第2章-沖裁工藝

2.1沖裁工藝分析2.2沖裁模間隙2.3凸模與凹模刃口尺寸計(jì)算2.4沖裁工藝力及壓力中心2.5沖裁件的排樣2.6沖裁件的工藝性2.7精密沖裁第2章沖裁工藝工藝?yán)碚摗に噮?shù)

→工藝計(jì)算

→模具設(shè)計(jì)1第2章沖裁工藝廣義上講，沖裁是分離工序的總稱，包括落料﹑沖孔﹑切斷、修邊、剖切﹑切舌、沖缺口等工序。但一般來(lái)說(shuō)，沖裁主要指落料和沖孔。根據(jù)變形機(jī)理不同沖裁分為：普通沖裁、精密沖裁、微沖裁落料沖孔2沖裁件電機(jī)轉(zhuǎn)子與電機(jī)定子沖片3沖裁件4沖裁件錄音機(jī)機(jī)芯自停桿51、沖裁時(shí)的力態(tài)分析普通沖裁示意圖模具工作部分有兩個(gè)基本特征：凸、凹模有鋒利刃口凸、凹模有間隙C-單面間隙Z-雙面間隙2.1沖裁工藝分析沖裁板料受力圖62.1沖裁工藝分析變形區(qū)位置變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)72、沖裁變形過(guò)程1）彈性變形階段2）塑性變形階段3）斷裂分離階段2.1沖裁工藝分析83、沖裁分離機(jī)理上述分離機(jī)理稱作“二向裂紋擴(kuò)展相迎分離機(jī)理”，要實(shí)現(xiàn)這種分離，需要三個(gè)條件：“二向裂紋擴(kuò)展相迎分離機(jī)理”是確定沖裁工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)、制造模具的依據(jù)。1）合理間隙2）刃口鋒利3）刃口有一定硬度2.1沖裁工藝分析92.1沖裁工藝分析4、沖裁件斷面特征1）塌角2）光亮帶3）斷裂帶4）毛刺102.1沖裁工藝分析4、沖裁件斷面特征落料件尺寸=凹模刃口尺寸沖孔件尺寸=凸模刃口尺寸115、影響斷面質(zhì)量的因素1）材料性能：材料塑性好→光亮帶↑，斷裂帶↓，斷面質(zhì)量好2）模具間隙：3）刃口狀態(tài)：C↓→光亮帶↑，斷裂帶↓，塌角帶↓，毛刺↓，斷面質(zhì)量好刃口鋒利→毛刺↓，零件質(zhì)量好2.1沖裁工藝分析121、間隙對(duì)沖裁工藝的影響尺寸精度C↓↓→擠壓變形，彈復(fù)后落料件變大，沖孔件變小C↑↑→拉伸變形，彈復(fù)后落料件變小，沖孔件變大C合適，→制件尺寸＝刃口尺寸制件表面平整度C↑→制件穹彎↑，制件表面平整度差斷面質(zhì)量C↓→塌角↓,光亮帶↑,斷裂帶↓,毛刺↓,斷面質(zhì)量好。1）間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響2.2沖裁模間隙C-單面間隙Z-雙面間隙13間隙對(duì)制件斷面質(zhì)量的影響142）間隙對(duì)沖裁力的影響C↓→沖裁力F↑，但影響不大。C對(duì)卸料力﹑推件力﹑頂件力影響較大，

C↓→F卸

、F推、

F頂↑↑。當(dāng)C=15％～20％ｔ時(shí)，F(xiàn)卸、F推、

F頂近似等于02.2沖裁模間隙15模具壽命：1）兩次刃磨間壽命2）總壽命3）間隙對(duì)模具壽命的影響C↑→壽命↑C↓→壽命↓2.2沖裁模間隙模具的失效形式：磨損、凹模刃口漲裂、崩刃、變形等。間隙C主要影響模具的磨損、刃口漲裂。162、間隙值的確定2.2沖裁模間隙1）間隙值的理論確定法C=(t-h0)tgβ=t(1-h0/t)tgβ理論公式使用不便172、間隙值的確定3）合理間隙合理間隙不是一個(gè)值，而是一個(gè)范圍Cmin～Cmax，Cmin用以設(shè)計(jì)制造模具，Cmax用以控制模具壽命。2.2沖裁模間隙2）間隙值確定的原則根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量要求、尺寸精度、模具壽命等因素確定，在保證滿足沖裁件質(zhì)量要求的前提下，取較大間隙，以提高模具壽命。184）C的選取，GB/T16743-2010沖裁間隙2.2沖裁模間隙選用金屬板料沖裁間隙時(shí)，應(yīng)針對(duì)沖裁件技術(shù)要求、使用特點(diǎn)和特定的生產(chǎn)條件等因素，首先確定擬采用的間隙類別，然后相應(yīng)選取該類間隙值。模具設(shè)計(jì)的間隙，應(yīng)取間隙值中的最小值194）C的選取，GB/T16743-2010沖裁間隙2.2沖裁模間隙204）C的選取，GB/T16743-2010沖裁間隙2.2沖裁模間隙211、現(xiàn)象落下的料和沖出的孔都帶錐度，由于光亮帶光滑垂直，故以光亮帶處作為制件尺寸測(cè)量的基準(zhǔn)。因此：沖裁時(shí)模具磨損，凸模越磨越小，凹模越磨越大，因此：落料件尺寸等于（或接近于）凹模刃口尺寸。沖孔件尺寸等于（或接近于）凸模刃口尺寸。沖出的孔尺寸越來(lái)越小落料尺寸越來(lái)越大2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算222、尺寸計(jì)算原則4）Ｃ取Ｃmin。5）模具刃口制造公差的選取，要考慮制件精度；按“最大實(shí)體原則”標(biāo)注單向公差。1）落料時(shí)，選凹模作基準(zhǔn)，首先設(shè)計(jì)凹模刃口尺寸，間隙通過(guò)減小凸模刃口尺寸得到。3）取磨損后尺寸增大的基準(zhǔn)模刃口尺寸等于或接近于工件的最小極限尺寸；取磨損后尺寸減小的基準(zhǔn)模刃口尺寸等于或接近于工件的最大極限尺寸。磨損前后尺寸不變的刃口尺寸，取其等于工件尺寸的中間值，并標(biāo)注對(duì)稱偏差。2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算2）沖孔時(shí)，選凸模作基準(zhǔn)，首先設(shè)計(jì)凸模刃口尺寸，間隙通過(guò)增大凹模刃口尺寸得到。233、沖裁凸、凹模加工方法2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算刃口尺寸計(jì)算方法與模具加工方法有關(guān)：分別加工法、配合加工法244、凸、凹模分別加工的刃口尺寸計(jì)算1）落料2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算252）沖孔3）孔心距2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算264）系數(shù)x（公差帶偏移系數(shù)、磨損系數(shù)）2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算材料厚度t/mm非圓形工件x值圓形工件x值10.750.50.750.5工件公差Δ/mm1<0.160.17~0.35≥0.36<0.16≥0.161~2<0.200.21~0.41≥0.42<0.20≥0.202~4<0.240.25~0.49≥0.50<0.24≥0.24>4<0.300.31~0.59≥0.60<0.30≥0.30275）δp、δd的取值根據(jù)制件精度，確定模具精度（一般IT5～I(xiàn)T8），然后查手冊(cè)或，規(guī)則形狀（圓形、方形件）沖裁時(shí)凸、凹模的制造公差或，δp≤0.4（Zmax-Zmin）、

δd≤0.6（Zmax-Zmin）2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算286）需校核采用該方法計(jì)算刃口尺寸，為保證合理間隙，模具制造公差必須滿足：?2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算7）制件上的未注公差GB/T15055-2007沖壓件未注公差尺寸極限偏差如不滿足，當(dāng)大的不多時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整，取δp≤0.4（Zmax-Zmin）、δd≤0.6（Zmax-Zmin）；否則，應(yīng)采用配合加工法。298）舉例1）如圖所示墊圈，材料Q235，料厚t=2mm，確定落料、沖孔模刃口尺寸？2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算302.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算解：1）查“GB/T13914-2013沖壓件尺寸公差”，制件精度為“ST5級(jí)”2）查“GB/T16743-2010沖裁間隙”，按間隙類別為“Ⅲ類”，C=(7～10)%ｔ，即Cmin=0.14mm，Cmax=0.2mm3）刃口公差，取IT7級(jí)，尺寸δp、δdΦ12.5+0.20.018Φ35-0.280.0254）校核：δp+δd≤Zmax-Zmin，均滿足，故可以采用分別加工法5）查表3-5，公差帶偏移系數(shù)，x=0.5312.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算6）落料Φ35-0.28的模具刃口尺寸：7）沖孔Φ12.5+0.2的模具刃口尺寸：一般情況，結(jié)果保留2位小數(shù)325、凸、凹模配合加工的刃口尺寸計(jì)算1）計(jì)算原則落料時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，計(jì)算凹模刃口尺寸，按Zmin配作凸模；沖孔時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，計(jì)算凸模刃口尺寸，按Zmin配作凹模。2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算332）落料C類尺寸，隨凹模磨損，尺寸不變：A類尺寸，隨凹模磨損，尺寸↑：B類尺寸，隨凹模磨損，尺寸↓：2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算落料件落料凹模刃口輪廓34C類尺寸，隨凸模磨損，尺寸不變：A類尺寸，隨凸模磨損，尺寸↑：B類尺寸，隨凸模磨損，尺寸↓：2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算3）沖孔沖孔件沖孔凸模刃口輪廓35C類尺寸，隨模具磨損，尺寸不變：A類尺寸，隨模具磨損，尺寸↑：B類尺寸，隨模具磨損，尺寸↓：2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算4）總之36如圖所示零件，材料H62，t=0.5mm，確定落料凸、凹模刃口尺寸2.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算5）舉例372.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算4）落料件，以凹模為基準(zhǔn)，配做凸模，畫出凹模磨損后的尺寸變化圖，并將尺寸分類。解：1）查“GB/T13914-2013沖壓件尺寸公差”，制件精度為“ST4級(jí)”2）查“GB/T16743-2010沖裁間隙”，按間隙類別為“Ⅱ類”，C=(2～5)%ｔ，即Cmin=0.01mm，Cmax=0.025mm

因間隙小，欲滿足δp+δd≤Zmax-Zmin條件，分別加工凸、凹模刃口，至少需IT5級(jí)，故采用配做法3）查表3-5，公差帶偏移系數(shù)，x=1382.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算A1：46-0.1

：A2：26-0.1

：A3：56-0.1：A4：80-0.12

：5）A類尺寸，隨凹模磨損，刃口尺寸變大392.3沖裁模刃口尺寸計(jì)算6）B類尺寸，隨凹模磨損，刃口尺寸變小B：30+0.1:7）C類尺寸，隨凹模磨損，刃口尺寸不變，C：54±0.05:8）凸模刃口按凹模配做，留單面間隙0.01mm。401、沖裁力-行程曲線可以看出，沖裁力變化非常急劇。因此沖裁時(shí)模具和設(shè)備必然會(huì)受到?jīng)_擊作用，并發(fā)生噪聲。2.4沖裁工藝力及壓力中心412、沖裁力計(jì)算F＝K·L·t·F-沖裁力L-沖裁周邊長(zhǎng)度t-料厚-材料抗剪強(qiáng)度，≈0.8bK-系數(shù)，K=1.3F＝L·t·b2.4沖裁工藝力及壓力中心423、壓力中心的確定沖模壓力中心：沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。否則，會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過(guò)大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。

2.4沖裁工藝力及壓力中心43對(duì)稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。形狀復(fù)雜的零件、多孔沖模、級(jí)進(jìn)模的壓力中心，按力矩平衡原理進(jìn)行解析計(jì)算。計(jì)算依據(jù)是：各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之和等于諸力的合力對(duì)該軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置即為模具的壓力中心沖模的壓力中心，可按下述原則來(lái)確定：2.4沖裁工藝力及壓力中心444、降低沖裁力的方法1）階梯沖裁2）加熱沖裁（熱沖）2.4沖裁工藝力及壓力中心453）斜刃沖裁2.4沖裁工藝力及壓力中心46為了獲得平整工件，落料時(shí)凸模應(yīng)為平刃，將凹模作成斜刃沖孔時(shí)凹模應(yīng)為平刃，將凸模作成斜刃2.4沖裁工藝力及壓力中心475、卸料力、推件力、頂件力卸料力：FX=KXF推件力：FT=nKTF頂件力：FD=KDF2.4沖裁工藝力及壓力中心486、設(shè)備選擇設(shè)備噸位≥Fz=F+FX、FT、FDa）FZ=F+FTb）FZ=F+FXc）FZ=F+FX+FTd）FZ=F+FX+FD2.4沖裁工藝力及壓力中心492.5沖裁件的排樣1、排樣：沖裁件在板料、帶料或條料上的布置方法。502、材料利用率在沖壓件的成本中，材料占60%以上，為提高η，必須合理排樣，減少工藝廢料。因此，排樣是沖裁工藝及模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)很重要的工作。排樣及廢料材料利用率2.5沖裁件的排樣一個(gè)步距內(nèi)：整張板料(帶料)：513、排樣方法1）根據(jù)材料的利用情況：少?gòu)U料排樣：無(wú)廢料排樣：有廢料排樣：2）排樣時(shí)，除考慮材料利用率外，還要考慮沖壓件尺寸精度、模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，生產(chǎn)率，操作方便，安全等因素。2.5沖裁件的排樣523）按沖裁件在條料上的布置方式，排樣又可分為直排、斜排、對(duì)排、混合排、多行排、沖裁搭邊等多種形式。直排：適用于方形、矩形零件。斜排：適用于橢圓形、T形、Г形、S形零件。2.5沖裁件的排樣53直對(duì)排：適用于梯形、三角形、半圓形、T形、Π形、Ш形零件。斜對(duì)排：適用于橢圓形、T形、Г形、S形零件。2.5沖裁件的排樣54多行排：適用于大批量生產(chǎn)中尺寸不大的圓形、六角形、方形、矩形零件。交叉排：適用于C形、Π形、Ш形等零件。組合排：適用于材料與厚度相同的兩種以上零件。2.5沖裁件的排樣55裁搭邊法-整裁法：適用于尺寸較小且形狀較簡(jiǎn)單的細(xì)長(zhǎng)零件。裁搭邊法-分次裁切法：適用于尺寸較小且形狀較復(fù)雜的細(xì)長(zhǎng)零件。2.5沖裁件的排樣563、搭邊搭邊：排樣中相鄰兩工件之間或工件與條料邊緣之間的余料。a：側(cè)搭邊a1：工件間搭邊c：切斷工序的搭邊2.5沖裁件的排樣57搭邊的作用：補(bǔ)償定位誤差，保證制件質(zhì)量。保證條料有一定剛度，便于送進(jìn)。保護(hù)模具刃口。搭邊值的確定：根據(jù)具體情況，查表?xiàng)l料寬度的確定

2.5沖裁件的排樣58595、排樣設(shè)計(jì)舉例工件排樣方案例12.5沖裁件的排樣60工件排樣方案1：?jiǎn)喂ば驔_壓（落料→沖孔）例2，墊圈排樣方案2：復(fù)合工序（落料-沖孔）排樣方案3：級(jí)進(jìn)工序（沖孔→落料）2.5沖裁件的排樣方案1：模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。生產(chǎn)效率低，不適于大批量生產(chǎn)，制件精度低。方案2：生產(chǎn)效率高，制件精度高。模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。方案3：生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，制件精度高。模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。61排樣方案4：復(fù)合工序，多行排排樣方案5：級(jí)進(jìn)工序，多行排2.5沖裁件的排樣62工件排樣方案1：?jiǎn)喂ば驔_壓例3，電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片落Φ47.2外圓→沖Φ10孔和定向槽口R0.3→沖12個(gè)槽口2.5沖裁件的排樣63排樣方案2：復(fù)合工序排樣方案3：級(jí)進(jìn)工序2.5沖裁件的排樣落料、疊裝←沖另外6個(gè)槽口、切口←沖6個(gè)槽口←沖孔64排樣方案4：復(fù)合工序，多行排排樣方案5：級(jí)進(jìn)工序，多行排2.5沖裁件的排樣65工件排樣方案1：?jiǎn)喂ば驔_壓例4，電機(jī)定子沖片落外形→沖兩腰形孔和4個(gè)Φ4孔→沖Φ48.2孔和2個(gè)Φ5孔2.5沖裁件的排樣66排樣方案2：復(fù)合工序2.5沖裁件的排樣67落料式級(jí)進(jìn)工序切廢式級(jí)進(jìn)工序排樣方案3：級(jí)進(jìn)工序2.5沖裁件的排樣68排樣方案4：復(fù)合工序，多行排排樣方案5：級(jí)進(jìn)工序，多行排2.5沖裁件的排樣69排樣方案6：電機(jī)轉(zhuǎn)子與電機(jī)定子套排（級(jí)進(jìn)工序）2.5沖裁件的排樣702.6沖裁件的工藝性沖裁件的工藝性：是指沖裁件的材料、形狀、尺寸、精度等方面是否適合沖裁加工的要求。主要體現(xiàn)在以下方面：1、沖裁件的公差等級(jí)GB/T13914-2013沖壓件尺寸公差712.6沖裁件的工藝性2、剪斷面的表面粗糙度721）沖裁件的形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，且有利于材料的有效利用。3、沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸

參考“GB/T30570-2014金屬冷沖壓件結(jié)構(gòu)要素”2）沖裁件外形或內(nèi)孔的轉(zhuǎn)角處應(yīng)盡量避免尖角（無(wú)廢料沖裁或鑲拼結(jié)構(gòu)模具除外），如無(wú)特殊要求，在各直線或曲線的連接處應(yīng)允許有r>0.25t的圓角過(guò)渡，從而減少熱處理開(kāi)裂，減少?zèng)_裁模尖角處的崩刃和過(guò)快磨損。通過(guò)改變沖裁件的形狀提高材料利用率2.6沖裁件的工藝性733）應(yīng)避免沖裁件上有過(guò)長(zhǎng)的懸臂和狹槽。對(duì)于軟鋼、黃銅等材料，其寬度b≥1.5t，高碳鋼或合金鋼等硬材料b≥2t，板料厚度小于1mm時(shí)按1mm考慮。懸臂和凹槽的長(zhǎng)度最大為5b，如圖所示。4）沖孔時(shí)，因受凸模強(qiáng)度的限制，孔的尺寸不應(yīng)太小。2.6沖裁件的工藝性745）為避免工件變形，沖裁件的孔邊距b1、孔間距b2不能過(guò)小，一般取b1＞1.5t，b2＞2t6）在彎曲件或拉深件上沖孔時(shí)，孔邊與直壁之間應(yīng)保持一定距離，L≥R+0.5t，以免沖孔時(shí)凸模受水平推力而折斷，如圖所示。2.6沖裁件的工藝性752.7精密沖裁普通沖裁所得制件精度較低，切斷面粗糙度Ra12.5μm～6.3μm，有錐度。當(dāng)制件質(zhì)量要求高時(shí)，可采用精沖，精沖件尺寸精度可達(dá)IT6～I(xiàn)T9，切斷面粗糙度可達(dá)Ra0.2μm～0.32μm，一般為Ra6.3μm～2.5μm。半精沖的精度介于普通沖裁與精沖之間。普通沖裁后的整修工藝，也可大幅度提高沖裁件尺寸精度和斷面質(zhì)量。762.7.1齒圈壓板沖裁（精沖）1、工藝原理與特點(diǎn)在沖裁過(guò)程中使毛坯變形區(qū)處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，增加變形區(qū)的靜水壓效應(yīng)，抑制材料的斷裂，使其在不出現(xiàn)裂紋的條件下以塑性變形的方式實(shí)現(xiàn)材料的分離，從而獲得斷面質(zhì)量好，尺寸精度高的精密零件。工藝措施：1）V形齒圈壓板2）凹模（或凸模）刃口小圓角3）很小的間隙，一般Z＝1%t4）反向頂桿5）潤(rùn)滑772.7.1齒圈壓板沖裁（精沖）1、工藝原理與特點(diǎn)齒圈壓板精沖普通沖裁78精沖件79精沖件80精沖件812、工藝過(guò)程a：模具開(kāi)啟，送料；b：模具閉合，齒圈壓板和反壓板壓緊材料；

c：沖裁

d：沖裁結(jié)束e：壓力釋放，模具開(kāi)啟；

f：卸料，頂件；齒圈壓板提供卸料力，頂桿提供頂件力；

g：頂出工件；

h：吹卸或清除精沖件和內(nèi)孔廢料，一次精沖結(jié)束；i：材料送進(jìn)，進(jìn)行下一個(gè)精沖2.7.1齒圈壓板沖裁（精沖）823、精沖力的計(jì)算F＝Ｌｔb1）沖裁力：FY＝（0.3～0.6）F2）壓料力：FF＝AP(P=20～70MPa)3）反壓力：Fz＝F

+FY+

FF4）總壓力：2.7.1齒圈壓板沖裁（精沖）834、精沖模的設(shè)計(jì)1）凸、凹模間隙：Z＝（0.5%～1%）t2）刃口尺寸①落料時(shí)：其中，δp、δd取Δ/4或外形按IT5、內(nèi)形按IT6制造。，配作凸模②沖孔時(shí)：，配作凹模③孔心距：2.7.1齒圈壓板沖裁（精沖）843）凸、凹模刃口圓角：4）齒圈壓板落料時(shí)，凹模帶圓角，R0.01～0.03沖孔時(shí)，凸模帶圓角，R0.01以下2.7.1齒圈壓板沖裁（精沖）85專用的三動(dòng)精沖壓力機(jī)普通壓力機(jī)，需配備液壓模架5、精沖設(shè)備2.7.1齒圈壓板沖裁（精沖）865、精沖的經(jīng)濟(jì)效益2.7.1齒圈壓板沖裁（精沖）875、精沖的經(jīng)濟(jì)效益精沖的汽車零件控制凸輪：原工藝：毛坯鑄造→清理→車外圓→拉削鍵槽→銑削凸輪外廓→去毛刺新工藝：板料毛坯精沖（落料沖孔復(fù)合）→去毛刺接合器盤：原工藝：普通沖裁（落料沖孔）→校平→拉削內(nèi)齒形→去毛刺→滾齒（外齒形）→去毛刺新工藝：板料毛坯精沖（落料沖孔復(fù)合）→去毛刺2.7.1齒圈壓板沖裁（精沖）881、小間隙圓角刃口沖裁（光潔沖裁）Z＜0.01～0.02mmR=10～20％ｔ制件精度IT8～I(xiàn)T11切斷面Ra0.4～1.6μm2.7.2半精沖工藝