沖裁工藝與模具設計2-1

內容簡介：

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量影響因素的基礎上，介紹沖裁工藝計算、工藝方案制定和沖裁模設計。涉及沖裁變形過程分析、沖裁件質量及影響因素、間隙確定、刃口尺寸計算原則和方法、排樣設計、沖裁力與壓力中心計算、沖裁工藝性分析與工藝方案制定、沖裁典型結構、零部件設計及模具標準應用、沖裁模設計方法與步驟等。

第二章沖裁工藝與模具設計11．了解沖裁變形規(guī)律、沖裁件質量及影響因素；2．掌握沖裁模間隙確定、刃口尺寸計算、排樣設計、沖裁力計算等設計計算方法。3．掌握沖裁工藝性分析與工藝設計方法；4．認識沖裁模典型結構（尤其是級進模和復合模）及特點，了解模具標準，掌握模具零部件設計及模具標準應用方法；5．掌握沖裁工藝與沖裁模設計的方法和步驟。學習目的與要求：第二章沖裁工藝與模具設計21．沖裁變形規(guī)律及沖裁件質量影響因素；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．沖裁模典型結構及特點；5．沖裁模結構設計及模具標準應用；6．沖裁工藝與沖裁模設計的方法和步驟。重點：難點：1．沖裁變形規(guī)律及沖裁件質量影響因素；2．刃口尺寸計算原則和方法；3．模具結構設計及模具標準應用；4．沖裁工藝與沖裁模設計的方法和步驟。

第二章沖裁工藝與模具設計3第一節(jié)沖裁過程分析第二章沖裁工藝與模具設計分類: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4第一節(jié)沖裁過程分析

第二章沖裁工藝與模具設計一、沖裁變形時板材變形區(qū)受力情況分析四對力

沖裁時作用于板料上的力

1-凸模

2-板材

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計，控制沖裁件質量。凸、凹模間隙存在，產生彎矩。

5第一節(jié)沖裁過程分析1.剪切區(qū)力態(tài)分析A當凸模下降至與板料接觸時，板料就受到凸凹模端面的作用力。B由于凸凹模之間存在間隙，使凸凹模施加于板料上的力產生一個力矩M，其值等于凸凹模作用的合力與稍大于間隙的力臂α的乘積。6第二章沖裁工藝與沖裁模設計第一節(jié)沖裁過程分析C力矩使材料產生彎曲，故模具與板料僅在刃口附近的狹小區(qū)域內保持接觸，因此，凸、凹模作用于板料的垂直壓力呈不均勻分布，隨著向模具刃口靠近而急劇增大。D沖裁時，由于板料彎曲的影響，其剪切區(qū)的應力狀態(tài)是復雜的，且與變形過程有關。E從應力狀態(tài)可看出，凸模與凹模端面的靜水壓應力高于側面的，且凸模刃口附近的靜水壓應力又比凹模刃口附近的高。7第二章沖裁工藝與沖裁模設計第一節(jié)沖裁過程分析2.沖裁過程沖裁既是分離工序，工件受力時必然從彈、塑性變形開始，以斷裂告終。塑性變形從刃口開始，隨著切刃的深入，變形區(qū)向板料的深度方向發(fā)展、擴大，直到在板料的整個厚度方向上產生塑性變形，板料的一部分相對于另一部分移動。力矩M將板料壓向切刃的側面，故切刃相對于板料移動時，這些力將表面壓平，在切口表面上形成光亮帶。當切刃附近材料各層中達到極限應變與應力值時，便產生微裂，裂紋產生后，沿最大剪應變速度方向發(fā)展，直至上、下裂紋會合，板料就完全分離。8第二章沖裁工藝與沖裁模設計第一節(jié)沖裁過程分析3.裂紋的形成與發(fā)展由應力狀態(tài)分析中得知，凸、凹模刃口側面的靜水壓力低于端面靜水壓力，且凹模刃口側面的靜水壓力最低，所以首先在凹模刃口側面處板料中產生裂紋，繼而才在凸模刃口側面處產生裂紋。裂紋產生后先向廢料側（指落料）發(fā)展，主裂紋暫停發(fā)展，然后裂紋前端附近依次重新產生微小裂紋，微小裂紋的根部匯成主裂紋，直到主裂紋成長到凸模側產生的裂紋會合而使板料斷裂，微裂紋與主裂紋的方向是逐漸由廢料側轉向成品側的。沖裁時由于刃口附近應變與應力集中，加上拉應力的作用造成了裂紋的產生與擴展，裂紋產生后大致沿最大剪應變速度方向發(fā)展。9第二章沖裁工藝與沖裁模設計第一節(jié)沖裁過程分析4.剪切端面分析沖出的工件斷面明顯地分成三個特征區(qū)：圓角帶(5%t)、光亮帶（t/3）、斷裂帶（62%t）及毛刺區(qū)（5~10%t）。圓角帶是沖裁中刃口剛壓入材料時，刃口附近材料產生彎曲和伸長變形的結果，軟材料比硬材料的圓角大。其影響因素：材料性質、工件輪廓形狀和凸凹模間隙等。光亮帶是材料塑性變形時，在毛坯一部分相對于另一部分移動過程中，模具側壓力將毛坯壓平而形成的光亮垂直的斷面。其影響因素：10第二章沖裁工藝與模具設計第一節(jié)沖裁過程分析材料性質、凸凹模間隙及模具刃口磨損程度等加工條件有關。斷裂帶是由刃口處的微裂紋在拉應力的作用下不斷擴展而形成的撕裂面，斷面粗糙且有斜度。要想提高沖裁件斷面的光潔程度與尺寸精度，可通過增加光亮帶的高度或采用整修工序來實現(xiàn)。增加光亮帶高度的關鍵是延長塑性變形階段，推遲裂紋的產生。這可通過增加金屬的塑性和減少刃口附近的變形與應力集中來實現(xiàn)。11第二章沖裁工藝與模具設計間隙正常、刃口鋒利情況下，沖裁變形過程可分為三個階段：第二章沖裁工藝與模具設計第一節(jié)沖裁過程分析1．彈性變形階段變形區(qū)內部材料應力小于屈服應力。2．塑性變形階段變形區(qū)內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)內部材料應力大于強度極限。裂紋首先產生在凹模刃口附近的側面凸模刃口附近的側面上、下裂紋擴展相遇材料分離12第二節(jié)影響沖裁件質量的因素沖裁件質量：第二章沖裁工藝與模具設計指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。13斷面狀況：垂直、光潔、毛刺小尺寸精度：圖紙規(guī)定的公差范圍內形狀誤差：外形滿足圖紙要求；表面平直，即拱彎小第二節(jié)影響沖裁件質量的因素第二章沖裁工藝與模具設計1、沖裁件斷面質量及其影響因素斷面特征：圓角帶a：刃口附近的材料產生彎曲和伸長變形。光亮帶b：塑性剪切變形。質量最好的區(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。14第二節(jié)影響沖裁件質量的因素1.沖裁件斷面質量影響因素(１)材料性能的影響(２)模具間隙的影響間隙小，出現(xiàn)二次剪裂，產生第二光亮帶間隙大，出現(xiàn)二次拉裂，產生二個斜度15沖裁件斷面質量及其影響因素第二章沖裁工藝與模具設計(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生毛刺；當凹模刃口磨鈍時，則會在沖孔件的孔口下端產生毛刺；當凸、凹模刃口同時磨鈍時，則沖裁件上、下端都會產生毛刺。16第二節(jié)影響沖裁件質量的因素沖裁件斷面質量及其影響因素第二章沖裁工藝與模具設計第二節(jié)影響沖裁件質量的因素2.沖裁件尺寸精度及其影響因素沖裁件的尺寸精度：指沖裁件的實際尺寸與圖紙上基本尺寸之差。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。

影響因素：（1）沖模的制造精度（零件加工和裝配）；（2）材料的性質；（3）沖裁間隙。

17沖裁件斷面質量及其影響因素第二章沖裁工藝與模具設計3．沖裁件形狀誤差及其影響因素沖裁件的形狀誤差：指翹曲、扭曲、變形等缺陷。翹曲：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，因脹形而產生的。18第二節(jié)影響沖裁件質量的因素沖裁件斷面質量及其影響因素第二章沖裁工藝與模具設計第二章沖裁工藝與模具設計墊圈的落料與沖孔

a)落料

b)沖孔

19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