《精编》冲裁的基本原理与冲压模具的结构

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1、Div KSRDLCDRDCenterLCDBU 一 相關概念 在常溫狀態下 把坯料放入模具中 通過壓力機和模具對坯料施加壓力 使坯料分離或變形 制成需要的零件 這種模具裝備稱為冷沖模 沖壓加工的特點 冷冲压的生产率高 操作简便 便于实现机械化与自动化 而且冲压产品的尺寸精度主要是由模具保证的 质量稳定 1 按加工的形式或內容分為 沖裁模 將一部分材料與另一部分材料分離的模具 切邊 下料模 彎曲模 將坯料彎曲成一定形狀的模具 折彎模 拉延模 將坯料拉延成開口空心的零件或進一步改變空心工件形狀或尺寸的模具 拉伸模 成形模 將沖裁 彎曲或拉延的工件 進一步改變其局部形狀的模具 2 按照模具結構分

2、簡單沖裁模 工程模 在沖床每一次行程中只能完成同一種沖裁工序的模具 這類模具有沖孔模 下料模U曲模 V曲模 拉深模 切断模 铆接模 整形模等 沖孔模 下料模 復合沖裁模 復合模 在沖床每一次行程中 在模具同一位置上能完成几個不同的沖裁工序的模具 連續沖裁模 連續模 在沖床每一次行程中 按一定的順序 在模具的不同位置完成兩種或兩種以上的沖裁工序的模具 二 沖裁的基本原理 冲裁时材料分离过程可分为三个阶段 1 彈性變形階段板料在凸模压力作用下 首先产生弹性压缩 拉伸等变形 此时凸模略微挤入板料内 板料的另一面也略微挤入凹模刃口内 凸模端部下面的材料略有弯曲 凹模刃日上面的材料开始上翘 间隙越大 弯

3、曲和上翘越严重 板料在凸 凹模刃口处形成初始塌角 这时材料内部应力尚未超过弹性极限 当外力去掉后材料能恢复原状 此阶段称为弹性变形阶段 2 塑性變形階段塑性变形 外力作用超出材料的强度极限 产生断裂纹 当凸模继续压入 压力增加 材料内部的应力也随之加大 在材料内的应力达到屈服极限时便开始进入塑性变形阶段 在这一阶段中随着凸模挤入材料的深度逐渐增加 材料的塑性变形程度也逐渐增大 由于刃日处间隙的存在 材料内部的拉应力及弯矩也都增大 使变形区材料硬化加剧 直到刃口附近的材料由于拉应力及应力集中的作用开始出现微裂纹 此时 冲裁变形力也达到最大值 微裂纹的出现说明材料开始破坏 塑性变形阶段也告结束 3

4、 剪裂階段 断裂分离阶段微裂纹不断向材料内扩展延伸 重合 材料断裂分离 凸模继续下降 已产生的上 下微裂纹不断扩大并向材料内部延伸 当上 下裂纹相遇重合时 断开始分离产生粗糙的断裂带 当凸模再往下降 将冲落部分挤出凹模洞口 至此 凸模回升完成整个冲裁过程 塌角带由主单性变形阶段产生初始塌角 带动边塑性变形阶段 光亮带产生于塑性变形阶段 断面较光洁平整 是质量最佳的一段 断裂带撕裂造成的 表面粗糙而无光泽 并带有锥度 毛刺区产生微裂时便产生毛刺 断面质量受冲裁条件的不同而不同 如 刃口间隙 刃口形状 锋利程度 冲裁力 润滑条件 板料质量 表面质量 板料种类 性能 冲压生产要求冲裁件有较大的光亮带

5、 尺量减少断裂带区域的宽度 材料塑性愈好 光亮带愈大 断裂带愈小 同时 圆角毛刺亦增大 二 普通冲裁件的断面特征 常用冲压材料 三 沖裁凸模 凹模間間隙的設定 沖裁模的凸模橫段面 一般都小於凹模孔 凸模和凹模間有適當空隙 稱為間隙 普通材料的沖裁單邊間隙面為材料厚度的5 6 通常情况下 模间隙越小则光亮带比重越大 毛刺也越长 三 沖壓模具的結構 1 凸模 结构形式主要根据冲裁件的形状和尺寸来定的 1 1 圆形凸模标准式 分AB两种形式 其中B型适合于冲裁8 30mm的孔径 A型适合于冲1 20mm的孔径 要保证凸模的刚性及强度 增加过渡段及采用滑过渡 护套式 凸模结构 用于冲小孔 孔径与料厚较

6、接近 大型落料凸模 采用凹座螺钉紧固 或镶配式 工作部分用模具钢 非工作部分用一般钢 节省材料 端部做成凹形 减少与工作的接触面积 防止由于端部不平造成成对板料的不平衡冲击 侧边做成凹型 防止增加凸模与凹模及工作的磨擦力 1 2 非圆形凸模 对于复杂冲裁件 其中装配部分做成圆形或方形 以方便装配 工作部分由冲裁件决定开头如果采用线切割 则安装部分开头与工作部分一样 一 工作零件 2 凹模 1 整体式 2 镶拼式 用于大型 开头复杂的零件 其优点是 可把原来形状 复杂的凹模内表面加工变成外表面的加工 节约材料 减少热处理变形 但镶拼装配困难 3 凸凹模 它是复合冲裁中的一个特殊零件 其内形刀口起

7、冲孔凹模作用 其外形刃口起落料凸模作用 外形按凸模设计 内形按凹模设计 设计的关键是要保证内形和外形之间的壁厚强度 凸凹模内孔按一般凹模式设计 外形按一般凸模设计 关键是要保证内形与外形之间的壁厚强度 4 尺寸计算原则 1 落料件的尺寸取决於凹模尺寸 冲裁件的尺寸取决於凸模尺寸 2 计算尺寸时要考虑磨损情况 落料时 凹模取最小的尺寸 冲孔时凸模取最大尺寸 一 工作零件 1 挡料销钉1 1 固定挡料销圆形挡料销 应用较多的销钉 柱销式挡料销 适合于坯料的搭边值较宽的情况 钩形挡料销 适合于搭边值较小或细长状孔的冲裁挡料1 2 活动挡料销弹簧式 橡胶式常用于倒装式带活性卸料板的冲模冲 回带式挡料销

8、 常用于有固定卸料板的冲模中 1 3 临时挡料销 亦称作始用挡料销或首次挡料销 常用于连续模中 条料首次冲裁时使用 二 定位零件 导正销 钉 连续模上用来对条料确定位的 保证工件内形与外形相对位置精度 装于废料凸模上 落料前篝行内孔导向 清除送料步距的误差 结构 头部有锥形的导入部分和柱形的定位部分 二 定位零件 侧刃I型 没有侧刃凸台 易产生侧向推力适方冲裁力不大的薄板冲裁II型 有侧刃凸台 凸台与侧面导板接触 冲裁时可消除侧向推力 可分矩形 凹型 L型侧刃三种 导尺 导料板 对板料送料起导向作用 防止送料倾斜 常用于简单冲裁模与连续冲裁模中 结构 可与卸料板合为体或与卸料板分离 二 定位零

9、件 三 卸料装置 3 1卸料板 3 2顶件装置与推件装置顶件装置 用于薄料的冲模 装于下模 使工件平整 推件装置 用于冲裁厚而硬的料件 三 卸料装置 3 1卸料板 3 2顶件装置与推件装置顶件装置 用于薄料的冲模 装于下模 使工件平整 推件装置 用于冲裁厚而硬的料件 五 冲压力 冲压力是指在冲裁时 压力机应具有的最小压力 P冲压 P冲裁 P卸料 P推料 P顶件 冲压力是选择冲床吨位 进行模具强度 刚度校核依据 冲裁力计算 P冲 Lt b其中 P冲裁 冲裁力L 冲裁件周边长度t 板料厚度 b 材料的强度极限一般情况下P冲压取1 3 1 5倍的P冲 1 拉深是利用模具将平板毛坯或半成品毛坯拉成开口

10、空心件的一种冷冲压工艺 1 1拉深工艺可制成的制品形状有 圆筒形 阶梯形 球形 锥形 矩形及其它各种不规则的开口空心零件 1 2拉深工艺与其它冲压工艺结合 可制造形状复杂的零件 如落料工艺与拉深工艺组合在一起的落料拉深复合模 日常生活中常见的拉深制品有 旋转体零件 如搪瓷脸盆 铝锅 方形零件 如饭盒 汽车油箱复杂零件 如汽车覆盖件 1 3拉深时压边圈先把中板毛坯压紧 凸模下行 强迫位于压边圈下的材料 凸缘部分 产生塑性变形而流入凸凹模间隙形成圆筒侧壁 拉深材料的变形主要发生在凸缘部分 拉深变形的过程实质上是凸缘处的材料在径向拉应力和切向压应力的作用下产生塑性变形 凸缘不断收缩而转化为筒壁的过程

11、 这个过程中变形程度最大的是凸缘部分 对于拉深模具而言 有两个指标很重要 拉深间隙拉深间隙对拉深件筒形直壁部分有校正作用 间隙大 则校正作用减小 效果不明显 形成口大底小的锥形 间隙减小 则拉深力增大 易造成拉破的现象 而且模具的磨损快 考虑到拉深中外缘的变厚 除最后一次拉深间隙取等于或略小于板料厚度以外 以保证工件精度 其余拉深都应把间隙取为稍大于材料厚度 凸凹模圆角半径凹模圆角半径对拉深件影响更大 凹模圆角不能小 但太大 易造成压边面积小而起皱 而且拉深过程中 凸缘较早离开压边圈 亦会引起起起皱现象 凸模圆角小 圆角材料变薄严重 易拉裂 弯曲 1 弯曲工艺 是根据零件形状的需要 通过模具和

12、压力机把毛坯弯成一定角度 一定形状工件的冲压工艺方法 2 弯曲成形工艺在工业生产中的应用 应用相当广泛 如汽车上很多履盖件 小汽车的柜架构件 摩托车上把柄 脚支架 单车上的支架构件 把柄 小的如门扣 夹子 铁夹 等 3 弯曲的过程 3 1凸模运动接触板料 毛坯 由于凸 凹模不同的接触点力作用而产生弯短矩 在弯矩作用下发生弹性变形 产生弯曲 3 2随着凸模继续下行 毛坯与凹模表面逐渐靠近接触 使弯曲半径及弯曲力臂均随之减少 毛坯与凹模接触点由凹模两肩移到凹模两斜面上 塑变开始阶段 3 3 随着凸模的继续下行 毛坯两端接触凸模斜面开始弯曲 回弯曲阶段 3 4 压平阶段 随着凸凹模间的间隙不断变小

13、板料在凸凹模间被压平 3 5 校正阶段 当行程终了 对板料进行校正 使其圆角直边与凸模全部贴合而成所需的形状4 弯曲变形的特点是 板料在弯曲变形区内的曲率发生变化 即弯曲半径发生变化 从弯曲断面可划分为三个区 拉伸区 压缩区和中性层 5 在实际生产中 弯曲件的主要质量总是有回弹 滑移 弯裂等5 1回弹 由于弹性回复的存在 使弯曲件弯曲部分的曲率半径和弯曲角度在弯曲外力撤去后 工件从模具中取出后 发生变化 与加工中在模具里的形状发生变化 的现象称弹性回复跳 回弹 5 1 1材料的机械性能与屈服极限成正比 与弹性模数E成反比 5 1 2相对弯曲半径r t r越小 变形量越大 弹性变形量所占变形量比

14、例越小 回弹越小 5 1 3弯曲力 弯曲力适当 带校正成分适合 弯曲回弹很小 5 1 4磨擦与间隙 磨擦越大 变形区拉应力大 回弹小 凸 凹模之间隙小 磨擦大 校正力大 回弹小 5 1 4弯曲件的形状 弯曲部分中心角越大 弹性变形量越大 回弹大 形状越复杂 回弹时各部分相应牵制 回弹小 5 2弯曲件的弯裂弯曲件变形区外边是拉伸区 当此区的拉应力超出材料的应力极限时 强度极限 就产生裂纹 弯曲件的相对弯曲半径r t越小 则变形越大 越易拉裂 5 3弯曲件的滑移由于毛坯与模具之间磨擦的存在 当磨擦力不平衡时造成毛坯的移位 称作滑移 使弯曲件的尺寸达不到要求 5 3 1产生滑移的原因 由于两边磨擦力

15、不等 A 工作不对称 毛坯两边与凹模接触面不相等 B 凹模两边的边缘圆角半径不相等 半径小 磨擦力更大 C 两边折弯的个数不一样 D V形弯曲中凹模不是中心对称 角度小的一边正压力大 磨擦大E 凹模两边的间隙和润滑情况不一样 6 弯曲件设计注意事项6 1 最小弯曲半径 6 2 弯曲件直边高度弯曲件的弯曲边高度不宜太小 h R 2t 如弯曲边高度太小 则难以形成足够的弯矩 6 3 阶梯形弯曲件的弯曲 阶梯毛坯进行弯曲时 在阶梯根部易产生裂纹 需把阶梯根部设计在弯曲变形区之外 或采用切槽的方法 6 4 弯曲件的孔边距 如果预先冲出的孔位于板料的弯曲变形区 则弯曲后孔要发生变形 要把孔设计在弯曲变形区以外 孔壁与弯曲半径r中心的距离Z与板料厚度有关 Theend