第2单元 冲裁工艺与冲裁模具设计.docx
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第2单元冲裁工艺与冲裁模具设计
第2单元冲裁工艺与冲裁模具设计
教学课题
冲裁工艺及模具
计划
课时
10
教学目标
1.掌握冲裁模设计基础;
2.了解冲裁模设计应用。
教学重点
冲裁模设计基础。
教学难点
冲裁模设计基础。
教学方法
采用实际问题讲解,以常用实物分析,达到教学目的
教学手段
通过课件多媒体教学
本讲主题
1.冲裁模设计基础;
2.冲裁模设计应用。
教
学
过
程
环节
方式
教学内容
所用时间
一
以实例垫片引入
二
提出问题
如果要你制作一个或几个垫片,你通常会想到哪些方法?
如果要求你制作一匹垫片,通常用什么方法?
本讲的问题提出:
1.冲裁变形原理
2.冲裁件的质量分析
3.冲裁工艺分析
4.冲裁模的分类
5.排样
6.计算冲压力
7.冲压设备的选择
8.确定模具压力中心
9.冲裁模刃口尺寸计算
10.凸模、凹模的结构设计
11.定位零件
12.导向零件
13.卸料与顶件装置
14.连接与固定零件
三
提出要求
1.掌握冲裁变形原理;
2.掌握排样、计算冲压力;
3.掌握冲裁模刃口尺寸计算;
4.其它仅作了解。
四
分析解答问题
(一)冲裁变形原理
如下图所示是金属板料的冲裁变形过程。
变形过程大致可分为三个阶段。
(a)弹性变形阶段
(b)塑性变形阶段
(c)分离阶段
(a)弹性变形阶段(b)塑性变形阶段(c)分离阶段
1、弹性变形阶段
变形区内部材料应力小于屈服应力
2、塑性变形阶段
变形区内部材料应力大于屈服应力。
凸、凹模间隙存在,变形复杂,并非纯塑性剪切变形,还伴随有弯曲、拉伸,凸、凹模有压缩等变形。
3、分离阶段
变形区内部材料应力大于强度极限。
裂纹首先产生在凹模刃口附近的侧面→凸模刃口附近的侧面→上、下裂纹扩展相遇→材料分离
冲裁件断面特征:
圆角带:
塑性剪切变形。
质量最好的区域。
光亮带:
塑性剪切变形。
质量最好的区域。
断裂带:
裂纹形成及扩展。
毛刺区:
间隙存在,裂纹产生不在刃尖,毛刺不可避免。
此外,间隙不正常、刃口不锋利,还会加大毛刺。
(二)冲裁件的质量分析
冲裁件质量:
指断面状况、尺寸精度和形状误差。
断面状况:
垂直、光洁、毛刺小。
冲裁间隙对于断面质量起决定性的作用。
在具有合理间隙的冲裁条件下,冲裁件所产生的初始裂纹将重合,可得正常的冲裁件断面质量。
尺寸精度:
图纸规定的公差范围内。
冲裁件的形状尺寸精度在很大程度上取决于冲模的制造精度。
冲模的精度愈高,冲裁件的精度愈高。
形状误差:
外形满足图纸要求;表面平直,即拱弯小。
(三)冲裁工艺分析
1.冲裁件的形状和尺寸要求
(1)冲裁件的形状应尽可能简单、对称。
(2)冲裁件的凸出悬臂和凹槽的宽度不宜太小,以免凸模折断,其合理值见表2.1。
(3)冲裁件的外形或内形的转角处,要避免尖角出现。
(4)冲孔时,由于受到冲孔凸模强度的限制,孔的尺寸不宜过小。
冲孔的孔径尺寸与孔的形状、材料的机械性能、材料厚度等有关,
(5)冲裁件的孔与孔之间,孔与边缘之间的距离不应过小,否则模具的强度和冲裁件的质量不能保证,
(6)在弯曲件或拉深件上冲孔时,为了避免冲孔时使凸模受水平推力而折断,其孔边与制件直壁间应保持一定的距离,
2.冲裁件的精度与断面粗糙度
(1)冲裁件的经济精度一般不高于IT11级,最高可达IT8~IT10级,冲孔比落料的精度约高1级。
冲裁件的尺寸公差、孔中心距的公差及孔对外缘轮廓的偏移公差分别见表2.6~表2.8。
(2)冲裁件的断面粗糙度一般为最高可达高
表2.6冲裁件内外形所能达到的经济精度
基本尺寸/mm
材料厚度t/mm
≤3
3~6
6~10
10~18
18~500
≤1
IT12~IT13
IT11
1~2
IT14
IT12~IT13
IT11
2~3
IT14
IT12~IT13
3~5
-
IT14
IT12~IT13
表2.7两孔中心距公差
材料厚度t/mm
一般精度
较高精度
孔距基本尺寸/mm
≤50
50~150
150~300
≤50
50~150
150~300
≤1
1~2
2~4
4~6
±1.00
±0.12
±0.15
±0.20
±0.15
±0.20
±0.25
±0.30
±0.20
±0.30
±0.35
±0.40
±0.03
±0.04
±0.06
±0.08
±0.05
±0.06
±0.08
±0.10
±0.08
±0.10
±0.12
±0.15
表2.8孔中心与边缘距离尺寸公差
材料厚度t/mm
孔中心与边缘距离/mm
≤50
50~120
120~220
220~360
≤2
2~4
>4
±0.5
±0.6
±0.7
±0.6
±0.7
±0.8
±0.7
±0.8
±1.0
±0.8
±1.0
±1.2
(四)冲裁模的分类
(1)按工序的性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、剖切模、切边模等。
(2)按工序的组合方式可分为单工序的简单模和多工序的连续模、复合模以及连续复合模。
(3)按模具上、下模的导向方式可分为无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、滚珠导柱模、滚柱导柱模等。
(4)按控制送料步距的方法可分为固定挡料销式、活动挡料销式、自动挡料销式、导正销式、侧刃式等。
(5)按凸、凹模的材料可分为碳素工具钢冲模、合金工具钢冲模、硬质合金冲模、锌基合金冲模、橡皮冲模、聚氨酯橡胶冲模等。
(6)按凸、凹模的结构形式可分为整体模与拼块模。
(7)按凸、凹模的位置形式可分为正装模和倒装模。
(8)按模具的卸料方法可分为刚性卸料模和弹性卸料模。
(五)排样
1.排样的方式
几种常见的排样方式见表2.10。
2.材料的利用率
排样时,在保证制件质量的前提下,主要考虑如何提高材料的利用率。
材料利用率的计算公式如下:
一个进距的材料利用率的计算见式(2.1):
3.搭边
排样时制件之间,以及制件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。
搭边的作用是补偿条料的定位误差,保证冲出合格的制件。
搭边还可以保持条料有—定的刚度,便于送料。
表2.10排样方式
(六)计算冲压力
1.冲裁力的计算
采用平刃口凸模和凹模冲裁时,其冲裁力的计算见式(2.3)。
2.卸料力、推件力和顶件力的计算如图2.5所示
影响卸料力、推件力和顶件力的因素很多,主要有材料的机械性能、材料厚度、冲裁间隙、制件结构形状和尺寸以及润滑情况等。
在生产中,都是采用简单的经验公式来计算:
3.冲裁工艺力的计算
图2.5卸料力、推件力和顶件力
(七)冲压设备的选择
1.冲压设备类型的选择
根据所要完成的冲压工艺的性质,生产批量的大小,冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。
2.冲压设备规格的确定
在冲压设备的类型选定之后,应该进一步根据冲压件的尺寸、模具的尺寸和冲压力来确定设备的规格。
(八)确定模具压力中心
对称形状制件冲模的压力中心,位于制件轮廓图形的几何中心上,非对称制件的冲模以及多凸模、连续模的压力中心可用解析法予以确定。
解析法采用空间平行力系的合力作用线的求解方法,根据“合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之和”的合力矩定理求得。
图2.6所示制件压力中心的计算步骤如下略
(九)冲裁模刃口尺寸计算
1.尺寸计算原则
生产实践证明:
由于凸、凹模之间存在着间隙,使落下的料或冲出的孔都带有锥度,落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸,冲孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸。
如图2.7所示。
2.刃口尺寸计算方法
根据上述原则,就可确定凸、凹模的刃口尺寸及公差。
但由于模具的加工和测量方法不同,在进行具体计算与尺寸公差标注时,其方法也不同,通常按下述方法进行。
略
3.冲裁间隙
冲裁间隙是指冲裁凸、凹模之间工作部分的尺寸之差。
如无特别说明,冲裁间隙即指双边间隙。
图2.7刃口尺寸与冲件尺寸的关系
(十)凸模、凹模的结构设计
1.凸模设计
凸模又称冲头,是冲模的关键零件之一,凸模本身按其作用又可分为工作部分(即刃口)和固定部分,如图2.13所示。
2.凹模设计
3.凸凹模
4.镶拼式凸模与凹模
图2.13凸模
(十一)定位零件
1.挡料销
挡料销的定位面抵住条料的前搭边或制件内廓的前(后)面,使条料送进步距准确。
2.导正钉
导正钉亦叫导正销,在连续模中安装在落料凸模上。
落料前由于它先插入已冲出的内孔中而获得制件良好的内孔定位,这时冲模上安装的固定挡料销,仅对条料起粗略定位的作用。
3.侧刃
在连续模中若采用导正钉精确定位有困难时,可改用侧刃定位。
侧刃定位主要用于板料厚度小于0.5mm精密零件或脆性材料的冲裁定位。
这种结构的定位元件的特点是步距定位精度高,操作方便,生产效率高,缺点是造成一定的板料消耗和增大冲裁力。
4.导尺
导尺有分离式和整体式,如图2.21所示
图2.21导尺
(十二)导向零件
1.导板
在导板模中,以导板对凸模导向,此时导板又兼作卸料板之用。
导板的厚度可取凹模厚度的0.8~1倍,长宽尺寸与凹模相同。
导板用材料为Q235A或45钢。
2.导柱、导套
(1)滑动导柱、导套
(2)滚动导柱、导套
滚动导向装置的导向是由无间隙的纯滚动副来实现的,因而与滑动式导向装置相比,其导向精度高、摩擦力小、发热量小,但刚度差,因而使用范围受到一定限制。
如图2.24所示。
图2.24滚动导向装置
(十三)卸料与顶件装置
1.卸料与顶件装置的型式
2.推(顶)件装置
推(顶)件装置多在复合模中采用,通过它的动作将卡在凹模内的制件或废料推(顶)出来。
其结构如图2.25所示。
3.卸料机构中关系冲裁的计算
4.弹性元件的选用与计算
图2.27打杆的长度
(十四)连接与固定零件
1.模柄
2.上模板和下模座
它们是冲模全部零件安装的基体,又承受和传递冲压力,因此它要具有足够的强度、刚度和足够大的外形尺寸。
上、下模板(座)有带导柱和不带导柱两种。
常用标准模架的型式,如图2.29所示
图2.29常用标准模架
布置
作业
1.材料的强度判据有哪些?
2.材料的塑性判据有哪些?
3.如何计算材料的σs,σb,δ和ψ?
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- 第2单元 冲裁工艺与冲裁模具设计 单元 工艺 模具设计