冲压工艺和模具设计(2)

1、总结复习总结复习（a a）单向压缩单向压缩达到的达到的变形程度比单向拉深大的多变形程度比单向拉深大的多。（b b）三向压应力三向压应力状态的挤压比两向压缩一向拉深的拉拔发挥状态的挤压比两向压缩一向拉深的拉拔发挥更大的塑性。更大的塑性。（C C）因此强化三向压应力状态，）因此强化三向压应力状态，增大静水压力可以充分增大静水压力可以充分发挥材料的塑性发挥材料的塑性（d d）对于复杂的制件应在）对于复杂的制件应在模具制造结构方面改变应力状态，模具制造结构方面改变应力状态，尽量增加球应力。（静水压力）尽量增加球应力。（静水压力）（e e）在冲压加工中增加润滑油、石墨、滑石粉的作用，在冲压加工中增加润滑

2、油、石墨、滑石粉的作用，降降低拉应力。低拉应力。（f)f)加工中的硬化现象引起材料力学性能的改变，加工中的硬化现象引起材料力学性能的改变， 使得强度指标（屈服强度、抗拉强度）增大；使得强度指标（屈服强度、抗拉强度）增大； 塑性指标（伸长率、断面收缩率）下降。塑性指标（伸长率、断面收缩率）下降。 不利不利进一步加工变的困难进一步加工变的困难 有利有利能够减小过大的局部变形，变形趋于平稳、均匀、能够减小过大的局部变形，变形趋于平稳、均匀、 增大变形极限，提高材料的强度增大变形极限，提高材料的强度1-3 各种冲压成形方法的力学特点与分类一、冲压成形时的力学特点一、冲压成形时的力学特点变变 形形 区区

3、 毛坯在力的作用下产生变形毛坯在力的作用下产生变形非变形区非变形区 已经经历过变形的已变形区已经经历过变形的已变形区 尚为参与变形的待变形区尚为参与变形的待变形区 不变形区（传力区）不变形区（传力区） 在应力状态下，满足屈服准则的区域内产生塑性变形，没有满足屈服准则的区域不产生塑性变形 1 1、两向受拉的应力状态、两向受拉的应力状态 （胀形、翻孔）（胀形、翻孔） 环形毛坯的变形趋向环形毛坯的变形趋向（）变形前的模具与毛坯（）拉深（）翻边（）胀形（）变形前的模具与毛坯（）拉深（）翻边（）胀形 最大拉应力方向上的变形一定是伸长变形，应力为零最大拉应力方向上的变形一定是伸长变形，应力为零的方向上的变

4、形一定是压缩变形。由此判断在两向拉应力的方向上的变形一定是压缩变形。由此判断在两向拉应力作用下的变形会使作用下的变形会使材料边薄材料边薄。2 2、一拉一压，以拉为主的应力状态（扩口）、一拉一压，以拉为主的应力状态（扩口）3 3、一压一拉，以压为主（拉深）、一压一拉，以压为主（拉深）4 4、 两向受压（缩口）两向受压（缩口）材料变厚材料变厚材料变厚材料变厚材料变薄材料变薄二，冲压变形的分类二，冲压变形的分类1 1、伸长类变形、伸长类变形当作用在板料变形区的拉应力绝对值当作用在板料变形区的拉应力绝对值大的时候，这个方向上一定是伸长变形，板料的成形主大的时候，这个方向上一定是伸长变形，板料的成形主要

5、靠材料的伸长变形和厚度的减薄来实现。要靠材料的伸长变形和厚度的减薄来实现。2 2、压缩类变形、压缩类变形当作用在板料变形区的压应力绝对当作用在板料变形区的压应力绝对值大的时候，这个方向上一定是压缩变形，板料的成形值大的时候，这个方向上一定是压缩变形，板料的成形主要靠材料的压缩变形和厚度的增加来实现。主要靠材料的压缩变形和厚度的增加来实现。3 3、板料成形中的问题、板料成形中的问题（1 1）传力区是否有足够的强度）传力区是否有足够的强度不被拉裂不被拉裂（2 2）成形区可能会出现的问题）成形区可能会出现的问题 失稳，起皱（压缩变形）失稳，起皱（压缩变形） 失稳、拉裂（伸长变形）失稳、拉裂（伸长变形

6、） 要使材料成形顺利，必须采取措施，提高极限变形参数，要使材料成形顺利，必须采取措施，提高极限变形参数，防止起皱和拉裂防止起皱和拉裂三，提高成形极限的措施三，提高成形极限的措施1 1、提高伸长类成形极限的措施、提高伸长类成形极限的措施（1 1）减小变形不均匀程度）减小变形不均匀程度 伸长类变形的拉裂是因为局部过度变薄而出现的，因此伸长类变形的拉裂是因为局部过度变薄而出现的，因此应尽量减小局部的集中变形，使总的均匀变形程度增加。应尽量减小局部的集中变形，使总的均匀变形程度增加。 A A、如在胀形时润滑凸模，可使变形趋于平稳；、如在胀形时润滑凸模，可使变形趋于平稳； B B、采用硬化指数高的材料以

7、防止过分集中的局部变形、采用硬化指数高的材料以防止过分集中的局部变形（2 2）提高材料的塑性）提高材料的塑性 采用变形前退火，成形中间退火，消除成形过程中形成采用变形前退火，成形中间退火，消除成形过程中形成的硬化，提高成形极限。的硬化，提高成形极限。（3 3）修整毛坯边缘）修整毛坯边缘 毛坯边缘的毛刺。裂纹，硬化层等因素会导致材料毛坯边缘的毛刺。裂纹，硬化层等因素会导致材料破裂，因此在成形前对毛坯破裂，因此在成形前对毛坯清除毛刺，整修边缘清除毛刺，整修边缘，均可减，均可减少伸长类变形的破裂现象。少伸长类变形的破裂现象。2 2、提高压缩类极限的措施、提高压缩类极限的措施 压缩类变形的破坏形式主要

8、是压缩类变形的破坏形式主要是传力区受拉失稳破裂传力区受拉失稳破裂和和变变形区受压失稳起皱。形区受压失稳起皱。（1 1）提高传力区承载能力，降低变形区的抗力和摩擦阻力。）提高传力区承载能力，降低变形区的抗力和摩擦阻力。 A A 、采用、采用弹性凹模拉深弹性凹模拉深和和凸模加热凸模加热拉深，可使成形极限拉深，可使成形极限得以提高。得以提高。 （2 2）防止失稳起皱）防止失稳起皱 A A，采用，采用压边圈压边圈 B B、设计具有、设计具有较高抗失稳能力的中间半成品形状较高抗失稳能力的中间半成品形状 C C、采用、采用厚向异性指数大的材料厚向异性指数大的材料 r=r=宽宽/厚厚 （3 3）采用以降低变

9、形抗力为目的的）采用以降低变形抗力为目的的退火退火 A A、以多次拉深的、以多次拉深的中间退火中间退火，其根本作用是提高传力，其根本作用是提高传力区承载能力与变形区变形抗力的比值区承载能力与变形区变形抗力的比值 B B、伸长类变形的、伸长类变形的退火退火是以是以恢复材料的塑性为目的恢复材料的塑性为目的的。的。 B B 、选用、选用屈强比低的材料屈强比低的材料也可以实现承载能力的提高，变也可以实现承载能力的提高，变形抗力的降低，以达到易于成形的目的。形抗力的降低，以达到易于成形的目的。第二章第二章 冲裁工艺和冲裁模设计冲裁工艺和冲裁模设计冲裁是利用安装在压力机上的冲裁模冲裁是利用安装在压力机上的

10、冲裁模使材料产生分离使材料产生分离的冲压工序的冲压工序通常包括通常包括落料、冲孔、切口、切边、剖切、切断等。落料、冲孔、切口、切边、剖切、切断等。冲裁模冲裁模落料模、冲孔模，切边模，冲切模等落料模、冲孔模，切边模，冲切模等直接制作零件或者为弯曲，拉深、成形等工艺准备毛坯。直接制作零件或者为弯曲，拉深、成形等工艺准备毛坯。2 21 1冲裁变形分析冲裁变形分析一、冲裁变形过程一、冲裁变形过程压力作用开始压力作用开始 弹性变形弹性变形1 1、弹性变形阶段、弹性变形阶段 当材料内部的应力没有超过弹性极限时，当材料内部的应力没有超过弹性极限时，凸模卸载后，板料立即恢复原状。凸模卸载后，板料立即恢复原状。

11、塑性变形塑性变形屈服极限屈服极限2 2、塑性变形阶段、塑性变形阶段 板料应力达到屈服极限时，板料开始产板料应力达到屈服极限时，板料开始产生塑性剪切变形生塑性剪切变形裂纹开始裂纹开始断裂分离断裂分离3 3、断裂分离阶段、断裂分离阶段 随着凸模不断压入材料，已形成随着凸模不断压入材料，已形成的微裂纹沿最大剪应变速度方向向材的微裂纹沿最大剪应变速度方向向材料内延伸。料内延伸。 合理的间隙合理的间隙既理想状态，上既理想状态，上下裂纹完全重合，板料就被拉断分离。下裂纹完全重合，板料就被拉断分离。二、冲裁件断面质量及其影响因素二、冲裁件断面质量及其影响因素 1 1、断面特征、断面特征 （a a）圆角带）圆

12、角带冲裁过程中，由于纤维的弯曲与拉伸而形成冲裁过程中，由于纤维的弯曲与拉伸而形成的，软材料比硬材料的圆角大。的，软材料比硬材料的圆角大。（b b）光亮带）光亮带塑性变形形成，凸塑性变形形成，凸凹模侧压力将毛坯压平而形成光亮凹模侧压力将毛坯压平而形成光亮垂直的断面，通常占全部端面的垂直的断面，通常占全部端面的1/2 1/2 1/31/3。材料塑性越好，光亮带。材料塑性越好，光亮带所占的比例越大。间隙越大，光亮所占的比例越大。间隙越大，光亮带所占的比例越小。带所占的比例越小。（c c）断裂带）断裂带 刃口处的微裂刃口处的微裂在拉应力作用下不断扩展而形在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，其断面粗糙

13、，具成的撕裂面，其断面粗糙，具有金属本色且带有斜度。有金属本色且带有斜度。 （d d）毛刺）毛刺 在拉应力的作用下，在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺，裂纹首先在凹模刃口侧壁产生，继裂纹首先在凹模刃口侧壁产生，继而才在凸模刃口侧面产生，所以裂而才在凸模刃口侧面产生，所以裂纹形成时，就在落料件上端留下了纹形成时，就在落料件上端留下了毛刺。冲孔件下端留下毛刺。毛刺。冲孔件下端留下毛刺。 2 2、材料性能对断面质量的影响、材料性能对断面质量的影响 当材料的塑性较好时，冲裁时裂纹出现的较迟，材料被剪当材料的塑性较好时，冲裁时裂纹出现的较迟，材料被剪切的深度较大

14、，所得断面光亮带所占比例大，圆角和穹弯也大，切的深度较大，所得断面光亮带所占比例大，圆角和穹弯也大，断裂带较窄。断裂带较窄。 3 3、模具冲裁间隙大小对断面质量的影响、模具冲裁间隙大小对断面质量的影响 （断裂的产生方式）（断裂的产生方式） （1 1）间隙过小）间隙过小压应力成分增大，拉压应力成分增大，拉应力成分减小，材料塑性好，裂纹应力成分减小，材料塑性好，裂纹 的产生的产生被推迟，光亮带厚度增加，其他弊病减少，被推迟，光亮带厚度增加，其他弊病减少，工件质量较好。但是，上下裂纹不容易重合，工件质量较好。但是，上下裂纹不容易重合，形成第而二个光亮带，中间留有断裂层形成第而二个光亮带，中间留有断裂

15、层（2 2）、间隙过大）、间隙过大增大了拉应力，增大了拉应力，材料容易产生裂纹，塑性尽早结束材料容易产生裂纹，塑性尽早结束 断面光亮带变窄，其它弊病增加，断面光亮带变窄，其它弊病增加，质量不理想。质量不理想。 （3 3）、间隙合适时）、间隙合适时上下裂纹合成一条线，上下裂纹合成一条线，零件比较平直，圆角，零件比较平直，圆角，毛刺、斜度都不大，有毛刺、斜度都不大，有较好的综合端面质量。较好的综合端面质量。（4 4）模具刃口状态对断面质量的影响）模具刃口状态对断面质量的影响 刃口越锋利，则光亮带质量越好。刃口越锋利，则光亮带质量越好。 凸模较钝时，落料件上毛刺增大凸模较钝时，落料件上毛刺增大 凹模

16、较钝时，冲孔件上毛刺增大凹模较钝时，冲孔件上毛刺增大当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。 当模具间隙不均匀时，断面会出现不均匀的情况，对当模具间隙不均匀时，断面会出现不均匀的情况，对断面的质量也有影响。断面的质量也有影响。2-2 2-2 冲裁模具的间隙冲裁模具的间隙 冲裁间隙冲裁间隙指冲裁模中凹模刃口横向尺寸指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DADA与凸模刃与凸模刃口横向尺寸口横向尺寸dTdT的差值。的差值。冲裁的间隙不仅影响了制件的断面质冲裁的间隙不仅影响了制件的断面质量，对模具寿命、卸料力，量，对模具寿命、卸料力，冲裁力等

17、也有很大的影响。冲裁力等也有很大的影响。 一、间隙对冲裁件尺寸一、间隙对冲裁件尺寸精度的影响精度的影响 当完成冲裁以后，由于弹当完成冲裁以后，由于弹性的性的“恢复恢复”使得制件相对与使得制件相对与凸凹模尺寸产生偏差。凸凹模尺寸产生偏差。1 1、当凸凹模间隙较大时、当凸凹模间隙较大时，材料受拉深力的作用，弹性恢复使，材料受拉深力的作用，弹性恢复使得工件向实体方向收缩得工件向实体方向收缩孔变大，落料件变小孔变大，落料件变小 （推料力和卸料力大为减小，甚至为零）（推料力和卸料力大为减小，甚至为零）2 2、当凸凹模间隙较小时、当凸凹模间隙较小时，材料受挤压力的作用，弹性恢复使，材料受挤压力的作用，弹性

18、恢复使得工件向实体外方向伸张得工件向实体外方向伸张孔变小，落料件变大孔变小，落料件变大3 3 、当、当C=tC=t（14241424）%时，毛刺高度较小，变化不大，时，毛刺高度较小，变化不大， 称为毛刺稳定区。称为毛刺稳定区。4 4、软钢的弹性变形量较小，硬钢的弹性变形量较大。、软钢的弹性变形量较小，硬钢的弹性变形量较大。 冲裁件的制件精度也需要模具的制造精度来保证，故冲裁件的制件精度也需要模具的制造精度来保证，故 凸凸凹模刃口的制造公差要按照工件的尺寸要求来确定。凹模刃口的制造公差要按照工件的尺寸要求来确定。模具寿命分为模具寿命分为刃磨寿命刃磨寿命和和模具总寿命模具总寿命。模具失效的原因一般

19、有：模具失效的原因一般有：磨损磨损、变形变形、崩刃崩刃、折断折断和和涨裂涨裂。 小间隙将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘小间隙将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相结现象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏。互啃刃等异常损坏。 所以，为了延长模具寿命，在保证冲裁件质量的前提所以，为了延长模具寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采用下适当采用较大的间隙值较大的间隙值是十分必要的。是十分必要的。 一般模具制造精度高于工件一般模具制造精度高于工件2 23 3级级，材料薄的材料薄的工件其精度可以适当的低些。工件其精度可以适当的低些。二、间隙对模具寿命的影响二、间隙对模具寿命的影响三、间隙对冲裁工艺中力的影响三、间隙对冲裁工艺中力的影响1 1 、间隙增大、间隙增大拉力增大拉力增大（材料易断）（材料易断）冲裁力减小冲裁力减小 卸料力、推料力减小卸料力、推料力减小 单边间隙为（单边间隙为（5% 20%5% 20%）t t时，冲裁力下降不会超