成形工藝與模具設(shè)計第五章-沖裁工藝與模具設(shè)計課件

1、第二篇 沖壓工藝與模具設(shè)計第四章 沖壓工藝基礎(chǔ)第五章 沖裁工藝與模具設(shè)計第六章 彎曲成形工藝與模具設(shè)計第七章 拉深工藝及模具設(shè)計第八章 其他板料成形工藝及模具設(shè)計第五章 沖裁工藝與模具設(shè)計第一節(jié) 沖裁工藝分析第二節(jié) 沖裁間隙第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算第四節(jié) 沖裁件的排樣與搭邊第五節(jié) 沖裁力分析及計算第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計第八節(jié) 精密沖裁及其他沖裁工藝、模具簡介第九節(jié) 沖裁模制造簡介第一節(jié) 沖裁工藝分析一、沖裁變形過程如圖5-1所示,隨著壓機滑塊下行,凸模和凹模刃尖壓入板料,在兩刃尖連線兩側(cè)狹小區(qū)域內(nèi)(圖中虛線所示范圍),產(chǎn)生逐漸增強的塑性變形,而其他部分僅發(fā)生了程度不等的

2、輕微塑性變形或彈性變形。凸模逐漸靠近凹模,最終使板料分離,其變形過程大致可分為彈性、塑性和斷裂分離三個階段。圖5-1沖裁斷面變形過程第一節(jié) 沖裁工藝分析一、沖裁變形過程1.彈性(壓縮塑性)變形階段當凸模下行接觸到材料表面時,由于凸、凹模之間存在一定間隙,使板料在凸模主動力和凹模被動力作用下產(chǎn)生彈性彎曲,在凸、凹模刃口附近極小的區(qū)域中,板料受剪切而產(chǎn)生壓縮變形,而其余部分基本處于自由狀態(tài)。凸模繼續(xù)下行,將部分材料擠入凹?？趦?nèi),凸、凹模間隙的存在使板料產(chǎn)生彎曲和拉伸。凸模下的板料凸向沖裁方向產(chǎn)生彎曲,凹模上的材料逆沖裁方向產(chǎn)生翹曲。由于上下刃口對材料施力的作用線不一致,凸、凹模之間的間隙越大,這種

3、彎曲和翹曲越嚴重。在這一階段,與凹模內(nèi)側(cè)刃和凸模外側(cè)刃接觸的板料表面因受彎曲和拉伸而形成較小的圓角。第一節(jié) 沖裁工藝分析一、沖裁變形過程2.塑性(剪切)變形階段板料在凸、凹模刃口附近受到不同方向的壓縮而產(chǎn)生剪切變形,內(nèi)部應(yīng)力達到屈服點時,開始進入塑性變形階段。隨凸、凹模刃尖擠入板料,剪切區(qū)材料開始產(chǎn)生宏觀滑移,形成光亮的剪切斷面。刃口附近材料在拉應(yīng)力作用下,不能承受更大變形而產(chǎn)生裂紋。由于刃尖部分的靜水壓應(yīng)力較高,裂紋起點通常產(chǎn)生在刃尖側(cè)面附近的某一區(qū)域。3.斷裂分離階段凸模繼續(xù)壓入使上下刃口附近的裂紋擴大、發(fā)展,如果間隙合理,上下裂紋相遇重合,由于拉斷使斷面上形成了一個粗糙的區(qū)域,沖落部分克

4、服摩擦阻力從板料中推出,沖裁結(jié)束。第一節(jié) 沖裁工藝分析一、沖裁變形過程4.變形過程中的受力分析沖裁開始階段,變形是在以上、下刃口連線為中心的紡錘形區(qū)中進行的。從刃口尖附近開始向板料厚度中心逐步擴大。凸模擠入材料一定深度之后,變形區(qū)被此前已經(jīng)變形硬化了的區(qū)域所包圍。如圖5-2所示,由于沖裁過程中凸模下面及凹模上面的板料分別產(chǎn)生彎曲變形和翹曲,使得變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)非常復(fù)雜,且隨變形過程瞬時變化。其中:圖5-2沖裁變形區(qū)應(yīng)力分布第一節(jié) 沖裁工藝分析一、沖裁變形過程4.變形過程中的受力分析A點(凸模側(cè)面):1為板料彎曲與凸模側(cè)壓力引起的徑向壓應(yīng)力;切向應(yīng)力2為板料彎曲引起的周向壓應(yīng)力與側(cè)壓力的合成應(yīng)力

5、;3為凸模下壓形成的軸向拉應(yīng)力。B點(凸模端面):凸模下壓及板料彎曲內(nèi)側(cè)徑向受壓引起三向壓縮應(yīng)力。C點(斷裂區(qū)中部):1為因凸、凹模間隙使板料受拉而產(chǎn)生的拉應(yīng)力;3為板料軸向受擠壓而產(chǎn)生的壓應(yīng)力。D點(凹模端面):1、2分別為板料彎曲引起的徑向拉應(yīng)力和切向拉應(yīng)力;3為凹模端面阻止材料軸向移動擠壓板料產(chǎn)生的軸向壓應(yīng)力。E點(凹模側(cè)面):1、2分別為由板料彎曲外側(cè)的切向拉應(yīng)力與凹模側(cè)壓力引起的壓應(yīng)力,其形成與間隙大小有關(guān),3為凸模下壓引起的軸向壓應(yīng)力。第一節(jié) 沖裁工藝分析二、沖裁件質(zhì)量分析1.沖裁斷面的特征及形成由于板料在沖裁過程中所經(jīng)歷的變形過程及凸、凹模間隙的影響,沖裁件斷面與板料上下表面不垂

6、直且粗糙不光滑。一般的沖裁斷面常呈現(xiàn)如圖5-3所示圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺4種特征表面。圖5-3沖裁件斷面質(zhì)量第一節(jié) 沖裁工藝分析二、沖裁件質(zhì)量分析1.沖裁斷面的特征及形成(1)圓角帶沖裁斷面上的圓角是變形初期與刃口非接觸區(qū)板坯受拉伸彎曲后自由移動所形成的。(2)光亮帶凸、凹模刃尖附近的板料開始發(fā)生塑性變形時,在圓角帶終了處開始產(chǎn)生剪切變形,被剪斷板料沿沖壓方向受到凹模刃口側(cè)壁強烈的摩擦擠壓,形成光亮垂直的新生表面,這種光亮帶的高度通常占整個斷面高度的1/31/2。(3)斷裂帶在凸模下行拉力作用下,刃尖附近板料微裂紋尖點沿變形抗力最弱的方向產(chǎn)生撕裂,撕裂紋不斷擴展形成表面粗糙且?guī)倍鹊臄嗔?/p>

7、面,其表面顯現(xiàn)出經(jīng)過強烈塑性變形后的金屬色。(4)毛刺從產(chǎn)生撕裂裂紋開始,凸、凹模間隙內(nèi)的板料在沖裁方向上始終受到拉力作用,同時,還因凸、凹模刃尖交錯而具有彎曲變形的趨勢。第一節(jié) 沖裁工藝分析二、沖裁件質(zhì)量分析2.影響沖裁斷面質(zhì)量的因素沖裁斷面質(zhì)量是由上述4種特征表面所占比例大小來衡量的。從產(chǎn)品的使用角度來看,通常認為光亮帶比例越大,撕裂帶、圓角帶和毛刺所占比例越小并且斷面斜度越小,則斷面質(zhì)量越好。沖裁件斷面質(zhì)量受材料性能、模具間隙及刃口狀態(tài)等多重因素影響,是沖裁工藝分析及模具設(shè)計必須考慮的重要內(nèi)容。(1)材料性能的影響通常認為沖裁時塑性較好的板料被拉入凹?？谏疃容^深,沖裁斷面上形成的圓角帶比

8、例大。又由于塑性好使得裂紋出現(xiàn)得較遲,板料被剪切的深度相對大,因而斷面上光亮面比例大,撕裂面比例小。第一節(jié) 沖裁工藝分析二、沖裁件質(zhì)量分析2.影響沖裁斷面質(zhì)量的因素（2）模具間隙的影響圖5-4凸、凹模間隙對斷面質(zhì)量的影響第一節(jié) 沖裁工藝分析二、沖裁件質(zhì)量分析2.影響沖裁斷面質(zhì)量的因素（2）模具間隙的影響間隙適當時,如圖5-4a所示,刃尖附近沿最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生的裂紋可能匯合成一條線。此時,盡管斷面與材料表面不垂直,但比較平滑,毛刺較小,制件的斷面質(zhì)量較好。沖裁間隙過小,如圖5-4b所示,上、下裂紋不重合。間隙過大,如圖5-4c所示,凸、凹模刃尖處的裂紋較正常間隙向外、內(nèi)錯開一段距離,上下裂紋也

9、不重合。第一節(jié) 沖裁工藝分析二、沖裁件質(zhì)量分析2.影響沖裁斷面質(zhì)量的因素（2）模具間隙的影響由圖5-5所示凸、凹模間隙與剪切面高度的近似關(guān)系可知,間隙較小時,變形區(qū)內(nèi)靜水壓力高,由塑性變形創(chuàng)成的剪切面增加。圖5-5沖裁間隙與剪切面高度的近似關(guān)系第一節(jié) 沖裁工藝分析二、沖裁件質(zhì)量分析2.影響沖裁斷面質(zhì)量的因素(3)模具刃口的影響1)刃口狀態(tài)的影響。模具的刃口鋒利,沖裁時切入迅速,產(chǎn)生的圓角帶和毛刺相對小。而刃口磨鈍時,材料與工作刃口的接觸面積增加,較大的擠壓變形延緩了裂紋的產(chǎn)生,斷面上圓角大、光亮帶寬,但容易產(chǎn)生較大的毛刺。2)摩擦的影響。沖裁過程中,局部板料與凸、凹模工作刃口之間的摩擦較大時,

10、使得產(chǎn)生斷裂位置的凸模壓下行程以及斷面中剪切面高度增加。第一節(jié) 沖裁工藝分析二、沖裁件質(zhì)量分析3.影響沖裁件尺寸精度的因素無論是沖孔或是落料工序,工件上垂直于沖裁方向的尺寸都有大、小兩個部分。對于沖孔件來說,尺寸小的部分(恰好是光亮帶)與凸模刃口尺寸接近;對于落料件來說,尺寸大的部分(也是光亮帶)接近于凹模刃口尺寸,也是可測的落料件外廓尺寸(包容尺寸)。(1)模具精度的影響一般,沖裁制件的尺寸精度要比模具精度低24級。(2)凸、凹模間隙的影響凸、凹模間隙對沖裁件尺寸精度的影響,主要來自于沖裁結(jié)束后制件產(chǎn)生的翹曲和彈性回復(fù)。(3)板料性能和板厚的影響材料性能對沖裁精度的影響比較復(fù)雜,一般認為彈性

11、模量大、屈服強度小的材料變形后彈性回復(fù)較小,當凸、凹模間隙適當時,沖裁件的尺寸精度相對較高。第二節(jié) 沖裁間隙一、沖裁間隙對沖裁工藝性及模具的影響板料沖裁時,發(fā)生在凸、凹模間隙附近的板料局部變形,不僅影響到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量和尺寸精度,而且還將涉及變形力和摩擦變形對模具使用壽命的影響。1.凸、凹模間隙對沖裁力及其他輔助外力的影響(1)間隙對沖裁力的影響凸、凹模間隙較大時,刃尖附近的材料產(chǎn)生的拉應(yīng)力成分增加,而總變形抗力降低使材料容易斷裂分離。因此,可降低最大沖裁力。(2)間隙對卸料力、推件力等的影響沖裁結(jié)束后,卸除箍在凸模外廓或擠脹在凹?？趦?nèi)的制件與廢料所需的卸料力、推件力或頂件力等,都與凸、凹模

12、間隙大小有關(guān)。第二節(jié) 沖裁間隙一、沖裁間隙對沖裁工藝性及模具的影響2.間隙對模具壽命的影響凸、凹模間隙較大時,隨著沖裁力和卸料力降低,工作刃口的磨損減輕,可相應(yīng)提高模具使用壽命。但間隙過大或過小,沖裁時板料在工作刃口面上產(chǎn)生拉伸變形并生成較大毛刺,會使刃尖的磨損加劇,甚至產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象。如果間隙過小,板料在凸、凹模刃尖附近產(chǎn)生較大的擠壓變形,引起刃口壓縮疲勞、磨損加劇。沖孔廢料或落料件擠在凹?？趦?nèi)產(chǎn)生的脹裂力,對模具使用壽命也有很大的影響。第二節(jié) 沖裁間隙二、合理沖裁間隙的確定所謂合理沖裁間隙,是指可以獲得較好斷面質(zhì)量和形狀尺寸精度的沖壓制件、降低沖裁力并提高模具使用壽命的凸、凹模間隙。圖5-6

13、沖裁間隙計算簡圖第二節(jié) 沖裁間隙二、合理沖裁間隙的確定1.合理間隙的計算一般認為,沖裁過程中凸、凹模刃尖附近產(chǎn)生的兩個裂紋如能直線相接,這種凸、凹模間隙應(yīng)為最佳間隙值。根據(jù)圖5-6所示的簡單幾何關(guān)系,雙面合理間隙可表示為（5-1）式中h0產(chǎn)生裂紋時凸模刃口切入板料的深度(mm); 上下裂紋接合線與凸模運動方向間的夾角()。第二節(jié) 沖裁間隙二、合理沖裁間隙的確定通常將h0/t0稱做相對切入深度,軟質(zhì)材料h0/t0值較大,間隙值相對要取小些。板料越厚,h0/t0值越小,則間隙值應(yīng)取得大些。裂紋傾角一般由實驗得出。表5-1給出了關(guān)于h0/t0及的實驗測試值,可供參考使用。表5-1h0/t0與的實驗測

14、試值材料h0/t0(%)/()t04mm軟鋼中硬鋼硬鋼75706560544770656055474565555548443850404535352556454第二節(jié) 沖裁間隙二、合理沖裁間隙的確定2.合理間隙的查表法經(jīng)過實踐檢驗的合理間隙值因行業(yè)、沖裁件的用途以及材料性能、板厚、沖裁件形狀大小等不同而有所差異。表5-2、表5-3、表5-4分別給出了汽車拖拉機工業(yè)、電器儀表工業(yè)以及機電工業(yè)常用材料合理沖裁間隙的參考值。第二節(jié) 沖裁間隙二、合理沖裁間隙的確定3.根據(jù)經(jīng)驗確定合理間隙對于一些精度要求不是很高的沖裁件,確定凸、凹模間隙時,有時可以根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗進行估算。估算的主要依據(jù)是沖裁件的形狀

15、尺寸、要求的沖裁精度及板料的沖壓性能和板厚等。表5-5給出了沖壓生產(chǎn)中常用合理間隙經(jīng)驗估算的部分參考取值范圍。表5-5沖裁間隙的經(jīng)驗估算材料t03mmt03mm軟鋼、純鐵銅、鋁合金硬鋼(69)%t0(610)%t0(812)%t0(1319)%t0(1621)%t0(1725)%t0第二節(jié) 沖裁間隙二、合理沖裁間隙的確定4.確定沖裁間隙的基本原則1)對形狀復(fù)雜的大型沖裁件,考慮到模具制造困難,可適當放寬沖裁間隙;隨沖裁件尺寸減小,應(yīng)適當減小凸、凹模間隙,但需保證導(dǎo)向精度;沖裁間隙通常隨板料厚度增加而相應(yīng)增大;相同工藝條件下,具有曲線輪廓的非圓形沖裁件所取間隙應(yīng)略大于圓形沖裁件凸、凹模間隙;沖孔

16、模間隙比落料模間隙略大。2)軟質(zhì)材料的沖裁間隙可相應(yīng)取小些;考慮到崩刃的可能性,硬質(zhì)材料的沖裁間隙也不宜過大。第二節(jié) 沖裁間隙二、合理沖裁間隙的確定3)為退料方便,直壁凹模的沖裁間隙應(yīng)大于錐壁凹模;電火花加工的凹模刃口間隙,可比磨削的刃口間隙小0.5%2%。4)使用導(dǎo)向精度不高的壓力設(shè)備進行沖裁生產(chǎn)時,不能僅靠減小凸、凹模間隙來提高沖裁件質(zhì)量,首先需保證模具具有足夠?qū)蚓?然后才能適當減小沖裁間隙。5)對精度要求不是很高的沖裁件,應(yīng)適當增大沖裁間隙,以利于提高模具使用壽命。6)高速沖壓生產(chǎn)時刃口頻繁工作,可適當加大沖裁間隙。據(jù)資料介紹,壓機行程超過200次/min時,沖裁間隙應(yīng)增大10%左右

17、;加熱沖裁的凸、凹模間隙可比相應(yīng)條件下的冷沖間隙略小些。第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算一、凸、凹模刃口尺寸的計算原則(1)計算依據(jù)以沖裁變形規(guī)律為基準(2)考慮沖裁精度和刃口磨損規(guī)律考慮磨損時刃口尺寸的預(yù)留量常用x 表示,其中, 為沖裁件尺寸的標注公差,x為刃口磨損系數(shù),與沖裁件的精度要求及預(yù)估刃磨量有關(guān),其值通常在0.251范圍內(nèi)確定。一般,沖裁件精度要求高時,取較小值;反之,沖裁件精度要求不高或預(yù)估刃磨量大時,可取較大值。刃口磨損系數(shù)可參考表5-6的經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取。第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算一、凸、凹模刃口尺寸的計算原則表5-6刃口磨損系數(shù)x板料厚度t0/mm非 圓 形圓形10.750.50

18、.70.5制造公差/mmt010.160.170.350.360.160.161t020.200.210.410.420.200.202t040.240.250.490.5040.300.310.590.60Zmax-Zmin且沖裁件外形比較復(fù)雜時,通常采用凸、凹模注配方法來設(shè)計制造模具。即在設(shè)計圖樣上只標注沖孔凸?；蚵淞习寄Ｈ锌诘某叽绾椭圃炱?而沖孔凹模和落料凸模只需給出合理間隙,然后按照基準刃口來配作加工。1)均勻磨損的形狀刃口。 沖孔。 落料。第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算二、凸、凹模工作刃口尺寸的計算2.凸、凹模配作加工(1)注配尺寸法2)非均勻磨損的形狀刃口。 沖孔。圖5-9所示為一

19、沖孔制件和沖孔凸模,凸模磨損后的各部分尺寸發(fā)生了不同的變化。圖5-9沖孔件和凸模刃口尺寸第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算二、凸、凹模工作刃口尺寸的計算2.凸、凹模配作加工(1)注配尺寸法2)非均勻磨損的形狀刃口。 沖孔磨損后凸模刃口尺寸變小:圖中A類尺寸磨損后將變小,設(shè)計時應(yīng)適當增大這部分刃口的名義尺寸（5-6）磨損后凸模刃口尺寸變大:B類尺寸越磨越大,設(shè)計時應(yīng)適當減小名義尺寸,而制造偏差則采用凹模標注原則（5-7）第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算二、凸、凹模工作刃口尺寸的計算2.凸、凹模配作加工(1)注配尺寸法2)非均勻磨損的形狀刃口。 沖孔磨損后凸模尺寸不變:C類尺寸通常可根據(jù)制件標注尺寸取制件標

20、注公差帶的中間值作為制造名義尺寸。制件設(shè)計尺寸為 時（5-8）第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算二、凸、凹模工作刃口尺寸的計算2.凸、凹模配作加工(1)注配尺寸法2)非均勻磨損的形狀刃口。 沖孔制件設(shè)計尺寸為 時 (5-9)制件設(shè)計尺寸為 時 (5-10)第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算二、凸、凹模工作刃口尺寸的計算2.凸、凹模配作加工(1)注配尺寸法2)非均勻磨損的形狀刃口。 落料圖5-10落料件和落料凹模刃口尺寸第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算二、凸、凹模工作刃口尺寸的計算2.凸、凹模配作加工(1)注配尺寸法2)非均勻磨損的形狀刃口。 落料圖5-10給出了某一落料件和凹模刃口尺寸。設(shè)計時,以凹模為基準配

21、作凸模。仍分為磨損后尺寸變大、變小和不變?nèi)N情況,根據(jù)制件的公稱尺寸標注確定凹模制造尺寸及偏差。磨損后凹模尺寸變大(A類)（5-11）第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算二、凸、凹模工作刃口尺寸的計算2.凸、凹模配作加工(1)注配尺寸法2)非均勻磨損的形狀刃口。 落料磨損后凹模尺寸減小(B類)（5-12）磨損后位置尺寸不變(C類),制造偏差取正常值的一半:制件標注尺寸為 時（5-13）第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算二、凸、凹模工作刃口尺寸的計算2.凸、凹模配作加工(1)注配尺寸法2)非均勻磨損的形狀刃口。 落料制件標注尺寸為 時（5-14）制件標注尺寸為 時（5-15）第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算二、凸

22、、凹模工作刃口尺寸的計算2.凸、凹模配作加工(2)圖配尺寸法 沖孔。設(shè)沖裁件沖孔尺寸為 ,確定基準件凸模的刃口尺寸（5-16）式中s單面上偏差(mm),s=(/2+p)/2;x單面下偏差(mm),x=s-p;制件公差(mm),取正值;p制造公差(mm),取正值。沖孔凹模尺寸按凸模相應(yīng)尺寸配作,保證雙面(或單面)間隙值“”即可。第三節(jié) 沖裁模刃口尺寸的計算二、凸、凹模工作刃口尺寸的計算2.凸、凹模配作加工2.凸、凹模配作加工(2)圖配尺寸法 落料。設(shè)沖裁件外廓尺寸為,確定基準件凹模的刃口尺寸（5-17）落料凸模尺寸按凹模相應(yīng)尺寸配作,保證雙面(或單面)間隙值“”。根據(jù)金屬沖壓零件自由公差的測量規(guī)

23、范,對于形狀復(fù)雜的沖裁件,不宜一律按照包容面和被包容面原則來標注凸、凹模刃口尺寸。特別是對于狹長件及制件的某些局部尺寸,可能會出現(xiàn)偏差過大或反偏差的不合理現(xiàn)象。因此,有時需要根據(jù)具體情況按照制造方法進行合理標注。第四節(jié)沖裁件的排樣與搭邊一、排樣單純從沖裁過程中的材料利用率角度來看,排樣可以分為圖5-11所示多廢料排樣、少廢料排樣和近無廢料排樣三種形式。按照沖裁件的外形特征,排樣可分為直排、斜排、對排及混合排等多種方式。圖5-11排樣方法第四節(jié)沖裁件的排樣與搭邊二、搭邊沖壓生產(chǎn)中,為了保證沖裁件內(nèi)、外形完整、無缺損及不產(chǎn)生沖裁輪廓塌陷等,需要在制件與板坯邊緣之間、制件與制件之間設(shè)置一定間隔,此間

24、隔統(tǒng)稱為搭邊。搭邊值是由沖裁刃口與確定距離以外的定位銷(塊)、檔料銷(塊)以及側(cè)刃等保證的。合理的搭邊值通常是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗確定的,搭邊的最小寬度雖然與料厚有關(guān),但對于薄板沖裁,需設(shè)定最小搭邊值。而隨著料厚增厚,搭邊值與料厚的比值逐漸減小。表5-8給出了普通低碳鋼板料搭邊值的參考數(shù)據(jù)。第四節(jié)沖裁件的排樣與搭邊二、搭邊表5-8普通低碳鋼板料搭邊值(單位:mm)第四節(jié)沖裁件的排樣與搭邊三、材料利用率在普通沖壓生產(chǎn)成本中,材料費用通常約占50%以上,因此,材料利用率是一個非常重要的技術(shù)經(jīng)濟指標。沖裁加工中的材料利用率是指制件的實際面積A與板坯總面積的百分比。一個送進距離L內(nèi)單排沖裁時的材料利用率可以表

25、示為 (5-18)式中n一次送進中沖出制件個數(shù); B條料寬度(mm)。第四節(jié)沖裁件的排樣與搭邊三、材料利用率如圖5-12所示,在沖壓生產(chǎn)中存在兩種廢料。一種是單位進距中除去制件面積以外,包括制件與制件之間和制件與條料邊緣之間的余料,通常稱為工藝廢料。另一種是由制件本身形狀特點所產(chǎn)生的廢料,即結(jié)構(gòu)廢料。這兩種廢料的出現(xiàn),有時是不可避免的。圖5-12沖裁中的工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料第四節(jié)沖裁件的排樣與搭邊三、材料利用率如圖5-13a所示兩種排樣,由于條料規(guī)格已定,如果沖裁工藝能夠?qū)崿F(xiàn)翻轉(zhuǎn)沖裁或往復(fù)沖裁,則應(yīng)采用雙排排樣,可以大幅度提高材料利用率。對圖5-13b所示條料規(guī)格,采用雙排排樣同樣會浪費大量材料

26、,但如果在使用上沒有障礙,可要求將制件形狀進行簡單修改,將直邊設(shè)計成與凸包相似的凹口形狀后,可有效提高材料利用率。圖5-13合理排樣的方式第四節(jié)沖裁件的排樣與搭邊三、材料利用率如果條料的寬度與沖裁件寬度的名義尺寸相同,如圖5-14所示,可以考慮采用兩側(cè)無廢料排樣。但這種情況下,必須考慮條料的寬度公差。圖5-14兩側(cè)無廢料排樣第五節(jié) 沖裁力分析及計算一、沖裁力及沖裁功的分析計算1.沖裁力-行程曲線分析沖裁變形初期,凸模開始接觸到板料時,由于凸、凹模刃口的擠壓力使板料產(chǎn)生強烈的變形抵抗,沖裁力急劇上升,如圖5-15所示。圖5-15沖裁力-行程曲線第五節(jié) 沖裁力分析及計算一、沖裁力及沖裁功的分析計算

27、2.沖裁力的計算沖裁力的精確計算比較復(fù)雜,按照材料力學(xué)的習(xí)慣,最大沖裁力與板料斷裂瞬間的斷口總面積之比,應(yīng)為材料的抗剪強度。但板料斷裂瞬間的真實總面積很難測取,因此,通常將沖裁輪廓線的總長度L與原始板厚t0的乘積Lt0來近似代替斷裂面積。這樣,即可近似計算平刃口沖裁力（5-19）式中材料的抗剪強度(MPa); K系數(shù),通常取K=1.3。第五節(jié) 沖裁力分析及計算一、沖裁力及沖裁功的分析計算3.沖裁功的計算對于厚板沖裁,即使壓力機能夠滿足沖裁力要求,但會因沖裁功過載造成事故,如果壓力機功率過載,會產(chǎn)生悶車現(xiàn)象。因此,在設(shè)計厚板件沖裁模時,有時需要針對所選壓力機進行沖壓功計算或校驗。一般,平刃口沖裁

28、時的沖壓功可按下式近似計算(單位為J)(5-20)式中K系數(shù),其值通常在0.30.7,板料越厚取值越大,可查表;F沖裁力(N)。第五節(jié) 沖裁力分析及計算一、沖裁力及沖裁功的分析計算3.沖裁功的計算如圖5-16所示,沖裁功主要受沖裁力和凸模行程影響而變化,其中沖裁力主要取決于材料性能和板料厚度,而凸模行程也隨板厚而變化。對于同種材料,沖裁力隨板厚增加而增大,并且最大沖裁力和相應(yīng)的凸模行程都將向右移,導(dǎo)致沖裁功增大。圖5-16沖裁功示意圖第五節(jié) 沖裁力分析及計算一、沖裁力及沖裁功的分析計算4.凸、凹模刃口間隙對沖裁力的影響對于平刃口沖裁,當加工材料、板料厚度以及沖裁輪廓線長度已經(jīng)確定的情況下,凸、

29、凹模間隙成為影響沖裁力大小的唯一因素。圖5-17所示為板料單位斷面積上沖裁力隨刃口間隙改變的變化曲線,可以用來近似推移沖裁力的變化趨勢。圖5-17刃口間隙對單位斷面積上沖裁力的影響第五節(jié) 沖裁力分析及計算一、沖裁力及沖裁功的分析計算5.凸模受力及磨損板料沖裁時,壓力機輸出壓力通過凸模傳遞給變形材料,因而凸模即是一個傳遞壓力的零件,又因與板料直接作用而成為一個易磨損零件。圖5-18所示為凸?？v斷面上刃口圓角處的受力分布狀況,其中,為周向拉應(yīng)力,r則是作用在凸模表面的壓應(yīng)力。圖5-18沿凸模刃口輪廓的應(yīng)力分布示意圖第五節(jié) 沖裁力分析及計算二、降低沖裁力的工藝方法1.斜刃沖裁所謂斜刃,是指將凸?；虬?/p>

30、模刃口做成與水平面傾斜成一定的角度,如圖5-19所示。圖5-19沖裁模斜刃示意圖第五節(jié) 沖裁力分析及計算二、降低沖裁力的工藝方法1.斜刃沖裁斜刃口沖模的最大沖裁力可近似計算如下（5-21）式中K系數(shù),一般取1.3; 刃口傾斜角度()。有時,為了簡便,也可按下式進行計算（5-22）式中k與斜刃高度h有關(guān)的系數(shù)(h=t0,k=0.40.6;h=2t0時,k=0.20.4)。第五節(jié) 沖裁力分析及計算二、降低沖裁力的工藝方法2.拼鑲結(jié)構(gòu)的波浪形刃口沖裁對于厚板特別是大型覆蓋件沖裁,經(jīng)常采用由斜刃剪鑲塊構(gòu)成的波浪形刃口,如圖5-20所示(圖中“G”代表高點,“D”代表低點)。圖5-20拼鑲結(jié)構(gòu)的波浪形沖

31、裁刃口第五節(jié) 沖裁力分析及計算二、降低沖裁力的工藝方法2.拼鑲結(jié)構(gòu)的波浪形刃口沖裁波浪形刃口的設(shè)計原則是,將沖裁輪廓線變化基本一致的線段做成一塊斜刃鑲塊,而在沖裁輪廓線上形成波浪形刃口。波浪形刃口的沖裁力近似計算如下（5-23）式中l(wèi)i沖裁輪廓線上分塊長度(mm),(i=1,2,3,n); h波浪刃口高低差(mm)。第五節(jié) 沖裁力分析及計算二、降低沖裁力的工藝方法3.階梯凸模沖裁對于多孔沖裁模,為了減小瞬時沖裁力,避免各凸模沖裁力的最大峰值同時產(chǎn)生,可以將沖孔凸模做成長短不同的階梯形凸模,如圖5-21所示。圖5-21階梯凸模第五節(jié) 沖裁力分析及計算二、降低沖裁力的工藝方法4.加熱沖裁對于塑性很

32、差或大型厚板件沖裁,可以考慮加熱沖裁方法。由于板料在加熱狀態(tài)下,加工硬化效應(yīng)減弱,材料的抗剪強度降低,因此,可以提高板料塑性并降低最大沖裁力。但是,加熱沖裁的板料溫度很難確定,而且會出現(xiàn)氧化、脫碳以及冷卻時的回復(fù)變形現(xiàn)象,沖裁精度也相對較低。另外,加熱狀態(tài)下進行沖裁加工,使勞動條件變差。但由于汽車減重、減排要求,大量新型高強鋼涌入汽車制造工業(yè),對于這類塑性較差的鋼板,正在開發(fā)新的加熱沖裁、成形方法。第五節(jié) 沖裁力分析及計算三、其他輔助工藝力的計算在沖裁加工后,由于凸、凹模間隙造成的板料彎曲或徑向擠壓回彈,會使得沖裁結(jié)束后的工件或廢料箍緊在凸模上或擠脹在凹?？變?nèi)。為了提高生產(chǎn)效率,應(yīng)將這些妨礙連

33、續(xù)生產(chǎn)的工件、廢料迅速排出。因此,設(shè)計模具時,需要簡單估算這些輔助工藝力的大小,以確定沖壓設(shè)備噸位。第五節(jié) 沖裁力分析及計算三、其他輔助工藝力的計算如圖5-22所示,從凸模上卸下工件或廢料所施加的力稱為卸件力,順著沖裁方向?qū)⒐ぜ驈U料推出凹模的力稱為推件力,逆著沖裁方向?qū)⒐ぜ驈U料頂出凹模的力稱為頂件力。圖5-22輔助工藝力作用示意第五節(jié) 沖裁力分析及計算三、其他輔助工藝力的計算這些力通常根據(jù)以下經(jīng)驗公式進行估算(5-24)(5-25)(5-26)式中F卸、F推、F頂分別為卸料力、推件力及頂件力(kN);K卸、K推、K頂分別為卸料系數(shù)、推件系數(shù)及頂件系數(shù)F沖裁力(kN)。第五節(jié) 沖裁力分析及計

34、算三、其他輔助工藝力的計算總沖裁力包括沖裁力以及上述卸料力、推件力及頂件力等輔助工藝力之和。即(5-27)確定沖壓設(shè)備噸位時,應(yīng)按總沖裁力來選取。第五節(jié) 沖裁力分析及計算四、模具壓力中心的確定1.形狀簡單沖裁件的壓力中心計算一般,具有對稱幾何形狀的沖裁件,其壓力中心位于對稱中心線的交點上,這類沖裁模的壓力中心就在刃口輪廓圖形的中心點上。對于等半徑圓弧,如圖5-23所示。圖5-23圓弧的壓力中心第五節(jié) 沖裁力分析及計算四、模具壓力中心的確定1.形狀簡單沖裁件的壓力中心計算其壓力中心位于2角的角平分線上,且距圓心為x0的點處(5-28)式中s弧長(mm); l弦長(mm)。第五節(jié) 沖裁力分析及計算

35、四、模具壓力中心的確定2.形狀復(fù)雜沖裁件或多凸模沖裁件的壓力中心計算對于形狀復(fù)雜的沖裁件,可以經(jīng)驗估算、解析計算或圖解法來確定壓力中心。(1)經(jīng)驗估算有經(jīng)驗的設(shè)計者,?？筛鶕?jù)經(jīng)驗大致估算簡單形狀沖裁模的壓力中心。(2)解析計算所謂解析計算,是指根據(jù)剪切力矩平衡原理進行的計算,即將沖裁輪廓分成若干部分,而每部分所需沖裁力對某一坐標軸取矩之和應(yīng)等于其合力對該坐標軸的力矩。第五節(jié) 沖裁力分析及計算四、模具壓力中心的確定2.形狀復(fù)雜沖裁件或多凸模沖裁件的壓力中心計算(2)解析計算1)求多個凸模的壓力中心。以圖5-24所示兩個沖孔凸模為例,一個沖裁件上需沖出一個圓孔和一個方孔的情況。圖5-24兩個凸模壓

36、力中心的確定第五節(jié) 沖裁力分析及計算四、模具壓力中心的確定2.形狀復(fù)雜沖裁件或多凸模沖裁件的壓力中心計算(2)解析計算2)求多線段非對稱凸模的壓力中心。對于圖5-25所示多線段非對稱沖裁件,可按以下步驟計算其凸模壓力中心:圖5-25多線段非對稱沖裁件第五節(jié) 沖裁力分析及計算 按比例畫出沖裁件輪廓形狀 任意選取x、y坐標軸(由于所求得的壓力中心位置將與所取坐標軸有關(guān),因此,坐標軸選取適當,可簡化計算)。 按輪廓線將沖裁件分成若干個直線段和曲線段l1、l2、ln。利用沖裁力與輪廓線長度成正比的關(guān)系,可以用線段長度ln代替該段沖裁力Fn。 計算各段直線或曲線的重心到x軸的距離x1、x2xn及到y(tǒng)軸的

37、距離y1、y2yn,代入壓力中心計算式（5-29）第五節(jié) 沖裁力分析及計算四、模具壓力中心的確定2.形狀復(fù)雜沖裁件或多凸模沖裁件的壓力中心計算(3)圖解法求壓力中心除上述介紹的兩種求壓力中心的方法以外,還可以利用圖解法求沖裁件的壓力中心。但由于圖解法精度不高,現(xiàn)在實際設(shè)計中已較少采用。因此,這里不作介紹,有興趣的讀者可參考相關(guān)的書籍。第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計一、沖裁件的工藝性分析1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性(1)沖裁件的加工形狀和工藝尺寸沖裁件的加工形狀受到?jīng)_裁方法、模具結(jié)構(gòu)的限制,應(yīng)力求形狀簡單,盡可能采用規(guī)則形狀組合。同時應(yīng)考慮到使排樣盡可能減少廢料,如圖5-26所示。圖5-26沖裁件形狀的合理設(shè)計

38、第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計一、沖裁件的工藝性分析1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性(2)沖裁件的最小封閉尺寸普通沖裁工藝中,受凸模強度和剛度的限制,沖裁件外形或封閉孔徑的尺寸不宜過小,否則會引起折斷或彎曲。沖孔或落料的最小尺寸主要取決于沖壓材料的力學(xué)性能、凸模和凹模強度及其制造精度等,簡單形狀落料或沖孔的各種最小限制尺寸可參照表5-10。對于產(chǎn)品使用要求必須實現(xiàn)的小尺寸沖裁,可采用帶保護套凸模,以增強凸模剛度、預(yù)防折斷或壓彎,這種情況下的最小沖裁尺寸可參照表5-11。材料硬鋼軟鋼、黃銅鋁、鋅材料硬鋼軟鋼、黃銅鋁、鋅圓形孔徑d0.5t00.35t00.3t0長方孔寬b0.4t00.3t00.25t0表5-11帶保

39、護套凸模沖裁的最小封閉尺寸第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計一、沖裁件的工藝性分析1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性(2)沖裁件的最小封閉尺寸表5-10普通沖裁的最小封閉尺寸(單位:mm)第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計一、沖裁件的工藝性分析1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性(3)形孔的最小邊距受模具結(jié)構(gòu)的限制,沖裁件形孔的最小邊距不能過小,以避免產(chǎn)生孔緣塌陷、余肉咬入等質(zhì)量缺陷。在復(fù)合沖裁中,過小的形孔邊距可能增加凸模固定困難,使凹模側(cè)壁強度降低,另外,在熱處理過程中容易淬裂。對于形孔邊距較小的沖裁件,可采用連續(xù)模沖裁。如圖5-27所示。圖5-27沖裁件孔邊距第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計一、沖裁件的工藝性分析1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性(4)相交線的圓弧

40、過渡沖裁件的外形和內(nèi)孔的轉(zhuǎn)角處應(yīng)以圓弧連接,避免出現(xiàn)尖銳的清角。帶清角凸、凹模均較難加工,會增大修模工作量,工作中易產(chǎn)生應(yīng)力集中、易損壞,另外,熱處理時容易淬裂。沖裁件形狀線過渡處的圓弧半徑應(yīng)盡可能大,以方便制造。產(chǎn)品功能要求必須帶清角時,只能采用鑲塊凹模,以便于更換修磨。第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計一、沖裁件的工藝性分析1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性(5)懸臂和狹槽沖裁件上應(yīng)盡可能避免出現(xiàn)細長懸臂和狹窄長槽。過長或過窄的懸臂或狹槽會造成凸模剛度、強度不良,易損易折,并且凹模加工困難。如圖5-28所示。圖5-28沖裁件的懸臂與狹槽第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計一、沖裁件的工藝性分析1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性(6)半成品件的

41、沖裁加工如圖5-29所示,在已成形半成品件上沖孔或修邊時,孔緣與成形側(cè)壁應(yīng)留一定距離,使lR+1.5t0,以保證凹模具有足夠的強度和剛度。另外,考慮到?jīng)_裁質(zhì)量和模具壽命,半成品件應(yīng)盡量避免斜面沖孔或修邊。圖5-29半成品件沖孔第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計一、沖裁件的工藝性分析2.沖裁件的尺寸基準沖裁件的尺寸基準是根據(jù)其使用或裝配關(guān)系決定的,因此,對于具有工作定位孔的沖裁件,應(yīng)以該孔中心為基準標注其他形位尺寸,而不應(yīng)以形位面來約束孔位,以避免刃口磨損造成沖裁形位面尺寸發(fā)生變化。而多孔沖裁時,即使刃口磨損,各孔中心距離基本保持不變。表5-12給出了設(shè)計沖裁多孔制件時孔中心距的公差值。第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計一

42、、沖裁件的工藝性分析2.沖裁件的尺寸基準板料厚度t0普 通 沖 孔 公 差精 密 沖 孔 公 差孔中心矩公稱尺寸5050150150300505015015030011224460.10.120.50.20.150.20.250.30.20.30.350.40.030.040.050.060.050.060.050.100.080.10.120.2表5-12沖裁孔中心矩公差(單位:mm)第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計一、沖裁件的工藝性分析3.沖裁件的精度普通沖裁件的尺寸精度一般為IT11IT10級。沖孔精度比落料精度高一級,通常在此級別以下尋求沖裁生產(chǎn)的經(jīng)濟精度。對于要求較高的沖裁件,可考慮采用精密沖裁

43、方法加工,也可以在沖裁加工后增設(shè)整修工序。關(guān)于普通沖裁件外形和內(nèi)孔的尺寸公差、沖裁斷面的表面粗糙度以及允許毛刺高度等,可分別參考表5-13圖5-15。第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計一、沖裁件的工藝性分析3.沖裁件的精度板料厚度普 通 公 差 等 級較 高 公 差 等 級制件尺寸101050501501503000.30.50.51.01.01.51.52新模試沖時允許的毛刺高度0.0150.020.030.040.05生產(chǎn)時允許的毛刺高度0.050.080.100.130.15表5-14沖裁斷面的表面粗糙度表5-15沖裁斷面允許毛刺高度(單位:mm)第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計二、確定沖裁工藝方案1.制訂沖裁工

44、序制訂沖裁工序時,首先應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)批量、質(zhì)量要求、現(xiàn)有設(shè)備規(guī)格等,確定能否采用組合工序來實現(xiàn)生產(chǎn)。(1)組合工序沖裁工序通常可以分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁以及連續(xù)(或稱級進沖裁)沖裁三種方式。組合沖裁可以節(jié)省設(shè)備、模具、人員、場地等,可以大幅度提高生產(chǎn)效率和加快生產(chǎn)節(jié)拍。另外,采用組合模進行沖裁生產(chǎn),還可以避免多工序沖裁中重復(fù)定位誤差的產(chǎn)生,進而提高產(chǎn)品質(zhì)量。第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計二、確定沖裁工藝方案1.制訂沖裁工序(2)實現(xiàn)組合工序的條件1)制件的形狀尺寸。如圖5-30所示簡單制件,兩長孔之間和長孔與制件邊緣之間的距離很小,不能保證復(fù)合沖裁時的刃口剛度和強度要求,因而不宜采用復(fù)合沖裁。圖5-

45、30不適于復(fù)合沖裁的制件第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計二、確定沖裁工藝方案1.制訂沖裁工序(2)實現(xiàn)組合工序的條件2)沖裁件尺寸精度。對于外輪廓與內(nèi)形的同軸度要求較高的沖裁件,無論采用單工序沖裁或連續(xù)沖裁,都難免存在多次定位累積誤差的缺陷。而采用復(fù)合沖裁方法,一般可由模具制造精度保證外形和內(nèi)孔的同軸度誤差在0.020.04mm范圍內(nèi)。因此,如果條件允許,最適合采用復(fù)合沖裁方式。第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計二、確定沖裁工藝方案1.制訂沖裁工序(2)實現(xiàn)組合工序的條件3)生產(chǎn)批量。從模具設(shè)計制造成本考慮,對于沖裁件小批量生產(chǎn),適合于使用結(jié)構(gòu)簡單的模具進行單工序沖裁。而沖裁件大批量生產(chǎn),需要考慮生產(chǎn)效率和各種消耗,因

46、此,宜于采用復(fù)合沖裁或連續(xù)沖裁生產(chǎn)。4)生產(chǎn)節(jié)拍。現(xiàn)代化生產(chǎn)環(huán)境中,生產(chǎn)節(jié)拍不僅僅是生產(chǎn)效率問題,還體現(xiàn)出對市場需求的快速響應(yīng)能力。三種沖裁工序中,單工序沖裁的生產(chǎn)節(jié)拍最慢,復(fù)合沖裁通常伴有取件和清除廢料困難,如果力求高節(jié)拍生產(chǎn)效率,多工序件應(yīng)優(yōu)先選用連續(xù)沖裁方式。第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計二、確定沖裁工藝方案1.制訂沖裁工序(2)實現(xiàn)組合工序的條件5)模具制造難易程度及其成本。在沖壓生產(chǎn)成本中,模具的設(shè)計制造費用占有很大的比例。從模具加工、調(diào)試和用料等制造成本來看,復(fù)合模成本相對較低,而單工序模雖然結(jié)構(gòu)相對簡單,但多套模具制造成本較高。與復(fù)合模相比,連續(xù)模結(jié)構(gòu)簡單、容易制造,但連續(xù)生產(chǎn)多需配備自動

47、送料、取件裝置,也是使連續(xù)模造價提高的原因之一。6)生產(chǎn)操作性。操作性是組織沖壓生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié),也是大規(guī)模生產(chǎn)所不容忽視的問題。從三種沖裁工序的操作性來看,連續(xù)沖裁易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn),安全操作性相對好。第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計二、確定沖裁工藝方案2.沖裁工藝排序(1)多工序件的單工序沖裁順序?qū)Χ喙ば蚣M行單工序沖裁排序時,必須考慮后續(xù)沖裁中半成品件的定位問題。如圖5-31a所示,對于要求外形尺寸精度的沖裁件,通?？梢韵嚷淞?下道工序以外形兩內(nèi)凹圓弧定位沖內(nèi)形孔。對圖5-31b以內(nèi)形孔位為基準標注外形尺寸且要求精度較高的沖裁件,孔邊距太小,不宜采用復(fù)合沖裁方案。圖5-31單工序沖裁第六節(jié) 沖裁工

48、藝設(shè)計二、確定沖裁工藝方案2.沖裁工藝排序(2)復(fù)合沖裁順序如圖5-32所示零件工藝條件較好,可以采用復(fù)合沖裁。圖5-32復(fù)合沖裁第六節(jié) 沖裁工藝設(shè)計二、確定沖裁工藝方案2.沖裁工藝排序(3)連續(xù)沖裁順序連續(xù)沖裁時,原則上由內(nèi)向外先沖內(nèi)形孔。如圖5-33所示,通常最先沖制便于定位的內(nèi)形孔或缺口等,作為下道工序的定位基準。如果制件的內(nèi)、外形尺寸精度要求較高時,可先沖工藝定位孔或采用側(cè)刃定距送進,最后落料或切斷使工件與條料分離。圖5-33連續(xù)沖裁第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計一、沖裁模的典型基本結(jié)構(gòu)1.單工序模(1)沖孔模圖5-34所示為單工序沖孔模的基本結(jié)構(gòu)簡圖,通常將沖孔凸模裝在上模側(cè),沖孔廢料從凹模

49、孔內(nèi)落下,沖孔制件被退料板退下,送進靠相應(yīng)的定位機構(gòu)定位,完成下一次沖裁的準備工作。(2)落料模圖5-34單工序沖孔模第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計一、沖裁模的典型基本結(jié)構(gòu)2.連續(xù)模連續(xù)模(也稱級進模)是在多工序沖裁件無法實現(xiàn)復(fù)合沖裁的情況下采用的多工位連續(xù)沖裁的高效率模具,在其級進順序中,可以出現(xiàn)沖孔、落料、切斷、修邊等任何沖裁工序。圖5-35即為墊圈的落料沖孔連續(xù)模。圖5-35墊圈落料沖孔連續(xù)模第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計一、沖裁模的典型基本結(jié)構(gòu)3.復(fù)合模與單工序模和連續(xù)模相比,利用復(fù)合模沖制的制件內(nèi)孔與外形的相對位置精度較高。其精度主要取決于模具的制造精度,而避免了單工序模手工定位和連續(xù)模機械定位所不

50、可避免的誤差積累。如圖5-36所示,復(fù)合模的工作零件中,除去凸、凹模外,還需要有一個復(fù)合形式的凸凹模。圖5-36落料沖孔復(fù)合模第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計1.沖裁模零部件分類及功用按照零部件的功能,通?？蓪_裁模的組成零部件分為兩大類,即工作零部件和輔助零部件。(1)工作零部件沖裁模中的工作零部件是指直接接觸沖裁表面并使板料產(chǎn)生沖裁變形的零部件,這部分零部件都帶有沖裁刃口,主要有凸模、凹模和凸凹模,其中也包括切斷刀、剁刀等。(2)輔助零部件除去凸模、凹模和凸凹模以外,所有組成沖裁模的零件統(tǒng)稱為輔助零部件,其中包括定位、卸料、導(dǎo)向、固定及緊固零部件等。第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模

51、結(jié)構(gòu)設(shè)計2.沖裁模零件的標準化沖模零件標準化的實施是對發(fā)展沖壓技術(shù)和提高模具設(shè)計水平的巨大支持。采用標準化的沖模零部件可使模具設(shè)計制造速度大大加快,并降低模具的設(shè)計制造成本。自從我國制定了冷沖模國家標準和部分行業(yè)標準,并推出數(shù)十種冷沖模典型組合后,極大促進了模具行業(yè)大發(fā)展。隨著模具標準化的發(fā)展和普及,模具設(shè)計制造行業(yè)的市場快速響應(yīng)能力得到了很大提高。第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(1)凸模1)凸模的結(jié)構(gòu)形式。 圓形凸模。通常有圖5-37所示的四種基本結(jié)構(gòu)形式。圖5-37圓形凸模的基本結(jié)構(gòu)形式第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(1)凸模1)

52、凸模的結(jié)構(gòu)形式。 非圓形凸模。如圖5-38所示。圖5-38非圓形凸模的基本結(jié)構(gòu)形式第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(1)凸模1)凸模的結(jié)構(gòu)形式。 非圓形凸模。另外,對于細長凸模,還可以采用凸模保護套使其強度和剛度得以增強,如圖5-39所示。圖5-39凸模保護套第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(1)凸模2)凸模長度計算及其強度校核。 凸模長度計算。如圖5-40所示。圖5-40中、小型沖孔凸模長度的計算第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(1)凸模2)凸模長度計算及其強度校核。 凸模長度計算。如圖5-40所示,計算中、

53、小型沖孔凸模長度L時,可參照下式(5-30)式中l(wèi)1凸模座及配入部分長度(mm),通常l1h1(固定板厚度); l2工作刃口長度(mm),l2h2+t0+(0.51.0),h2為退料板厚度; x附加長度(mm),根據(jù)刃磨量和模具結(jié)構(gòu)高度具體確定。第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(1)凸模2)凸模長度計算及其強度校核。 凸模強度校核。對于外徑或橫截面面積較小的凸模,有時需要進行適當?shù)某袎盒：?。在沖裁力F作用下凸模承受的最大單位壓力p=F/A,不應(yīng)大于凸模及上模板或墊板材料的許用抗壓強度p,即凸模橫截面面積（5-31) 圓形凸模直徑 。第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)

54、構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(1)凸模2)凸模長度計算及其強度校核。 凸模強度校核。凸模不致產(chǎn)生橫向彎曲所能承受的最大軸向壓力 此時,凸模的最大長度（5-32)式中E0凸模材料的折減彈性模量(MPa)(見第四章第三節(jié));I凸模最小斷面慣性矩(mm2),對于直徑為d的圓形凸模n穩(wěn)定安全系數(shù),對于淬火鋼n=23。第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(1)凸模3)凸模的固定形式凸模在沖裁過程中承受較大的沖擊力,尤其非對稱凸模在沖裁中受力不均,很容易產(chǎn)生松動且損傷刃口。因此,需要根據(jù)所沖孔的形狀尺寸大小、受力情況等采取不同的固定方式。圖5-41凸模常用的固定方式第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)

55、設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(1)凸模3)凸模的固定形式隨著膠結(jié)工藝的不斷發(fā)展,對于一些小型凸模還可以采用膠結(jié)方法固定。圖5-42a和圖5-42b分別是采用環(huán)氧樹脂和低熔點合金來固定凸模的方式。圖5-42利用環(huán)氧樹脂或低熔點合金固定凸模第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(2)凹模1)凹模刃口形式。生產(chǎn)中常用的凹模刃口主要有圖5-43中所示的幾種形式。圖5-43凹模的刃口形式第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(2)凹模2)凹模的結(jié)構(gòu)形式及尺寸。 圓形刃口凹模。沖裁輪廓呈圓形的凹模結(jié)構(gòu)通常采用圖5-44所示的幾種結(jié)構(gòu)。圖5-44圓形

56、刃口凹模的結(jié)構(gòu)第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(2)凹模2)凹模的結(jié)構(gòu)形式及尺寸。 非圓形刃口凹模。如圖5-45a、b所示,當制件長、寬方向的尺寸差別不是很大時,可將漏料孔開成圓形,使加工簡單。圖5-45非圓形刃口凹模的結(jié)構(gòu)第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(2)凹模2)凹模的結(jié)構(gòu)形式及尺寸。 非圓形刃口凹模。關(guān)于非圓形凹模的高度H和側(cè)壁厚度B的確定,可采用以下的經(jīng)驗公式(5-33)(5-34)式中l(wèi)沖裁制件的最大外形尺寸(mm);k考慮板料厚度的影響系數(shù),可查表5-16。第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(2)凹

57、模2)凹模的結(jié)構(gòu)形式及尺寸。 大型復(fù)雜沖裁件的凹模拼鑲式結(jié)構(gòu)。設(shè)計拼鑲式凹模結(jié)構(gòu)、刃口分塊時,既要考慮到?jīng)_裁輪廓中易損壞、磨損的局部位置,又要考慮到制造方便,特別是局部刃口的磨削難度。參照圖5-46,考慮以下原則:圖5-46大型復(fù)雜形狀刃口的拼鑲凹模結(jié)構(gòu)第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計a)直線刃口部分的鑲塊長度可適當大些,具有凸出或凹入等復(fù)雜形狀及易磨損的部分,如圖中處,應(yīng)單獨分塊。b)對復(fù)雜曲線刃口盡可能沿刃口輪廓的法線方向分塊。但注意不應(yīng)為此而使同一塊曲線刃口處形成尖角,如圖中處。c)考慮到制造和磨削困難,避免熱處理淬裂,應(yīng)盡量在刃口輪廓線上具有尖角的位置分塊,如圖中處。d)圓弧和直線部分的分塊線,

58、應(yīng)取在距離切點35mm以外的直線刃口上,見圖中處。e)為減小鑲塊接縫間隙,刃口帶接合面不宜太長,但應(yīng)大于刃口帶寬度(一般為1215mm)至少5mm以上,其余部分各自空開1mm。第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計f)當凸模也采用分塊結(jié)構(gòu)時,凸、凹模鑲塊的分塊線不能重合,以免造成鑲塊拼合處變形而導(dǎo)致應(yīng)力集中、過快磨損產(chǎn)生毛刺,凸、凹模分塊線最小應(yīng)錯開35mm。g)緊固鑲塊的螺釘位置應(yīng)靠近刃口,如圖5-47所示,盡可能對稱布置,以使緊固力相對平衡。為避免刃口受力直接傳遞到柱銷孔,應(yīng)使柱銷位置盡可能遠離刃口。圖5-47凹模鑲塊上螺釘注銷的布置方法第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(2)凹

59、模2)凹模的結(jié)構(gòu)形式及尺寸。 大型復(fù)雜沖裁件的凹模拼鑲式結(jié)構(gòu)。關(guān)于凹模鑲塊的定位,需要根據(jù)板料的厚度及材質(zhì)決定。圖5-48凹模鑲塊的固定方法第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(2)凹模2)凹模的結(jié)構(gòu)形式及尺寸。 大型復(fù)雜沖裁件的凹模拼鑲式結(jié)構(gòu)。另外,如果模具結(jié)構(gòu)允許,可以采用如圖5-49所示大型覆蓋件沖裁常用的側(cè)面固定方式。圖5-49凹模鑲塊的側(cè)面固定方法第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計3.工作零部件的設(shè)計(3)凸凹模凸凹模具有內(nèi)、外兩重沖裁刃口,刃口壁厚取決于沖裁制件的實際尺寸。因此,必須對沖裁件結(jié)構(gòu)尺寸及模具強度進行具體分析后,才可確定能否采用復(fù)合沖裁生產(chǎn)

60、。關(guān)于正裝凸凹模的最小壁厚可參照表5-17。表5-17正裝凸凹模的最小壁厚(單位:mm)第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計4.輔助零部件的設(shè)計沖裁模中的輔助零件,是保證工作零部件順利完成沖裁工作所不可缺少的非刃口類零部件,需要根據(jù)工作零部件結(jié)構(gòu)形式進行具體設(shè)計。(1)定位零件圖5-50沖裁模中的定位零件第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計4.輔助零部件的設(shè)計(1)定位零件1)擋料零件。 固定擋料銷。固定擋料銷既可以控制單塊板坯或條料在沖裁加工中的送進位置,也可以用來限制連續(xù)沖裁中后一道工序件的再加工位置。圖5-51固定擋料銷的工作狀態(tài)第七節(jié) 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計二、沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計4.輔助零