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1、1,2,第三章 冲裁工艺,第一节 冲裁过程分析 第二节 冲裁件的质量分析 第三节 冲裁间隙 第四节 凸模和凹模工作部分尺寸的计算 第五节 冲裁力 第六节 冲裁工件的排样,3,使板料分离的冲压工艺称为冲裁。 冲裁工艺的种类很多，常用的有切断、落料、冲孔、切边、切口、剖切等。所以冲裁是分离工序的总称，其中尤以落料、冲孔应用最多。从板料上冲下所需形状的工件（或毛坯）称为落料。在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）称为冲孔。落料和冲孔的变形性质完全相同，但在进行模具工作部分设计时，要分开加以考虑。图所示的垫圈即由落料与冲孔二道工 序完成。,根据冲裁变形机理的不同，冲裁工艺可以分为普通冲裁和精密冲裁两
2、大类。所谓普通冲裁是由凸、凹模刃口之间产生剪裂缝的形式实现板料分离。而精密冲裁则是以变形的形式实现板料的分离。前者冲出的工件断面比较粗糙，精度较低。后者冲出的工件不但断面比较光洁而且精度也较高，但需要有专门的精冲设备及精冲模具。精密冲裁是一种正在不断发展与完善的冲压新工艺。本章主要讨论普通冲裁的有关问题。,垫圈的落料与冲孔 ）落料 ）冲孔,4,第一节 冲裁过程分析,一、弹性变形阶段 二、塑性变形阶段 三、剪裂阶段,5,一、弹性变形阶段,冲裁过程如图-所示。凸模与凹模具有与工件轮廓一样的刃口。凸、凹模之间存在一定的间隙。当压力机滑块把凸模推下时，便将放在凸、凹模中间的板料冲裁成所需的工件。 冲裁
3、过程是在瞬间完成的。为了控制冲裁件的质量，研究冲裁的变形机理，就需要分析冲裁时板料分离的实际过程。如图-所示是金属板料的冲裁变形过程。当模具间隙正常时这个过程大致可分为三个变形阶段。,当凸模开始接触板料并下压时，凸模与凹模刃口周围的板料产生应力集中现象，使材料产生弹性压缩、弯曲、拉伸等复杂的变形。板料略有挤入凹模洞口的现象。此时，凸模下的材料略有弯曲，凹模上的材料则向上翘。间隙愈大，弯曲和上翘愈严重。随着凸模继续压入，直到材料内的应力达到弹性极限。如图-所示。,6,二、塑性变形阶段,当凸模继续压入，板料内的应力达到屈服点，板料与凸模和凹模的接触处产生塑性剪切变形。如图-所示。凸模切入板料，板料
4、挤入凹模洞口。在板料剪切面的边缘由于弯曲、拉伸等作用形成塌角，同时由于塑性剪切变形，在切断面上形成一小段光亮且与板面垂直的断面。纤维组织产生更大的弯曲和拉伸变形。随着凸模的下压，应力不断加大，直到分离变形区的应力达到抗剪强度，塑性变形阶段结束。,7,三、剪裂阶段,当板料的应力达到抗剪强度后，凸模再向下压，则在板料与凸模和凹模的刃口接触处分别产生裂纹，如图-所示。随着凸模下压，裂纹逐渐扩大并向材料内延伸。当上、下裂纹重合时，板料便被分离。凸模再下压，将已分离的材料克服摩擦阻力从板料中推出，完成冲裁过程。,8,材料在冲裁时其变形区的应力与变形情况如图-所示。从图中可以看到，b段是冲裁件的光亮部分。
5、由于在变形过程中，此部分主要受切应力和压应力的作用，是在塑性状态下实现剪切变形的，因而能获得较光洁、平整的光亮部分。,图中c段由于凸、凹模间隙的影响，除了受切应力 的作用以外，还有正向拉应力 ，这种应力状态促使冲裁变形区的塑性下降，最终必然产生裂纹而在分离面上形成粗糙的断裂部分。从图中还可以看到，裂纹产生的位置并非对着刃口，而是在离刃口不远的侧面上。这是因为模具的刃口不可能是绝对锋利的。因此，从冲裁原理上说，冲裁件必然有一定的毛刺存在。不过，间隙合适时，毛刺的高度很小。,冲裁变形区的应力 与变形情况,9,由此可见，冲裁件的断面不很整齐，仅短短的一段光亮带是柱体。若不计弹性变形的影响，则板料孔的
6、光亮柱体部分尺寸，近似等于凸模尺寸；落料的光亮柱体部分，近似等于凹模尺寸。对于板料孔，决定与轴类零件配合性质的是它的最小尺寸，即其光亮柱体部分尺寸；对于落料件，决定与孔类零件配合性质的是它的最大尺寸，也是它的光亮柱体部分尺寸。于是，可以得出如下重要的关系式,落料尺寸凹模尺寸 （-） 冲孔尺寸凸模尺寸 （-） 这是计算凸模和凹模尺寸的主要依据。,10,第二节 冲裁件的质量分析,一、尺寸精度 二、断面质量 三、毛刺,11,一、尺寸精度,.冲模的制造精度,冲模的制造精度对冲裁件的尺寸精度有直接影响。冲模的精度愈高，冲裁件的精度亦愈高。表-所示为当冲模具有合理间隙与锋利刃口时，其制造精度与冲裁件精度的
7、关系。,12,.材料性质,由于冲裁过程中材料产生一定的弹性变形，冲裁件产生“回弹”现象，使冲裁件的尺寸与凸模和凹模尺寸不符，从而影响其精度。 材料的性质对该材料在冲裁过程中的弹性变形量有很大的影响。对于比较软的材料，弹性变形量较小，冲裁后的回弹值也少，因而零件精度较高。而硬的材料，情况正好与此相反。,.冲裁间隙,冲裁间隙对于冲裁件精度也有很大的影响。当间隙适当时，在冲裁过程中，板料的变形区在比较纯的剪切作用下被分离，冲裁后的回弹较小，冲裁件相对凸模和凹模尺寸的偏差也较小。,.冲裁件的形状,冲裁件的形状越简单其精度越高。,13,二、断面质量,对于断面质量，起决定作用的是冲裁间隙。,当间隙过大或过
8、小时，就会使上、下裂纹不能重合。如间隙过大，如图-所示，使凸模产生的裂纹相对于凹模产生的裂纹向里移动一个距离。板料受拉伸、弯曲的作用加大，使剪切断面塌角加大，光亮带的高度缩短，断裂带的高度增加，锥度也加大，有明显的拉断毛刺，冲裁件平面可能产生穹弯现象。 如间隙过小，如图-所示，会使凸模产生的裂纹向外移动一个距离。上、下裂纹不重合，产生第二次剪切，从而在剪切面上形成了略带倒锥的第二个光亮带。在第二个光亮带下面存在着潜伏的裂纹。由于间隙过小，板料与模具的挤压作用加大，在最后被分离时，冲裁件上有较尖锐的挤出毛刺。 由上可知，观察与分析断面质量是判断冲裁过程是否合理、冲模的工作情况是否正常的 主要手段
9、。,14,15,三、毛刺,由冲裁过程的分析可知，冲裁件产生微小的毛刺是不可避免的。若产品要求不允许存在微小毛刺，则在冲裁后应增加去除毛刺的辅助工序。正常冲裁中允许的毛刺高度见表-。,若冲裁过程不正常，毛刺就会明显增大，这是不允许的。产生毛刺的原因主要有两个，其一是冲裁间隙不合理。如上所述，间隙过大，会产生明显的拉断毛刺；间隙过小，会产生尖锐的挤出毛刺。显然，若间隙值合理而分布不均匀，则依然会在冲件上产生局部毛刺。其二是凸模或凹模磨钝后，其刃口处形成圆角，这是产生毛刺的主要原因。,16,第三节 冲裁间隙,冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模之间工作部分的尺寸之差。,如无特殊说明，冲裁间隙一般是指双边间隙。
10、,17,由冲裁变形过程的分析可知，决定合理间隙值的理论依据是应保证在塑性剪切变形结束后，由凸模和凹模刃口处所产生的上、下剪切裂纹重合。,由图上的几何关系可得：,综合因素的影响可以看出，材料厚度对间隙的综合影响并不是简单的正比关系。但是，概括地说，板料愈厚，塑性愈差，则间隙愈大；材料愈薄，塑性愈好，则间隙愈小。,18,第四节 凸模和凹模工作部分尺寸的计算,一、尺寸计算的原则 二、凸模和凹模分别加工时的尺寸的计算 三、凸模和凹模单配加工时的尺寸的计算 四、用单配加工法时，凸模和凹模间的尺 寸换算,19,一、尺寸计算的原则,）落料时，落料件的尺寸是由凹模决定的，因此应以落料凹模为设计基准。,）凸模和
11、凹模应考虑磨损规律。,）凸模和凹模之间应保证有合理间隙。,）凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应。,）尺寸计算要考虑模具制造的特点,制造模具时常用以下两种方法来保证合理间隙：,一种是分别加工法。,另一种是单配加工法。,20,二、凸模和凹模分别加工时的尺寸的计算,21,例3-1冲制如图-所示垫圈，材料为钢。分别计算落料和冲孔的凸模和凹模工作部分的尺寸。,22,三、凸模和凹模单配加工时的尺寸的计算,在计算复杂形状的凸模和凹模工作部分的尺寸时，往往可以发现在一个凸模或凹模上会同时存在着三类不同性质的尺寸需要区别对待。,第一类：凸模或凹模在磨损后会增大的尺寸； 第二类：凸模或凹模在磨损后会减
12、小的尺寸； 第三类：凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸。,23,24,四、用单配加工法时，凸模和凹模间的尺寸换算,在实际生产中，由于设备、加工方法、生产习惯等原因，某些工厂在模具制造中，不分落料还是冲孔，有的习惯于先做凸模，这时，如果是落料的话，就必须将落料凹模的尺寸换算到凸模上去；也有的习惯于先做凹模，这时，如果是冲孔的话，就必须将冲孔凸模的尺寸换算到凹模上去。下面分别讨论这两种换算方法。,（）落料时，把凹模尺寸换算到凸模的尺寸计算 由于先做凸模，凹模是按凸模以一定的间隙配制的，所以凹模的尺寸与公差决定于凸模的尺寸与公差以及在配制时间隙的变动范围。,25,26,例3-3 冲制图-所示冲裁件，某
13、厂习惯先做凸模（采用成形磨削法），凹模根据凸模尺寸配作。计算模具的工作部分尺寸。冲裁件材料为钢，板料厚度为.。,解： （略）,27,28,第五节 冲裁力,一、冲裁力的计算 二、降低冲裁力的措施 三、卸料力、推件力和顶件力 四、压力机所需总冲压力的计算,29,一、冲裁力的计算,冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必须的数据。,30,二、降低冲裁力的措施,当板料较厚或冲裁件较大，所产生的冲裁力过大或压力机吨位不够时，可采用以下三种方法来降低冲裁力：,.加热冲裁,.斜刃冲裁,.阶梯冲裁,斜刃冲裁的优点是压力机能在柔和条件下工作，当冲裁件很大时，降低冲裁力很显著。缺点是模具制造难度提高，刃口修
14、磨也困难，有些情况下模具刃口形状还要修正。冲裁时，废料的弯曲在一定程度上会是影响冲裁件的平整，这在冲裁厚料时更严重。因此它适用于形状简单、精度要求不高、料不太厚的大件冲裁。在汽车、拖拉机等大型覆盖件的落料中应用较多。,阶梯冲裁的优点是不但可降低冲裁力，而且还能适当减少振动，工件精度不受影响，可避免与大凸模相距甚近的小凸模的倾斜或折断（当所有凸模等高时，与大凸模接近的小凸模在冲孔时受大凸模冲裁所引起的材料流动的影响，很易使小凸模倾斜或折断）。缺点是修磨刃口比较麻烦。主要用于有多个凸模而其位置又较对称的模具。,31,三、卸料力、推件力和顶件力,冲裁时材料在分离前存在着弹性变形，在一般冲裁条件下，冲
15、裁后材料的弹性恢复，使落件或冲孔废料梗塞在凹模内，而板料则紧箍在凸模上，为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的板料卸下，将梗塞在凹模内的工件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上卸下板料所需的力称为卸料力F卸；从凹模内向下推出工件或废料所需的力称为推件力F推；从凹模内向上顶出工件或废料所需的力称为顶件力F顶，如图-所示。,32,四、压力机所需总冲压力的计算,33,第六节 冲裁工件的排样,一、排样原则 二、排样方法 三、搭边 四、送料步距与条料宽度的计算 五、排样图,34,一、排样原则,图中列出了五种排样方案,方案一：直排。 方案二：斜对排。 方案三：直对排。 方案四：另一种直对排。 方案五：在
16、保证冲件使用性能的前提下， 适当改变其形状后，仍采用直排。,排样原则如下： ）提高材料利用率。 ）使工人操作方便、安全，减轻工人的劳动强度。 ）使模具结构简单、模具寿命较高。 ）排样应保证冲裁件的质量。,冲件的多种排样法,35,二、排样方法,.有废料排样法 .少废料排样法 .无废料排样法,36,三、搭边,.搭边的作用,）起补偿条料的剪裁误差、送料步距误差以及补偿由于条料与导料板之间有间隙所造成的送料歪斜误差的作用。若没有搭边则可能发生工件缺角、缺边或尺寸超差等废品。 ）使凸、凹模刃口双边受力。由于搭边的存在，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓线冲裁，受力平衡，合理间隙不易破坏，模具寿命与工作断面质量都能提高。 ）对于利用搭边拉条料的自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，以保证条料的连续送进。,.搭边的数值,搭边过大，浪费材料。搭边太小，起不到上述应有的作用。过小的搭边还可能被拉入凸模和凹模的间隙，使
