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第2章 冲裁工艺与模具设计
▪ 教学重点和难点： ▪ 各种模具及其组成零件的结构及特点； ▪ 冲裁模的设计步骤及模具刃口尺寸的计算。
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第2章 冲裁工艺与模具设计
▪ 案例导入： ▪ 要大批量冲制如下图所示的工件(材料为08பைடு நூலகம்，
材料厚度为2mm，制件精度为IT14级)，应选 择何种模具？如何提高板料的材料利用率？凸 模和凹模的间隙应是多少？如何计算凸模和凹 模刃口尺寸和公差？模具主要零件的结构及尺 寸如何设计？如何选择标准模架和选用压力机？
▪ 断裂带c：是由刃口附近的微裂纹在拉应力作用下不 断扩展而形成的撕裂面。
▪ 毛刺区d：毛刺。
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2.2 冲 裁 间 隙
▪ 2.2.1 冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响 ▪ 2.2.2 冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响 ▪ 2.2.3 冲裁间隙对冲裁力、卸料力、推料力、顶件
力的影响 ▪ 2.2.4 冲裁间隙对模具寿命的影响 ▪ 2.2.5 合理间隙值的确定
孔。
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2.1 冲裁变形过程分析
图2-1 平板垫圈 9
2.1.1 冲裁变形过程
▪ 如图2-2所示变形过程: ▪ 如果模具间隙正常，冲裁变形过程大致可分为如下3个阶段。 ▪ 1. 弹性变形阶段 ▪ 见图2-2(a)。在凸模和凹模压力的作用下，板料产生弹性压
缩、拉伸和弯曲变形。 ▪ 2. 塑性变形阶段 ▪ 见图2-2(b)。间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。 ▪ 3. 断裂分离阶段 ▪ 见图2-2(c)、(d)、(e)。
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2.1 冲裁变形过程分析
2.1.1 冲裁变形过程 2.1.2 冲裁断面特征
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2.1 冲裁变形过程分析
▪ 冲裁是利用模具在压力机上使板料沿一定轮廓形状 产生分离的一种冲压工序。它包括落料、冲孔、切 口、切边、剖切等多种工序。
▪ 落料和冲孔是两种最基本的冲裁形式。 ▪ 从板料上冲下所需形状的零件(或毛料)叫落料； ▪ 在工件上冲出所需形状的孔(冲去部分为废料)叫冲
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2.2 冲 裁 间 隙
▪ 冲裁模凸模与凹模刃口部分横向尺寸之差成为冲 裁间隙，用Z表示：
ZDdDp
▪ 式中：Z-冲裁间隙（mm）；
▪
Dd-凹模尺寸（mm） ；
▪
Dp-凸模尺寸（mm） 。
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2.2 冲 裁 间 隙
图2-4 冲裁间隙
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2.2.1 冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响
▪ 在4个特征区中，光亮带越宽，断面质量越好。
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2.2.3 冲裁间隙对冲裁力、卸料力、推料力、顶件力的影响
▪ 随着间隙的增大，材料在冲裁时所受的拉应力将增大，材料 容易断裂分离，冲裁力有一定程度的降低。但在正常情况下， 间隙对冲裁力的影响并不很大。
▪ 间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料 力和推件力都将减小。一般当单面间隙增大到材料厚度的 15%~25%时，卸料力几乎降到零。但间隙继续增大时会引 起毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力的迅速增大。
第2章 冲裁工艺与模具设计
（时间：4次课，8学时）
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第2章 冲裁工艺与模具设计
▪ 教学目标： ▪ 本章介绍冷冲压模具设计的重要内容，也是最
基础的内容。通过本章的学习，将达到能设计 中等复杂程度冲裁模具的水平。为此，应了解 冲裁变形过程及冲裁端面的特征；掌握冲裁间 隙对冲裁件精度和模具的影响；掌握确定合理 冲裁间隙的方法；掌握排样方法，学会确定条 料宽度；掌握冲裁力及压力中心的计算。
用最小合理间隙Zmin。
▪ 确定合理间隙值有理论确定法和经验确定法两种。
▪ 1. 理论确定法
▪ 2. 经验确定法
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2.2.5 合理间隙值的确定
▪ 因此，在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质 量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给
间隙规定一个范围值。这个间隙范围就称为合理间
隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙(Zmin)，最 大值称为最大合理间隙(Zmax)。考虑到在生产过程 中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采
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2.2.1 冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响
▪ 图2-5 冲裁间隙对冲裁件断面的影响
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2.2.2 冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响
▪ 冲裁件的尺寸精度，是指冲裁件的实际尺寸 与图纸上的基本尺寸之差。差值越小，精度 越高。这个差值包括两方面的偏差：
▪ 一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差， ▪ 二是模具本身的制造偏差。
▪ 塑性较差的材料容易断裂，材料被剪切不久就会出 现裂纹、分离，使断裂带增宽，而光亮带和圆角带 所占的比例较小，毛刺也较小。
▪ 材料塑性较好，冲裁时裂纹出现得较晚，材料被剪 切的深度较大，光亮带所占的比例就大，圆角和毛 刺也大。
▪ 冲裁间隙对冲裁件断面的影响如图2-5所示。
▪ 在设计和制造模具时，应使冲裁间隙保持在一个合 理的范围之内。
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第2章 冲裁工艺与模具设计
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第2章 冲裁工艺与模具设计
▪ 2.1 冲裁变形过程分析 ▪ 2.2 冲 裁 间 隙 ▪ 2.3 冲裁模刃口尺寸计算 ▪ 2.4 冲压力及压力中心计算 ▪ 2.5 冲裁件的工艺性 ▪ 2.6 排 样 ▪ 2.7 精 密 冲 裁 ▪ 2.8 模 具 设 计 ▪ 2.9 冲裁模的设计步骤 ▪ 2.10 冲裁模设计实训 ▪ 习题与练习
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2.2.4 冲裁间隙对模具寿命的影响
▪ 冲模失效的形式一般有磨损、崩刃、变形、胀裂和折断。 ▪ 冲裁力主要集中在凸模和凹模的刃口部分。刃口变形和端面
磨损加剧，甚至崩刃。 ▪ 所以为了减少凸、凹模的磨损，延长模具使用寿命，在保证
冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的。 若采用小间隙，就必须提高模具的硬度和耐磨性，提高模具 的制造精度，冲裁时采用良好的润滑，以减小磨损。
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2.1.1 冲裁变形过程
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2.1.2 冲裁断面特征
▪ 断面分析：圆角带；光亮带；断裂带；毛刺区。
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2.1.2 冲裁断面特征
▪ 圆角带a：当凸模刃口压入材料时，刃口附近的材 料产生弯曲和伸长变形，材料被拉入间隙，形成圆 角带。材料的塑性越好、凸模和凹模的间隙越大， 圆角带也越大。
▪ 光亮带b：当刃口切入材料后，材料受到凸模和凹 模剪切应力τ和挤压应力σ的作用而形成光亮垂直的 断面。通常光亮带占整个断面的1/2~1/3。