锻压工艺学-冲裁.ppt

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 成形工序 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 表1 1分离工序 表1 2成形工序 2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 2 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 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 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 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 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 图2 4冲裁间隙 2 2凸模与凹模之间的间隙 2 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 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 致使制件光亮带减小 圆角与断裂斜度增大 毛刺大而厚 难以去除 图2 6间隙对光亮带 塌角 毛刺的影响 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 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 图 2 7间隙对冲裁件尺寸精度的影响 2 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 2 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 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 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 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 2 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 表2 1b t与 值 厚度t 毫米 2 经验确定法c mt式中t 材料厚度 毫米 m 系数 与材料性能及厚度有关 软钢 纯铁m 6 9 铜 铝合金m 6 10 硬钢m 8 12 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 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 图2 10 1不同间隙情况下的剪切断面 2 3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 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 1 落料设落料件尺寸为 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 其凸 凹模工件部分尺寸的计算公式如下 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 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 2 3 3凸 凹模配合加工时尺寸与公差的确定凸 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 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 2 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 2 4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 毫米 t 材料厚度 毫米 材料抗剪强度 牛顿 毫米2 k 系数 平刃口冲裁时 其冲裁功可按下式计算 A mPt 1000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 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 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 2 4 2卸料力 推件力与顶件力卸料力 推件力 顶件力 图2 10卸料力 推件力与顶件力 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 2 5排样排样 工艺废料 结构废料 图2 11废料分类 2 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 2 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 材料厚度 4 送料及挡料方式 2 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 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 b0B 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 3 有侧刃的条料宽度导料板间距离 A B b0A D十2a1十b1n 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 2 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3mm的外形简单的工件 只需一次整修 厚度大于3mm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 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 mmy 整修余量 mm 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 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 2 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 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 01 0 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 2 负间隙冲裁 2 7其它冲裁法 1 聚氨酯冲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 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 2 8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 2 冲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 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B 1 3t 材料为高碳钢时B 1 39t 材料厚度t 1毫米时 按t 1毫米计算 切口与槽长L 5B 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 6 尺寸基准应