單元二沖裁工藝與模具設計教案

1、單元二 沖裁工藝與模具設計任務一 沖裁變形過程分析及沖裁間隙一、沖裁變形過程沖裁工藝是指利用模具在壓力機上使板料產(chǎn)生分離的沖壓工藝。沖裁可直接沖出所需形狀的工件，也可為其他工序制備毛坯。沖裁時所使用的模具稱為沖裁模。工藝的種類很多，常用的有落料、沖孔、切斷、切邊、切口等，其中落料和沖孔應用最多。從板料上沖下所需形狀的工件(或毛坯)稱為落料；在工件(或毛坯)上沖出所需形狀的孔(沖去部分為廢料)稱為沖孔。沖裁的變形機理不同，沖裁工藝可以分為普通沖裁和精密沖裁兩大類。沖裁過程中，沖裁模的凸、凹模組成上、下刃口，在壓力機的作用下，凸模逐漸下降，接觸被沖壓材料并對其加壓，使材料發(fā)生變形直至產(chǎn)生分離。為了

2、研究沖裁的變形機理，控制沖裁件的質量，就需要分析沖裁時板料分離的實際過程。當模具凸、凹模間隙正常時，板料的變形過程可分為三個階段1）.彈性變形階段當凸模開始接觸板料并下壓時，凸、凹模刃口壓入材料中，刃口周圍的材料產(chǎn)生應力集中，從而產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲、拉伸等復雜變形。2）.塑性變形階段隨著凸模繼續(xù)壓入，材料的內應力達到屈服極限，材料在與凸、凹模的接觸處產(chǎn)生塑性剪切變形。3）斷裂分離階段板料內的應力達到強度極限后，隨著凸模繼續(xù)下壓，在與凸、凹模的接觸處，板料產(chǎn)生微小裂紋。沖裁件斷面特征：1圓角帶，2光亮帶，3斷裂帶，4.毛刺。2、了解沖裁模間隙的確定方法凸、凹模刃口部分尺寸之差稱為沖裁間隙，用Z表

3、示，又稱雙面間隙沖裁間隙要求：（1）模具間隙合理時，凸模與凹模處的裂紋（上下裂紋）在沖壓過程中相遇并重合，其塌角較小，光面所占比例較寬。（2）大時，凸模刃口處的裂紋較合理間隙時向內錯開一段距離，上下裂紋未重合部分的材料將受很大的拉作用而產(chǎn)生撕裂，使塌角增大，毛面增寬，光面減少，毛刺肥而長，難以去除，斷面質量較差；（3）小時，凸模與凹模刃口處的裂紋較合理間隙時向外錯開一段距離，上下裂紋中間的一部分材料，隨著沖裁的進行將進行二次剪切，從而使斷面上產(chǎn)生二個光面，并且，由于間隙的減小而使材料受擠壓的成分增大，毛面及塌角都減少，毛刺變少，斷面質量最好。因此，對于普通沖裁來說，確定正確的沖裁間隙是控制斷面

4、質量的一個關鍵。任務二 沖裁模刃口尺寸計算導入：由沖裁件引入其變形過程及間隙的確定。一、沖裁模刃口尺寸計算1.先確定基準件落料：以凹模為基準，間隙取在凸模上；沖孔：以凸模為基準，間隙取在凹模上。2.考慮沖模的磨損規(guī)律落料模：凹模基本尺寸應取最小極限尺寸；沖孔模：凸模基本尺寸應取最大極限尺寸。3.沖裁力計算沖裁力：沖裁過程中凸模對板料施加的壓力。1）卸料力：從凸模上卸下箍著的料所需要的力。2）推件力：將梗塞在凹模內的料順沖裁方向推出所需要的力。3）頂件力：逆沖裁方向將料從凹模內頂出所需要的力。 任務三：沖裁排樣設計一、材料利用率的計算材料利用率是指沖裁制件的實際面積與所用板料面積的百分比，它是衡

5、量合理利用材料的經(jīng)濟性指標，也是檢驗排樣是否合理的重要參數(shù)。一個送料步距內的材料利用率可用下式計算：二、排樣方法1有廢料排樣由于具有搭邊，定位時存在的誤差可由搭邊來補償，制件尺寸完全由沖模來保證，因此精度高，并且模具壽命也高，但材料利用率低。2有廢料排樣材料利用率較高。3無廢料排樣材料利用率最高。三、搭邊1搭邊的概念和作用排樣時制件之間以及制件與條料側邊之間留下的工藝廢料稱為搭邊。搭邊的作用表現(xiàn)在以下三方面：（1）補償定位誤差和剪板誤差，確保沖出合格零件。（2）是保證條料具有一定剛度，便于條料送進，從而提高勞動生產(chǎn)率。（3）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。2搭邊值

6、的確定排樣時一定要合理確定搭邊值。搭邊值過大，材料利用率低；搭邊值過小時，搭邊的強度和剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁件毛刺，有時甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。 搭邊值的大小一般由經(jīng)驗確定的，最小搭邊值的經(jīng)驗數(shù)值表，供設計時參考。四、條料寬度1送料時在一側導料板裝有側壓裝置時有側壓裝置時,條料在送料時能始終貼緊另一側導料板。條料的寬度：導料板間距離：2無側壓裝置的導料板之間送料時無側壓裝置時，條料在送料時可能會產(chǎn)生左右擺動或轉動，計算公式為：條料的寬度：導料板間距離：3用側刃定距時當采用側刃定位保證送進步距時，條料寬度應考慮側刃的寬度，又因為側刃

7、定距時搭邊取值較小，所以計算公式如下：條料的寬度：導料板間距離：五、排樣圖排樣圖是排樣設計的最終表達形式。也是備料、加工依據(jù)。一張完整的排樣圖應標注條料寬度、長度（卷料除外）、板料厚度、步距、搭邊（a和a1），通常應繪制在沖壓工藝規(guī)程的相應卡片上和沖裁?？傃b圖的右上角，如圖所示。復合沖裁排樣圖級進沖裁排樣圖任務四：沖裁力和壓力中心的計算一、定義沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模進人材料的深度(凸模行程)而變化的。卸料力:為使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上的料卸下，將卡在凹模內的料推出。從凸模上卸下箍著的料所需要的力稱卸料力；推件力：將梗塞在凹模內的料順沖裁方向推出所需要的力

8、稱推件力；逆沖裁方向將料從凹模內頂出所需要的力稱頂件力。卸料力、推件力和頂件力是由壓力機和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的。所以在選擇設備的公稱壓力或設計沖模時，應分別予以考慮。影響這些力的因素較多，主要有材料的力學性能、材料的厚度、模具間隙、凹模洞口的結構、搭邊大小、潤滑情況、制件的形狀和尺寸等。二、壓力及工程壓力計算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。Fz的計算應根據(jù)不同的模具結構分別對待，即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 三、降低沖裁力的方法階梯凸模沖裁斜刃沖裁加熱沖裁（紅沖）四、壓力

9、中心的確定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。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（見圖2.6.5）。計算其壓力中心的步驟如下：(1）按比例畫出每一個凸模刃口輪廓的位置。(2）在任意位置畫出坐標軸線x，y。坐標軸位置選擇適當可使計算簡化。在選擇坐標軸位置時，應盡量把坐標原點取在某一刃口輪廓的壓力中心，或使坐標軸線盡量多的通過凸模刃口輪廓的壓力中心，坐標原點最好是幾個凸模刃口輪廓壓力中心的對稱中心。(3）分別計算凸模刃口輪廓的壓力中心及坐

10、標位置和。(4）分別計算凸模刃口輪廓的沖裁力 或每一個凸模刃口輪廓的周長。（5）對于平行力系，沖裁力的合力等于各力的代數(shù)和。即任務五：沖裁模的類型及結構一、沖裁模的基本類型1、按工序組合程度分1）單工序模是指壓力機在一次行程中只完成一道工序的沖裁模。在一副模具中，在模具的同一位置上能同時完成數(shù)種工序的模具（在壓力機的一次行程中，在模具的同一位置上同時完成幾道工序的沖模）。在一副模具中，材料在模具的不同位置上能同時完成各自工序（是指壓力機在一次行程中依次在幾個不同的位置上同時完成多道工序的沖模）。2）復合模單工位、多工序。3）連續(xù)模多工位、多工序。2、按上下模導向方式分1）無導向開式模模具本身無

11、導向裝置，工作時完全依靠沖床起導向作用。2）有導向模A、導板模 用導板來保證工作時凸凹模之間的準確位置。B、導柱模上下模之間分別裝有導套和導柱，兩種導向零件保證凸凹模工作時的相對準確位置。3、按凹模位置分1）正裝模：凹模在下模2）反裝模：凹模在上模4、按自動化程度分1）手動操作模2）半自動模3）自動模二、沖裁模的結構組成都是由上模和下模兩個部分組成。上模固定在壓力機滑塊上，是活動部分，下模通過下模座固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。根據(jù)各零部件在模具中所起的作用不同，可將沖裁模分為：工作零件：直接使坯料產(chǎn)生分離或進行塑性成形的零件。定位零件：確定坯料或工序件在沖模中正確位置的零件。

12、卸料與推出零件：此類零件中沖箍在凸模上或卡在凹模內的廢料或沖裁件卸下，推出或頂出，以保證沖壓工作能繼續(xù)進行。導向零件：保證上、下模的相對位置，及運動導向精度的零件。支撐與固定零件：將各類零件固定在上、下模上，并將上、下模連接到壓力機的滑塊和工作臺。其他零件：如緊固件、滑塊。三、沖裁模的典型結構（一）單工序模1、落料模1）無導向單工序落料模1-上模座 2-凸模 3-卸料板 4-導料板 5-凹模 6-下模座 7-定位板特點：安裝調整麻煩，模具壽命低，沖裁件精度差，操作也不安全。應用：適用于精度要求不高，形狀簡單，批量小或試沖裁件。2）導板式單工序落料模1-模柄 2-止動銷 3-上模座 4、8-內六

13、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3）導柱式單工序落料模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-內六角螺釘 18-下模座2、沖孔模1）利用彈性推件銷實現(xiàn)自動取料2）導柱式?jīng)_孔模3）導板式側面沖孔模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-

14、底座10-螺釘11-導板12-銷釘13-壓縮彈簧。（二）復合模是指在壓力機的一次行程中在模具的同一個工位上同時完成兩道或兩道以上沖裁工序的沖模。特征：有一個或幾個具有雙重作用的工作零件凸凹模。優(yōu)點:生產(chǎn)率高，沖裁件的內孔與外緣相對位置精度高，沖模尺寸較小。用途：生產(chǎn)批量大，精度高的沖裁件。分類：正裝復合模、倒裝復合模。三、連續(xù)模是指壓力機在一次行程中依次在幾個不同的位置上同時完成多道工序的沖模。分類：用導正銷定距的連續(xù)模、用側刃定距的連續(xù)模。1、用導正銷定距的連續(xù)模由固定擋料銷控制送料步距作粗定位。由導正銷實現(xiàn)精定位。在凸模上：位置與個數(shù)由沖孔情況決定。在凸模外：位置要求對稱分布；數(shù)量由工位數(shù)

15、決定。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2、用側刃定距的連續(xù)模 1）側刃原理（單側刃存在的問題）采用單側刃的問題在于，當沖裁到達最后一步時，缺少可靠的定位，造成其后各個工位加工的失??；可采用雙側刃來解決這個問題。2）雙側刃原理3）用側刃定距的連續(xù)模特點在凸模上固定裝上一個或二個特殊凸模-側刃。側刃斷面的長度等于送料步距，每次定位后將切除一個步距的邊緣，用來下次定位。采用單側刃，當條料沖到最后一件時，條料的狹邊被沖完，于是條料上不再有凸角，落料時無法再定位，末料成廢品。優(yōu)點：操作方便安全，送料速度高，便于實現(xiàn)自動化。缺點：模具結構復雜，材料

16、有額外消耗，定位精度不高。3、連續(xù)模排樣設計1）零件精度對排樣要求:精度要求高盡量減少工位數(shù)孔距公差較小盡量同一工位沖出2）模具結果對排樣要求:零件較大或較小但工位多采用連續(xù)復合排樣3）模具強度對排樣要求:孔距小分布沖工位間凹模壁厚小增設空工位外形復雜分布沖4、零件成形規(guī)律對排樣要求:落料或切斷工序安排在最后工位上對成形件變形部位上的孔一般在成形工序下沖出套料連續(xù)沖模按由里向外順序沖出任務六：沖裁模零部件設計一、工作零件1凸模 (1）凸模的結構形式及其固定方法 由于沖件的形狀和尺寸不同，沖模的加工以及裝配工藝等實際條件亦不同，所以在實際生產(chǎn)中使用的凸模結構形式很多。其截面形狀有圓形和非圓形；刃

17、口形狀有平刃和斜刃等；結構有整體式、鑲拼式、階梯式、直通式和帶護套式等。凸模的固定方法有臺肩固定、鉚接、螺釘和銷釘固定，粘結劑澆注法固定等。1）圓形凸模按標準規(guī)定，圓形凸模有以下3種 臺階式的凸模強度剛性較好，裝配修磨方便，其工作部分的尺寸由計算而得； 與凸模固定板配合部分按過渡配合（H7/m6或H7/n6）制造； 最大直徑的作用是形成臺肩，以便固定，保證工作時凸模不被拉出。2）非圓形凸模 在實際生產(chǎn)中廣泛應用的非圓形凸模臺階式的。3）大、中型凸模 大、中型的沖裁凸模，有整體式和鑲拼式兩種。大、中型整體式凸模，直接用螺釘、銷釘固定。4）沖小孔凸模 所謂小孔，一般系指孔徑d小于被沖板料的厚度或直

18、徑d1mm的圓孔和面積A1mm 的異形孔。它大大超過了對一般沖孔零件的結構工藝性要求。2凹模 凹模類型很多，凹模的外形有圓形和板形；結構有整體式和鑲拼式；刃口也有平刃和斜刃。 (1）凹模外形結構及其固定方法 這兩種圓形凹模尺寸都不大，直接裝在凹模固定板中，主要用于沖孔。 采用螺釘和銷釘直接固定在支承件上的凹模，這種凹模板已經(jīng)有標準，它與標準固定板、墊板和模座等配合使用。 凹模采用螺釘和銷釘定位固定時，要保證螺釘（或沉孔）間、螺孔與銷孔間及螺孔、銷孔與凹模刃壁間的距離不能太近，否則會影響模具壽命。 3凸凹模凸凹模是復合模中同時具有落料凸模和沖孔凹模作用的工作零件。它的內外緣均為刃口，內外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。4凸、凹模的鑲拼結構 (1）鑲拼結構的應用場合及鑲拼方法 對于大、中型的凸、凹模或形狀復雜、局部薄弱的小型凸、凹模，如果采用整體式結構，將給鍛造、機械加工或熱處理帶來困難，而且當發(fā)生局部損壞時，就會造成整個