沖壓模具設(shè)計(jì)基本知識(shí)

沖壓模具設(shè)計(jì)基本知識(shí)1沖壓件材料1.1冷軋鋼板是目前工業(yè)界使用廣泛的壓延銅板材料之一.A.低碳沸騰鋼SPCCB.引伸用脫碳沸騰鋼SPCDC.深引伸用脫碳沸騰鋼SPCE種類及記號(hào)摘要SPCC一般用SPCD引伸用SPCE深引伸用2021/3/121.2不銹鋼鋼板一般指含Cr量達(dá)11％以上之高合金鋼，其主要特徵是耐腐蝕性及耐熱性優(yōu)越，具有不銹性輿表面光輝性.不銹鋼具有下列特性：（1）硬度及抗拉強(qiáng)度高於軟鋼板之2倍（2）熱傳導(dǎo)性不佳，熱膨脹系數(shù)大（3）深引伸加工會(huì)產(chǎn)生時(shí)效割裂（4）表面容易被模具刮傷.2021/3/131.3電磁鋼板(錫鋼板)最主要特性是具有磁氣,依其磁氣之性質(zhì),分類有方向性電磁鋼板與無(wú)方向性電磁鋼板.特征:a.磁束密度及透磁率

b.鐵損

c.磁應(yīng)變

d.機(jī)械特性2021/3/141.4銅及銅合金板1.種類:依其制造方法分伸銅材(展伸銅)和鑄物兩大類2.銅及銅合金特征.a.熱傳導(dǎo)性優(yōu),導(dǎo)電性佳b.具有非磁性功能c.彈簧性良好,(如鈹銅,磷青銅,銀鎳銅)d.低溫不產(chǎn)生脆化現(xiàn)象e.耐蝕性優(yōu)良f.色調(diào)亮麗,容易鍍錫2021/3/151.4.1銅及銅合金(伸銅材)之種類大類名稱分類名稱代表型號(hào)備註純銅(Cu)一般銅C110含氣量約0.01~0.06%磷脫酸銅C1201C1220以磷作脫酸銅,依磷含量分為高磷及低磷脫酸銅無(wú)氣銅C1011C1020氣化銅(Cu2O)不存在黃銅(Cu~Zn)紅銅C2100C2200C2300C2400含鋅量5~20%,色調(diào)呈紅色黃銅C2600~2801代表者之含鋅量30~40%特殊黃銅C4430C4621C3560C3710青銅(Cu-Sn)磷青銅C5101~C5212含磷量0.2%,強(qiáng)度高之銅合金白銅(Cu-Ni)白銅C7060C7150鎳含量5~30%,鐵含量1%銀鎳侗(Cu-Ni-Zn)銀鎳銅C7351~C7541鎳合量10-35%,銅含量45~75%,呈銀色熱處理銅合金鈹銅C1700C1720具熱處理性鉻銅C18200鋯銅C150002021/3/161.4.2 銅及銅合金之物理性質(zhì)2021/3/172.加工法與精度關(guān)系表加工法表示符號(hào)可能精度~經(jīng)濟(jì)精度電極放電加工EDM0.02~0.05~0.1線切割放電加工WEDM0.005~0.01~0.02研磨G0.005~0.01治具搪孔JG0.002~0.005~0.01治具研磨JB0.002~0.01鉆孔D0.05~0.1絞孔R(shí)M0.01~0.05NC綜合加工MC0.01~0.02~0.03抹磨加工(lapping)GL單向拋光靠模切削0.02~0.01靠模研磨0.005~0.012021/3/183.沖壓模具分類(1).單工程模具:沖切型模具彎曲型模具引伸型模具(2).復(fù)合模指兩個(gè)以上單工程同時(shí)加工之組合模具(3).連續(xù)模2021/3/194.連續(xù)沖壓模具之特點(diǎn)(1).材料利用率低(2).工程安排比較彈性(3).材料一次變形量可減少(4).加工速度快(5).指定毛頭方向之制品有時(shí)不適合采連續(xù)模具加工.2021/3/1105.沖壓模具元件（5.1）模板沖壓模具各模板的設(shè)計(jì)依模具構(gòu)造不同，通?？煞譃閮纱箢悾篴.順配置型（沖頭在上方）b.逆配置型（沖頭在上方）5.1.1沖頭固定板與背板沖子固定板主要功能是為保持沖頭的垂直度及其位置精度..因此其厚度與沖頭及形狀或尺寸有關(guān)系.沖頭背板功用在於當(dāng)沖頭施力於材料時(shí)會(huì)產(chǎn)生反作用力,而此力若直接施於上模座則可能會(huì)產(chǎn)生局部凹陷現(xiàn)象,為避免此一現(xiàn)象,必須添加沖頭背板以解決此問題．2021/3/1112021/3/112脫料板與背板脫料板的主要功用為將料條自沖頭的周邊剝離,不便其黏附於沖頭而隨之升起.保持沖頭與母模之間的精度關(guān)系.緊密地導(dǎo)引著細(xì)小沖頭以防止其被拆斷.脫料板種類依其壓著被加工材料之狀態(tài).可分為固定式,可動(dòng)式.及半固定式脫料板等三種.2021/3/113-------固定式脫料板特點(diǎn)是:1.模具構(gòu)造較簡(jiǎn)易,模具構(gòu)成件較少,制件上較容易.2.沖切加工時(shí)因被加工材料末被直接壓著,故沖切細(xì)小孔槽用之沖頭剛性低,易產(chǎn)生破損.3.模板完全被固定脫料板覆蓋,故沖頭之維護(hù)作業(yè)較困難.2021/3/114-----可動(dòng)式脫料板1.模具構(gòu)造較復(fù)雜,模具構(gòu)成件較多,制造較困難.2.作為細(xì)小沖頭之導(dǎo)引裝置,增加沖頭的剛性及信賴性.3.材料被壓著力有所限制,必須籍用其他導(dǎo)料裝置來避免製品變形等不良現(xiàn)象.4.沖壓加工時(shí),可動(dòng)式脫料板會(huì)產(chǎn)生碰撞聲,造成噪音問題.2021/3/115-------半固定式脫料板半固定式脫料板是在母模側(cè)附有可動(dòng)式脫料板,其使用場(chǎng)合較少,特點(diǎn)如下:1.位於母模面上一定高度,母模面狀況可一目了然.2.脫料板下材料有引導(dǎo)作用,可兼作升料之用.3.因已有引導(dǎo)作用,故不需或很少設(shè)計(jì)沖頭導(dǎo)引.2021/3/116母模板與背板單體沖模母模板厚度之基準(zhǔn)值H計(jì)算公式=H0>3PKPK=l*t*īPK:下料之沖切荷重(kg)l:沖切之輪廓長(zhǎng)度(mm)t:板厚(mm)ī:板材之抗剪應(yīng)力(kg/mm2)由計(jì)算式所求之H0,依下列條件以決定所需要之H值a.H之最小值取7.5MMb.沖模之表面積為3200MM2以上時(shí).H之最小值取10.5MM母模背板功用在避免當(dāng)母模受力時(shí)直接施於下模座而產(chǎn)生凹陷現(xiàn)象.2021/3/117（5.2）導(dǎo)柱導(dǎo)柱之引導(dǎo)方式有平面式、滾柱式、滾珠式三種.滾珠式引導(dǎo)特點(diǎn)：滑動(dòng)配合，合?；樲D(zhuǎn)回點(diǎn)接觸，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)柱導(dǎo)套間不會(huì)發(fā)熱膨脹側(cè)方向抵抗力弱。2021/3/118側(cè)向力強(qiáng)有燒損黏著之缺點(diǎn)採(cǎi)用黃銅導(dǎo)套導(dǎo)套應(yīng)含有固體潤(rùn)滑材易磨損側(cè)向力弱因滑動(dòng)性良好,模具容易對(duì)合必須注意扣件之脫落比滾珠引導(dǎo)之側(cè)向力強(qiáng)(約6倍)與滾珠引導(dǎo)效果相同成本高安裝較困難2021/3/1195.3導(dǎo)料針導(dǎo)料銷之主要功能是矯正被加工材料之送料方向位置，以彌補(bǔ)送料裝置（feeder)之精度限制。導(dǎo)料銷的形式：炮彈形（較常使用，市售標(biāo)準(zhǔn)件以此種形式居多。炮彈形部分之R角標(biāo)準(zhǔn)為R10,較小直經(jīng)之R角為直經(jīng)的2~3倍。）圓錐形導(dǎo)料銷前端直線部突出剝板面距離有所限制，一般為0.3t<X<1.2t(t為板厚）。如厚板（工作厚度）時(shí)取60~80%,若薄板則取較大值。若突出剝板面太多時(shí)，即使導(dǎo)料銷與導(dǎo)料孔之間隙適當(dāng)，有時(shí)亦會(huì)發(fā)生材料被導(dǎo)料銷粘起的現(xiàn)象。2021/3/1202021/3/1212021/3/122a

用途10o中.小徑用用於薄板及軟質(zhì)材料15o中.小徑用用於一般高速精密加工30o中.大徑用低速加工用45o特殊用用於短沖程之沖壓2021/3/1235.4先導(dǎo)桿用頂出銷2021/3/1245.5升料銷連續(xù)沖模加工中料條若能保持水平位置,則送料長(zhǎng)度在導(dǎo)引沖頭的導(dǎo)引下方能保持精確.但制品上有彎邊或筒狀體而料條不能保持水平時(shí),可在下模兩旁裝設(shè)升料導(dǎo)桿將料條舉起來離開下模到適當(dāng)?shù)母叨?料條在此水平面上進(jìn)行送料動(dòng)作.沖壓加工時(shí),上模部分的脫料板要同時(shí)將料條及升料導(dǎo)銷壓下,以保持料條的水平,脫料板中所製的溝槽深度必須要適當(dāng).如下圖2021/3/1252021/3/126浮升銷及被加工材料上下方向的間隙如果太大,送料時(shí)易造成被加工材料的變形,一般採(cǎi)用被加工材料厚度之2~3倍2021/3/1275.6.沖頭設(shè)計(jì)與固定方式?jīng)_頭依其切功能別可將之分為三部分:(1)切刃部,(2).中間部,(3).安裝部(柄部)(1).切刃部:與被加工材相接觸,是擔(dān)任沖壓加工作業(yè)之部分.(2).中間部:連接切刃部與柄部之部分.(3).柄部:將沖頭安裝固定於沖頭固定板之部分.2021/3/128沖頭切刃部之形狀雖依所要沖切,彎曲或引伸等制品的不同加工形狀而決定,其設(shè)計(jì)時(shí)依下列原則進(jìn)行:1.切刃部斷面形狀較小時(shí),為考慮沖頭的強(qiáng)度,要把中間部和柄部加粗,此為階梯形沖頭2.切刃部形狀斷面有足夠的強(qiáng)度時(shí),可將切刃部中間部及柄部制成相同形狀,此為平直沖頭3.設(shè)計(jì)沖頭時(shí)應(yīng)考此能承受加工力,以不造成座屈為原則.4.決定沖頭切刃部長(zhǎng)度之要因是切刃部斷面的大小,標(biāo)準(zhǔn)上沖頭切刃部長(zhǎng)度約其斷面大小之10倍.5.計(jì)算沖頭的座屈強(qiáng)度,一般皆采用歐拉公式,此公式求得的值為靜荷重狀態(tài)下之值.2021/3/1295.6.2沖頭沖頭的設(shè)計(jì)必須考慮其壓縮應(yīng)力及座屈問題.5.6.1.壓縮應(yīng)力

S1>=P/AS1為沖頭壓縮強(qiáng)度.A為斷面積.P為下料或沖孔壓力,P=l*t*sL為下料或沖孔周長(zhǎng),T為板厚S為材料剪斷強(qiáng)度座屈的考慮細(xì)長(zhǎng)的沖頭一端受到的壓力達(dá)到臨界壓力時(shí),易彎屈而折斷.2021/3/130沖頭挫屈強(qiáng)度2021/3/131沖頭刃部長(zhǎng)度DBB有脫料板無(wú)脫料板0.3~0.54~62~30.5~1.06~84~51.0~2.08~136~8單位:mm2021/3/1326.母模構(gòu)造與形狀設(shè)計(jì)母模是模具的主要作用元件.模的功能部分,共分為肩部,滑動(dòng)部及調(diào)整部,其中前二者並稱為刃部.鑲件是將母模的功能部分設(shè)計(jì)成塊狀,分割模塊之基本原則和注意事項(xiàng)有:1.分割模塊之外形,以采用方形或圓形等單純形狀為宜.2.分割點(diǎn)宜於角頂點(diǎn)直線與曲線之交點(diǎn).3.分割輪廓形狀時(shí)盡可能直角分割.不可作成銳角.4.為使研磨加工容易及尺寸精度能確實(shí)量測(cè),必須設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面.5.各分割模塊應(yīng)能確實(shí)予以固定保持,如為多個(gè)鑲件時(shí),各鑲件的強(qiáng)度均采均衡設(shè)計(jì).6.分割模塊應(yīng)為研磨加工容易的形狀2021/3/1337..沖切7.1.沖切加工面特性就加工材料板厚斷面而言，沖切加工面可分如圖所示之不同區(qū)域。模輥：沖切工件承受外力所造的塑性變形區(qū)域剪斷面：沖切工件承受外力低於其抗拉強(qiáng)度所形成的剪斷現(xiàn)象破斷面：沖切工件承受外力超過其抗拉強(qiáng)度所形成的破斷現(xiàn)象2021/3/1342021/3/1352021/3/1367.2沖切性質(zhì)與模具間隙項(xiàng)目模具間隙備注小適中大-制品之毛頭稍大小大大-制品之反曲小小大-制品之模輥小中大-制品之尺寸精度良良稍差-制品之破斷面小中大間隙小發(fā)生2次剪切制品之摩耗大小小-沖切力大中小-胚料與沖屑容易堵塞良好容易浮上-2021/3/1377.3模具間隙材質(zhì)精密一般軟鋼2—56—10硬鋼4—89—13矽鋼板4—67—12不銹鋼3—67—11銅1—34—7黃銅1—45—10磷青銅2—56—10銀鎳銅合金2—56—10鋁(軟)1—34—8鋁(硬)2—56—10披莫合金（permalloy）2--56--82021/3/1387.4一般沖壓可得之精度加工內(nèi)容被加工材質(zhì)厚0.25以下0.6以下1.6以下1.6以上形狀精度+/-0.025+/-0.05+/-0.13+/-0.2孔間距離+/-0.025+/-0.05+/-0.13+/-0.2孔與外形距離+/-0.03+/-0.05+/-0.15+/-0.25輪廓角度+/-5度+/-10度+/-15度+/-30度輪廓最小半徑R0.13minR0.25minR0.5minR1.0min剪斷面長(zhǎng)度0.5t0.3t0.2t0.2t毛頭高度0.025min0.05min0.13min0.3min平坦度0.05min0.10min0.15min0.3min2021/3/1397.5沖切尺寸之精度公差

單位:mm區(qū)分A級(jí)B級(jí)C級(jí)D級(jí)E級(jí)30以下+/-0.1+/-0.15+/-0.25+/-0.4+/-0.630~120以下+/-0.15+/-0.25+/-0.45+/-0.7+/-1.1120~315以下+/-0.2+/-0.4+/-0.6+/-1+/-1.6315~1000以下+/-0.3+/-0.7+/-1.1+/-1.8+/-2.81000~2000以下+/-0.5+/-1.1+/-1.8+/-3+/-4.52021/3/1407.6沖孔之最小值一般特別材質(zhì)DADA軟鋼1.0t0.7t0.4t0.3t硬鋼1.3t1.0t0.5t0.4t黃鋼1.0t0.7t0.4t0.3t鋁0.8t0.5t0.3t0.3t2021/3/1417.7孔與外形明顯變形稍微變形無(wú)變形2021/3/1427.8孔距W由脫料板精度及壓料力決定2021/3/1437.9孔槽之加工限製2021/3/1442021/3/1457.10.沖切角度形狀與毛頭銳角處易塌,造成毛頭加速發(fā)生2021/3/1467.11圓弧沖切毛頭良好2021/3/1477.12跳屑或堵塞原因及處理對(duì)策沖屑跳上主要原因有:沖頭上升造成真空吸引作用,沖剪加工時(shí)造成高壓空氣層之推上作用,油膜附著,以及沖頭壓縮力造成沖頭與材料之密著等.造成沖屑堵塞之原因有:摩擦力,沖頭與入塊的磨耗,逃孔的形狀,分割形模塊偏離,及連續(xù)沖壓造成模具切刃部分的燒著.2021/3/148沖屑跳上之改善對(duì)策:(1)圓形沖屑跳上：a.踢出銷。b.空氣吹出。c.空氣吸引。d.溝槽。e.切角。f.母模面粗糙化。(2)小孔沖屑跳上：a.沖頭前端錐形加工。b.母模刃部角的全周細(xì)小加工處理。(3)長(zhǎng)孔形沖屑跳上：除上述對(duì)策外，a.沖頭去角。b.使用偶數(shù)個(gè)數(shù)的踢出銷。c.母模刃口割斜溝。(4)異形孔沖屑跳上：異形孔受母模的拘束作用是不均的，沖切後易造成沖屑傾斜跳上，由於踢出銷置於中心會(huì)造成不良效果，須於兩個(gè)以上平衡位置處裝置踢出銷為宜。(5)側(cè)邊沖屑上?。焊纳颇改＞惺螤睢?.122021/3/1498.彎曲8.1彎曲制品之檢討8.1.1依制品品質(zhì)a)毛邊方向的考慮,因毛邊方向會(huì)影響制品的品質(zhì),甚至?xí)l(fā)生裂痕.b)材料壓延方向?yàn)閺澢€的角度會(huì)影響彎曲性,壓延方向與彎曲線成90度,其彎曲性最好.c)加工精度實(shí)例如下圖2021/3/150制品精度考量之彎曲工程2021/3/151制品精度考量之彎曲工程2021/3/1528.1.2依制品形狀彎曲部位對(duì)策實(shí)例孔接近彎曲邊，孔易變形在彎曲部接近孔處沖逃口，再?gòu)澢诮雍辖翘帥_逃口2021/3/1532021/3/154a取0.5~1度上彎時(shí)自由側(cè)不會(huì)幹?jǐn)_工件先將彎曲線外之周邊沖去2021/3/155斜邊與彎曲線夾角小於60度時(shí)，設(shè)計(jì)有高h(yuǎn)的直線部h>2t+R沖切時(shí)考慮使毛邊留在彎曲的內(nèi)角側(cè)2021/3/156彎曲部鼓起彎曲側(cè)局部沖切防止回彈A=3tB=0.1~0.5t2021/3/1578.2.1彎曲制程之檢討1.尺寸精度2.加工限制(回彈現(xiàn)象的克服)3.胚料展開2021/3/158胚料展開計(jì)算2021/3/159彎曲工程與材料壓延方向2021/3/1608.3圓角半徑與模具間隙1.沖頭圓角半徑a.當(dāng)Rp小時(shí)彎曲部位之板厚減少程度較大,彎曲強(qiáng)度差,易裂b.彎曲時(shí)毛邊在彎曲內(nèi)角側(cè)較佳,在外側(cè)易因承受拉應(yīng)力而發(fā)生裂痕c..Rp大時(shí)彎曲部位之板厚減少程度較小,回彈角度大2021/3/1612.沖頭斷面寬度對(duì)制品影響3.母模圓角半徑4.模具重合深度a.重合深度深,回彈角度小b.重合深度一般取5-6t以上c.制品彎曲線長(zhǎng)的彎曲加工,其重合深度宜加長(zhǎng).2021/3/162U形彎曲密合深度

母模斜角

母模圓角2021/3/1638.4沖頭斷面寬度對(duì)制品形狀的影響2021/3/1648.5回彈現(xiàn)象彎曲加工使平板產(chǎn)生力矩作用而成形,平板內(nèi)外分別承受壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力當(dāng)其超過材料的降伏強(qiáng)度則產(chǎn)生永久的彎曲變形.當(dāng)此力矩消失后.平板在彎曲處之材料會(huì)因內(nèi)應(yīng)力之故而發(fā)生回彈而造成稍微的變形,此稱為回彈現(xiàn)象.回彈將造成彎曲角度之減少,而且使彎曲曲率變大.板厚增大,回彈角度減小.2021/3/165最小彎曲半經(jīng)(Rmin)Rmin為制品彎曲部分在一次彎曲加工下不會(huì)發(fā)生破裂之彎曲半經(jīng).影響Rmin的因素有:a.板材厚度(t)一般情況下Rmin不宜小於板材厚度(t)b.材料寬度材料寬度越寬,Rmin越大.c.材料端面的狀態(tài)。沖切面有模輥、剪斷面、破斷面及毛頭四個(gè)部分，如果破斷面是在彎曲外側(cè)，則易導(dǎo)致彎曲破裂，此時(shí)Rmin值應(yīng)增大。d.材料性質(zhì)。e.材料壓延方向。2021/3/166

材料狀態(tài)Rmin/t與壓延方向垂直與壓延方向垂直黃銅軟00~0.5黃銅硬1~210~12磷青銅硬1~210~13洋銀（Ni、C、Z合金）硬1.5~25~6MonelMetal(NiCu合金）硬1.56~72021/3/1678.6頂出壓料設(shè)計(jì)U形彎曲加工件兩邊之彎曲角度一般上是相同的.其沖壓彎曲設(shè)計(jì)以采取兩邊同時(shí)彎曲之方式居多,利用頂出