冷冲压工艺与模具设计--冲裁模设计

学习目标:
1.了解冲裁变形过程；
2.知道冲裁件常见的断面质量问题并理解其影响因素；
 3.能够进行冲裁工艺性分析和冲裁件的结构设计；
 4.能够确定冲裁间隙、进行刃口尺寸计算、排样设计等；
5.了解冲压力与压力中心的计算；
6.认识冲裁模典型结构（主要是单工序模、复合模和级进模）及特点，能够进行模具零部件的设计； 7. 能够进行中等复杂冲裁件的工艺分析和冲裁模的设计。
重点：
 1.冲裁件的质量及其影响因素；
2.冲裁件的结构与尺寸；
 3.冲裁间隙的确定与凸、凹模刃口尺寸计算方法；
 4.排样与材料的合理利用； 5.冲裁模典型结构及特点； 6.冲裁模主要零部件设计及模具标准应用；
 7.冲裁模设计的方法和步骤。
难点：
 1.冲裁变形过程及冲裁件的质量和影响因素 2.凸、凹模刃口尺寸计算方法； 3.冲裁模主要零部件设计； 4.冲裁模设计的方法和步骤。
2.1冲裁变形过程分析
2.1.1冲裁变形过程
1. 弹性变形阶段
 2. 塑性变形阶段
 3. 断裂分离阶段
2.1.2 冲裁变形时的受力与应力分析因凸模与凹模之间存在间隙Z（单边为Z/2），使凸凹模作用于板料的力呈不均匀分布，主要集中于凸、凹模刃口。
2.1.3 冲裁件的质量及其影响因素冲裁件的质量是指冲裁件的断面状况、尺寸精度和形状误差。
（1）冲裁件的断面应尽可能垂直、光滑、毛刺小；
（2）尺寸精度应保证在图样规定的公差范围以内；
（3）冲件外形应符合图样要求，表面尽可能平直。
1．冲裁件的断面质量及其影响因素
（1）材料力学性能的影响塑性好：光面大，塌角毛刺大塑性差：毛面大，塌角毛刺小
（2）冲裁间隙的影响间隙小：上下裂纹不重合，形成第二光面间隙大：上下裂纹不重合，毛面增大，塌角毛刺大
（3）模具刃口状态的影响刃口钝：毛刺大
 2．冲裁件尺寸精度及其影响因素
（1）冲模的结构与制造精度
（2）冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差
 3．冲裁件形状误差及其影响因素 冲裁件的形状误差是指翘曲、扭曲、变形等缺陷。
冲裁件的断面质量塌角（圆角）光面（光亮带）毛面（断裂带）毛刺
冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性，即冲裁加工的难易程度。冲裁件的工艺性主要包括冲裁件的结构与尺寸、精度与断面粗糙度、材料等三个方面。
 2.2.1 冲裁件的结构与尺寸
（1）冲裁件的形状应力求简单、规则，有利于材料的合理利用，以便节约材料，减少工序数目，提高模具寿命，降低冲件成本。
（2）冲裁件的内、外形转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。
（3）尽量避免冲裁件上过于窄长的凸出悬臂和凹槽，否则会降低模具寿命和冲裁件质量。（4）冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小。（5）冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离，受模具强度和冲裁件质量的制约，其值不应过小。 2.2.2 冲裁件的精度与断面粗糙度（1）冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件公差等级最好低于IT9级。（2）冲裁件的断面粗糙度及毛刺高度与材料塑性、材料厚度、冲裁间隙、刃口锋利程度、冲模结构及凸、凹模工作部分表面粗糙度等因素有关。
2.3.1 间隙对冲压力的影响间隙小：因材料的挤压和摩擦作用增强，冲裁力必然较大。间隙大：材料所受的拉应力增大，容易断裂分离，冲裁力减小。卸料力、顶件力、推件力减小。
 2.3.2 间隙对模具寿命的影响模具寿命：是用模具失效前所冲得的合格冲裁件数量表示。冲裁模的失效形式：磨损、变形、崩刃和凹模胀裂。间隙小：凸、凹模刃口磨损加剧，落料件堵塞使凹模胀裂，小凸模容易折断，凸、凹模相互啃刃等现象。间隙大：减少模具的磨损，延长模具使用寿命，毛面增大。结论：选择合理间隙
2.3.3 冲裁间隙值的确定
 1．理论确定法
2．经验确定法
3．计算法软材料 t＜1mm, Z/2 =(3%~4%) t t=1~3mm, Z/2 =(5%~8%) t t=3~5mm, Z/2 =(8%~10%) t 硬材料 t＜1mm, Z/2 =(4%~5%) t t=1~3mm, Z/2 =(6%~8%) t t=3~5mm, Z/2 =(8%~13%) t
2.4.1 凸、凹模刃口尺寸计算的原则（1）落料时，以凹模刃口尺寸为基准，落料凸模的基本尺寸则是在凹模基本尺寸上减去最小合理间隙 。（2）冲孔时，以凸模刃口尺寸为基准，冲孔凹模的基本尺寸则是在凸模基本尺寸上加上最小合理间隙。（3）凸、凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸、凹模加工方法确定，既要保证冲裁间隙要求和冲出合格零件，又要便于模具加工 。
2.4.2 凸、凹模刃口尺寸的计算方法
 1．凸、凹模分别加工时的计算法凸、凹模分别加工是指凸模与凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工，冲裁间隙由凸、凹模刃口尺寸及公差保证。
2．凸、凹模配作加工时的计算法凸、凹模配作加工是指先按图样设计尺寸加工好凸模或凹模中的一件作为基准件，然后根据基准件的实际尺寸按间隙要求配作另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙由配作保证，工艺比较简单，不必校核δd+δp≤Zmax-Zmin条件，并且还可以放大基准件的制造公差（一般可取冲件公差的1/4），使制造容易。落料件先加工凹模，配作凸模冲孔件先加工凸模，配作凹模
排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。
 2.5.1 材料的合理利用
1．材料利用率 一个进距内的材料利用率η为 η=A/Bs×100％ 一张板料（或条料、带料）上总的材料利用率η0为：η0 =nA1/BL×100％
2．提高材料利用率的措施 减少工艺废料

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