力狀態(tài)可以斷定，凸模與凹模端面（B、D點處）的靜水壓應力比側(cè)面（A、E處）的高，且凸模刀口附近的靜水壓應力又比凹模刃口附近的高，這就是裂紋首先從凹模刃口側(cè)面（E處）產(chǎn)生的原因。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,3.沖裁時的F一h曲線,沖裁變形過程中沖裁力與凸模行程關(guān)系曲線見圖。圖中OA段相當于彈性變形階段。AB段為塑性變形階段。切刃一旦擠入板料，力的上升就緩慢下來。這是由于承受力的板料面積雖然減少了，但是材料冷作硬化的影響超過了受剪面積減小的影響，沖載力仍然繼續(xù)上升。當硬化與受剪面積兩者影響達到相等時，沖裁力便達到最大值。BC為裂紋擴展直至極料斷裂階段。CD則是凸模的推料過程。,沖裁力曲線,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,斷面特征：,圓角帶a：,刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長變形。,光亮帶b：,塑性剪切變形。質(zhì)量最好的區(qū)域。,斷裂帶c：,裂紋形成及擴展。,毛刺區(qū)d：,間隙存在，裂紋產(chǎn)生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，間隙不正常、刃口不鋒利，還會加大毛刺。,三、沖裁斷面分析,沖裁斷面由圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺4部分組成。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,沖裁區(qū)應力、變形和沖裁件正常的斷面狀況 a）沖孔件 b）落料件,三、沖裁斷面分析（續(xù)）,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,無論是孔還是落下的料，其尺寸都有大小兩部分。小部分的尺寸等于凸模尺寸，而大的部分尺寸等于凹模尺寸。,四、沖裁件的尺寸大小,對于孔來說，小的部分尺寸是有用的，因為這部分尺寸能用量具測量得到。且這部分最光滑，孔與其他零件配合也是靠這部分尺寸，其大小與凸模尺寸一樣。因而得出：沖孔尺寸=凸模尺寸。對于落料件來說，大的部分尺寸是有用的，同樣也可以得到：落料尺寸=凹模尺寸的結(jié)論。,五、剪切面周圍材料性能的變化,沖裁后，剪切面周圍變形區(qū)域的材料產(chǎn)生加工硬化，隨著加工硬化的加劇，材料的強度、硬度上升，而塑性和韌性下降。,第二節(jié) 影響沖裁件質(zhì)量的因素,沖裁件質(zhì)量：,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,垂直、光潔、毛刺小,圖紙規(guī)定的公差范圍內(nèi),外形滿足圖紙要求；表面平直，即拱彎小,,,,指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,１)材料性能的影響,一、影響斷質(zhì)量的因素,２)模具間隙的影響,間隙小，出現(xiàn)二次剪裂，產(chǎn)生第二光亮帶,間隙大，出現(xiàn)二次拉裂，產(chǎn)生二個斜度,３)模具刃口狀態(tài)的影響,當凸模刃口磨鈍時，則會在落料件上端產(chǎn)生毛刺；,當凹模刃口磨鈍時，則會在沖孔件的孔口下端產(chǎn)生毛刺；,當凸、凹模刃口同時磨鈍時，則沖裁件上、下端都會產(chǎn)生毛刺。,a、b、d大，c小,4）模具和設(shè)備的情況,二、影響沖裁件尺寸精度的因素,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,沖裁件的尺寸精度： 指沖裁件的實際尺寸與圖紙上基本尺寸之差。,影響因素：,該差值包括兩方面的偏差： 一是沖裁件相對于凸模或凹模尺寸的偏差； 二是模具本身的制造偏差。,（1）沖模的制造精度（零件加工和裝配） （2）材料的性質(zhì) （3）沖裁間隙 （4）零件形狀尺寸,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、沖裁件形狀誤差及其影響因素,沖裁件的形狀誤差：,翹曲：,指翹曲、扭曲、變形等缺陷。,沖裁件呈曲面不平現(xiàn)象。它是由于間隙過大、彎矩增大、變形拉伸和彎曲成分增多而造成的，另外材料的各向異性和卷料未矯正也會產(chǎn)生翹曲。,扭曲：,沖裁件呈扭歪現(xiàn)象。它是由于材料的不平、間隙不均勻、凹模后角對材料摩擦不均勻等造成的。,變形：,由于坯料的邊緣沖孔或孔距太小等原因，因脹形而產(chǎn)生的。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,墊圈的落料與沖孔 a)落料 b)沖孔,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,落料沖孔復合模,1-下模板 2-卸料螺釘 3-導柱 4-固定板 5-橡膠 6-導料銷 7-落料凹模 8-推件塊 9-固定板 10-導套 11-墊板 12、20-銷釘 13-上模板 14-模柄 15-打桿 16、21-螺釘 17-沖孔凸模 18-凸凹模 19-卸料板 22-擋料銷,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,間隙對剪切裂紋與斷面質(zhì)量的影響 ａ）間隙過小 ｂ）間隙合理 ｃ）間隙過大,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,凸、凹模刃口磨鈍時毛刺的形成情況 a) 凹模磨鈍 b) 凸模磨鈍 c) 凸、凹模均磨鈍,復習上次課內(nèi)容,1.沖裁的概念？,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,2.沖裁變形過程分為哪三個階段？裂紋在哪個階段產(chǎn)生？首先在什么位置產(chǎn)生？,3.沖裁件質(zhì)量包括哪些方面？沖裁件的斷面分成哪四個特征區(qū)？影響沖裁件斷面質(zhì)量的因素有哪些？,4.影響沖裁件尺寸精度、形狀誤差的因素有哪些？,第三節(jié) 凸、凹模間隙的決定,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,沖裁間隙Z：,指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸DA與凸模刃口橫向尺寸dT的差值。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,一、間隙的重要性,1.間隙對沖裁件質(zhì)量的影響,2.間隙對沖裁力的影響,隨間隙的增大沖裁力有一定程度的降低，但影響不是很大。 間隙對卸料力、推件力的影響比較顯著。隨間隙增大，卸料力和推件力都將減小。,間隙是影響沖裁件質(zhì)量的主要因素。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,3.間隙對模具壽命的影響,模具壽命分為刃磨壽命和模具總壽命。,模具失效的原因一般有：磨損、變形、崩刃、折斷和漲裂。,小間隙將使磨損增加，甚至使模具與材料之間產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，并引起崩刃、凹模脹裂、小凸模折斷、凸凹模相互啃刃等異常損壞。,所以，為了延長模具壽命，在保證沖裁件質(zhì)量的前提下適當采用較大的間隙值是十分必要的。,在沖壓實際生產(chǎn)中，主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和模具壽命這三個因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個范圍值?？紤]到在生產(chǎn)過程中的磨損使間隙變大，故設(shè)計與制造新模具時應采用最小合理間隙 Zmin,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、沖裁模間隙值的確定,1.理論法確定法,2.經(jīng)驗確定法 較小間隙值（表2.2） 較大間隙值（表2.3）,三、間隙的方向,第四節(jié)沖裁力、推件力、卸料力的計算,沖裁力：沖裁過程中凸模對板料施加的壓力。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,一、沖裁力的計算,用普通平刃口模具沖裁時，沖裁力F一般按下式計算：,注： F——沖裁力； L——沖裁周邊長度； t——材料厚度；,——材料抗剪強度； K——系數(shù)。一般取K＝1.3,卸料力：,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、卸料力、推件力及頂件力的計算,推件力：,頂件力：,從凸模上卸下箍著的料所需要的力。,將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需要的力。,逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力。,卸料力,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、卸料力、推件力及頂件力的計算,推件力,頂件力,——卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，見表2.4； n——同時卡在凹模內(nèi)的沖裁件(或廢料)數(shù)。,式中 h——凹模洞口的直刃壁高度； t——板料厚度。,式中,壓力機的公稱壓力必須大于或等于各種沖壓工藝力的總和Fz,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、壓力機公稱壓力的確定,采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時：,采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁模時：,采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時：,1．階梯凸模沖裁,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,四、降低沖裁力的方法,2．斜刃沖裁,3．加熱沖裁（紅沖）,模具的壓力中心：,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,五、沖模壓力中心的確定,為了保證壓力機和模具的正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心線相重合。,沖壓力合力的作用點。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,五、沖模壓力中心的確定（續(xù)）,1．簡單幾何圖形壓力中心的位置 1）對稱沖件的壓力中心，位于沖件輪廓圖形的幾何中心上。 2）沖裁直線段時，其壓力中心位于直線段的中心。 3）沖裁圓弧線段時，其壓力中心的位置，按下式計算：,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,五、沖模壓力中心的確定（續(xù)）,2．確定多凸模模具的壓力中心,確定多凸模模具的壓力中心，是將各凸模的壓力中心確定后，再計算模具的壓力中心。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,五、沖模壓力中心的確定（續(xù)）,復雜形狀零件模具壓力中心的計算原理與多凸模沖裁壓力中心的計算原理相同。,3．復雜形狀零件模具壓力中心的確定,除上述的解析法外，還可以用作圖法。,沖裁?？傮w結(jié)構(gòu)尺寸必須與所選用的壓力機相適應: ①模具的總體平面尺寸應與壓力機工作臺或墊板和滑塊下平面尺寸相適應； ②模具的封閉（閉合）高度應與壓力機的裝模高度或封閉高度相適應。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,六、模具閉合高度的確定,模具的其它外形結(jié)構(gòu)尺寸也必須與壓力機相適應: ①模具外形平面尺寸與壓力機的滑塊底面及工作臺面尺寸； ②模具的模柄與滑塊的模柄孔尺寸； ③模具下彈頂裝置的平面尺寸與壓力機工作臺面孔的尺寸。,模具閉合高度指的是模具在最低工作位置時，上模板上平面與下模板下平面之間的距離。,模具的閉合高度應介于壓力機最大和最小裝模高度之間。見圖8－22。一般可按如下關(guān)系式確定： hmax－5mm ≥h?！輍min＋10mm 式中： hmax——壓力機最大裝模高度（mm）； hmin——壓力機最小裝模高度（mm）； h?！＞叩拈]合高度（mm）。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,復習上次課內(nèi)容,1.間隙的重要性？,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,2.如何確定合理間隙值？,3.沖裁力F的計算公式,4.沖壓工藝總力的計算方法,5.降低沖裁力的方法,6.確定壓力中心的目的,第五節(jié) 凸模與凹模刃口尺寸的確定,生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)的規(guī)律：,1．沖裁件斷面都帶有錐度。 光亮帶是測量和使用部位，落料件的光亮帶處于大端尺寸，沖孔件的光亮帶處于小端尺寸；且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,重要性：,2．凸模輪廓越磨越小，凹模輪廓越磨越大，結(jié)果使間隙越用越大。,一、凸、凹模刃口尺寸計算原則,凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證。,１．設(shè)計落料模先確定凹模刃口尺寸。以凹模為基準，間隙取在凸模上，即沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來取得。 設(shè)計沖孔模先確定凸模刃口尺寸。以凸模為基準，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來取得。,２．根據(jù)沖模在使用過程中的磨損規(guī)律，設(shè)計落料模時，凹模基本尺寸應取接近或等于工件的最小極限尺寸； 設(shè)計沖孔模時，凸?；境叽鐒t取接近或等于工件孔的最大極限尺寸。 模具磨損預留量與工件制造精度有關(guān)。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,計算原則：,一、凸、凹模刃口尺寸計算原則（續(xù)）,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,３．沖裁（設(shè)計）間隙一般選用最小合理間隙值（Zmin）。,４．選擇模具刃口制造公差時，要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系，即要保證工件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。,５．工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都應按“入體”原則標注為單向公差。但對于磨損后無變化的尺寸，一般標注雙向偏差。,計算原則（續(xù)）：,一、凸、凹模刃口尺寸計算原則（續(xù)）,加工方法：,1.分開加工,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、凸、凹模刃口尺寸的計算方法,具有互換性、制造周期短，但Zmin不易保證，需提高加工精度，增加制造難度。,2.配合加工 Zmin易保證，無互換性、制造周期長。,1．按凸模與凹模圖樣分別加工法,（1）落料,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、凸、凹模刃口尺寸的計算方法（續(xù)）,（2）沖孔,（3）孔心距,=L±,1——凸、凹模制造公差 2——零件公差,為了保證可能的初始間隙不超過Zmax，即,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、凸、凹模刃口尺寸的計算方法（續(xù)）,,,≤,,,凸、凹模的制造公差，可按ＩＴ６～ＩＴ７級來選取，也可查表2.4.1選取，但需校核?；蛉?,,,,≤,,,≤,,+Zmin≤Zmax，選取必須滿足以下條件：,2．凸模與凹模配作法,配作法就是先按設(shè)計尺寸制出一個基準件（凸?；虬寄＃?，然后根據(jù)基準件的實際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、凸、凹模刃口尺寸的計算方法（續(xù)）,≤,特點：,的條件，并且還可放大基準件的制造公差，,使制造容易。,模具的間隙由配制保證，工藝比較簡單，不必校核,2．凸模與凹模配作法（續(xù)）,（1）根據(jù)磨損后輪廓變化情況，正確判斷出模具刃口尺寸類型：磨損后變大，變小還是不變。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、凸、凹模刃口尺寸的計算方法（續(xù)）,（3）刃口制造偏差可按工件相應部位公差值的1/4來選取。對于刃口尺寸磨損后無變化的制造偏差值可取工件相應部位公差值的1/8并冠以（±）。,（2）根據(jù)尺寸類型，采用不同計算公式。 磨損后變大的尺寸，采用分開加工時的落料凹模尺寸計算公式。 磨損后變小的尺寸，采用分開加工時的沖孔凸模尺寸計算公式。 磨損后不變的尺寸，采用分開加工時的孔心距尺寸計算公式。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,零件及其凸凹模刃口磨損后的變化情況,a.沖孔件,c.落料件,沖制圖示零件，材料為Q235鋼，料厚t=0.5mm。計算沖裁凸、凹模刃口尺寸及公差。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、例1,,,,,,,,,,,,,解：由圖可知，該零件屬于無特殊要求的一般沖孔、落料。,外形,和18±0.09由沖孔同時獲得。查表2.2得，,由落料獲得，,,,,，則,,由公差表查得：,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、例1（續(xù)）,,,,,,,,,,,,為IT12級，取x = 0.75；,設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級加工制造，則 沖孔：,≤,校核：,,,,0.008 + 0.012 ≤ 0.06 - 0.04 0.02 = 0.02（滿足間隙公差條件）,,,,為IT14級，取x = 0.5；,,,,,孔距尺寸：,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、例1（續(xù)）,,,,,,,,,,,,=L±=18±0.125×2×0.09 = (18±0.023)mm,校核：0.016 + 0.025 = 0.04 0.02（不能滿足間隙公差條件） 因此，只有縮小，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內(nèi)，由此可取：,≤,=0.4×0.02=0.008mm,,,,=0.6×0.02=0.012mm,,,,落料：,,,,,,,,,,≤,,故：,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、例1（續(xù)）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,如圖2.4.3所示的落料件，其中,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、例2,,,,,,,,,,,,,d = 22±0.14mm,板料厚度t=1mm，材料為10號鋼。試計算沖裁件的凸模、凹模刃口尺寸及制造公差。,由表2.2查得：,解：該沖裁件屬落料件，選凹模為設(shè)計基準件，只需要計算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模實際尺寸按間隙要求配作。,,,,,,,,,,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、例2（續(xù)）,落料凹模的基本尺寸計算如下： 第一類尺寸：磨損后增大的尺寸,由公差表查得： 尺寸80mm，選x = 0.5；尺寸15 mm，選x = 1；其余尺寸均選x = 0.75。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、例2（續(xù)）,第三類尺寸：磨損后基本不變的尺寸,第二類尺寸：磨損后減小的尺寸,落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是79.79mm，39.75mm，34.75mm，22.07mm，14.94mm，不必標注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值,落料凹模、凸模的尺寸如下圖,落料凸、凹模尺寸 a) 落料凹模尺寸 b) 落料凸模尺寸,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,復習上次課內(nèi)容,1.凸、凹模刃口尺寸計算原則,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,2.凸、凹模刃口尺寸的計算方法,3.凸、凹模分別加工時，其刃口尺寸計算應注意什么？,4.凸、凹模配合加工時，其刃口尺寸計算應注意什么？,第六節(jié) 沖裁工作的排樣,排樣:,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,合理的排樣：,沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。,排樣方案是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)之一。,提高材料利用率、降低成本，保證沖件質(zhì)量及模具壽命的有效措施。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,一、材料的合理利用,一個步距內(nèi)的材料利用率,材料利用率：,1．材料利用率,沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比，它是衡量合理利用材料的經(jīng)濟性指標。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,一、材料的合理利用（續(xù)）,一張板料(或帶料、條料)上總的材料利用率,1．材料利用率（續(xù)）,,,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,一、材料的合理利用（續(xù)）,1．材料利用率（續(xù)）,,,板料的裁剪方法：,沖裁所產(chǎn)生的廢料：一類是結(jié)構(gòu)廢料；另一類是工藝廢料。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,2．提高材料利用率的方法,一、材料的合理利用（續(xù)）,減少工藝廢料的有力措施是：,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,2．提高材料利用率的方法(續(xù)）,一、材料的合理利用（續(xù)）,設(shè)計合理的排樣方案； 選擇合適的板料規(guī)格和合理的裁板法 （減少料頭、料尾和邊余料）； 利用廢料作小零件等。,利用結(jié)構(gòu)廢料的措施有：,當材料和厚度相同時，在尺寸允許的情況下，較小尺寸的沖件可在較大尺寸沖件的廢料中沖制出來。 在使用條件許可下，也可以改變零件的結(jié)構(gòu)形狀，提高材料利用率，如圖2.20所示。,根據(jù)材料的合理利用情況，條料排樣方法可分為三種：,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、排樣方法,1.有廢料排樣（a）,2.少廢料排樣（b）,3.無廢料排樣（c、d）,①零件的形狀：例如圓形零件不可能實現(xiàn)無廢料排樣。在使用條件許可時，也可改變零件形狀，以設(shè)計最佳排樣形式。 ②零件的斷面質(zhì)量、精度要求：當零件的斷面質(zhì)量和尺寸精度要求較高且形狀復雜時，應采用有廢料排樣形式。 ③沖模結(jié)構(gòu)：有廢料排樣的沖模結(jié)構(gòu)比較復雜。少、無廢料排樣沖裁多用連續(xù)模、導板模，當零件孔與外形相對位置公差很緊時，可用復合模。,（1）影響排樣形式的因素,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,④模具壽命：有廢料排樣模具全部刃口參與沖裁，受力均勻，模具壽命高。少、無廢料排樣凸模單面切割，有時毛刺會被凸模帶人間隙，致使模具壽命較短。 ⑤操作的方便與安全：有廢料排樣模具的零部件較為齊全，操作方便、安全。少、無廢料排樣的模具結(jié)構(gòu)簡單，操作時往往欠方便與安全。 ⑥生產(chǎn)率：有的少、無廢料排樣模具一次沖裁可獲得兩個以上的零件，有利于提高生產(chǎn)率。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,（2）少、無廢料排樣的優(yōu)、缺點,搭邊： 排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料。 搭邊的作用： 一是補償定位誤差和剪板誤差，確保沖出合格零件； 二是增加條料剛度，方便條料送進，提高勞動生產(chǎn)率； 搭邊還可以避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉人模具間隙，從而提高模具壽命。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、搭邊,1．影響搭邊值的因素,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、搭邊,（1）材料的力學性能 硬材料的搭邊值可小一些；軟材料、脆材料的搭邊值要大一些。 （2）材料厚度 材料越厚，搭邊值也越大。 （3）沖裁件的形狀與尺寸 零件外形越復雜，圓角半徑越小，搭邊值取大些。 （4）送料及擋料方式 用手工送料，有側(cè)壓裝置的搭邊值可以小一些；用側(cè)刃定距比用擋料銷定距的搭邊小一些。 （5）卸料方式 彈性卸料比剛性卸料的搭邊小一些。,2．搭邊值的確定,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、搭邊,表2.10為最小搭邊值的經(jīng)驗數(shù)表之一，供設(shè)計時參考。,1．有側(cè)壓裝置時條料的寬度與導料板間距離,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,四、條料寬度與導料板間距離的計算,條料寬度：,導料板間距離：,2．無側(cè)壓裝置時條料的寬度與導料板間距離,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,四、條料寬度與導料板間距離的計算,條料寬度：,導料板間距離：,3．用側(cè)刃定距時條料的寬度與導料板間距離,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,四、條料寬度與導料板間距離的計算,條料寬度：,導料板間距離：,一張完整的排樣圖應標注條料寬度尺寸,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,五、排樣圖,、條料長度L、板料厚度t 、端距l(xiāng)、步距S、工件間搭邊和側(cè)搭邊a。并習慣以剖面線表示沖壓位置。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,零件形狀不同材料利用情況的對比,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,復習上次課內(nèi)容,1.提高材料利用率的方法,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,2.條料排樣方法的分類,3.什么是搭邊？其作用有哪些？影響搭邊值的因素有哪些？,4.一張完整的排樣圖應表達哪些信息？,第七節(jié) 齒圈壓板精密沖裁,普通沖裁由于間隙大，又無壓板和推件板的反壓力，使得板料在模具刃口處產(chǎn)生裂紋而切斷分離，這一過程伴隨著彎曲一拉伸一撕裂現(xiàn)象的產(chǎn)生，因此，沖裁件存在著一些缺陷，見圖2－28。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,精沖是指材料在沖我過程中處于三向壓應力狀態(tài)，增強變形區(qū)的靜水壓，抑制材料的斷裂，使其在不出現(xiàn)裂紋的條件下以塑性變形的方式實現(xiàn)材料的分離。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,圖2－29 精沖示意圖,精沖與普通沖裁相比，其主要的工藝特點是：精沖間隙只有普通沖裁的10％，甚至更小。精沖剪切之前，首先利用齒圈壓板對原材料變形區(qū)施加單位壓力等于或稍大于材料屈服極限σs的強大壓力，且在剪切過程中基本保持不變，并在反向利用推件板，對零件施加壓力而后凸模將條料切入刃口具有小圓角的直壁凹模洞口，由于推件板的作用，在精沖凸?；爻毯?，把精沖件頂出凹（凸）模。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,在精沖時沖裁間隙、齒圈壓力、頂出器反頂力及凹模刃口圓角四者相輔相成，而間隙是主要的，其值大小與材料性質(zhì)、厚度、工件形狀等因素有關(guān)。,精沖零件的工藝性是指該零件在精沖過程中實現(xiàn)的難易程度。影響精沖件工藝性的因素有：零件的幾何形狀，零件的尺寸公差和形位公差，剪切面的質(zhì)量，材質(zhì)及厚度等，其中零件幾何形狀是主要因素。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,精沖模具的結(jié)構(gòu)特點：①模架必須剛性好，公差等級高；②模具上下模座必須有精確而穩(wěn)固的導向裝置，一般采用滾動導向；③3個配合面（凸模與推板、推板與凹模、凸凹模與齒圈壓板）采用無松動滑配，一般間隙值為0.005－0.01mm；④上模運動時，要保證凸模與凹模間隙的均勻性；⑤模具工作部分必須選用高耐磨、高淬透性的材料；⑥適當考慮模具工作部分的排氣問題；⑦嚴格控制凸模進入凹模的深度，以免損壞模具工作部分。,第八節(jié) 沖裁的工藝設(shè)計,沖裁工藝設(shè)計包括:沖裁件的工藝性和沖裁工藝方案確定。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,一、沖裁件的工藝性分析,沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖裁工藝的適應性。 沖裁工藝性好是指能用普通沖裁方法，在模具壽命和生產(chǎn)率較高、成本較低的條件下得到質(zhì)量合格的沖裁件。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,一、沖裁件的工藝性分析,1．沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性 （1） 沖裁件的形狀 （2） 沖裁件內(nèi)形及外形的轉(zhuǎn)角,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,（3） 沖裁件上凸出的懸臂和凹槽 （4） 沖裁件的孔邊距與孔間距,（5） 在彎曲件或拉深件上沖孔時,1．沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性（續(xù)）,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,（6） 沖孔時，因受凸模強度的限制，孔的尺寸不應太小，否則凸模易折斷或壓彎。 用無導向凸模和有導向的凸模所能沖制的最小尺寸，查有關(guān)手冊。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,2．沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度,沖裁件的精度一般可分為精密級與經(jīng)濟級兩類。,（1） 沖裁件的經(jīng)濟公差等級不高于IT11級，一般要求落料件公差等級最好低于IT10級，沖孔件最好低于IT9級。,（2） 沖裁件的斷面粗糙度與材料塑性、材料厚度、沖裁模間隙、刃口銳鈍以及沖模結(jié)構(gòu)等有關(guān)。當沖裁厚度為2mm以下的金屬板料時，其斷面粗糙度Ra一般可達12.5～3.2μm。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,3．沖裁件尺寸標注,沖裁件尺寸的基準應盡可能與其沖壓時定位基準重合，并選擇在沖裁過程中基本上下不變動的面或線上。,1．沖裁工序的組合,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、沖裁工藝方案的確定,（1）根據(jù)生產(chǎn)批量來確定,（2）根據(jù)沖裁件尺寸和精度等級來確定,（3）根據(jù)對沖裁件尺寸形狀的適應性來確定,（4）根據(jù)模具制造安裝調(diào)整的難易和成本的高低來確定,（5）根據(jù)操作是否方便與安全來確定,2、沖裁順序的安排,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,（1）級進沖裁順序的安排,1）先沖孔或沖缺口，最后落料或切斷，將沖裁件與條料分離。,2）采用定距側(cè)刃時，定距側(cè)刃切邊工序安排與首次沖孔同時進行，以便控制送料進距。,（2）多工序沖裁件用單工序沖裁時的順序安排,1）先落料使坯料與條料分離，再沖孔或沖缺口。,2）沖裁大小不同、相距較近的孔時，為減少孔的變形，應先沖大孔后沖小孔。,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,圖示連接板沖裁零件，材料為10鋼，厚度為2mm，該零件年產(chǎn)量20萬件，沖壓設(shè)備初選為250kN開式壓力機，要求制定沖壓工藝方案。,例1,復習上次課內(nèi)容,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,1.沖裁件的工藝性是指什么？審查沖裁件工藝性的目的是什么？,2.沖裁工序的組合需要考慮哪些因素？沖裁順序的安排有哪些要求？,第九節(jié) 沖裁模的典型結(jié)構(gòu),單工序沖裁模： 在壓力機一次行程內(nèi)只完成一個沖壓工序的沖裁模。,2.沖孔模 （1）導柱式?jīng)_孔模 （2）導板式側(cè)面沖孔模 （3）斜楔式水平?jīng)_孔模,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,一、單工序沖裁模,（4）小孔沖模 全長導向結(jié)構(gòu)的小孔沖模 超短凸模的小孔沖模,1.落料模 （1）無導向單工序落料模 （2）導板式單工序落料模 （3）導柱式單工序落料模,1．用導正銷定位的級進模,2．側(cè)刃定距的級進模 雙側(cè)刃定距的沖孔落料級進模 側(cè)刃定距的彈壓導板級進模,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、級進模,級進模比單工序模生產(chǎn)率高，減少了模具和設(shè)備的數(shù)量，工件精度較高，便于操作和實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。,優(yōu)點：,缺點：,級進模輪廓尺寸較大，制造較復雜，成本較高。,適用：大批量生產(chǎn)小型沖壓件。,級進模是一種工位多、效率高的沖模。整個沖件的成形是在連續(xù)過程中逐步完成的。,3．排樣,（1）零件精度對排樣的要求,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、級進模（續(xù)）,（2）模具結(jié)構(gòu)對排樣的要求,零件精度要求高的——精確的定位、盡量減少工位數(shù)；,孔距公差較小——在同一工步中沖出。,零件較大或零件雖小但工位較多——采用連續(xù)一復合排樣法（a）。,3．排樣（續(xù)）,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、級進模（續(xù)）,（3）模具強度對排樣的要求,孔間距小——其孔要分步?jīng)_（b）；,工位間凹模壁厚小——增設(shè)空步（c）；,外形復雜——分步?jīng)_出（d） ；,側(cè)刃的位置——避免導致凸、凹模局部工作而損壞刃口（b）,3．排樣（續(xù)）,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,二、級進模（續(xù)）,（4）零件成形規(guī)律對排樣的要求,位于成形件變形部位上的孔——安排在成形工步之后沖出，,落料或切斷工步——安排在最后工位上。,全部為沖裁工步的級進模——先沖孔后落料或切斷。,套料級進沖裁——按由里向外的順序進行沖裁（e） 。,復合模是在壓力機的一次工作行程中，在模具同一部位同時完成數(shù)道分離工序的模具。,優(yōu)點：,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、復合模,設(shè)計難點：,結(jié)構(gòu)上的主要特征：,缺點：,適用：,如何在同一工作位置上合理地布置好幾對凸、凹模,有一個既是落料凸模又是沖孔凹模的凸凹模,生產(chǎn)率高，沖裁件的內(nèi)孔與外緣的相對位置精度高，板料的定位精度要求比級進模低，沖模的輪廓尺寸較小。,結(jié)構(gòu)復雜，制造精度要求高，成本高,生產(chǎn)批量大、精度要求高的沖裁件,1．正裝式復合模（又稱順裝式復合模）,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,三、復合模（續(xù)）,2．倒裝式復合模,結(jié)構(gòu)特點：,優(yōu)點：,三套除料、除件裝置,缺點：,適用：,可以沖制孔邊距離較小的沖裁件。,結(jié)構(gòu)特點：,優(yōu)點：,兩套除料、除件裝置,缺點：,沖出的沖件平直度較高,結(jié)構(gòu)復雜，沖件容易被嵌入邊料中影響操作。,沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，,結(jié)構(gòu)簡單,不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件,無導向單工序落料模,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,1-上模座 2-凸模 3-卸料板 4-導料板 5-凹模 6-下模座 7-定位板,導板式單工序落料模,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,1-模柄 2-止動銷 3-上模座 4、8-內(nèi)六角螺釘 5-凸模 6-墊板 7-凸模固定板 9-導板 10-導料板 11-承料板 12-螺釘 13-凹模 14-圓柱銷 15-下模座 16-固定擋料銷 17-止動銷 18-限位銷 19-彈簧 20-始用擋料銷,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,導柱式單工序落料模,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,1-螺帽2-導料螺釘 3-擋料銷 4-彈簧 5-凸模固定板 6-銷釘 7-模柄 8-墊板 9-止動銷 10-卸料螺釘 11-上模座 12-凸模 13-導套 14-導柱 15-卸料板 16-凹模 17-內(nèi)六角螺釘 18-下模座,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,導柱式?jīng)_孔模,1-上模座 2、18-圓柱銷 3-導柱 4-凹模 5-定位圈 6、7、8、15-凸模 9-導套10-彈簧11-下模座 12-卸料螺釘 13-凸模固定板 14-墊板 16-模柄 17-止動銷19、20-內(nèi)六角螺釘 21-卸料板,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,導板式側(cè)面沖孔模,1-搖臂2-定位銷3-上模座4-螺釘5-凸模6-凹模7-凹模體8-支架9-底座10-螺釘11-導板12-銷釘13-壓縮彈簧,斜楔式水平?jīng)_孔模,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,1-斜楔 2-座板 3-彈簧板 4-滑塊 5-凸模 6-凹模,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,全長導向結(jié)構(gòu)的小孔沖模,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,1-下模座 2、5-導套 3-凹模 4—導柱 6-彈壓卸料板 7-凸模 8—托板 9-凸模護套 10-扇形塊 11-扇形塊固定板 12-凸模固定板 13-墊板 14-彈簧 15-階梯螺釘 16-上模座 17-模柄,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,局部放大圖,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,超短凸模的小孔沖模,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,1、9-定位板 2、3、4-小凸模 5-沖擊塊 7-小壓板 8-大壓板 10-側(cè)壓塊,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,局部放大圖,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,用導正銷定距的沖孔落料級進模,1-模柄 2-螺釘 3-沖孔凸模 4-落料凸模 5-導正銷 6-固定導料銷 7-始用導料銷,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,雙側(cè)刃定距的沖孔落料級進模,1-內(nèi)六角螺釘 2-銷釘 3-模柄 4-卸料螺釘 5-墊板 6-上模座 7-凸模固定板 8、9、10-凸模 11-導料板 12-承料板 13-卸料板 14-凹模 15-下模座 16-側(cè)刃 17-側(cè)刃擋塊,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,側(cè)刃定距的彈壓導板級進模,1、10-導柱 2-彈壓導板 3、11-導套 4-導板鑲塊 5-卸料螺釘 6-凸模固定板7-凸模 8-上模座 9-限位柱 12-導料板 13-凹模 14-下模座 15-側(cè)刃擋塊,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,級進模的排樣圖,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,正裝式復合模,1-打桿 2-模柄 3-推板 4-推桿 5-卸料螺釘 6-凸凹模 7-卸料板 8-落料凹模 9-頂件塊 10-帶肩頂桿 11-沖孔凸模 12-擋料銷 13-導料銷,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,倒裝式復合模,1-下模座 2-導柱 3、20-彈簧 4-卸料板 5-活動擋料銷 6-導套 7-上模座 8-凸模固定板 9-推件塊 10-連接推桿 11-推板 12-打桿 13-模柄 14、16-沖孔凸模 15-墊板 17-落料凹模 18-凸凹模 19-固定板 21-卸料螺釘 22-導料銷,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計,