工艺技术-冲裁工艺设计基础教材(ppt 197页)

南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 一 . 冲裁工艺概述 l冲裁工艺概念 指利用装在压力机上的模具使板料沿着一定 的轮廓形状产生分离的一种冲压工艺。 它可以直接冲出所需形状的零件，也可为弯 曲、拉深等成形工序制备毛坯。 * 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造冲裁加工 冲裁加工示意图 1 凸模； 2 凹模 冲裁加工必须使用模具 。图中 1为凸模， 2为凹模， 凸模端部及凹模洞口边缘的轮 廓形状与工件形状对应，并有 锋利的刃口。凸模刃口轮廓尺 寸略小于凹模，其差值称为冲 裁间隙。 冲裁过程：板料放在凹模平面上，在压力 机滑块连同凸模一起向下运动将凸模推入 凹模的过程中，就会对板料实行剪切，将 所需形状的工件从板料上分离下来。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 一 . 冲裁工艺概述 l冲裁工艺分类 落料 冲孔 切边 切口 落料和冲孔有何不同？ 落料、冲孔工序应用最多。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造落料和冲孔的区别： o 落料是从板料上冲下 所需形状的工件（或 毛坯）； o 冲孔是在工件上冲出 所需形状的孔。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 二 . 冲裁变形过程 l弹性变形阶段 l塑性变形阶段 l断裂阶段 * 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 三 .冲裁件的断面特征 l断面特征： 4个 u光亮带 u断裂带 u毛刺区 断面粗糙、有斜度（ 4 6 ） ； 所占比例 ，冲件质量 ； 模具间隙 ，断裂带 ，模具寿命 。 断面光亮、垂直，通常占全断面的 1/2 1/3； 所占比例 ，冲件质量 ； 模具间隙 ，光亮带 ，但模具寿命 。 u圆角带（塌角区） ： 弹性变形 时，刃口附件的板料被牵连，产生弯曲和 拉深变形而形成的，是塑性变形时定形 。 毛刺 ，冲件质量 ； 刃口钝、间隙不均匀、间隙大，毛刺 * 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 三 .冲裁件的断面特征 一块板料冲后形成的冲孔、落料件断面特征关系？ 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 .冲裁件的工艺性 l冲裁件的结构工艺性 u形状力求简单、规则，利于选取少废料、无废料排样。 冲裁件的结构、形状、尺寸和精度等，对冲裁工艺的适 应性称为冲裁件的工艺性。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 .冲裁件的工艺性 u内、外形转角处避免尖角 尖角会给模具加工、热处理带来困 难和危害，模具使用中也容易损坏。 冲裁件的最小过渡圆角半径 rmin 零件种类 黄铜、纯铜、铝 合金钢 软钢 备注 落料 90 90 0.18t0.35t 0.35t0.70t 0.25t0.50t 0.25mm0.50mm 冲孔 90 90 0.20t0.40t 0.45t0.90t 0.30t0.60t 0.30mm6mm 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 .冲裁件的工艺性 强调：特殊之处 ! 少废料、无废料排样或镶拼模具结构时，必须 采尖角。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 .冲裁件的工艺性 u避免过长的悬壁与狭槽 目的：降低模具制造难度，增加模具强度。 允许的悬壁与狭槽尺寸： 有色金属和低碳钢板料： 宽度 b1.5t ，深度 h5b 。 中、高碳钢钢板： b2t 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 .冲裁件的工艺性 u孔间距、孔边距不能太小 目的：增加模具强度。 允许的 孔间距、孔边距 尺寸： 矩形孔： c、 c 1.5t ； 圆形孔： c、 ct 。 在弯曲和拉深件上冲孔时 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 .冲裁件的工艺性 u冲孔时，孔径不能太小。 不带保护套凸模冲孔的最小孔径 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 .冲裁件的工艺性 带保护套凸模冲孔的最小孔径 可稍小一些 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 l冲裁件尺寸精度和表面粗糙度 四 .冲裁件的工艺性 u尺寸精度 金属冲裁件经济精度 不低于 IT11级。 非金属冲裁件经济精度不低于 IT14级。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 l冲裁件尺寸精度和表面粗糙度 四 .冲裁件的工艺性 u表面粗糙度 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 l冲裁件的尺寸标注 四 .冲裁件的工艺性 原则 ：符合冲压工艺要求 标注不合理 ：两孔位置 尺寸会随模 具磨损而增 大，孔心距 误差会随模 具的磨损而 增大。 合理 南阳理工学院 2-3 排样设计 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 排样设计 ：指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方式 2-3 排样设计 * 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 排样设计原则 1 排样设计原则 在不影响零件性能的前 提下，尽可能提高材料利 用率。 （ 1）提高材料利用率 纵裁 ： 沿板料长度方向剪 裁，得到条料较长，降低 劳动强度；优先采用 。 横裁 ： 沿板料宽度方向剪 裁。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 排样设计原则 （ 2）改善操作性 工人操作方便、 安全，劳动强度低 ，换条料和翻动条 料次数少。 工件宽、厚时，选用哪种排样形式？ 工件窄、薄时，选用哪种排样形式？ 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 排样设计原则 （ 3）使模具结构简单、合理 （ 4）保证冲裁件质量 冲裁件断面质量（要搭边） 弯曲件纤维方向 一次冲两个，模具结构复杂 ，凹模璧薄，寿命低。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 排样设计 条料在板料中的布置、裁剪形式： 尽量采用纵裁（减少裁板次数和换条料次数）。 在以下情况时，采用横裁： 条料太重，超过 12kg时； 横裁的材料利用率明显高于纵裁时； 纵裁不能满足弯曲件坯料对纤维方向要求时。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 2 排样的分类 u有废料排样： 材料利用率低，冲裁件断面质量最好 一 . 排样设计原则 u少废料排样： 材料利用率中等，冲裁件断面质量稍差 u无废料排样： 材料利用率最高，冲裁件断面质量最差 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 排样设计原则 3 排样的形式 见书表 2-9 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 排样设计 1 搭边 冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间的工艺废料称 为搭边。 u概念： 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 排样设计 补偿送料和定位误差，避免制件缺 角、缺边。 l搭边 u搭边作用： 保证条料有一定刚性，便于送料。 提高冲裁件断面质量 使凸、凹模受力均衡，减少磨损，延长寿命。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 排样设计 u搭边取值： 经验取值 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 排样设计 2 送料进距（ A） u概念： 模具每冲裁一次，条料在模具上前进的距离称 为送料进距。 u送料进距的计算： 当单个进距内只冲裁一个零件时 注： D为送料方向上冲裁件的最大宽度， mm 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 排样设计 3 条料宽度（ B）的确定 u有侧压装置时的条料宽度： u无侧压装置时的条料宽度： 式中： 条料下料宽度公差 （表 2-12选取）； c 条料与导料板间隙 a 搭边值 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 排样设计 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 一个步距内冲件的材料利用率： 考虑料头、料尾消耗，计算板料总利用率 ： 4 材料利用率 不准确 准确 二 . 排样设计 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 5 排样图 二 . 排样设计 u排样图是排样设计的最终表达形式，是编制冲 裁工艺与设计冲裁模具的基础； u排样图应在冲裁模具装配图右上角画出。 u排样图包含内容：条料宽度及偏差、送料进距、 搭边值，送料方向应和装配图中送料方向一致。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 排样设计 条料宽度及 偏差； 送料进距； 搭边值； 送料方向应 和装配图中 送料方向一 致。 排样 图 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 排样设计 南阳理工学院 2-4 冲裁工艺计算 一、冲裁间隙； 二、凸、凹模刃口尺寸的计算； 三、冲裁工序力的计算； 四、压力中心的计算。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 冲裁间隙 l概念 冲裁间隙 ： 指冲裁模具中凸、凹模刃口部分的尺 寸之差，用 “Z”表示。 指双面间隙 Z=D凹 -d凸 冲裁间隙是冲裁模设计的一个重要参数，多方面影响冲裁过 程，设计中要综合考虑，合理选取。 * 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 冲裁间隙 l冲裁间隙对冲裁过程的影响 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 冲裁间隙 l合理冲裁间隙的确定 u 合理冲裁间隙 的概念 使模具寿命高、冲裁件质量好的冲裁间隙 范围，称为合理冲裁间隙。 间隙范围的上限为最大合理间隙 Zmax; 间隙范围的下限为最小合理间隙 Zmin。 注意 ：考虑到刃口磨损，设计制造新模具时，应选 用最小合理间隙 Zmin，使用过程中 Zmax 时，需修理模具。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 一 . 冲裁间隙 经验确定法 : Z=ct 软材料： t 1mm， c=3% 4% t 1-3mm， c=5% 8% t 3-5mm， c=8% 10% 硬材料： t 1mm， c=4% 5% t 1-3mm， c=6% 8% t 3-5mm， c=8% 13% 注意 ： 1、行业不同，经验公式及数值不同； 2、没经验时，取中间值。 3、经验公式及数值都不是准确数值，需经过具体生产 情况验证、修正后确定。 确定合 理冲裁 间隙的 方法 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 冲裁间隙 查表确定法 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 l刃口尺寸计算的原则 u 基准问题 落料件尺寸决定于凹模刃口尺寸，以凹模为基准； 冲孔件尺寸决定于凸模刃口尺寸，以凸模为基准。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 u 刃口磨损规律 刃口磨损后：凹模刃口尺寸扩大， 凸模刃口尺寸减小。 为使模具有一定使用寿命，磨损到一定程度仍能冲 出合格制件： 落料时凹模刃口尺寸接近制件尺寸的下限值； 冲孔时凸模刃口尺寸接近制件尺寸的上限值。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 u 凸、凹刃口制造公差 凸、凹制造精度比冲裁件高 2 3级，可参考下表 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 配作时，基准件公差按冲裁件公差的 1/4 即： =/4 凸、凹模制造公差 : 凸模为轴类尺寸，公差为 凹模为孔类尺寸，公差为 中心距类尺寸公差为 0.5 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 l凸、凹模刃口尺寸计算 u 冲裁件的公差标准规范 落料件为轴类尺寸，公差为 冲孔件为孔类尺寸，公差为 中心距类尺寸公差为 0.5 凸凹模刃口尺寸计算以冲裁件尺寸、公差为基础。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 u计算方法 互换加工法（分开加工法） 落料时：冲裁件尺寸公差为 ，则： 基准件凹模计算公式为： 非基准件凸模计算公式为： 二 . 冲裁模刃口尺寸计算 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 互换加工法（分开加工法） 冲孔时：冲裁件尺寸公差为 ，则： 基准件凸模计算公式为： 非基准件凹模计算公式为： 二 . 冲裁模刃口尺寸计算 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 注意： 为保证初始间隙值小于最大合理间隙，必须满足下 列条件： p dZ max Zmin 若不满足，应提高制造精度，以减小 p、 d值 ， 取： p 0.4（ Zmax Zmin） d 0.6（ Zmax Zmin） 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 同时加工，不分先后顺序； 装配简单； 凸、凹模加工精度高，加工难度大，成本高。 互换加工法特点： 互换加工法适用场合： 单套模具的大批量生产； 圆形和形状规则的零件。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 配合加工法 先作基准件，然后以基准件实际尺寸来配作 非基准件，保证 Zmin的方法 。 非基准件凸模按凹模的 实际尺寸 配制，保证 最小冲裁间隙 Zmin。 二 . 冲裁模刃口尺寸计算 落料：冲裁件尺寸公差为 ，则： 基准件为凹模，计算公式为： 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 冲孔时：冲裁件尺寸公差为 ，则： 基准件为凸模，计算公式为： 二 . 冲裁模刃口尺寸计算 非基准件凹模按凸模的 实际尺寸 配制，保 证最小冲裁间隙 Zmin。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 复杂冲裁件凸、凹模刃口尺寸计算 二 . 冲裁模刃口尺寸计算 如图冲裁件为落料件，基准件为凹模。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 配作关系：非基准件按基准件 实际尺寸 配制，保证最小 冲裁间隙 Zmin。 复杂形状凸、凹模刃口存在三种不同类型的尺寸： 随磨损增大的尺寸，设工件尺寸为 ： 随磨损减小的尺寸，设工件尺寸为 ： 随磨损不变的尺寸，设工件尺寸为 ： 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 如何判断基准件刃口尺寸类型呢？ 引入 “磨损图 ”概念 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 冲裁图 1工件内形，基准件为凸模， 凸模磨损图如图 2所示 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 例 1：计算如图所示冲裁件的凸模、凹模刃口尺寸及制 造公差。料厚 t=1mm，材料为 10号钢，尺寸如下： 解：分为 5个步骤。 确定基准件： 此工件为落料 件，以凹模为基准件。 画出基准件磨损图 ：凹模刃口 磨损情况如图所示。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 对 基准件尺寸 进 行分 类计 算： 根据凹模刃口的磨 损 情况，其尺寸 变 化可分 为 三 类 ： 凹模刃口磨 损 后，尺寸 a、 b、 c增大，按落料凹模 类 A尺寸 处 理。 查 表 2.15 ，得： 尺寸 80mm， 选 x=0.5； 尺寸 15mm， 选 x=1； 尺寸 40、 35mm， 选 x=0.75。 取： 0.25 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 凹模刃口磨损后，尺寸 d减小，按冲孔凸模类 B尺寸 处理。查表 2.15 ，得：尺寸 22mm，选 x=0.75； 凹模刃口磨损后，尺寸 e不变，按中心距类 C尺寸处理。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 选 取最小冲裁 间 隙 查表 2.13，取 Zmin 0.13mm 注明配制关系 凸模刃口尺寸按凹模刃口的实际尺寸配制， 保证最小冲裁间隙为 0.13mm。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 注意 ：非基准件基本尺寸与基准件相同，不必标注 公差，在技术要求中注明配作关系即可 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 例 2、冲裁如图 a所示制件，材料为 Q235A，料厚 4mm， 试用配制法确定冲孔模的刃口尺寸及制造公差。 解： 确定基准件 ：此冲裁模为冲孔模，以凸模为基准件。 画出基准件的磨损图 ：凸模刃口磨损情况如图 b所示 . 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 对 基准件的尺寸 进 行分 类 （ A、 B、 C三 类 ） 计 算 : 根据凸模刃口磨损情况，其尺寸变化可分为三类： 凸模刃口磨损后，尺寸 A增大，按落料凹模类尺寸 计算。 查表 2.15，得： X 0.5； 取： /4， 则： 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 凸模刃口磨损后，尺寸 B1、 B2减小，按冲孔凸模类尺寸 计算。 查表 2.15，得： X1 X2 0.5 取： /4，则： 凸模刃口磨 损 后，尺寸 C不 变 ，按中心距 类 尺寸 处 理。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 冲裁模刃口尺寸计算 选 取最小冲裁 间 隙 查表 2.15，取 Zmin 0.50mm 注明配制关系 凹模刃口尺寸按凸模刃口实际尺寸配制，保证 最小冲裁间隙为 0.50mm。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 .冲裁工序力计算 l冲裁工序力： u冲裁力 Fc： 冲裁时需要的压力（板料厚度方向分离的剪切力），最重要。 u卸料力 Fx 从凸模上将零件或废料卸下来所需的力。 u推件力 Ft 顺冲裁方向将零件或废料从凹模型腔中推出的力。 u顶件力 Fd 逆冲裁方向将零件或废料从凹模型腔中顶出的力 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 .冲裁工序力计算 l 冲裁力 Fc：实为剪切力 式中 : Fc 冲裁力， N； k 系数，常取 k 1.3； A 冲裁断面面积， mm； 材料的抗剪强度， MPa； L 冲裁断面的周长， mm； t 材料厚度（即冲裁件的厚度）， mm。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 .冲裁工序力计算 l 卸料力 Fx： 式中 : Fx 卸料力， N； Fc 冲裁力， N； kx 卸料力系数，经验数值； 指冲裁后，从凸模上将零件或废料卸下来所需的力。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 .冲裁工序力计算 l 推件力 Ft： 式中 : Ft 推件力， N； Fc 冲裁力， N； kt 推件力系数，经验数值； n 同时卡在凹模内的冲落部分制件 或废料的数量， n h / t； h 凹模洞口的直刃壁高度， mm； t 板料厚度， mm。 指顺冲裁方向将零件或废料从凹模型腔中推出的力。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 .冲裁工序力计算 l 顶件力 Fd： 式中 : Fd 推件力， N； Fc 冲裁力， N； kd 推件力系数，经验数值； 指逆着冲裁方向将零件或废料 从凹模型腔中推出的力。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 .冲裁工序力计算 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 .冲裁工序力计算 l 总冲裁工序力 （ F） 的计算 应根据冲裁模具的具体结构进行计算。 u 采用弹压卸料装置和 下出件 时： 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 .冲裁工序力计算 u 采用弹压卸料装置和 上出件 时： 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 .冲裁工序力计算 u 采用刚性卸料装置和下出件时： 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 .冲裁工序力计算 l 冲裁模用压力机公称压力的选取： 冲裁模选择压力机的条件： 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 l冲裁压力中心： 指冲裁力的合力作用点。 为避免冲裁中模具与压力 机滑块产生偏斜及凸、凹模之 间间隙不均匀，保证压力机和 模具正常工作，须使冲裁模具 的压力中心和压力机滑块的中 心线相重合。因此，设计模具 时，须确定模具压力中心，并 使之与模柄轴线重合。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 l冲裁压力中心计算： u简单形状压力中心的计算 直线的压力中心在中点； 圆弧的压力中心计算： 如图所示，对任意角 2 ： 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 u单凸模压力中心的确定 四 . 冲裁压力中心的计算 图形对称的单凸模： 压力中心在图形几何中心上 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 图形不对称的单凸模： 根据 “力矩定理 ”，用解析法确定压力中心。 步骤： （ 1）按比例画出凸模刃口的轮廓形状； （ 2）建立坐标系（应简化计算）。 （ 3）将凸模刃口轮廓线分为若干线段（直线或圆弧段） L1、 L2 Ln，计算各段长度代表各自的冲载力。 （ 4）确定凸模刃口各线段的压力中心位置及其坐标值 （ X1， Y1）、（ X2、 Y2） （ Xn、 Yn）。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 （ 5）根据力矩平衡原理， 计 算 压 力中心坐 标 （ xc、 yc）。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 例题 ：确定如图所示落料凸模的压力中心位置 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 解：（ 1）按比例画出凸模刃口的轮廓形状； （ 2）建立坐标系。 （ 3）将凸模刃口轮廓线分为若干线段或圆弧段 L1、 L2 L7。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 （ 4）确定凸模刃口各段的压力中心位置及其坐标值 （ X1， Y1）、（ X2、 Y2） （ Xn、 Yn）。 计 算数据表 线 段 长 度 压 力 中 心 坐 标 X Y L1 12.5 L2 21.5 L3 4 L4 3.93 L5 4 L6 6 L7 28 0 10.75 21.5 22.4 26 28 14 6.25 12.5 10.5 6.9 6 3 0 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 （ 5） 计 算凸模 压 力中心坐 标 （ xc、 yc）。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 u多凸模压力中心的确定 四 . 冲裁压力中心的计算 形状相同、分布对称的多凸模： 压力中心在图形对称中心上 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 形状不对称的多凸模： 步骤： （ 1）按比例画出各凸模刃口的位置、轮廓形状； （ 2）建立坐标系（应简化计算）。 （ 3）计算各凸模周长、压力中心坐标值 L1（ X1， Y1）、 L2（ X2、 Y2） Ln（ Xn、 Yn）。 （ 4）计算压力中心坐标（ Xc、 Yc） 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 例题：确定如图所示冲孔模的压力中心位置。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 解：（ 1）按比例画出各凸模刃口的位置、轮廓； （ 2）建立如图所示的坐标系。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 （ 3）计算各凸模周长、压力中心坐标，填入表格。 计 算 数 据 表 （ mm） 凸 模 名 称 凸模刃口周 长 各凸模 压 力中心坐 标 X Y 凸模 1 d 3.14X24=75.4 30 20 凸模 2 （ 70+10） X2=160 45 50 凸模 3 （ 24+15） X2=78 66 24 合 计 313.4 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 （ 4）计算总合力的压力中心坐标 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 注意： 1、多凸模的 压 力中心也可以在一个坐 标 系里分解成多 个 线 段 进 行 计 算，但形状复 杂时计 算繁 杂 ，易出 错 。 2、所分解的各个凸模必 须 是独立的。（各自有一个完整 的外形 轮 廓） 3、要利用力矩平衡的原理 进 行 简 化 计 算。 如： 当一个凸模或者多凸模沿某一直 线对 称 时 ，其 压 力中心 必定在 这 条 对 称 线 上。因此只需 计 算 压 力中心的另一坐 标 即可。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 多凸模冲裁 时 ，如果几个凸模完全 对 称于 X轴 和 Y轴 ， 则 其力矩之和 为 零，其 压 力中心在坐 标 原点上。 如 图 所示， 5个 圆 形冲孔凸模中有 4个完全 对 称于坐 标 系 XOY的 原 点 O，因此 这 4个 圆 形凸模的 压 力中心必在原点 O上。 计 算 时 ， 可 把 5个 圆 形冲孔凸模分成两 组 ，完全 对 称于坐 标 系 XOY的原点 O 的 4个凸模一 组 ，剩下的一个 单 独一 组 。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 例题：确定如图所示冲孔落料复合模的压力中 心位置。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 解：（ 1）按比例画出各凸模刃口的位置、轮廓； （ 2）建立如图所示的坐标系。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 （ 3）计算各凸模周长、压力中心坐标，填入表格。 计 算 数 据 表 （ mm） 凸 模 名 称 凸模刃口周长 各凸模压力中心坐标 X Y 落料凸模 2（ 100 74） 348 0 0 4 4.5冲孔凸模 44.5 56.5 0 0 18冲孔凸模 18 56.5 30 13 合 计 461 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 冲裁压力中心的计算 （ 4）计算总合力的压力中心坐标 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造练习题 2、在材料为 Q235、料厚 2mm的钢板上，冲裁如图所示形状 的孔，试用配制法确定冲孔模的凸、凹模刃口尺寸及 制造公差。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造练习题 3、确定如图所示制件（厚度 2mm）的冲裁模的压力中心位 置。（规定坐标系为 XOY） 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 弯曲工艺 u 弯曲 和 弯曲模 概念 弯曲 是指把金属坯料弯成一定角度或形状的 过程。 弯曲时所使用的模具成为 弯曲模。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 弯曲工艺 u 弯曲方法 压弯 折弯 滚弯 拉弯 本章介绍 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 弯曲变形过程 u 弯曲变形过程： 以简单 V形件为例 弹性变形， R大 ，力矩小。 R和 l减小，弹塑性 弯曲。力矩增大 塑性弯曲，弯曲完成 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 弯曲变形过程 u 弯曲工序分类 自由弯曲 校正弯曲 弯曲结束时，凸模、凹模、毛坯三 者相吻合，凸模不再下压。 当弯曲中，凸模、凹模、毛坯三 者相吻合后，凸模继续下压，使毛坯 产生进一步的塑性变形。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 . 弯曲变形分析 u 采用网格法分析弯曲 变形特点 弯曲变形区： 长度变化 外 R处：伸长 内 r处：缩短 内有一层中性层：长度不变 弯曲圆角部分的正方形网格变成 扇形，靠近圆角部分有少量的变形， 其余直角部分网格保持原状。弯曲变 形主要区域发生在弯曲圆角区。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 . 弯曲变形分析 中性层长度计算公式 式 中： 中性层弯曲半径， mm； r 弯曲半径， mm； t 材料厚度， mm； x 中性层位移系数。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 . 弯曲变形分析 u 变形情况 厚度变化 内 R由凸模压紧，基本不增厚； 外 R拉长减薄 变形区内厚度 t 长度变化 由于厚度变薄，根据体积不变，长度略有增加。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 . 弯曲变形分析 变形区横断面变化 窄板 （ 毛坯宽度与厚度之比 b/t3） 弯曲时：宽度方向变形不受约束，外侧受拉引起宽度 方向收缩；内侧受压宽度方向增厚，总体结果是内宽外窄。 宽板 （ 毛坯宽度与厚度之比 b/t 3） 弯曲时：在宽度方向变形受到相邻金属限制， 变形不明显。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 l 材料要求： u最适宜弯曲的材料： 低碳钢（ 08、 10）、紫铜、黄铜、软铝、 1Cr18Ni9Ti不锈钢等。 足够的塑性，较低的屈服极限 u较硬材料弯曲时，需增加工序改变性能： 先退火处理后弯曲，最后淬火。 加热后弯曲。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 l 形状尺寸 u 弯曲件的形状： 弯曲件形状一般应对称，对应 r 相等。 不对称，受力不平衡产生滑动，影响工件精度。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 u 最小弯曲半径 弯曲半径 弯曲件弯曲部分的内角半径，用 r表示。 最小弯曲半径 弯曲件弯曲时外 R处不弯裂的最小内角半径，用 rmin表示。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 最小弯曲半径的经验取值 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 u 弯曲件的直边高度 弯曲直边高度 直边高度的要求 指弯曲件非变形区的直边的长度，用 H表示 。 H2t 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 当直边高度 H 2t时： 加工艺余料 在弯曲内 R处压凹坑 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 u 弯曲件的孔边距 当孔处于弯曲变形区之外： 先冲孔后弯曲 不满足上述要求时：必须 先弯曲，再冲孔 。 要求：当 t 2mm时， st； 当 t2mm时， s2t。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 u 弯曲线位置 弯曲线不应位于弯曲件宽度的突变处，以免发生撕裂现象。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 纠正措施 将弯曲线移动一定距离，避开宽度突变处 。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 事先冲出止裂孔或止裂槽，以免发生撕裂现象。 槽的要求：满足 bt， h t r b/2的条件 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 u 定位工艺孔 采用孔定位能有效防止毛坯在弯曲中产生偏移，有利于保证制件质量。如果毛坯上没有适合于定位的孔，最 好能增添定位用的工艺孔。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造四 . 弯曲件的结构工艺性 l 弯曲件尺寸标注 l 弯曲件精度 一般不高于 IT13级，角度公差大于 15。 原则：应有利于减少冲压工序 a)-孔无 装配要求 ，先冲孔 后弯曲 b),c) ， 孔有装配 要求，冲 孔在弯曲 后进行。 南阳理工学院 3-3 弯曲件的质量分析 弯裂 回弹 滑移 弯曲件质量问题 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 弯裂 l 弯裂： 指弯曲变形区外侧 R处出现裂纹。 相对弯曲半径（ r/t）过小 u 原因 : 板料塑性差 模具间隙小 润滑不良 板厚严重超差 弯曲线与材料纤维方向平行 最主要 原因 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 u 防止措施 使用塑性好和表面质量好的板料。 采用合理模具间隙，改善润滑条件。 增大相对弯曲半径 r/t（使 r/t rmin/t）。 若满足不了，应分两次或多次弯曲。 对塑性差或加工硬化严重的毛坯，先退火后弯曲 一 . 弯裂 例： 1mm厚铝板、 65Mn板，弯曲时易裂，退火后再弯，则 弯曲正常。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 把毛坯有毛刺的一面置于变形区的内侧。 一 . 弯裂 改变弯曲毛坯的排样方式，使弯曲线与材料纤维方向垂直 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造退火、正火、淬火和回火四种基本工艺 退火 是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同 的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或 接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步 淬火作组织准备。 正火 是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果 同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能 ，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 淬火 是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶 液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。 回火 为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于 710 的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺 称为回火。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 滑移 l 滑移： 指在弯曲过程中，毛坯沿凹模口滑动时由于两边所承 受摩擦阻力不同而出现的毛坯向左或向右滑动的现象。 u 原因 形状不对称，使移动时两边所受摩擦阻力不等。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 滑移 u 防止措施 设计对称的冲裁件形状。 保证模具间隙均匀。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 滑移 u采用有压料装置的弯曲模结构。 u采用定位装置。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 弹性变形的恢复。 三 . 回弹 l 回弹 u 原因 材料在弯曲中，伴随着塑性变形总存在着弹性变形，弯曲力消失后，塑性变形部分保留下来，而弹性变 形要恢复，使弯曲件与弯曲模形状不完全一致，这种现象称为弯曲件的回弹。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 . 回弹 u 回弹量大小的表示 角度回弹量 曲率回弹量 r r r0 r 0 其中： 、 r-模具在闭合状态时工件弯曲角； 0、 r0-弯曲后工件的实际角度 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 . 回弹 u 影响回弹的主要因素 材料的力学性能 材料的相对弯曲半径 r/t r/t 塑性变形成分 回弹量 屈服强度 Rm，变形区应力 ，则弹性变形 ，回弹 ； 弹性模量 E，则抵抗弹性变形的能力 ，回弹 。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 . 回弹 弯曲校正力 凸、凹模之间的间隙 Z 回弹量 Fj 塑性变形程度 ，回弹量 弯曲件的形状 因材料的相互牵制，形状复杂的弯曲件回弹小，如： U形件比 V形件的回弹小 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 . 回弹 u 减少回弹的措施 从选材上采取措施 从工艺上采取措施 采取热处理措施：先退火，弯曲后再淬火； 条件许可时，可加热后弯曲 选用屈服强度 Rm小，弹性模量 E大的材料。 增加校正工序 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 从模具结构上采取措施 补偿法 :模具设计时使弯曲 件变形量超过原设计的 变形量。 校正法： 模具设计时让校正压力集中施加在弯曲变形区，使塑 性变形成分增加，弹性成分减小，从而使回弹减小。 三 . 回弹 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 从弯曲件结构设计上考虑 在弯曲区压制 加强筋 ，以提高零件的刚度，抑制回 弹。 三 . 回弹 南阳理工学院 3-4 弯曲工艺计算 弯曲件展开长度的计算 弯曲力的计算 弯曲工艺计算 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 弯曲件展开长度的计算 弯曲件展开长度 -指弯曲件在弯曲之前的展平尺寸 u 当弯曲半径 r 0.5t时： 中性 层 尺寸基本不 发 生 变 化，按中性 层 不 变 原理 ：坯料 总长 度 应 等于弯曲件直 线 部分和 圆 弧段 长 度 之和。即： 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 弯曲件展开长度的计算 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 弯曲件展开长度的计算 u 当弯曲半径 r 0.5t时： 中性层变化复杂 ， 按体积不变原 则 进行计算。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 弯曲件展开长度的计算 注意： 弯曲件展开长度公式为经验公式 或 中 t的公差、 r、 、 x的微小误差 展开长度计算数据不准确 弯曲模的制作顺序： 先作弯曲模 通过弯曲件实际尺寸调整展 开长度数据 确定展开毛坯准确落料刃口尺寸 制作落料模。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 u 自由弯曲力的计算 U形件： 二 . 弯曲力的计算 V形件： 式中： FZ 自由弯曲力；（冲压结束时的弯曲力） k 安全系数；（一般取 k 1.3） b 弯曲件宽度 t 弯曲件厚度； Rm 材料的抗压强度； r 弯曲半径 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造 u 校正弯曲力的计算： 二 . 弯曲力的计算 Fj 式中： Fj 校正弯曲力； 单位校正力； 工件被校正部分的投影面积。 u 顶件力或压料力 FQ的计算 FQ（ 0.3 0.8） FZ 校正弯曲在自由阶段弯曲之后进 行的， 2个力并非同时存在，且 校正弯曲力比自由弯曲力大得多 。在校正弯曲时，只需计算校正 弯曲力。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 弯曲力的计算 例： V型 弯曲件，材料 H68， 厚 t=3mm， 宽 b=100mm， 抗拉强度 Rm=400N/mm2，弯曲 内侧 圆角 r=3mm，工件被校正部分在 凹模上的投影面积为 10000mm2 求：自由弯曲力及校正弯曲力 解： Fj =3510000=350000=350kN 校正弯曲力 远大于 自由弯曲力 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 弯曲力的计算 u 总工艺力 F的确定 自由弯曲时： F FZ FQ 校正弯曲时： 校正弯曲时， Fj远大于 Fz 校正弯曲时的 Fz忽略不计 F Fj FQF j 选择压力机时，一般应使压力机的公称压力大于 1.3F 南阳理工学院 第 4章 拉深工艺及拉深模 4-1 拉深工艺及拉深件工艺性 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 拉深工艺 u 拉深概念 利用模具将平板毛坯冲压成各种开口的空心 零件，或将已制成的开口空心件压制成其他形状 和尺寸空心件的一种冲压加工方法。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 拉深工艺 u 生活中的拉深件 直壁类拉伸件 曲面类拉伸件 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造一 . 拉深工艺 u 拉深工艺分类 按壁厚变化情况分： 按使用的毛坯的形状分： 一般拉深（工件壁厚不变） 变薄拉深（工件壁厚变薄） 第一次拉深（使用平板毛坯） 以后的各次拉深（以开口空心件为毛坯） 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 拉深变形过程 如图 a圆形薄片，剪去图中阴影部分，再将剩余部分沿直径 d圆周 弯折，然后焊接，就得到一个图 b的直径为 d，高度为 （ D d） /2的直 圆筒形件。 这说明圆形平板毛坯，在成为筒形件的过程中，必须去除 多余金属。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 拉深变形过程 u 拉深变形过程： 用相同直径大小的圆形平板毛坯，在拉深成直圆筒形件的过程中，并没有去除多余材料，多余材料流向哪里？ 由此进一步说明只能多余的材料在拉深过程中发生了流动，流向了拉深件的口部。 动画 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 拉深变形过程 u 方法：拉深网格试验 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 拉深变形过程 （ 1）底部（ d内）网格不 变 形， 说 明筒底金属没有流 动 ； （ 2）拉深前等距同心 圆 不等距水平 圆 周 线 （ 3）拉深前等角度射 线 等距、平行于底面的平行 线 （ 4） 拉深前筒壁上的扇形网格，拉深后 变 成矩形网格。 a1.a2a3a4 靠近外部，金属径向流 动 越大，多余金属量越大。 金属有切向 缩 小的 应变 ，且越往外部 应变 量越大。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造应力应变分析 o 在拉深过程中主要受到凸模作用传递过来的径向拉应 力和由于直径缩小相互挤压而产生的切向压应力作用 。 o 在拉应力和切压应力作用下，网格由扇形变成矩形； o 多余的金属流向金属的口部，使其高度增加； o 越到口部，多余的金属越多，相互挤压越严重，切向 压应力越大。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 拉深变形过程 u 拉深过程中毛坯各部分特征 平面凸缘部分（主要变形区） 凹模圆角部分（过渡区） 筒壁部分（传力区） 凸模圆角部分（过渡区） 筒底部分（小变形区） 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 拉深变形过程 u 厚度变化 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造二 . 拉深变形过程 u 硬度变化 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 . 拉深件的结构工艺性 l 材料要求： u最适宜拉深的材料： 低碳钢（ 08、 10）、紫铜、黄铜、 1Cr18Ni9Ti不锈钢等。 足够的塑性，较低的屈服极限 u较硬材料拉深时，需增加工序改变性能： 先退火处理后拉深，最后淬火。 加热后拉深。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 . 拉深件的结构工艺性 l 拉深件结构工艺性 u 拉深件的形状： 简单、对称，对应 r相等 u 尽量避免半敞开及非对称的空心件，否则 应设计成对称组合的拉深，然后剖开。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 . 拉深件的结构工艺性 u 拉深件高度： 尽量小一些 一次成形零件的拉深高度应满足： 无凸缘筒形件： h （ 0.5 0.7） d 式中： d 拉深件壁厚中径。 带凸缘筒形件：当 dt/d1.5 时， h （ 0.4 0.6） d 式中： d 拉深件壁厚中径； dt 拉深件凸缘直径。 南阳理工学院 模 具 设 计 与 制 造三 . 拉深件的结构工艺性 u 拉深件圆角半径满足： 圆角： R2t ，最好 R （ 4 8） t； rt ，最好 r （ 3 5） t； 当 R 2t或 r t时，需增加整形工序。 r3t 南阳理工学院