钣金冲压结构工艺设计及工序

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1、 .不用想都会收藏的钣金冲压结构工艺与工序 2017-04-18 网络 结构弹设计 结构弹设计 结构弹设计 微信号 M-Ddesign-2016功能介绍 本站主要分享电子产品结构设计实用技巧以及相关结构设计软件。产品材料与注塑成型对结构设计关键点的设计要求。欢迎相关从业者以及爱好者加入一起探讨,一起进步。欢迎回复或咨询探讨相关话题以下图文部分于公众号:庶吉士,机械网好文都是要用来收藏与分享的,再次分享一篇深度的钣金冲压知识,一木做了深度的阅读与部分信息调整,完全可以参照学习。也可以先收藏,日后再慢慢阅读。以下正文:【一】冲压产品的工艺分类(结构设计时可做参考用,不必深究)1、基本工序分类冲压工

2、艺按其变形性质可以分为材料的分离与成型两大类。分离工序是指坯料在冲压力的作用下,变形部位的应力达到抗拉强度以后,是坯料发生断裂而产生分离,从而获得所需形状与尺寸的工件的冲压工序。成型工序是指坯料在冲压力的作用下,变形部位的应力达到屈服点,但未达到抗拉强度,使坯料产生塑性变形而不发生断裂分离,从而获得所需形状与尺寸的工件的冲压工序。2、分离工序的类别分离工序按照其不同的变形机理分为冲裁、整修两大类。冲裁:指用模具沿沿一定的曲线或直线冲切板料(包括以下几类)整修是对冲裁件的断面部分进行再加工的分离加工方法,整修变形是一种切削机理,其工件的尺寸精度和断面质量比冲裁件好。3.成型工序的类别成型工序较多

3、,包括:弯曲、拉深、翻边、胀形和挤压工艺等。(具体如下:)【二】冲裁(产品结构设计深究部分)1、冲裁产品的形态与成型过程介绍冲裁产品的形态。冲裁产品的的断面分为:塌角、光亮 带、断裂带、毛刺,这四种形态是在产品冲裁过程中于不同的阶段,不同的部位、不同的应力作用下产生的。如上图1塌角 :高度约等于8%T至15%T ;2.光亮带 :高度约等于15%T至55%T ;3.断裂带 :高度约等于35%T至75%T ;4.毛刺 :高度约等于5%T至10%T1)弹性变形阶段受力分析:刃口部分材料受剪切力,力的大小小于弹性极限,若力消失,则材料恢复原始状态。状态描述:凸模施加压 力于材料,材料略挤入凹模刃口。2

4、)塑性变形阶段受力分析:材料受力由边及中心 ,逐渐超过弹性极限状态描述:凸模进一步深入材料,在本阶段冲裁件产生塌角以及光亮带3)剪裂阶段受力分析:材料靠近凹模刃口的部分应力首先达到材料的抗剪切强度,使凹模刃口旁边的材料产生的裂纹增大。而此时凸模刃口部分材料还处于塑性变形阶段,随着冲头的进一步深入材料,冲头附近材料也达到剪切强度,也产生裂纹 ,再往后两裂纹重合,材料分离。状态描述:材料分离,上下裂纹重合时相互撕扯产生毛刺【三】产品设计相关的冲裁工艺要点及设计举例(产品结构设计深究部分)1、冲裁产品的分类、作用及结构冲孔 piercing作用1.作为一般过孔使用(要求较低);2.作为自攻牙底孔使用

5、(产品设计要求光亮带比例较高);3.作为高精度转轴孔使用(要求无毛刺,少断裂带)(采用机械去毛刺的方式或模具倒面的方式)注意:设计冲孔时,由于受到凸模强度的限制, 孔的 尺寸不宜太小(一般大于0.5T)落料 stamping作用1,作为一般外形使用(要求较低);2,作为对接接头激光焊接装配使用(无毛刺、大的光亮带、小的断裂带间隙);3,作为软饰支架使用(要求卷边或者去毛刺)注意:1、产品设计时应该使冲裁件各直线或曲线的连接处有适当的圆角.(否则凹模应力集中,容易损坏);2、考虑到模具线切割的加工工艺,冲裁零件或者落料零件的最小R角不要小于R0.2。切舌、切曲 lancing作用1.作为卡扣使用

6、;2.作为限位使用;3.节约工序,提高材料的利用率,将切边与折弯两道工艺合二为一。(缺点:毛刺方向无法改变,必须与冲头方向相反)注意:要求切口部位与折弯部位距离足够大, 满足冲头强度.切舌、切曲 结构设计的注意点:1)切曲时冲头的宽度要足够大,零件设计时保证切口部位和折弯部位的距离在5mm以上,否则冲头强度低,影响模具的寿命。2)模具设计时刀口剪切部分要保证3mm左右的直边,以防止产生崩刀的现象。冲头两边要保证留有断差,从而保证先剪后弯。与冲裁相关的产品设计注意点总结1,产品设计时应该使冲裁件各直线或曲线的连接处有适当的圆角.(原因:1、普通线切割的最小R角为0.2,尖角不易保证。2、尖角处凹

7、模应力集中,模具受力后容易损坏。)2,产品设计时应该标明毛刺方向.毛刺对产品装配以及操作员工的安全都非常重要。(注意:是标注毛刺方向,不是冲压方向)3,设计冲孔时,由于受到凸模强度的限制, 孔的 尺寸不宜太小(一般大于0.5T,尽量不要让孔的直径小于0.8T)4,设计产品时,材料的抗拉强度应尽量小于630MPa,否则模具较难制造。(当产品的抗拉强度小于630MPa时,模具材料可选用普通的价格相对便宜的模具钢,如: Cr12、Cr12MoV、SKD11、 D2等。当产品的抗拉强度大于630MPa时,模具材料需选用特殊的、较贵的模具钢,如SKH-9)5,当产品设计对冲裁断面有特殊要求时必须标明各断

8、面部位可接受的最小值。6,切曲时注意在产品上设计切边角度,以便于脱模,从而减少冲头的磨损。2、冲裁模具简介1)冲孔、落料模2)去毛刺模具3)侧面冲孔模具【四】弯曲产品形态与成型过程介绍(结构设计时可做参考用,不必深究)1、弯曲产品的形态折弯成型机理:金属材料受到的应力大于弹性极限(屈服强度)而 又小于断裂极限(抗拉强度),造成板料在弯曲变形区的曲率发生变化,形成折弯。折弯受力分析:折弯时材料侧受压应力、外侧受拉应力,并且拉应力占主导作用,故材料的中性层为材料中心偏向折弯侧。中性层 :距离材料侧约等于0.255T材料的外层纤维由于受到拉应力材料产生相对移动,材料的不足由宽度方向补充。2、折弯过程

9、(以V曲为例):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矩,在弯矩作用下发生弹性变形,产生弯曲。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。3)随着凸模的继续下行,毛坯两端接触凸模斜面开始弯曲。4)压平阶段,随着凸凹模间的间隙不断变小,板料在凸凹模间被压平。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。3、弯曲产品容易出现的两类问题(回弹、开裂)1)回弹:回弹的原因:材料是由众多层的纤维排列而成的,每一层纤维的 受力情况不一样,(最外层受拉应力最大,

10、最里层受压应力最大,两种力的大小向中性层方向递减),故在折弯成形后,并不是所有的纤维层的受力都大于材料的弹性极限,所以处于弹性变形阶段的材料有回复的现象1)中性层的应力、应变为零2)中性层向侧压应力逐渐增大3)中性层向外侧拉应力逐渐增大1)冲压件在弯曲时,大部分材料层的应变都进入塑性变形区域,这些材料层不会产生回弹。2)靠中性层距离较近的材料层应变依然处在弹性变形区域,这些材料层在外力消失后(折弯冲头离开工件)会产生回弹影响回弹的因素:(1)材料的弹性极限越高,所需要的变形应 力 就越大,回弹也就越大(2) 材料的相对弯曲半径R/T越小 ,应力就越集中,弹性变形占的比例越小,回弹就越小3)开裂

11、折弯时工件的部分材料层受到的应力大于抗拉极限时,工件出现开裂现象。(离中性层越远的材料层,其应力应变越大)避免开裂的方法:避免折弯时,弯角侧的R角过小。(一般R值不小于0.5T)4、折弯产品的变形特点(1)、材料的外层纤维由于受到拉应力,材料产生相对移动,材料的不足由宽度和厚度 方向补充,故材料宽度尺寸减小。(2)、材料的层纤维由于受到压应力,层材料向宽度方向移动、致使材料层宽度增加。(3)、当宽度小于3倍的材料厚度时,以上现象明显,产品设计时应避免宽度小于3倍的材料厚度的情况。5,产品设计相关的弯曲工艺要点及设计举例(1)弯曲件的圆角半径不宜小于最小弯曲半径,以免产生 裂纹;但也不宜过大,否

12、则由于变形不彻底,回弹回较大.(一般情况下最小弯曲半径R=0.5T) 最小可以做到0.1的R。注意:1)产品设计时应避免折弯R角过小,否则易引起应力集中。2)R角尺寸必须标注在侧。(具体原因:折弯时工件贴紧冲头,冲头的R角决定了工件的R角,并且易于控制和调整。)(2)弯曲件的弯边长度不宜过小,否则在弯边时模具对材 料的支持长度太小,不容易得到形状准确的零件,弯曲件往往容易外倒. HR+2T. 也就是直升边最少是3层板材的料厚,比如材料用0.5T,那么直升边的高度要做到1.5的宽度。注意:产品设计时应避免折弯直边过小,否则易引起外倒,不易控制垂直度。(3)弯曲件不应位于零件宽度突变处折弯,以避免

13、撕裂.若必须在宽度突变处弯曲时,应事先设计工艺槽.(4)由于在弯曲时毛坯或多或少都会有滑移现象,故产品设计时应尽量设计工艺孔.6.折弯模具简介【五】成型工艺形态与过程介绍(产品结构设计深究部分)1、成型工艺分类及介绍成型机理:金属材料受到的应力大于弹性极限(屈服强度)而 又小于断裂极限 (抗拉强度),在塑性变形围产生设计人员想要的变形模式。成型工艺分类:1.拉深 2.挤压 3.翻边 4.翻孔(抽孔) 5.缩口、扩口2、产品设计相关的成型工艺要点及设计举例1)挤压挤压凸包的作用有三个:(1)作为两个零件间的自定位销使用注意:a.当凸包做定位销使用时,需要严格控制凸台的直径,一般情况下凸台的直径公

14、差可控制在+/- 0.04mm左右b.由于凸包是挤压成型的,故凸包的侧面全是光亮带;(2) 作为运动机构的限位使用(3)作为凸焊的凸点使用凸包设计的注意点及冲头尺寸:原则:1)必须保证凸包和母体之间有足够的材料连接,否则凸包易脱落。2)作为凸焊使用时凸点直径D= 2t+0.7,并且大于1.8mm.凸点高度H=(0.4t+0.25),并且大于0.5mm凸包极限高度设计尺寸如下图注意:标注凸包尺寸时,只能够控制外凸部位尺寸,不能控制凹部位尺寸。在设计凸包的时候,需要考虑冲头的大小,比如材料厚度0.5T,冲凸的直径为1.0,那么冲头的直径则为1.0减去连料厚度单边0.2,最后等于0.6。那么这个直径0.6对于模具来说,钢材要求太高,一般都要求做到冲凸直径2.0以上,保证冲头1.2以上的强度。挤压凸包模具结构:凹模的尺寸决定凸包的直径顶针和挤凸冲头共同决定凸包的高度。注意:标注凸包尺寸时,只能够控制外凸部位尺寸,不能控制凹部位尺寸。2)抽孔抽孔的作用有两个:

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