《冲压工艺及模具设计》课程设计.doc

模块2冲裁模具设计
2.1概述
冲裁是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。它包括落料、冲孔、切断、修边、切舌、剖切等工序，其中落料和冲孔是最常见的二种工序。落料-----若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以内的部分作为冲裁件时，称为落料；冲孔-----若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以外的部分作为冲裁件时，则称为冲孔。图2.1.1所示的垫圈即由落料和冲孔二道工序完成。

a)落料b)冲孔图2.1.1垫圈的落料与冲孔
冲裁是冲压工艺的最基本工序之一。在冲压加工中应用极广。它既可直接冲出成品零件也可以为弯曲、拉深和挤压等其它工序准备坯料，还可以在已成形的工件进行再加工（切边、切舌、冲孔等工序）。冲裁所使用的模具叫冲裁模，它是冲裁过程必不可少的工艺装备。图2.1.2为一副典型的落料冲孔复合模，冲模开始工作时，将条料放在卸料板19上，并由三个定位销２２定位。冲裁开始时，凹模７和推件块８首先接触条料。当压力机滑块下行时，凸凹模１８的外形与凹模7共同作用冲出制件外形。与此同时，冲孔凸模１７与凸凹模18的内孔共同作用冲出制件内孔。冲裁变形完成后，滑块回升时，在打杆１５作用下，打下推件块８，将制件排除凹模７外。而卸料板１９在橡胶反弹力作用下，将条料刮出凸凹模，从而完成冲裁全部过程。根据冲裁变形机理的不同，冲裁工艺可以分为普通冲裁和精密冲裁两大类。本章主要讨论普通冲裁。
图2.1.2落料冲孔复合模1－下模板2－卸料螺钉3－导柱4－固定板5－橡胶6－导料销7－落料凹模8－推件块9－固定板10－导套11－垫板12、20－销钉13－上模板14－模柄15－打杆16、21－螺钉17－冲孔凸模18－凸凹模19－卸料板22－挡料销
2.2冲裁变形过程分析
2.2.1冲裁变形时板材变形区受力情况分析
图2.2.1所示是无压边装置的模具对板料进行冲裁时的情形。凸模１与凹模２都具有与制件轮廓一样形状的锋利刃口，凸凹模之间存在一定间隙。当凸模下降至与板料接触时，板料就受到凸、凹模的作用力，其中：F1、F2──凸、凹模对板料的垂直作用力；F3、F4──凸、凹模对板料的侧压力；μF1、μF2──凸、凹模端面与板料间的摩擦力，其方向与间隙大小有关，一般从模具刃口指向外；μF3、μF4──凸、凹模侧面与板料间的摩擦力从图中可看出，由于凸、凹模之间存在间隙，F1、F2不在同一垂直线上，故板料受到弯矩M≈F1Z/2作用，由于M使板料弯曲并从模具表面上翘起，使模具表面和板料的接触面仅限在刃口附近的狭小区域，其接触面宽度约为板厚的0.2～0.4。接触面间相互作用的垂直压力并不均匀，随着向模具刃口的逼近而急剧增大。
图2.2.1冲裁时作用于板料上的力1-凸模2-板材3-凹模
2.2.2冲裁变形过程
图2.2.2所示冲裁变形过程。如果模具间隙正常，冲裁变形过程大致可分为如下三个阶段。1．弹性变形阶段(图2.2.2Ⅰ)在凸模压力下，材料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形，凹模上的板料则向上翘曲，间隙越大，弯曲和上翘越严重。同时，凸模稍许挤入板料上部，板料的下部则略挤入凹模洞口，但材料内的应力末超过材料的弹性极限。2．塑性变形阶段(图2.2.2Ⅱ)因板料发生弯曲，凸模沿宽度为b的环形带继续加压，当材料内的应力达到屈服强度时便开始进入塑性变形阶段。凸模挤入板料上部，同时板料下部挤入凹模洞口，形成光亮的塑性剪切面。随凸模挤入板料深度的增大，塑性变形程度增大，变形区材料硬化加剧，冲裁变形抗力不断增大，直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段便告终，此时冲裁变形抗力达到最大值。由于凸、凹模间存在有间隙，故在这个阶段中板料还伴随着弯曲和拉伸变形。间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。3．断裂分离阶段(图2.2.2Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)材料内裂纹首先在凹模刃口附近的侧面产生，紧接着才在凸模刃口附近的侧面产生。已形成的上下微裂纹随凸模继续压入沿最大切应力方向不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合时，板料便被剪断分离。随后，凸模将分离的材料推人凹模洞口。从图2.2.3所示冲裁力-凸模行程曲线可明显看出冲裁变形过程的三个阶段。图中OA段是冲裁的弹性变形阶段；AB段是塑性变形阶段，B点为冲裁力的最大值，在此点材料开始剪裂，BC段为微裂纹扩展直至材料分离的断裂阶段，CD段主要是用于克服摩擦力将冲件推出凹模孔口时所需的力。

图2.2.2冲裁变形过程图2.2.3冲裁力曲线
2.3冲裁模间隙
2.3.1间隙的重要性
间隙对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命均有很大影响，是冲裁工艺与冲裁模设计中的一个非常重要的工艺参数。
1．间隙对冲裁件质量的影响间隙是影响冲裁件质量的主要因素之一，详见第3.2节。
2．间隙对冲裁力的影响试验证明，随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，但当单面间隙介于材