锻压工艺学-冲裁.ppt

冲压工艺1概述概念：特点：分类：分离工序和成形工序。分离工序：使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，同时，冲压件分离端面的质量也要满足一定的要求。成形工序：使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，并转化成所要求的成品形状，同时也能满足尺寸精度方面的要求。,表1.1分离工序,表1.2成形工序,2冲裁概念：利用冲模使材料分离的一种冲压工序。落料：若目的是为了制取一定外形的冲落部分，则为料。冲孔：若目的是为了制取所需形状的孔（冲去的为废料），则称为冲孔。,2.1冲裁过程分析,冲裁变形过程分为三个阶段：第一阶段：弹性变形阶段，材料产生：弹性压缩、穹弯，并稍压入凹模腔口。第二阶段：塑性变形阶段，在塑剪变形的同时还伴有纤维的弯曲与拉伸。第三阶段：断裂阶段，刃口附近应力达到破坏应力时，先后在凹、凸模刃口侧面产生裂纹，裂纹产生后沿最大剪应力方向向材料内层发展，使材料分离。,剪切断面分析冲出的工件断面明显地分成三个特征区：圆角带、光亮带与断裂带。圆角带：冲裁中刃口刚压入材料时，刃口附近材料产生弯曲和伸长变形的结果。影响圆角带(塌角)大小的因素：材料性质、工件轮廓形状、凸模与凹模的间隙等。,图1-9冲裁零件的断面,光亮带：材料塑剪变形时，在毛坯一部分相对另一部分移动过程中，模具侧压力将毛坯压平而形成的光亮垂直的断面。影响因素：材料性质、凸、凹模间隙、模具刃口的磨损程度等。断裂带：由刀口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，断面粗糙，且有斜度。,图2.3冲裁区应力与应变情况a-塌角;b-光亮带;c-剪裂带；d-毛刺;-正应力;-切应力,图2.4冲裁间隙,2.2凸模与凹模之间的间隙,2.2.1间隙对冲裁件质量的影响,(1)间隙对冲裁件断面质量的影响：间隙合理：冲出的制件(或孔)断面虽有一定斜度，但比较平直、光洁，毛刺很小，且冲裁力小。,间隙过小：在上、下裂纹中间的部分产生二次剪切，制件断面的中部留下撕裂面，两头呈光亮带，在端面出现挤长的毛刺。,间隙过大：材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，材料易被撕裂，且裂纹在离开刃口稍远的侧面上产生，致使制件光亮带减小，圆角与断裂斜度增大，毛刺大而厚，难以去除。,图2.6间隙对光亮带、塌角、毛刺的影响,(2)间隙对尺寸精度的影响尺寸精度：含两方面：凸模或凹模尺寸的偏差，模具本身的制造偏差。凸凹模尺寸的偏差：工件从凹模内推出（落料）或从凸模上卸下（冲孔）时，材料的挤压变形、纤维伸长、穹弯都要产生弹性恢复造成的。影响因素：,凸、凹模间隙较大：材料受拉伸作用增大，造成：(1)落料尺寸；(2)冲孔孔径。间隙较小：材料受凸、凹模挤压力大，冲裁后，材料的弹性恢复，造成：(1)落料尺寸；(2)冲孔孔径。软钢的弹性变形量较小，冲裁后的弹性恢复量也就小。硬钢的弹性恢复量较大。,图.2.7间隙对冲裁件尺寸精度的影响,2.2.2间隙对冲裁力的影响,图2.7.1间隙大小对冲裁力的影响,图2.8.1间隙大小对卸料力的影响,2.2.3间隙对模具寿命的影响模具寿命：以冲出合格制品的冲裁次数来衡量，分两次刃磨间的寿命与全部磨损后总的寿命。凸模刃口磨钝：凹模刃口磨钝：凸、凹模磨钝：刃口磨钝还将使制件尺寸精度、断面光洁度降低，冲裁能量增大。,根据Holm法则，附着磨损时单位接触面上的磨损量：式中S-附着磨损量；p-接触压力；l-接触面相对滑动距离；s-模具材料的屈服极限；K-由于附着而引起磨损的概率。,冲裁中的接触压力即垂直力、侧压力、摩擦力均随间隙的减小而增大，且间隙小时，光亮带增大，摩擦距离增长，摩擦发热严重，所以采用小间隙将使磨损增加。凸、凹模磨损程度不同的原因：,2.2.4凸凹模间隙值的确定（1）理论确定法由图2.4的几何关系可得：式中c单边间隙，毫米；t材料厚度，毫米；b光亮带宽度，毫米；,产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度，毫米；剪裂纹与垂线间的夹角。,影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度。,表2.1b/t与值（厚度t，毫米）,(2)经验确定法c=mt式中t材料厚度，毫米；m系数，与材料性能及厚度有关。软钢、纯铁m=69%铜、铝合金m=610%硬钢m=812%对于尺寸精度、断面垂直度要求高的工件应选用较小间隙值；对于断面垂直度与尺寸精度要求不高的工件，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，可采用大间隙值。,间隙的选用主要考虑：1）在同样条件下，非圆形比圆形的间隙大，冲孔间隙比落料大。2）凹模为斜壁刃口时，比直壁刃口间隙小。3）高速冲压时间隙应增大（为什么？）。4）热冲时材料强度低，间隙应比冷冲时小。,图2.10.1不同间隙情况下的剪切断面,2.3凸、凹模刃口尺寸的计算2.3.1凸、凹模尺寸计算原则落料件尺寸由凹模刃口尺寸决定；冲孔件尺寸由凸模刃口尺寸决定。计算凸、凹模刃口尺寸时，取最小合理间隙（为什么？）。(1)落料：先确定凹模工作部分尺寸，凸模公称尺寸应比凹模公称尺寸小一个最小合理间隙值。(2)冲孔时：先确定凸模工作部分尺寸，凹模公称尺寸应比凸模公称尺寸大一个最小合理间隙值。,(3)落料件：标注单向负公差。假定工件的公称尺寸为D，工件公差为，则工件尺寸就是。冲孔件：一般为单向正公差，假定冲孔件的公称尺寸为d，工件公差为，则冲孔件尺寸为。2.3.2凸、凹模分开加工时尺寸与公差的确定凸、凹模分开加工的含义：适用于圆形或形状简单的工件。凸、凹模图纸要分别标注凸、凹模刃口尺寸与其制造公差。,（1）落料设落料件尺寸为，先确定凹模尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙。,图2.10.2冲裁模尺寸与公差,其凸、凹模工件部分尺寸的计算公式如下：,（2）冲孔设冲孔尺寸为，先确定凸模尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙。凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如下：孔心距Ld-凹模孔心距的公称尺寸；L-工件孔心距的公称尺寸；-工件孔心距的精度。,凸、凹模分开加工法，必须满足：否则应提高凸、凹模的制造精度等级或取和。优点：凸、凹模具有互换性，便于模具成批制造，适用于工件大量生产。缺点：为了保证合理间隙，需要较高的制模精度等级，模具制造困难，加工成本高。,2.3.3凸、凹模配合加工时尺寸与公差的确定凸、凹模配合加工的含义：方法：先加工出的凸模(或凹模)作为基准件，工作部分的尺寸作为基准尺寸，在与它配做的凹模(或凸模)图纸上标注相应部分的凸模公称尺寸(或凹模公称尺寸)。优点：基准件的制造公差p(或d)的大小，不受凸、凹隙大小的限制，模具制造容易，适于形状复杂冲裁件。,1落料（1）凹模磨损尺寸增加（2）凹模磨损后尺寸减小（3）凹模磨损后尺寸不变,2冲孔（1）凸模磨损后尺寸减小（2）凸模磨损后尺寸增大（3）凸模磨损后尺寸不变,2.4冲裁力和功2.4.1冲裁力和功平刃冲模的冲裁力可按下式计算：p=kLt式中P-冲裁力，牛顿；L-冲裁周边长度，毫米；t-材料厚度，毫米；-材料抗剪强度，(牛顿毫米2)；k-系数。,平刃口冲裁时，其冲裁功可按下式计算：A=mPt1000式中A-冲裁功牛顿米；t-材料厚度毫米；P-冲裁力牛顿；m-系数，与材料有关，一般取m=0.630。,图2.9斜刃冲模与阶梯凸模,斜刃冲模：斜刃冲裁力Ps：式中P用平刃冲模冲裁时所需的力，KN;K斜刃冲裁的减力系数(查表)。,阶梯凸模减力时应注意：(1)阶梯高度差H稍大于断面光亮带b。(2)各阶梯凸模的分布要注意对称（原因）。(3)先工作的凸模应是端部带有导正销的凸模。一般先冲大孔，后冲小孔（原因）。,2.4.2卸料力、推件力与顶件力卸料力：推件力：顶件力：,图2.10卸料力、推件力与顶件力,经验公式计算：式中K卸、K推、K顶分别为卸料系数、推件系数和顶件系数；P冲裁力，牛顿；n卡在凹模孔内的工件数。,影响因素：材料的机械性能和厚度、工件形状和尺寸大小、凸凹模间隙、排样的搭边大小及润滑情况等,2.5排样排样：工艺废料：结构废料：,图2.11废料分类,2.5.1排样方法(1)有废料排样(2)少废料排样(3)无废料排样,图2.12排样方法a)有废料排样；b)少废料排样；c)无废料排样,2.5.2搭边搭边：作用：影响搭边值大小的因素：（1）材料的机械性能；（2）工件的形状与尺寸；（3）材料厚度；（4）送料及挡料方式。,2.5.3条料宽度的确定进距：决定挡料销位置的依据。宽度原则：最小宽度保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大宽度保证冲裁时在导料板之间顺利地送进，并与导料板之间有一定间隙。,(1)无侧压装置的条料宽度：(2)有侧压装置的条料宽度：模具导料板之间的距离：A=B+b0B条料公称宽度，mm；D垂直于送料方向的工件尺寸，mm；al侧搭边，mm；b0条料与导料板间的间隙；条料宽度的公差，,图2.12.2条料宽度B和导料间距离A(a)无侧压装置；(b)有侧压装置1-导料板；2-凹模,(3)有侧刃的条料宽度导料板间距离：A=B+b0AD十2a1十b1n侧刃数；c侧刃冲切的料边宽度，mm；b1冲切后的条料宽度与导料板间的间隙。,2.6其他冲裁方法2.6.1整修1.外缘整修,外缘整修的质量与整修次数、整修余量以及整修模结构等因素有关。厚度小于3mm的外形简单的工件，只需一次整修。厚度大于3mm或工件有尖角时，需进行多次整修。,尖角的整修1-第一次整修；2-第二次整修,整修前落料凸、凹模的尺寸应为凸模：凹模：式中D-工件公称尺寸，mm；z-双面间隙值，mmy-整修余量，mm。,整修时所需的力可按下式近似计算：L-整修周边长度；S-总的金属切削量；n-同时卡在凹模内的零件个数；t-材料厚度；0-抗剪强度。,2内孔整修目的：校正孔的坐标位置、降低粗糙度和孔的尺寸精度。对余量的要求：修正余量：,图3.33小孔的整修,图2.32整修模双面间隙1-凹模；2-工件；3-切去的部分,2.6.2精密冲裁,方法：（1）采用极小的间隙，甚至负间隙；（2）采用带有小圆角或椭圆角的凹模(落料)和凸模(冲孔)刃口。作用：（1）；（2）；（3）,1小间隙圆角凹模冲裁落料，凹模刃口椭圆角或小的圆角，凸模普通形式，双面间隙值小于0.010.02mm，且与材料厚度无关。圆角凹模冲裁适用于塑性较好的材料。冲孔时要采用带有圆角的凸模，而凹模为普通形状。,2负间隙冲裁,2.7其它冲裁法（1）聚氨酯冲裁用聚氨酯橡胶代替钢质冲模中的凸模、凹模或凸凹模。落料时用橡胶作为凹模，凸模仍用金属材料；冲孔时用橡胶作为凸模，凹模仍用金属材料。,（2）锌基合金模冲裁锌基合金冲模采用以锌为基体的锌、铝、铜三元素合金材料，通过铸造方法制成的。落料时用锌基合金做凹模，用工具钢组凸模。冲孔时，采用锌基合金做凸模，用工具钢做凹模。（3）硬质合金模冲裁硬质合金是一种或多种难熔金属的碳化物（如碳化钨WC，碳化钛TiC等），采用粉末冶金方法制造的合金材料。优点：,2.8冲裁的工艺设计2.8.1冲裁的工艺性分析冲裁件的工艺性：要求：（1）冲裁件的形状应尽可能简单、对称、排样废料少。,（2）冲裁件的外形或内孔的交界处，应避免尖锐的清角，其交角处用适宜的圆角相连。,（3）冲裁件局部凸出或凹入部分的宽度不宜太小，应避免有窄长的切口和过窄的切槽。,B应不小于1.5t；材料为黄铜、软钢时B1.3t；材料为高碳钢时B1.39t；材料厚度t1毫米时，按t=1毫米计算。切口与槽长L5B。,（4）孔径太小时，凸模易折断或压弯。（5）孔与孔、孔与边缘之间的距离不应过小，否则会产生孔与孔间材料的扭曲，或使边缘材料变形。,(6)尺寸基准应尽可