模具設(shè)計(jì)與制造課件

1、1 模具設(shè)計(jì)與制造模具設(shè)計(jì)與制造 沖裁模結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)沖裁模結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 導(dǎo)彈五十四營制導(dǎo)發(fā)射連導(dǎo)彈五十四營制導(dǎo)發(fā)射連 孫祖兵孫祖兵 2 3 使板料分離的沖壓工藝稱為沖裁。使板料分離的沖壓工藝稱為沖裁。 沖裁工藝的種類很多，常用的有切斷、落料、沖裁工藝的種類很多，常用的有切斷、落料、 沖孔、切邊、切口、剖切等。沖孔、切邊、切口、剖切等。 沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一。在沖壓沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一。在沖壓 加工中應(yīng)用極廣。它既可以直接沖出成品零加工中應(yīng)用極廣。它既可以直接沖出成品零 件，也可以作為彎曲、拉深和擠壓等其它工件，也可以作為彎曲、拉深和擠壓等其它工 序的坯料，還可以在已成形的工件上

2、進(jìn)行再序的坯料，還可以在已成形的工件上進(jìn)行再 加工（切邊、切口、沖孔等工序）。加工（切邊、切口、沖孔等工序）。 4 要點(diǎn)要點(diǎn): l 沖裁工藝。沖裁工藝。 l 典型沖裁模結(jié)構(gòu)。典型沖裁模結(jié)構(gòu)。 l 沖裁模主要零部件的結(jié)構(gòu)分析與標(biāo)準(zhǔn)沖裁模主要零部件的結(jié)構(gòu)分析與標(biāo)準(zhǔn) 的選用。的選用。 l 沖裁模設(shè)計(jì)要點(diǎn)沖裁模設(shè)計(jì)要點(diǎn) 5 難點(diǎn)：難點(diǎn)： l 沖裁工藝。沖裁工藝。 l 沖裁模設(shè)計(jì)要點(diǎn)。沖裁模設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 6 1 1 沖裁工藝沖裁工藝 11 沖裁基本知識沖裁基本知識 在沖裁工藝中，以落料、沖孔應(yīng)用最多。在沖裁工藝中，以落料、沖孔應(yīng)用最多。 從板從板 料上沖下所需形狀的工件（或毛坯）稱為落料。料上沖下所需形狀

3、的工件（或毛坯）稱為落料。 在工件上沖出所需形狀的孔（沖去的為廢料）稱為在工件上沖出所需形狀的孔（沖去的為廢料）稱為 沖孔。落料和沖孔的變形性質(zhì)完全相同，但在進(jìn)行沖孔。落料和沖孔的變形性質(zhì)完全相同，但在進(jìn)行 模具工作部分設(shè)計(jì)時，要分開加以考慮。模具工作部分設(shè)計(jì)時，要分開加以考慮。 7 11 沖裁基本知識沖裁基本知識 8 11 沖裁基本知識沖裁基本知識 根據(jù)沖裁變形機(jī)理的不同，沖裁工藝可以分為普根據(jù)沖裁變形機(jī)理的不同，沖裁工藝可以分為普 通沖裁和精密沖裁兩大類。通沖裁和精密沖裁兩大類。 普通沖裁普通沖裁: 是由凸、凹模刃口之間產(chǎn)生是由凸、凹模刃口之間產(chǎn)生剪裂縫剪裂縫的形式實(shí)現(xiàn)板的形式實(shí)現(xiàn)板 料分

4、離。料分離。 精密沖裁精密沖裁: 是以是以變形變形的形式實(shí)現(xiàn)板料的分離的形式實(shí)現(xiàn)板料的分離 。 前者沖出的工件斷面比較粗糙，精度較低。后者前者沖出的工件斷面比較粗糙，精度較低。后者 沖出的工件不但斷面比較光潔而且精度也較高，但需沖出的工件不但斷面比較光潔而且精度也較高，但需 要有專門的精沖設(shè)備及精沖模具。要有專門的精沖設(shè)備及精沖模具。 9 12 沖裁過程分析沖裁過程分析 凸模凸模1與凹模與凹模2具有具有 與工件輪廓一樣的與工件輪廓一樣的 刃口。凸、凹模之刃口。凸、凹模之 間存在一定的間隙。間存在一定的間隙。 當(dāng)壓力機(jī)滑塊把凸當(dāng)壓力機(jī)滑塊把凸 模推下時，便將放模推下時，便將放 在凸、凹模中間的在

5、凸、凹模中間的 板料沖裁成所需的板料沖裁成所需的 工件。工件。 10 12 沖裁過程分析沖裁過程分析 當(dāng)模具間隙正常時，金屬板料的沖裁當(dāng)模具間隙正常時，金屬板料的沖裁 變形過程大致可分為三個變形階段變形過程大致可分為三個變形階段. （1）彈性變形階段）彈性變形階段 （2）塑性變形階段）塑性變形階段 （3）剪裂階段）剪裂階段 如下圖如下圖: 11 12 （1）彈性變形階段）彈性變形階段 當(dāng)凸模開始接觸板料并下當(dāng)凸模開始接觸板料并下 壓時，凸模與凹模刃口周圍的壓時，凸模與凹模刃口周圍的 板料產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材板料產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材 料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲、拉伸料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲、拉伸 等復(fù)

6、雜的變形。板料略有擠入等復(fù)雜的變形。板料略有擠入 凹模洞口的現(xiàn)象。此時，凸模凹模洞口的現(xiàn)象。此時，凸模 下的材料略有彎曲，凹模上的下的材料略有彎曲，凹模上的 材料則向上翹。間隙愈大，彎材料則向上翹。間隙愈大，彎 曲和上翹愈嚴(yán)重。隨著凸模繼曲和上翹愈嚴(yán)重。隨著凸模繼 續(xù)壓入，直到材料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)續(xù)壓入，直到材料內(nèi)的應(yīng)力達(dá) 到彈性極限。到彈性極限。 13 （2）塑性變形階段）塑性變形階段 當(dāng)凸模繼續(xù)壓入，板料內(nèi)當(dāng)凸模繼續(xù)壓入，板料內(nèi) 的應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)，板料的應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)，板料 與凸模和凹模的接觸處產(chǎn)與凸模和凹模的接觸處產(chǎn) 生塑性剪切變形。生塑性剪切變形。隨著凸隨著凸 模的下壓，應(yīng)力不斷加大，模的下

7、壓，應(yīng)力不斷加大， 直到分離變形區(qū)的應(yīng)力達(dá)直到分離變形區(qū)的應(yīng)力達(dá) 到抗剪強(qiáng)度，塑性變形階到抗剪強(qiáng)度，塑性變形階 段結(jié)束。段結(jié)束。 14 （3）剪裂階段）剪裂階段 當(dāng)板料的應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度當(dāng)板料的應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度 后，凸模再向下壓，則在板后，凸模再向下壓，則在板 料與凸模和凹模的刃口接觸料與凸模和凹模的刃口接觸 處分別產(chǎn)生裂紋。隨著凸模處分別產(chǎn)生裂紋。隨著凸模 下壓，裂紋逐漸擴(kuò)大并向材下壓，裂紋逐漸擴(kuò)大并向材 料內(nèi)延伸。當(dāng)上、下裂紋重料內(nèi)延伸。當(dāng)上、下裂紋重 合時，板料便被分離。合時，板料便被分離。 凸模再下壓，將已分離的材凸模再下壓，將已分離的材 料克服摩擦阻力從板料中推料克服摩擦阻力從板料中

8、推 出，完成沖裁過程出，完成沖裁過程。 15 12 沖裁過程分析沖裁過程分析 在正常的沖裁工作條件下，由凸模刃口出發(fā)的剪裂縫在正常的沖裁工作條件下，由凸模刃口出發(fā)的剪裂縫 與由凹模刃口出發(fā)的剪裂縫是重合的與由凹模刃口出發(fā)的剪裂縫是重合的。這時可以得到這時可以得到 如圖如圖2.4所示的沖裁件斷面，它具有明顯的四個特征區(qū)。所示的沖裁件斷面，它具有明顯的四個特征區(qū)。 （1 1）圓角帶）圓角帶； （2）光亮帶光亮帶 ； （3）斷裂帶斷裂帶 ； （4）毛刺。毛刺。 16 17 12 沖裁過程分析沖裁過程分析 圓角帶圓角帶1又稱塌角又稱塌角 材料塑性愈好，凸、凹模之間間隙愈大，材料塑性愈好，凸、凹模之間間

9、隙愈大， 形成的塌角也就愈大。形成的塌角也就愈大。 光亮帶光亮帶2 2 光亮帶垂直于底面。材料塑性愈好，凸模光亮帶垂直于底面。材料塑性愈好，凸模 和凹模之間的間隙（圖中和凹模之間的間隙（圖中Z Z2 2為單邊間隙）為單邊間隙） 愈小，光亮帶的高度愈高。愈小，光亮帶的高度愈高。 18 12 沖裁過程分析沖裁過程分析 斷裂帶斷裂帶3 3 斷裂帶表面粗糙，并帶有斜度。凸模和斷裂帶表面粗糙，并帶有斜度。凸模和 凹模的間隙愈大，則斷裂帶高度愈大且凹模的間隙愈大，則斷裂帶高度愈大且 斜度也增大。斜度也增大。毛刺毛刺4 4 burr 4burr 4 緊挨著剪裂帶的邊緣，是由于裂紋緊挨著剪裂帶的邊緣，是由于裂

10、紋 的產(chǎn)生不是正對著凸模和凹模的刃口而的產(chǎn)生不是正對著凸模和凹模的刃口而 是在靠近刃口的側(cè)面。是在靠近刃口的側(cè)面。 19 計(jì)算凸模和凹模尺寸的依據(jù)：計(jì)算凸模和凹模尺寸的依據(jù)： 對于沖孔件的孔，決定與軸類零件配合性質(zhì)對于沖孔件的孔，決定與軸類零件配合性質(zhì) 的是它的最小尺寸，即其光亮柱體部分尺寸；的是它的最小尺寸，即其光亮柱體部分尺寸； 對于落料件，決定與孔類零件配合性質(zhì)的是對于落料件，決定與孔類零件配合性質(zhì)的是 它的最大尺寸，也是它的光亮柱體部分尺寸。它的最大尺寸，也是它的光亮柱體部分尺寸。 于是，可以得出如下重要的關(guān)系式于是，可以得出如下重要的關(guān)系式 : : 落料尺寸落料尺寸 = = 凹模尺寸

11、凹模尺寸 沖孔尺寸沖孔尺寸 = = 凸模尺寸凸模尺寸 20 13 沖裁件的質(zhì)量分析沖裁件的質(zhì)量分析 1 1尺寸精度；尺寸精度； 2 2斷面質(zhì)量；斷面質(zhì)量； 3毛刺毛刺。 21 1尺寸精度尺寸精度 沖裁件的尺寸精度與許多因素有關(guān)，沖裁件的尺寸精度與許多因素有關(guān)， 如沖模的制造精度、材料性質(zhì)、沖裁間如沖模的制造精度、材料性質(zhì)、沖裁間 隙和沖裁件的形狀等。隙和沖裁件的形狀等。 （1 1）沖模的制造精度；）沖模的制造精度； （2 2）材料性質(zhì)；）材料性質(zhì)； （3 3）沖裁間隙；）沖裁間隙； （4 4）沖裁件的形狀。）沖裁件的形狀。 22 （1 1）沖模的制造精度）沖模的制造精度 沖模的制造精度對沖裁件

12、的尺寸精度沖模的制造精度對沖裁件的尺寸精度 有直接影響。沖模的精度愈高，沖裁件有直接影響。沖模的精度愈高，沖裁件 的精度亦愈高。的精度亦愈高。 23 （2 2）材料性質(zhì)）材料性質(zhì) 對于比較軟的材料，彈性變形量較對于比較軟的材料，彈性變形量較 小，沖裁后的回彈值也少，因而零件精小，沖裁后的回彈值也少，因而零件精 度較高。而硬的材料，情況正好與此相度較高。而硬的材料，情況正好與此相 反。反。 24 （3 3）沖裁間隙）沖裁間隙 如間隙過大，對于落料件，其尺寸將會小如間隙過大，對于落料件，其尺寸將會小 于凹模尺寸，對于沖孔件，其尺寸將會大于凸于凹模尺寸，對于沖孔件，其尺寸將會大于凸 模尺寸。模尺寸。

13、 如間隙過小，對于落料件，其尺寸將會大如間隙過小，對于落料件，其尺寸將會大 于凹模尺寸，對于沖孔件，其尺寸將會小于凸于凹模尺寸，對于沖孔件，其尺寸將會小于凸 模尺寸。模尺寸。 25 （4 4）沖裁件的形狀）沖裁件的形狀 沖裁件的形狀越簡單其精度越高。沖裁件的形狀越簡單其精度越高。 26 2 2斷面質(zhì)量斷面質(zhì)量 對于斷面質(zhì)量，起決定作用的是沖裁間隙。對于斷面質(zhì)量，起決定作用的是沖裁間隙。 在具有合理間隙的沖裁條件下裂紋重合。在具有合理間隙的沖裁條件下裂紋重合。 所得沖裁件斷面有一個微小的塌角所得沖裁件斷面有一個微小的塌角，并有并有 正常的既光亮又與板平面垂直的光亮帶，正常的既光亮又與板平面垂直的

14、光亮帶， 其斷裂帶雖然粗糙但比較平坦，雖有斜度其斷裂帶雖然粗糙但比較平坦，雖有斜度 但并不大，所產(chǎn)生的毛刺也是不明顯的。但并不大，所產(chǎn)生的毛刺也是不明顯的。 27 2 2斷面質(zhì)量斷面質(zhì)量 28 2 2斷面質(zhì)量斷面質(zhì)量 當(dāng)間隙過大或過小時，就會使上、下裂紋當(dāng)間隙過大或過小時，就會使上、下裂紋 不能重合。不能重合。 （1 1）間隙過大：）間隙過大： 凸模產(chǎn)生的裂紋相對于凹模產(chǎn)生的裂紋向里移凸模產(chǎn)生的裂紋相對于凹模產(chǎn)生的裂紋向里移 動一個距離。動一個距離。 板料受拉伸、彎曲的作用加大，使剪切斷面塌板料受拉伸、彎曲的作用加大，使剪切斷面塌 角加大，光亮帶的高度縮短，斷裂帶的高度增角加大，光亮帶的高度縮

15、短，斷裂帶的高度增 加，錐度也加大，有明顯的拉斷毛刺，沖裁件加，錐度也加大，有明顯的拉斷毛刺，沖裁件 平面可能產(chǎn)生穹彎現(xiàn)象。平面可能產(chǎn)生穹彎現(xiàn)象。 29 2 2斷面質(zhì)量斷面質(zhì)量 （2 2）間隙過?。海╅g隙過?。?會使凸模產(chǎn)生的裂紋向外移動一個距離。上、會使凸模產(chǎn)生的裂紋向外移動一個距離。上、 下裂紋不重合，產(chǎn)生第二次剪切，由凸模和凹下裂紋不重合，產(chǎn)生第二次剪切，由凸模和凹 模刃口所產(chǎn)生的裂從而在剪切面上形成了略帶模刃口所產(chǎn)生的裂從而在剪切面上形成了略帶 倒錐的第二個光亮帶。在第二個光亮帶下面存倒錐的第二個光亮帶。在第二個光亮帶下面存 在著潛伏的裂紋。由于間隙過小，板料與模具在著潛伏的裂紋。由于

16、間隙過小，板料與模具 的擠壓作用加大，在最后被分離時，沖裁件上的擠壓作用加大，在最后被分離時，沖裁件上 有較尖銳的擠出毛刺。有較尖銳的擠出毛刺。 30 3毛刺毛刺 沖裁過程的分析可知，沖裁件產(chǎn)生微小的毛刺沖裁過程的分析可知，沖裁件產(chǎn)生微小的毛刺 是不可避免的。若產(chǎn)品要求不允許存在微小毛刺，是不可避免的。若產(chǎn)品要求不允許存在微小毛刺， 則在沖裁后應(yīng)增加去除毛刺的輔助工序。正常沖裁則在沖裁后應(yīng)增加去除毛刺的輔助工序。正常沖裁 中允許的毛刺高度見表中允許的毛刺高度見表2.2。 31 3毛刺毛刺 若沖裁過程不正常，毛刺就會明顯增大，這是不允若沖裁過程不正常，毛刺就會明顯增大，這是不允 許的。產(chǎn)生毛刺的

17、原因主要有兩個，其一是沖裁間許的。產(chǎn)生毛刺的原因主要有兩個，其一是沖裁間 隙不合理。隙不合理。 （1 1）間隙過大，會產(chǎn)生明顯的拉斷毛刺。）間隙過大，會產(chǎn)生明顯的拉斷毛刺。 （2 2）間隙過小，會產(chǎn)生尖銳的擠出毛刺。）間隙過小，會產(chǎn)生尖銳的擠出毛刺。 32 3毛刺毛刺 產(chǎn)生毛刺的原因其二是凸?；虬寄Ｄモg后，其刃口產(chǎn)生毛刺的原因其二是凸?；虬寄Ｄモg后，其刃口 處形成圓角，這是產(chǎn)生毛刺的主要原因。處形成圓角，這是產(chǎn)生毛刺的主要原因。 當(dāng)凸模和凹模刃口帶有圓角后，沖裁時材料中就減當(dāng)凸模和凹模刃口帶有圓角后，沖裁時材料中就減 少了應(yīng)力集中現(xiàn)象而增大了變形區(qū)域，產(chǎn)生的裂紋少了應(yīng)力集中現(xiàn)象而增大了變形區(qū)域

18、，產(chǎn)生的裂紋 偏離刃口，凸模和凹模間金屬在剪切斷裂前有很大偏離刃口，凸模和凹模間金屬在剪切斷裂前有很大 的拉伸，這就使沖裁斷面上產(chǎn)生了明顯的毛刺。的拉伸，這就使沖裁斷面上產(chǎn)生了明顯的毛刺。 33 13 沖裁件的質(zhì)量分析沖裁件的質(zhì)量分析 綜上所述用普通沖裁方法所能得到的沖裁件，綜上所述用普通沖裁方法所能得到的沖裁件， 其尺寸精度與斷面質(zhì)量都不太高。金屬沖裁件所能其尺寸精度與斷面質(zhì)量都不太高。金屬沖裁件所能 達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為ITl4 ITl0級，要求高的可達(dá)到級，要求高的可達(dá)到ITl0 IT8級。厚料比薄料更差。若要進(jìn)一步提高沖裁件級。厚料比薄料更差。若要進(jìn)一步提高沖裁件 的質(zhì)量，

19、則要在沖裁后加整修工序或采用精密沖裁的質(zhì)量，則要在沖裁后加整修工序或采用精密沖裁 法。法。 34 14 沖裁間隙沖裁間隙 沖裁間隙是指沖裁凸模和凹模沖裁間隙是指沖裁凸模和凹模 之間工作部分的尺寸之差。如之間工作部分的尺寸之差。如 圖圖2.6所示，所示， Z D凹 凹 一 一D凸 凸 如無特殊說明，沖裁間隙一般如無特殊說明，沖裁間隙一般 是指雙邊間隙。是指雙邊間隙。 35 14 沖裁間隙沖裁間隙 沖裁間隙對沖裁過程有著很大沖裁間隙對沖裁過程有著很大 的影響。甚至可以說間隙對沖的影響。甚至可以說間隙對沖 裁件的質(zhì)量起著決定性的作用。裁件的質(zhì)量起著決定性的作用。 除此以外，間隙對模具壽命也除此以外，

20、間隙對模具壽命也 有較大的影響。如圖有較大的影響。如圖2.7所示是所示是 沖裁時作用于模具刃口部分的沖裁時作用于模具刃口部分的 力。力。 36 14 沖裁間隙沖裁間隙 （1 1）間隙小時：）間隙小時： 沖裁過程的擠壓作用加劇，沖裁力沖裁過程的擠壓作用加劇，沖裁力F與摩擦力與摩擦力F 增大，使刃口所受壓應(yīng)力增大，造成刃口變形與端增大，使刃口所受壓應(yīng)力增大，造成刃口變形與端 面磨損加劇，嚴(yán)重時甚至崩刃。加之過小間隙的二面磨損加劇，嚴(yán)重時甚至崩刃。加之過小間隙的二 次剪切所產(chǎn)生的金屬碎屑因摩擦發(fā)熱粘附在凸模和次剪切所產(chǎn)生的金屬碎屑因摩擦發(fā)熱粘附在凸模和 凹模上又加劇了刃口的磨損。所以，過小間隙會使凹

21、模上又加劇了刃口的磨損。所以，過小間隙會使 模具壽命降低。此外，小間隙還使模具制造的難度模具壽命降低。此外，小間隙還使模具制造的難度 增加。增加。 37 14 沖裁間隙沖裁間隙 由沖裁變形過程的分析可由沖裁變形過程的分析可 知，決定合理間隙值的理知，決定合理間隙值的理 論依據(jù)是應(yīng)保證在塑性剪論依據(jù)是應(yīng)保證在塑性剪 切變形結(jié)束后，由凸模和切變形結(jié)束后，由凸模和 凹模刃口處所產(chǎn)生的上、凹模刃口處所產(chǎn)生的上、 下剪切裂紋重合。如圖下剪切裂紋重合。如圖2.8 所示。所示。 38 14 沖裁間隙沖裁間隙 由圖上的幾何關(guān)系可得：由圖上的幾何關(guān)系可得： Z = 2（t b）tan= 2t（1 b/t） ta

22、n 式中式中 t 板料厚度板料厚度； b/t 產(chǎn)生裂紋時，凸模壓入板料的相對深度產(chǎn)生裂紋時，凸模壓入板料的相對深度 （即光亮帶的相對寬度）；（即光亮帶的相對寬度）； 最大切應(yīng)力方向與垂線間的夾角。最大切應(yīng)力方向與垂線間的夾角。 軟鋼軟鋼 = 5 o 6 o；中硬鋼中硬鋼= 4 o5 o； 硬鋼硬鋼 = 4 o。 39 14 沖裁間隙沖裁間隙 由上式可以看出，合理間隙值取決于由上式可以看出，合理間隙值取決于t、bt、 等三個因素。由于等三個因素。由于值的變化不大，所以，影響合值的變化不大，所以，影響合 理間隙值的大小主要取決于前二個因素，即影響間理間隙值的大小主要取決于前二個因素，即影響間 隙值

23、的主要因素是板料厚度和材料性質(zhì)。隙值的主要因素是板料厚度和材料性質(zhì)。 板料厚度增大，間隙數(shù)值應(yīng)正比地增大。反之板板料厚度增大，間隙數(shù)值應(yīng)正比地增大。反之板 料愈薄則間隙愈小。料愈薄則間隙愈小。 40 14 沖裁間隙沖裁間隙 材料塑性好，光亮帶所占的相對寬度材料塑性好，光亮帶所占的相對寬度bt大，大， 間隙數(shù)值就小。而塑性差的硬材料，間隙數(shù)值就大間隙數(shù)值就小。而塑性差的硬材料，間隙數(shù)值就大 一些。另外，一些。另外，bt還與板料的厚度有關(guān)。對同一種還與板料的厚度有關(guān)。對同一種 材料來說，薄料沖裁的材料來說，薄料沖裁的bt 比厚料沖裁的比厚料沖裁的bt大，大， 因此，薄料沖裁的間隙值更要小一些。因此，薄料沖裁的間隙值更要小一些。 概括地說，板料愈厚，塑性愈差，則間隙愈大；概括地說，板料愈厚，塑性愈差，則間隙愈大； 材料愈薄，塑性愈好，則間隙愈小。材料愈薄，塑性愈好，則間隙愈小。 41 14 沖裁間隙沖裁間隙 在實(shí)際生產(chǎn)中，合理間隙的數(shù)值是由實(shí)驗(yàn)方在實(shí)際生產(chǎn)中，合理間隙的數(shù)值是由實(shí)驗(yàn)方 法所制定的表格來