冲裁工艺与冲裁模设计.ppt

冲裁工艺与冲裁模的设计,2.1 典型案例 2.2 冲裁工艺与模具的设计程序 2.3 冲裁工艺性分析 2.4 冲裁工艺过程 2.5 排样 2.6 冲裁模刃口尺寸计算 2.7 定位与卸料出料 2.8 凸、凹模结构设计 2.9 冲裁模总体设计,2.1 典型案例 垫圈 垫圈是标准化的零件，具有通用性和互换性，材 料一般为普通碳素钢（如Q215），属于大批量生产。,t=1mm,2.2冲裁工艺与模具的设计程序 冲裁模设计的总原则： 在满足制件尺寸精度和 形状精度的前提下力求使模 具结构简单、操作方便、材 料消耗少、制件成本低。,冲裁模设计程序示意图,冲压模具设计,圆垫片复合冲裁模具,1. 编写设计说明书1份 2.设计图 （1）模具总装配图1张(A2)； （2）绘制模具凸模、凹模、凸凹模零件图各一张(A4)。,零件技术要求如下： 生产批量：大批量 制件精度：IT14级 材 料：Q215 材料厚度：1mm,一、分析制件的工艺性，拟定冲压工艺方案 1、制件的工艺性分析 制件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。从结构形状、尺寸大小、精度等级、材料和厚度等是否符合冲裁的工艺要求分析。 工艺分析： 垫圈制件为圆形，结构简单对称， 孔边距较大，无狭缝和锐角。 制件精度和表面粗糙度要求低。 材料为普通碳钢，冲裁性能好， 适宜采用冲裁加工。,材料Q215,t=1mm,二、冲裁工艺方案制定 依据制件对冲裁工艺的适应性，结合制件的生产批 量和各种冲裁工艺的特点，制定适合于制件的冲裁工艺 方案。,单工序工艺方案,复合工艺方案,连续工艺方案,（1）采用单一工序冲压方法 （2）采用复合工序冲压方法 （3）采用级进工序冲压方法,三、排样 依据制件结构形状特点，在保证制件质量前提下， 采用较为合理的排样方式，以达到较高的经济效益。,冲压件排样实物,1、排样及材料利用率计算,级进工序,复合工序,垫圈（单排）,级进工序,复合工序,垫圈（多排）,2、方案比较： 单排方案模具结构简单，体积小，经济性好 （1）工件间搭边值 = 0.8mm 沿边搭边值 = 1.0mm （2）定位方式确定：定位销（三个，图2-21） （3）条料尺寸确定 B=20+2X1=22mm,搭边值的确定 搭边：指排样时制件与制件之间、制件与条（板）料边 缘之间的余料。搭边值的选取。（表2-3） 搭边的作用 1）搭边能够补偿定位误差，保证冲出合格的制件； 2）保证条料具有一定的刚性，便于送料； 3）起到保护模具的作用，以免模具过早地磨损而报废。,三、成形零件结构设计 1、 凸、凹模结构设计,凸、凹模结构设计 在设计中应尽可能采用标准冷冲模具结构尺寸。,a) b) c) a) 非圆形凸模 b) 长方形凸模 c) 直通式凸模,非圆形凸模：近似分为圆形类和矩形类 圆形类凸模注意凸模定位，常用骑缝销来防止凸模的转动。 如果用线切割加工非圆形凸模，则固定部分和工作部分的尺寸及形状一致，即为直通式凸模。,1. 凸、凹模结构设计 凸模结构设计 （1）凸模的结构形式 凸模按其工作断面的形式可分为圆形和非圆形凸模。 1）圆形凸模：工作断面为圆形,a） b） c） d） e） 圆形凸模,2. 凹模结构设计 （1）凹模的刃口形式, 凹模的结构形式,（2）凹模外形尺寸 凹模厚度：H=Kb 凹模壁厚：小凹模 C=(1.52)H 大凹模 C=(23)H 式中 b凹模孔的最大宽度（mm）； K系数，见表2-18； H凹模厚度，其值为1520mm； C 凹模壁厚，其值为2640mm。,（3）凸凹模的最小壁厚 凸凹模的内、外缘均为刃口，内、外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸，为保证凸凹模的强度，凸凹模应具有一定的壁厚。 凸凹模的最小壁厚C一般按经验数据确定 不积聚废料的凸凹模最小壁厚值为： 冲裁硬材料时m=1.5t 冲裁软材料时mt 积聚废料的凸凹模，由于胀力大，故最小壁厚只要比上述数据适当加大。,四、冲裁成形零件尺寸（凸凹模刃口尺寸） 1、 冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁模凸模与凹模刃口间缝隙的距离。,Z=Dp-Dd 式中 Z冲裁间隙（mm）； Dd凹模刃口尺寸（mm）； Dp凸模刃口尺寸（mm）。,凸模设计：如无特殊要求，其长度（厚度）尺寸一般按冷冲模国家标准（GB2851285781）选取。 复合模凸模设计示例 垫圈,落料凸模,固定板厚度：14mm； 卸料板厚度：10mm； 导料板厚度：8mm； L=14+10+8+15=47mm,冲孔凸模,凸模长度的确定 在满足使用要求的前提下，凸模尽量减短。 采用固定卸料板的冲裁模凸模长度为： L=h1+h2+h3+(1520)mm 式中 h1凸模固定板厚度； h2卸料板厚度； h3导尺厚度； L凸模长度； 1520mm包括凸模进入凹模的深度、凸模修磨量、冲模在闭合状 态下卸料板到凸模固定板间的距离。 凸模强度的校核 当凸模特别细长或板料厚度较大时，应对凸模进行 压应力和弯曲应力的校核。,垫圈复合模凹模,表2-8得 K复合=0.35；K级进=0.35 H复合=0.3520=7mm； H级进=0.3520=7mm C取26mm D72mm 由GB2873.4-81查得 D=80mm 凸凹模长度：40mm,五、 冲裁模总体设计 1. 导向及支承固定零件 （1）导柱和导套 保证上、下模的精确导向,1）滑动导柱、导套 加工方便，容易安装，是应用最广的导向装置。 2）滚珠导柱、导套 适用于高速冲模、精密冲裁模以及硬质合金模具。,滑动导柱、导套结构形式 1上模座 2导套 3导柱 4下模座 5特殊螺钉 6螺钉 7压板,滚珠导柱、导套结构形式 1导套 2上模座 3滚珠 4滚珠夹持圈 5导柱 6下模座,（2）上、下模座 模座分带导柱和不带导柱两种。,d） e） f） 带导柱模座的形式 a)后侧导柱模座 b)对角导柱模座 c)中间导柱模座 d)四导柱模座 e)后导柱窄形模座 f)三导柱模座,a） b） c）,后侧导柱模座可三面送料，操作方便，但冲压时容易引起偏心距而使模具歪斜。适用于冲压中等精度的较小尺寸冲压件的模具。,后侧导柱模座,对角导柱模座便于纵向和横向送料。冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。适用于冲制一般精度冲压件的冲裁模或级进模。,对角导柱模座,对角导柱模座便于纵向和横向送料。冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。适用于冲制一般精度冲压件的冲裁模或级进模。,对角导柱模座,中间导柱模座,中间导柱模座适用于纵向送料或以单个毛坯冲制较精密的冲压件。,四导柱模座导向性能最好，适用于冲制比较精密的 冲压件。,四导柱模座,后导柱窄形模座用于冲制中等尺寸冲压件的各种模 具。,后导柱窄形模座,（3）模柄 作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。,a） b） c） d）,e） f） g）,常用的模柄形式 a)旋入式模柄 b)压入式模柄 c)铆接式模柄 d)凸缘式模柄 e)浮动式模柄 f)槽形模柄 g)通用模柄 1模柄 2凹球面垫块 3凸球面连接杆,带螺纹的旋入式模柄，垂直度精度较差，主要用于小型模具。,带台阶的压入式模柄，同轴度和垂直度较高，适用 于各种中小型模具。,旋入式模柄,压入式模柄,压入铆接式模柄，可以保证较高的同轴度和垂直 度，适用于各种小型模具。,有凸缘的模柄，适用于较大的模具。,压入铆接式模柄,有凸缘的模柄,浮动式模柄，可以通过球面垫块消除冲床导轨误差 对冲模导向精度的影响，适用于有滚珠导柱、导套导向 的精密冲模。,浮动式模柄 1-模柄 2-凹球面垫块 3-凸球面连接杆,整体式模柄，模柄与上模座做成整体，用于小型模具。,整体式模柄,（4）案例分析导向及支承固定零件选择 1）垫圈冲裁模 该零件一般无精度要求，且冲压力和模具结构均较 小，应选用滑动导柱导套，螺纹旋入式模柄。 复合冲裁 单排，宜选用中间导柱模架 多排，宜选用后侧导柱模架 级进冲裁 中间导柱模架或对角导柱模架,五、冲压设备选取 1、冲压力计算 2、卸料力、推料力和顶料力计算 3、选择压力机 总压力 = 39989N，选 J23-8 压力机 4、压力中心计算 制件为中心对称零件，压力中心（0，0）。,5、模具的闭合高度 模具的闭合高度H模是指模具在最低工作位置时， 上、下模之间的距离。,模具总体设计尺寸图 1下模座 2、14销钉 3凹模 4卸料板 5导柱 6导套 7上模座 8橡胶 9凸模固定板 10垫板 11卸料螺钉 12模柄 13凸模 15、16螺钉,为使模具正常工作，模具闭合高度必须与冲床的闭 合高度相适应，应介于冲床最大和最小闭合高度之间， 一般可按下式确定。 H最大-5H模H最小+10 如果模具闭合高度小于冲床的最小闭合高度，可采 用垫板，其厚度为H1。则关系式见下式。 H最大-H1-5H模H最小-H1+10,六、垫圈冲裁模装配图 倒装复合模,（10）冲裁模装配图绘制 （11）非标零件图绘制,排样,2.5 排样 2.5. 1 冲裁排样 排样：指制件在板料或条料排上的布置方法。,冲裁排样从废料的角度来分，可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。,a)有废料排样 b)少废料排样 c)无废料排样,冲裁排样按制件在材料上的排列形式来分，可分为 直排法、斜排法、对排法、混合排法、多排法和冲裁搭 边法等多种形式。 1）直排：适用于方形、矩形零件。,2）斜排：适用于椭圆形、T形、形、S形零件。,3）直对排：适用于梯形、三角形、半圆形、T形、形、形零件。,4）斜对排：适用于椭圆形、T形、形、S形零件。,6）多行排：适用于大批量生产中尺寸不大的圆形、六角 形、方形、矩形零件。,7）交叉排：适用于C形、形、形等零件。,5）组合排：适用于材料与厚度相同的两种以上零件。,8）裁搭边法整裁法：适用于尺寸较小且形状较简 单的细长零件。,9）裁搭边法分次裁切法：适用于尺寸较小且形状 较复杂的细长零件。,典型案例冲裁排样分析 垫圈,电机转子,电机定子,电机转子与电机定子套排（级进工序）,电机转子（多排）,级进工序,复合工序,电机定子（单排）,复合工序,电机定子（单排）,级进工序,电机定子（多排）,级进工序,复合工序,电机转子与电机定子套排（级进工序）,录音机机芯暂停杆展开件（直排）,录音机机芯暂停杆展开件（斜排）,材料利用率计算,一、材料利用率的计算 （1）条料宽度尺寸的确定 1）有侧压装置：B=(L+2b)- 2）无侧压装置：B=(L+2b+C) 式中： L制件垂直于送料方向的基本尺寸； 条料的宽度公差（见表216）； b侧面搭边值； C送料保证间隙： B100，C=0.51.0；B100，C=1.01.5。,簧片压块式侧压 1簧片 2压块 3基准导料板,3）采用侧刃：B=(L+1.5b+nF) 式中： L制件垂直于送料方向的基本尺寸； n侧刃数； F侧刃裁切宽度； 条料的宽度公差； b侧面搭边值。,（2）材料利用率的计算 一般常用的计算方法是：一个进距内的实际面积与 所需板料面积之比的百分率，一般用表示： 式中： A在送料方向，排样图中相邻两个制件对应点的距离（mm）； B条料宽度（mm）； S一个进距内之间的实际面积（mm）； S0 一个进距内所需毛坯面积（mm）。 （3）典型案例冲裁材料利用率计算（见表2-17）,（1）间隙对冲裁件断面质量的影响,播放动画,间隙过小,间隙适合,间隙过大,（2）冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件的尺寸偏差主要是由两个方面造成的：一是冲模的制造偏差，二是冲裁件实际尺寸与冲模刃口尺寸之间的偏差。,间隙越小，冲裁力就越大；反之，间隙越大，冲裁 力就小。 间隙越小，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。,（3）冲裁间隙对冲裁力、卸料力、推料力、顶料力的影响,（4）冲裁间隙对冲模寿命的影响,凸、凹模刃口磨损情况,较小的间隙可提高模具的使用寿命。过小的间隙对模具的寿命极为不利。,（5）合理间隙值的确定 合理间隙是一个范围值，其上限为最大合理间隙， 其下限为最小合理间隙。 在具体设计冲裁时，根据零件在生产中的具体要求 可按下列原则进行选取： 当冲裁件尺寸精度要求不高，或对断面质量无特殊要求时，一般采用较大的间隙值。 当冲裁件尺寸精度要求较高，或对断面质量有较高要求时，应选择较小的间隙值。 在设计冲裁模刃口尺寸时，应按最小间隙值来计算刃口尺寸。,确定合理间隙的方法通常有理论分析法、经验确定 法及查表法。 （6）典型案例冲裁间隙的确定 1）垫圈冲裁间隙 垫圈零件对冲裁断面质量无要求，一般为类断 面，由表2-18可查得Zmax40%t，即Zmax0.4mm。 2）电机转子和电机定子的冲裁间隙 电机转子和电机定子对冲裁断面质量要求较高，一 般为类断面，由表2-18可查得Z=（14%18%）t，即 Z=0.0490.063mm。 3）录音机机芯暂停杆展开件冲裁间隙 录音机机芯暂停杆对冲裁断面质量要求较高，一般 为类断面，由表2-18可查得Z=（14%18%）t，即 Z=0.1120.144mm。,凸、凹模刃口尺寸计算,一、 凸、凹模刃口尺寸计算的原则 落料尺寸取决于凹模尺寸，冲孔尺寸取决于凸模尺寸。 根据磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取制件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。 冲裁间隙一般采用最小合理间隙值。 刃口尺寸的偏差方向，原则上单向注向金属实体内部。,凸、凹模刃口尺寸计算关系,二、 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。冲裁模的加工方法分为互换加工法和配做加工法 两种。 1. 凸、凹模互换加工时，凸、凹模刃口尺寸的计算 适用于圆形等简单形状的冲裁件，设计时需在图纸 分别标注凸、凹模的刃口尺寸及制造公差。为了保证冲 裁间隙在合理范围内，需满足下列关系式： 或取： d=0.6(Zmax-Zmin) p=0.4(Zmax-Zmin),（1）落料,（3）孔心距 Ld=(Lmin+0.5)0.125,（2）冲孔,2. 凸、凹模配合加工时，凸凹模刃口尺寸的计算 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）的公称尺寸及公差尺寸，然后配做另一个 相配件凹模（或凸模）。 设计时，只要把基准件的刃口尺寸及制造公差详细 注明，而另外一个相配件只需在图纸上注明：凸（凹） 模刃口尺寸按凹（凸）模的实际尺寸配制。保证双面间 隙Z即可。,刃口尺寸计算方法 （1）落料模刃口尺寸计算 以凹模为基准件，配制凸模，由于工件比较复杂， 故凹模磨损后刃口尺寸有变大、变小和不变三种情况。,播放动画,模具磨损后刃口尺寸变大的，如图中尺寸A1、A2、A3，计算时应使其具有最小极限尺寸。其基准件尺寸为： 模具磨损后刃口尺寸变小的，如图中尺寸B1、B2，计算时应使其具有最大极限尺寸。其基准件尺寸为： 模具磨损后刃口尺寸大小不变化的，如图中尺寸C1、C2、C3，计算时按凹模孔距公式进行。其基准件尺寸为： 式中 Ad、Bd、Cd凹模刃口尺寸； Amax、Bmin、C平均工件的最大、最小和平均尺寸。,（2）冲孔模刃口尺寸计算 以凸模为基准件，先计算凸模的刃口尺寸，再配制 凹模。凸模同样存在着磨损后变大、变小和不变的三种 磨损情况。 模具磨损后刃口尺寸变小的，如图中尺寸A1、A2、A3，计算时应使其具有最大极限尺寸。其基准件尺寸为： 模具磨损后刃口尺寸变大的，如图中尺寸B1、B2，计算时应使其具有最小极限尺寸。其基准件尺寸为： 模具磨损后刃口尺寸大小不变化的，如图中尺寸C1、C2、C3，计算时与凹模孔距计算公式相同。 式中 Ap、Bp凸模刃口尺寸； Amin、Bmax工件的最大和最小尺寸。,（3）冲模尺寸属于半边磨损刃口尺寸的计算 其计算方法与其他尺寸计算方法相同，只是在刃口 尺寸计算时，把冲裁间隙值及冲模的制造公差减半选取 即可。 （4）采用电火花加工冲模时刃口尺寸的计算 采用电火花加工也属于配合加工，一般都在凸模上 标注刃口尺寸和制造公差，凹模刃口只标明与凸模刃口 配制加工，并保证最小间隙即可。,定位与卸料,毛坯的定位 a-固定挡料销 b、c-导料销,2.7 定位与卸料出料 2.7.1 定位方式确定 在送料方向上的定位，用来控制送料的进距； 在与送料方向垂直方向上的定位，通常称为送进导向。,（1）定位板与定位销 用于单个毛坯进行冲压加工时定位。,a） b） c） d） 定位板与定位销 a 、b 定位板 c 、d 定位销,（2）挡料销 保证条料送进时有准确的送进距。,a）圆柱头挡料销 b）钩形挡料销 c)活动挡料销,a） b） c),固定挡料销,始用挡料销,始用挡料销 用于条料送进时的首次定位。,导正销 1导正销 2挡料销,（3）导正销 保证级进模冲裁件各部分的相对位置精度，消除送料和导向中产生的误差。,挡料销的位置e可由下式计算,式中 c条料布距； D落料凸模直径； d挡料销头部直径； 0.1导正销往前推的活动余量。,（4）导料板或导料销 导正条料或带料的送进方向。 导料板常用于单工序模和级进模,a)分离式导料板 b)整体式导料板 c）导料销形式,导料销多用于有弹性卸料板的单工序模,簧片压块式侧压 1簧片 2压块 3基准导料板,侧压装置装于导料板一侧，用于消除条料的宽度误差。,（5）定距侧刃 以切去条料旁侧少量材料来限定送料步距。 侧刃一般用于级进模的送料定距，使用的材料厚度为0.11.5mm。,侧刃定距准确可靠，生产效率高，但增大了总冲裁力、降低了材料利用率。 如能用挡料销满足定距要求的场合，一般不采用侧刃。,a） b） c） 侧刃断面形状 a）长方形侧刃 b）成形侧刃 c）尖角形侧刃,（6）案例分析垫圈,级进,复合,（6）案例分析电机转子,级进,复合,（6）案例分析电机定子,级进,复合,2.7.2 卸料及出料形式确定 （1）卸料板 分为刚性卸料板和弹性卸料板两种形式。 封闭式适用于冲压厚度在0.5mm以上的条料； 悬臂式适用于窄而长的毛坯； 钩形适用于简单的弯曲模和拉深模。,a） b） c） 刚性卸料板 a）封闭式刚性卸料板 b）悬臂式刚性卸料板 c）钩形刚性卸料板,工作空间敞开，操作方便，生产效率高，冲压前对 毛坯有压紧作用，冲压后又使冲压件平稳卸料，从而使 冲裁件较为平整。 但受弹簧、橡胶等零件的限制，卸料力较小，且结 构复杂，可靠性与安全性不如刚性卸料板。,a） b） c） 弹性卸料板 a）顺装式模具 b）倒装式模具 c）采用橡胶等弹性元件,（2）推件装置 刚性推件装置，推力大，推件可靠，但不具有压料 作用。 弹性推件装置，在冲压时能压住工件，冲出的工件 质量较高，但推力有限。,a） b） 推件装置 a）刚性推件装置 b）弹性推件装置,（3）压边圈,（4）案例分析 1）垫圈、电机转子、电机定子（落料形式）采用正装复合模时卸料、出料装置的选择 由于制件及废料均存于下模上表面，在冲裁时需及时 清理下模上表面，因而只能采用弹性卸料板卸料。制件由 弹性顶件装置顶出落料凹模。 冲孔废料有刚性打料和弹性顶件两种形式，因弹性顶 件的使用使模具结构变得较为复杂、尺寸增大、冲压力增 加；而刚性打料则结构简单、不加大冲压力。所以宜选用 刚性打料装置。,冲压力计算,（4）案例分析 2）垫圈、电机转子、电机定子（落料形式）采用倒装复合模时卸料、出料装置的选择 由于制件存于下模上表面，在冲裁时需及时清理模具 表面，因而只能采用弹性卸料板卸料。 制件有刚性打料和弹性顶件两种形式，因弹性顶件的 使用使模具结构变得较为复杂、尺寸增大、冲压力增加； 而刚性打料则结构简单、不加大冲压力。所以宜选用刚性 打料装置。 废料可由凹模漏料孔直接下出料。,2.7.3 冲压力 冲压力是冲裁力、卸料力、推件力和顶料力的总称。 （1）冲裁力 F=KLt 式中 F冲裁力（N）； L冲裁件周边长度（mm）； K系数，取K=1.3； t材料厚度（mm）; 材料抗剪强度（MPa） K卸卸料力系数； K推推料力系数； K顶顶料力系数。,卸料力、推料力、顶件力,F卸=K卸F F推=nK推F F顶=K顶F,（2）卸料力、推料力、顶料力,（3）冲压力的计算 采用弹性卸料和上出料方式时，总冲压力为 F=F+F卸+F顶 采用刚性卸料和下出料方式时，总冲压力为 F=F+F推 采用弹性卸料和下出料方式时，总冲压力为 F=F+F卸+F推 （4）案例分析 案例的冲压力计算见表2-18。,2.7.4 模具压力中心的计算 冲裁模的压力中心是指冲裁合力的作用点。 在设计冲模时必须确定模具的压力中心，并使其通 过模柄的轴线，从而保证模具压力中心与冲床滑块中心 重合。 （1）简单形状的工件，其压力中心的计算 1）对称形状的零件,对称工件的压力中心,垫圈复合模,2) 直线段的压力中心位于直线段的中心； 3) 等半径的圆弧段的压力中心 x0=rsin/ 式中 弧度。,压力中心位于角平分线上x0点,（2）复杂工件或多凸模冲裁件的压力中心 根据力矩平衡原理进行计算 计算步骤： 按比例画出工件的轮廓图。,复杂工件的压力中心,多凸模冲裁件的压力中心,在任意处选取坐标轴X、Y（选取坐标轴不同，则压力中心位置也不同）。 将工件分解成若干直线段或圆弧段，l1、l2、ln。 计算各基本线段的中心到Y轴的距离x1、x2、xn和到X轴的距离y1、y2、yn，则根据力矩原理可得压力中心的计算公式为,（3）案例分析（复合）,压力中心位于制件形心（0，0）,