沖壓及模具設(shè)計知識點整理

1、第一章概述沖壓：室溫下利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的壓力加工 方法。沖壓生產(chǎn)的三要素先進的模具，高效的沖壓設(shè)備，合理的沖壓工-藝沖壓工序的分類：根據(jù)材料的變形特點分為：分離工序、成形工序分離工序：沖壓成形時，變形材料內(nèi)部的應(yīng)力超過強度極限(T b,使材料發(fā)生斷裂而產(chǎn)生分離，從而成形零件。分離工序主要有剪 裁和沖裁等。成形工序：沖壓成形時，變形材料內(nèi)部應(yīng)力超過屈服極限(T S ,但未達到強度極限(T b,使材料產(chǎn)生塑性變形，從而成形零件。成形工序主要有彎曲、拉深、翻邊、脹形、擴口、縮口和旋壓等。 沖壓模具1. 沖模的分類(1) 根據(jù)工藝性質(zhì)分類

2、：沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等。(2) 根據(jù)工序組合程度分類：單工序模、復合模、級進模復合模：在壓力機的一次行程內(nèi)在模具的一個工位上完成兩道以 上沖壓工序的模具。級進模：在壓機的一次行程內(nèi)，在連續(xù)模具的不同工位上完成多 道沖壓共序的模具。2. 沖模組成零件沖模通常由上、下模兩部分構(gòu)成。組成模具的零件主要有兩類： 工藝零件：直接參與工藝過程的完成并和坯料有直接接觸，包括： 工作零件、定位零件、卸料與壓料零件 結(jié)構(gòu)零件：不直接參與完成工藝過程，也不和坯料有直接接觸， 只對模具完成工藝過程起保證作用，或?qū)δ＞吖δ芷鹜晟谱饔?，包括：導向零件、緊固零件、標準件及其它零件等.第二沖裁工藝與沖裁模設(shè)計學

3、習目的與要求：1. 了解沖裁變形規(guī)律、沖裁件質(zhì)量及影響因素；2. 掌握沖裁模間隙確定、刃口尺寸計算、排樣設(shè)計、沖裁力計 算等設(shè)計計算方法。3. 掌握沖裁工藝性分析與工藝設(shè)計方法；4. 認識沖裁模典型結(jié)構(gòu)（尤其是級進模和復合模）及特點，了解模具標準，掌握模具零部件設(shè)計及模具標準應(yīng)用方法；5. 掌握沖裁工藝與沖裁模設(shè)計的方法和步驟。第一節(jié)概述沖裁利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序?；竟ば颍郝淞虾蜎_孔。既可加工零件，也可加工沖壓工序件。落料：沖下所需形狀的零件沖孔：在工件上沖出所需形狀的孔沖裁模：沖裁所使用的模具叫沖裁模， 它是沖裁過程必不可少的 工藝裝備。凸、凹模刃口鋒利，間

4、隙小。分類：普通沖裁、精密沖裁 第二節(jié)沖裁變形過程分析 凸、凹模間隙存在，產(chǎn)生彎矩二、沖裁變形過程間隙正常、刃口鋒利情況下，沖裁變形過程可分為三個階段：1. 彈性變形階段凸模加壓，材料發(fā)生彈性壓縮與彎曲，并略有擠入凹模洞口特點: 材料內(nèi)應(yīng)力沒有超出屈服極限， 在板料與凸模及凹模接觸處形成 圓角帶。2. 塑性變形階段特點：材料內(nèi)應(yīng)力達到屈服極限，材料產(chǎn)生塑性變形.形成光亮 的剪切斷面帶，在凹模刃口部分的材料，除受塑剪變形外.還受 彎曲和拉伸作用，因而裂紋將首先在凹模刃口處開始。3. 斷裂分離階段變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力大于強度極限。裂紋首先產(chǎn)生在凹模刃口附近的側(cè)面一一凸模刃口附近的側(cè)面上、下裂紋擴展相

5、遇一一材料分離 三、沖裁件質(zhì)量及其影響因素沖裁件質(zhì)量：指斷面狀況垂直、光潔、毛刺小尺寸精度 圖紙規(guī)定的公差范圍內(nèi)形狀誤差外形滿足圖紙要求；表面平直，即拱彎小1. 沖裁件斷面質(zhì)量影響因素(1 )材料性能的影響a、b、d大，c小(2) 模具間隙的影響 間隙小，出現(xiàn)二次剪裂，產(chǎn)生第二光亮帶間隙大，出現(xiàn)二次拉裂，產(chǎn)生二個斜度(3 )模具刃口狀態(tài)的影響當凸模刃口磨鈍時，則會在落料件上端產(chǎn)生毛刺當凹模刃口磨鈍時，則會在沖孔件的孔口下端產(chǎn)生毛刺；當凸、凹模刃口同時磨鈍時，則沖裁件上、下端都會產(chǎn)生毛刺。2. 沖裁件尺寸精度及其影響因素沖裁件的尺寸精度：指沖裁件的實際尺寸與圖紙上基本尺寸之差。該差值包括兩方面的

6、偏差：一是沖裁件相對于凸模或凹模尺寸的偏差；二是模具本身的制造偏差。影響因素：1)沖模的制造精度(零件加工和裝配)(2) 材料的性質(zhì)(3) 沖裁間隙3. 沖裁件形狀誤差及其影響因素沖裁件形狀誤差指翹曲、扭曲、變形等缺陷翹曲：沖裁件呈曲面不平現(xiàn)象。它是由于間隙過大、彎矩增大、變形拉伸和彎曲成分增多而造成的， 另外材料的各向異性和卷料未矯正也會產(chǎn)生翹曲。扭曲：沖裁件呈扭歪現(xiàn)象。它是由于材料的不平、間隙不均勻、凹模后角對材料摩擦不均勻等造成的變形：由于坯料的邊緣沖孔或孔距太小等原因，因脹形而產(chǎn)生的第三節(jié)沖裁模間隙1間隙對沖裁件質(zhì)量的影響切斷面質(zhì)量、尺寸精度、形狀誤差A、間隙對沖裁件切斷面質(zhì)量的影響間

7、隙合理一凸凹模刃口沿最大剪應(yīng)力方向產(chǎn)生的裂紋將相互重合斷面質(zhì)量：有一定斜度，但平整、光潔、毛刺小間隙過小一凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋停止發(fā)展，上下裂紋間產(chǎn)生二次剪切斷面質(zhì)量：斷面中部留下撕裂面，兩頭為光亮帶，斷面出現(xiàn)擠長 的毛刺，斷面平直。間隙過大-拉伸增大，拉應(yīng)力增大裂紋在離開刃口稍遠的側(cè)面產(chǎn)生斷面質(zhì)量：光亮帶減小，塌角與斷裂長度都增大，毛刺大而厚 結(jié)論：間隙在一定范圍內(nèi)Z=（ 1424%） t變化時，毛刺高度小， 變化不大，可供選擇合理間隙值。B、間隙對尺寸精度的影響沖裁件尺寸精度：沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值差值：1、沖裁件相對于凸模或凹模尺寸的偏差2、模具本身的制造偏差影響偏差值的因素：

8、凸凹模間隙、材料性質(zhì)、工件形狀、與尺寸間隙較大：拉伸作用增大，彈性恢復-落料尺寸凹模尺寸-沖孔孔徑凸模直徑間隙較?。簲D壓作用-落料尺寸增大-沖孔孔徑變小模具制造公差：按工件的尺寸要求決定3、間隙對模具壽命的影響模具壽命分為刃磨壽命和模具總壽命。模具失效的原因一般有：磨損、變形、崩刃、折斷和漲裂。小間隙將使磨損增加，甚至使模具與材料之間產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，并引起崩刃、凹模脹裂、小凸模折斷、凸凹模相互啃刃等異常損壞。 所以，為了延長模具壽命，在保證沖裁件質(zhì)量的前提下適當采用 較大的間隙值是十分必要的。第四節(jié)凸模與凹模刃口尺寸的確定重要性：凸模和凹模的刃口尺寸和公差， 直接影響沖裁件的尺寸 精度。模具的合

9、理間隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證。凸、凹模刃口尺寸計算原則1. 設(shè)計落料模先確定凹模刃口尺寸。以凹模為基準，間隙取在 凸模上，即沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來取得。設(shè)計沖孔模先確定凸模刃口尺寸。 以凸模為基準，間隙取在凹模 上，沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來取得。2 .根據(jù)沖模在使用過程中的磨損規(guī)律，設(shè)計落料模時，凹?；?本尺寸應(yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計沖孔模時，凸?；境叽鐒t取接近或等于工件孔的最大極限 尺寸。模具磨損預留量與工件制造精度有關(guān)3. 沖裁（設(shè)計）間隙一般選用最小合理間隙值（Zmin）4. 選擇模具刃口制造公差時，要考慮工件精度與模具精度的關(guān) 系，即要保證工

10、件的精度要求，又要保證有合理的間隙值5. 工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都應(yīng)按“入體”原則標注為單向公差。 但對于磨損后無變化的尺寸，- 般標注雙向偏差。加工方法：1. 分開加工：具有互換性、制造周期短，但Zmin不易保證，需提高加工精度，增加制造難度。2. 配合加工：Zmin易保證，無互換性、制造周期長。凸、凹模刃口尺寸的計算方法1. 按凸模與凹模圖樣分別加工法2. 凸模與凹模配作法配作法就是先按設(shè)計尺寸制出一個基準件(凸?；虬寄?，然后根據(jù)基準件的實際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。第五節(jié)沖裁排樣設(shè)計一、材料的合理利用沖裁所產(chǎn)生的廢料：一類是結(jié)構(gòu)廢料；另一類是工藝廢料。二、排樣

11、方法根據(jù)材料的合理利用情況，條料排樣方法可分為三種：1. 有廢料排樣2.少廢料排樣3.無廢料排樣三、搭邊搭邊：排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料搭邊的作用：一是補償定位誤差和剪板誤差，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(chǎn)率；搭邊還可以避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉人模具間隙，從而提高模具壽命。影響搭邊值的因素(1)材料的力學性能 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。(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(cè)壓裝置的搭邊值可

12、以小一些；用側(cè)刃定距比用擋料銷定距的搭邊小一些。(5) 卸料方式 彈性卸料比剛性卸料的搭邊小一些。五、排樣圖、條料長度L、板料 厚度t、端距I、步距S、工件間搭邊和側(cè)搭邊 a。并習慣以剖 面線表示沖壓位置。第六節(jié) 沖裁力和壓力中心的計算第七節(jié)沖裁的工藝設(shè)計沖裁工藝設(shè)計包括:沖裁件的工藝性和沖裁工藝方案確定。一、沖裁件的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(yīng)性。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。二、沖裁工藝方案的確定1. 沖裁工序的組合2、沖裁順序的安排(1) 級進沖裁順序的安排1) 先沖孔或沖缺口，最后落料或切斷，將沖裁

13、件與條料分離2) 采用定距側(cè)刃時，定距側(cè)刃切邊工序安排與首次沖孔同時進 行，以便控制送料進距。(2) 多工序沖裁件用單工序沖裁時的順序安排1)先落料使坯料與條料分離，再沖孔或沖缺口。2）沖裁大小不同、相距較近的孔時，為減少孔的變形，應(yīng)先沖 大孔后沖小孔。第八節(jié)沖裁模的典型結(jié)構(gòu)一、單工序沖裁模單工序沖裁模：在壓力機一次行程內(nèi)只完成一個沖壓工序的沖裁模1. 落料模（1）無導向單工序落料模（2）導板式單工序落料模（3）導柱式單工序落料模2. 沖孔模（1）導柱式?jīng)_孔模（2）導板式側(cè)面沖孔模（3）斜楔式水平?jīng)_孔模（4）小孔沖模：全長導向結(jié)構(gòu)的小孔沖模超短凸模的小孔沖模二、級進模級進模是一種工位多、效率高

14、的沖模。整個沖件的成形是在連續(xù) 過程中逐步完成的。1. 用導正銷定位的級進模2. 側(cè)刃定距的級進模雙側(cè)刃定距的沖孔落料級進模側(cè)刃定距的彈壓導板級進模優(yōu)點：級進模比單工序模生產(chǎn)率高，減少了模具和設(shè)備的數(shù)量， 工件精度較高，便于操作和實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。缺點：級進模輪廓尺寸較大，制造較復雜，成本較高適用：大批量生產(chǎn)小型沖壓件。3. 排樣(1) 零件精度對排樣的要求零件精度要求高的一一精確的定位、盡量減少工位數(shù)孔距公差較小一一在同一工步中沖出(2) 模具結(jié)構(gòu)對排樣的要求零件較大或零件雖小但工位較多一一采用連續(xù)一復合排樣法(a)。(3) 模具強度對排樣的要求孔間距小一一其孔要分步?jīng)_(b)工位間凹模壁厚小一

15、一增設(shè)空步(c)外形復雜一一分步?jīng)_出(d)側(cè)刃的位置一一避免導致凸、凹模局部工作而損壞刃口(b)(4) 零件成形規(guī)律對排樣的要求位于成形件變形部位上的孔安排在成形工步之后沖出，落料或切斷工步一一安排在最后工位上。全部為沖裁工步的級進模一一先沖孔后落料或切斷套料級進沖裁 按由里向外的順序進行沖裁(e)。三、復合模1. 正裝式復合模（又稱順裝式復合模）結(jié)構(gòu)特點：三套除料、除件裝置優(yōu)點：沖出的沖件平直度較高缺點：結(jié)構(gòu)復雜，沖件容易被嵌入邊料中影響操作。適用：沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件， 以沖制孔邊距離較小的沖裁件。2. 倒裝式復合模結(jié)構(gòu)特點：兩套除料、除件裝置缺點：結(jié)構(gòu)不宜優(yōu)點：

16、沖制孔邊距離較小的沖裁件簡單第九節(jié)沖裁模零部件設(shè)計沖裁模零部件的分類：一、工作零件二、定位零件定位零件：用來保證條料的正確送進及在模具中的正確位置。 條料的限位： 在與條料垂直的方向上的限位，保證條料沿正確的方向送進， 稱為送進導向； 在送料方向上的限位，控制條料一次送進的距離（步距）稱為 送料定距。塊料或工序件的定位：基本也是在兩個方向上的限位， 只是定位零件的結(jié)構(gòu)形式與 條料的有所不同而已。屬于送進導向的定位零件：導料銷、導料板、側(cè)壓板等屬于送料定距的定位零件：用擋料銷、導正銷、側(cè)刃等屬于塊料或工序件的定位零件：定位銷、定位板等1. 導料銷、導料板導料銷：兩個，位于條料的同側(cè)，從右向左送料

17、時，導料銷裝在后側(cè)；從前向后送料時，導料銷裝在左側(cè)。結(jié)構(gòu)形式：固定式、活動式導料板：設(shè)在條料兩側(cè)結(jié)構(gòu)形式：一種是標準結(jié)構(gòu)，它與卸料板（或?qū)О澹┓珠_制 造一種是與卸料板制成整體的結(jié)構(gòu)2 .側(cè)壓裝置設(shè)置目的：若條料公差較大，為避免條料在導料板中偏擺，使最 小搭邊得到保證。結(jié)構(gòu)形式彈簧式側(cè)壓裝置簧片式側(cè)壓裝置簧片壓塊式側(cè) 壓裝置板式側(cè)壓裝置3. 擋料銷4. 側(cè)刃：在級進模中，為了限定條料送進距離，在條料側(cè)邊沖 切出一定尺寸缺口的凸模。特點：定距精度高、可靠適用：薄料、定距精度和生產(chǎn)效率要求高的情況5. 導正銷使用目的：消除送進導向和送料定距或定位板等粗定位的誤差主要用于:級進模配合使用：與擋料銷或與

18、側(cè)刃配合使用后者粗定位，前者精定位導入部分：圓錐形的頭部導正部分：圓柱形的6. 定位板和定位銷 定位方式：外緣定位、內(nèi)孔定位三、卸料裝置與推件裝置1. 卸料裝置形式：固定卸料裝置、彈壓卸料裝置和廢料切刀(1) 固定卸料板特點：卸料力大，卸料可靠適用：板料較厚(大于 0.5mn)、卸料力較大、平直度要求不很 高的沖裁件與凸模的雙邊間隙：當卸料板僅起卸料作用，取 0.20.5mm 當卸料板兼起導板作用，按 H7/h6配合，且應(yīng)小于沖裁間隙。(2) 彈壓卸料裝置特點：兼卸料及壓料作用，沖件質(zhì)量較好，平直度較高。適用：質(zhì)量要求較高的沖裁件或薄板沖裁與凸模的單邊間隙：當卸料板兼起導板作用，同固定卸料板。

19、（3）廢料切刀適用沖件尺寸大，采用廢料切刀將廢料切開而卸料a）圓廢料切刀，用于小型模具和切薄板廢料b）方形廢料切刀，用于大型模具和切厚板廢料2. 推件（頂件）裝置（1）推件裝置a）剛性推件裝置組成：打桿、（推板、連接推桿、）推件塊特點：推件力大，工作可靠b）彈性推件裝置作用：壓料、卸料特點：出件力不大，但出件平穩(wěn)無撞擊，沖件質(zhì)量較高。（2）頂件裝置組成：頂桿、頂件塊和裝在下模底下的彈頂器特點：頂件力容易調(diào)節(jié)，工作可靠，沖件平直度較高第三章 彎曲工藝與彎曲模設(shè)計第一節(jié)概述彎曲：將板料、型材、管材或棒料等按設(shè)計要求彎成一定的角度和一定的曲率，形成所需形狀零件的沖壓工序。第二節(jié)彎曲變形分析V形彎曲是

20、最基本的彎曲變形。1. 彎曲變形時板材變形區(qū)受力情況分析變形區(qū)主要在彎曲件的圓角部分，板料受力情況如圖所示。2. 彎曲變形過程自由彎曲f校正彎曲彈性彎曲塑性彎曲彎曲效果：表現(xiàn)為彎曲半徑和彎曲中心角的變化（減?。?. 相對彎曲半徑（r/t ）:表示板料彎曲變形程度的大小。彎曲中心角為a4. 最小彎曲半徑最小彎曲半徑rmin :在板料不發(fā)生破壞的條件下，所能彎成零 件內(nèi)表面的最小圓角半徑。常用最小相對彎曲半徑rmi n/t表示彎曲時的成形極限。其值越小越有利于彎曲成形。影響最小彎曲半徑的因素1）材料的力學性能2）材料表面和側(cè)面的質(zhì)量3）彎曲線的方向4）彎曲中心角第三節(jié) 彎曲卸載后的回彈一、回彈現(xiàn)象

21、塑性彎曲時伴隨有彈性變形， 當外載荷去除后，塑性變形保留下 來，而彈性變形會完全消失， 使彎曲件的形狀和尺寸發(fā)生變化而 與模具尺寸不一致，這種現(xiàn)象叫回彈。彎曲回彈的表現(xiàn)形式：1 .曲率減小2 .彎曲中心角減小二、影響回彈的因素1. 材料的力學性能2. 相對彎曲半徑相對彎曲半徑越大，回彈越大。3. 彎曲中心角彎曲中心角越大，變形區(qū)的長度越長，回彈積 累值也越大，故回彈角越大4. 彎曲方式及彎曲模5. 工件的形狀一般而言，彎曲件越復雜，一次彎曲成形角的數(shù)量越多，回彈量就越小。三. 減少回彈的措施：1. 改進彎曲件的設(shè)計(1) 盡量避免選用過大的r/t 。如有可能，在彎曲區(qū)壓制加強 筋，以提高零件的

22、剛度，抑制回彈。(2) 盡量選用小、力學性能穩(wěn)定和板料厚度波動小的材 料。2. 采取適當?shù)膹澢に?1) 采用校正彎曲代替自由彎曲。(2) 對冷作硬化的材料須先退火，使其屈服點(T s降低。對回 彈較大的材料，必要時可采用加熱彎曲。(3) 采用拉彎工藝。3. 合理設(shè)計彎曲模1)對于較硬材料，可根據(jù)回彈值對模具工作部分的形狀和尺寸 進行修正。（2）對于軟材料，其回彈角小于 5時，可在模具上作出補償 角并取較小的凸、凹模間隙。（3） 對于厚度在0.8mm以上的軟材料，r/t又不大時，可以把 凸模做成局部突起的形狀， 使凸模的作用力集中在變形區(qū)， 以改 變應(yīng)力狀態(tài)達到減小回彈的目的，但易產(chǎn)生壓痕。（4）對于U形件彎曲當r/t較小時，可采取增加背壓的方法當r/t較大時，可采取將凸模端面和頂板表面作成一定曲率 的弧形 另一種克服回彈的有效方法：采用擺動式凹模，而凸模 側(cè)壁應(yīng)有補償回彈角，當材料厚度負偏差較大時，可設(shè)計成凸、 凹模間隙可調(diào)的彎曲模。（5）在彎曲件直邊端部縱向加壓。（6）用橡膠或聚氨酯代替剛性金屬凹模能減小回彈。第四章拉深工藝與拉深模設(shè)計拉深：又稱拉延，是利用拉深模在壓力機的壓力作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法。它是沖壓基本工序之一。 可以加工旋轉(zhuǎn)體零件，還可加工盒形零 件及其它形狀復雜的薄壁零件。拉深：不變薄拉深，變薄拉深拉深模特點：結(jié)構(gòu)相