《沖裁及沖裁模設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

2 第 2 章 沖裁 第 2 章 沖裁 4 第 2 章 沖裁工藝及沖裁模設(shè)計(jì) 沖裁： 利用沖模在壓力機(jī)上使板料分離的一種沖壓工序。 從廣義上說(shuō)，是分離工序的總稱，包括切斷、落料、沖孔、 修邊、切口等多種工序。一般來(lái)說(shuō)，沖裁工藝主要是指落 料和沖孔。 落料： 沖裁的目的是為了制取一定外形的沖落部分。 （沖下部分為零件或毛料） 沖孔： 沖裁的目的是為了制取內(nèi)孔。（ 沖下部分為廢料 ） 根據(jù)變形機(jī)理的不同，沖裁可以分為普通沖裁和精密沖裁 兩類。 5 第 2 章 沖裁工藝及沖裁模設(shè)計(jì) 6 第 2 章 沖裁工藝及沖裁模設(shè)計(jì) 沖裁變形機(jī)理（過(guò)程及其斷面特征） 沖裁模具間隙 凸凹模刃口尺寸的計(jì)算 沖裁力的計(jì)算及降低沖裁力的方法 排樣與搭邊及其他沖裁方法 沖模零部件與類型 沖裁模設(shè)計(jì)要點(diǎn) 7 2.1.1 沖裁過(guò)程分析 2.1.2 剪切區(qū)力態(tài)分析（對(duì)于剪切線是直線的情況） 2.1.3 裂紋的形成與發(fā)展 2.1.4 剪切力行程 2.1.5 剪切斷面分析 2-1沖裁變形機(jī)理 第 2 章 沖裁工藝及沖裁模設(shè)計(jì) 8 第 2 章 沖裁工藝及沖裁模設(shè)計(jì) 2-1沖裁變形機(jī)理 2.1.1 沖裁過(guò)程分析 彈性變形階段 材料產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸與彎曲等變形。 塑性變形階段 除剪切變形外，沖裁區(qū)還產(chǎn)生彎曲和拉 伸變形，至刃口附近的材料由于拉應(yīng)力 的作用而出現(xiàn)微裂紋 斷裂分離階段 形成的上、下微裂紋逐漸擴(kuò)大并向材料內(nèi) 延伸，當(dāng)上、下裂紋重合時(shí)，材料便被 剪斷分離。 9 第 2 章 沖裁 2-1 沖裁變形機(jī)理 沖裁過(guò)程的分析 10 第 2 章 沖裁 2-1 沖裁變形機(jī)理 2.1.2 剪切區(qū)力態(tài)分析（對(duì)于剪切線是直線的情況） 板材剪切加工工藝原理圖 Schematic diagram of sheet metal shearing process 11 第 2 章 沖裁 1vF 2v F 1hF 2hF 1vF 2vF 1hF 2hF 凸、凹模對(duì)板料的豎直作用力； 凸、凹模對(duì)板料的側(cè)壓力（水平作用 力）； 凸、凹模端面與板料間的摩擦力； 凸、凹模側(cè)面與板料間的摩擦力。 板坯受力簡(jiǎn)圖 Diagram of sheet metal under load 12 第 2 章 沖裁 2.1.3 裂紋的形成與發(fā)展 2-1 沖裁變形機(jī)理 裂紋產(chǎn)生的條件： 當(dāng)變形區(qū)的應(yīng)變達(dá)到極限塑性應(yīng)變值時(shí)， 就產(chǎn)生微裂紋 裂紋擴(kuò)展的方向： 沿著最大剪切應(yīng)變速度的方向擴(kuò)展 裂紋的成長(zhǎng)過(guò)程：裂紋首先在低應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生，由于變形過(guò) 程中最大剪切應(yīng)變的速度方向發(fā)生變化，使得新的裂紋不斷產(chǎn) 生，舊裂紋的擴(kuò)展不斷停止，然后在舊裂紋的前端附近重新產(chǎn) 生新的裂紋，不斷產(chǎn)生的微裂紋的根部匯成了一條主裂紋 極限塑性應(yīng)變值 除和材質(zhì)外，還和應(yīng)力狀態(tài)、變形歷史（損 傷程度）有關(guān)。 13 第 2 章 沖裁 2-1 沖裁變形機(jī)理 2.1.4剪切力行程 剪切加工過(guò)程非穩(wěn)定、不均勻。在剪切的初期，先產(chǎn) 生彈性變形，然后進(jìn)入塑性階段，之后，雖然剪切面積減 少了，但由于產(chǎn)生了加工硬化，其剪切力隨著剪切行程的 增大而增大，對(duì)于塑性材料達(dá)到最大點(diǎn)后（微裂紋），剪 切力開(kāi)始降低，直至斷裂。 塑性材料、脆性材料的區(qū)別。 塑性材料： 比如鐵線（絲 ),可以隨意變曲 ,變形 ,也不會(huì)斷 裂 ,就是具有可塑性的材料 . 脆性材料 ： 象玻璃 ,稍一用力變形就會(huì)斷裂 ,破碎掉的材料 . 14 第 2 章 沖裁 2-1 沖裁變形機(jī)理 2.1.5 斷面特征 1） 圓角帶： 沖裁過(guò)程中，纖維的彎曲與拉伸形成， 軟材料圓角大。 2） 光亮帶： 塑剪變形時(shí)，由于相對(duì)移動(dòng)，凸凹模側(cè) 壓力將毛料壓平形成的光亮垂直斷面。 3） 斷裂帶： 刃口微裂紋受拉應(yīng)力不斷擴(kuò)展形成的撕 裂面，導(dǎo)致斷面粗糙并有斜度。 4） 毛刺： 由微裂紋位置與沖裁間隙等引起，是金屬 拉斷而形成的金屬刺殘留在沖裁件上 15 第 2 章 沖裁 2.1.5 剪切斷面分析 a. 圓角帶 纖維的彎曲與拉伸引 起的結(jié)果。間隙大 a b. 光亮帶 表面光潔。塑性變形 的結(jié)果。塑性好 b c. 斷裂帶 微裂紋在拉應(yīng)力作用 下不斷擴(kuò)展而形成的撕裂面，表 面粗糙，略帶斜度，不與板平面 垂直。塑性好 c d. 毛刺 出現(xiàn)微裂紋時(shí)形成，刃 口狀態(tài)是影響毛刺的主要原因， 刃口鈍易產(chǎn)生毛刺；從沖裁原理 上講，毛刺是不可避免的。塑性 好 d 沖裁區(qū)應(yīng)力、變形和沖裁件正常的斷面狀況 a）沖孔件 b）落料件 第 2 章 沖裁 17 第 2 章 沖裁 2 -2 沖裁模具間隙 間隙的概念 模具凸凹模刃口縫隙間的距離。 單邊間隙 c、雙邊間隙 z。 間隙對(duì)沖裁件的質(zhì)量、模具壽命、沖裁力都有很大 的影響，是沖裁工藝和模具設(shè)計(jì)中的最重要的工藝參數(shù)。 2.2.1 間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響 2.2.2 間隙對(duì)沖裁力的影響 2.2.3 間隙對(duì)模具壽命的影響 2.2.4 間隙的確定 18 第 2 章 沖裁 2.2.1 間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響 2 -2 沖裁模具間隙 沖裁件的質(zhì)量：斷面質(zhì)量、尺寸精度 a 間隙對(duì)斷面質(zhì)量的影響 小間隙、合理間隙、大間隙情況下的剪切過(guò)程 斷面特征值與間隙的關(guān)系圖。 19 第 2 章 沖裁 2-2 沖裁模間隙 間隙對(duì)斷面質(zhì)量的影響 20 b 間隙對(duì)尺寸精度的影響 尺寸精度：實(shí)際尺寸與名義尺寸的差值。 差值由兩個(gè)方面引起的：一是模具的制造偏差、二是沖裁件 相對(duì)于模具的尺寸偏差。 大間隙和小間隙情況下沖裁件尺寸相對(duì)于模具尺寸的變化 (P14) 尺寸變化量的大小與材料性質(zhì)、厚度等因素有關(guān)。 第 2 章 沖裁 2.2.1 間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響 2 -2 沖裁模具間隙 21 第 2 章 沖裁 2 -2 沖裁模具間隙 2.2.2 間隙對(duì)沖裁力的影響 沖裁力與剪切力的關(guān)系：沖裁力是指剪切力的最大值。 小間隙時(shí)沖裁力大：因?yàn)楫?dāng)沖裁間隙小時(shí)，沖裁 過(guò)程中的擠壓作用加劇，沖裁力與磨擦力增大，使刃 口所受壓應(yīng)力增大，造成刃口變形與端面磨損加劇， 嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)廊小?合理間隙時(shí)沖裁力?。荷舷铝鸭y重合。 22 第 2 章 沖裁 2 -2 沖裁模具間隙 2.2.3 間隙對(duì)模具壽命的影響 模具的破壞形式有： 磨鈍、崩刃、 折斷。 附著磨損：由于高壓，使材料與模具之間產(chǎn)生局部附著現(xiàn) 象，當(dāng)接觸面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，附著部分產(chǎn)生剪切，而引起磨 損。 間隙過(guò)小： 加劇磨損，對(duì)模具壽命極為不利。 間隙過(guò)大： 由于彎矩及拉應(yīng)力的增大而導(dǎo)致刃口損壞。 故間隙的大小應(yīng)取合理值。 23 第 2 章 沖裁 間隙與 材料的性能 、 厚度 、 使用要求 的關(guān)系 。 使用要求 當(dāng)制件尺寸精度要求和斷面質(zhì)量要求較高時(shí) ， 采用小 間隙； 當(dāng)制件尺寸精度要求和斷面質(zhì)量要求較低時(shí) ， 只考慮 模具的壽命 、 沖裁力等因素 ， 而選用大間隙 。 材料厚度的影響： 材料越厚 ， 間隙值越大 材料性能的影響： 硬材料的間隙值應(yīng)大些 ， 考慮降低沖裁 力及減少磨損 。 2 -2 沖裁模具間隙 2.2.4沖裁模間隙值的確定 24 第 2 章 沖裁 2-2 沖裁模間隙 合理沖裁間隙的概念 間隙選取時(shí)主要考慮沖裁件斷面質(zhì)量和模具壽 命這兩個(gè)主要因素，當(dāng)對(duì)沖裁件斷面質(zhì)量要求高時(shí)， 應(yīng)選較小的間隙值；當(dāng)對(duì)沖裁件斷面質(zhì)量要求不高 時(shí)，應(yīng)選較大的間隙值，提高模具壽命、降低沖裁 力。 考慮到模具制造偏差及使用中的磨損，生產(chǎn)中通 常選擇一個(gè)適當(dāng)范圍作為合理間隙，其中 最小值稱 為最小合理間隙 Zmin，最大值稱為最大合理間隙 Zmax。 在沖壓實(shí)際生產(chǎn)中，主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量和模具壽命 這二個(gè)因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個(gè)范圍值?？紤]到在生產(chǎn) 過(guò)程中的磨損使間隙變大，故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)應(yīng)采用最小 合理間隙 Zmin 1.理論法確定法 （ P16） t a n12t a n2 00 ththtZ 2 -2 沖裁模具間隙 第 2 章 沖裁 材料厚度 t越大，合理間隙值增大 材料塑性愈好，壓入材料 h0越大， 合理間隙值愈小。反之硬脆材料的 h0較小，合理間隙值就要大。 26 第 2 章 沖裁 （ a）在同樣情況下，非圓形比圓形大，沖孔比落料大 （ b）高速?zèng)_壓時(shí)，間隙應(yīng)增大 （ c） 熱沖時(shí)材料的強(qiáng)度低，間隙可小 （ d）電火花加工的模具應(yīng)比機(jī)械加工方法加工的模具間隙小 2.經(jīng)驗(yàn)確定法 較小間隙值 較大間隙值 27 第 2 章 沖裁 2 -3 凸凹模刃口尺寸的計(jì)算 2.3.1、尺寸的計(jì)算原則 2.3.2、計(jì)算方法 2.3.3、算例 28 第 2 章 沖裁 2 -3 凸凹模刃口尺寸的計(jì)算 2.3.1、尺寸的計(jì)算原則 沖裁件的尺寸由模具刃口尺寸決定 （ 若不考慮從模具出 來(lái)后尺寸的變化 ,沖裁件尺寸等于模具刃口尺寸 ） 。 考慮在使用過(guò)程中模具產(chǎn)生磨損 。 因此 ， 決定沖裁件尺 寸的因素包括：制造精度 、 磨損 （ 間隙 、 模具結(jié)構(gòu) 、 硬度 ） 實(shí)踐證明： 由于落料件尺寸和沖孔時(shí)孔的尺寸都是以光 亮帶尺寸為準(zhǔn)，而落料件光亮帶尺寸等于凹模刃口尺寸，沖 孔時(shí)孔的光亮帶尺寸等于凸模刃口尺寸，因此設(shè)計(jì)刃口時(shí)， 應(yīng)分落料和沖孔兩種情況來(lái)考慮。 29 第 2 章 沖裁 a. 基準(zhǔn)件原則 b. 最大材料量原則 c. 一致性原則 2 -3 凸模與凹模刃口尺寸的確定 2.3.1、尺寸的確定原則 30 第 2 章 沖裁 a. 基準(zhǔn)件原則 落料件尺寸由凹模尺寸來(lái)決定 ， 沖孔件尺寸由凸模尺寸決定 。 （ 在測(cè)量使用中 ， 落料件以大端尺寸為準(zhǔn) ， 沖孔件是以小端尺寸 為準(zhǔn) ） 。 落料模：以凹模尺寸為準(zhǔn) ， 間隙取在凸模上 沖孔模：以凸模尺寸為準(zhǔn) ， 間隙取在凹模上 b. 最大材料量原則 落料模：凹?；境叽鐟?yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較小值 沖孔模：凸模基本尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較大值 間隙取最小合理間隙 c. 一致性原則 模具精度高 ， 沖裁件的精度高 。 模具精度高于沖裁件精度 2 3級(jí) 。 當(dāng)制件無(wú)標(biāo)準(zhǔn)公差時(shí)，對(duì)于非圓形件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)取 IT14級(jí)， 模具取 IT11級(jí)。圓形件，模具取 IT6 7級(jí) 。 31 2 -3 凸模與凹模刃口尺寸的計(jì)算 2.3.2、計(jì)算方法 落料時(shí) 0 m a x 0 dddD D x 0m i n0 pp ZDD dp 沖孔時(shí) 00 m i np ppd d x dd Zdd pd 0m i n0 (1) 凸模與凹模分開(kāi)加工 ， 分別標(biāo)注刃口尺寸及公差 適于 圓形或簡(jiǎn)單形狀 沖裁件 32 第 2 章 沖裁 2 -3 凸模與凹模刃口尺寸的計(jì)算 2.3.2、計(jì)算方法（表 2-4 制造公差） 沖裁件制造公差（沖壓件未標(biāo)注公差的極限偏差值可按 GB1800-79 IT1214級(jí)選?。?x 磨損系數(shù)，與制造精度有關(guān)，一般可取系數(shù)值 x=0.5-1。 參考值：工件精度在 IT10級(jí)精度以上或大批量生產(chǎn)時(shí)， x取 1.0；工件精度在 IT11IT13級(jí)或中批量生產(chǎn)時(shí)， x取 0.75； IT14級(jí)精度或小批量生產(chǎn)時(shí)， x=0.5。 m i nm a x ZZdp 或 )(4.0 m i nm a x ZZp )(6.0 m i nm a x ZZd 為了保證磨損，須滿足 33 第 2 章 沖裁 例 1： 如圖所示墊圈，材 Q235， 板料厚度 2mm，試確定沖裁凸、 凹模的刃口尺寸及公差。 查表（無(wú)特殊要求的一般沖孔， 落料，工件精度取 IT14） Zmax 0.24 Zmin 0.20 沖孔 p=0.02, d =0.02 ,x=0.5 落料 p=0.02, d =0.03 ,x=0.5 12.5 35 +0.24 2.3.3 算例 -0.34 34 沖孔： 00 0 m in 0. 02 00.020 0.020 0.020 m in 000 12.5 0.5 0.24 12.62 ( ) 12.62 0.20 12.82 ( ) p d p dp d d x mm d d Z mm 凸： 凹： m a x m i n 0 . 0 2 0 0 . 0 2 0 0 . 0 4 pd ZZ 0 . 0 3 0 0 . 0 3 0 m a x 000 0 m in 0 . 0 2 00 . 0 2 0 3 5 0 . 5 0 . 3 4 3 4 . 8 3 ( ) 3 4 . 8 3 0 . 2 0 3 4 . 6 3 ( ) d p d pd D D x m m D D Z m m 凹： 凸： 校核： （滿足間隙公差條件） 落料： 校核： m a x m i n 0 . 0 2 0 0 . 0 3 0 0 . 0 4 pd ZZ （不能滿足間隙公差條件） 35 m a x m in: 0 .4 ( ) 0 .4 0 .0 4 0 .0 1 6 ( )p Z Z m m 凸 m a x m i n: 0 . 6 ( ) 0 . 6 0 . 0 4 0 . 0 2 4 ( )d Z Z m m 凹 因此只有縮小凸、凹模制造公差，提高制造精度，才能 保證間隙在合理范圍內(nèi)，由此可取： 0.024 0 0 0.016 34.83 ( ) 34.63 ( ) d p D m m D m m 凹： 凸： 故： 36 第 2 章 沖裁 練習(xí) 如圖所示墊圈，材料 08鋼，板 料厚度 2mm，試確定凸凹模刃 口尺寸及公差。 Zmax 0.18 Zmin 0.13 落料 p=0.02, d =0.03 ,x=0.5 沖孔 p=0.02, d =0.02 ,x=0.5 40.2 -0.34 13.9 +0.14 37 沖孔： 00 0 m in 0. 02 00.020 0.020 0.020 m in 000 13 .9 0. 5 0. 14 13 .9 7 ( ) 13 .9 7 0. 13 14 .1 0 ( ) p d p dp d d x m m d d Z m m 凸： 凹： m a x m i n 0 . 0 2 0 0 . 0 2 0 0 . 0 5 pd ZZ 0 . 0 3 0 0 . 0 3 0 m a x 000 0 m in 0 . 0 2 00 . 0 2 0 4 0 .2 0 .5 0 .3 4 4 0 .0 3 ( ) 4 0 .0 3 0 .1 3 3 9 .9 ( ) d p d pd D D x m m D D Z m m 凹： 凸： 校核： （滿足間隙公差條件） 落料： 校核： m a x m i n 0 . 0 3 0 0 . 0 2 0 0 . 1 8 0 . 1 3 = 0 . 0 5 pd ZZ （滿足間隙公差條件） 38 第 2 章 沖裁 、 第 章 沖裁 2 -3 凸模與凹模刃口尺寸的確定 2.3.2、計(jì)算方法 思考題： 1、 畫(huà)出落料沖孔時(shí)各個(gè)部分的公差分配位置， 給出刃口尺 寸的計(jì)算式，解釋各個(gè)符號(hào)的含義。 2、以沖孔為例，分別在大批量生產(chǎn)和小批量生產(chǎn)時(shí)，用公 差分析的方法給出模具刃口尺寸的計(jì)算式，解釋磨損系數(shù)的 含義。 39 第 2 章 沖裁 、 第 章 沖裁 2 -3 凸模與凹模刃口尺寸的確定 2.3.2、計(jì)算方法 (2)凸模與凹模配合加工 （ 非圓形件 ） 對(duì)于形狀復(fù)雜的制件，或薄料件小間隙，采用配合加工。 模具制造公差不受間隙的限制。一般取模具制造公差 4/落料件 按模具磨損情況的不同 ， 可分為三類 A類尺寸：凹模磨損后尺寸增大 B類尺寸：凹模磨損后尺寸減小 C類尺寸：凹模磨損后尺寸不變 40 、 2.3.2、計(jì)算方法 (2)凸模與凹模配合加工 （ 了解各符號(hào)的意義 （ P28） 基準(zhǔn)件尺寸與工件尺寸的關(guān)系： /41 ( )z dA A x （） /42 ( )zdB B x （） ( 0.5 ) ( 3 ) ( 0.5 ) 8 dd dd dd CC CC C C C 以上為落料時(shí)凹模尺寸的計(jì)算方法，相應(yīng)的凸模尺寸按凹 模尺寸配制，并保證最小間隙。同時(shí)圖紙上注明。 沖孔以凸模為基準(zhǔn)，也同凹模一樣分三種情況。 41 第 2 章 沖裁 Aj1 Aj2 Aj3 Bj1 Bj2 Cj2 Cj3 Cj1 A1 A2 A3 B1 B2 C2 C3 C1 落料件尺寸圖 基準(zhǔn)件（落料凹模）尺寸圖 42 按模具磨損情況的不同 ， 可分為三類： A類尺寸： 落料凹?；驔_孔凸模磨損后尺寸 增大 B類尺寸： 落料凹?；驔_孔凸模 磨損后尺寸 減小 C類尺寸： 落料凹模或沖孔凸模 磨損后尺寸 基本不變 A類尺寸 =（ 沖裁件上該尺寸的 最大 極限尺寸 B類尺寸 =（ 沖裁件上該尺寸的 最小 極限尺寸 C類尺寸 = 沖裁件上該尺寸的 中間 尺寸 1/8 /40)x 0 /4)x 凸模與凹模配合加工的方法 ： （ 總結(jié) ） 43 第 2 章 沖裁 0 0.4080a m m m m 0-0.34， b = 4 0 ， 2.3.4、算例 例 3 計(jì)算如圖所示沖裁件的落料凸模尺寸和凹模尺寸。沖裁件的 材料為 10鋼，沖裁件的尺寸為 m m m m m m00- 0 . 3 4 - 0 . 2c=35 ， d = 2 2 0 . 1 4 ， e = 1 5 查表得， Zmax 0.18 Zmin 0.13 厚度 t=2mm。 注：該沖裁件屬于 落料件 ，只要計(jì)算落料凹模尺寸及制造公 差，凸模由凹模的實(shí)際尺寸按間隙要求配做。 （對(duì)于尺寸為 80mm的 x=0.5，其余尺寸均為 x=0.75 。） 1寫(xiě)明 abcde分別屬于哪一類尺寸，再寫(xiě)上公式，然后代入。 44 落料凹模的基本尺寸計(jì)算如下： 1+ 0 . 4 + 0 . 14 008 0 0 . 5 0 . 4 = 7 9 . 8 0a m m m m 凹 1+ 0 . 3 4 + 0 . 0 8 5 + 0 . 0 8 54 0004 0 0 . 7 5 0 . 3 4 = 3 9 . 7 4 5 3 9 . 7 5m m m m m m 凹b 1+ 0 . 3 4 + 0 . 0 8 5 + 0 . 0 8 54 0003 5 0 . 7 5 0 . 3 4 = 3 4 . 7 4 5 3 4 . 7 5m m m m m m 凹c 0 01 0 . 0 70 . 2 8 4 2 2 0 . 1 4 0 . 7 5 0 . 2 8 = 2 2 . 0 7m m m m 凹d 115 0. 1 0. 2 = 14 .9 0 0. 02 58 m m m m 凹e 45 落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是 79.80mm、 39.75mm、 34.75mm、 22.07mm、 14.90mm，不必 標(biāo)注公差，與落料凹模配做時(shí)，保證雙邊間隙值為 0.13 0.18mm。 或者寫(xiě)： 凸模尺寸按凹模實(shí)際尺寸配制，保證雙邊間隙值為 0.13 0.18mm。 46 47 第 2 章 沖裁 2 -4 沖裁力的計(jì)算及降低沖裁力的方法 2.4.1、沖裁力的計(jì)算 k L tP 2.4.2 、降低沖裁力的方法 2.4.3 、卸料力、推件力及頂件力的計(jì)算 1. 階梯形凸模 3. 斜刃沖模 2. 材料加熱 2.4.1 沖裁力的計(jì)算（平刃） 常取 K=1.3，一般情況下，材料的抗拉強(qiáng)度 1.3b 所以，為了計(jì)算方便，也可用下式計(jì)算沖裁力： bF Lt 49 2 -4 沖裁力的計(jì)算及降低沖裁力的方法 2.4.2 、降低沖裁力的方法 1）將材料加熱后沖裁 把材料加熱后沖裁可以大大降低其抗剪強(qiáng)度，有數(shù)據(jù)顯示： 將鋼材加熱到 700 900攝氏度時(shí)，沖裁力只及常溫的三分之 一甚至更少。 優(yōu)點(diǎn)： 沖裁力降低明顯。 缺點(diǎn)： 斷面質(zhì)量較差（毛刺多）、 精度低、沖裁件上會(huì)產(chǎn)生氧化皮，另外加熱沖裁的勞動(dòng)條件也 差 。只用于精度要求不高的厚料沖裁。 當(dāng)板料較厚或者沖裁件較大時(shí)，所需要產(chǎn)生的沖裁力過(guò)大 或者壓力機(jī)噸位不夠時(shí)，可采用下列方法來(lái)降低沖裁力。 50 3） 用斜刃沖模沖裁 將凸?；虬寄Ｈ锌谧龀尚比锌?，整個(gè)斜刃不是與沖裁件周 邊同時(shí)接觸，而是逐漸切入，所以沖裁力會(huì)減少。 優(yōu)點(diǎn)：壓力機(jī)能在柔和的條件下工作，當(dāng)沖裁件很大時(shí)，降 低沖裁力很明顯。缺點(diǎn)：模具制造難度提高，刃口修磨也困難。 適用于形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高、料不太厚的大件沖裁。在 汽車、拖拉機(jī)等大型覆蓋件的落料中應(yīng)用較多。 2） 階梯形凸模 在多凸模沖模中，將凸模做階梯型布置（不同高度）， 采用階梯布置可使各凸模沖裁力的最大值不同時(shí)出現(xiàn)，從而降 低了沖裁力。 缺點(diǎn)是修模刃口比較麻煩，主要用于有多個(gè)凸模而其位置 又較對(duì)稱的模具。 51 2.4.3 卸料力及頂件力的計(jì)算 推件力：沿著沖裁方向 ， 把卡住的板料 （ 工件或廢 料 ） 從凹模內(nèi)推出所需要的力； 頂件力：與沖裁方向相反 ， 把卡住的板料從凹模內(nèi) 頂出所需要的力； 卸料力：從凸模上將緊箍板料卸下所需要的力 。 影響因素 (P31) 經(jīng)驗(yàn)公式： F1 nk1F F2 k2F F3 k3F n-同時(shí)卡在凹模洞口內(nèi)的零件數(shù)； F-沖裁力（ N） K1、 K2、 K3-推件力、頂件力和卸料力系數(shù)，見(jiàn)書(shū)上表 2-5。 52 2. 卸料力、推件力和頂件力的計(jì)算 53 第 2 章 沖裁 采用彈性卸料裝置和上出料方式的總沖裁力 F0 F F2 F3 采用彈性卸料裝置和下出料方式的總沖裁力 F0 F F1 F3 采用剛性卸料和下出料方式： F0 F F1 排樣 : 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(jì)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。 2.5 排樣與搭邊 第 2 章 沖裁 55 根據(jù)材料的合理利用情況，條料排樣方法可分為三種（ P33）： 2.5.1 排樣方法 一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率 材料利用率： a材料利用率 %100 BSA 沖裁件的實(shí)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(jì)性指標(biāo)。 2.5.2 材料的經(jīng)濟(jì)利用 步距 :條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料步距（也稱進(jìn)距） 步距的大小應(yīng)為條料上兩個(gè)對(duì)應(yīng)沖裁件的對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離。 一張板料 (或帶料、條料 )上總的材料利用率 a材料利用率（續(xù)） 總 %1001 LBnA總 2.5.2 材料的經(jīng)濟(jì)利用 （續(xù)） 第 2 章 沖裁 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 。 b提高材料利用率的方法 2.5.2 材料的經(jīng)濟(jì)利用 （續(xù)） 第 2 章 沖裁 減少工藝廢料 的有力措施是： b提高材料利用率的方法 (續(xù)） 設(shè)計(jì)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(dāng)材料和厚度相同時(shí)，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(lái)。 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。 2.5.2 材料的經(jīng)濟(jì)利用 （續(xù)） 第 2 章 沖裁 搭邊 ： 排樣時(shí)沖裁件（工件）之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下 的余料。 搭邊的作用： 一是補(bǔ)償定位誤差，確保沖出合格零件； 二是增加條料剛度，方便條料送進(jìn)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率； 合理搭邊還可以避免沖裁時(shí)條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙， 從而提高模具壽命。 2.5.3 搭邊 第 2 章 沖裁 a影響搭邊值的因素 （ 1） 材料的機(jī)械 （ 力學(xué) ） 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(fù)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 。 （ 5） 卸料方式 彈性卸料比剛性卸料的搭邊小一些。 2.5.3 搭邊 第 2 章 沖裁 b搭邊值的確定 表 2-7為搭邊值的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)表之一 ， 供設(shè)計(jì)時(shí)參考 。 2.5.3 搭邊 第 2 章 沖裁 條料寬度 ： 2+B D a B：條料寬度的基本尺寸 (mm); D: 工件在寬度方向的尺寸 (mm); a: 側(cè)搭邊的最小值 (mm); ： 條料寬度的單向（負(fù)向）公差 (mm) 。 2.5.4 條料寬度的確定 第 2 章 沖裁 一張完整的排樣圖應(yīng)標(biāo)注條料寬度尺寸 0B 、條料長(zhǎng)度 L、板 料厚度 t 、端距 l、步距 S、工件間搭邊和側(cè)搭邊 a。并習(xí)慣以剖面 線表示沖壓位置。 2.5.5 排樣圖 第 2 章 沖裁 65 2.6 沖裁件工藝性分析 沖裁件的工藝性是指沖裁件 對(duì)沖裁工藝的適應(yīng)性 。對(duì)沖裁工藝性影響 最大的是制件的是 幾何形狀、尺寸和精度要求 等。 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 2 章 沖裁 2.6.1 沖裁件的精度等級(jí) 一般精度 ： IT10 12級(jí)； 高精度 IT8 10級(jí)；沖孔大于落料。 獲得高精度方法： 1、普通沖裁后整修或輔以切削加工 2、精密沖裁 66 （ 3）沖孔尺寸不宜過(guò)小，否則凸模強(qiáng)度不夠。 （ 4）為避免工件變形和保證模具強(qiáng)度，孔邊距和孔間距不 能過(guò)小。 （ 5） 在彎曲件或拉深件上沖孔時(shí)，孔邊與直壁之間應(yīng)保持 一定距離，以免沖孔時(shí)凸模受水平推力而折斷。 2.6.2、沖裁件的形狀和尺寸要求 （ 1）沖裁件的形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱，避免形狀復(fù)雜的曲 線。 （ 2） 沖裁件內(nèi)孔及外形的轉(zhuǎn)角處要盡量避免尖角，應(yīng)以圓 弧過(guò)渡，以便于模具加工，減少熱處理開(kāi)裂，減少?zèng)_裁時(shí)尖 角處的崩刃和過(guò)快磨損。 67 2.7 整修與精密沖裁 采用普通的沖裁工藝，沖裁件的尺寸精度在 IT10 IT14 級(jí)左右，表面粗糙度在 6.3左右，其斷面略帶斜度，光亮帶也 只有斷面的 1/3左右。當(dāng)沖裁件尺寸精度、表面粗糙度和斷面 垂直度有較高要求時(shí)，就必須采取一些措施來(lái)滿足沖裁件的 質(zhì)量要求。 2.7.1 整修 整修是利用整修模沿著沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削去一層薄薄 的切屑，以除去普通沖裁時(shí)在斷面上留下的塌角、毛刺和剪 裂帶等，從而提高了沖裁件的加工精度，降低了表面粗糙度。 整修時(shí)應(yīng)合理確定整修余量，而整修余量又決定于整修次數(shù)。 整修又分為 外緣整修 和 內(nèi)緣整修 68 圖 2-12 修 整工藝簡(jiǎn)圖 1 凸模； 2 凹模 69 1、外緣整修 沖裁件外形的整修稱為外緣整修，它是將預(yù)先留有整修余 量的落料件置于整修凹模上，其凸模將毛坯壓入凹模，余量被 凹模切去。外緣整修的質(zhì)量與整修次數(shù)、整修余量以及整修模 結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。 分為兩種： （ 1） 切削外緣件整修： 切削外緣整修可以整修出 IT6級(jí)精度、 表面粗糙度可達(dá) 0.4以下的沖壓件。 這種整修方法與切削加工相似。整修余量與材料的性質(zhì)、 沖裁件形狀和大小、板材厚度及整修前的斷面質(zhì)量等狀況有關(guān)。 大間隙落料： 斷面上斷裂帶斜度大，整修量必然要大； 小間隙落料： 需要切去二次剪切形成的中間斷裂帶的斜度小， 整修量相對(duì)也小。 70 整修次數(shù) 根據(jù)整修量的大小、材料的性質(zhì)、板材厚度和 沖壓件的幾何形狀等因素來(lái)確定。就實(shí)際生產(chǎn)而言，總是希 望整修次數(shù)愈少愈好，但有時(shí)是不可能實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)板材厚度小于 3mm、沖裁件外形比較簡(jiǎn)單時(shí)，一般只 需要一次整修即可； 如果沖裁件外形復(fù)雜，就必須進(jìn)行多次整修。 對(duì)于軟材料（如黃銅、鋁）的整修，凹模與凸模應(yīng)采用 鋒利刃口；對(duì)于較硬材料（如鋼）的整修，凹模刃口應(yīng)稍帶 有圓角，凸模做成鋒利刃口。 71 （ 2）擠光外緣整修： 主要適用于塑性較好、板材厚度為 3 7mm的沖裁件。整修方法是將大于凹模的沖裁件擠入錐形凹模內(nèi)，以獲得光潔的 外緣表面，每邊的壓縮量不應(yīng)超過(guò) 0.04 0.06mm。 2.內(nèi)緣整修： 沖裁件孔的整修稱為內(nèi)緣（孔）整修。內(nèi)孔整修過(guò)程與 外緣整修相似，不同處就是內(nèi)孔整修利用凸模切除余量。整 修的目的是校正孔的坐標(biāo)位置，提高光潔度和孔的尺寸精度。 內(nèi)緣整修有 切削內(nèi)緣整修 和 擠壓內(nèi)緣整修 兩種。 72 1）切削內(nèi)緣整修： 整修精度可達(dá) IT6級(jí)左右，表面粗糙度在 0.4 左右。整修 量與材料性質(zhì)、厚度及內(nèi)緣斷面質(zhì)量狀況等因素有關(guān)。如果 整修前沖壓件上的孔用鉆孔工藝加工的，其整修量要比用沖 孔時(shí)小。若整修孔的同時(shí)，還兼有校準(zhǔn)孔徑和孔中心距時(shí)， 應(yīng)增加整修量。 2）用鋼球或芯棒整修 ： 此法是利用滾珠或芯棒對(duì)孔進(jìn)行精壓。工作時(shí)，利用凸 模的壓力，使硬度很高的鋼球或芯棒強(qiáng)行通過(guò)孔，借以達(dá)到 整修目的。整修后的尺寸精度可達(dá) IT6級(jí)左右，表面粗糙度 在 0.1左右。 73 改變沖裁條件，以增大變形區(qū)的靜水壓作用，抑制材 料的斷裂，使塑性剪切變形延續(xù)到剪切的全過(guò)程，在材料 不出現(xiàn)剪裂紋的沖裁條件下實(shí)現(xiàn)材料的分離，從而得到斷 面光滑而垂直的精密零件。 精密沖裁法 2.7.2 精密沖裁 74 精密沖裁簡(jiǎn)稱精沖 ： 精沖按沖裁機(jī)理分 半精沖 （ 小間隙或負(fù) 間隙沖裁，機(jī)理與普通沖裁差異不大，增強(qiáng)了沖裁變形區(qū)靜 水壓作用，斷面質(zhì)量提高，光亮帶比例增大，模具設(shè)備簡(jiǎn)單 ） 和 精沖 （齒圈壓板）兩種。 1、小間隙圓角刃口沖裁（圖 2-14） 以 a圖為例，凹模帶小圓角刃口，這種沖裁方法在凹模的 刃邊不產(chǎn)生剪裂，金屬均勻地被擠進(jìn)了凹模的洞口，這時(shí)金 屬的纖維被拉長(zhǎng)，并被凹模的光滑表面壓平，形成了很光的 斷面，在廢料上有拉長(zhǎng)的毛刺。同普通沖裁方法相比，兩者 的差別僅在于采用了小間隙（ 一般 0.01-0.02mm），小圓角 刃口（ 半徑一般為材料厚度的百分之十 ），加強(qiáng)了沖裁區(qū)的 靜水壓，起到了抑制裂紋的作用。 沖裁力約為普通沖裁力的 1.5倍。 （ 1）半精沖 75 這種方法只適用于塑性較好的有色金屬和軟鋼，如軟鋁、 紫銅、黃銅、 05F和 08F等，精度為 IT8-IT11。這種方法用于 硬鋼和磷青銅等時(shí)會(huì)產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。 2、負(fù)間隙沖裁（圖 2-15）（機(jī)理基本和 1相同） 負(fù)間隙 是指凸模尺寸大于凹模尺寸，凹模帶小圓角刃口， 半徑約為材料厚度的百分之五到十，靜水壓作用強(qiáng)，凸?？扇?口鋒利。對(duì)于圓形沖裁件，凸模比凹模大出的周邊是均勻的， 一般約大（ 0.1 0.2) t；對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的沖裁件，在凸出 的角部要比圓形部分大出一倍，即為（ 0.2 0.4 )t；在凹進(jìn)的 部位應(yīng)比圓形部分減少一半，即為（ 0.05 0.1） t。 負(fù)間隙沖裁方法只適于沖裁塑性好的材料，如軟鋁、銅和 軟鋼等。對(duì)于普通碳素鋼和合金鋼不能采用。采用這種方法， 在沖裁后可獲得 IT8 IT11、粗糙度 0.8 0.4的沖壓件。 76 由于凸模尺寸大于凹模尺寸，出現(xiàn)的裂紋與普通 沖裁時(shí)相反，形成一個(gè)倒錐形，凸模將此倒錐形毛 坯推入凹模時(shí)，切去了部分余量，獲得較高的斷面 質(zhì)量。有時(shí)，為獲得使斷面有更低的表面粗糙度， 可以在凹模的刃邊作出很小的倒角。 沖裁時(shí)，模具在完全閉合后，凸模的最下邊工 作位置應(yīng)與凹模上平面保持有 0.1 0.2 mm的距離。 77 1.精沖原理： 要想獲得既不帶錐度又光潔的切斷面，其先決條件是凸模 和凹模之間的間隙要 極小， 同時(shí)還要避免普通沖裁變形時(shí)出現(xiàn) 的撕裂階段，只產(chǎn)生塑性剪切。也就是說(shuō)，沖裁件與板材分離 的過(guò)程始終是塑性剪切過(guò)程。為獲得純塑性剪切變形，板材在 沖裁過(guò)程中必須一直處于強(qiáng)力的壓緊狀態(tài)。板材在很大的靜壓 力作用下，產(chǎn)生以下的效果： 使材料塑性增大，不至于在模具刃口附近產(chǎn)生裂紋； 將板材壓平，使沖裁切斷面與沖裁件表面保持垂直。 （ 2）精沖（齒圈壓板法） 78 精沖是精密沖裁工藝的簡(jiǎn)稱。是在普通沖裁的 基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種精密加工工藝。它與普通沖 裁在工藝上的區(qū)別， 除凸模、凹模間間隙極小與凹 模刃口帶圓角外，在模具結(jié)構(gòu)上也有其特點(diǎn)，精沖 模具比普通沖裁模多了一個(gè)齒圈壓板與一個(gè)頂出器， 所以材料在受壓狀態(tài)下進(jìn)行沖裁，可以防止材料在 沖裁過(guò)程中的拉伸流動(dòng)。 實(shí)踐證明：在精沖時(shí)，壓緊力、沖裁間隙和凹 模刃口圓角三者是相輔相成的，其中沖裁間隙是主 要的。 79 2、適用于精沖的材料 精沖對(duì)材料要求比較嚴(yán)格，適合精沖的材料必須具有良 好的塑性、較大的變形能力和良好的組織結(jié)構(gòu)，以便在沖裁 中不致發(fā)生撕裂現(xiàn)象。 以含碳量小于 0.35、強(qiáng)度極限 b=300 600MPa的鋼 精沖效果最好。含碳 0.35 0.7%,甚至更高的碳素鋼及鉻、 鎳、鉬含量比較低的合金鋼經(jīng)退火處理后仍然可以獲得良好 的效果。 至于有色金屬包括純銅、黃銅（含銅量大于 62）、軟 青銅、鋁及其合金（抗拉強(qiáng)度 b 250MFa）等都可以精沖。 但是用作沖裁鑰匙的鉛黃銅精沖效果不好。 80 齒圈壓板精沖： 加工精度可達(dá) IT6-IT8，粗糙度值可達(dá) 0.8-0.4微米，需要 專用精沖壓力機(jī)，模具要求高，成本較高。 精沖總壓力等于沖裁力、壓邊力、頂板反壓力之和。為 增強(qiáng)靜水壓作用，兼顧模具壽命，一般取材料厚度的百分之 一作為雙邊間隙值。 凸凹模圓角：為增強(qiáng)靜水壓作用，沖孔凸模、落料凹 模刃口略帶圓角， 落料凹模刃口圓角半徑一般取 0.01- 0.03MM，沖孔凸模刃口圓角半徑一般取 0.01MM以下。 81 （ 1）最小圓角半徑：精沖件一般不允許有尖角，必須是 圓角，否則在相應(yīng)的剪切面上會(huì)發(fā)生撕裂，而且易使凸模損 壞。沖裁件的最小圓角半徑與沖裁件的尖角角度、板材厚度 及其機(jī)械性能等因素有關(guān)。 （ 2）精沖允許的最小孔徑主要是從沖孔凸模所能承受的 最大壓應(yīng)力來(lái)考慮的，其值與材料性質(zhì)和板材厚度等因素有 關(guān)。 （ 3）孔邊距：精沖所允許的孔邊距的最小值比普通沖裁 時(shí)小。 3、精沖件的結(jié)構(gòu)工藝性 82 2-8 沖裁模基本類型和典型結(jié)構(gòu) 沖裁模： 用來(lái)完成沖裁工序的沖模，是實(shí)現(xiàn)沖壓變形的 一種工藝裝備。沖模結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足生產(chǎn)要求，能保證沖出合 格的零件，滿足生產(chǎn)批量要求。還要考慮制造容易、使用 方便、操作安全、成本低廉等各方面的要求。 分類： 1.按工序性質(zhì)分： 6種（ P） 2.按工序的組合分： 3種（ P） 2-8沖裁模基本類型及典型結(jié)構(gòu) 2-8沖裁?；绢愋图暗湫徒Y(jié)構(gòu) 一、沖裁模的分類： （ 1） 按工序性質(zhì)分： A：落料模：沿封閉的輪廓將工件與板料分離 ， 沖下來(lái)的部分 為工件 。 B：沖孔模：沿封閉的輪廓將工件與板料分離 ， 沖下來(lái)的部分 為廢料 。 C：切斷模：沿敞開(kāi)的輪廓將材料分離 。 D：切口模：沿敞開(kāi)的輪廓將零件局部切開(kāi) ,但不完全分離 。 E：切邊模：將工作多余的邊緣切掉 。 F：剖切模：將一個(gè)工件切成兩個(gè)或多個(gè)工件 。 （ 2） 按工序的組合分 1） 簡(jiǎn)單模： A：一個(gè)凸模一個(gè)凹模的簡(jiǎn)單模 。 B：多個(gè)凸模多孔 凹模的復(fù) 式模 。 2） 級(jí)進(jìn)模： 3） 復(fù)合模： 二、典型沖裁模結(jié)構(gòu)分析 1、簡(jiǎn)單模 1）無(wú)導(dǎo)向簡(jiǎn)單沖裁模 A：結(jié)構(gòu) 85 （ 1）簡(jiǎn)單模：在沖壓的一次行程過(guò)程中，只能 完成一種沖壓工序的模具。 模具簡(jiǎn)單 ,造價(jià)低。 2） 導(dǎo)板式簡(jiǎn)單沖裁模 3)導(dǎo)柱式簡(jiǎn)單沖裁模 88 （ 2）級(jí)進(jìn)模： （連續(xù)沖模） 在沖壓的一次行程過(guò)程 中，在不同的工位上同時(shí)完成兩道或兩道以上沖壓 工序的模具。 生產(chǎn)率高，要求定位精度高。 2、 級(jí)進(jìn)模 1） 有固定擋料銷及導(dǎo)正銷的級(jí)進(jìn)模： 2)側(cè)刃定位的級(jí)進(jìn)模 91 電機(jī)轉(zhuǎn)子多工位級(jí)進(jìn)模 92 （ 3）復(fù)合模：在沖壓的一次行程過(guò)程中，在同 一工位上同時(shí)完成兩道或兩道以上沖壓工序的 模具。 精度高，模具復(fù)雜。 3、 復(fù)合模 A、 倒裝復(fù)合模： B、 正裝復(fù)合模 95 電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子復(fù)合模 96 第 2 章 沖裁 落 料 沖 孔 復(fù) 合 模 1-下模板 2-卸料螺釘 3-導(dǎo)柱 4-固定板 5-橡膠 6-導(dǎo)料銷 7-落料凹模 8-推件塊 9-固定板 10-導(dǎo)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 98 下出料剛性卸料 落料模 99 下頂出落料模 100 內(nèi)壁沖孔模