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1、2 第 2 章 沖裁 第 2 章 沖裁 4 第 2 章 沖裁工藝及沖裁模設計 沖裁： 利用沖模在壓力機上使板料分離的一種沖壓工序。 從廣義上說，是分離工序的總稱，包括切斷、落料、沖孔、 修邊、切口等多種工序。一般來說，沖裁工藝主要是指落 料和沖孔。 落料： 沖裁的目的是為了制取一定外形的沖落部分。 （沖下部分為零件或毛料） 沖孔： 沖裁的目的是為了制取內孔。（ 沖下部分為廢料 ） 根據變形機理的不同，沖裁可以分為普通沖裁和精密沖裁 兩類。 5 第 2 章 沖裁工藝及沖裁模設計 6 第 2 章 沖裁工藝及沖裁模設計 沖裁變形機理（過程及其斷面特征） 沖裁模具間隙 凸凹模刃口尺寸的計算 沖裁力的計
2、算及降低沖裁力的方法 排樣與搭邊及其他沖裁方法 沖模零部件與類型 沖裁模設計要點 7 2.1.1 沖裁過程分析 2.1.2 剪切區(qū)力態(tài)分析（對于剪切線是直線的情況） 2.1.3 裂紋的形成與發(fā)展 2.1.4 剪切力行程 2.1.5 剪切斷面分析 2-1沖裁變形機理 第 2 章 沖裁工藝及沖裁模設計 8 第 2 章 沖裁工藝及沖裁模設計 2-1沖裁變形機理 2.1.1 沖裁過程分析 彈性變形階段 材料產生彈性壓縮、拉伸與彎曲等變形。 塑性變形階段 除剪切變形外，沖裁區(qū)還產生彎曲和拉 伸變形，至刃口附近的材料由于拉應力 的作用而出現(xiàn)微裂紋 斷裂分離階段 形成的上、下微裂紋逐漸擴大并向材料內 延伸，
3、當上、下裂紋重合時，材料便被 剪斷分離。 9 第 2 章 沖裁 2-1 沖裁變形機理 沖裁過程的分析 10 第 2 章 沖裁 2-1 沖裁變形機理 2.1.2 剪切區(qū)力態(tài)分析（對于剪切線是直線的情況） 板材剪切加工工藝原理圖 Schematic diagram of sheet metal shearing process 11 第 2 章 沖裁 1vF 2v F 1hF 2hF 1vF 2vF 1hF 2hF 凸、凹模對板料的豎直作用力； 凸、凹模對板料的側壓力（水平作用 力）； 凸、凹模端面與板料間的摩擦力； 凸、凹模側面與板料間的摩擦力。 板坯受力簡圖 Diagram of sheet
4、metal under load 12 第 2 章 沖裁 2.1.3 裂紋的形成與發(fā)展 2-1 沖裁變形機理 裂紋產生的條件： 當變形區(qū)的應變達到極限塑性應變值時， 就產生微裂紋 裂紋擴展的方向： 沿著最大剪切應變速度的方向擴展 裂紋的成長過程：裂紋首先在低應力區(qū)產生，由于變形過 程中最大剪切應變的速度方向發(fā)生變化，使得新的裂紋不斷產 生，舊裂紋的擴展不斷停止，然后在舊裂紋的前端附近重新產 生新的裂紋，不斷產生的微裂紋的根部匯成了一條主裂紋 極限塑性應變值 除和材質外，還和應力狀態(tài)、變形歷史（損 傷程度）有關。 13 第 2 章 沖裁 2-1 沖裁變形機理 2.1.4剪切力行程 剪切加工過程非
5、穩(wěn)定、不均勻。在剪切的初期，先產 生彈性變形，然后進入塑性階段，之后，雖然剪切面積減 少了，但由于產生了加工硬化，其剪切力隨著剪切行程的 增大而增大，對于塑性材料達到最大點后（微裂紋），剪 切力開始降低，直至斷裂。 塑性材料、脆性材料的區(qū)別。 塑性材料： 比如鐵線（絲 ),可以隨意變曲 ,變形 ,也不會斷 裂 ,就是具有可塑性的材料 . 脆性材料 ： 象玻璃 ,稍一用力變形就會斷裂 ,破碎掉的材料 . 14 第 2 章 沖裁 2-1 沖裁變形機理 2.1.5 斷面特征 1） 圓角帶： 沖裁過程中，纖維的彎曲與拉伸形成， 軟材料圓角大。 2） 光亮帶： 塑剪變形時，由于相對移動，凸凹模側 壓力將
6、毛料壓平形成的光亮垂直斷面。 3） 斷裂帶： 刃口微裂紋受拉應力不斷擴展形成的撕 裂面，導致斷面粗糙并有斜度。 4） 毛刺： 由微裂紋位置與沖裁間隙等引起，是金屬 拉斷而形成的金屬刺殘留在沖裁件上 15 第 2 章 沖裁 2.1.5 剪切斷面分析 a. 圓角帶 纖維的彎曲與拉伸引 起的結果。間隙大 a b. 光亮帶 表面光潔。塑性變形 的結果。塑性好 b c. 斷裂帶 微裂紋在拉應力作用 下不斷擴展而形成的撕裂面，表 面粗糙，略帶斜度，不與板平面 垂直。塑性好 c d. 毛刺 出現(xiàn)微裂紋時形成，刃 口狀態(tài)是影響毛刺的主要原因， 刃口鈍易產生毛刺；從沖裁原理 上講，毛刺是不可避免的。塑性 好 d
7、 沖裁區(qū)應力、變形和沖裁件正常的斷面狀況 a）沖孔件 b）落料件 第 2 章 沖裁 17 第 2 章 沖裁 2 -2 沖裁模具間隙 間隙的概念 模具凸凹模刃口縫隙間的距離。 單邊間隙 c、雙邊間隙 z。 間隙對沖裁件的質量、模具壽命、沖裁力都有很大 的影響，是沖裁工藝和模具設計中的最重要的工藝參數。 2.2.1 間隙對沖裁件質量的影響 2.2.2 間隙對沖裁力的影響 2.2.3 間隙對模具壽命的影響 2.2.4 間隙的確定 18 第 2 章 沖裁 2.2.1 間隙對沖裁件質量的影響 2 -2 沖裁模具間隙 沖裁件的質量：斷面質量、尺寸精度 a 間隙對斷面質量的影響 小間隙、合理間隙、大間隙情況
8、下的剪切過程 斷面特征值與間隙的關系圖。 19 第 2 章 沖裁 2-2 沖裁模間隙 間隙對斷面質量的影響 20 b 間隙對尺寸精度的影響 尺寸精度：實際尺寸與名義尺寸的差值。 差值由兩個方面引起的：一是模具的制造偏差、二是沖裁件 相對于模具的尺寸偏差。 大間隙和小間隙情況下沖裁件尺寸相對于模具尺寸的變化 (P14) 尺寸變化量的大小與材料性質、厚度等因素有關。 第 2 章 沖裁 2.2.1 間隙對沖裁件質量的影響 2 -2 沖裁模具間隙 21 第 2 章 沖裁 2 -2 沖裁模具間隙 2.2.2 間隙對沖裁力的影響 沖裁力與剪切力的關系：沖裁力是指剪切力的最大值。 小間隙時沖裁力大：因為當沖
9、裁間隙小時，沖裁 過程中的擠壓作用加劇，沖裁力與磨擦力增大，使刃 口所受壓應力增大，造成刃口變形與端面磨損加劇， 嚴重時甚至會崩刃。 合理間隙時沖裁力小：上下裂紋重合。 22 第 2 章 沖裁 2 -2 沖裁模具間隙 2.2.3 間隙對模具壽命的影響 模具的破壞形式有： 磨鈍、崩刃、 折斷。 附著磨損：由于高壓，使材料與模具之間產生局部附著現(xiàn) 象，當接觸面相對滑動時，附著部分產生剪切，而引起磨 損。 間隙過小： 加劇磨損，對模具壽命極為不利。 間隙過大： 由于彎矩及拉應力的增大而導致刃口損壞。 故間隙的大小應取合理值。 23 第 2 章 沖裁 間隙與 材料的性能 、 厚度 、 使用要求 的關系
10、 。 使用要求 當制件尺寸精度要求和斷面質量要求較高時 ， 采用小 間隙； 當制件尺寸精度要求和斷面質量要求較低時 ， 只考慮 模具的壽命 、 沖裁力等因素 ， 而選用大間隙 。 材料厚度的影響： 材料越厚 ， 間隙值越大 材料性能的影響： 硬材料的間隙值應大些 ， 考慮降低沖裁 力及減少磨損 。 2 -2 沖裁模具間隙 2.2.4沖裁模間隙值的確定 24 第 2 章 沖裁 2-2 沖裁模間隙 合理沖裁間隙的概念 間隙選取時主要考慮沖裁件斷面質量和模具壽 命這兩個主要因素，當對沖裁件斷面質量要求高時， 應選較小的間隙值；當對沖裁件斷面質量要求不高 時，應選較大的間隙值，提高模具壽命、降低沖裁
11、力。 考慮到模具制造偏差及使用中的磨損，生產中通 常選擇一個適當范圍作為合理間隙，其中 最小值稱 為最小合理間隙 Zmin，最大值稱為最大合理間隙 Zmax。 在沖壓實際生產中，主要根據沖裁件斷面質量和模具壽命 這二個因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個范圍值?？紤]到在生產 過程中的磨損使間隙變大，故設計與制造新模具時應采用最小 合理間隙 Zmin 1.理論法確定法 （ P16） t a n12t a n2 00 ththtZ 2 -2 沖裁模具間隙 第 2 章 沖裁 材料厚度 t越大，合理間隙值增大 材料塑性愈好，壓入材料 h0越大， 合理間隙值愈小。反之硬脆材料的 h0較小，合理間隙值就要大。 2
12、6 第 2 章 沖裁 （ a）在同樣情況下，非圓形比圓形大，沖孔比落料大 （ b）高速沖壓時，間隙應增大 （ c） 熱沖時材料的強度低，間隙可小 （ d）電火花加工的模具應比機械加工方法加工的模具間隙小 2.經驗確定法 較小間隙值 較大間隙值 27 第 2 章 沖裁 2 -3 凸凹模刃口尺寸的計算 2.3.1、尺寸的計算原則 2.3.2、計算方法 2.3.3、算例 28 第 2 章 沖裁 2 -3 凸凹模刃口尺寸的計算 2.3.1、尺寸的計算原則 沖裁件的尺寸由模具刃口尺寸決定 （ 若不考慮從模具出 來后尺寸的變化 ,沖裁件尺寸等于模具刃口尺寸 ） 。 考慮在使用過程中模具產生磨損 。 因此
13、， 決定沖裁件尺 寸的因素包括：制造精度 、 磨損 （ 間隙 、 模具結構 、 硬度 ） 實踐證明： 由于落料件尺寸和沖孔時孔的尺寸都是以光 亮帶尺寸為準，而落料件光亮帶尺寸等于凹模刃口尺寸，沖 孔時孔的光亮帶尺寸等于凸模刃口尺寸，因此設計刃口時， 應分落料和沖孔兩種情況來考慮。 29 第 2 章 沖裁 a. 基準件原則 b. 最大材料量原則 c. 一致性原則 2 -3 凸模與凹模刃口尺寸的確定 2.3.1、尺寸的確定原則 30 第 2 章 沖裁 a. 基準件原則 落料件尺寸由凹模尺寸來決定 ， 沖孔件尺寸由凸模尺寸決定 。 （ 在測量使用中 ， 落料件以大端尺寸為準 ， 沖孔件是以小端尺寸
14、為準 ） 。 落料模：以凹模尺寸為準 ， 間隙取在凸模上 沖孔模：以凸模尺寸為準 ， 間隙取在凹模上 b. 最大材料量原則 落料模：凹模基本尺寸應取工件尺寸公差范圍內的較小值 沖孔模：凸?；境叽鐟」ぜ叽绻罘秶鷥鹊妮^大值 間隙取最小合理間隙 c. 一致性原則 模具精度高 ， 沖裁件的精度高 。 模具精度高于沖裁件精度 2 3級 。 當制件無標準公差時，對于非圓形件按國家標準取 IT14級， 模具取 IT11級。圓形件，模具取 IT6 7級 。 31 2 -3 凸模與凹模刃口尺寸的計算 2.3.2、計算方法 落料時 0 m a x 0 dddD D x 0m i n0 pp ZDD dp
15、沖孔時 00 m i np ppd d x dd Zdd pd 0m i n0 (1) 凸模與凹模分開加工 ， 分別標注刃口尺寸及公差 適于 圓形或簡單形狀 沖裁件 32 第 2 章 沖裁 2 -3 凸模與凹模刃口尺寸的計算 2.3.2、計算方法（表 2-4 制造公差） 沖裁件制造公差（沖壓件未標注公差的極限偏差值可按 GB1800-79 IT1214級選?。?x 磨損系數，與制造精度有關，一般可取系數值 x=0.5-1。 參考值：工件精度在 IT10級精度以上或大批量生產時， x取 1.0；工件精度在 IT11IT13級或中批量生產時， x取 0.75； IT14級精度或小批量生產時， x=
16、0.5。 m i nm a x ZZdp 或 )(4.0 m i nm a x ZZp )(6.0 m i nm a x ZZd 為了保證磨損，須滿足 33 第 2 章 沖裁 例 1： 如圖所示墊圈，材 Q235， 板料厚度 2mm，試確定沖裁凸、 凹模的刃口尺寸及公差。 查表（無特殊要求的一般沖孔， 落料，工件精度取 IT14） Zmax 0.24 Zmin 0.20 沖孔 p=0.02, d =0.02 ,x=0.5 落料 p=0.02, d =0.03 ,x=0.5 12.5 35 +0.24 2.3.3 算例 -0.34 34 沖孔： 00 0 m in 0. 02 00.020 0.
17、020 0.020 m in 000 12.5 0.5 0.24 12.62 ( ) 12.62 0.20 12.82 ( ) p d p dp d d x mm d d Z mm 凸： 凹： m a x m i n 0 . 0 2 0 0 . 0 2 0 0 . 0 4 pd ZZ 0 . 0 3 0 0 . 0 3 0 m a x 000 0 m in 0 . 0 2 00 . 0 2 0 3 5 0 . 5 0 . 3 4 3 4 . 8 3 ( ) 3 4 . 8 3 0 . 2 0 3 4 . 6 3 ( ) d p d pd D D x m m D D Z m m 凹： 凸： 校核
18、： （滿足間隙公差條件） 落料： 校核： m a x m i n 0 . 0 2 0 0 . 0 3 0 0 . 0 4 pd ZZ （不能滿足間隙公差條件） 35 m a x m in: 0 .4 ( ) 0 .4 0 .0 4 0 .0 1 6 ( )p Z Z m m 凸 m a x m i n: 0 . 6 ( ) 0 . 6 0 . 0 4 0 . 0 2 4 ( )d Z Z m m 凹 因此只有縮小凸、凹模制造公差，提高制造精度，才能 保證間隙在合理范圍內，由此可?。?0.024 0 0 0.016 34.83 ( ) 34.63 ( ) d p D m m D m m 凹： 凸
19、： 故： 36 第 2 章 沖裁 練習 如圖所示墊圈，材料 08鋼，板 料厚度 2mm，試確定凸凹模刃 口尺寸及公差。 Zmax 0.18 Zmin 0.13 落料 p=0.02, d =0.03 ,x=0.5 沖孔 p=0.02, d =0.02 ,x=0.5 40.2 -0.34 13.9 +0.14 37 沖孔： 00 0 m in 0. 02 00.020 0.020 0.020 m in 000 13 .9 0. 5 0. 14 13 .9 7 ( ) 13 .9 7 0. 13 14 .1 0 ( ) p d p dp d d x m m d d Z m m 凸： 凹： m a x
20、 m i n 0 . 0 2 0 0 . 0 2 0 0 . 0 5 pd ZZ 0 . 0 3 0 0 . 0 3 0 m a x 000 0 m in 0 . 0 2 00 . 0 2 0 4 0 .2 0 .5 0 .3 4 4 0 .0 3 ( ) 4 0 .0 3 0 .1 3 3 9 .9 ( ) d p d pd D D x m m D D Z m m 凹： 凸： 校核： （滿足間隙公差條件） 落料： 校核： m a x m i n 0 . 0 3 0 0 . 0 2 0 0 . 1 8 0 . 1 3 = 0 . 0 5 pd ZZ （滿足間隙公差條件） 38 第 2 章 沖裁
21、 、 第 章 沖裁 2 -3 凸模與凹模刃口尺寸的確定 2.3.2、計算方法 思考題： 1、 畫出落料沖孔時各個部分的公差分配位置， 給出刃口尺 寸的計算式，解釋各個符號的含義。 2、以沖孔為例，分別在大批量生產和小批量生產時，用公 差分析的方法給出模具刃口尺寸的計算式，解釋磨損系數的 含義。 39 第 2 章 沖裁 、 第 章 沖裁 2 -3 凸模與凹模刃口尺寸的確定 2.3.2、計算方法 (2)凸模與凹模配合加工 （ 非圓形件 ） 對于形狀復雜的制件，或薄料件小間隙，采用配合加工。 模具制造公差不受間隙的限制。一般取模具制造公差 4/落料件 按模具磨損情況的不同 ， 可分為三類 A類尺寸：
22、凹模磨損后尺寸增大 B類尺寸：凹模磨損后尺寸減小 C類尺寸：凹模磨損后尺寸不變 40 、 2.3.2、計算方法 (2)凸模與凹模配合加工 （ 了解各符號的意義 （ P28） 基準件尺寸與工件尺寸的關系： /41 ( )z dA A x （） /42 ( )zdB B x （） ( 0.5 ) ( 3 ) ( 0.5 ) 8 dd dd dd CC CC C C C 以上為落料時凹模尺寸的計算方法，相應的凸模尺寸按凹 模尺寸配制，并保證最小間隙。同時圖紙上注明。 沖孔以凸模為基準，也同凹模一樣分三種情況。 41 第 2 章 沖裁 Aj1 Aj2 Aj3 Bj1 Bj2 Cj2 Cj3 Cj1 A
23、1 A2 A3 B1 B2 C2 C3 C1 落料件尺寸圖 基準件（落料凹模）尺寸圖 42 按模具磨損情況的不同 ， 可分為三類： A類尺寸： 落料凹模或沖孔凸模磨損后尺寸 增大 B類尺寸： 落料凹?；驔_孔凸模 磨損后尺寸 減小 C類尺寸： 落料凹?；驔_孔凸模 磨損后尺寸 基本不變 A類尺寸 =（ 沖裁件上該尺寸的 最大 極限尺寸 B類尺寸 =（ 沖裁件上該尺寸的 最小 極限尺寸 C類尺寸 = 沖裁件上該尺寸的 中間 尺寸 1/8 /40)x 0 /4)x 凸模與凹模配合加工的方法 ： （ 總結 ） 43 第 2 章 沖裁 0 0.4080a m m m m 0-0.34， b = 4 0 ，
24、 2.3.4、算例 例 3 計算如圖所示沖裁件的落料凸模尺寸和凹模尺寸。沖裁件的 材料為 10鋼，沖裁件的尺寸為 m m m m m m00- 0 . 3 4 - 0 . 2c=35 ， d = 2 2 0 . 1 4 ， e = 1 5 查表得， Zmax 0.18 Zmin 0.13 厚度 t=2mm。 注：該沖裁件屬于 落料件 ，只要計算落料凹模尺寸及制造公 差，凸模由凹模的實際尺寸按間隙要求配做。 （對于尺寸為 80mm的 x=0.5，其余尺寸均為 x=0.75 。） 1寫明 abcde分別屬于哪一類尺寸，再寫上公式，然后代入。 44 落料凹模的基本尺寸計算如下： 1+ 0 . 4 +
25、 0 . 14 008 0 0 . 5 0 . 4 = 7 9 . 8 0a m m m m 凹 1+ 0 . 3 4 + 0 . 0 8 5 + 0 . 0 8 54 0004 0 0 . 7 5 0 . 3 4 = 3 9 . 7 4 5 3 9 . 7 5m m m m m m 凹b 1+ 0 . 3 4 + 0 . 0 8 5 + 0 . 0 8 54 0003 5 0 . 7 5 0 . 3 4 = 3 4 . 7 4 5 3 4 . 7 5m m m m m m 凹c 0 01 0 . 0 70 . 2 8 4 2 2 0 . 1 4 0 . 7 5 0 . 2 8 = 2 2 .
26、 0 7m m m m 凹d 115 0. 1 0. 2 = 14 .9 0 0. 02 58 m m m m 凹e 45 落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是 79.80mm、 39.75mm、 34.75mm、 22.07mm、 14.90mm，不必 標注公差，與落料凹模配做時，保證雙邊間隙值為 0.13 0.18mm。 或者寫： 凸模尺寸按凹模實際尺寸配制，保證雙邊間隙值為 0.13 0.18mm。 46 47 第 2 章 沖裁 2 -4 沖裁力的計算及降低沖裁力的方法 2.4.1、沖裁力的計算 k L tP 2.4.2 、降低沖裁力的方法 2.4.3 、卸料力、推件力及頂件力的計算 1
27、. 階梯形凸模 3. 斜刃沖模 2. 材料加熱 2.4.1 沖裁力的計算（平刃） 常取 K=1.3，一般情況下，材料的抗拉強度 1.3b 所以，為了計算方便，也可用下式計算沖裁力： bF Lt 49 2 -4 沖裁力的計算及降低沖裁力的方法 2.4.2 、降低沖裁力的方法 1）將材料加熱后沖裁 把材料加熱后沖裁可以大大降低其抗剪強度，有數據顯示： 將鋼材加熱到 700 900攝氏度時，沖裁力只及常溫的三分之 一甚至更少。 優(yōu)點： 沖裁力降低明顯。 缺點： 斷面質量較差（毛刺多）、 精度低、沖裁件上會產生氧化皮，另外加熱沖裁的勞動條件也 差 。只用于精度要求不高的厚料沖裁。 當板料較厚或者沖裁件
28、較大時，所需要產生的沖裁力過大 或者壓力機噸位不夠時，可采用下列方法來降低沖裁力。 50 3） 用斜刃沖模沖裁 將凸模或凹模刃口做成斜刃口，整個斜刃不是與沖裁件周 邊同時接觸，而是逐漸切入，所以沖裁力會減少。 優(yōu)點：壓力機能在柔和的條件下工作，當沖裁件很大時，降 低沖裁力很明顯。缺點：模具制造難度提高，刃口修磨也困難。 適用于形狀簡單、精度要求不高、料不太厚的大件沖裁。在 汽車、拖拉機等大型覆蓋件的落料中應用較多。 2） 階梯形凸模 在多凸模沖模中，將凸模做階梯型布置（不同高度）， 采用階梯布置可使各凸模沖裁力的最大值不同時出現(xiàn)，從而降 低了沖裁力。 缺點是修模刃口比較麻煩，主要用于有多個凸模
29、而其位置 又較對稱的模具。 51 2.4.3 卸料力及頂件力的計算 推件力：沿著沖裁方向 ， 把卡住的板料 （ 工件或廢 料 ） 從凹模內推出所需要的力； 頂件力：與沖裁方向相反 ， 把卡住的板料從凹模內 頂出所需要的力； 卸料力：從凸模上將緊箍板料卸下所需要的力 。 影響因素 (P31) 經驗公式： F1 nk1F F2 k2F F3 k3F n-同時卡在凹模洞口內的零件數； F-沖裁力（ N） K1、 K2、 K3-推件力、頂件力和卸料力系數，見書上表 2-5。 52 2. 卸料力、推件力和頂件力的計算 53 第 2 章 沖裁 采用彈性卸料裝置和上出料方式的總沖裁力 F0 F F2 F3
30、采用彈性卸料裝置和下出料方式的總沖裁力 F0 F F1 F3 采用剛性卸料和下出料方式： F0 F F1 排樣 : 合理的排樣 ： 沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。 排樣方案是模具結構設計的依據之一。 提高材料利用率、降低成本，保證沖件質量及 模具壽命的有效措施。 2.5 排樣與搭邊 第 2 章 沖裁 55 根據材料的合理利用情況，條料排樣方法可分為三種（ P33）： 2.5.1 排樣方法 一個步距內的材料利用率 材料利用率： a材料利用率 %100 BSA 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比，它 是衡量合理利用材料的經濟性指標。 2.5.2 材料的經濟利用 步距 :條料在模具上每次
31、送進的距離稱為送料步距（也稱進距） 步距的大小應為條料上兩個對應沖裁件的對應點之間的距離。 一張板料 (或帶料、條料 )上總的材料利用率 a材料利用率（續(xù)） 總 %1001 LBnA總 2.5.2 材料的經濟利用 （續(xù)） 第 2 章 沖裁 沖裁所產生的廢料：一類是 結構廢料 ；另一類是 工藝廢料 。 b提高材料利用率的方法 2.5.2 材料的經濟利用 （續(xù)） 第 2 章 沖裁 減少工藝廢料 的有力措施是： b提高材料利用率的方法 (續(xù)） 設計合理的排樣方案； 選擇合適的板料規(guī)格和合理的裁板法 減少料頭、料尾和邊余料，利用廢料作小零件等。 利用結構廢料 的措施有： 當材料和厚度相同時，在尺寸允許
32、的情況下，較小尺寸的沖 件可在較大尺寸沖件的廢料中沖制出來。 在使用條件許可下，也可以改變零件的結構形狀，提高材料 利用率。 2.5.2 材料的經濟利用 （續(xù)） 第 2 章 沖裁 搭邊 ： 排樣時沖裁件（工件）之間以及沖裁件與條料側邊之間留下 的余料。 搭邊的作用： 一是補償定位誤差，確保沖出合格零件； 二是增加條料剛度，方便條料送進，提高勞動生產率； 合理搭邊還可以避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙， 從而提高模具壽命。 2.5.3 搭邊 第 2 章 沖裁 a影響搭邊值的因素 （ 1） 材料的機械 （ 力學 ） 性能 硬材料的搭邊值可小一些；軟 材料 、 脆材料的搭邊值要大一些 。 （
33、2） 材料厚度 材料越厚 ， 搭邊值也越大 。 （ 3） 沖裁件的形狀與尺寸 零件外形越復雜 ， 圓角半徑越小 ， 搭邊值取大些 。 （ 4） 送料及擋料方式 用手工送料 ， 有側壓裝置的搭邊值可以 小一些 。 （ 5） 卸料方式 彈性卸料比剛性卸料的搭邊小一些。 2.5.3 搭邊 第 2 章 沖裁 b搭邊值的確定 表 2-7為搭邊值的經驗參數表之一 ， 供設計時參考 。 2.5.3 搭邊 第 2 章 沖裁 條料寬度 ： 2+B D a B：條料寬度的基本尺寸 (mm); D: 工件在寬度方向的尺寸 (mm); a: 側搭邊的最小值 (mm); ： 條料寬度的單向（負向）公差 (mm) 。 2
34、.5.4 條料寬度的確定 第 2 章 沖裁 一張完整的排樣圖應標注條料寬度尺寸 0B 、條料長度 L、板 料厚度 t 、端距 l、步距 S、工件間搭邊和側搭邊 a。并習慣以剖面 線表示沖壓位置。 2.5.5 排樣圖 第 2 章 沖裁 65 2.6 沖裁件工藝性分析 沖裁件的工藝性是指沖裁件 對沖裁工藝的適應性 。對沖裁工藝性影響 最大的是制件的是 幾何形狀、尺寸和精度要求 等。 沖裁工藝性好 是指能用普通沖裁方法，在模具壽命和生產率較高、成 本較低的條件下得到質量合格的沖裁件。 第 2 章 沖裁 2.6.1 沖裁件的精度等級 一般精度 ： IT10 12級； 高精度 IT8 10級；沖孔大于落
35、料。 獲得高精度方法： 1、普通沖裁后整修或輔以切削加工 2、精密沖裁 66 （ 3）沖孔尺寸不宜過小，否則凸模強度不夠。 （ 4）為避免工件變形和保證模具強度，孔邊距和孔間距不 能過小。 （ 5） 在彎曲件或拉深件上沖孔時，孔邊與直壁之間應保持 一定距離，以免沖孔時凸模受水平推力而折斷。 2.6.2、沖裁件的形狀和尺寸要求 （ 1）沖裁件的形狀應力求簡單、對稱，避免形狀復雜的曲 線。 （ 2） 沖裁件內孔及外形的轉角處要盡量避免尖角，應以圓 弧過渡，以便于模具加工，減少熱處理開裂，減少沖裁時尖 角處的崩刃和過快磨損。 67 2.7 整修與精密沖裁 采用普通的沖裁工藝，沖裁件的尺寸精度在 IT
36、10 IT14 級左右，表面粗糙度在 6.3左右，其斷面略帶斜度，光亮帶也 只有斷面的 1/3左右。當沖裁件尺寸精度、表面粗糙度和斷面 垂直度有較高要求時，就必須采取一些措施來滿足沖裁件的 質量要求。 2.7.1 整修 整修是利用整修模沿著沖裁件外緣或內孔刮削去一層薄薄 的切屑，以除去普通沖裁時在斷面上留下的塌角、毛刺和剪 裂帶等，從而提高了沖裁件的加工精度，降低了表面粗糙度。 整修時應合理確定整修余量，而整修余量又決定于整修次數。 整修又分為 外緣整修 和 內緣整修 68 圖 2-12 修 整工藝簡圖 1 凸模； 2 凹模 69 1、外緣整修 沖裁件外形的整修稱為外緣整修，它是將預先留有整修
37、余 量的落料件置于整修凹模上，其凸模將毛坯壓入凹模，余量被 凹模切去。外緣整修的質量與整修次數、整修余量以及整修模 結構等因素有關。 分為兩種： （ 1） 切削外緣件整修： 切削外緣整修可以整修出 IT6級精度、 表面粗糙度可達 0.4以下的沖壓件。 這種整修方法與切削加工相似。整修余量與材料的性質、 沖裁件形狀和大小、板材厚度及整修前的斷面質量等狀況有關。 大間隙落料： 斷面上斷裂帶斜度大，整修量必然要大； 小間隙落料： 需要切去二次剪切形成的中間斷裂帶的斜度小， 整修量相對也小。 70 整修次數 根據整修量的大小、材料的性質、板材厚度和 沖壓件的幾何形狀等因素來確定。就實際生產而言，總是希
38、 望整修次數愈少愈好，但有時是不可能實現(xiàn)的。 當板材厚度小于 3mm、沖裁件外形比較簡單時，一般只 需要一次整修即可； 如果沖裁件外形復雜，就必須進行多次整修。 對于軟材料（如黃銅、鋁）的整修，凹模與凸模應采用 鋒利刃口；對于較硬材料（如鋼）的整修，凹模刃口應稍帶 有圓角，凸模做成鋒利刃口。 71 （ 2）擠光外緣整修： 主要適用于塑性較好、板材厚度為 3 7mm的沖裁件。整修方法是將大于凹模的沖裁件擠入錐形凹模內，以獲得光潔的 外緣表面，每邊的壓縮量不應超過 0.04 0.06mm。 2.內緣整修： 沖裁件孔的整修稱為內緣（孔）整修。內孔整修過程與 外緣整修相似，不同處就是內孔整修利用凸模切
39、除余量。整 修的目的是校正孔的坐標位置，提高光潔度和孔的尺寸精度。 內緣整修有 切削內緣整修 和 擠壓內緣整修 兩種。 72 1）切削內緣整修： 整修精度可達 IT6級左右，表面粗糙度在 0.4 左右。整修 量與材料性質、厚度及內緣斷面質量狀況等因素有關。如果 整修前沖壓件上的孔用鉆孔工藝加工的，其整修量要比用沖 孔時小。若整修孔的同時，還兼有校準孔徑和孔中心距時， 應增加整修量。 2）用鋼球或芯棒整修 ： 此法是利用滾珠或芯棒對孔進行精壓。工作時，利用凸 模的壓力，使硬度很高的鋼球或芯棒強行通過孔，借以達到 整修目的。整修后的尺寸精度可達 IT6級左右，表面粗糙度 在 0.1左右。 73 改
40、變沖裁條件，以增大變形區(qū)的靜水壓作用，抑制材 料的斷裂，使塑性剪切變形延續(xù)到剪切的全過程，在材料 不出現(xiàn)剪裂紋的沖裁條件下實現(xiàn)材料的分離，從而得到斷 面光滑而垂直的精密零件。 精密沖裁法 2.7.2 精密沖裁 74 精密沖裁簡稱精沖 ： 精沖按沖裁機理分 半精沖 （ 小間隙或負 間隙沖裁，機理與普通沖裁差異不大，增強了沖裁變形區(qū)靜 水壓作用，斷面質量提高，光亮帶比例增大，模具設備簡單 ） 和 精沖 （齒圈壓板）兩種。 1、小間隙圓角刃口沖裁（圖 2-14） 以 a圖為例，凹模帶小圓角刃口，這種沖裁方法在凹模的 刃邊不產生剪裂，金屬均勻地被擠進了凹模的洞口，這時金 屬的纖維被拉長，并被凹模的光滑
41、表面壓平，形成了很光的 斷面，在廢料上有拉長的毛刺。同普通沖裁方法相比，兩者 的差別僅在于采用了小間隙（ 一般 0.01-0.02mm），小圓角 刃口（ 半徑一般為材料厚度的百分之十 ），加強了沖裁區(qū)的 靜水壓，起到了抑制裂紋的作用。 沖裁力約為普通沖裁力的 1.5倍。 （ 1）半精沖 75 這種方法只適用于塑性較好的有色金屬和軟鋼，如軟鋁、 紫銅、黃銅、 05F和 08F等，精度為 IT8-IT11。這種方法用于 硬鋼和磷青銅等時會產生斷裂現(xiàn)象。 2、負間隙沖裁（圖 2-15）（機理基本和 1相同） 負間隙 是指凸模尺寸大于凹模尺寸，凹模帶小圓角刃口， 半徑約為材料厚度的百分之五到十，靜水壓
42、作用強，凸模可刃 口鋒利。對于圓形沖裁件，凸模比凹模大出的周邊是均勻的， 一般約大（ 0.1 0.2) t；對于幾何形狀復雜的沖裁件，在凸出 的角部要比圓形部分大出一倍，即為（ 0.2 0.4 )t；在凹進的 部位應比圓形部分減少一半，即為（ 0.05 0.1） t。 負間隙沖裁方法只適于沖裁塑性好的材料，如軟鋁、銅和 軟鋼等。對于普通碳素鋼和合金鋼不能采用。采用這種方法， 在沖裁后可獲得 IT8 IT11、粗糙度 0.8 0.4的沖壓件。 76 由于凸模尺寸大于凹模尺寸，出現(xiàn)的裂紋與普通 沖裁時相反，形成一個倒錐形，凸模將此倒錐形毛 坯推入凹模時，切去了部分余量，獲得較高的斷面 質量。有時，
43、為獲得使斷面有更低的表面粗糙度， 可以在凹模的刃邊作出很小的倒角。 沖裁時，模具在完全閉合后，凸模的最下邊工 作位置應與凹模上平面保持有 0.1 0.2 mm的距離。 77 1.精沖原理： 要想獲得既不帶錐度又光潔的切斷面，其先決條件是凸模 和凹模之間的間隙要 極小， 同時還要避免普通沖裁變形時出現(xiàn) 的撕裂階段，只產生塑性剪切。也就是說，沖裁件與板材分離 的過程始終是塑性剪切過程。為獲得純塑性剪切變形，板材在 沖裁過程中必須一直處于強力的壓緊狀態(tài)。板材在很大的靜壓 力作用下，產生以下的效果： 使材料塑性增大，不至于在模具刃口附近產生裂紋； 將板材壓平，使沖裁切斷面與沖裁件表面保持垂直。 （ 2
44、）精沖（齒圈壓板法） 78 精沖是精密沖裁工藝的簡稱。是在普通沖裁的 基礎上發(fā)展起來的一種精密加工工藝。它與普通沖 裁在工藝上的區(qū)別， 除凸模、凹模間間隙極小與凹 模刃口帶圓角外，在模具結構上也有其特點，精沖 模具比普通沖裁模多了一個齒圈壓板與一個頂出器， 所以材料在受壓狀態(tài)下進行沖裁，可以防止材料在 沖裁過程中的拉伸流動。 實踐證明：在精沖時，壓緊力、沖裁間隙和凹 模刃口圓角三者是相輔相成的，其中沖裁間隙是主 要的。 79 2、適用于精沖的材料 精沖對材料要求比較嚴格，適合精沖的材料必須具有良 好的塑性、較大的變形能力和良好的組織結構，以便在沖裁 中不致發(fā)生撕裂現(xiàn)象。 以含碳量小于 0.35
45、、強度極限 b=300 600MPa的鋼 精沖效果最好。含碳 0.35 0.7%,甚至更高的碳素鋼及鉻、 鎳、鉬含量比較低的合金鋼經退火處理后仍然可以獲得良好 的效果。 至于有色金屬包括純銅、黃銅（含銅量大于 62）、軟 青銅、鋁及其合金（抗拉強度 b 250MFa）等都可以精沖。 但是用作沖裁鑰匙的鉛黃銅精沖效果不好。 80 齒圈壓板精沖： 加工精度可達 IT6-IT8，粗糙度值可達 0.8-0.4微米，需要 專用精沖壓力機，模具要求高，成本較高。 精沖總壓力等于沖裁力、壓邊力、頂板反壓力之和。為 增強靜水壓作用，兼顧模具壽命，一般取材料厚度的百分之 一作為雙邊間隙值。 凸凹模圓角：為增強靜
46、水壓作用，沖孔凸模、落料凹 模刃口略帶圓角， 落料凹模刃口圓角半徑一般取 0.01- 0.03MM，沖孔凸模刃口圓角半徑一般取 0.01MM以下。 81 （ 1）最小圓角半徑：精沖件一般不允許有尖角，必須是 圓角，否則在相應的剪切面上會發(fā)生撕裂，而且易使凸模損 壞。沖裁件的最小圓角半徑與沖裁件的尖角角度、板材厚度 及其機械性能等因素有關。 （ 2）精沖允許的最小孔徑主要是從沖孔凸模所能承受的 最大壓應力來考慮的，其值與材料性質和板材厚度等因素有 關。 （ 3）孔邊距：精沖所允許的孔邊距的最小值比普通沖裁 時小。 3、精沖件的結構工藝性 82 2-8 沖裁模基本類型和典型結構 沖裁模： 用來完成
47、沖裁工序的沖模，是實現(xiàn)沖壓變形的 一種工藝裝備。沖模結構應滿足生產要求，能保證沖出合 格的零件，滿足生產批量要求。還要考慮制造容易、使用 方便、操作安全、成本低廉等各方面的要求。 分類： 1.按工序性質分： 6種（ P） 2.按工序的組合分： 3種（ P） 2-8沖裁?；绢愋图暗湫徒Y構 2-8沖裁?；绢愋图暗湫徒Y構 一、沖裁模的分類： （ 1） 按工序性質分： A：落料模：沿封閉的輪廓將工件與板料分離 ， 沖下來的部分 為工件 。 B：沖孔模：沿封閉的輪廓將工件與板料分離 ， 沖下來的部分 為廢料 。 C：切斷模：沿敞開的輪廓將材料分離 。 D：切口模：沿敞開的輪廓將零件局部切開 ,但不完
48、全分離 。 E：切邊模：將工作多余的邊緣切掉 。 F：剖切模：將一個工件切成兩個或多個工件 。 （ 2） 按工序的組合分 1） 簡單模： A：一個凸模一個凹模的簡單模 。 B：多個凸模多孔 凹模的復 式模 。 2） 級進模： 3） 復合模： 二、典型沖裁模結構分析 1、簡單模 1）無導向簡單沖裁模 A：結構 85 （ 1）簡單模：在沖壓的一次行程過程中，只能 完成一種沖壓工序的模具。 模具簡單 ,造價低。 2） 導板式簡單沖裁模 3)導柱式簡單沖裁模 88 （ 2）級進模： （連續(xù)沖模） 在沖壓的一次行程過程 中，在不同的工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓 工序的模具。 生產率高，要求定位精度高
49、。 2、 級進模 1） 有固定擋料銷及導正銷的級進模： 2)側刃定位的級進模 91 電機轉子多工位級進模 92 （ 3）復合模：在沖壓的一次行程過程中，在同 一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的 模具。 精度高，模具復雜。 3、 復合模 A、 倒裝復合模： B、 正裝復合模 95 電機定子、轉子復合模 96 第 2 章 沖裁 落 料 沖 孔 復 合 模 1-下模板 2-卸料螺釘 3-導柱 4-固定板 5-橡膠 6-導料銷 7-落料凹模 8-推件塊 9-固定板 10-導套 11-墊板 12、 20-銷釘 13-上模板 14-模柄 15-打桿 16、 21-螺釘 17-沖孔凸模 18-凸凹模 19-卸料板 22-擋料銷 98 下出料剛性卸料 落料模 99 下頂出落料模 100 內壁沖孔模
《沖裁及沖裁模設計》PPT課件.ppt
