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1、冲压工艺1 概述概念:特点:分类:分离工序和成形工序。 分离工序:使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离,同时,冲压件分离端面的质量也要满足一定的要求。 :使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形,并转化成所要求的成品形状,同时也能满足尺寸精度方面的要求。 1表1.1 分离工序2表1.2 成形工序3452 冲裁概念:利用冲模使材料分离的一种冲压工序。落料:若目的是为了制取一定外形的冲落部分,则为料。冲孔:若目的是为了制取所需形状的孔(冲去的为废料),则称为冲孔。 62.1 冲裁过程分析冲裁变形过程分为三个阶段:第一阶段:弹性变形阶段,材料产生:弹性压缩、穹弯,并稍压入凹模腔口。第二阶段:塑性变形阶
2、段,在塑剪变形的同时还伴有纤维的弯曲与拉伸。第三阶段:断裂阶段,刃口附近应力达到破坏应力时,先后在凹、凸模刃口侧面产生裂纹,裂纹产生后沿最大剪应力方向向材料内层发展,使材料分离。7剪切断面分析 冲出的工件断面明显地分成三个特征区:圆角带、光亮带与断裂带。 圆角带:冲裁中刃口刚压入材料时,刃口附近材料产生弯曲和伸长变形的结果 。影响圆角带(塌角)大小的因素 :材料性质、工件轮廓形状、凸模与凹模的间隙等。 图1-9 冲裁零件的断面8光亮带:材料塑剪变形时,在毛坯一部分相对另一部分移动过程中,模具侧压力将毛坯压平而形成的光亮垂直的断面。影响因素:材料性质、凸、凹模间隙、模具刃口的磨损程度等。断裂带:
3、由刀口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面,断面粗糙,且有斜度。 9图2.3 冲裁区应力与应变情况 a-塌角;b-光亮带;c-剪裂带;d-毛刺;-正应力; -切应力 10 图2.4 冲裁间隙2.2 凸模与凹模之间的间隙112.2.1 间隙对冲裁件质量的影响(1)间隙对冲裁件断面质量的影响:间隙合理:冲出的制件(或孔)断面虽有一定斜度,但比较平直、光洁,毛刺很小,且冲裁力小。间隙过小 :在上、下裂纹中间的部分产生二次剪切,制件断面的中部留下撕裂面,两头呈光亮带,在端面出现挤长的毛刺。12间隙过大:材料的弯曲与拉伸增大,拉应力增大,材料易被撕裂,且裂纹在离开刃口稍远的侧面上产生,致使制件
4、光亮带减小,圆角与断裂斜度增大,毛刺大而厚,难以去除。13图2.6 间隙对光亮带、塌角、毛刺的影响14(2)间隙对尺寸精度的影响尺寸精度:含两方面:凸模或凹模尺寸的偏差,模具本身的制造偏差。凸凹模尺寸的偏差:工件从凹模内推出(落料)或从凸模上卸下(冲孔)时,材料的挤压变形、纤维伸长、穹弯都要产生弹性恢复造成的。 影响因素:15凸、凹模间隙较大:材料受拉伸作用增大,造成: (1)落料尺寸;(2)冲孔孔径。间隙较小:材料受凸、凹模挤压力大,冲裁后,材料的弹性恢复,造成: (1)落料尺寸;(2)冲孔孔径。软钢的弹性变形量较小,冲裁后的弹性恢复量也就小。硬钢的弹性恢复量较大。 16图.2.7 间隙对冲
5、裁件尺寸精度的影响172.2.2间隙对冲裁力的影响图2.7.1 间隙大小对冲裁力的影响 图2.8.1 间隙大小对卸料力的影响182.2.3间隙对模具寿命的影响模具寿命:以冲出合格制品的冲裁次数来衡量,分两次刃磨间的寿命与全部磨损后总的寿命。凸模刃口磨钝 :凹模刃口磨钝:凸、凹模磨钝 :刃口磨钝还将使制件尺寸精度、断面光洁度降低,冲裁能量增大。 19根据Holm法则,附着磨损时单位接触面上的磨损量:式中 S-附着磨损量; p-接触压力; l-接触面相对滑动距离; s-模具材料的屈服极限; K-由于附着而引起磨损的概率。20冲裁中的接触压力即垂直力、侧压力、摩擦力均随间隙的减小而增大,且间隙小时,
6、光亮带增大,摩擦距离增长,摩擦发热严重,所以采用小间隙将使磨损增加 。凸、凹模磨损程度不同的原因:212.2.4 凸凹模间隙值的确定(1)理论确定法由图2.4的几何关系可得:式中 c单边间隙,毫米; t材料厚度,毫米; b光亮带宽度,毫米; 产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度,毫米; 剪裂纹与垂线间的夹角。影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度。 22表2.1 b/t与值(厚度t,毫米)材料b/t*100%t4软钢757070656555554056中硬钢656060555548453545硬钢5047474544383525423(2)经验确定法c=mt式中 t材料厚度,毫米; m系数,与材料性
7、能及厚度有关。软钢、纯铁 m=69% 铜、铝合金 m=610% 硬钢 m=812% 对于尺寸精度、断面垂直度要求高的工件应选用较小间隙值;对于断面垂直度与尺寸精度要求不高的工件,应以降低冲裁力、提高模具寿命为主,可采用大间隙值。24间隙的选用主要考虑:1)在同样条件下,非圆形比圆形的间隙大,冲孔间隙比落料大。2)凹模为斜壁刃口时,比直壁刃口间隙小。3)高速冲压时间隙应增大(为什么?)。4)热冲时材料强度低,间隙应比冷冲时小。25 图2.10.1 不同间隙情况下的剪切断面262.3凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算2.3.1 凸、凹模尺寸计算原则落料件尺寸由凹模刃口尺寸决定;冲孔件尺寸
8、由凸模刃口尺寸决定。计算凸、凹模刃口尺寸时,取最小合理间隙(为什么?)。(1)落料:先确定凹模工作部分尺寸,凸模公称尺寸应比凹模公称尺寸小一个最小合理间隙值。 (2)冲孔时:先确定凸模工作部分尺寸,凹模公称尺寸应比凸模公称尺寸大一个最小合理间隙值。27 (3)落料件:标注单向负公差。假定工件的公称尺寸为D,工件公差为,则工件尺寸就是 。冲孔件:一般为单向正公差,假定冲孔件的公称尺寸为d,工件公差为,则冲孔件尺寸为 。 2.3.2 凸、凹模分开加工时尺寸与公差的确定 凸、凹模分开加工的含义: 适用于圆形或形状简单的工件。凸、凹模图纸要分别标注凸、凹模刃口尺寸与其制造公差。28(1)落料 设落料件
9、尺寸为 ,先确定凹模尺寸,再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙。 图2.10.2 冲裁模尺寸与公差29其凸、凹模工件部分尺寸的计算公式如下:30(2)冲孔 设冲孔尺寸为 ,先确定凸模尺寸,再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙。 凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如下:孔心距Ld-凹模孔心距的公称尺寸;L-工件孔心距的公称尺寸;-工件孔心距的精度。31 凸、凹模分开加工法,必须满足: 否则应提高凸、凹模的制造精度等级或取 和 。 优点:凸、凹模具有互换性,便于模具成批制造,适用于工件大量生产。 缺点:为了保证合理间隙,需要较高的制模精度等级,模具制造困难,加工成本高。322.3.3 凸、凹模配合加工时尺寸与
10、公差的确定凸、凹模配合加工的含义:方法:先加工出的凸模(或凹模)作为基准件,工作部分的尺寸作为基准尺寸,在与它配做的凹模(或凸模)图纸上标注相应部分的凸模公称尺寸(或凹模公称尺寸)。优点:基准件的制造公差p(或d)的大小,不受凸、凹隙大小的限制,模具制造容易,适于形状复杂冲裁件。 33 1落料(1)凹模磨损尺寸增加 (2)凹模磨损后尺寸减小 (3)凹模磨损后尺寸不变 342冲孔(1)凸模磨损后尺寸减小 (2)凸模磨损后尺寸增大 (3)凸模磨损后尺寸不变 352.4 冲裁力和功冲裁力和功 2.4.1 冲裁力和功平刃冲模的冲裁力可按下式计算:p=kLt 式中 P-冲裁力,牛顿; L-冲裁周边长度,
11、毫米; t-材料厚度,毫米; -材料抗剪强度,(牛顿毫米2); k-系数。 36平刃口冲裁时,其冲裁功可按下式计算: A=mPt1000式中 A-冲裁功 牛顿米; t-材料厚度 毫米; P-冲裁力 牛顿; m-系数,与材料有关,一般取m=0.630。37图2.9 斜刃冲模与阶梯凸模斜刃冲模:斜刃冲裁力Ps:式中 P 用平刃冲模冲裁时所需的力,KN; K斜刃冲裁的减力系数(查表)。38阶梯凸模减力时应注意:(1)阶梯高度差H稍大于断面光亮带b。(2)各阶梯凸模的分布要注意对称(原因)。(3)先工作的凸模应是端部带有导正销的凸模。一般先冲大孔,后冲小孔(原因)。392.4.2卸料力、推件力与顶件力
12、卸料力:推件力:顶件力:图2.10 卸料力、推件力与顶件力40经验公式计算:式中 K卸、K推、K顶分别为卸料系数、推件系数和顶件系数; P冲裁力,牛顿; n卡在凹模孔内的工件数。影响因素:材料的机械性能和厚度、工件形状和尺寸大小、凸凹模间隙、排样的搭边大小及润滑情况等 412.5 排样排样 :工艺废料 :结构废料 :图2.11 废料分类422.5.1 排样方法(1)有废料排样(2)少废料排样(3)无废料排样图2.12 排样方法a)有废料排样;b)少废料排样;c) 无废料排样4344452.5.2 搭边搭边 :作用:影响搭边 值大小的因素:(1)材料的机械性能;(2)工件的形状与尺寸;(3)材料
13、厚度;(4)送料及挡料方式。462.5.3 条料宽度的确定进距 :决定挡料销位置的依据。宽度原则:最小宽度保证冲裁时工件周边有足够的搭边值;最大宽度保证冲裁时在导料板之间顺利地送进,并与导料板之间有一定间隙。47(1)无侧压装置的条料宽度 : (2)有侧压装置的条料宽度: 模具导料板之间的距离: A=B+b0 B条料公称宽度,mm; D垂直于送料方向的工件尺寸,mm; al侧搭边,mm; b0条料与导料板间的间隙; 条料宽度的公差,图2.12.2 条料宽度B和导料间距离A(a)无侧压装置;(b) 有侧压装置1-导料板;2-凹模48(3)有侧刃的条料宽度导料板间距离:A=B+b0 AD十2a1十
14、b1 n侧刃数;c侧刃冲切的料边宽度,mm;b1 冲切后的条料宽度与导料板间的间隙。492.6其他冲裁方法2.6.1整修1.外缘整修外缘整修的质量与整修次数、整修余量以及整修模结构等因素有关。 厚度小于3 mm的外形简单的工件,只需一次整修。厚度大于3 mm或工件有尖角时,需进行多次整修。 尖角的整修 1-第一次整修;2-第二次整修50整修前落料凸、凹模的尺寸应为凸模: 凹模: 式中 D-工件公称尺寸,mm; z-双面间隙值,mm y-整修余量,mm。51整修时所需的力可按下式近似计算:L-整修周边长度; S-总的金属切削量; n-同时卡在凹模内的零件个数; t-材料厚度; 0-抗剪强度。52
15、2内孔整修目的:校正孔的坐标位置、降低粗糙度和孔的尺寸精度。对余量的要求:修正余量 :图3.33 小孔的整修 图2.32 整修模双面间隙 1-凹模;2-工件;3-切去的部分 532.6.2 精密冲裁方法: (1)采用极小的间隙,甚至负间隙;(2)采用带有小圆角或椭圆角的凹模(落料)和凸模(冲孔)刃口。作用:(1);(2);(3)54 1小间隙圆角凹模冲裁 落料,凹模刃口椭圆角或小的圆角,凸模普通形式,双面间隙值小于0.010.02mm,且与材料厚度无关。圆角凹模冲裁适用于塑性较好的材料。冲孔时要采用带有圆角的凸模,而凹模为普通形状。55 2负间隙冲裁562.7其它冲裁法其它冲裁法(1)聚氨酯冲
16、裁用聚氨酯橡胶代替钢质冲模中的凸模、凹模或凸凹模。落料时用橡胶作为凹模,凸模仍用金属材料;冲孔时用橡胶作为凸模,凹模仍用金属材料。 57(2)锌基合金模冲裁锌基合金冲模采用以锌为基体的锌、铝、铜三元素合金材料,通过铸造方法制成的。落料时用锌基合金做凹模,用工具钢组凸模。冲孔时,采用锌基合金做凸模,用工具钢做凹模。 (3)硬质合金模冲裁硬质合金是一种或多种难熔金属的碳化物(如碳化钨WC,碳化钛TiC等),采用粉末冶金方法制造的合金材料。优点: 582.8冲裁的工艺设计冲裁的工艺设计2.8.1 冲裁的工艺性分析冲裁件的工艺性 :要求:(1)冲裁件的形状应尽可能简单、对称、排样废料少。 59(2)冲
17、裁件的外形或内孔的交界处,应避免尖锐的清角,其交角处用适宜的圆角相连。 60(3)冲裁件局部凸出或凹入部分的宽度不宜太小,应避免有窄长的切口和过窄的切槽。 B应不小于1.5t;材料为黄铜、软钢时B1.3t;材料为高碳钢时B1.39t;材料厚度t1毫米时,按t=1毫米计算。切口与槽长L5B。61(4)孔径太小时,凸模易折断或压弯。(5)孔与孔、孔与边缘之间的距离不应过小,否则会产生孔与孔间材料的扭曲,或使边缘材料变形 。 62(6)尺寸基准应尽可能与制造及制模时的定位基准重合,并选择在不参加变形的面或线上。 632.8.2 冲裁工艺方案的确定2.8.2.1冲裁工序的组合单工序冲裁 :复合冲裁 :连续冲裁 :642.8.2.2冲裁顺序的安排(1)连续冲裁的顺序安排1)先冲孔或切口,最后落料或切断,将工件与条料分离。 652)采用定距侧刃时,定具侧刃切边工序安排与首次冲孔同时进行,以便控制送料进距。(2)多工序工件用单工序冲裁时的顺序安排1)先落料使毛坯与条料分离,再冲孔或冲缺口。2)冲裁大小不同、相距较近的孔时,为减少孔的变形,应先冲大孔,后冲小孔。 66676869