沖裁模結(jié)構(gòu)分析

1、湖南輕工高級技工學校教 案 本課程名稱： 模具概論 授課教師： 陸 唐 授課班級： 高機電9班 授課時間： 2011年下學期 項 目 一冷沖模具結(jié)構(gòu)分析 項目總課時（32節(jié)）教 案教師姓名陸 唐授課班級高機電9班授課時間授課方式講授項目名稱冷沖模結(jié)構(gòu)分析項目總課時32節(jié)模塊名稱冷沖模具基本概述模塊總課時2節(jié)任務名稱任務課時教學目標知識目標掌握冷沖模的基本概論，理解當前模具行業(yè)的發(fā)展能力目標可以獨立完成模具業(yè)的發(fā)展闡述素質(zhì)目標具有團隊合作精神，對本專業(yè)知識感興趣重 點1、沖模的基本概論2、模具的發(fā)展難 點1、沖模的設計、制造、工程一體化2、全新的模具設計與制造觀念教學方法基于工作過程的案例教學法

2、課外練習1、預習下一章節(jié)的課程內(nèi)容。2、分組討論冷沖模行業(yè)的發(fā)展和職業(yè)定位。教學回顧教學實施與授課主要內(nèi)容第一講 冷沖壓概述一、 沖壓加工概況1. 冷沖壓概念冷沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需沖件的一種壓力加工方法。冷沖壓加工實施條件：壓力機、模具、材料性能冷沖壓加工的性質(zhì)：壓力加工2. 冷沖壓加工的特點優(yōu)點：1）冷沖壓加工屬于少、無廢料加工，省能、低耗、高效所以沖件的成本低。 2）質(zhì)量穩(wěn)定、互換性好。 3）適于加工壁薄、重量輕、形狀復雜、表面質(zhì)量好、剛性好的零件。 4）操作簡單、生產(chǎn)效率高，對操作工人的技術(shù)要求低。缺點：1）生產(chǎn)環(huán)境

3、差、噪音大、危險性高。 2）生產(chǎn)零件精度較低，經(jīng)濟精度等級為IT11IT14。3. 冷沖壓加工的應用：應用廣泛，但要求有一定的批量性。二、沖壓工序的分類1.分離工序分離工序是指坯料在模具刃口作用下，沿一定的輪廓線分離而獲得沖件的加工方法。主要包括落料、沖孔、分離等。2.成形工序成形工序是指坯料在模具壓力作用下，使坯料產(chǎn)生塑性變形，但不產(chǎn)生分離而獲得的具有一定形狀和尺寸的沖件的加工方法。主要有彎曲、拉深、翻邊等。三、壓力機簡介1.壓力機的分類：液壓機機械壓力機：曲柄壓力機、摩擦壓力專用設備：折彎機、彎管機等2.曲柄壓力機基本原理四、沖模簡介1.模具的分類簡單模（單工序模）：級進模（連續(xù)模）：復合

4、模2.模具組成零件簡介工作零件、定位零件、卸料與出件零件、導向零件、支撐、緊固與連接零件。五、沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向1沖壓成形理論及沖壓工藝2. 模具先進制造工藝及設備3. 模具新材料及熱處理、表面技術(shù)4. 模具CAD/CAE/CAM技術(shù)計算機輔助技術(shù)是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，它以計算機軟件的形式為用戶提供了一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員能借助計算機對產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進行設計和優(yōu)化。模具CAD/CAE/CAM能顯著縮短模具設計及制造周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為人們的共識。5. 快速經(jīng)濟制模技術(shù)備 注教 案教師姓名陸 唐授課班級高機電9班授課時間

5、授課方式講授項目名稱冷沖模結(jié)構(gòu)分析項目總課時32節(jié)模塊名稱沖裁模結(jié)構(gòu)分析模塊總課時18節(jié)任務名稱沖裁?；A知識任務課時10節(jié)教學目標知識目標掌握沖裁模的基本結(jié)構(gòu)能力目標可以分組完成一套簡單的沖裁模具結(jié)構(gòu)分析素質(zhì)目標具有團隊合作精神，對本專業(yè)知識感興趣重 點1、沖裁模的結(jié)構(gòu)零件名稱2、沖裁模具的各個零件的作用3、沖裁模的加工過程難 點1、沖裁模各個零件的名稱與作用2、沖裁模具設計教學方法以兩套簡單的沖裁模為案例，分析講解其結(jié)構(gòu)課外練習1、收集各種冷沖件產(chǎn)品。2、簡述冷沖?；竟ぷ髟?。教學回顧教學實施與授課主要內(nèi)容模塊二 沖裁模結(jié)構(gòu)分析本模塊以以下兩個產(chǎn)品為典型案例，首先安排同學們簡單的草繪這個

6、圖，并分小組進行討論采用常規(guī)的做法（車、銑、磨）如何加工出來，而采用冷沖模又是如何做出來。1、完成圖示落料件的模具結(jié)構(gòu)分析。已知：材料10鋼，料厚0.8mm2、完成圖示落料沖孔件的模具結(jié)構(gòu)分析。已知：材料Q235，料厚2mm第二講：學習情景一 沖裁的基本概論一、 沖裁的概念與應用1. 概念沖裁是利用模具使板料沿一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。它包括沖孔、落料、切口、切邊、剖切等多種分離工序。2. 分類根據(jù)變形機理的差異，沖裁可分為普通沖裁和精密沖裁。通常所說的沖裁是指普通沖裁。3. 應用沖裁的應用非常廣泛，它既可直接沖制零件，又可為彎曲、拉深、成形等其他工序制備坯料。二、 沖裁模的分類與

7、組成1.沖裁模的分類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。其常見分類方法見下表。序號分類方法模具名稱模具特點一按工序性質(zhì)分1落料模沿封閉輪廓將沖件與板料分離，沖下來的部分為沖件2沖孔模沿封閉輪廓將沖件與廢料分離，沖下來的部分為廢料3切邊模將沖件多余的邊緣切掉4切口模沿敞開的輪廓將沖件沖出切口，但沖件不完全分離5整修模切除沖裁件的粗糙邊緣，獲得光潔垂直的工件斷面6精沖模利用帶齒的壓料板，在工作時強行壓入材料，造成材料的徑向壓力，通過一次沖壓行程獲得高精度、斷面質(zhì)量好的沖件的模具二按工序的組合程度分1單工序模在一副模具中只能完成一個工序的模具2級進模在

8、一副模具的不同位置上同時完成多道工序3復合模在一副模具的同一位置上同時完成多道工序三按上、下模導向情況分1敞開模模具本身無導向裝置，工作完全靠壓力機及滑塊導軌起作用2導板模用導板來保證沖裁時凸、凹模的準確位置3導柱模上、下模分別裝有導柱、導套，靠其配合精度來保證凸、凹模的準確位置2.沖裁模的組成任何一副沖裁模的基本結(jié)構(gòu)都可看成由上模和下模兩部分組成，都可將其組成零件按用途進行分類。設計模具時，可根據(jù)各類零件的用途和要求，在結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)的設計計算上找到共同的規(guī)律。沖裁模的組成零件按其用途可分為工藝零件與結(jié)構(gòu)零件兩大類。工藝零件直接參與完成沖壓工藝過程，并和坯料直接發(fā)生作用。結(jié)構(gòu)零件不直接參與完

9、成沖壓工藝過程，也不和坯料直接發(fā)生作用，只對模具完成工藝過程起保證作用或?qū)δ＞叩墓δ芷鹜晟谱饔?。根?jù)作用功能的不同，沖裁模零件可細分成工作零件、定位零件、卸料及出件零件、導向零件、固定零件和標準件等六類，如下圖：第三講：學習情景二 沖裁變形分析一、 沖裁變形時板料變形區(qū)受力情況分析右圖是無壓邊裝置的模具對板料進行沖裁時的情形。凸模1與凹模2都是具有與沖件輪廓一樣形狀的鋒利刃口，凸、凹模之間存在一定間隙。當凸模下降至與板料接觸時，板料就受到凸、凹模的作用力，其中：F1、F2為凸、凹模對板料的垂直作用力；F3 、 F4為凸、凹模對板料的側(cè)壓力；F1、F2為凸、凹模端面與板料間的摩擦力，其方向與間隙

10、大小有關(guān)，一般從模具刃口指向外；, F3 、F4為凸、凹模側(cè)面與板料間的摩擦力。從圖中可看出，由于凸、凹模之間存在間隙，F(xiàn) 1、F2不在同一垂直線上，故板料受到彎矩M作用，從而使板料彎曲并從模具表面上翹起，使模具表面和板料的接觸面僅限在刃口附近的狹小區(qū)域。另外，接觸面間相互作用的垂直壓力并不均勻，隨著向模具刃口的逼近而急劇增大，因此，工作零件的刃口部分成為受力最大的易損部位。二、 沖裁時的板料變形過程板料的分離過程是在瞬間完成的。整個沖裁變形分離過程大致可分為三個階段。1. 彈 性 變 形 階段 如右圖a所示，在凸 、凹 模 壓 力 的 作 用 下，使 板 料 產(chǎn) 生 彈 性 壓 縮、拉伸和彎

11、曲等變形。凸模下部略微擠入板料，凹?？诓康牟牧下晕D入凹?？趦?nèi)。凹模上的板料上翹，凸模下的材料拱彎。材料越硬，間隙越大，上翹和拱彎越嚴重。該階段的變形，材料內(nèi)部的應力沒有超過屈服點，所以壓力去掉之后，材料立即恢復原狀。2. 塑性變形階段 當凸模繼續(xù)下壓時，材料內(nèi)的應力達到屈服點，板料進入塑性變形階段，如圖b 所示。材料產(chǎn)生塑性變形的同時，因間隙存在，還伴有彎曲拉伸和側(cè)向擠壓變形。隨著凸模的壓入，材料的變形程度不斷增加，變形區(qū)的材料加工硬化逐漸加劇，變形抗力不斷上升，沖裁力也相應增大，直到應力集中的刃口附近出現(xiàn)剪裂紋。此時塑性變形基本結(jié)束。3.斷裂分離階段 如圖c 、d所示，當凸模繼續(xù)壓入時，金

12、屬板料內(nèi)的應力達到抗剪強度，剪裂紋不斷地向板料內(nèi)部擴展，當上、下裂紋相遇時，則板料被拉斷分離，沖裁變形過程便告結(jié)束。三、沖裁件質(zhì)量及其影響因素沖裁件質(zhì)量是指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。斷面狀況盡可能垂直、光滑、毛刺??；尺寸精度應該保證在圖樣規(guī)定的公差范圍之內(nèi)；零件外形應該滿足圖樣要求：表面盡可能平直，即拱彎小。1. 沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素由于沖裁變形的特點，沖裁件的斷面明顯地分成四個特征區(qū)，即塌角帶、光亮帶、斷裂帶與毛刺區(qū)，如下圖所示，光亮帶越寬，說明斷面質(zhì)量越好。塌角帶a 該區(qū)域的形成是當凸模刃口壓入材料時，刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長變形，材料被拉入間隙的結(jié)果。光亮帶b 該區(qū)域發(fā)生在

13、塑形變形階段，當刃口切入材料后，材料與凸、凹模刃口的側(cè)表面擠壓而形成的光亮垂直的斷面。通常占全斷面的1/2l/3。斷裂帶c 該區(qū)域是在斷裂階段形成。是由刃口附近的微裂紋在拉應力作用下不斷擴展而形成的撕裂面，其斷面粗糙，具有金屬本色，且?guī)в行倍取５谒闹v：學習情景三 沖裁間隙沖裁間隙是指沖裁模中凸、凹模刃口橫向尺寸的差值（見右圖）。雙面間隙用Z表示，單面間隙為Z/2。間隙值對沖裁件質(zhì)量、沖裁力和模具壽命均有很大影響，是沖裁工藝與沖裁模設計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。一、 間隙對沖壓力的影響試驗表明，間隙對沖壓力有明顯的影響，特別是對卸料力的影響更為顯著。隨著間隙的增大，材料所受的拉應力增大，容易斷

14、裂分離，因此沖裁力減??；但若繼續(xù)增大間隙，因裂紋不重合，沖裁力下降緩慢。由于間隙增大，使光亮帶變窄以及材料的彈性變形，使落料件尺寸小于凹?？卓诔叽?，沖孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或頂件力隨之減小。二、 間隙對模具壽命的影響模具壽命分為刃磨壽命和模具總壽命。刃磨壽命是用兩次刃磨之間的合格沖件數(shù)表示?？倝勖怯媚＞呤橹沟目偟暮细駴_件數(shù)表示。模具失效的形式一般有：磨損、變形、崩刃、折斷和漲裂。沖裁過程中模具與材料的接觸壓力隨間隙的減小而增大，這不僅使得模具的磨損速度加快，而且還會引起刃口的壓縮疲勞破壞，使之崩刃。此外，小間隙還會產(chǎn)生凹模脹裂，小凸模折斷，凸、凹模相互啃刃等異常損壞。因

15、此，為了提高模具壽命，一般需要選用較大間隙。若采用小間隙，就必須提高模具硬度、精度，減小模具粗糙度值，提供良好潤滑，以減小磨損。三、 間隙值的確定掌握查表法。作業(yè)：總結(jié)間隙對沖裁的影響。第五講：學習情景四 沖裁模結(jié)構(gòu)分析步驟詳解與實例一、 沖裁工藝性分析沖裁件的工藝性是指沖裁件在沖裁加工中的難易程度。所謂沖裁工藝性好是指能用普通沖裁方法，在模具壽命和生產(chǎn)率較高、成本較低的條件下得到質(zhì)量合格的沖裁件。沖裁工藝性分析的主要目的在于判定沖裁件在沖壓加工中能不能干和好不好干，其主要分析內(nèi)容包括沖件材料分析、結(jié)構(gòu)分析和精度分析。1. 材料分析：沖裁屬于分離工序，其在加工中對材料的要求是材料的硬度不能過高

16、，且具有一定的塑性不能太脆。2. 結(jié)構(gòu)分析：（1） 沖裁件的形狀應盡可能簡單、對稱、有圓角過渡（圖1），以便模具加工，減少熱處理或沖壓時在尖角處開裂的現(xiàn)象。同時也可以防止尖角部位刃口的過快磨損。（2） 沖裁件局部凸出或凹人部分的寬度或深度寬度不宜太小，應避免有窄長的切口和過窄的切槽（圖2），否則會降低模具壽命和沖裁件質(zhì)量。一般情況下，B應不小于1.5；當沖件材料為黃銅、鋁、軟鋼時，Bl. 2；當沖裁件材料為高碳鋼時，B1. 9；當材料厚度=lmm時，按=1計算。切口與槽長L5 B。圖1 沖裁件的圓角 圖2 沖裁件的切口與切槽（3） 沖裁件的孔徑?jīng)_裁件的孔徑太小時，凸模易折斷或壓彎。其最小數(shù)值見

17、書中參考表。圖3 沖裁件的合理孔邊距（4） 沖裁件上孔與孔、孔與邊緣之間的距離不應過小，否則會產(chǎn)生孔與孔間材料的扭曲，或使邊緣材料變形，如圖3所示。復合沖裁時，因模壁過薄而容易破損；分別沖裁時，也會因材料容易被拉人凹模而影響模具壽命。特別是沖裁小孔距的小孔時，經(jīng)常會發(fā)生凸模彎曲變形而卡住模具的現(xiàn)象。當沖孔邊緣與沖件外形邊緣不平行時，邊距a應不小于，平行時a不小于1. 5。（5） 沖裁件尺寸標注沖裁件尺寸的基準應盡可能與其沖壓時的定位基準重合，并選擇在沖裁過程中基本上不變動的面或線上。3. 精度分析沖壓件的精度一般可分為精密級與經(jīng)濟級兩類。精密級是指沖壓工藝在技術(shù)上所允許的最高精度，而經(jīng)濟級是指

18、模具達到最大許可磨損時，其所完成的沖壓加工在技術(shù)上可以實現(xiàn)而在經(jīng)濟上又最合理的精度，即所謂經(jīng)濟精度。為降低沖壓成本，獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟效果，在不影響沖壓件使用要求的前提下，應盡量采用經(jīng)濟精度。若沖裁件有較高的尺寸精度和斷面質(zhì)量要求，則宜采用精密沖裁或整修工藝達到。二、 沖壓工藝方案的確定在沖裁工藝性分析的基礎上，根據(jù)沖件的特點確定沖裁工藝方案。確定工藝方案首先要考慮的問題是確定沖裁的工序數(shù)，沖裁工序的組合以及沖裁工序順序的安排。1.沖裁工序的組合 沖裁工序可分為單工序沖裁、復合工序沖裁和連續(xù)沖裁。組合沖裁工序比單工序沖裁生產(chǎn)效率高，加工的精度等級高。沖裁方式確定時主要考慮的因素包括：（1）生產(chǎn)

19、批量 一般來說小批量與試制生產(chǎn)采用單工序沖裁，中批量和大批量生產(chǎn)采用復合沖裁或連續(xù)沖裁。（2）沖裁件尺寸和精度等級 復合沖裁所得到的沖裁件尺寸精度等級高，避免了多次單工序沖裁的定位誤差，并且在沖裁過程中可以進行壓料，沖裁件較平整。連續(xù)沖裁比復合沖裁的沖裁件尺寸精度等級低。（3）沖裁件尺寸形狀 沖裁件的尺寸較小時，考慮到單工序送料不方便和生產(chǎn)效率低，常采用復合沖裁或連續(xù)沖裁。對于尺寸中等的沖裁件，由于制造多副單工序模具的費用比復合模昂貴，則采用復合沖裁；當沖裁件上孔與孔之間或孔與邊緣之間的距離過小時，不宜采用復合沖裁或單工序沖裁，宜采用連續(xù)沖裁。所以連續(xù)沖裁可以加工形狀復雜、寬度很小的異形沖裁件

20、，且可沖裁的材料厚度比復合沖裁時要厚，但連續(xù)沖裁受壓力機臺面尺寸與工序數(shù)的限制，沖裁件尺寸不宜太大。（4）模具的制造、安裝、調(diào)整及成本 對復雜形狀的沖裁件來說，采用復合沖裁比采用連續(xù)沖裁較為適宜，因為模具制造安裝調(diào)整較容易，且成本較低。（5）操作是否方便與安全 復合沖裁出件或清除廢料較困難，工作安全性較差，連續(xù)沖裁較安全。第六講：模具結(jié)構(gòu)類型的最終確定需綜合分析上述影響因素，普通沖裁模的對比關(guān)系見下表。普通沖裁模的對比關(guān)系 模具種類比較項目單工序模級進模復合模無導向的有導向的沖壓精度低一般IT13IT10IT10IT8零件平整程度差一般不平整、高質(zhì)量件需較平因壓料較好，零件平整零件最大尺寸和材料厚度尺寸、厚度不受限制中小型尺寸、厚度較厚尺寸在250mm以尺寸在300mm以下，厚度在0.053mm之間沖壓生產(chǎn)率低較低工序間自動送料生產(chǎn)效率較高沖件留在工作面上使用高速自動壓力機的可能性不能使用可以使用可在高速壓力機上工作操作時出件困難多排沖壓法的應用廣泛用于尺寸較小的