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板料冲压

概述

板料冲压是机械制造中的重要加工方法之一，它在现代工业的许多部门都得到广泛的应用，尤其在汽车、拖拉机、电机、电器、无线电、仪器、仪表等，兵器及日用品生产等工业部门中占有重要的地位.一、定义:利用装在冲床上的冲模对金属板料加压,使之产生变形或分离,从而获得零件或毛坯的加工方法称为板料冲压.此种方法的坯料一般都是比较薄的金属板料,而且冲压时不需加热,故又称为薄板冲压或冷冲压(冷冲).只有当板料厚度超过8~10mm时,才用热冲压

/h/169.html二、特点(与锻及其他方法比较)1.原材料必须具有足够的塑性和较低的变形抗力.常用:低碳钢、铜合金、铝合金及合金钢等.2.冲件结构轻巧、强度和钢度较高.3.冲压件尺寸精度较高,质量稳定、互换性好.4.生产操作简单,生产率高,便于实现机械化和自动化.5.冲压模具结构复杂,精度要求高,制造费用高,适用于大批量生产条件下.6.可冲压出形状复杂的零件,废料少

三、基本工序

分离工序冲裁落料冲孔切断修整变形工序弯曲成形

拉深

翻边

分离工序

1.冲裁

1)定义及包含内容

定义:使金属板料沿封闭的轮廓线分离的工序

内容:冲孔:在金属板料上冲出孔洞,冲下的是废料,余下的是产品

落料:在金属板料上冲下工件,冲下的是产品,余下的是废料

二者共性:材料变形过程及模具结构一致

相异处:(1)冲孔是在板料上冲出孔洞,冲下部分是废料

(2)落料在板料上冲下工件,剩余部分是废料

2)冲裁时板料变形及分离过程

三阶段:弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段

弹性变形阶段:弹性压缩、拉伸、弯曲等变形.应力值迅速增大凸模下料及周围板料

塑性变形阶段:冲头继续运动,板料中应力值达到屈服极限

塑变深入

刃口处硬化

裂纹

断裂分离阶段:冲头继续

上下刃口裂纹扩展、重合

2.模具间隙(凸凹模间的间隙)凸模和凹模间隙应为材料厚度的5%~10%

1)间隙的影响太大:撕裂现象严重,冲裁质量恶化裂纹向里错开一段太小:上下裂纹不重合,使毛刺增大加速模具磨损,模具寿命降低.

裂纹向外错开一段2)间隙选择:①冲裁件断面质量要求高时选较小的间隙值.②对断面质量无严格要求时,应尽可能加大间隙,提高冲模寿命.3)单边间隙(C)的合理数值计算C=mδ

m系数δ板厚

3.凸凹模刃口尺寸确定(取决于冲裁件尺寸和冲模间隙)

①设计冲孔模具时,应使凸模刃口尺寸等于所要求的孔的尺寸,凹模刃口尺寸则是孔的尺寸加上两倍间隙值.②设计落料模具时,应使凹模刃口尺寸为成品尺寸,凸模则减去相应的间隙值.③落料时凹模刃口的尺寸应靠近落料公差范围内的最小尺寸;冲孔时,选取凸模靠近孔的公差范围内的最大尺寸

4.冲裁件修整修整工序:利用修整模沿冲裁件的外缘或内孔,切去一薄层金属,以除去塌角、剪带和毛刺等,进而提高冲裁件尺寸精度和表面质量

a)外缘修整修整外形

b)内孔修整修整内孔修整的机理与冲裁完全不同,与切削加工相似大间隙冲裁件:10%S小间隙冲裁件:8%S5.冲裁件排样排样:指落料件在条料、带料或板料上合理布置的方法排样合理,使废料少,提高材料利用率分为无搭边排样和有搭边排样

6.冲裁件切断

切断:用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序变形工序

一、拉深1拉深含义及实例含义:使平面板料变为开口的中空形状零件的冲压工序称拉深又称“拉延”实例:如图3-43所示

板料

杯形零件

2拉深变形过程及应力分布1)变形过程:(以图A为例)如图B分析所示

拉深工序图A拉深过程1凸模2压边圈3板料4凹模图B拉深过程中的变形和应力拉深零件底部是由凸模底部的板料OAB区金属被压入凹模而成,这部分与金属基本不变形.拉深零件侧壁(ABDC区)是由底部以外的环形部分变形而成,如继续拉深,CDFE区也将转化成侧壁

2)应力分布(规律)如图B所示底部:径向和切向拉应力侧壁:单向轴向拉应力凹模外部环形区:径向拉应力和切向压应力

3应力分布影响应力作用,拉深件壁厚在不同的部位有减薄或增厚的变化.4拉深中的废品拉深件主要受拉应力作用,当拉应力超过材料的强度极限时,拉深件将被拉穿成废品.1）拉穿现象及其影响因素现象:拉应力值超过材料的强度极限时,拉深料将补拉穿成废品.(如图3-44所示)

影响因素:(1)凹凸模的圆角半径凹凸模的圆角半径过小时,容易将板料拉穿,r凸=(0.6~0.1)r凹；r凹=10δ(2)凹凸模间隙:间隙过大过小都有影响取单边间隙C=(1.1~1.2)δ(3)拉深系数(衡量拉深变形程度的指标)含义:拉深件直径d与坯料直径D的比值称为拉深系数用“m”表示.m越小,变形程度越大易产生拉穿品m≧0.5─0.8(4)润滑:目的减小磨擦,降低拉伸件壁部的拉应力及减小磨具磨损措施加润滑剂或对坯料表面处理

2）起皱缺陷如图3-46所示原因:法兰部分在切向压应力作用下产生.影响:坯料拉断而报废

措施:采用设置压边圈(图3-47)

二、弯曲1定义及变形区变形1）定义:将平直板料弯成具有一定角度和曲率的变形工序

2）变形区变形:变形区外层金属受切向拉应力作用,发生伸长变形.内层金属受切向压应力作用,产生压缩变形,在这两个应力--应变区之间存在一个不产生应力--应变的中性层,其位置在板料中心部位.外表层:存在最大的切向拉应力和最大的伸长变形,是最危险部位,如果最大拉应力超过材料强度极限,造成板料破裂.最大拉应力:与弯曲半径r、板料厚度s及材料性能有关板料越厚,内弯曲半径r越小,拉应力越大rmin=(0.25~1)δδ-板料厚度设计弯曲件时,应使实际弯曲半径r≧最小弯曲半径rmin且下料时,使弯曲产生拉应力方向与板料内锻造流线方向一致.弯曲线与纤维方向垂直2弹复现象1）产生:在外载荷作用下,板料产生的弯曲变形由弹性变形和塑性变形两部分组成;当外载去除后,塑性变形保留下来,弹性变形部分则要恢复,从而使板料产生弯曲方向相反的变形这一现象叫弹性现象.2）影响:影响弯曲件的尺寸精度,使被弯曲的角度增大,材料屈服强度越高,弹复角越大、弯曲半径越大,在整个变形过程中,弹性变形比例越大,弹复现象严重.“曲率半径大的零件不易弯曲成形”弹复角大,回弹现象严重,不易成形3）克服措施①利用弹复规律,增大凸模压下量,或适当改变模具尺寸,使弹复后达到零件要求的尺寸.使模具的角度比成品件角度小一个回弹角,保证成品件的弯曲角度准确.②通过改变弯曲时的应力状态,把弹复现象限制在最小范围内回弹角:0至10度

三、翻边1含义:在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序(图3-51所示)

翻边工序2技术要求:凸模圆角半径r凸=(4~9)δ翻边孔直径:如果超过允许值,会使孔的边缘造成破裂,允许值用K0衡量K0~翻边系数K0=d0/dd0------翻边前孔径尺寸d-------翻边后孔径尺寸镀锡铁皮:k0≧0.65酸洗钢:k0≧0.683复合工艺:零件所需凸缘的高度较大时,直接成形困难采用先拉深,后冲孔,再翻边的工艺翻边在汽车、拖拉机、车辆等工业部门的应用更为普遍

四、成形1含义:利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序(如图3-52所示)2应用:主要用于制造刚性的筋条或增大半成品的部分内径.

（1）平板坯料胀形：Ⅰ原理：平板坯料放在凹模上，加压边圈并在压边圈上施加足够大的压边力，当凸模向凹模内压入时，坯料被压边圈压住不能向凹模内收缩，只能靠凸模底部坯料的不断变薄，来实现变形过程。Ⅱ应用：压制突起、凹坑、加强筋、花纹图及印记等，和拉深成形结合，用于增大汽车覆盖件刚度

平板坯料胀形（2）管坯胀形：Ⅰ原理：在凸模压力的作用下，管坯内的橡胶变形，直径增大，将管坯直径胀大，靠向凹模。胀形结束后，凸模抽回，橡胶恢复原状，从胀形件中取出。凹模采用分瓣式，从外套中取出后即可分开，将胀形件从中取出。有时也可以用液体或气体代替橡胶。Ⅱ应用：复杂的空心零件，例如波纹管、高压气瓶等

管坯胀形冲压件结构工艺性

冲压件的设计不仅应保证具有良好的使用性能也应具有良好的工艺性能

影响冲压件工艺性的主要因素:冲压件形状、冲压件尺寸、冲压件精度、冲压件材料

一、冲压件的形状及尺寸1对落料件及冲孔件的要求(1)落料件的外形和冲孔件的孔形力求简单对称排样时要提高材料利用率如图3-56所示昼采用圆形或矩形等规则形状如图3-57所示排样与材料关系

(2)冲裁件的结构尺寸必须考虑材料厚度如图3-58所示

(3)冲裁件上直线与直线、曲线与直线的交接处,均应用圆弧连接(避免尖角处应力集中形成裂纹)

2对弯曲件的要求(1)弯曲件形状应尽量对称,弯曲半径要大于材料允许的最小弯曲半径(2)弯曲边不宜过短H>2δ(3)弯曲带孔件,为避免变形,孔的位置要合适L>(1.5~2)δ

3对拉深件的要求(1)拉深件外形应简单、对称,深度不宜过大(2)拉深件圆角半径要合适

二、简化工艺及节省材料的设计1)对形状复杂件

可将其分成若干个简单件,分别冲压后再组合成整体件(如图3-62所示)

2)采用冲口工艺,减少组合件数量(图3-63)

3)保证使用性能的情况下,尽量简化拉深件的结构如图3