第二章 沖裁工藝及

第二章沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)本章學(xué)習(xí)要求：

1.掌握沖裁變形規(guī)律和沖裁件質(zhì)量的影響因素；2.掌握沖裁模刃口尺寸計(jì)算方法和排樣設(shè)計(jì)；

3.掌握沖裁工藝性分析、工藝設(shè)計(jì)和工藝計(jì)算；4.了解沖裁模典型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和模具主要零部件的設(shè)計(jì)；

5.了解沖裁工藝與沖裁模設(shè)計(jì)的方法和步驟；沖裁定義: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。沖裁包括：落料、沖孔、切邊、沖缺、剖切、修整等。落料：用落料模沿封閉輪廓沖裁板料或條料，沖下部分為制件。（2）沖孔：用沖孔模沿封閉輪廓沖裁工件或毛坯，沖下部分為廢料。（3）切斷：用剪刃或模具切斷板料或條料的部分周邊，并使其分離。（4）切口：用切口模將部分材料切開，但并不使它完全分離，切開部分材料發(fā)生彎曲。（5）切邊：用切邊模將坯件邊緣的多余材料沖切下來。（6）剖切：用剖切模將坯件(彎曲件或拉深件)剖成兩部分或幾部分。（7）整修：用整修模去掉坯件外緣或內(nèi)孔的余量，以得到光滑的斷面和精確的尺寸。第一節(jié)沖裁工藝分析一、沖裁變形過程

1、彈性變形階段

板料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲和拉伸等變形。2、塑性變形階段

板料的應(yīng)力達(dá)到屈服極限，板料開始產(chǎn)生塑性剪切變形。

3、斷裂分離階段

已成形的裂紋沿最大剪應(yīng)變速度方向向材料內(nèi)延伸，呈楔形狀發(fā)展。二、沖裁件斷面質(zhì)量及影響因素1.斷面特征(如圖2.1.5)圓角帶、光亮帶、斷裂帶、毛刺a—圓角帶；b—光亮帶;

c—斷裂帶;d—毛刺2.1.5沖裁件的斷面特征2.影響斷面質(zhì)量的因素（1）材料的性能對(duì)斷面質(zhì)量的影響

塑性好的材料，裂紋出現(xiàn)較遲，材料被剪切的深度較大；塑性差的材料，剪切開始不久即被拉裂，斷面光亮帶少。（2）模具沖裁間隙大小對(duì)斷面質(zhì)量的影響(如圖2.1.6)材料性能、模具間隙、模具刃口狀態(tài)圖2.1.6間隙大小對(duì)沖裁件斷面質(zhì)量的影響a)間隙過??；b)間隙合適；c)間隙過大（3）模具刃口狀態(tài)對(duì)斷面質(zhì)量的影響（如圖2.1.7）圖2.1.7模具刃口狀態(tài)對(duì)斷面質(zhì)量的影響提高沖裁件斷面質(zhì)量的措施1、整修；2、選擇塑性好的材料；3、選擇合理的模具間隙值；4、保證模具刃口鋒利。第二節(jié)沖裁力、卸料力及推件力的計(jì)算一、沖裁力的計(jì)算a.計(jì)算沖裁力的目的

選用合適的壓力機(jī)、設(shè)計(jì)模具以及檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度。b、沖裁力的計(jì)算公式平刃口沖裁：式中：L——沖裁件周邊長度（mm）；t——材料厚度（mm）；τ——材料的抗剪強(qiáng)度（MPa）；K——系數(shù)。一般k=1.3降低沖裁力的方法1）階梯凸模沖裁凸模間高度差H的取值取決于材料厚度：t<3mm時(shí)，H=tt>3mm時(shí)，H=0.5t凸模的布置要盡量對(duì)稱，使模具受力平衡。缺點(diǎn)：長凸模插入凹模較深，容易磨損。圖2.4.2凸模階梯布置2）斜刃口沖裁圖2.4.3斜刃沖裁（a）、（b）落料凹模為斜刃；（c）、（d）、（e）沖孔凸模為斜刃；（f）用于切口或切斷的單邊斜刃斜刃角與斜刃高度一般按照書表2-1選取。斜刃口沖裁：卸料力:

推料力:頂件力:K取值與斜刃高度有關(guān)。當(dāng)h=t時(shí)，k=0.4~0.6h=2t時(shí)，k=0.2~0.43)加熱沖裁三、卸料力及推件力的計(jì)算K取值見表2-2剛性卸料和下出料的方式：F總=F沖+F推采用彈性卸料裝置和下出料的方式：

F總=F沖+F卸+F推采用彈性卸料裝置和上出料的方式：

F總=F沖+F卸+F頂

例2-1計(jì)算圖所示零件所需的沖壓力。材料為Q235鋼，料厚t=2mm，采用彈性卸料裝置和下出料方式，凹模刃口直壁高度h=6mm.解：沖裁力：查表查出第三節(jié)沖裁間隙一、沖裁模具的間隙

概念：指凹模與凸模刃口橫向尺寸的差值，是設(shè)計(jì)模具的重要工藝參數(shù)。沖裁間隙分單邊和雙邊間隙，單邊間隙用C表示，雙邊間隙用Z表示。間隙的大小影響沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命。（一）間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響

尺寸精度：指沖裁件的實(shí)際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小則精度越高。差值原因：間隙；模具制造精度當(dāng)模具制造精度確定后:間隙較大時(shí)，拉伸作用增大，落料件尺寸小于凹模尺寸，沖孔孔徑大于凸模直徑；間隙較小時(shí)，擠壓力大，落料件尺寸增大，沖孔孔徑變小。（二）間隙對(duì)模具壽命的影響（三）間隙對(duì)沖裁工藝力的影響二、間隙值的確定1.理論確定法

由圖2.2.2中三角形ABC的關(guān)系得：2、經(jīng)驗(yàn)確定法3、查表法也可以根據(jù)材料和厚度直接查表得到。見書表2-5.軟材料：硬材料：第四節(jié)沖裁模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算一、凸模與凹模刃口的尺寸計(jì)算（一）凸、凹模刃口尺寸計(jì)算的依據(jù)和原則

觀察沖壓件,尋找計(jì)算的依據(jù)，根據(jù)觀察的結(jié)果確定刃口尺寸計(jì)算和選擇公差的原則：1.先確定基準(zhǔn)件

落料：以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；

沖孔：以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。2.考慮沖模的磨損規(guī)律

落料模：凹?；境叽鐟?yīng)取最小極限尺寸；

沖孔模：凸模基本尺寸應(yīng)取最大極限尺寸。3、凸、凹模刃口制造公差應(yīng)合理沖模精度比工件精度高2~3級(jí)。如果工件沒有標(biāo)注公差，圓形件按照10級(jí)處理，非圓形件按照14級(jí)處理。

對(duì)刃口尺寸磨損后無變化的制造偏差：取沖裁件相應(yīng)部位公差的1/8并冠以（±）。4、沖裁間隙采用最小合理間隙值

凸凹模磨損到一定程度情況下,仍能沖出合格制件。5、工件尺寸偏差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注

落料件上偏差為零,下偏差為負(fù)；沖孔件上偏差為正,下偏差為零。（二）凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算方法1.凸模與凹模分別加工計(jì)算模具刃口尺寸

(如圖2.3.1)

沖模的制造公差與沖裁間隙之間應(yīng)滿足：適用于：圓形或簡單刃口（1)落料凹模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：（2）沖孔

凸模刃口尺寸：凹模刃口尺寸：（3）孔心距例題：墊圈，材料為A3鋼，料厚t=2mm，試確定沖孔模和落料模的刃口尺寸。解：確定模具間隙，查表2－5，由表2－10查出凸、凹模制造公差：落料部分：沖孔部分：由表2－5查出：x=0.5所以落料部分：沖孔部分：凸模和凹模配制加工計(jì)算刃口尺寸

是先按尺寸和公差制造出凹?；蛲鼓Ｆ渲幸粋€(gè)(基準(zhǔn)件)，然后依此為基準(zhǔn)再按最小合理間隙配作另一件。特點(diǎn)：（1）模具的沖裁間隙在配制中保證，不需受到條件限制，加工基準(zhǔn)件時(shí)可適當(dāng)放寬公差，使加工容易。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，普通沖裁模具的制造偏差或一般可取（為制件公差）。（2）尺寸標(biāo)注簡單，只在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸和制造公差，配制件只標(biāo)注公稱基本尺寸并注明配做所留的間隙值。但該方法制造的凸模、凹模是不能互換的。

一個(gè)凸?；虬寄?huì)同時(shí)存在著三類不同磨損性質(zhì)的尺寸：①凸?；虬寄Ｄp會(huì)增大的尺寸；②凸?；虬寄Ｄp后會(huì)減小的尺寸；③凸模或凹模磨損后基本不變的尺寸。形狀復(fù)雜落料件的尺寸分類及凹模磨損情況，如圖2.3.3所示。形狀復(fù)雜沖壓件孔及沖孔凸模磨損情況，如圖2.3.4所示。例2-2圖2.3.5。標(biāo)注落料模和沖孔模的基準(zhǔn)件刃口尺寸方法一樣分為三類。第一類:基準(zhǔn)件尺寸磨損后增大的為A類（落料凹模的計(jì)算方法，工件尺寸化為A-Δ）;第二類:基準(zhǔn)件尺寸磨損后減小的為B類（沖孔凸模的計(jì)算方法，工件尺寸化為B+Δ）.

第三類:基準(zhǔn)件尺寸磨損后沒有增減的為C類，Cj分為三種情況

Δ′——工件偏差當(dāng)公式中標(biāo)注為+δ，-δ時(shí)，δ=Δ/4當(dāng)標(biāo)注形式為+δ時(shí)，δ=Δ/2=Δ′/4另一件只標(biāo)注基本尺寸，并在零件圖上說明：凸模(或凹模)按凹模(或凸模)實(shí)際尺寸配作，保證雙面間隙Zmin--Zmax。若采用電火花加工沖裁模，由于凹模的刃口尺寸精度是由電極精度來保證的。因此不論沖孔還是落料，只在凸模標(biāo)注尺寸和公差，凹模標(biāo)明“與凸模配合加工”，保證最小間隙。采用成形磨削加工，同上。制件尺寸為時(shí)，制件尺寸為時(shí)，制件尺寸為時(shí)，例題計(jì)算圖3所示工件用模具的刃口尺寸，并確定制造公差。（材料厚度t=0.8mm，材料：08F）落料凹模：磨損后增大類尺寸:128、96、16、32磨損后減小類尺寸：32磨損后不變尺寸：80查表2-7，合理間隙Z=0.04-0.07查表2-11X=0.75A1=（128-0.75×0.26）+（0.26×（1/4））

=127.8+0.06B1=（32+0.75×0.17）-（0.17×（1/4））

=32.13-0.04C1=（80+0.5×0.2）±（0.2×（1/8））=80.1±0.025圖2.3.3形狀復(fù)雜落料件的尺寸分類及凹模磨損情況圖2.3.4形狀復(fù)雜沖壓件孔及沖孔凸模磨損情況圖2.3.5沖裁件與落料凹模、凸模刃口尺寸（a）沖裁件；（b）凹模輪廓磨損圖；（c）落料凹模刃口計(jì)算尺寸；（d）落料凸模配制尺寸三、排樣設(shè)計(jì)

排樣是指零件在條料或板料上的布置方法。

目的：提高材料的利用率。1.材料的經(jīng)濟(jì)利用衡量排樣的經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn)——材料的利用率。η＝S0/S×100%so——工件實(shí)際面積s—所用材料面積η增大，成本降低。結(jié)構(gòu)廢料、工藝廢料合理的排樣方法就是將工藝廢料減到最小。為了提高η，在不改變零件使用的前提下，可改變零件形狀，以便于排樣。（如圖沖裁3-55）2.排樣方法（如圖沖裁2-25）（1）有廢料排樣（例如墊圈）工件周邊都有搭邊，因?yàn)榇钸吋饶鼙Ｗo(hù)產(chǎn)品質(zhì)量，又能使模具壽命長，但材料的利用率低。（2）少廢料排樣沿工件部分面積沖裁，只局部有搭邊和余料。（3）無廢料排樣無任何搭邊，材料的利用率可達(dá)85—95%。

用少廢料排樣、無廢料排樣的排樣方法材料利用率高，但工件質(zhì)量差，模具壽命不高，模具結(jié)構(gòu)簡化，沖裁力小，生產(chǎn)效率高。目前采用計(jì)算機(jī)排樣，選最佳方案——保證產(chǎn)品質(zhì)量，操作簡便，以最低成本生產(chǎn)滿足質(zhì)量和產(chǎn)量要求。3.搭邊（如圖沖裁2-25）（1）工件之間及工件與條料側(cè)面之間的余料叫搭邊。（2）作用：1.補(bǔ)償定位誤差，保證沖壓合格的工件；2.保證條料有一定的剛度，便于送料；3.保護(hù)模具刃口，延長壽命。搭邊過大，材料利用率低，η下降。搭邊過小，沖裁時(shí)易拉斷，使工件產(chǎn)生大的毛刺，有時(shí)會(huì)拉入間隙中損壞模具刃口，降低壽命。送料沒有一定剛度，不便于送料。

搭邊四、沖裁工藝設(shè)計(jì)沖裁件的工藝性是指沖裁件對(duì)沖裁工藝的適應(yīng)性。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。1.沖裁件的形狀和尺寸⑴沖裁件形狀應(yīng)盡可能簡單、對(duì)稱、排樣廢料少(如圖2.6.1）；⑵采用圓角過渡，避免尖角，一般在圓角處應(yīng)使R≥0.5t；⑶避免沖裁件上產(chǎn)生過長懸臂與狹槽（如圖2.6.2）；⑷孔間距、孔與零件邊緣之間的壁距離不能過?。ㄈ鐖D2.6.3）；⑸孔徑不宜太小。２．沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求

對(duì)于普通沖裁，沖孔件公差最好低于IT9級(jí)；落料件公差最好低于IT10級(jí)。

３．沖裁件的尺寸基準(zhǔn)

沖裁件的尺寸基準(zhǔn)應(yīng)盡可能和制模時(shí)的定位基準(zhǔn)重合，孔位置尺寸基準(zhǔn)應(yīng)盡量選擇在沖裁過程中始終不參加變形的面或線上。沖裁件的尺寸標(biāo)注（如圖2.6.4）五、沖裁工藝方案的確定1.沖裁工序組合沖裁工序可分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級(jí)進(jìn)沖裁。確定沖裁組合方式時(shí)應(yīng)考慮下列一些因素：（模具結(jié)構(gòu)比較）(1)生產(chǎn)批量；(2)沖裁件尺寸和精度等級(jí)；(3)對(duì)沖裁件尺寸形狀的適應(yīng)性；(4)模具制造安裝調(diào)整的難易和成本的高低；(5)操作是否方便與安全。2.沖裁順序的安排(1)級(jí)進(jìn)沖裁的順序安排①先沖孔或切口，最后落料或切斷；②采用定距側(cè)刃時(shí)，定距側(cè)刃切邊工序應(yīng)安排與首次沖孔同時(shí)進(jìn)行。(2)多工序工件用單工序沖裁時(shí)的順序安排①先落料，使毛坯與條料分離，再?zèng)_孔或沖缺口；②沖裁大小相同、相距較近的孔時(shí)，應(yīng)先沖大孔再?zèng)_小孔。

3、沖裁模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單工序沖裁模

壓力機(jī)在一次沖壓行程內(nèi)只完成一種沖壓工序。1）落料模(1)無導(dǎo)向的敞開式落料模(如圖2.7.1)(2)導(dǎo)板式落料模(如圖2.7.2)(3)導(dǎo)柱式彈頂落料模(如圖2.7.3)2）沖孔模(1)側(cè)壁沖孔模(如圖2.7.4)(2)單工序多凸模沖孔模（如圖2.7.5）1一模柄;2一凸模:3一卸料板;4一導(dǎo)料板;5一凹模;6-—下模座:7一定位板圖2.7.1無導(dǎo)向落料模1—下模座；2、4、9—銷；3—導(dǎo)板；5—檔料釘；6—凸模；7—螺釘；8—上模座；10-墊板；11—凸模固定板；12、15、16—螺釘；13—導(dǎo)料板；14—凹模；圖2.7.2導(dǎo)板式落料模圖2.7.4側(cè)壁沖孔模1—上模座；2—標(biāo)記槽凸模；3—凸模墊板；4—凸鏌固定板；5—槽形凸模；6—導(dǎo)柱；7、8—導(dǎo)套；9—卸料板；10—凹模；11—凹模套圈；I2—下墊板；13—下模座；14—定位塊；15—推桿螺釘；16—推板；17—打桿圖2.7.5(單工序)多凸模沖孔模復(fù)合沖裁模

壓力機(jī)的一次工作行程,在模具的同一工位同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序?；窘Y(jié)構(gòu)(如圖2.7.7）1）倒裝復(fù)合模（如圖2.7.8）2）順裝復(fù)合模（如圖2.7.9）級(jí)進(jìn)沖裁模

級(jí)進(jìn)模是指壓力機(jī)在一次行程中一次在模具幾個(gè)不同的位置上同時(shí)完成多道沖壓工序的沖模。1）用導(dǎo)正銷定距的級(jí)進(jìn)模（如圖2.7.10）2）用側(cè)刃定距的級(jí)進(jìn)模

雙側(cè)刃沖孔落料級(jí)進(jìn)模（如圖2.7.11）1