【正文】 T表示；逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱頂件力，用 FD表示，如圖 212所示。 ? 1. 沖裁力的計算 ? 沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模進入材料的深度而變化的。 ? 解：因為制件的沖裁屬于落料，故先確定凹模的刃口尺寸，然后再以凹模為基準件配作凸模。 由表 ： 解：該沖裁件屬落料件，選凹模為設計基準件，只需要計算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模實際尺寸按間隙要求配作。 2 = (18177。查表 ， 由落料獲得， mm0 ?? ?? mmZmmZ m a xm in ?? ，則 mmmmZZ )(m inmax ????外形和 177。計算沖裁凸、凹模刃口尺寸及公差。 （ 3） 刃口制造偏差可按工件相應部位公差值的 1/4來選取 。 （ 2）根據(jù)尺寸類型，采用不同計算公式。 dL?81 為了保證可能的初始間隙不超過 Zmax，即 ≤ 凸、凹模的制造公差，可按ＩＴ６～ＩＴ７級來選取，也可查表 38選取，但需校核。 凸、凹模刃口尺寸計算原則 凸、凹模刃口尺寸的計算 ? 由于模具的加工方法不同，凸模與凹模刃口尺寸的計算方法也不同，基本上可分為兩種情況。一般來說，模具制造精度比制件精度高 3~4級 (見表 21)。這樣，在凸、凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格制件。在模具的使用過程中，凸模和凹模的刃口會產(chǎn)生磨損，凸模越磨越小，凹模越磨越大，結(jié)果使間隙越來越大。所以，正確確定凸、凹模刃口尺寸和公差，是沖裁模設計中的一項重要工作?？紤]到在生產(chǎn)過程中的磨損使間隙變大，故設計與制造新模具時應采用最小合理間隙 Zmin。但很難找到一個固定的間隙值能同時滿足沖裁件質(zhì)量最佳、沖模壽命最長，沖裁力最小等各方面的要求。小間隙有時還會產(chǎn)生凹模脹裂、小凸模折斷的現(xiàn)象。如果間隙小，沖裁力及摩擦力都增大，使刃口所受應力增大，造成刃口變形和端面磨損加劇，甚至崩刃。一般當單面間隙增大到材料厚度的15%~25%時，卸料力幾乎降到零。但在正常情況下，間隙對沖裁力的影響并不很大。 沖裁間隙對沖裁件斷面質(zhì)量的影響 沖裁間隙對沖裁件尺寸精度的影響 ? 沖裁件的尺寸精度，是指沖裁件的實際尺寸與圖紙上的基本尺寸之差。此時，毛刺雖比正常間隙時有所增加，但較薄易去除，而且斷面的斜度和圓角較小，故只要中間撕裂不是很深，仍可應用。 ? 一般來說，模具刃口有一定的圓角將對材料的擠壓作用增大，使沖裁件斷面光亮帶增大，圓角和毛刺也大。在 4個特征區(qū)中，光亮帶越寬，斷面質(zhì)量越好。通常光亮帶占整個斷面的 1/2~1/3。整個沖裁過程受凸模和凹模之間的間隙影響很大，沖裁后板料也因翹曲而不平整。由于在沖裁過程中板料內(nèi)部各點的應力狀態(tài)是不同的，內(nèi)裂紋首先在凹模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生，緊接著才在凸模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生。隨凸模擠入板料深度的增大，塑性變形程度增大，變形區(qū)材料硬化加劇，沖裁變形抗力不斷增大，直到刃口附近側(cè)面的材料由于拉應力的作用出現(xiàn)微裂紋時，塑性變形階段便告終，此時沖裁變形抗力達到最大值。在這一變形階段中，材料內(nèi)的應力未超過材料的彈性極限，所以當凸模卸載后，板料將立即恢復原狀。 ? 如果模具間隙正常，沖裁變形過程大致可分為如下 3個階段。落料與沖孔的變形性質(zhì)相同，但在進行模具工作部分設計時，是不一樣的。通常所說的沖裁是指普通沖裁。 第 2章 沖裁工藝與模具設計 ? 教學重點和難點： ? 各種模具及其組成零件的結(jié)構(gòu)及特點；沖裁模的設計步驟及模具刃口尺寸的計算。第 2章 沖裁工藝與模具設計 （時間： 4次課， 8學時） 第 2章 沖裁工藝與模具設計 ? 教學目標： ? 本章介紹冷沖壓模具設計的重要內(nèi)容，也是最基礎的內(nèi)容。 第 2章 沖裁工藝與模具設計 ? 案例導入： ? 要大批量沖制如下圖所示的工件 (材料為 08F，材料厚度為2mm，制件精度為 IT14級 )，應選擇何種模具？如何提高板料的材料利用率？凸模和凹模的間隙應是多少？如何計算凸模和凹模刃口尺寸和公差？模具主要零件的結(jié)構(gòu)及尺寸如何設計？如何選擇標準模架和選用壓力機？ 第 2章 沖裁工藝與模具設計 第 2章 沖裁工藝與模具設計 ? 沖裁變形過程分析 ? 沖 裁 間 隙 ? 沖裁模刃口尺寸計算 ? 沖壓力及壓力中心計算 ? 沖裁件的工藝性 ? 排 樣 ? 精 密 沖 裁 ? 模 具 設 計 ? 沖裁模的設計步驟 ? 沖裁模設計實訓 ? 習題與練習 沖裁變形過程分析 ? 沖裁變形過程 ? 沖裁斷面特征 沖裁變形過程分析 ? 沖裁是利用模具在壓力機上使板料沿一定輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。 ? 落料和沖孔是兩種最基本的沖裁形式。 ? 沖裁的應用非常廣泛，它可以直接沖出成品零件，也可為彎曲、拉深、成形等其他工序制備毛料。 ? 1. 彈性變形階段 ? 見圖 22(a)。 ? 2. 塑性變形階段 ? 見圖 22(b)。由于凸、凹模間存在有間隙，故在這個階段中板料還伴隨著彎曲和拉伸變形。已形成的上下微裂紋隨凸模繼續(xù)壓入沿最大切應力方向不斷向材料內(nèi)部擴展，當上下裂紋重合時，板料便被剪斷分離。 沖裁變形過程 沖裁斷面特征 沖裁斷面特征 ? 圓角帶 a：由于凸模和凹模之間存在間隙，塑性變形不可能是純剪切，當凸模刃口壓入材料時，刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長變形，材料被拉入間隙，形成圓角帶。 ? 斷裂帶 c：該區(qū)域是在斷裂階段形成，是由刃口附近的微裂紋在拉應力作用下不斷擴展而形成的撕裂面，使沖裁件斷面粗糙不光滑，且略帶有斜度。但 4個特征區(qū)域的大小及其在斷面上所占的比例大小并非一成不變，而是隨著材料性能、刃口狀態(tài)、模具間隙等條件的不同而變化。 ? 沖裁間隙對沖裁件斷面的影響如圖 25所示。 ? 當間隙過大時 (如圖 25(c)所示 )，凸模刃口附近產(chǎn)生的裂紋比正常間隙時向里錯開一段距離，因為材料的彎曲和拉伸增大，拉應力增大，材料容易產(chǎn)生裂紋，使塑性變形較早結(jié)束，所以，沖裁斷面光亮帶變窄，斷裂帶和圓角帶增大，而且斷面斜度增大，毛刺又高又厚，難以去除，斷面質(zhì)量下降。差值越小，精度越高。試驗證明，當單面間隙介于材料厚度的 5%~20%范圍內(nèi)時沖裁力的降低不超過 5%~10%。但間隙繼續(xù)增大時會引起毛刺增大，又將引起卸料力、頂件力的迅速增大。而側(cè)向力也隨間隙的減小而增大，使凸、凹模側(cè)面磨損嚴重。 ? 所以為了減少凸、凹模的磨損，延長模具使用壽命，在保證沖裁件質(zhì)量的前提下適當采用較大的間隙值是十分必要的。因此，在沖壓實際生產(chǎn)中，主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和模具壽命這三個因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個范圍值。 ? 確定合理間隙值有理論確定法和經(jīng)驗確定法兩種。 凸、凹模刃口尺寸計算原則 ? 由前述可知，由于在沖裁時凸、凹模之間存在間隙，使沖裁件的斷面帶有錐度。所以，在計算凸模和凹模的刃口尺寸時，落料和沖孔應區(qū)別對待，遵循的原則如下。不論是落料還是沖孔，沖裁間隙都取最小合理間隙值。對于形狀簡單的圓形、方形刃口，其精度可按 IT6~IT7級制造，或查表 25；對于形狀復雜的刃口，其精度可按制件對應公差值的 1/4取值；若制件沒有標注公差，可按 IT14級處理，沖模則按 IT11級制造。 加工方法： 凸、凹模刃口尺寸的計算方法 具有互換性、制造周期短，但 Zmin不易保證，需提高加工精度，增加制造難度?；蛉? AT ?? ? AT ?? ? m inmax ZZ ?T?≤ ? ?m ZZ ?A≤ ? ?m inmax6.+Zmin≤Z max，選取必須滿足以下條件： 2．凸模與凹模配作法 配作法就是先按設計尺寸制出一個基準件（凸?；虬寄＃?，然后根據(jù)基準件的實際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。 磨損后變大的尺寸 ， 采用分開加工時的落料凹模尺寸計算公式 。對于刃口尺寸磨損后無變化的制造偏差值可取工件相應部位公差值的 1/8并冠以 （ 177。 例 1 解：由圖可知，該零件屬于無特殊要求的一般沖孔、落料。 由沖孔同時獲得。 )mm 校核： + = （ 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(nèi) ， 由此可?。? 落料： dL ? ? mmmmxDD AA 0 x )( ??? ??????? ?? ? mmmmZDtAT0 0 0 n )( ??? ????? ?≤ = = = = T? ? ?m inmax4. ZZ ?A≤ ? ?故： mmD A 0 ??T 0 0 ??如圖 ，其中 例 2 d = 22177。 mma 0 ?? mmb 0 ??c 35? mme 0 ?? mmZmmZ m a xm in ?? ，落料凹模的基本尺寸計算如下： 第一類尺寸：磨損后增大的尺寸 由公差表查得： 尺寸 80mm，選 x = ；尺寸 15 mm，選 x = 1；其余尺寸均選 x = 。凹模磨損后其尺寸變化有三種情況。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值。 沖壓力計算 圖 212 卸料力、推件力和頂件力 沖壓力計算 ? 3. 壓力機公稱壓力的確定 ? 沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖壓力 (FZ)。 將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需要的力。 式中 壓力機的公稱壓力必須大于或等于各種沖壓工藝力的總和 Fz 三、壓力機公稱壓力的確定 采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時： TXZ FFFF ???采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁模時： DXZ FFFF ???采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時： TZ FFF ?? 壓力中心計算 ? 模具的壓力中心也就是沖壓力合力的作用點。 1． 簡單幾何圖形壓力中心的位置 1） 對稱沖件的壓力中心 ， 位于沖件輪廓圖形的幾何中心上 。 2． 確定多凸模模具的壓力中心 確定多凸模模具的壓力中心 ， 是將各凸模的壓力中心確定后 ， 再計算模具的壓力中心 。 一、沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性 1．沖裁件的形狀應力求簡單、規(guī)則； 2．沖裁件的內(nèi)、外形轉(zhuǎn)角處要盡量避免尖角，應以圓弧過渡； 3．盡量避免沖裁件上過于窄長的凸出懸臂和凹槽； 4．沖孔時，因受凸模強度的限制，孔的尺寸不應太小，如果沖孔尺寸太小必須對凸模采取保護措施。合理排樣對于提高材料利用率、降低成本，保證沖件質(zhì)量及提高模具壽命具有十分重要的意義，是模具設計的重要內(nèi)容之一。由于具有搭邊，定位時存在的誤差可由搭邊來補償，制件尺寸完全由沖模來保證，因此精度高，并且模具壽命也高，但材料利用率低。 ? (3) 無廢料排樣：如圖 217(c)所示。但是，因受條料本身的公差以及條料導向與定位所產(chǎn)生的誤差影響，使沖裁件的質(zhì)量和精度較低。 沖裁排樣 沖裁排樣 沖裁排樣 沖裁排樣 續(xù)表 搭邊值和條料寬度的確定 ? 1. 搭邊 ? 排樣時制件之間以及制件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料叫搭邊。搭邊過大，材料利用率低；搭邊過小時，搭邊的強度和剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁件毛刺，有時甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。如果采用精密沖裁，可以直接從板料上獲得精密零件，并且生產(chǎn)率高，可以滿足精密零件批量生產(chǎn)的要求。 模 具 設 計 ? 工藝方案的確定 ? 模具類型的確定 ? 模具主要零部件的設計 工藝方案的確定 ? 確定工藝方案的主要任務是確定沖裁工序的性質(zhì)和數(shù)目、沖裁工序的組合以及沖裁工序的順序。因此，確定工藝方案關(guān)鍵是確定沖裁工序的順序。 ? (3) 若多工序沖裁件采用級進模沖裁時，為了便于送料和定位，應先沖孔或沖缺口，然后以沖出的孔為后續(xù)工序定位，最后進行落料或切斷，將沖裁件與條料分離。 ? (5) 若多工序沖裁件采用復合模沖裁時，沖孔和落料往往同時進行，以提高沖孔和落料的位置精度。此外，沖裁模的結(jié)構(gòu)類型還可按送料方式、卸料與出件方式、凸模和凹模材料進行分類。 ? 圖 227為無導向簡單落料模。 ? 常見的圓形凸模如圖 234所示。這種結(jié)構(gòu)采用鉚接方式固定，適用于卸料力較小的場合。 ? 圖 235(a)和圖 235(b)為臺階式。圖 235(c)和圖 235(d)為直通式。 模具主要零部件的設計 模具主要零部件的設計 hhhh 321 ＋＋＋＝L h3h2h1L式中 h1―― 凸模固定板厚度（ mm）； h2―― 固定卸料板厚度（ mm）； h3――