1、 沖壓工藝及模具設計 沖壓是一種金屬塑性加工方法，其坯料主要是板材、帶材、管材及其他型材，利用沖壓設備通過模具的作用，使之獲得所需要的零件形狀和尺寸。 材料、模具和設備是沖壓的三要素。 沖壓加工要求被加工材料具有較高的塑性和韌性，較低的屈強比和時效敏感性，一般要求碳素鋼伸長率16%、屈強比s/b70%，低合金高強度鋼14%、s/b80%。否則，沖壓成形性能較差，工藝上必須采取一定的措施，從而提高了零件的制造成本。 模具是沖壓加工的主要工藝裝備。沖壓件的表面質量、尺寸公差、生產率以及經濟效益等與模具結構及其合理設計的關系很大。6-1 概述特點：v無屑加工，材料利用率高。v在壓力機簡單沖壓下，能，

2、能得到形狀復雜的零件。v完成的零件一般不需要進一步加工，可直接用來裝配，并具有一定精度和互換性。v被加工的金屬在再結晶溫度一下產生變形，不產生切屑，變形中金屬產生加工硬化。v生產率高。v沖壓零件的質量主要靠沖模保證所以操作簡單，要求工人技術等級不高便于組織生產。v在大量生產的條件下，產品的成本低。v缺點是模具要求高、制造復雜、周期長、制造費用高沖壓工藝分類一、按變形性質分 分離工序和成形工序1、分離工序 被加工材料在外力作用下產生變形，當作用在變形部分的應力達到了材料的抗剪強度，材料便產生剪裂而分離。剪裁、沖孔、落料、切口、切邊、剖切。2、成形工序 被加工材料在外力作用下，作用在變形部分的相當

3、應力處于材料的屈服強度和抗拉強度之間，材料僅僅產生塑性變形，從而獲得一定形狀和尺寸的零件。彎曲：壓彎 把坯料彎成一定的形狀卷板 對板料進行連續三點彎曲，制成曲面形狀不同的零件滾彎 通過一系列軋輥把平板卷料滾彎成復雜形狀拉彎 在拉力與彎矩共同作用下實現彎曲變形可得精度較好的零件拉深 拉深 把平板形坯料制成空心工件、壁厚基本不變變薄拉深 把空心工件拉深成側壁比底部為薄的工件成形縮口 把空心工件的口部縮小翻邊 把工件的外緣翻起圓弧或曲線狀的豎立邊緣翻孔 把工件上有孔的邊緣翻出豎立邊緣擴口 把空心工件的口部擴大，常用于管子起伏 把工件上壓出筋條，花紋或文字，在起伏處的整個厚度上都有變形卷邊 把空心件的

4、邊緣卷成一定形狀脹形 使工件的一部分凸起，呈凸肚形整形 把形狀不太準確的工件校正成形，如獲得小的r等校平 校正工件的平直度壓印 在工件上壓出文字或花紋，只在制件厚度的一個平面上有變形按照沖壓工序的組合方式分有：簡單工序 一副模具只完成零件的一個工序組合工序1、復合沖壓 在壓力機的一次行程中，在模具的同一位置上同時完成兩種或兩種以上的簡單工序2、連續沖壓 在壓力機的一次行程中，在模具的不同位置上同時完成兩種或兩種以上的簡單工序3、連續-復合沖壓 在一副模具內包括連續沖壓和復合沖壓的組合工序6-2 沖裁工藝與模具設計 落料和沖孔統稱為沖裁。落料和沖孔是使坯料按封閉輪廓分離。這兩個過程中坯 料變形和

5、模具結構相同，只是用途不同。落料時被分離的部分為所需工件，留下的周邊部分 為廢料，沖孔則相反。為能順利地完成沖裁過程，要求凸模和凹模都有鋒利的刃口，且凸模 與凹模之間的間隙Z適當。沖裁件品質和沖裁模結構與沖裁時板料的塑性變形有關。同時還包括切口、剖切、整修和精密沖裁。沖裁所得到的零件可直接作為零件使用或作為彎曲、拉深、成形等其它工序的毛坯。 1、沖裁變形過程v彈性變形階段 當凸模與板料接觸時，便開始沖裁由于凸模和凹模之間有間隙，板料在承受凸模較小壓力的同時，也受到彎矩的作用，板料不僅產生彈性壓縮也產生彎曲和拉伸變形，結果是凸模下的材料擠入凹模孔口內，凹模上面的材料向上翹，在凸模與凹模間形成很小

6、的圓角。v塑性變形階段 凸模繼續下降刃口處由于應力集中，材料應力首先達到屈服強度，板料進入塑性變形階段。v斷裂分離階段 當刃口附近材料達到極限應變和應力時，材料裂紋便產生。第一節 沖裁工藝分析 沖裁時的變形區 沖裁時材料的變形是由其受力狀況決定的，上下刃尖連線為中心的紡錘形區域為主要變形區，從模具刃尖向材料中心變形區逐漸擴大，當凸模擠入材料后，新形成的紡錘形變形區被以前已經變形而冷作硬化了的區域所包圍。2、板料受力情況 如圖，凸模下行與板面接觸時，材料受到凸凹模端面的壓力作用，使作用力點間的材料產生剪切變形，由于間隙的存在，兩個力不在一個垂直線上，故材料受到彎矩作用，而是材料翹曲材料向凸模側面

7、靠近凸模端面下的材料被強迫壓進凹模，故材料受橫向側壓力，產生橫向擠壓變形。此外材料在模具端面和側面還受摩擦力。所以說沖裁時由于有間隙的存在材料受垂直方向的壓力、切力、橫向擠壓力、彎矩和拉力作用 沖裁變形過程中沖裁力與凸模行程關系圖。AB段彈性變形階段。凸模開始接觸板料時，由于板料翹曲，力增加緩慢，之后便迅速增加。BC段為塑性變形階段。切刃一旦擠入板料，力的上升緩慢下來，主要是因為雖然承受力的板料面積減少了，但是材料硬化的影響超過了剪切面積的減小的影響，沖裁力仍然上升。當硬化與受切面積兩者影響達到相等時，沖裁力便達到最大值。CD為裂紋擴展直至板料斷裂階段，這一階段中，受切面積的減少超過了硬化的影

8、響，于是沖裁力下降。DE則是凸模的推料過程。第二節 沖裁件質量和影響因素一、沖裁件斷面特征 有圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺四部分1、圓角帶 光滑的圓弧帶，是刃口剛壓入材料時，刃口附近的材料牽連拉入產生彎曲和伸長變形的結果2、光亮帶 由于板料產生塑性變形時，材料在和模具側面接觸中被模具側面擠光而形成的光亮垂直的斷面。3、斷裂帶 是由于刃口處的微裂紋在拉應力的作用下不斷擴展斷裂而形成。4、毛刺 塑性變形階段后期產生，凸模和凹模的刃口切入一定深度后刃口正面材料被壓縮，刃尖部分為壓力狀態，使裂紋起點不在刃尖處，而在距刃尖不遠的模具側面，此處受拉應力裂紋加長，材料斷裂而產生毛刺。二、沖裁件尺寸 無論是孔

9、還是落下的料，其尺寸都有大小兩個部分，小的部分等于凸模尺寸，而大的部分等于凹模尺寸。沖孔尺寸等于凸模刃口尺寸，落料件尺寸等于凹模刃口尺寸。三、影響沖裁件質量的因素 沖裁件質量是指斷面質量、尺寸精度及形狀誤差，剪切斷面應垂直光滑，尺寸及制件外形應滿足圖樣要求，表面盡可能平整。（一）影響斷面質量的因素1、材料性能的影響 塑性好則裂紋出現較遲，板料被剪切的深度大，光亮帶占比例大，毛刺也較大，斷裂帶較窄。2、模具間隙的影響 斷面質量與裂紋走向有關，而裂紋走向與間隙有關。間隙大小關系剪切時附加變形的大小，也決定著凸凹模刃口附近板料產生的上、下裂紋是否重合。只有凸凹模間隙適當，裂紋才重合，此時零件斷面斜度

10、很小，且比較平直光滑，毛刺小，無裂紋分層斷面質量比較滿意。如圖。3、模具刃口鈍利情況的影響 凸模鈍落料件產生毛刺，凹模鈍，沖孔件產生毛刺。4、模具和設備導向情況 模具導向裝置精度高，壓力機滑塊導向精確可靠，則可保證沖裁時間隙合理，沖裁件斷面質量就好。（二）影響尺寸精度的因素 沖裁件尺寸精度是指沖裁件實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則沖裁件精度越高。這個差值主要有模具本身的制造、磨損引起的偏差；沖裁件相對于凸、凹模尺寸的偏差。1、模具制造精度的影響2、模具間隙的影響 落料=零件外形實際尺寸-凹模刃口尺寸沖孔=零件孔實際尺寸-凸模刃口尺寸3、材料性質、厚度和軋制方向的影響4、零件形狀尺寸的影響

11、6-3 沖裁模間隙 一、間隙對沖裁工作的影響1、對零件質量的影響2、對沖裁力的影響3、對模具壽命的影響二、合理間隙值的確定 設計模具時一定要選擇合理的間隙，使沖裁件的斷面質量好，所需沖裁力較小，模具壽命較高。生產中通常是選擇一個適當的范圍做為合理間隙，只要間隙在這個范圍內，就能得到合格的產品和較長的模具壽命。分別為Zmin和Zmax，（一）理論確定法理論確定法的主要根據是保證上下裂紋重合，以獲得良好的沖裁斷面。影響間隙值的主要因素是材料的性質和厚度，材料愈硬愈厚，所需合理間隙值愈大。6-4 凸、凹模刃口尺寸的計算一、凸、凹模刃口尺寸的計算原則依據：沖裁變形規律，即落料件尺寸與凹模刃口尺寸相等，

12、沖孔尺寸與凸模刃口尺寸相同。零件的尺寸精度合理的間隙值沖模的加工制造方法。原則：v保證沖出合格的零件 根據沖裁變形規律，沖孔尺寸等于凸模刃口尺寸，落料件尺寸等于凹模刃口尺寸。因而沖孔時應以凸模為基準件；落料時，以凹模為基準件，基準件的尺寸應在零件的公差范圍內。沖孔時間隙取在凹模上，落料時間隙取在凸模上。v保證模具有一定的使用壽命v考慮沖模制造修理方便、減低成本二、刃口尺寸計算方法 制造沖模的關鍵主要是控制凸、凹模的刃口尺寸及其合理間隙。由于模具加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸的計算公式和公差標注也不同 （一）凸模與凹模分別加工 這種方法使用于圓形或簡單規則形狀的沖裁件。采用這種方法要分別標注凸模

13、與凹模刃口部分尺寸的計算公式與制造公差（凸模p、凸模d)需要滿足：p+dZmax-Zminp=0.4（ Zmax-Zmin ）d=0.6 （ Zmax-Zmin ）沖孔：設工件孔的尺寸為 ，根據以上原則首先確定基準件的凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸，再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙Zmin。凸模制造偏差取負偏差，凹模取正偏差。0()ppddx 0dmin0min0()()dddpddZdxZ -沖孔凸、凹模直徑pddd、pd、-凸、凹模制造公差-工件制造公差落料：設工件尺寸為 。根據上述原則，落料時首先確定凹模尺寸，使凹模公稱尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸，再

14、減小凸模尺寸以保證最小合理間隙值 。minZD0()ddDDx 0minmin()()pppdDDZDxZ pdDD、 -落料凸、凹模尺寸x - 磨損量（二） 凸模與凹模配合加工 對于形狀復雜或料薄的工件，為了保證凸、凹模間一定的間隙值，一般采用配合加工。即先做好其中的一件作為基準件，然后以此基準件為標準來加工另一件，使它們之間保持一定的間隙。只在基準件上標注尺寸和制造公差，另一件只標注基本尺寸并著名配做所六間隙值。=/4。1、沖孔 以凸模為基準，然后配做凹模，一般分三種：變小的尺寸變大的尺寸無變化的尺寸2、落料 應以凹模為基準件，然后配做凸模變大的尺寸變小的尺寸無變化的尺寸6-5 排樣一、排

15、樣的意義和材料利用率 排樣：沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。材料利用率：減少廢料面積，廢料包括結構廢料和工藝廢料。結構廢料：由零件的形狀特點產生的廢料。一般不能改變但可利用大尺寸的結構廢料沖制小尺寸的零件。工藝廢料：由零件之間和零件與條料側邊之間的廢料，以及料頭、料尾所產生的廢料。 要提高材料利用率，主要是減少工藝廢料著手，設計合理排樣方案，在不影響設計要求的情況下，改善零件結構。二、排樣形式的確定1、有廢料排樣 沿零件全部外形沖裁，零件周邊都留有剩料。2、少廢料排樣 沿零件部分外形切斷或沖裁只局部有剩料。3、無廢料排樣 除頭尾外無任何廢料 影響排樣形式的主要因素：q零件的形狀q零件的斷

16、面面積、精度q材料利用率q沖模結構q模具壽命q操作的方便和安全q生產率直排 幾何形狀簡單的零件斜排 T形或其他復雜零件對排 T、形零件混排 兩個材料及厚度相同的零件有搭邊排樣形式選擇多排 大批量生產中輪廓尺寸較小的零件沖裁搭邊 大批量生產中小而窄的零件無搭邊排樣形式直排 矩形零件斜排 T形或其他形狀的零件，外形允許有不大缺陷對排 梯形零件混合排 兩個外形互相嵌入的零件多排 大批量生產中尺寸較小的矩形、方形和六角形零件沖裁搭邊 用寬度均勻的條料或卷料制造的長形件板料排樣三、搭邊 是指排樣時零件之間以及零件與條料側邊之間留下的剩料。作用是使條料定位，保證零件的質量和精度，補償定位誤差，確保沖出合格

17、的零件，并使條料具有一定的剛度，不彎曲，便于送進，并能使模具壽命提高。搭邊值大小有關因素：v材料的機械性能 硬材料的搭邊值小一點，軟材料和脆材料要大一些。v工件的形狀和尺寸 工件尺寸大或是有尖突的復雜形狀時要大一些v材料厚度 厚材料的的要大一些v送料及擋料方式 手工送料有側壓板導向的要小一些6-6 沖裁工藝力的確定1、計算沖裁力 目的是為了合理選用壓力機和設計模具平刃模具沖裁時，其沖裁力可以利用下式： F0=KLt t-材料厚度 L-零件剪切周長 -材料抗剪強度 K-系數，一般取1.3考慮材料相對厚度和凸、凹模相對間隙（Z/t）沖裁力有 =（mt/d+0.6)b m-與間隙有關的系數2、減低沖

18、裁力的方法在多凸模沖裁中，將凸模作階梯形布置材料加熱紅沖斜刃沖裁3、卸料力和推件力卸料力：從凸模上將零件或廢料卸下來所需要的力推件力：順著沖裁方向將零件或廢料從凹模腔內推出的力頂件力：逆著沖裁力方向將零件或廢料從凹模頂出的力稱為頂件力FK F卸卸FK F推推FK F頂頂FFF總沖推FFFF總沖推卸FFFF總頂沖卸采用剛性卸料裝置和下出料采用彈性卸料裝置和下出料采用彈性卸料裝置和上出料6-7 沖裁模的基本結構和類型一、沖模分類 v工序性質分類 沖孔模、落料模、切邊模、剖切模、切口模、整修模和精沖模。v按工序組合分 單工序模、級進模（連續模）、復合模v按導向方式分 有無導向的敞開式模和有導向的導板

19、模、導柱模和導筒模。v按卸料裝置分 有帶固定卸料板和彈壓卸料板v按擋料或定料形式分 有帶固定擋料銷、活動擋料銷、導正銷和側刃的沖模v按凸、凹模選用材料不同分 硬質合金沖模、鋼結硬質合金沖模、鋼皮沖模、橡皮沖模、聚氨酯沖模等分分 類類特特 點點 與與 用用 途途根據工序的復合性（1）單工序模（2）復合模（3）級進模 單工序模只完成一個工序 復合模是在壓力機一次行程中，在同一工位上完成兩道或更多工序的沖模 級進模是具有兩個或更多工位的沖模，材料隨壓力機行程逐次送進一工位，從而使沖件逐步成形根據工序性質（1）沖裁模（2）彎曲模（3）拉深模（4）成形模（5）冷擠模 沖裁模使部分材料或工序件與另一部分材

20、料、工（序）件或廢料分離 彎曲模使材料產生塑性變形，從而被彎成有一定曲率、一定角度的形狀 拉深模把平坯料或工序件變為空心件，或者把空心件進一步改變形狀和尺寸 成形模用以將材料變形，使工序件形成局部凹陷或凸起 冷擠模使材料在三向壓應力下塑性變形擠出所需尺寸、形狀及性能的零件按沖模制造的難易程度（1）簡易沖模（2）普通沖模（3）高精度沖模 簡易沖模成本低，制造周期短，特別適用于新產品試制和小批生產，主要有通用組合沖孔模、分解式組合沖模、鋼皮沖模、薄板沖模、鋅基合金模、聚氨酯像膠沖模等 普通沖模是目前用得最多、最廣的沖模 高精度沖模用于精密沖件生產按生產適應性（1）通用沖模（2）專用沖模 通用沖模適

21、用于小批和試制性生產的沖件按生產管理（1）大型沖模（2）中型沖模（3）小型沖模 往往以不同的行業而有所區分按照導向裝置（1）無導向裝置的模具（2）有導板導向的模具（3）有導柱導向的模具 對生產批量較大，沖件精度較高，模具壽命要求較長的模具必需采用導向裝置。應用導柱導套來導向的模具最為普遍按送料方式（1）手工送料模具（2）帶有自動送料裝置的模具 帶有自動送料裝置的模具，在調整完成后不需要人工進行操作，適用于多工位級進模1、單工序模沖模結構 v工作零件 實現沖裁變形使材料正確分離，保證沖裁件形狀的零件，包括凸模與凹模。v定位零件 確定條料在模具中的正確位置的零件，導尺（導料銷）對條料送進起導向作用

22、，擋料銷限制條料送進的位置。v卸料及推件零件 卸料板及頂件裝置v導向零件 保證上模對下模正確運動的零件，分別安裝在上下模座的導柱和導套。保證凸模和凹模之間間隙均勻。v連接固定零件 將凸模和凹模固定在上下模座，以及將上下模固定在壓力機上的零件落料模落料模 落料模是沿封閉的輪廓將制件或工序件與板料分離的沖模。 圖1所示為沖制鎖墊的落料模。該模具有導柱、導套導向，因而凸、凹模的定位精度及工作時的導向性都較好。導套內孔與導柱的配合要求為H6/h5。凸模斷面細弱，為了增加強度和剛度，凸模上部放大。凸模與固定板緊配合，上端帶臺肩，以防拉下。凹模刃壁帶有斜度，沖件不易滯留在刃孔內，同時減輕對刃壁的磨損，一次

23、刃磨量較小。刃口尺寸隨刃磨變化。凹模刃口的尺寸決定了落料尺寸。凸模和凹模間有刃口間隙圖1 落料模1-模柄 2-墊板 3-凸模固定板 4-凸模 5-卸料板 6-定位銷 7-凹模 8-導柱 9-導套 在條料進給方向及其側面，裝有定位銷，在條料進給時確定沖裁位置。工件從凹模的落料孔中排出，條料由卸料板卸下，這種無導向彈壓卸料板廣泛用于薄材料和零件要求平整的落料、沖孔、復合模等模具上的卸料，彈壓元件可用彈簧或硬橡膠板，卸料效果好，操作方便沖孔模沖孔模 沖孔模是在落料板材或成形沖件上，沿封閉的輪廓分離出廢料得到帶孔制件的沖模。 1.沖單孔的沖孔模 其結構大致與落料模相同。沖孔模的凸模、凹模類似于落料模。

24、但沖孔模所沖孔與工件外緣或工件原有孔的位置精度是由模具上的定位裝置來決定的。常用的定位裝置有定位銷、定位板等。 2.沖多孔的沖孔模 圖1是印制板沖孔模，用于沖裁印制板小孔，孔徑為1.3mm，材料為復銅箔環氧板，厚1.5mm。為得到較大的壓料力，防止孔壁分層，上模采用六個矩形彈簧。導板材料為CrWMn，并淬硬至5054HRC，凸模3采用彈簧鋼絲，拉好外徑后切斷、打頭，即可裝入模具中使用。凸模與固定板動配合。下模為防止廢料脹死，漏料孔擴大，工件孔距較近時，漏料孔可以相互開通。 圖1 印制板沖孔模1-矩形彈簧 2-導板 3-凸模 4-凸模固定板 5-凹模3.深孔沖模 當孔深化t/D（料厚/孔徑）1，

25、即孔徑等于或小于料厚時，采用深孔沖模結構。圖2是凸模導向元件在工作過程中的始末情況，該結構給凸模以可靠的導向。主要的特點是導向精度高，凸模全長導向以及在沖孔周圍先對材料加壓。圖2 凸模導向元件在工作行程中的始末情況 a)沖孔開始 b)沖孔結束2、級進模（連續模）沖裁級進模沖裁級進模 沖裁級進沖模是在條料的送料方向上，具有兩個以上的工位，并在壓力機一次行程中，在不同的工位上完成兩道或兩道以上的沖壓工序的沖模。 對孔邊距較小的工件，采用復合模有困難，往往采取落料后沖孔，由兩副模具來完成，如果采用級進模沖裁則可用一副模具來完成。 為了保證沖裁零件形狀間的相對位置精度，常采用定距側刃和導正銷定距的結構

26、。 1.定距側刃（圖1） 在條料的側邊沖切一定形狀缺口，該缺口的長度等于步距，條料送進步距就以缺口定距。 圖1 側刃定距1-落料凸模 2-沖孔凸模 3-側刃 2.導正銷定距（圖2） 導正銷在沖裁中，先進入預沖的孔中，導正材料位置，保證孔與外形的相對位置，消除送料誤差。在圖2中，沖裁時第一步送料用手按壓始用擋料銷抵住條料端頭，定位后進行第一次沖制，沖孔凸模在條料上沖孔。第一次沖裁后縮回始用擋料銷，以后沖壓不再使用。第二步把條料向前送至模具上落料的位置，條料的端頭抵住固定擋料釘初步定位，此時在第一步所沖的孔已位于落料的位置上，當第二次沖裁時，落料凸模下降，裝于落料凸模工作端的導正銷首先播進原先沖好

27、的孔內，將條料導正到準確的位置，然后沖下一個帶孔的工作，同時沖孔凸模又在條料上預沖好孔，以后各次動作均與第二次同 圖2 導正銷定距1-落料凸模 2-導正銷 3-沖孔凸模3、復合模 圖1 復合模1-打棒 2-打板 3-沖孔凸模 4-落料凹模 5-卸料板 6-凸凹模 7-推塊 8-推桿 沖裁復合模是只有一個工位，并在壓力機的一次行程中，同時完成落料與沖孔兩道沖壓工序，見圖。 凸凹模既是落料凸模又是沖孔凹模，因此能保證沖件內外形之間的形狀位置。6-8 沖模主要零件的設計及標準的選用一、模具零件的分類 按作用不同分為工藝零件和結構零件1、工藝零件 在完成工序時與材料或制件直接發生接觸工作零件：凸模、凹

28、模、凸凹模定位零件：定位板、定位銷、擋料銷、導正銷、導尺、側刃壓料、出件和卸料部件：卸料板、推件裝置、頂件裝置、壓料板、彈簧、橡膠等。2、結構零件在模具的制造和使用中起裝配、安裝作用，以及制造和使用中起導向作用。導向零件：導柱、導套、導板、導筒固定零件：上下模座、模柄、凸凹模固定板、墊板、限位器緊固及其他零件：螺釘、銷釘、鍵2、工作零件的設計和標準的選用凸模：凸模的結構形式有圓截面式、等截面式、護套式、快換式四種。圖中a、b、c、d、I適用于圓截面，c、d是快速更換的凸模形式，e、f、g、h適用在等截面凸模。2、凸模的長度A、固定卸料板長度B、采用彈性卸料板3、凸模強度校核承載力校核失穩彎曲應力校核無導向圓