第七章金属塑性成型(三-板料冲压)

§7.3板料冲压定义:利用冲模使板料产生分离或变形而得到冲压件的加工方法。冲压冷冲压（δ＜4mm）热冲压（δ＞8mm）特点：＊冲压件的尺寸精度和表面质量高。＊冲压件的互换性好,强度高,刚性好。＊生产零件尺寸的适应性强。＊生产率高，易实现机械化和自动化，适合大批量生产。＊冲模结构复杂，精度要求高，成本高。板料冲压设备剪床剪床可将板料剪成一定宽度的条料，多用于冲压前的备料。

平口刀刃适用于剪较窄的板料；圆盘刀刃用于曲线裁剪。冲床

冲床实现冲压工序，将零件冲压成型。

双动冲床传动图单柱冲床传动图

一.板料冲压的基本工序变形工序分离工序1.分离工序（1）切断：将板料沿不封闭的曲线（轮廓线）分离的冲压方法。主要用于备料。（2）冲裁：将板料沿封闭的曲线（轮廓线）分离的冲压方法。切断冲裁弯曲拉深冲裁落料冲孔冲下的部分为工件，带孔周边为废料。带孔周边为工件，冲下的部分为废料。①冲裁件的变形分离过程

板料的变形过程分为三个阶段：弹性变形阶段—凸模接触板料后，继续向下运动的阶段。此时，刃口处的板料产生弹性变形，一部分相对另一部分发生错移，但无明显裂纹。塑性变形阶段—坯料达到弹性极限后，凸模继续压入的阶段。此时，板料被凸模压进凹模孔内，材料的内应力将超过其屈服点而产生塑性变形，当内应力超过了其抗拉强度，板料的上下两面均出现微裂纹。断裂分离阶段—凸模继续下压，微裂纹迅速扩展当上下裂纹会合后，板料被切断分离。冲裁件断面变形特征冲裁件断面有四个区域：毛刺剪裂带＊材料剪断分离时形成的粗糙表面光亮带＊材料塑性变形，凸模挤压时形成的光洁表面圆角带②冲裁工艺设计1〉确定模具间隙冲裁间隙：

Z=（D-d）/2

Z=(0.05～0.1)δ＊间隙过大，材料所受拉应力大，上下裂纹不能很好重合，光亮带减小，圆角和断裂带增大，断面粗糙，表面质量比较差。＊间隙过小，材料所受压应力大，上下裂纹不能很好重合，容易出现二次光亮带，断面质量也不好；另一方面，压应力大，使得摩擦力增大，模具也容易损坏。2〉确定刃口尺寸落料模的刃口尺寸：先按落料件尺寸确定凹模尺寸，再根据模具间隙确定凸模尺寸。凸模尺寸公差取最小值。（d凹

=d工；d凸

=d凹

–2Z）凸模尺寸=凹模尺寸-模具间隙冲孔模的刃口尺寸：先按冲孔件尺寸确定凸模尺寸，再根据模具间隙确定凹模尺寸。凹模尺寸公差取最大值。（d凸

=d工；d凹=d凸

+2Z）凹模尺寸=凸模尺寸+模具间隙3〉冲裁力计算冲裁力是板料冲压时作用在凸模上的最大抗力。根据冲裁力选择冲压机的吨位。

从剪切考虑：

F=KLδτ

（K一般取1.3）L：冲裁周边长度δ：板料厚度τ：材料抗剪强度从拉伸考虑

F=Lδσbσb：材料抗拉强度4〉冲裁件排样：冲裁件在板料上的布置方法称为排样。原则：在保证冲裁件质量的前提下，尽量提高材料利用率。③冲裁件的结构工艺性冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于排样，能合理利用材料；冲裁件的转角处应设计圆角，避免尖角，以减小模具角部的磨损；冲裁件应避免长槽和细长悬臂结构；注意孔与孔距间的最小尺寸要求；（1）弯曲金属在弯矩作用下，坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的冲压工序。弯曲工序示意图2.变形工序使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。特点弯曲变形区：主要在弯曲变形角φ对应的范围内发生变形。①弯曲变形的过程与特点过程弹性弯曲变形局部塑性弯曲变形自由弯曲校正弯曲最小弯曲半径：材料不出现裂纹的弯曲半径。

rmin=（0.25～1）δ中性层：材料弯曲时，内侧受压变短，外侧受拉变长。在拉伸和压缩两个变形区之间，有一层金属在变形前后长度无变化，这一层金属就是中性层。回弹：材料弯曲时，其变形由塑性变形和弹性变形两部分组成，外载荷去除后，塑性变形保持而弹性变形消失，使弯曲件的形状和尺寸发生与加载方向相反的变化，抵消了一部分弯曲变形的结果，即：回弹。弯曲件的弯曲部位破裂原因：＊材料的强度偏低；＊弯曲半径太小；＊弯曲轴线与纤维方向平行；弯曲件的尺寸、形状不合格原因：＊弯曲回弹现象；＊零件形状不对称,弯曲过程中零件产生移动；＊弯曲件的直边高度太短；②

弯曲件的缺陷形式③

弯曲工艺设计计算弯曲件的毛坯尺寸（即：计算展开长）

L总=L直+L弯弯曲部分计算中性层长度：

L总=πφ/180（R+xδ）

X—中性层系数

φ—弯曲区中心角（°）

L总

—弯曲部分圆弧长度（mm）

R—弯曲半径（mm）δ—板厚（mm）（一般可用板厚中间处的弯曲半径直接计算弧长）弯曲力计算（可计算校正力）

F校=SpS—校正部分的投影面积p—单位面积的校正力工序安排简单件：一次弯曲；复杂件：多次弯曲（先弯两头，后弯中间）；合理选择弯曲半径R

R>rmin=(0.25～1)δ

如要R<rmin

时,需多次弯曲或热弯。设计弯曲件的直边高度应大于二倍的板厚弯曲时要注意纤维方向＊两者垂直，弯曲半径小，不易裂；＊反之，弯曲半径大，容易裂；④

弯曲件的结构工艺性弯曲件结构示意图弯折线与纤维方向示意图①拉深过程（2）拉深(拉伸、拉延)材料在一拉一压的应力状态下变形为空心状的零件(杯状)的冲压工艺方法。处于凸模底部的板料被压入凹模形成零件筒底；侧壁由底部以外的环形部分变形后形成。处于凸模底部的金属基本不变形（称为不变形区）；环形部分的受力状态是：切向受压，径向受拉，直径逐渐减小，逐步转化为侧壁（称为变形区）；②变形特点起皱原因：切向压应力较大而使板料失稳；凸、凹模之间间隙偏大；拉裂原因：拉应力超过了材料的抗拉强度；凸、凹模之间间隙偏小；③拉深件的主要缺陷合理的选用拉深系数(m)

拉深系数：m=d/D=0.5～0.8合理的采用拉深工艺在合理的拉深系数范围内,采用多次拉深工艺。M总=m1·m2……mn；且：m3＞m2＞m1；使用压边圈拉深工艺

④防止拉深件的出现缺陷的措施多次拉深力求形状简单、对称，最好是直径不变的回转体；尽量避免直径小而深度大，否则，工艺复杂且易出废品；转角处应设计圆角；拉深件的表面质量不宜要求过高；⑤拉深件的结构工艺性典型冲压件冲压工艺举例1.剪床下料（计算料样直径为74mm）；2.落料和首次拉深（m1=0.6）；3.二次拉深带整型（m2=0.74）；4.冲Ф23底孔；5.冲6个小孔Ф6；6.切边；7.检验；二.冲压模具1.简单冲模：在一次冲程中，只完成一道冲压