冲裁模结构分析.docx
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冲裁模结构分析
湖南轻工高级技工学校
教案本
课程名称：
模具概论
授课教师：
陆唐
授课班级：
高机电9班
授课时间：
2011年下学期
项目一
冷冲模具结构分析
项目总课时（32节）
教案
教师姓名
陆唐
授课班级
高机电9班
授课时间
授课方式
讲授
项目名称
冷冲模结构分析
项目总课时
32节
模块名称
冷冲模具基本概述
模块总课时
2节
任务名称
任务课时
教学目标
知识目标
掌握冷冲模的基本概论，理解当前模具行业的发展
能力目标
可以独立完成模具业的发展阐述
素质目标
具有团队合作精神，对本专业知识感兴趣
重点
1、冲模的基本概论
2、模具的发展
难点
1、冲模的设计、制造、工程一体化
2、全新的模具设计与制造观念
教学方法
基于工作过程的案例教学法
课外练习
1、预习下一章节的课程内容。
2、分组讨论冷冲模行业的发展和职业定位。
教学回顾
教学实施与授课主要内容
第一讲冷冲压概述
一、冲压加工概况
1.冷冲压概念
冷冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需冲件的一种压力加工方法。
冷冲压加工实施条件：
压力机、模具、材料性能
冷冲压加工的性质：
压力加工
2.冷冲压加工的特点
优点：
1）冷冲压加工属于少、无废料加工，省能、低耗、高效所以冲件的成本低。
2）质量稳定、互换性好。
3）适于加工壁薄、重量轻、形状复杂、表面质量好、刚性好的零件。
4）操作简单、生产效率高，对操作工人的技术要求低。
缺点：
1）生产环境差、噪音大、危险性高。
2）生产零件精度较低，经济精度等级为IT11~IT14。
3.冷冲压加工的应用：
应用广泛，但要求有一定的批量性。
二、冲压工序的分类
1.分离工序
分离工序是指坯料在模具刃口作用下，沿一定的轮廓线分离而获得冲件的加工方法。
主要包括落料、冲孔、分离等。
2.成形工序
成形工序是指坯料在模具压力作用下，使坯料产生塑性变形，但不产生分离而获得的具有一定形状和尺寸的冲件的加工方法。
主要有弯曲、拉深、翻边等。
三、压力机简介
1.压力机的分类：
液压机机械压力机：
曲柄压力机、摩擦压力
专用设备：
折弯机、弯管机等
2.曲柄压力机基本原理
四、冲模简介
1.模具的分类
简单模（单工序模）：
级进模（连续模）：
复合模
2.模具组成零件简介
工作零件、定位零件、卸料与出件零件、导向零件、
支撑、紧固与连接零件。
五、冲压技术的现状及发展方向
1．冲压成形理论及冲压工艺
2.模具先进制造工艺及设备
3.模具新材料及热处理、表面技术
4.模具CAD/CAE/CAM技术
计算机辅助技术是改造传统模具生产方式的关键技术，它以计算机软件的形式为用户提供了一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。
模具CAD/CAE/CAM能显著缩短模具设计及制造周期、降低生产成本、提高产品质量已成为人们的共识。
5.快速经济制模技术
备注
教案
教师姓名
陆唐
授课班级
高机电9班
授课时间
授课方式
讲授
项目名称
冷冲模结构分析
项目总课时
32节
模块名称
冲裁模结构分析
模块总课时
18节
任务名称
冲裁模基础知识
任务课时
10节
教学目标
知识目标
掌握冲裁模的基本结构
能力目标
可以分组完成一套简单的冲裁模具结构分析
素质目标
具有团队合作精神，对本专业知识感兴趣
重点
1、冲裁模的结构零件名称
2、冲裁模具的各个零件的作用
3、冲裁模的加工过程
难点
1、冲裁模各个零件的名称与作用
2、冲裁模具设计
教学方法
以两套简单的冲裁模为案例，分析讲解其结构
课外练习
1、收集各种冷冲件产品。
2、简述冷冲模基本工作原理。
教学回顾
教学实施与授课主要内容
模块二冲裁模结构分析
本模块以以下两个产品为典型案例，首先安排同学们简单的草绘这个图，并分小组进行讨论采用常规的做法（车、铣、磨）如何加工出来，而采用冷冲模又是如何做出来。
1、完成图示落料件的模具结构分析。
已知：
材料10钢，料厚0.8mm
2、完成图示落料冲孔件的模具结构分析。
已知：
材料Q235，料厚2mm
第二讲：
学习情景一冲裁的基本概论
一、冲裁的概念与应用
1.概念
冲裁是利用模具使板料沿一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。
它包括冲孔、落料、切口、切边、剖切等多种分离工序。
2.分类
根据变形机理的差异，冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁。
通常所说的冲裁是指普通冲裁。
3.应用
冲裁的应用非常广泛，它既可直接冲制零件，又可为弯曲、拉深、成形等其他工序制备坯料。
二、冲裁模的分类与组成
1.冲裁模的分类
冲裁所使用的模具叫冲裁模，它是冲裁过程必不可少的工艺装备。
凸、凹模刃口锋利，间隙小。
其常见分类方法见下表。
序号
分类方法
模具名称
模具特点
一
按工序性质分
1
落料模
沿封闭轮廓将冲件与板料分离，冲下来的部分为冲件
2
冲孔模
沿封闭轮廓将冲件与废料分离，冲下来的部分为废料
3
切边模
将冲件多余的边缘切掉
4
切口模
沿敞开的轮廓将冲件冲出切口，但冲件不完全分离
5
整修模
切除冲裁件的粗糙边缘，获得光洁垂直的工件断面
6
精冲模
利用带齿的压料板，在工作时强行压入材料，造成材料的径向压力，通过一次冲压行程获得高精度、断面质量好的冲件的模具
二
按工序的组合程度分
1
单工序模
在一副模具中只能完成一个工序的模具
2
级进模
在一副模具的不同位置上同时完成多道工序
3
复合模
在一副模具的同一位置上同时完成多道工序
三
按上、下模导向情况分
1
敞开模
模具本身无导向装置，工作完全靠压力机及滑块导轨起作用
2
导板模
用导板来保证冲裁时凸、凹模的准确位置
3
导柱模
上、下模分别装有导柱、导套，靠其配合精度来保证凸、凹模的准确位置
2.冲裁模的组成
任何一副冲裁模的基本结构都可看成由上模和下模两部分组成，都可将其组成零件按用途进行分类。
设计模具时，可根据各类零件的用途和要求，在结构及几何参数的设计计算上找到共同的规律。
冲裁模的组成零件按其用途可分为工艺零件与结构零件两大类。
工艺零件——直接参与完成冲压工艺过程，并和坯料直接发生作用。
结构零件——不直接参与完成冲压工艺过程，也不和坯料直接发生作用，只对模具完成工艺过程起保证作用或对模具的功能起完善作用。
根据作用功能的不同，冲裁模零件可细分成工作零件、定位零件、卸料及出件零件、导向零件、固定零件和标准件等六类，如下图：
第三讲：
学习情景二冲裁变形分析
一、冲裁变形时板料变形区受力情况分析
右图是无压边装置的模具对板料进行冲裁时的情形。
凸模1与凹模2都是具有与冲件轮廓一样形状的锋利刃口，凸、凹模之间存在一定间隙。
当凸模下降至与板料接触时，板料就受到凸、凹模的作用力，其中：
F1、F2为凸、凹模对板料的垂直作用力；F3、F4为凸、凹模对板料的侧压力；μF1、μF2为凸、凹模端面与板料间的摩擦力，其方向与间隙大小有关，一般从模具刃口指向外；,μF3、μF4为凸、凹模侧面与板料间的摩擦力。
从图中可看出，由于凸、凹模之间存在间－隙，F1、F2不在同一垂直线上，故板料受到弯矩M作用，从而使板料弯曲并从模具表面上翘起，使模具表面和板料的接触面仅限在刃口附近的狭小区域。
另外，接触面间相互作用的垂直压力并不均匀，随着向模具刃口的逼近而急剧增大，因此，工作零件的刃口部分成为受力最大的易损部位。
二、冲裁时的板料变形过程
板料的分离过程是在瞬间完成的。
整个冲裁变形分离过程大致可分为三个阶段。
1.弹性变形阶段如右图a所示，在凸、凹模压力的作用下，使板料产生弹性压缩、拉伸和弯曲等变形。
凸模下部略微挤入板料，凹模口部的材料略微挤入凹模口内。
凹模上的板料上翘，凸模下的材料拱弯。
材料越硬，间隙越大，上翘和拱弯越严重。
该阶段的变形，材料内部的应力没有超过屈服点，所以压力去掉之后，材料立即恢复原状。
2.塑性变形阶段当凸模继续下压时，材料内的应力达到屈服点，板料进入塑性变形阶段，如图b所示。
材料产生塑性变形的同时，因间隙存在，还伴有弯曲拉伸和侧向挤压变形。
随着凸模的压入，材料的变形程度不断增加，变形区的材料加工硬化逐渐加剧，变形抗力不断上升，冲裁力也相应增大，直到应力集中的刃口附近出现剪裂纹。
此时塑性变形基本结束。
3.断裂分离阶段如图c、d所示，当凸模继续压入时，金属板料内的应力达到抗剪强度，剪裂纹不断地向板料内部扩展，当上、下裂纹相遇时，则板料被拉断分离，冲裁变形过程便告结束。
三、冲裁件质量及其影响因素
冲裁件质量是指断面状况、尺寸精度和形状误差。
断面状况尽可能垂直、光滑、毛刺小；尺寸精度应该保证在图样规定的公差范围之内；零件外形应该满足图样要求：
表面尽可能平直，即拱弯小。
1.冲裁件断面质量及其影响因素
由于冲裁变形的特点，冲裁件的断面明显地分成四个特征区，即塌角带、光亮带、断裂带与毛刺区，如下图所示，光亮带越宽，说明断面质量越好。
塌角带a该区域的形成是当凸模刃口压入材料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被拉入间隙的结果。
光亮带b该区域发生在塑形变形阶段，当刃口切入材料后，材料与凸、凹模刃口的侧表面挤压而形成的光亮垂直的断面。
通常占全断面的1/2~l/3。
断裂带c该区域是在断裂阶段形成。
是由刃口附近的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，其断面粗糙，具有金属本色，且带有斜度。
第四讲：
学习情景三冲裁间隙
冲裁间隙是指冲裁模中凸、凹模刃口横向尺寸的差值（见右图）。
双面间隙用Z表示，单面间隙为Z/2。
间隙值对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命均有很大影响，是冲裁工艺与冲裁模设计中的一个非常重要的工艺参数。
一、间隙对冲压力的影响
试验表明，间隙对冲压力有明显的影响，特别是对卸料力的影响更为显著。
随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，容易断裂分离，因此冲裁力减小；但若继续增大间隙，因裂纹不重合，冲裁力下降缓慢。
由于间隙增大，使光亮带变窄以及材料的弹性变形，使落料件尺寸小于凹模孔口尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或顶件力随之减小。
二、间隙对模具寿命的影响
模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。
刃磨寿命是用两次刃磨之间的合格冲件数表示。
总寿命是用模具失效为止的总的合格冲件数表示。
模具失效的形式一般有：
磨损、变形、崩刃、折断和涨裂。
冲裁过程中模具与材料的接触压力随间隙的减小而增大，这不仅使得模具的磨损速度加快，而且还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刃。
此外，小间隙还会产生凹模胀裂，小凸模折断，凸、凹模相互啃刃等异常损坏。
因此，为了提高模具寿命，一般需要选用较大间隙。
若采用小间隙，就必须提高模具硬度、精度，减小模具粗糙度值，提供良好润滑，以减小磨损。
三、间隙值的确定
掌握查表法。
作业：
总结间隙对冲裁的影响。
第五讲：
学习情景四冲裁模结构分析步骤详解与实例
一、冲裁工艺性分析
冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。
所谓冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。
冲裁工艺性分析的主要目的在于判定冲裁件在冲压加工中能不能干和好不好干，其主要分析内容包括冲件材料分析、结构分析和精度分析。
1.材料分析：
冲裁属于分离工序，其在加工中对材料的要求是材料的硬度不能过高，且具有一定的塑性不能太脆。
2.结构分析：
（1）冲裁件的形状应尽可能简单、对称、有圆角过渡（图1），以便模具加工，减少热处理或冲压时在尖角处开裂的现象。
同时也可以防止尖角部位刃口的过快磨损。
（2）冲裁件局部凸出或凹人部分的宽度或深度宽度不宜太小，应避免有窄长的切口和过窄的切槽（图2），否则会降低模具寿命和冲裁件质量。
一般情况下，B应不小于1.5δ；当冲件材料为黄铜、铝、软钢时，B≥l.2δ；当冲裁件材料为高碳钢时，B≥1.9δ；当材料厚度δ=lmm时，按δ=1计算。
切口与槽长L≤5B。
图1冲裁件的圆角图2冲裁件的切口与切槽
（3）冲裁件的孔径冲裁件的孔径太小时，凸模易折断或压弯。
其最小数值见书中参考表。
图3冲裁件的合理孔边距
（4）冲裁件上孔与孔、孔与边缘之间的距离不应过小，否则会产生孔与孔间材料的扭曲，或使边缘材料变形，如图3所示。
复合冲裁时，因模壁过薄而容易破损；分别冲裁时，也会因材料容易被拉人凹模而影响模具寿命。
特别是冲裁小孔距的小孔时，经常会发生凸模弯曲变形而卡住模具的现象。
当冲孔边缘与冲件外形边缘不平行时，边距a应不小于δ，平行时a不小于1.5δ。
（5）
冲裁件尺寸标注冲裁件尺寸的基准应尽可能与其冲压时的定位基准重合，并选择在冲裁过程中基本上不变动的面或线上。
3.精度分析
冲压件的精度一般可分为精密级与经济级两类。
精密级是指冲压工艺在技术上所允许的最高精度，而经济级是指模具达到最大许可磨损时，其所完成的冲压加工在技术上可以实现而在经济上又最合理的精度，即所谓经济精度。
为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响冲压件使用要求的前提下，应尽量采用经济精度。
若冲裁件有较高的尺寸精度和断面质量要求，则宜采用精密冲裁或整修工艺达到。
二、冲压工艺方案的确定
在冲裁工艺性分析的基础上，根据冲件的特点确定冲裁工艺方案。
确定工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及冲裁工序顺序的安排。
1.冲裁工序的组合冲裁工序可分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。
组合冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，加工的精度等级高。
冲裁方式确定时主要考虑的因素包括：
（1）生产批量一般来说小批量与试制生产采用单工序冲裁，中批量和大批量生产采用复合冲裁或连续冲裁。
（2）冲裁件尺寸和精度等级复合冲裁所得到的冲裁件尺寸精度等级高，避免了多次单工序冲裁的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，冲裁件较平整。
连续冲裁比复合冲裁的冲裁件尺寸精度等级低。
（3）冲裁件尺寸形状冲裁件的尺寸较小时，考虑到单工序送料不方便和生产效率低，常采用复合冲裁或连续冲裁。
对于尺寸中等的冲裁件，由于制造多副单工序模具的费用比复合模昂贵，则采用复合冲裁；当冲裁件上孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小时，不宜采用复合冲裁或单工序冲裁，宜采用连续冲裁。
所以连续冲裁可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件，且可冲裁的材料厚度比复合冲裁时要厚，但连续冲裁受压力机台面尺寸与工序数的限制，冲裁件尺寸不宜太大。
（4）模具的制造、安装、调整及成本对复杂形状的冲裁件来说，采用复合冲裁比采用连续冲裁较为适宜，因为模具制造安装调整较容易，且成本较低。
（5）操作是否方便与安全复合冲裁出件或清除废料较困难，工作安全性较差，连续冲裁较安全。
第六讲：
模具结构类型的最终确定需综合分析上述影响因素，普通冲裁模的对比关系见下表。
普通冲裁模的对比关系
模具种类比较项目
单工序模
级进模
复合模
无导向的
有导向的
冲压精度
低
一般
IT13~IT10
IT10~IT8
零件平整程度
差
一般
不平整、高质量件需较平
因压料较好，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、厚度较厚
尺寸在250mm以
尺寸在300mm以下，厚度在0.05~3mm之间
冲压生产率
低
较低
工序间自动送料生产效率较高
冲件留在工作面上
使用高速自动压力机的可能性
不能使用
可以使用
可在高速压力机上工作
操作时出件困难
多排冲压法的应用
广泛用于尺寸较小的冲件
很少采用
模具制造的工作量和成本
低
比无导向模略高
冲裁较简单的零件时低于复合模
冲裁复杂零件时低于级进模
安全性
不安全，需采取安全措施
比较安全
不安全需采取安全措施
综上所述分析，对于一个冲裁件，可以得出多种工艺方案。
必须对这些方案进行比较，选取在满足冲裁件质量与生产率的要求下，模具制造成本较低、寿命较高、操作较方便及安全的工艺方案。
2.冲裁顺序的安排
（1）连续冲裁顺序的安排
1）先冲孔或冲缺口，最后落料或切断，将冲裁件与条料分离。
首先冲出的孔可作后续工序的定位孔。
2）采用定距侧刃时，定距侧刃切边工序安排与首次冲孔同时进行，以便控制送料进距。
采用两个定距侧刃时，可以安排成一前一后。
（2）多工序冲裁件用单工序冲裁时的顺序安排
1）先落料使坯料与条料分离，再冲孔或冲缺口。
后继工序的定位基准要一致，以避免定位误差和尺寸链换算。
2）冲裁大小不同相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔后冲小孔。
根据冲裁件的生产批量、尺寸精度的高低、尺寸大小、形状复杂程度、材料厚薄、冲模制造条件与冲压设备条件、操作方便与否等多方面因素，拟定出多种可能的不同工艺方案进行全面分析和研究，从中选择出技术可行、经济合理、满足产量和质量要求的最佳冲裁工艺方案。
3、生产批量与模具类型关系见下表：
生产批量与模具类型
生产性质
生产批量（万件）
模具类型
设备类型
小批量或试制
1
简易模、组合模、单工序模
通用压力机
中批量
1~30
单工序模、复合模、级进模
通用压力机
大批量
30~150
复合模、多工位自动级进模、自动模
机械化高速压力机、自动化压力机
大量
＞150
硬质合金模、多工位自动级进模
自动化压力机、专用压力机
备注
升级会员 