孔距尺寸为Ld，等于L加减0.125毫米的四分之一，即18毫米加减0.023毫米。经过校核，0.016毫米加0.025毫米等于0.040毫米，但这并不满足间隙公差的要求。因此，必须缩小尺寸并提升制造精度，以确保间隙在合理的范围内。具体来说，我们可以取0.8乘以0.01毫米等于0.008毫米，以及1.2乘以0.01毫米等于0.012毫米。对于落料，其尺寸应小于等于上述计算值。故此，我们可以得出结论： */40 例题2，如图2-17（a）所示的垫圈，采用40钢材料，其厚度为6毫米。需明确凸模与凹模刃口的尺寸和制造误差。该制件形状较为复杂，凸模与凹模通过配合的方式进行加工。该制件是通过落料冲压而成的，在模具设计阶段，以凹模作为基准，其刃口尺寸可参照图2-17（b）所示。凹模刃口磨损导致尺寸变化分为三种情形，依据表2.3.2中的公式进行计算：首先，磨损后增大的尺寸A1凹和A2凹，通过表2.3.1可得：x1等于0.5，x2也等于0.5，因此A1d等于（A1减去x1乘以1.15）的0次方加1.15除以4，计算结果为199.43加0.29；A2d等于（A2减去x2乘以0.87）的0次方加0.87除以4，计算结果为119.57加0.22。其次，磨损后减小的尺寸B凹，从表2.3.1中查得：x等于0.5，Bd等于（B加x）的0次方减去δd，即（60加0.5乘以0.74）的0次方减去0.74除以4，计算结果为60.37减去0.19。最后，磨损后尺寸保持不变的C凹，Cd等于C加δd，即60加1/8乘以0.74，计算结果为60加0.09。关于冲裁力的计算，P等于K乘以L乘以t乘以σb，近似等于L乘以t乘以σb乘以K，其中K取1.3。为了降低冲裁力，可以采取以下方法：一是加热，如第4节所述，通过加热材料并实施冲裁，可以显著降低其抗剪强度。将材料加热至700℃至900℃之间，其冲裁所需的力仅为常温时的三分之一，有时甚至更低。这种加热冲裁的优势在于大幅降低了冲裁所需的力；然而，其缺点在于断面质量不佳（如圆角较大，存在毛刺），精度较低，冲裁件上还会出现氧化层。此外，加热冲裁过程中的劳动条件较差，通常仅适用于对精度要求不高的厚料冲裁。阶梯式的模具布置具有诸多优势，它不仅能有效减少冲裁所需的力，还能适度减轻振动，确保工件精度不受损害。此外，这种设计还能防止与大型凸模距离较近的小凸模发生倾斜或断裂的情况（当所有凸模高度一致时，靠近大型凸模的小凸模在冲孔过程中，很容易受到大型凸模冲裁引起的材料流动影响，从而导致倾斜或断裂）。然而，其缺点在于刃口的修磨过程相对繁琐。阶梯冲裁适用于多枚形状凸起的模具，且这些模具的摆放位置相对均衡。各个凸起模具之间的高度差会随着板材的厚度而变化。针对较薄的板材，其高度h应等于板材厚度t；而对于厚度超过3毫米的板材，则应取h为0.5倍的t。在布置各层凸模时，应尽可能保持对称，以确保模具在受力时能够达到平衡状态。当刃口倾斜角度H增大时，所需的冲裁力会相应减小，然而凸模必须深入凹模的深度也随之增加，导致板料弯曲程度加剧。因此，通常情况下，当板料厚度为t3mm时，H值设定为2t；若厚度在3至10mm之间，则H值与t值相同。这种设计的优点在于，压力机能够在较为温和的条件下进行工作，特别是在冲裁大件时，冲裁力的降低尤为明显。然而，其缺点是模具的制造难度增加，刃口的修整变得更为困难，有时甚至需要对模具刃口的形状进行修正。在冲裁作业中，废料的弯曲程度往往会对冲裁出的零件产生一定影响，尤其是在处理较厚材料时，这种现象尤为明显。然而，这种方法适用于那些形状较为简单、对精度要求不高且材料厚度适中的大型冲裁作业。斜刃口模具进行冲裁作业，包括落料和冲孔两个步骤，其中落料部分使用凸模形成平刃口，冲孔部分则采用凹模制成平刃口。此外，还需考虑顶、推、卸料力等因素，具体计算公式为Pd=KdP、Pt=Kt·P·n、PX=KXPKd、Kt、KX。相关数据可参考图2-20和表2-10。在排样与材料的经济利用方面，首先要关注材料利用率，其计算公式为?=排样：指冲裁件在条料上的排列形式，A0代表零件面积，A为工件面积与废料面积（包括工艺废料和结构废料）之和。至于排样方法，可以分为有废料排样法、少废料排样法和无废料排样法。最后，搭边是指在排样过程中，工件之间以及工件与条料侧边之间的多余材料。影响搭边尺寸的关键因素包括：首先，需对定位误差进行补偿；其次，确保条料具备适当的刚度；再者，要保护模具的刃口部分。此外，还需考虑以下因素：材料的力学特性；工件的具体形状和尺寸；材料的厚度；以及送料和挡料的操作方式。具体内容详见表2-12。如图2.4.3所示的落料件，它包含了以下组件：下模板、卸料螺钉、导柱、固定板、橡胶、导料销、落料凹模、推件块、另一块固定板、导套、垫板、销钉、上模板、模柄、打杆、螺钉、冲孔凸模、凸凹模以及卸料板和挡料销。其中，例2的板料厚度为1毫米，材料是10号钢，尺寸d为22毫米，公差为±0.14毫米。需对冲裁件的凸模和凹模刃口尺寸进行测量，并确定其制造公差。根据表2.3.3中的数据，分析得出：该冲裁件属于落料类型，因此以凹模作为设计的主要参考件。计算时，只需关注落料凹模刃口的尺寸及公差，而凸模刃口的尺寸则可根据凹模的实际尺寸，按照间隙的要求进行相应的调整。关于落料凹模的基本尺寸计算，具体如下：首先，针对第一类尺寸，即磨损后增大的尺寸，我们可以通过公差表来查询。例如，尺寸为80mm时，我们选取x值为0.5；尺寸为15mm时，选取x值为1；而对于其他尺寸，我们统一选取x值为0.75。第三类尺寸指的是那些在磨损后基本保持不变的尺寸，而第二类尺寸则是在磨损后会有所减小的尺寸。在落料凸模的案例中，其基本尺寸与凹模一致，具体数值为79.79mm、39.75mm、34.75mm、22.07mm和14.94mm。这些尺寸无需标注公差，但在技术条件中需明确指出，即凸模的实际刃口尺寸应与落料凹模相匹配，以确保最小双面合理间隙值。关于落料凸、凹模的尺寸，包括：a) 落料凹模尺寸；b) 落料凸模尺寸。学习目标与要求包括：1. 理解冲裁变形的规律、冲裁件的质量及其影响因素；2. 掌握冲裁模间隙的确定、刃口尺寸的计算、排样设计以及冲裁力的计算等设计计算方法。第二章 冲裁 (Blanking) */40 1. 研究冲裁过程中的变形规律，以及影响冲裁件质量的诸多因素；重点在于：1. 冲裁变形的规律性分析，以及影响冲裁件质量的各种因素；2. 刃口尺寸的计算原则及其具体方法；3. 冲裁力的准确计算。刃口尺寸的计算遵循特定的原则与技巧；其中，§2-1部分对冲裁变形过程进行了深入分析，§2-2部分探讨了冲裁间隙的相关内容，§2-3部分则专注于冲裁模刃口尺寸的计算方法，§2-4部分阐述了冲裁工艺力的相关理论，而§2-5部分则讨论了排样与材料的经济利用。此外，落料是冲裁工序的核心目标，旨在获得特定形状和尺寸的外形轮廓；冲裁作为冲压工艺的基础环节，扮演着至关重要的角色。冲孔，即通过特定形状和尺寸的孔洞进行加工（如打孔或穿孔）；而工序，则是指通过这一过程将冲裁件沿着封闭的曲线进行分离。在冲裁过程中，所使用的模具被称为冲裁模，它是完成冲裁作业不可或缺的工艺工具。这种模具的凸模和凹模刃口都十分锋利，且两者之间的间隙非常小。本章主要阐述普通冲裁和精密冲裁的相关知识，其中普通冲裁部分占据重要地位，占比约40%。一、关于剪切区的力态分析，首先进行剪切区力的分析：凸模对坯料施加的作用力包括PP和FP，以及摩擦系数μPP和μFP；在§2-1中，对冲裁变形过程进行了详细分析。接着，分析凹模对坯料的作用力，包括Pd和Fd，以及摩擦系数μPd和μFd。此外，由于凸、凹模之间存在间隙，因此会产生弯矩。在剪切区应力状态分析中，首先观察到BA、DE区域的静水压应力相对较低，尤其是E点；其次，凸模刃口区域的静水压应力较凹模刃口区域更为显著；再者，刃口端面的静水压应力较侧面更高。日本学者岩田一明通过有限元方法得出的应力分布情况与上述分析基本一致，其中σ3轴向（即板厚方向）的应力小于σ1径向应力，而σ2切向应力则介于两者之间。在弹塑性力学领域，通常假定在静水压力的作用下，应变与应力遵循弹性规律，且这种作用不会导致材料的屈服。将应力分量自然而然地划分为两个部分，其一为平均正应力，亦即静水压力；其二则为偏量应力张量。在冲裁变形过程中，可以将其分为三个阶段：首先是弹性变形阶段，此时凸模的压力P较小，S值小于S值，材料将经历弯曲和拉伸变形；其次是塑性变形阶段，随着凸模压力P的增大，S值大于等于S值，材料发生塑性剪切并硬化，δ值大于等于δb值，微裂纹开始产生；最后是断裂分离阶段，凸模压入，裂纹向内部扩散，直至断裂间隙达到正常状态、刃口保持锋利。冲裁断面的特征包括断裂带、斜度、光亮带、大小、毛刺带以及圆角带（塌角）。各特征区在断面上所占的比例会因材料性质、t、c、模具结构、刃口状态的不同而有所变化。在冲裁区，应力、变形和冲裁件的正常断面状况包括冲孔件和落料件。冲裁间隙的定义为单边C等于（D-d）/2。冲裁件的质量要求包括垂直、光洁、毛刺小，且在图纸规定的公差范围内，外形满足图纸要求，表面平直，即拱弯小。这些要求涵盖了断面状况、尺寸精度和形状误差。一、探讨间隙对冲裁件品质的效应 （一）间隙C对横截面品质的效应：恰当的间隙使得裂纹能够重合，光亮带更为宽广，塌角、毛刺以及撕裂带相对较小。若C值较小，则横截面平整，且垂直度良好；经过二次剪切，可形成两个光亮带。反之，C值较大时，拉应力增大，裂纹易于产生，横截面垂直度不佳。（二）C值对尺寸精度的作用显著：C值较高时，会导致材料拉伸变形加剧；对于落料件而言，尺寸会相应减小；而对于冲孔件，尺寸则会增大。（三）C值对形状误差（即弯曲度）的影响明显：C值越大，弯曲现象越严重；C值较小，则侧向挤压引起的变形较大；对于落料件，尺寸会增大；对于冲孔件，尺寸则会减小；此外，冲裁件可能出现曲面不平的翘曲现象。这种状况的产生，是因为间隙过大、弯矩显著增加、材料发生变形拉伸以及弯曲部分数量上升，此外，材料在各个方向上的性质不同以及卷料未经矫正也可能导致翘曲现象。在冲裁件中出现的扭曲现象，表现为其形状发生扭曲，这主要是由于材料表面不平整、间隙分布不均、凹模后角与材料之间的摩擦不均匀等因素所导致。至于变形，则是由于坯料边缘的孔洞过大或孔与孔之间的距离过小等原因，导致在胀形过程中产生的。 冲裁件的形状误差： 指翘曲、扭曲、变形等缺陷。二、模具使用寿命受间隙影响分析：首先，冲裁模具的失效模式包括刃口磨损、压塌、崩刃、凸模折断和凹模涨裂；其次，模具寿命可从冲出合格品的次数来衡量，包括两次刃磨间的寿命和全部磨损后的总寿命，以及刃口磨损情况的变化；再者，间隙对模具寿命的影响体现在单位高压、塑性流动和滑动导致的端面、侧面滑动磨损和粘着磨损，其中C小意味着挤压作用强，F、P值大，μF和μP值大，进而导致磨损加剧，光亮带增大，刃口与材料摩擦距离延长，磨损随之增加，凸模端面磨损低于凹模端面（滑动受阻），而凸模侧面磨损最为严重。适当增大间隙C，可以提高模具寿命。三、间隙对冲裁力的影响：当C小，挤压作用强，材料变形抗力大，导致冲裁力增大，顶、推、卸料力也相应增大。此外，提高模具寿命的其他方法还包括增加凸模硬度、提升刃口表面粗糙度、增设压料板、提高模具导向精度和装配精度，以及改善润滑条件等。在确定合理的间隙时，需考虑以下因素：首先，根据材料的特性和厚度采用理论方法进行计算；其次，可参照表2-2中的经验数据，其中质量高者对应模具寿命较低，质量一般者模具寿命较高，质量较差者模具寿命更长。此外，表2-3展示了精密零件、仪器、仪表等应采用较小的C值，而表2-4则针对汽车、农机、日用五金等推荐较大的C值。至于冲孔的间隙c值，建议比落料时取的更大。在冲压小孔时，应适当增大c值，以避免凸模发生断裂。对于硬质合金模具，其c值应比钢模具高出30%。当凹模孔口呈锥形时，其c值可以适当减小。在电火花加工凹模的过程中，c值应比磨削加工时降低（0.5％～1％）t。当凸凹模壁较薄时，为了防止涨裂，应适当提高冲孔的c值。而在使用弹性压料板的情况下，c值可以适当增大。在高速冲压过程中，模具容易产生热量；因此，c值应当适当增大。而在热冲压阶段，材料的强度相对较低，此时c值应比冷冲压时有所减小。在冲攻丝孔的操作中，c值则应选择较小的数值。在选取表2-2中的间隙时，需结合实际情况，灵活调整间隙的大小，例如，对于由40%铝（含量超过90%）、约4%铜、少量镁和锰组成的合金，这种合金的商品名称适用于飞机工业领域。在1906年，法国的一位工程师维尔姆在实验过程中，观察到在铝合金中掺入特定比例的其他金属元素后，其硬度和强度得到了显著提升。这一发现标志着第一种铝合金的诞生，随后，杜拉金属公司成功制造出了这种合金，因此它被命名为杜拉铝。杜拉铝是一种可进行热处理强化的铝合金，它具备优良的力学特性，非常适合用于生产飞机的各种部件，比如机翼蒙皮、壁板、桁条以及翼梁等。在冲裁模刃口尺寸的计算中，需要注意以下两点：首先，冲裁件的外径应与凹模的尺寸相匹配或非常接近；其次，冲孔件的内径则应与凸模的尺寸相吻合或相近。 2．测量和使用中：落料件以大端为基准，冲孔件小端为基准。凹模磨损后尺寸会增大，而凸模磨损后尺寸则会减小，这导致了C值的上升。在刃口尺寸的计算原则中，首先在落料阶段确定Dd的值，即Dd等于Dmin，然后计算DP，DP等于Dd减去2倍的Cmin。具体来说，在冲孔阶段，先确定dP的值，即dP等于dmax，接着计算dd，dd等于dP加上2倍的Cmin。至于凸模和凹模的制造公差，通常其精度会比制件高2到3级。在模具与冲裁件（制件）的精度关系中，不同的t值对应着不同的表2-5。对于未注明的公差，IT14（圆形）对应的模具公差为IT6到IT7（非圆形）以及IT11。在尺寸计算方法方面，凸模与凹模分开进行加工，这种独立加工法适用于圆形或形状简单的零件。在落料过程中，设定落料件的尺寸为D0减去Δ，其特点是具有互换性和较短的制造周期，但Cmin的保证较为困难，因此需要提高加工精度，从而增加制造的难度。Dd等于D减去x乘以Δ再加上δd0，Dp等于Dd减去2乘以Cmin，再乘以0减去δP，δm代表允许的磨损量，且δp和δd的值见表2-6；δp加上δd不超过2乘以（Cmax减去Cmin），x代表公差的位移系数，其取值范围在0.5到1之间，详情见表2-7；工件的IT10x等于1，IT11到IT13等于0.75，IT14等于0.5。对于冲孔，设冲孔尺寸d加Δ0dp等于（d加x乘以Δ）乘以0减去δp，dd等于dp加2乘以Cmin，再乘以0加上δd，且这些值均不超过40。在凸模与凹模的配合加工中，落料件在磨削后可能增大（A10-Δ、A20-Δ、A30-Δ），Ad等于（A减去x乘以Δ）乘以0加上δd0；可能减小（B1+0、B2+0），Bd等于（B加x乘以Δ）乘以0减去δd；也可能不变，如标注C2加Δ0，Cd等于（C加Δ）加减δd；标注C30减Δ，Cd等于（C减Δ）加减δd；标注C1加减Δ′，Cd等于C加减δd，其中x是系数，取值范围在0.5到1之间，δd的标注分为单向和双向两种情况。在凸模与凹模配作时，要保证Cmin到Cmax的范围，对于磨后增大的尺寸（A1、A2、Ap），Ap等于（A减去x乘以Δ）乘以0加上δp；磨后减小的尺寸（B1、B2、B3、Bp），Bp等于（B加x乘以Δ）减去0乘以δp；磨后不变的尺寸（C1、C2、C3），标注C1加减Δ′，Cp等于C加减δp；标注C2加Δ0，Cp等于（C加Δ的一半）加减δp；标注C3减Δ0，Cp等于（C减Δ的一半）加减δp。在凸模与凹模刃口尺寸的计算举例中，以冲制图示零件为例，材料为Q235钢，料厚t等于0.5mm。对冲裁模具的凸、凹模刃口尺寸及其公差进行计算。例如，从图中可以看出，该零件仅符合常规的冲孔和落料要求，其外形尺寸以及公差18±0.09均可通过冲孔工序一并得到。根据表2.3.1中的数据，通过落料方式获取的尺寸，根据公差表，IT12级公差对应值为0.75；凸模和凹模分别按照IT6和IT7级进行加工制造，对于冲孔尺寸，其公差应满足：0.008 + 0.012 ≤ 2(0.03 - 0.02) = 0.02，这一结果符合间隙公差的要求；对于间隙公差，其公差等级为IT14级，取值x为0.5。
