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1、第八章 基本的冲压成形工艺,第一节 普通冲裁 第二节 精密冲裁 第三节 弯曲 第四节 拉深 第五节 翻边 第六节 局部成形,第一节 普通冲裁,一、冲裁变形过程及剪切区的应力状态 1.冲裁变形过程 如图 间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为三个 阶段： 1）弹性变形阶段：变形区内部材料应力小于屈服应力 2）塑性变形阶段：变形区内部材料应力大于屈服应力 凸、凹模间隙存在，变形复杂，并非纯塑性剪切变形， 还伴随有弯曲、拉伸，凸、凹模有压缩等变形。 3）断裂分离阶段： 变形区内部材料应力大于强度极限。,2.剪切区的应力状态,图8-1,二、冲裁件断面分析,1.塌角(圆角带)刃口附近的材料产生弯曲
2、和伸长变形。 2.光面（光亮带） 塑性剪切变形面（也称剪切变面） 质量最好的区域。通常有(1/21/3)t。 3.（毛面）（断裂带） 裂纹形成及扩展。 4.毛刺区裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。此外， 间隙不正常、刃口不锋利，还会加大毛刺。 它们的比例是随板料的物理力学性能、厚度、刃口锋利 程度、模具结构等的变化而变化。,冲裁模间隙,图8-2 ZD凹d凸=2C适中间隙为：（425）t,冲裁模间隙值（ 如图8-2）对冲裁件的质 量、 模具寿命有很大的影响；对冲裁力也 有一些影响。间隙是一个非常重要的参数。,一、间隙对冲裁件质量的影响 1.间隙对断面质量的影响 在间隙适中的情况下，间隙越小，间隙
3、的均匀程度越高冲裁件断面质量越好。,间隙增加，毛刺高度会增加， 但间隙过小会使毛刺高度也和增加。,2.间隙对尺寸精度的影响,冲裁件的尺寸精度是指：冲裁件的实际尺寸与图纸 上基本尺寸之差。该差值包括两方面的偏差： 其一，模具本身的制造偏差。,模具制造精度与冲裁件尺寸精度的关系,其二，冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差；,影响的主要因素有： 冲裁间隙 、板材的性能、冲模制造精度等等。 在间隙适中的情况下，间隙偏小，弹性变形对冲裁件 的尺寸影响校小，有利于提高冲裁件的尺寸精度（其他 因素主要是通过弹性变形量来影响冲裁件的尺寸精度） 。 3.冲裁件形状误差及其影响因素 冲裁件的形状误差是指：冲裁件的实际
4、形状与图纸上理 想形状之差。主要包括冲裁件的翘曲、扭曲、变形等缺陷。 影响因素：材料性能、间隙及均匀程度、冲裁工作条件。,二、间隙对冲裁力的影响,间隙对冲裁力影响不太 大，当间隙适中时，间隙对 冲裁力的影响在10以内。 但间隙对卸料力、推件力影 响较大，随着间隙的增加， 这些力越来越小，最后为零。 结论：随着间隙的增加，冲压力 越来越小。,图8-3,三、间隙对模具寿命的影响,模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。,模具失效的原因一般有： 磨损、变形、崩刃、折断和涨裂。,小间隙将使磨损增加，甚至使 模具与材料之间产生粘结现象，并 引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、 凸凹模相互啃刃等异常损坏。,所以，为
5、了延长模具寿命，在保证冲裁件质量的前提 下适当采用较大的间隙值是十分必要的。,在间隙适中的情况下，间隙越大，模具寿命越高。,四、冲裁模间隙值的确定,1. 间隙值（ Z=D凹D凸=2C）确定原则 1）在间隙适中的情况下，间隙越大，模具寿命越高； 2）在间隙适中的情况下，间隙越小，冲裁件质量越高； 3）在间隙适中的情况下，间隙越大，冲裁力越小。 4）修磨后随着冲裁次数增多，模具磨损增加，冲裁间 隙也随之增加。 间隙取值原则：在保证冲裁件质量的前提下，使模具寿 命最长。合理间隙是一个范围值，它与工件质量、工件形 状、板厚、工件材料、凹模孔口形状有关；设计模具时（初 始间隙）应按最小合理间隙取值，使用
6、间隙比设计间隙大。,2.间隙值确定方法,1）理论确定法,2）经验确定法 公式法： Z=mt ； 查表法 间隙值是： ZmaxZmin,图8-4,3.类比法,1）非圆形比圆形的间隙大、冲孔比落料的间隙大； 2）凹模为斜刃口是比直刃口间隙小； 3）高速冲裁时间隙大； 4）热冲裁间隙小； 5） 电火花加工凹模比磨削加工凹模间隙小； 6） 硬质合金模间隙大； 7）弹性卸料间隙大； 8）冲攻丝孔间隙小。,齿圈压板精密冲裁的原理,1.小圆角一般在凹模上； 2.小间隙（1 % t）； 3.齿圈压边； 4.反向压力；,对塑性较好的材料，板厚在 8mm以下可以得到全光亮带。,与普通冲裁比较,冲裁工艺力的计算,计
7、算冲裁力的主要目的是选择冲压设备、进行模具 强度的校核。 一、冲裁力行程曲线 冲裁力：冲裁过程中，凸模对板料施加的压力。如图8-5 二、冲裁力的计算 冲裁力F一般按下式计算：,K （安全系数）一般取1.3 ，而： 1.3 b b 故冲裁力可以写成：,8-5 冲裁力行程曲线,三、卸料力、推件力及顶件力的计算,计算卸料力、推件力及顶件力的目的是： 1）选择冲压设备是有的需要考虑加上这些力的部分； 2）作为模具强度效核的依据； 3）设计弹性元件时必须有这些力作原始依据。,图8-6 卸料力、顶件力,推件力,1 .卸料力：将料从凸模上卸下来所需要的力；,卸料力：F卸=K卸F （与间隙有很大的关系） 2
8、.推件力：将料从凹模内顺着冲压方向推出所需要的力； 推件力：F推=nK推F （与间隙有很大的关系） 3 .顶件力：将料从凹模内逆着冲压方向推出所需要的力； 顶件力：F顶=K顶F （与间隙有很大的关系）,第二节 精密冲裁,精密冲裁是一种用于精确冲裁带平面产品的技术，它的剪切刃可比得上机加工的抛 光。这种既快捷又方便的加工方法值得认真思考，特别是考虑到可省掉像刨削这样的操作，零件的数目也证实了冲裁工具的成本下降了。 根据加工工件的类型可分为以下两种精密冲裁方法: （1）凸模有圆角边和小的间隙，这最适合于落料件，但是对于冲孔似乎并不能有较满 意的结果。 （2）这个方法使用一个沿外廓四周有V槽的V形夹
9、板的冲裁凸模，在一个非圆形的凸 模接触表面之前，夹具紧紧夹住落料件。,在第一种方法中，冲模的圆角半径由材料的硬度和厚度以及轮廓外形来决定。这个半 径很重要，半径增加过大会导致变形和在落料件的下侧出现毛刺。因此，重要的是要找到一个最小半径，它能对零件产生好的影响。根据不同条件，这个半径可以在0.32 mm之间。 通常精密冲裁所需的加载只是传统冲裁所需加载的10%。精密冲裁可以加工大半径和得到大的爆裂压力，因此必须注意工具设计，这就意味着让冲模完全沉入的垫板必须有足够的面积。 为了确保消除凸模偏转，牢固凸模是必要的，若不压住板块将导致失败，在设计中要 注意这点。锋利的剪切刃也值得注意，一个明显的事
10、实是凸模由高碳高铬钢制成。,工具设计中一个至关重要的问题是凸模和凹模间的间隙，它们比传统冲裁工具中的 间隙都要小些。通常规定，总的间隙在0.010.03 mm之间为好，需要强调的是，这里所说的是总的间隙而不是每一个孔或落料件。 由于间隙小，将落料件从凸模中脱离的脱模力较高，脱出材料所需的加载比普通冲裁 工具的高出10%左右。 第二种方法是:在操作中用V形凸边围绕落料件并夹紧，这样凸边压进材料中。如图所示为压力冲下时的情形，图中显示了压力板如何夹紧带钢、如何实现冲裁以及最终零件如何由下级卸料器排出。 有必要对普通冲裁和精密冲裁的不同作个正确评价。例如，用传统的冲裁工具剪切加 工时，材料的变形发生
11、在剪切区，破坏应力发生在凸模完全穿透材料之前。,带V形夹板的精密冲裁过程,精密冲裁中，剪切时破坏应力仅发生在凸凹刃口处，在剪切区材料只产生了变形。,第三节 弯曲,图1-10 弯曲变形过程 1-凸模；2-凹模,1.概述 概念：把平板毛坯、型材或管材等弯成一定的曲率、一定的角度形成一定形状零件的冲压工序。 2. 弯曲变形的特点,图8-7,a)圆角部分： 远离圆角的直边部分： 靠近圆角处的直边： (b)在变形区内： 纵向纤维bb： 纵向纤维aa： 应变中性层(图中oo层)：,(c)弯曲变形区，板料厚度发生变化。 (d)变形区的横断面变化分两种情况：宽板(板宽B与板厚t之比大于弯曲时，仍保持矩形；而窄
12、板(B3t)弯曲时，断面由矩形变成了扇形。,图8-8,3 弯曲时的应力和应变 （1）弹性弯曲 假定应变中性层的曲率半径为，弯曲角为，距 中性层为y处的纤维，其切向应变： (1) 切向应力为 (2),弹性弯曲的条件： (3) 即 (4),应力中性层0：,(2)弹塑性弯曲和线性纯塑性弯曲,图8-9 各种弯曲的应力分布 (a)弹性弯曲；(b)没有硬化的弹-塑性弯曲；(c)没有硬化的线性纯塑性弯曲；(d)、(e)有硬化的弹-塑性弯曲和纯塑性弯曲,(3) 立体纯塑性弯曲,窄板弯曲的应变状态是立体的，而宽板弯曲的应变状态则是平面的。,图8-10,（4）宽板弯曲时应力中性层位置 应力中性层的径向最大应力为：
13、,图1-14 主应力分布图,（5） 弯曲时应变中性层 的位置 应变中性层: 大圆角半径弯曲(Rt5)：应 变中性层位于板厚的 中央，由下式决定：,小圆角半径弯曲（R/t5）：应变中性层的位置根据弯曲变形前后体积不变的条件决定。,（6） 弯曲区板料厚度的变薄 以中性层为界，外层纤维受拉使厚度减薄，内层纤维受压使板料增厚。 （7） 板料长度的增加,（8）板料横截面的畸变、翘曲和拉裂,图8-11 板料弯曲后的畸变和拉裂,最小弯曲半径 r弯曲零件内表面的圆角半径，毫米； t板材的厚度，毫米。,最小弯曲半径rmin：在保证毛坯外层纤维不发生破坏的条件下，所能弯成零件内表面的最小圆角半径,最小弯曲半径,3
14、.4.1 影响最小弯曲半径的因素 (1)零件的弯曲角,图3.5 弯曲角对最小弯曲半径的影响,弯曲角越小，直边部分参与变形的分散效应越显著，最小弯曲半径值也越小。,板料的纤维方向,弯曲件的折弯线与纤维方向垂直时，最小相对弯曲半径的数值最小；如果折弯线与纤维方向平行，最小弯曲半径的数值最大。,图8-12,板料的表面和侧边质量 板料的厚度 厚度较小：切向应变变化的梯度大，很快由最 大值衰减为零。与切向变形最大的外表面相临近的 金属，可以起到阻止外表面金属产生局部不均匀延 伸的作用。,最小相对弯曲半径的经验选用,弯曲件毛坯长度的计算 变形程度较小（r/t较大）：应变中性层与弯曲毛坯 断面中心的轨迹相重
15、合，=r+t/2。 变形程度较大（r/t较小）：应变中性层不通过毛坯 断面的中心，并向内侧移动。弯曲时板厚的变薄， 致使应变中性层的曲率半径小于r+0.5t，应变中性层 的位置需根据体积不变条件确定。,弯曲工艺设计,弯曲前变形区的体积是： 弯曲后变形区的体积是： 所以 将 之值带入上式并整理后得,经验公式确定中性层的曲率半径 ：,表8-1 系数K之值,（1）有圆角半径的弯曲 弯曲件有一个弯角，毛坯长度用下式计算： 弯曲件有几个弯角，且每个弯角是逐个地分别弯曲时，毛坯 长度用下式计算：,（2）圆角半径很小（ ）时的弯曲 弯曲件的毛坯长度用等体积法计算。 弯曲前的体积： 弯曲后的体积是： 式中 x
16、系数，一般取x=0.40.6。,3.5 弯曲力与弯曲力矩的计算 弯曲时的应力与弯矩的计算 弯曲力计算及设备选择 选用的大致原则是： 式中 F压机选用的压力机吨位，牛顿； F弯曲力计算弯曲力，牛顿； P有压料板或推件装置的压力，约为弯曲力的30-80%。,弯曲件的工艺性和工艺安排 1 弯曲件的工艺性 （1）弯曲件的弯曲半径不能小于材料的许可最小弯 曲半径，否则会产生拉裂 。,（2）弯曲件的形状应对称，弯曲半径应左右一致， 以保证板料不会因摩擦阻力不均匀而产生滑动，造 成工件偏移。,图8-13,图8-14,（3）带孔的弯曲件:孔边至弯曲半径R中心的距离B与料厚有关。一般： 当t2 毫米时 Bt 当
