沖壓工藝與模具設計-第2章--沖裁(共47頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上第2章 沖 裁從表1.1可見，分離工序(廣義沖裁)包括落料、沖孔、切斷、切邊、剖切、切口、整修等，其中沖裁(落料、沖孔)應用最多。生產實際中往往對沖裁與廣義沖裁不加區(qū)分。沖裁得到的制件可以是最終零件，也可以作為彎曲、拉深、成形等其他工序的坯料/工序件/半成品。2.1 沖裁變形過程如圖2.1所示，沖裁需要用到的凸模1(實體)與凹模2(型孔)工作部分(刃口)的水平投影輪廓按所需制件輪廓形狀制造，但尺寸有微小差別(需要一定間隙)。當壓力機滑塊把凸模推下時，板料就受到凸-凹模的剪切作用而沿一定的輪廓互相分離。(a) (b)圖2.1 普通沖裁示意圖1凸模；2凹模2.1.1 沖裁

2、變形的3個階段板料的分離是瞬間完成的，沖裁變形過程大致可分成3個階段(如圖2.2所示)。(1)彈性變形階段(如圖2.2(a)所示)當凸模開始接觸板料并下壓時，板料發(fā)生彈性壓縮和彎曲。板料略有擠入凹模洞口的現象。此時，以凹模刃口輪廓為界，輪廓內的板料向下彎拱，輪廓外的板料則上翹。凸-凹模間隙愈大，彎拱和上翹愈嚴重。隨著凸模繼續(xù)下壓，直到材料內的應力達到彈性極限，彈性變形階段結束，進入塑性變形階段。(2)塑性變形階段(如圖2.2(b)所示) 當板料的應力達到屈服點，板料進入塑性變形階段。凸模切入板料，板料被擠入凹模洞口。在剪切面的邊緣，由于凸凹模間隙存在而引起的彎曲和拉伸作用，形成塌角面，同時由于

3、剪切變形，在切斷面上形成光亮且與板面垂直的斷面。隨著凸模的繼續(xù)下壓，應力不斷加大，直到應力達到板料抗剪強度，塑性變形階段結束。(3)斷裂分離階段(如圖2.2(c)所示)當板料的應力達到抗剪強度后，凸模繼續(xù)下壓，凸、凹模刃口附近產生微裂紋不斷向板料內部擴展。當上下裂紋重合時，板料便實現了分離。由于拉斷結果，斷面上形成一個粗糙的區(qū)域。凸模繼續(xù)下行，已分離的材料克服摩擦阻力，從板料中推出，完成整個沖裁過程。圖2.2 沖裁時板料的變形過程2.1.2 沖裁變形區(qū)及受力由上述沖裁變形過程的分析可知，沖裁過程的變形是很復雜的。沖裁變形是在以凸、凹模刃口連線為中心而形成的紡錘形區(qū)域為最大(如圖2.3(a)所示

4、)，即從模具刃口向板料中心變形區(qū)逐步擴大。凸模擠入材料一定深度后，變形區(qū)域也同樣按紡錘形區(qū)域來考慮，但變形區(qū)被此前已變形并加工硬化的區(qū)域所包圍(如圖2.3(b)所示)。其變形性質是以塑性剪切變形為主，還伴隨有拉伸、彎曲與橫向擠壓等變形。圖2.3 沖裁變形區(qū)1凸模；2壓料板；3板料；4凹模；5紡錘形區(qū)域；6已變形區(qū)無壓邊裝置的沖裁過程中板料所受外力如圖2.4所示。其中：P1，P2凸、凹模對板料的垂直作用力；P3，P4凸、凹模對板料的側壓力；P1，P2凸、凹模端面與板料間的摩擦力，其方向與間隙大小有關，一般在間隙合理或偏小的情況下指向模具的刃口；P3，P4凸、凹模側面與板料間的摩擦力。由圖2.4可

5、知，板料由于受到模具表面的力偶作用而彎曲上翹，使模具表面和板料的接觸面僅局限在刃口附近的狹小區(qū)域，接觸面寬度約為板厚的0.20.4倍。且此垂直壓力的分布并不均勻，隨著向模具刃口的逼近而急劇增大。由于沖裁時板料彎曲的影響，其變形區(qū)的應力狀態(tài)是復雜的，且與變形過程有關。圖2.5為無壓邊裝置沖裁過程中塑性變形階段變形區(qū)的應力狀態(tài)，其中：圖2.4 沖裁時作用于板料上的力圖2.5 沖裁應力狀態(tài)圖1凹模；2板料；3凸模A點(凸模側面)為板料彎曲與凸模側壓力引起的徑向壓應力，切向應力為板料彎曲引起的壓應力與側壓力引起的拉應力的合成應力，為凸模下壓引起的軸向拉應力。B點(凸模端面)凸模下壓及板料彎曲引起的三向

6、壓應力。C點(切割區(qū)中部)為板料受拉伸而產生的拉應力，為板料受擠壓而產生的壓應力。D點(凹模端面)，分別為板料彎曲引起的徑向拉應力和切向拉應力，為凹模擠壓板料產生的軸向壓應力。E點(凹模側面)，為板料彎曲引起的拉應力與凹模側壓力引起的壓應力的合成應力，該合成應力是拉應力還是壓應力與間隙大小有關，一般為拉應力；為凸模下壓引起的軸向拉應力。2.1.3 沖裁斷面的4個特征區(qū)由于沖裁變形的特點，沖裁斷面可明顯分成4個特征區(qū)，即塌角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺(如圖2.6所示)。塌角帶產生在板料不與凸模或凹模相接觸的一面，是由于板料受彎曲、拉伸作用而形成的。材料塑性愈好、凸-凹模之間間隙愈大，形成的塌角也愈

7、大。光亮帶是由于板料塑性剪切變形所形成的。光亮帶表面光潔且垂直于板平面。凸-凹模之間的間隙愈小、材料塑性愈好，所形成的光亮帶高度愈高。斷裂帶是由沖裁時所產生的裂紋擴張形成的。斷裂帶表面粗糙，并帶有3°6°的斜度。材料塑性愈差、凸-凹模之間間隙愈大則斷裂帶高度愈高，斜度愈大。毛刺的形成是由于板料塑性變形階段后期在凸模和凹模刃口附近產生裂紋，由于刃口正面材料被壓縮，刃尖部分為高靜水壓應力狀態(tài)，使裂紋的起點不會在刃尖處發(fā)生，而會在刃口側面距刃尖不遠的地方產生，裂紋的產生點和刃尖的距離成為毛刺的高度。刃尖磨損，刃尖部分高靜水壓應力區(qū)域范圍變大，裂紋產生點和刃尖的距離也變大，毛刺高度

8、必然增大，所以普通沖裁產生毛刺是不可避免的。如圖2.7所示。圖2.6 沖裁件的斷面狀況圖2.7 刃口磨損對裂紋產生點的影響1毛刺；2斷裂帶；3光亮帶；4塌角帶綜上所述，沖裁件的斷面不是很整齊的，僅光亮帶一段是柱體。若忽略彈性變形的影響，則孔的光亮帶柱體尺寸約等于凸模尺寸，而落料件光亮帶的柱體尺寸約等于凹模尺寸，由此可得出以下重要的關系式：落料尺寸 = 凹模尺寸沖孔尺寸 = 凸模尺寸這是計算凸、凹模刃口尺寸的重要依據。2.2 沖裁件的質量分析及控制衡量沖裁件的質量主要有4個方面尺寸精度、形狀誤差、斷面質量和毛刺高度。2.2.1 尺寸精度沖裁件的尺寸精度與許多因素有關，如沖模的制造精度、材料性質、

9、模具結構、沖裁間隙和沖裁件形狀等。1. 沖模的制造精度可以說，沖裁件的尺寸精度直接由沖模的制造精度所決定。沖模精度愈高沖裁件尺寸精度愈高。一般情況下，沖裁件所能達到的精度比沖模精度低13級。模具制造精度與沖裁件精度的關系見表2.1。表2.1 沖裁件的精度沖模制造精度板料厚度t/mm0.50.81.01.5234568IT6IT7IT8IT8IT9IT10IT10IT7IT8IT9IT10IT10IT12IT12IT12IT9IT12IT12IT12IT12IT12IT14IT142. 材料性質及模具結構由于沖裁過程中材料會產生一定的彈性變形，因此沖裁件會產生“回彈”現象。使沖孔件與凸模、落料件

10、與凹模尺寸不符，從而影響其精度。一般地講，比較軟的材料，彈性變形量小，沖裁后的“回彈”值也小，因而制件精度較高。反之，硬的材料，情況與此正好相反。同種材料，在模具結構上增設壓料板及頂件器，如圖2.8所示，沖裁后的“回彈”值也會減小，制件精度相應提高。圖2.8 彎拱及預防措施1壓料板；2頂件器3. 沖裁間隙沖裁間隙對沖裁件的尺寸精度也有一定影響。在沖裁過程中，當間隙適當時，板料的變形區(qū)在比較純的剪切作用下分離；當間隙過大時，板料除受剪切外，還產生較大的拉伸與彎曲變形；當間隙過小時，除剪切外板料還會受到較大的擠壓作用。因此，間隙合理時，沖孔件最接近凸模尺寸，落料件最接近凹模尺寸；間隙偏大，沖孔件尺

11、寸會大于凸模尺寸，落料件尺寸會小于凹模尺寸；間隙過小，沖孔件尺寸會小于凸模尺寸，落料件尺寸會大于凹模尺寸。如圖2.9、2.10所示，沖裁間隙對沖裁件尺寸精度的影響還和板料的軋制方向有關。圖2.9 沖裁間隙對沖孔尺寸精度的影響圖2.10 沖裁間隙對落料尺寸精度的影響1軋制方向；2垂直軋制方向1軋制方向；2垂直軋制方向4. 沖裁件的形狀沖裁件的形狀愈簡單，其沖裁精度愈高。這主要是因為對形狀簡單的沖裁件，其沖模的加工精度愈容易保證?？傊岣邲_裁件尺寸精度的最直接措施就是提高沖模的制造精度。當然，合理的模具結構也是保證沖模制造精度和直接提高沖裁件尺寸精度的主要措施之一。2.2.2 形狀誤差由2.2.

12、1中對沖裁變形區(qū)及受力分析得知，材料在沖裁過程中會受到彎曲力偶的作用，因此沖裁件會出現彎拱現象，如圖2.8(a)所示。加工硬化指數大的材料，彎拱較大。凹模間隙愈大，彎拱也愈大。預防和減少彎拱的措施是：對于沖孔件在模具結構上增設壓料板；對于落料件，則在凹模孔中加頂件板；如圖2.8(b)、(c)所示。2.2.3 斷面質量在2.1.3節(jié)中已闡明，同種材料，對斷面質量起決定作用的是沖裁間隙。這是因為當間隙過大時(如圖2.11(a)所示)，凸模產生的裂紋相對于凹模產生的裂紋向里移動一個距離，板料受拉伸彎曲的作用加大，光亮帶高度縮短，斷裂帶高度增加，斜度也加大；當間隙過小(如圖2.11(b)所示)，凸模產

13、生的裂紋相對于凹模產生的裂紋向外移動一個距離，上下裂紋不重合，產生第二次剪切，從而在剪切面上形成第二光亮帶，在光亮帶與第二光亮帶之間夾有殘留的斷裂帶；當間隙適中時(如圖2.11(c)所示)，凸模與凹模產生的裂紋接近重合，所得沖裁件斷面有一較小的塌角帶和正常且與板面垂直的光亮帶，其斷裂帶雖然也粗糙但比較平坦，斜度也不大。當然希望得到塌角帶、斷裂帶小，光亮帶長的沖裁斷面，但結合控制毛刺和延長沖模壽命等因素綜合考慮，圖2.11(c)所示的斷面質量才是正常合理的。圖2.11 間隙大小對制件斷面質量的影響1凸模；2凹模提高斷面質量的主要措施是將模具凹、凸模之間的間隙控制在合理范圍內，并使間隙均勻分布。同

14、時，對硬質材料，沖裁加工前要進行退火處理，以提高材料的塑性。還可以通過增加整修工序(參見2.8.2節(jié))來提高斷面質量。2.2.4 毛刺高度毛刺的形成原因在2.1.3中已作分析，由分析可知，沖裁件產生微小毛刺是不可避免的。正常沖裁件允許的毛刺高度見表2.2。表2.2 毛刺的允許高度 mm 板料厚度t生產時試模時0.30.040.0150.30.50.050.020.51.00.080.031.01.50.120.051.52.00.150.082.00.150.10一般情況下，毛刺高度超過表2.2生產時的規(guī)定，即被認為是出現了不正常毛刺。不正常毛刺可分為兩類間隙毛刺和刃口磨損毛刺。(1)間隙毛刺

15、間隙過大與間隙過小都會使沖裁裂紋發(fā)生點偏離刃尖的距離加大(參見圖2.7)，從而出現不正常毛刺。間隙過大形成的不正常毛刺稱為拉斷毛刺，其特征是高而厚，難以去除，出現這種情況應及時停止生產。間隙過小形成的不正常毛刺稱為擠出毛刺，其特征是高而薄，這種毛刺較易去除，如有后續(xù)去毛刺工序仍可繼續(xù)生產。(2)刃口磨損毛刺沖模在沖裁一定次數后，凸、凹模刃口刃尖會磨損。刃尖磨損是產生毛刺的主要原因。凸模刃尖磨損后(如圖2.12(a)所示)，會在落料件上端產生毛刺；凹模刃尖磨損后(如圖2.12(b)所示)，會在沖孔件的孔口下端產生毛刺；當凸模和凹模刃口同時磨損后，則沖裁件上下端分別產生毛刺。刃口磨損產生的毛刺根部

16、很厚，并且隨著磨損量的增大，毛刺會不斷地增高，因此出現這種情況，應及時停止生產。圖2.12 凸模和凹模刃口磨損時的毛刺1毛刺；2凸模磨損；3凹模磨損控制刃口磨損毛刺高度的主要措施是：及時刃磨模具的凹、凸模刃口；提高模具工作零件和導向零件的制作質量，以保證模具在使用中，凹、凸模之間的間隙不發(fā)生變化；增加后續(xù)去毛刺工序，如滾動光飾、離心光飾等工序；對于薄而軟的沖壓件，可采用振動光飾來降低毛刺的高度。2.3 沖 裁 力沖裁力是選擇壓力機的主要依據，也是設計模具所必需的數據。2.3.1 沖裁力的計算沖壓過程中，沖裁力是不斷變化的，圖2.13為沖裁力-凸模行程曲線。曲線1中AB段相當于彈性變形階段，凸模

17、接觸材料后，載荷急劇上升，一旦凸模刃口擠入材料，即進入了塑性變形階段，此時載荷上升就緩慢下來，如BC段所示。雖然，由于凸模擠入材料，使承受沖裁力的面積減少，但只要材料加工硬化的影響超過了受剪面積減少的影響，沖裁力就繼續(xù)上升，當兩者影響相等的瞬間，沖裁力達到最大值，即圖中C點。此后，凸模再向下壓，材料內部產生裂紋，并迅速擴展，沖裁力急劇下降，如圖中CD段，此階段為沖裁的斷裂階段。到達D點后，上下裂紋重合，板料已經分離，DE段所示壓力，僅是克服摩擦阻力，推出已分離的廢料或制件。圖2.13 沖裁力-凸模行程曲線1間隙正常的塑性材料；2間隙偏小的塑性材料；3間隙偏大的塑性材料；4間隙正常的脆性材料以上

18、討論的沖裁力-凸模行程曲線，是指塑性材料，且凸凹間隙適中的情況。對于間隙偏小、偏大的情況及脆性材料，沖裁力-凸模行程曲線會有一些改變，如圖中曲線2、3、4所示。由于沖裁加工的復雜性和變形過程的瞬間性，使得建立十分精確的沖裁力理論計算公式相對困難。通常所說的沖裁力是指作用于凸模上的最大抗力，即圖2.13中的C點所對應的力。如果視沖裁為純剪切變形，沖裁力可按下式計算：P=1.3Lt (2-1)式中：P沖裁力；L沖裁件受剪切周邊長度(mm)；t沖裁件的料厚(mm)；材料抗剪強度(MPa)，值可在設計資料及有關手冊中查到。在一般情況下，材料1.3。為計算方便沖裁力也可用下式計算：P=Lt (2-2)2

19、.3.2 降低沖裁力的措施沖裁力計算出來以后，如果其數值大于能提供使用的設備噸位時，可采取以下3種方法來降低沖裁力。(1)加熱沖裁把材料加熱后沖裁，可以大大降低其抗剪強度，從而降低沖裁力。但加熱沖裁操作復雜，降低了制件表面質量，且準備工作困難，故應用并不廣泛。(2)斜刃沖裁如圖2.14所示，將凸?；虬寄Ｈ锌谧龀尚比锌冢麄€刃口不是與沖裁件同時接觸，而是逐步切入，所以沖裁力可以減小。為了獲得平整的沖裁件，落料時應將斜刃做在凹模上，如圖2.14(a)所示；沖孔時應將斜刃做在凸模上，如圖2.14(b)所示。斜刃沖裁的減力程度，由斜刃高度H和角度決定。斜刃沖裁力按下式計算：Ps=kP (2-3)式中：

20、Ps斜刃沖裁力；P平端刃口沖裁力；k斜刃沖裁減力系數，當H=t時，k=0.40.6；H=2t時，k=0.20.4；H=3tk=0.10.25。角度的設計可按如下經驗數據選?。簍3mm、H=2t時，5°；t=(310)mm、H=t時，8°；一般情況下不大于12°。斜刃沖裁的優(yōu)點是壓力機能在柔和的條件下工作，從而減輕沖裁過程中的沖擊、振動和噪音。當沖裁件尺寸很大時，降低沖裁力的效果很明顯。缺點是模具制造難度提高，刃口修磨困難，廢料彎曲會影響沖裁件的平整，廢料也難以再利用。(3)階梯沖裁在多凸模的沖裁中，將凸模做成不同高度，呈階梯狀布置，使各凸模沖裁力的最大值不在同一個

21、時刻出現，從而降低沖裁力，如圖2.14(c)所示。圖2.14 降低沖裁力的設計各凸模高度的相差量與板料厚度有關。對于薄料H=t，對于厚料(t3mm)H=0.5t。采用階梯布置凸模的設計時應注意：一般先沖大孔再沖小孔，這樣可以使小直徑凸模做得短一些，同時也可以避免小直徑凸模承受材料流動擠壓力作用而產生傾斜或折斷。階梯凸模沖裁的缺點是長凸模插入凹模較深，容易磨損。此外修磨刃口也比較麻煩。2.3.3 卸料力、推件力和頂件力沖裁時材料在分離前存在著彈性變形，一般情況下，沖裁后的彈性恢復使落料件/沖孔廢料梗塞在凹模內，而板料/沖孔件則緊箍在凸模上。為了使沖裁工作繼續(xù)進行，必須及時將箍在凸模上的板料/沖孔

22、件卸下，將梗塞在凹模內的落料件/沖孔廢料向下推出或向上頂出。圖2.15 卸件力、推件力和頂件力從凸模上卸下板料/沖孔件所需的力稱為卸料力P卸；從凹模內向下推出落料件/廢料所需的力稱為推件力P推；從凸模內向上頂出落料件/沖孔廢料所需的力稱為頂件力P頂(如圖2.15所示)。在生產實踐中，P卸、P推和P頂常用以下經驗公式 計算：P卸= K卸·P (2-4)P推= nK推·P (2-5)P頂= K頂·P (2-6)式中：P沖裁力；K卸卸料力系數；K推推件力系數；K頂頂件力系數；n梗塞在凹模內的沖件數(n=h/t)；h凹模直壁洞口的高度。K卸、K推和K頂可分別由表2.3查取

23、。當沖裁件形狀復雜、沖裁間隙較小、潤滑較差、材料強度高時，應取較大值；反之則應取較小值。表2.3 卸料力、推件力和頂件力系數板料厚度t/mmK卸K推K頂鋼0.10.060.090.100.140.10.50.040.070.0650.080.52.50.0250.060.050.062.56.50.020.050.0450.056.50.0150.040.0250.03鋁、鋁合金0.030.080.030.070.030.07純銅、黃銅0.020.060.030.090.030.092.3.4 總沖壓力沖裁時，所需總沖壓力為沖裁力、卸料力、推件力和頂件力之和。這些力在選擇壓力機時是否要考慮進去

24、，應根據不同的模具結構區(qū)別對待。采用剛性卸料裝置和下出料方式的總沖壓力為：P總=P+P推 (2-7)采用彈性卸料裝置和下出料方式的總沖壓力為：P總=P+P卸+P推 (2-8)采用彈性卸料裝置和上出料方式的總沖壓力為：P總=P+P卸+P頂 (2-9)2.4 沖 裁 間 隙沖裁間隙是指沖裁模的凸模和凹模之間的雙面間隙，如圖2.16所示。圖2.16 沖裁間隙2.2節(jié)中已分析了沖裁間隙對沖裁件尺寸精度、形狀誤差、斷面質量和毛刺的影響，下面主要討論沖裁間隙對模具壽命及沖裁力、推件力、卸料力的影響。2.4.1 沖裁間隙對模具壽命的影響沖裁模具的破壞形式主要有磨損、崩刃、折斷、啃壞、凹模脹裂等。沖模的壽命是

25、以沖出合格制品的數量來衡量的。2.2.4節(jié)中已闡明沖模在沖裁一定次數后因為凸、凹模刃口刃尖磨損而使毛刺增大，因此必須對凸、凹模刃口及時進行刃磨才能繼續(xù)正常使用，沖裁模凹模刃口有效直線部分h是有限的(圖2.15)，所以沖裁模兩次刃磨之間生產的合格品的數量，直接決定模具的總壽命。圖2.17所示的是在合理的沖裁間隙下，合金工具鋼制造的凸、凹模在沖裁一定次數后的磨損形式。當沖裁間隙過小時，沖裁過程中擠壓作用加劇，垂直力P1，P2和摩擦力P1，P2增大(參見圖2.4)，刃口所受壓應力增大，造成刃口端面磨損和變形加劇，同時側壓力P3，P4及所產生的摩擦力P3，P4也同時增大，使刃口側面磨損也增大，使得凸、

26、凹模在沖裁較少次數下即出現較大的磨損量，為保證沖裁件毛刺正常，必然增加刃磨次數，從而降低了模具的總使用壽命。過小的沖裁間隙還是引起凹模漲裂、啃壞等異常破壞的重要原因之一，這類異常破壞對模具壽命的影響更大。當沖裁間隙過大時，板料的彎曲拉伸相應增大，垂直力P1，P2及力偶M也會相應增大，因此同樣會加劇凸、凹模端面磨損，且易引起模具崩刃，從而影響模具壽命。綜上所述，合理范圍內的沖裁間隙是保證模具壽命最主要的工藝參數。當然影響模具壽命的其他因素還有很多，如模具材料、模具制造精度、模具刃口的粗糙度、制件材料的力學性能、制件結構工藝性等。圖2.17 凸、凹模的磨損形式2.4.2 沖裁間隙對沖裁力及卸料力、

27、推件力、頂件力的影響如圖2.18所示，當間隙減小時，凸模壓入板料的情況接近擠壓狀態(tài)，板料所受拉應力減小，壓應力增大，板料不易產生裂紋，因此最大沖裁力增大；當間隙增大時，板料所受拉應力增大，材料容易產生裂紋，因此沖裁力迅速減??；當間隙繼續(xù)增大時，凸、凹模刃口產生的裂紋不相重合，會發(fā)生二次斷裂，沖裁力下降變緩。圖2.18 間隙大小對沖裁力的影響如圖2.19所示，當間隙增大時，沖裁件光亮帶變窄，落料尺寸小于凹模尺寸，沖孔尺寸大于凸模尺寸，因此卸料力、推件力或頂件力迅速減小；間隙繼續(xù)增大時，制件產生較大拉斷毛刺，卸料力、頂件力又會增大。圖2.19 間隙大小對卸料力的影響2.4.3 合理沖裁間隙的選用設

28、計模具時，選擇一個合理的沖裁間隙，可獲得沖裁件斷面質量好、尺寸精度高、模具壽命長、沖裁力小的綜合效果。生產實際中，一般是以觀察沖裁件斷面狀況來判定沖裁間隙是否合理，即塌角帶和斷裂帶小、光亮帶能占整個斷面的1/3左右，不出現二次光亮帶、毛刺高度合理，得到這種斷面狀況的沖裁間隙就是在合理的范圍內。確定合理沖裁間隙主要有理論計算法、查表法、經驗記憶法。1. 理論計算法理論計算法確定沖裁間隙的依據是：在合理間隙情況下，沖裁時板料在凸、凹模刃口處產生的裂紋成直線會合，從圖2.20所示的幾何關系，得出計算合理間隙的公式：Z=2t(1b/t)tan (2-10)圖2.20 合理間隙的理論值由上式可知，合理間

29、隙取決于板料厚度t、相對切入深度b/t、裂紋方向角三個因素。是一個與板料的塑性或硬度有關的值，但其變化不大，所以影響合理間隙值大小主要取決于前兩個因素。由2.1.3中分析已知，材料塑性愈好或硬度愈低，則光亮帶所占的相對寬度b/t就愈大，反之，材料塑性愈差或硬度愈高，則b/t就愈小。綜上所述，板料愈厚，塑性愈差或硬度愈高，則合理沖裁間隙就愈大；板料愈薄，塑性愈好或硬度愈低，則合理沖裁間隙愈小。迄今為止，理論計算法尚不能在實際工作中發(fā)揮實用價值，但對影響合理間隙值的各因素作定性分析還是很有意義的。2. 查表法在生產實際中，合理間隙值是通過查閱由實驗方法所制定的表格來確定的。由于沖裁間隙對斷面質量、

30、制件尺寸精度、模具壽命、沖裁力等的影響規(guī)律并非一致，所以并不存在一個能同時滿足斷面質量、模具壽命、尺寸精度及沖裁力的要求的絕對合理的間隙值。因此各行業(yè)甚至各工廠所認為的合理間隙值并不一致。一般講，取較小的間隙有利于提高沖裁件的斷面質量和尺寸精度，而取較大的間隙值則有利于提高模具壽命、降低沖裁力。表2.4列出了汽車拖拉機行業(yè)常用的較大初始間隙表；表2.5列出了電器儀表行業(yè)所用的較小初始間隙數值。表2.4 沖裁模初始雙面間隙值Z(汽車拖拉機行業(yè)用) mm板料厚度t08、10、3509Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax0.5極 小

31、 間 隙0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.0480.0720.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0640.0920.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0920.90.0900.1200.0900.1260.0900.1260.0900.1261.00.1000.1400.1000.1400.1000.1400.0900.1261.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.

32、1320.2400.1700.2400.1700.2301.750.2200.3200.2200.3200.2200.3202.00.2460.3600.2600.3800.2600.3802.10.2600.3800.2800.4000.2800.4002.50.3600.5000.3800.5400.3800.5402.750.4000.5600.4200.6000.4200.6003.00.4600.6400.4800.6600.4800.6603.50.5400.7400.5800.7800.5800.7804.00.6400.8800.6800.9200.6800.9204.50.7

33、201.0000.6800.9600.7801.0405.50.9401.2800.7801.1000.9801.3206.01.0801.4400.8401.2001.1401.5006.50.9401.3008.01.2001.680注：1. 沖裁皮革、石棉和紙板時，間隙取08鋼的25%。2. Zmin相當于公稱間隙。表2.5 沖裁模初始雙面間隙值Z(電器儀表行業(yè)用) mm材料名稱45T7、T8(退火)65Mn(退火)磷青銅(硬)鈹青銅(硬)10、15、20、30鋼硅鋼H62、H65(硬)LY12Q215、Q235鋼08、10、15鋼純銅(硬)磷青銅、鈹青銅H62、H68H62、H68(軟

34、)純銅(軟)L21LF2防銹鋁硬鋁LY12(退火)銅母線、鋁母線力學性能HBS1901401907014070600MPa400MPa 600MPa300MPa 400MPa300MPa板料厚度t始 用 間 隙 ZZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax0.30.040.060.030.050.020.040.010.030.50.080.100.060.080.040.060.0250.0450.80.120.160.100.130.070.100.0450.0751.00.170.200.130.160.100.130.0650.0951.20.210.240.16

35、0.190.130.160.0750.1051.50.270.310.210.250.150.190.100.141.80.340.380.270.310.200.240.130.172.00.380.420.300.340.220.260.140.182.50.490.550.390.450.290.350.180.243.00.620.650.490.550.360.420.230.293.50.730.810.580.660.430.510.270.354.00.860.940.680.760.500.580.320.404.51.001.080.780.860.580.660.360.

36、455.01.131.230.901.000.650.750.420.526.01.401.501.001.200.820.920.530.638.02.002.121.601.721.171.290.760.88注：1. Zmin應視為公稱間隙。2. 一般情況下，其Zmax可適當放大。表中所列Zmin和Zmax只是指新制造模具初始間隙的變動范圍，并非磨損極限。從表中可以發(fā)現，當板料厚度t很薄時，ZmaxZmin的值很小，以至于現有的模具加工設備難以達到，因此很薄的板料的沖裁工藝性是很差的，對模具的制造精度要求也是很高的。當然，實踐中可以在模具結構和模具加工工藝上采取一些特殊措施來滿足無(小)

37、間隙沖裁的要求。3. 經驗記憶法這是一種比較實用的、易于記憶的確定合理沖裁間隙的方法。其值用下式表達：Z=mt (2-11)式中：Z合理沖裁間隙；t板料厚度；m記憶系數，參考數據如下：軟態(tài)有色金屬 m=4%8%；硬態(tài)有色金屬、低碳鋼、純鐵 m=6%10%；中碳鋼、不銹鋼、可伐合金 m=7%14%；高碳鋼、彈簧鋼 m=12%24%；硅鋼 m=5%10%；非金屬(皮革、石棉、膠布板、紙板等) m=1%4%。應當指出，上述記憶系數m值是基于常用普通板料沖裁而歸納總結出來的。各行業(yè)各企業(yè)對此的選取值是不相同的。在使用過程中還應考慮以下因素：(1)對于制件斷面質量要求高的其值可取小些；(2)計算沖孔間隙

38、時比計算落料間隙時其值可取大些；(3)為減小沖裁力其值可取大些；(4)為減少模具磨損其值可取大些；(5)計算異形件間隙時比計算圓形件間隙時其值可取大些；(6)沖裁厚板(t8mm)時其值可取小些。2.5 沖裁模工作部分尺寸的計算沖裁模凸模和凹模工作部分的尺寸直接決定沖裁件的尺寸和凸凹模間隙的大小，是沖裁模上的最重要尺寸。2.5.1 計算的原則2.1.3節(jié)中已闡明，若忽略沖裁件的彈性回復，沖孔件的尺寸等于凸模實際尺寸，落料件的尺寸等于凹模實際尺寸。沖裁過程中凸、凹模與沖裁件和廢料發(fā)生摩擦，凸模和凹模會向入體方向磨損變大(小)，如圖2.21所示。因此確定凸、凹模工作部分尺寸，應遵循下述原則： 圖2.

39、21 凸模和凹模工作部分尺寸的確定 (1)落料模應先確定凹模尺寸，其基本尺寸應按入體方向接近或等于相應的落料件極限尺寸，此時的凸?；境叽绨窗寄Ｏ鄳叽缪厝塍w方向減(加)一個最小合理間隙值Zmin。(2)沖孔模應先確定凸模尺寸，其基本尺寸應按入體反方向接近或等于相應的沖孔件極限尺寸，此時的凹?；境叽绫韧鼓０慈塍w方向加(減)一個最小合理間隙值Zmin。(3)凸模和凹模的制造公差應與沖裁件的尺寸精度相適應，一般比制件的精度高23級，且必須按入體方向標注單向公差。2.5.2 計算方法沖裁模工作部分尺寸的計算方法與模具的加工方法有關，常用的模具加工方法有凸模和凹模分別加工的分別加工法、凸模和凹模配合

40、加工的單配加工法，單配加工法還需要考慮相應的基準件和配合件的尺寸換算。1. 分別加工法分別加工法分別規(guī)定了凸模和凹模的尺寸及公差，使之可分別進行加工制造，所以凸模和凹模的尺寸及制造公差都對間隙有影響，如圖2.22所示，依據2.5.1節(jié)所述原則可得出下列計算公式：圖2.22 凸模和凹模分別加工時間隙變動范圍|+|ZmaxZmin (2-12)落料=(DmaxX (2-13)=(Zmin (2-14)沖孔=(dminX (2-15)=(Zmin (2-16)中心距 L凹=L中±/8 (2-17)式(2-12)(2-17)中： ，分別為落料凹模和凸模的基本尺寸；，分別為沖孔凸模和凹模的基本

41、尺寸；Dmax落料件最大極限尺寸；dmin沖孔件最小極限尺寸；沖裁件的公差；X磨損系數，查表2.6或直接按1選?。?，分別為凹模和凸模的制造公差，可按沖裁件公差的1/41/5選取，也可查表2.7；L凹凹模中心距的基本尺寸；L中沖裁件中心距的中間尺寸。表2.6 磨損系數X板料厚度t/mm制件公差/mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.500.240.2440.300.310.590.600.300.30磨損系數非圓形X值圓形X值1.00.750.50.750.5表2.7 規(guī)則形狀沖裁模凸、凹模制造公

42、差 mm基本尺寸基本尺寸180.020+0.0201802600.030+0.04518300.020+0.0252603600.035+0.05030800.020+0.0303605000.040+0.060801200.025+0.0355000.050+0.0701201800.030+0.0402. 單配加工法單配加工法是用凸模和凹模相互單配的方法來保證合理間隙的一種方法。此方法只需計算基準件(沖孔時為凸模，落料時為凹模)基本尺寸及公差，另一件不需標注尺寸，僅注明“相應尺寸按凸模(或凹模)配作，保證雙面間隙在ZminZmax之間”即可。與分別加工法相比較，單配加工法基準件的制造公差不

43、再受間隙大小的限制，同時配合件的制造公差ZmaxZmin，就可保證獲得合理間隙，所以模具制造更容易。在制件上，會同時存在三類不同性質的尺寸，需要區(qū)別對待(圖2.23)。圖2.23 沖裁件的尺寸分類第一類：凸模(沖孔件)或凹模(落料件)磨損后增大的尺寸。第二類：凸模(沖孔件)或凹模(落料件)磨損后減小的尺寸。第三類：凸模(沖孔件)或凹模(落料件)磨損后基本不變的尺寸。圖2.23(a)落料件中，a，b，f，尺寸隨凹模磨損增大；c，尺寸隨凹模磨損減小；d，e，尺寸不受凹模磨損影響。圖2.23(b)沖孔件中，a，b，f，尺寸隨凸模磨損減??；c，尺寸隨凸模磨損增大；d，e，尺寸不受凸模磨損影響。下面分別

44、討論這3類尺寸的不同計算方法。第一類尺寸相當于簡單形狀的落料凹模尺寸，所以它的基準件(沖孔時為凸模，落料時為凹模)的計算公式為：第一類基準件尺寸=(沖裁件上該尺寸的最大極限X (2-18)第二類尺寸相當于簡單形狀的沖孔凸模尺寸，所以它的基準件(沖孔時為凸模，落料時為凹模)的計算公式為：第二類基準件尺寸=(沖裁件上該尺寸的最小極限X (2-19)第三類尺寸不受磨損的影響，基準件與配合件的基本尺寸取沖裁件上該尺寸的中間值，其公差取正負對稱分布。第三類基準件尺寸=沖裁件上該尺寸的中間值±/8 (2-20)用單配加工法加工的凸模和凹模必須對號入座，不能互換，但由于電火花線切割加工已成為沖裁模

45、加工的主要手段，該加工方法所具有的“間隙補償功能”，使配合件基本不存在加工制造公差，而只有很小的電火花放電間隙，所以無論形狀復雜與否，它都能很準確地保證模具的合理初始間隙，因此單配加工法適用于復雜形狀、小間隙(薄料)沖裁件模具的工作部分尺寸計算。3. 單配加工法基準件和配合件的尺寸換算受模具結構、加工方法等因素的影響，在實際的模具制造過程中，不論落料、沖孔，都習慣于先做標注了尺寸及公差的凸模，然后按規(guī)定間隙配制凹模刃口。尤其是在加工級進模及采用電火花線切割加工凸模、凹模時，這種做法很普遍。級進模的凹模上既有沖孔刃口，也有落料刃口，甚至還有壓彎、拉深及各類成形型腔。按單配加工法，落料刃口是基準(

46、件)，須標注尺寸及公差，而沖孔刃口是配合(件)，須按已加工好的凸模實際尺寸配以規(guī)定的雙面間隙。這就造成在一張圖紙上，有的刃口標注尺寸公差，有的不標注尺寸公差，顯然是不合理的。尤其是采用電火花線切割加工中，必須做到要么全部刃口都標注尺寸及公差(將沖孔轉換成落料)，要么全部刃口都不標注尺寸及公差(將落料轉換成沖孔)。由于級進模凹模刃口與刃口之間存在要求比較高的位置精度要求，需要標注許多位置尺寸，所以一般的做法是把落料凹模尺寸轉換到凸模上去，即只標注各凸模的尺寸及公差，不標注凹模刃口(無論是落料凹模刃口，還是沖孔凹模刃口)的尺寸及公差，凹模圖紙上只標注刃口與刃口之間的位置尺寸、公差及形位要求，各凹模

47、刃口均按相應凸模配合加工，保證雙面間隙值。下面討論落料時，將凹模刃口尺寸(公差)換算成凸模尺寸(公差)的計算(即將基準件尺寸換算到配合件上的計算，如圖2.24所示)。圖2.24 落料時將凹模尺寸換算到凸模上去的計算圖max=maxZmaxmin=minZmin兩式相減得maxmin=(maxmin)(ZmaxZmin)即=(ZmaxZmin) (2-21)為了使落料件保持原有的精度，凹模的制造公差仍應控制在制件公差的1/4內，此時=/4(ZmaxZmin) (2-22)依據2.5.2節(jié)中的原則規(guī)定及圖2.23得到計算后凸模的基本尺寸及公差分別為：第一類情況=(DmaxXZmin (2-23)但

48、圖2.23中尺寸b、f對應的凸模基本尺寸及公差應為：=×tan×tan=X×tan第二類情況=(DminXZmin (2-24)但圖2.23中尺寸b，f對應的凸模基本尺寸及公差應為：=X×tan×tan=X×tan顯然，第三類尺寸無須計算。值得說明的是，ZmaxZmin值按表2.4和表2.5所查值比較大(尤其是板料厚度t比較小時)，但實際用線切割間隙補償功能所得ZmaxZmin值是很小的，一般開環(huán)數控為0.02mm，而閉環(huán)數控能達到0.01mm，這樣按式(2-21)計算的值不至于比小太多，也不會使凸模制造精度過高。2.5.3 應用實例

49、以下分別就分開加工法、單配加工法和單配加工法基準件和配合件的尺寸換算進行舉例。例2.1 圖2.25所示墊圈，材料為Q235鋼，分別計算落料和沖孔的凸模和凹模工作部分尺寸。該制件由2副模具完成，第1副落料，第2副沖孔。解：由表2.4查得Zmin=0.46 mm Zmax=0.64mmZmaxZmin=0.640.46=0.18(mm)(1)落料模由表2.7查得=+0.03mm =0.02mm因為 |=0.05mm0.18mm故能滿足分別加工法的要求。由表2.6查得X=0.5D落凹=(DmaxX=(800.5×0.74)=79.63(mm)D落凸=(Zmin=(79.630.46)=79

50、.17(mm)(2)沖孔模由表2.7查得=+0.025mm =0.02mm因為 |=0.045mm0.18mm故能滿足分別加工法的要求。由表2.6查得X=0.5=(dminX=(300.5×0.62)=30.31(mm) =(Zmin=(30.310.46)=30.77(mm)例2.2 圖2.26所示開口墊片，材料為10鋼，采用復合模沖裁，用單配加工法計算沖孔凸模、落料凹模工作部分尺寸，并畫出凸模、凹模及凸凹模工作部分簡圖。解：令a=80，b=40，c=22±0.14，d=，e=15。由表2.4查得Zmin=0.10mm，Zmax=0.14mm。由表2.6查得：對于尺寸a，

51、X=0.5；其他尺寸，X=0.75。該制件D尺寸為沖孔，其余尺寸均為落料。沖孔凸模，由于d尺寸隨凸模磨損變小，故=(DminX=(60.75×0.12)=6.09(mm)圖2.25 墊圈圖2.26 開口墊片落料凹模，由于a、b尺寸隨凹模磨損變大，c尺寸隨凹模磨損變小，e尺寸不隨凹模磨損變化。故a凹=(amaxX=(800.5×0.4)=79.8(mm)b凹=(bmaxX=(400.75×0.34)=39.75(mm)c凹=(cmin+X=(220.14+0.75×0.28)=22.07(mm)e凹=e中間±=(150.1)±×0.2=14.9±0.025(mm)凸凹模外形各尺寸按落