單元二沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)教案

1、單元二 沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)任務(wù)一 沖裁變形過(guò)程分析及沖裁間隙一、沖裁變形過(guò)程沖裁工藝是指利用模具在壓力機(jī)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(shí)所使用的模具稱(chēng)為沖裁模。工藝的種類(lèi)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(yīng)用最多。從板料上沖下所需形狀的工件(或毛坯)稱(chēng)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(chēng)為沖孔。沖裁的變形機(jī)理不同，沖裁工藝可以分為普通沖裁和精密沖裁兩大類(lèi)。沖裁過(guò)程中，沖裁模的凸、凹模組成上、下刃口，在壓力機(jī)的作用下，凸模逐漸下降，接觸被沖壓材料并對(duì)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(jī)理，控制沖裁件的質(zhì)量，就需要分析沖裁時(shí)板料分離的實(shí)際過(guò)程。當(dāng)模具凸、凹模間隙正常時(shí)，板料的變形過(guò)程可分為三個(gè)階段1）.彈性變形階段當(dāng)凸模開(kāi)始接觸板料并下壓時(shí)，凸、凹模刃口壓入材料中，刃口周?chē)牟牧袭a(chǎn)生應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲、拉伸等復(fù)雜變形。2）.塑性變形階段隨著凸模繼續(xù)壓入，材料的內(nèi)應(yīng)力達(dá)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(nèi)的應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)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(chēng)為沖裁間隙，用Z表

3、示，又稱(chēng)雙面間隙沖裁間隙要求：（1）模具間隙合理時(shí)，凸模與凹模處的裂紋（上下裂紋）在沖壓過(guò)程中相遇并重合，其塌角較小，光面所占比例較寬。（2）大時(shí)，凸模刃口處的裂紋較合理間隙時(shí)向內(nèi)錯(cuò)開(kāi)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(zhǎng)，難以去除，斷面質(zhì)量較差；（3）小時(shí)，凸模與凹模刃口處的裂紋較合理間隙時(shí)向外錯(cuò)開(kāi)一段距離，上下裂紋中間的一部分材料，隨著沖裁的進(jìn)行將進(jìn)行二次剪切，從而使斷面上產(chǎn)生二個(gè)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(zhì)量最好。因此，對(duì)于普通沖裁來(lái)說(shuō)，確定正確的沖裁間隙是控制斷面

4、質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵。任務(wù)二 沖裁模刃口尺寸計(jì)算導(dǎo)入：由沖裁件引入其變形過(guò)程及間隙的確定。一、沖裁模刃口尺寸計(jì)算1.先確定基準(zhǔn)件落料：以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；沖孔：以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。2.考慮沖模的磨損規(guī)律落料模：凹?；境叽鐟?yīng)取最小極限尺寸；沖孔模：凸?；境叽鐟?yīng)取最大極限尺寸。3.沖裁力計(jì)算沖裁力：沖裁過(guò)程中凸模對(duì)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(nèi)的料順沖裁方向推出所需要的力。3）頂件力：逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力。 任務(wù)三：沖裁排樣設(shè)計(jì)一、材料利用率的計(jì)算材料利用率是指沖裁制件的實(shí)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(jì)性指標(biāo)，也是檢驗(yàn)排樣是否合理的重要參數(shù)。一個(gè)送料步距內(nèi)的材料利用率可用下式計(jì)算：二、排樣方法1有廢料排樣由于具有搭邊，定位時(shí)存在的誤差可由搭邊來(lái)補(bǔ)償，制件尺寸完全由沖模來(lái)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(wú)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(shí)制件之間以及制件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料稱(chēng)為搭邊。搭邊的作用表現(xiàn)在以下三方面：（1）補(bǔ)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(jìn)，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。（3）可以避免沖裁時(shí)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(shí)一定要合理確定搭邊值。搭邊值過(guò)大，材料利用率低；搭邊值過(guò)小時(shí)，搭邊的強(qiáng)度和剛度不夠，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖裁件毛刺，有時(shí)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(yàn)確定的，最小搭邊值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值表，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。四、條料寬度1送料時(shí)在一側(cè)導(dǎo)料板裝有側(cè)壓裝置時(shí)有側(cè)壓裝置時(shí),條料在送料時(shí)能始終貼緊另一側(cè)導(dǎo)料板。條料的寬度：導(dǎo)料板間距離：2無(wú)側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板之間送料時(shí)無(wú)側(cè)壓裝置時(shí)，條料在送料時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生左右擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)算公式為：條料的寬度：導(dǎo)料板間距離：3用側(cè)刃定距時(shí)當(dāng)采用側(cè)刃定位保證送進(jìn)步距時(shí)，條料寬度應(yīng)考慮側(cè)刃的寬度，又因?yàn)閭?cè)刃

7、定距時(shí)搭邊取值較小，所以計(jì)算公式如下：條料的寬度：導(dǎo)料板間距離：五、排樣圖排樣圖是排樣設(shè)計(jì)的最終表達(dá)形式。也是備料、加工依據(jù)。一張完整的排樣圖應(yīng)標(biāo)注條料寬度、長(zhǎng)度（卷料除外）、板料厚度、步距、搭邊（a和a1），通常應(yīng)繪制在沖壓工藝規(guī)程的相應(yīng)卡片上和沖裁?？傃b圖的右上角，如圖所示。復(fù)合沖裁排樣圖級(jí)進(jìn)沖裁排樣圖任務(wù)四：沖裁力和壓力中心的計(jì)算一、定義沖裁力是沖裁過(guò)程中凸模對(duì)板料施加的壓力，它是隨凸模進(jìn)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(jìn)行，必須將箍在凸模上的料卸下，將卡在凹模內(nèi)的料推出。從凸模上卸下箍著的料所需要的力稱(chēng)卸料力；推件力：將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需要的力

8、稱(chēng)推件力；逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱(chēng)頂件力。卸料力、推件力和頂件力是由壓力機(jī)和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的。所以在選擇設(shè)備的公稱(chēng)壓力或設(shè)計(jì)沖模時(shí)，應(yīng)分別予以考慮。影響這些力的因素較多，主要有材料的力學(xué)性能、材料的厚度、模具間隙、凹模洞口的結(jié)構(gòu)、搭邊大小、潤(rùn)滑情況、制件的形狀和尺寸等。二、壓力及工程壓力計(jì)算壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力必須大于或等于各種沖壓工藝力的總和Fz。Fz的計(jì)算應(yīng)根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)分別對(duì)待，即采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時(shí) 采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁模時(shí) 采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時(shí) 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(jiǎn)單幾何圖形壓力中心的位置(1）對(duì)稱(chēng)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(shí)，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(jì)算模具的壓力中心（見(jiàn)圖2.6.5）。計(jì)算其壓力中心的步驟如下：(1）按比例畫(huà)出每一個(gè)凸模刃口輪廓的位置。(2）在任意位置畫(huà)出坐標(biāo)軸線x，y。坐標(biāo)軸位置選擇適當(dāng)可使計(jì)算簡(jiǎn)化。在選擇坐標(biāo)軸位置時(shí)，應(yīng)盡量把坐標(biāo)原點(diǎn)取在某一刃口輪廓的壓力中心，或使坐標(biāo)軸線盡量多的通過(guò)凸模刃口輪廓的壓力中心，坐標(biāo)原點(diǎn)最好是幾個(gè)凸模刃口輪廓壓力中心的對(duì)稱(chēng)中心。(3）分別計(jì)算凸模刃口輪廓的壓力中心及坐

10、標(biāo)位置和。(4）分別計(jì)算凸模刃口輪廓的沖裁力 或每一個(gè)凸模刃口輪廓的周長(zhǎng)。（5）對(duì)于平行力系，沖裁力的合力等于各力的代數(shù)和。即任務(wù)五：沖裁模的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)一、沖裁模的基本類(lèi)型1、按工序組合程度分1）單工序模是指壓力機(jī)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(shí)完成數(shù)種工序的模具（在壓力機(jī)的一次行程中，在模具的同一位置上同時(shí)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(shí)完成各自工序（是指壓力機(jī)在一次行程中依次在幾個(gè)不同的位置上同時(shí)完成多道工序的沖模）。2）復(fù)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(dǎo)向方式分1）無(wú)導(dǎo)向開(kāi)式模模具本身無(wú)

11、導(dǎo)向裝置，工作時(shí)完全依靠沖床起導(dǎo)向作用。2）有導(dǎo)向模A、導(dǎo)板模 用導(dǎo)板來(lái)保證工作時(shí)凸凹模之間的準(zhǔn)確位置。B、導(dǎo)柱模上下模之間分別裝有導(dǎo)套和導(dǎo)柱，兩種導(dǎo)向零件保證凸凹模工作時(shí)的相對(duì)準(zhǔn)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(dòng)化程度分1）手動(dòng)操作模2）半自動(dòng)模3）自動(dòng)模二、沖裁模的結(jié)構(gòu)組成都是由上模和下模兩個(gè)部分組成。上模固定在壓力機(jī)滑塊上，是活動(dòng)部分，下模通過(guò)下模座固定在壓力機(jī)工作臺(tái)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(jìn)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(lèi)零件中沖箍在凸模上或卡在凹模內(nèi)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(jìn)行。導(dǎo)向零件：保證上、下模的相對(duì)位置，及運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向精度的零件。支撐與固定零件：將各類(lèi)零件固定在上、下模上，并將上、下模連接到壓力機(jī)的滑塊和工作臺(tái)。其他零件：如緊固件、滑塊。三、沖裁模的典型結(jié)構(gòu)（一）單工序模1、落料模1）無(wú)導(dǎo)向單工序落料模1-上模座 2-凸模 3-卸料板 4-導(dǎo)料板 5-凹模 6-下模座 7-定位板特點(diǎn)：安裝調(diào)整麻煩，模具壽命低，沖裁件精度差，操作也不安全。應(yīng)用：適用于精度要求不高，形狀簡(jiǎn)單，批量小或試沖裁件。2）導(dǎo)板式單工序落料模1-模柄 2-止動(dòng)銷(xiāo) 3-上模座 4、8-內(nèi)六

13、角螺釘 5-凸模 6-墊板 7-凸模固定板 9-導(dǎo)板 10-導(dǎo)料板 11-承料板12-螺釘 13-凹模 14-圓柱銷(xiāo)15-下模座16-固定擋料銷(xiāo) 17-止動(dòng)銷(xiāo) 18-限位銷(xiāo) 19-彈簧 20-始用擋料銷(xiāo)3）導(dǎo)柱式單工序落料模1- 螺帽2-導(dǎo)料螺釘 3-擋料銷(xiāo) 4-彈簧 5-凸模固定板 6-銷(xiāo)釘 7-模柄 8-墊板 9-止動(dòng)銷(xiāo) 10-卸料螺釘 11-上模座 12-凸模 13-導(dǎo)套 14-導(dǎo)柱 15-卸料板 16-凹模 17-內(nèi)六角螺釘 18-下模座2、沖孔模1）利用彈性推件銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取料2）導(dǎo)柱式?jīng)_孔模3）導(dǎo)板式側(cè)面沖孔模1-搖臂2-定位銷(xiāo)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(dǎo)板12-銷(xiāo)釘13-壓縮彈簧。（二）復(fù)合模是指在壓力機(jī)的一次行程中在模具的同一個(gè)工位上同時(shí)完成兩道或兩道以上沖裁工序的沖模。特征：有一個(gè)或幾個(gè)具有雙重作用的工作零件凸凹模。優(yōu)點(diǎn):生產(chǎn)率高，沖裁件的內(nèi)孔與外緣相對(duì)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(lèi)：正裝復(fù)合模、倒裝復(fù)合模。三、連續(xù)模是指壓力機(jī)在一次行程中依次在幾個(gè)不同的位置上同時(shí)完成多道工序的沖模。分類(lèi)：用導(dǎo)正銷(xiāo)定距的連續(xù)模、用側(cè)刃定距的連續(xù)模。1、用導(dǎo)正銷(xiāo)定距的連續(xù)模由固定擋料銷(xiāo)控制送料步距作粗定位。由導(dǎo)正銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)精定位。在凸模上：位置與個(gè)數(shù)由沖孔情況決定。在凸模外：位置要求對(duì)稱(chēng)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(dǎo)正銷(xiāo) 6-固定導(dǎo)料銷(xiāo) 7-始用導(dǎo)料銷(xiāo)2、用側(cè)刃定距的連續(xù)模 1）側(cè)刃原理（單側(cè)刃存在的問(wèn)題）采用單側(cè)刃的問(wèn)題在于，當(dāng)沖裁到達(dá)最后一步時(shí)，缺少可靠的定位，造成其后各個(gè)工位加工的失?。豢刹捎秒p側(cè)刃來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。2）雙側(cè)刃原理3）用側(cè)刃定距的連續(xù)模特點(diǎn)在凸模上固定裝上一個(gè)或二個(gè)特殊凸模-側(cè)刃。側(cè)刃斷面的長(zhǎng)度等于送料步距，每次定位后將切除一個(gè)步距的邊緣，用來(lái)下次定位。采用單側(cè)刃，當(dāng)條料沖到最后一件時(shí)，條料的狹邊被沖完，于是條料上不再有凸角，落料時(shí)無(wú)法再定位，末料成廢品。優(yōu)點(diǎn)：操作方便安全，送料速度高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)：模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料

16、有額外消耗，定位精度不高。3、連續(xù)模排樣設(shè)計(jì)1）零件精度對(duì)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(jié)果對(duì)排樣要求:零件較大或較小但工位多采用連續(xù)復(fù)合排樣3）模具強(qiáng)度對(duì)排樣要求:孔距小分布沖工位間凹模壁厚小增設(shè)空工位外形復(fù)雜分布沖4、零件成形規(guī)律對(duì)排樣要求:落料或切斷工序安排在最后工位上對(duì)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(wù)六：沖裁模零部件設(shè)計(jì)一、工作零件1凸模 (1）凸模的結(jié)構(gòu)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(shí)際條件亦不同，所以在實(shí)際生產(chǎn)中使用的凸模結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)有整體式、鑲拼式、階梯式、直通式和帶護(hù)套式等。凸模的固定方法有臺(tái)肩固定、鉚接、螺釘和銷(xiāo)釘固定，粘結(jié)劑澆注法固定等。1）圓形凸模按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，圓形凸模有以下3種 臺(tái)階式的凸模強(qiáng)度剛性較好，裝配修磨方便，其工作部分的尺寸由計(jì)算而得； 與凸模固定板配合部分按過(guò)渡配合（H7/m6或H7/n6）制造； 最大直徑的作用是形成臺(tái)肩，以便固定，保證工作時(shí)凸模不被拉出。2）非圓形凸模 在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的非圓形凸模臺(tái)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(xiāo)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(guò)了對(duì)一般沖孔零件的結(jié)構(gòu)工藝性要求。2凹模 凹模類(lèi)型很多，凹模的外形有圓形和板形；結(jié)構(gòu)有整體式和鑲拼式；刃口也有平刃和斜刃。 (1）凹模外形結(jié)構(gòu)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(xiāo)釘直接固定在支承件上的凹模，這種凹模板已經(jīng)有標(biāo)準(zhǔn)，它與標(biāo)準(zhǔn)固定板、墊板和模座等配合使用。 凹模采用螺釘和銷(xiāo)釘定位固定時(shí)，要保證螺釘（或沉孔）間、螺孔與銷(xiāo)孔間及螺孔、銷(xiāo)孔與凹模刃壁間的距離不能太近，否則會(huì)影響模具壽命。 3凸凹模凸凹模是復(fù)合模中同時(shí)具有落料凸模和沖孔凹模作用的工作零件。它的內(nèi)外緣均為刃口，內(nèi)外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。4凸、凹模的鑲拼結(jié)構(gòu) (1）鑲拼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場(chǎng)合及鑲拼方法 對(duì)于大、中型的凸、凹?；蛐螤顝?fù)雜、局部薄弱的小型凸、凹模，如果采用整體式結(jié)構(gòu)，將給鍛造、機(jī)械加工或熱處理帶來(lái)困難，而且當(dāng)發(fā)生局部損壞時(shí)，就會(huì)造成整個(gè)