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1、第十一章 板料冲压 主要内容 1.1 板料冲压的基本工序11.2 冲压件结构设计要求21.3 板料冲压设备31.4 冲压模具4本章重点 1、初步掌握分离工序和变形 工序的种类、特点及应用; 2、根据各种工序的特点,合 理地选择冲压工艺参数,正确 设计冲压件结构; 3、了解常用冲压模具的结构、 特点及工作原理概 述 使板料经分离或成形而得到制件的工艺统称为冲压。 厚度小于4mm的金属薄板通常是在常温下进行冲压,故称冷冲压。 只有当板料厚度超过810mm时,才采用热冲压。 冲压的设备主要有剪床和冲床。 (1)便于实现自动化,生 产率很高,操作简便。 (2)节省原材料,节省能 源消耗。 (3)产品重
2、量轻、强度高、 刚性好。 (4)产品尺寸稳定,互换 性好,可以加工形状复杂的零件。 板料冲压具有下列特点:分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。 如落料、冲孔、切断和修整等。 1.1 板料冲压的基本工序 板料冲压的基本工序可分为分离工序和变形工序两大类。 11.1.1 分离工序 落料和冲孔统称冲裁。 落料是为了制取工件的外 形,故冲下的部分为工,带孔 的为废料。 冲孔则相反,是要制取工件的 内孔,故冲下的部分为废料,带孔 的部分为工件。落料 冲孔1、冲裁变形和分离过程 冲裁变形和分离过程可分弹性变形、塑性变形、断裂分离 三个阶段。 (a)弹性变形 (b)塑性变形 (c)断裂分离 (
3、d)断面形状 板料分离后所形成的断口区域包 括:圆角、光亮带、断裂带和毛刺等4 部分。 冲裁件断面质量的优劣、与冲模 间隙、刃口锋利程度和材料排样方式 密切相关。 冲裁变形过程2. 冲裁件断面质量及其影响因素 冲裁件正常的断面特征如下图所示,它由圆角带(a)、光 亮带(b)、断裂带(c)和毛刺(d) 四个特征区组成。 冲裁件正常的断面特征 圆角带a:是在冲裁过程中刃口 附近的材料被牵连拉入变形 (弯曲和拉伸)的结果。 光亮带b:当刃口切入金属板料 后,板料与模具侧面挤压而形成 光亮垂直的断面。 断裂带c:由刃口处产生的微裂 纹在拉应力的作用下,不断扩展 而形成的。 毛刺d:在刃口附近的侧面上材
4、 料出现微裂纹时形成的。 要提高冲裁件的质量,就要增大光亮带的高度,缩小圆角带 和毛刺高度,并减少冲裁件翘曲。3. 凸凹模间隙 凸凹模的间隙不仅严重影响冲裁件的断面质量,也影响模具寿 命、卸料力、推件力、冲裁力和冲尺寸精度。 间隙过小 间隙过大 间隙适中 当间隙过小时,光面宽度增加,圆 角、毛刺、斜度等都有所减小,工 件质量较高,但模具寿命较低。 当间隙过大时,断面光面减小,圆 角与斜度增大,形成厚而大的拉长 毛刺,且难以去除,同时冲裁的翘 曲现象严重。 当间隙合适时,光面约占板厚的 1/21/3左右,切断面的圆角、毛 刺和斜度均很小。零件的尺寸几乎 与模具一致,完全可以满足使用要 求。 单边
5、间隙c=m上次课内容回顾 锻件图的制定 (1)敷料、机械加工余量和锻造公差 2分模面的选择原则 1)要保证模锻件能从模膛中取出。 2)使模膛深度最浅。 3)分模面的上下模膛外形要一致。 4)使所需的敷料最少。 5)分模面要选择平面。 (3)冲孔连皮和模锻斜度 根据模膛的功能,锻模的模腔分为模锻模膛和制坯模膛两大类。 板料冲压的基本工序可分为分离工序和变形工序两大类。 落料和冲孔统称冲裁。 冲裁变形和分离过程可分弹性变形、塑性变形、断裂分离三个阶段。 板料分离后形成的断口区域包括:圆角、光亮带、断裂带和毛刺4部分。 要提高冲裁件的质量,就要增大光亮带的高度,缩小圆角带和毛刺高 度,并减少冲裁件翘
6、曲。4. 凸凹模刃口尺寸的确定 冲裁模刃口尺寸的计算直接关系到模具间隙和冲裁件的尺寸 精度,是模具设计中最重要的尺寸。 刃口尺寸计算的原则如下: (1)落料时,落料件的尺寸是由凹模刃口尺寸决定的,因此, 应以落料凹模为设计基准。 考虑到凹模磨损后会使落料件尺寸增大,为提高模具使用寿命, 因而凹模刃口的基本尺寸应接近于落料件的最小极限尺寸。 凸模的基本尺寸=凹模刃口的基本尺寸-最小合理间隙值。 (2)冲孔时,冲孔件的尺寸是由凸模刃口尺寸决定的,因此, 应以冲孔凸模为设计基准。 考虑到凸模磨损后会使冲孔件尺寸减小,为提高模具使用寿命, 因而凸模刃口的基本尺寸应接近于冲孔件的最大极限尺寸。 凹模的基
7、本尺寸=凸模刃口的基本尺寸+最小合理间隙值。5. 冲裁力的计算 冲裁时材料对凸模的最大抗力称为冲裁力,它是合理选 用冲压设备和检验模具强度的一个重要依据。 其大小与材质、料厚及冲裁件周边长度有关。L冲裁件周边长度(m);K系数,常取1.3;t板料厚度(m);0材料的拉剪强度(MPa);b材料的抗拉强度(MPa)0 tKLtF = 冲 平刃冲模冲裁力 或 b sLtF 冲6. 冲裁件的排样 排样是指落料件在板料或条料上合理布置的方法。 不同的排样方式对材料消耗对比 有搭边排样 无搭边排样7. 修 整 修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属,以 切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和
8、毛刺,从而提高 冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。 (a) 外缘修整 (b) 内孔修整 8. 切 断 切断是指用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。 剪刃安装在剪床上,把大板料剪成一定宽度的条料,供下一 步冲压工序用。而冲模是安装在冲床上,用以制取形状简单、精 度要求不高的平板件。11.1.2 变形工序 弯曲、拉深、起伏、翻边与翻孔、胀形等均属于变形工序。 使冲压坯料产生不破裂的塑性变形获得冲压件的工序称为 变形工序。 1. 弯 曲 将板料、型材或管材在弯矩作用下,弯成具有一定曲率和 角度的制件的成形方法称为弯曲。 弯曲过程 各种常见的弯曲件回弹现象由于弹性变形的恢复,坯料略微弹回一点
9、,使 被弯曲的角度增大。所以,凸、凹模要比所弯的角度小一回弹角。 一般回弹角为010。 弯曲时还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直。若弯曲 线与纤维方向一致,则容易产生破裂。 防止破裂,弯曲的最小半径应为rmin=(0.251)( 为金属板料的厚度)。材料塑性好,则弯曲半径可小些。 弯曲过程中,板料弯曲部分的内侧受压缩,而外侧受拉伸。 当外侧的拉应力超过板料的抗拉强度时,即会造成金属破裂。2. 拉 深 变形区在一拉一压的应力状态作用下,使平板料(或浅的空 心坯)成形为开口的空心件(深的空心件)而厚度基本不变的加 工方法称为拉深,也叫拉延。 凸模和凹模有一定的圆角,且其间隙一般稍大于板料厚度。拉
10、 深件的底部一般不变形,厚度基本不变。直壁厚度有所减小。 一、拉深过程及变形特点当筒形件直径d与坯料直径D相差较大时,不能一次拉深至产 品尺寸,而应进行多次拉深,并在中间穿插进行再结晶退火处理 ,以消除前几次拉深变形所产生的加工硬化现象。 二、拉深缺陷及预防措施 拉裂 在拉深过程中,拉深件主要受拉应力的作用。当拉 应力超过材料的强度极限时,拉深件将被拉裂形成废品, 最危险 部位是直壁与底部的过渡圆角处。(a) 拉裂 (b)折皱 折皱 在拉深过程中,其凸缘和凸模圆角部位变形最大, 凸缘部分在圆周切线方向受压应力,压应力过大时,会发生折皱, 坯料厚度愈小,拉深深度H愈大,愈容易产生折皱。 为防止折
11、皱,可采用有压板(或加压边圈)拉深。为防止拉裂通常采用如下的措施: 凸凹模的圆角半径应合适 拉深模的工作部分不能是锋利的刃口,必须做成一定的圆 角。圆角半径过小时,则容易将板料拉穿。 凸凹模的间隙应合适 拉深模的凸凹模间隙远比冲裁模大。一般取Z=(1.11.2)t,t为板厚。 合理控制拉深系数 采用多次拉深和敷涂拉深润滑剂。多次拉深时需进行中间 退火,以消除前几次拉深中所产生的硬化现象,避免拉裂。 拉深时敷涂润滑剂可减少摩擦,降低拉深件壁部的拉应力 ,减少模具的磨损。三、拉深系数与拉深次数 拉深系数 拉深直径d与毛坯直径D的比值称为拉深系数,用m表示,即md/D。它是衡量拉深变形程度的指标。
12、拉深系数不小于0.50.8。坯料的塑性差取上限值,塑性好取 下限值。拉深次数 有些深腔拉深件(如弹壳、笔帽等),由于拉深系数过小,不能 一次拉深成形,则可采用多次拉深工艺 。3.起伏、翻边、翻孔及胀形 (1)起伏在板料或制品表面上通过局部变薄获得各种形 状的凸起与凹陷的成形方法。 起伏 (2)翻边在成形板坯的边缘,沿一定的曲线翻出竖直边 缘的成形方法。 翻孔是翻边的一种特殊形式,即在预先制好孔的半成品上冲 制出竖直边缘的成形工序。 翻孔(3)胀形 (4)旋压 旋压的基本要点是: (1)合理的转速 (2)合理的过渡形状 (3)合理加力1.2 冲压件的结构设计要求 影响冲压件工艺性的主要因素有:冲
13、压件的外形、尺寸、 精度及材料。 一、冲压件的形状及尺寸 1、对冲裁件的要求 (1)落料件的外形和冲孔件的孔形应力求简单、对称。尽 可能采用圆形或矩形等规则形状,避免长槽或细长悬臂结构。 不合理的落料件外形 零件的形状与节约材料的关系(2)冲裁件的内、外形转角处,要尽量避免尖角,应以 圆弧连接,以避免尖角处应力集中被冲模冲裂。 (3)冲裁件的结构尺寸(如孔径、孔距)必须考虑材料 的厚度。2、对弯曲件的要求 (1)弯曲件形状应尽量对称,弯曲半径不能小于材料允许的 最小弯曲半径,并应考虑材料纤维方向,以免成型过程中弯裂。 (2)弯曲边过短不易弯成型,故应使弯曲边高度H2s。若H2s,则必须压槽,或
14、增加弯曲边高度,然后加工去掉。 (3)弯曲带孔件时,为避免孔的变形,孔的边缘距弯曲中心 应有一定的距离。一般L1.52s。当L过小时,可在弯曲线上冲 工艺孔,如对零件孔的精度要求较高,则应弯曲后再冲孔。(1)拉深件外形应简单、对称,且不宜太高。以便使拉深 次数尽量少,并容易成型。 (2)拉深件的圆角半径(如图示)应满足:rb2t,rd(34)t,r0.15H。否则,应增加整形工序。 (3)拉深件的壁厚变薄量一般要求不应超出拉伸工艺壁厚变 化的规律(最大变薄率约在10%18%左右)。 3、对拉深件的要求二、简化工艺及节省材料的设计 (1)复杂形状的冲压件,可分成几个简单的冲压件冲制, 然后再焊成
15、所需的零件。 冲压焊接结构零件 (2)采用冲口工艺,可减少组合件数量、节省材料和简化 工艺过程。 冲口工艺的运用三、冲压件的厚度 在强度和刚度允许的条件下,应尽可能采用较薄的材料,以 减少金属的消耗。 对局部刚度不够的部位,可采用加强筋,以实现薄材料代替 厚材料。 四、冲压件的精度和表面质量 落料不超过IT10,冲孔不超过IT9,弯曲不超过IT9IT10。 拉深件高度尺寸精度为IT8IT9,经整形工序后尺寸精度达IT6IT7。拉深件直径尺寸精度为IT9IT10。1.3 板料冲压设备 开式压力机的外形 开式压力机原理图 冲压工艺是利用模具在压力机上进行的,冲压用设备种类很 多,常用的冲压设备为各类压力机。1.4 冲压模具 冲压用模具称为冲模,根据冲模在压力机滑块的一次行程中 完成工序的性质,一般可分为简单模、连续模和复合模三类。 一、简单模 在压力机的一次行程中,只完成一道冲压工序的模具,称为简 单模。 简单冲模拉深模 落料模 冲孔模 弯曲模连续模 二、连续模(级进模) 压力机的一次行程中,在模具的不同部位上同时完成数道冲 压工序的模具,称为连续模。三、复合模 利用压力机的一次行程,在模具的同一位置完成两道或两道 以上工序的模具,称为复合模。 落料拉伸复合模改变冲裁条件,以增