沖壓模具設計

1、11了解了解沖裁變形規(guī)律、沖裁件質量及沖裁變形規(guī)律、沖裁件質量及影響因素；影響因素；學習目的與要求學習目的與要求：2掌握掌握沖裁模沖裁模間隙間隙確定、確定、刃口尺寸計刃口尺寸計算算、排樣設計排樣設計、沖裁力計算沖裁力計算等設計計等設計計算方法。算方法。第二章第二章 沖裁沖裁 ( (Blanking) )21 1沖裁沖裁變形規(guī)律變形規(guī)律及沖裁件及沖裁件質量影響因素質量影響因素；重點重點：難點難點：1沖裁變形沖裁變形規(guī)律規(guī)律及沖裁件質量及沖裁件質量影響影響因素；因素；2 2刃口尺寸計算刃口尺寸計算原則和方法；原則和方法；3 3沖裁沖裁力力的計算。的計算。2刃口尺寸刃口尺寸計算計算原則和方法；原則和

2、方法；3主要內容主要內容2-1 沖裁變形過程分析 2-2 沖裁間隙2-3 沖裁模刃口尺寸的計算2-4 沖裁工藝力2-5 排樣與材料的經(jīng)濟利用4落料落料：沖裁的目是得到一定形狀和尺寸的：沖裁的目是得到一定形狀和尺寸的外形輪廓外形輪廓。 沖裁沖裁是是最基本最基本的沖壓工序。的沖壓工序。定義：沖孔沖孔：一定形狀和尺寸的：一定形狀和尺寸的孔孔( punching；piercing ) 。工序：使沖裁件沿封閉曲線使沖裁件沿封閉曲線分離分離的工序的工序。引言5分類分類:沖裁模沖裁模：沖裁所使用的模具叫沖裁模，它是沖裁過程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。必不可少的工藝裝備。凸、凹模

3、刃口鋒利，凸、凹模刃口鋒利，間隙小。間隙小。普通沖裁、精密沖裁本章重點是普通沖裁6一、剪切區(qū)力態(tài)分析一、剪切區(qū)力態(tài)分析（一）剪切區(qū)（一）剪切區(qū)力力分析：分析：凸凸模模對對坯料坯料作用力：作用力：PP ，F(xiàn)P ；PP ，F(xiàn)P2-1沖裁變形過程分析 凹凹模模對對坯料坯料作用力：作用力：Pd ，F(xiàn)d ；Pd ，F(xiàn)d凸、凹模間隙存在，產(chǎn)生凸、凹模間隙存在，產(chǎn)生彎矩彎矩。 7（二）剪切區(qū)（二）剪切區(qū)應力應力狀態(tài)分析：狀態(tài)分析：BA, DE （E點的靜水壓應力最低點的靜水壓應力最低）凸模刃口附近的靜水壓應力比凹模刃凸模刃口附近的靜水壓應力比凹模刃口附近的高口附近的高 刃口端面靜水壓應力高于側面刃口端面靜水

4、壓應力高于側面日本學者日本學者巖田一明巖田一明用有限元計算的用有限元計算的應力分布基本相符應力分布基本相符3軸向（板厚方向）軸向（板厚方向） 1徑向徑向 2切向切向在彈塑性力學中，常假設靜水壓力作用下，應變與應在彈塑性力學中，常假設靜水壓力作用下，應變與應力服從彈性規(guī)律，并且不影響屈服。于是很自然地將力服從彈性規(guī)律，并且不影響屈服。于是很自然地將應力分量分成兩部分，一部分是平均正應力，或稱靜應力分量分成兩部分，一部分是平均正應力，或稱靜水壓力，另一部分稱為偏量應力張量水壓力，另一部分稱為偏量應力張量8二、沖裁變形過程二、沖裁變形過程(一）一）彈性彈性變形階段：變形階段： 凸模壓力凸模壓力P小，

5、小， S ，彎曲和拉伸變形，彎曲和拉伸變形（三）（三）斷裂分離斷裂分離階段：階段： 凸模壓入，裂紋向內部擴展，直到斷裂凸模壓入，裂紋向內部擴展，直到斷裂 間隙正常、刃口鋒利情況下，沖裁變形過程可分間隙正常、刃口鋒利情況下，沖裁變形過程可分為三個階段：為三個階段： （二）（二）塑性塑性變形分階段：變形分階段： 凸模壓力凸模壓力P增大，增大， S ，塑性剪切，塑性剪切 材料硬化，材料硬化，b ，產(chǎn)生微裂紋，產(chǎn)生微裂紋910三、沖裁三、沖裁斷面特征斷面特征斷裂斷裂帶帶：裂紋；斜度裂紋；斜度光亮光亮帶帶：塑變、側面擠壓塑變、側面擠壓大小：材料性質大?。翰牧闲再| 、C、刃口狀態(tài)、刃口狀態(tài)毛刺毛刺帶帶：伴

6、隨著裂紋出現(xiàn)而產(chǎn)生伴隨著裂紋出現(xiàn)而產(chǎn)生大小大小C、刃口狀態(tài)、材料性質、刃口狀態(tài)、材料性質圓角圓角帶（塌角）帶（塌角）：刃口附近材料彎刃口附近材料彎曲拉伸，大小與材料塑性、間隙曲拉伸，大小與材料塑性、間隙C有有關關各特征區(qū)在斷面上所占比例：各特征區(qū)在斷面上所占比例：隨材料性質、隨材料性質、t、c、模具結構、模具結構、刃口狀態(tài)不同而變化刃口狀態(tài)不同而變化11沖裁區(qū)應力、變形和沖裁件正常的斷面狀況沖裁區(qū)應力、變形和沖裁件正常的斷面狀況a a）沖孔件）沖孔件 b b）落料件）落料件 122-2 沖裁間隙定義：單邊定義：單邊C=（D-d）/2 13沖裁件質量：沖裁件質量：垂直、垂直、光潔、光潔、毛刺小毛

7、刺小 圖紙規(guī)定圖紙規(guī)定的公差范的公差范圍內圍內 外形滿足圖紙外形滿足圖紙要求；表面平要求；表面平直，即拱彎小直，即拱彎小指斷面狀況斷面狀況、尺寸精度尺寸精度和形狀誤差形狀誤差。一、間隙對一、間隙對沖裁件質量沖裁件質量的影響的影響（一）間隙（一）間隙C對對斷面質量斷面質量的影響：的影響： 合適的間隙裂紋重合，光亮帶大，塌角 、毛刺、撕裂帶小。C小小平整，斷面垂直；二次剪切平整，斷面垂直；二次剪切兩個光亮帶。兩個光亮帶。C大大拉應力大，易產(chǎn)生裂紋，斷面不垂直。拉應力大，易產(chǎn)生裂紋，斷面不垂直。1415（二）（二）C對對尺寸精度尺寸精度的影響：的影響：C大大拉伸變形大：拉伸變形大： 落料件落料件尺寸

8、變小尺寸變小 沖孔件沖孔件尺寸變大尺寸變大 （三）（三）C對對形狀誤差形狀誤差（彎曲度彎曲度）的影響：）的影響：C大大彎曲嚴重彎曲嚴重C小小側向擠壓變形大：落料件側向擠壓變形大：落料件尺寸變大尺寸變大 沖孔件沖孔件尺寸尺寸變小變小翹曲翹曲： 沖裁件呈曲面不平現(xiàn)象。它是由于沖裁件呈曲面不平現(xiàn)象。它是由于間隙過大間隙過大、彎、彎矩增大、變形拉伸和彎曲成分增多而造成的，另矩增大、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。外材料的各向異性和卷料未矯正也會產(chǎn)生翹曲。扭曲扭曲： 沖裁件呈扭歪現(xiàn)象。它是沖裁件呈扭歪現(xiàn)象。它是由于由于材料的不平、間隙材料的不平、間隙不均勻、凹

9、模后角對材料摩擦不均勻等造成的。不均勻、凹模后角對材料摩擦不均勻等造成的。變形變形：由于坯料的邊緣沖孔或孔距太小等原因，因脹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。而產(chǎn)生的。沖裁件的沖裁件的形狀誤差形狀誤差： 指指翹曲翹曲、扭曲扭曲、變形變形等缺陷。等缺陷。16二、間隙對二、間隙對模具壽命模具壽命的影響的影響 （一）（一）沖裁模的沖裁模的失效失效形式形式： 刃口磨損、壓塌、崩刃、凸刃口磨損、壓塌、崩刃、凸模折斷、凹模漲裂模折斷、凹模漲裂 （二）（二）模具壽命模具壽命： （沖出合格品的次數(shù)）（沖出合格品的次數(shù)） 兩次刃磨間壽命兩次刃磨間壽命 全部磨損后的總壽命全部磨損后的總壽命刃口

10、磨損情況的變化17（三）（三）間隙對模具壽命的影響間隙對模具壽命的影響：單位高壓、塑性流動和滑動單位高壓、塑性流動和滑動 端面、側面端面、側面滑滑動磨損、粘著磨損動磨損、粘著磨損C C小?。簲D壓作用強，：擠壓作用強，F(xiàn)、P 大；大；F,P 大大磨損磨損 光亮帶大，刃口與材料磨擦距離長光亮帶大，刃口與材料磨擦距離長磨損增加磨損增加 凸凸模模端端面磨損低于面磨損低于凹凹模模端端面（滑動受阻），凸模面（滑動受阻），凸模側面磨損最大側面磨損最大 適當放大適當放大C，壽命壽命三、三、間隙對沖裁力的影響間隙對沖裁力的影響 C C小小擠壓作用強，材料變形抗力大；沖裁力大；擠壓作用強，材料變形抗力大；沖裁力大

11、；頂、推、卸料力大頂、推、卸料力大 其它提高模具壽命的方法：其它提高模具壽命的方法：增加增加凸模的硬度；凸模的硬度；提高提高刃口表面粗糙度；刃口表面粗糙度；增設增設壓料板；壓料板；提高提高模具導向模具導向精度和裝配精度；精度和裝配精度；改善改善潤滑條件等。潤滑條件等。 18四、四、合理間隙合理間隙的確定的確定Cmin C 0.02（不能滿足間隙公差條件）因此，只有縮小，提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍內，由此可?。?=0.80.01=0.008mm =1.20.01=0.012mm落料：mmmmxDDdd025. 00025. 000max69.35)62. 05 . 036(mmmmCD

12、Dpdp0016. 00016. 00min65.35)04. 069.35(pminmax8 . 0CCdminmax2 . 1CC故：mmDd012. 0069.35mmDp0008. 065.3533例題例題2 2 如圖如圖2-17（a）所示墊圈，材料為）所示墊圈，材料為40鋼，料厚鋼，料厚t6mmmm。試確定凸、凹模刃口尺寸及制造公差。試確定凸、凹模刃口尺寸及制造公差。34 制件形狀比較復雜，凹模與凸模采用配合加工 。制件系落料沖成，設計模具時凹模為基準，其刃口尺寸如圖2-17（b）所示。凹模刃口磨損后，尺寸變化有3種情況，按表2.3.2中的公式分別計算：（1）磨損后變大的尺寸磨損后變

13、大的尺寸 A1凹、A2凹 由表2.3.1：查得： x1=0.5 x2=0.5 A1d =(A1-x11) 0+1d =（200-0.51.15 ）0+1.15/4 =199.430+0.29 A2d =(A2-x22) 0+2d =（120-0.50.87 ）0+0.87/4 =119.570+0.22 （2 ）磨損后變小的尺寸磨損后變小的尺寸B凹 由表2.3.1查得：x=0.5 Bd= (B+x) 0-d =(60+0.50.74) 0-0.74/4 =60.370-0.19 （3）磨損后不變的尺寸磨損后不變的尺寸C凹 CdC+d=60+1/80.74=60+0.09解： 凸模與凹模配作，保

14、證凸模與凹模配作，保證 CminCmax.35一、沖裁力的計算一、沖裁力的計算P=KLt Ltb K=1.3二、降低沖裁力的方法二、降低沖裁力的方法（一）（一）加加熱熱4 沖裁工藝力目的：選沖壓設備、設計模具 把材料加熱后沖裁，可以大大降低其抗剪強度。將把材料加熱后沖裁，可以大大降低其抗剪強度。將材料加熱到材料加熱到700900 ，沖裁力只有常溫時的，沖裁力只有常溫時的1/3，甚至更小。甚至更小。 加熱沖裁的加熱沖裁的優(yōu)點優(yōu)點是沖裁力降低顯著；是沖裁力降低顯著； 缺點缺點是斷面質量較差是斷面質量較差(圓角大，有毛刺圓角大，有毛刺)，精度低，沖裁，精度低，沖裁件上會產(chǎn)生氧化皮，加熱沖裁時勞動條件

15、也差，只用于件上會產(chǎn)生氧化皮，加熱沖裁時勞動條件也差，只用于精度要求不高的厚料沖裁。精度要求不高的厚料沖裁。36（二）（二）階梯階梯布置凸模布置凸模優(yōu)點優(yōu)點不但可降低沖裁力，不但可降低沖裁力，而且還能適當減少振動，工件而且還能適當減少振動，工件精度不受影響，可避免與大凸精度不受影響，可避免與大凸模相距甚近的小凸模的傾斜或模相距甚近的小凸模的傾斜或折斷折斷(當所有凸模等高時，與當所有凸模等高時，與大凸模接近的小凸模在沖孔時大凸模接近的小凸模在沖孔時受大凸模沖裁所引起的材料流受大凸模沖裁所引起的材料流動的影響，很易使小凸模傾斜動的影響，很易使小凸模傾斜或折斷或折斷)。缺點缺點是修磨刃口也較麻煩。是

16、修磨刃口也較麻煩。階梯沖裁主要用于多個凸模而階梯沖裁主要用于多個凸模而其位置又較對稱的模具。其位置又較對稱的模具。各凸模間的高度相差量與板料各凸模間的高度相差量與板料厚度有關。對于薄料，取厚度有關。對于薄料，取h=t；對于厚料對于厚料(t3mm)，取，取h=0.5t。各層凸模的布置要盡量對稱，各層凸模的布置要盡量對稱，使模具受力平衡。使模具受力平衡。37刃口傾斜程度刃口傾斜程度H愈大，沖裁力愈小，但凸模需進入凹模愈深，愈大，沖裁力愈小，但凸模需進入凹模愈深，板料的彎曲較嚴重，所以一般取板料的彎曲較嚴重，所以一般取H值為：值為：t3mm時，時，H=2t；t=310mm時，時，H=t。優(yōu)點優(yōu)點：壓

17、力機能在柔和條件下工作，當沖裁件很大時，降：壓力機能在柔和條件下工作，當沖裁件很大時，降低沖裁力很顯著。低沖裁力很顯著。缺點缺點：模具制造難度提高，刃口修磨困難，有些情況模具：模具制造難度提高，刃口修磨困難，有些情況模具刃口形狀還要修正。沖裁時，廢料的彎曲在一定程度上總刃口形狀還要修正。沖裁時，廢料的彎曲在一定程度上總是影響沖裁件的彎曲，這一點在沖裁厚料時更嚴重。是影響沖裁件的彎曲，這一點在沖裁厚料時更嚴重。適用適用于形狀簡單、精度要求不高、料不太厚的大件沖裁。于形狀簡單、精度要求不高、料不太厚的大件沖裁。（三）（三）斜斜刃口模具沖裁刃口模具沖裁 落料落料凸模做成平刃口凸模做成平刃口沖孔沖孔凹

18、模做成平刃口凹模做成平刃口38三、三、頂頂、推、推、卸料力卸料力 圖圖2-20Pd=KdPPt=Kt.PnPX=KXP Kd、Kt、KX 表2-10160316392-5 排樣與材料的經(jīng)濟利用一、材料的經(jīng)濟利用一、材料的經(jīng)濟利用材料的利用率 =%1000AA排樣排樣：指沖裁件在：指沖裁件在條料上的排列形式條料上的排列形式 A0 ：零件面積；A：工件面積與廢料面積（工藝廢料、結構廢料）之和40二、排樣方法二、排樣方法 （一）有廢料排樣法（二）少廢料排樣法（三）無廢料排樣法 41三、搭邊三、搭邊定義：排樣時，工件之間及工件與條料側邊之間的余料。作用： 影響搭邊大小的因素： 搭邊的經(jīng)驗數(shù)值：表2-12。1.補償定位誤差； 2.保持條料有一定剛度；3.保護模具刃口。1.材料力學性能； 2.工件形狀尺寸；3.材料厚度；4.送料擋料方式。42THE END43落落料料沖沖孔孔復復合合模模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 444546474849如圖2.4.3所示的落料件，其中三、例2d = 220.14mm板料厚度t=1mm，材料為10號鋼。試計算沖裁件的凸模、