第二篇 第7～8章.ppt

1 第七章板料冲压 概述1 冲压的概念冲压是利用冲模对板料施加压力 使其产生分离或变形 从而获得一定的形状 尺寸的零件的加工方法 冲压通常是在常温下进行 又叫冷冲压 只有当板料厚度超过8 10mm时 才采用热冲压 2 2 冲压的特点 1 可以冲压出形状复杂的零件 废料较少 2 产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度 互换性能好 3 能获得质量轻 材料消耗少 强度和刚度较高的零件 4 冲压操作简单 工艺过程便于机械化和自动化 生产率很高 故零件成本低 3 3 冲压所用材料应具有足够的塑性 板料冲压常用的金属材料有低碳钢 铜合金 镁合金及塑性高的合金钢等 材料形状可分为板料 条料及带料 由于冲模制造复杂 成本较高 适合于大批量生产 4 冲压设备冲压生产中常用的设备是剪床和冲床 剪床用来把板料剪切成一定宽度的条料 以供下一步的冲压工序用 冲床用来实现冲压工序 制成所需形状和尺寸的成品零件供使用 4 板料冲压基本工序 分离工序和变形工序 5 6 7 7 1板料冲压基本工序7 1 1分离工序使坯料一部分与另一部分分离的工序 包括落料 冲孔 切断 精冲等 1 落料及冲孔落料及冲孔统称冲裁 是使坯料按封闭轮廓分离的工序 落料是被分离的部分为成品 而周边是废料 冲孔是被分离的部分为废料 而周边是成品 8 9 冲裁变形过程冲裁件质量 模具结构与冲裁时板料变形过程有密切关系 当凸凹模间隙正常时 其过程可分为 A 弹性变形阶段凸模接触板料后 继续向下运动的初始阶段 材料产生弹性压缩 拉伸和弯曲变形 板料中的应力逐渐增大 此时 凸模下的板料略有弯曲 凹模上的板料则向上翘曲 间隙越大 弯曲和上翘越严重 同时 凸模稍许挤入板料上部 板料的下部则略挤入凹模洞口 但材料的内应力未超过材料的弹性极限 10 B 塑性变形阶段凸模继续压入 材料内的应力达到屈服极限时 便开始产生塑性变形 随凸模挤入板料深度的增大 则变形区材料硬化加剧 直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时 塑性变形阶段结束 11 C 断裂分离阶段已形成的上下微裂纹随凸模继续压入沿最大剪应力方向不断向材料内部扩展 当上下裂纹重合时 板料便被剪断分离 12 冲裁件的切断面具有明显的区域性特征 由塌角 光面 毛面和毛刺四个部分组成 塌角 它是在冲裁过程中刃口附近的材料被牵连拉入变形 变形和拉伸 的结果 光面 它是在塑性交形过程中凸模 或凹模 挤压切入材料 使其受到剪切应力 和挤压应力 的作用而形成的 毛面 它是由于刃口处的微裂纹在拉应力 作用下不断扩展断裂而形成的 毛刺 冲裁毛刺是在刃口附近的侧面上材料出现微裂纹时形成的 当凸模继续下行时 使已形成的毛刺拉长并残留在冲裁件上 13 凸模与凹模之间的间隙是影响分离质量的重要因素 当间隙过小时 上 下裂纹向外错开 两裂纹之间的材料 随着冲裁的进行将被第二次剪切 在断面上形成第二光面 因间隙太小 凸凹模受到金属的挤庄作用增大 从而增加了材料与凸凹模之间的摩擦力 这不仅增大了冲裁力 卸料力和推件力 还加剧了凸 凹模的磨损 降低了模具寿命 冲硬质材料更为突出 凸凹模间隙 14 当间隙过大时 上 下裂纹向内错开 材料的弯曲与拉伸增大 易产生剪裂纹 塑性变形阶段较早结束 致使断面光面减小 塌角与斜度增大 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 材料对凸 凹模的磨损大大减弱 模具寿命较高 对于批量较大而公差又无特殊要求的冲裁件 采用 大间隙 冲裁 以保证较高的模具寿命 15 当间隙合适时 上 下裂纹重合一线 冲裁力 卸料力和推件力适中 模具有足够的寿命 光面约占板厚的1 2 1 3左右 切断面的塌角 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 16 合理的间隙值可按表选取 对于冲裁件断面质量要求较高时 可将表中数据减小1 3 17 凸凹模刃口尺寸的确定 在冲裁件尺寸的测量和使用中 都是以光面的尺寸为基准 落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的 而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的 设计落料模时 先按落料件确定凹模刃口尺寸 取凹模作设计基准件 然后根据间隙Z确定凸模尺寸 设计冲孔模时 先按冲孔件确定凸模刃口尺寸 取凸模作设计基准件 然后根据间隙Z确定凹模尺寸 18 冲模在工作过程中必然有磨损 落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大 而冲孔件尺寸则随凸模磨损而减小 为了保证零件的尺寸要求 并提高模具的使用寿命 落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的最小的尺寸 而冲孔凸模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的最大尺寸 19 冲裁力P的计算 P KLs N L 冲裁周边长度 mm K 系数 常取1 3 s 板料厚度 mm 材料抗剪强度 MPa 冲裁力是选用冲床吨位和检验模具强度的一个重要依据 计算准确 有利于发挥设备的潜力 计算不准确 有可能使设备超载而损坏 造成严重事故 20 冲裁件的排样排样是指落料件在条料 带料或板料上合理布置的方法 排样合理可使废料最少 材料利用率大为提高 有搭边排样 在各个落料件之间均留有一定尺寸的搭边 其优点是毛刺小 而且在同一个平面上 冲裁件尺寸准确 质量较高 但材料消耗多 无搭边排样 用落料件形状的一个边作为另一个落料件的边缘 21 22 2 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毛刺 从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度 修整冲裁件的外形称外缘修整 修整冲裁件的内孔称内缘修整 修整的机理与冲裁完全不同 与切削加工相似 修整时应合理确定修整余量及修整次数 23 3 切断 切断是指用剪刀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 冲模安装在冲床上 用以制取形状简单 精度要求不高的平板零件 24 4 精密冲裁普通冲裁获得的冲裁件 由于公差大 断面质量较差 只能满足一般产品的使用要求 利用修整工艺可以提高冲裁件的质量 但生产率低 不能适应大批生产的要求 在生产中往往用精密冲裁工艺 获得高的公差等级 粗糙度小的精密零件 生产率高 可以满足精密零件批量生产的要求 25 精密冲裁法的基本出发点是改变冲裁条件 以增大变形区的静压作用 抑制材料的断裂 使塑性剪切变形延续到剪切的全过程 在材料不出现剪切裂纹的冲裁条件下实现材料的分离 从而得到断面光滑而垂直的精密零件 26 7 1 2变形工序 变形工序是使坯料板料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序 如拉伸 弯曲 翻边 旋压等工序 27 1 拉伸 拉伸是利用拉伸模使平面坯料变成开口空心件的冲压工序 拉伸可以制成筒形 阶梯形 盒形 球形 锥形及其他复杂形状的薄壁零件 28 拉伸过程及变形特点 拉伸过程的凸模和凹模与冲裁模不同 它们都有一定的圆角 而不是锋利的刃口 其间隙一般稍大于板料厚度 在凸模作用下 板料被拉入凸 凹模之间的间隙里形成圆筒的直壁 29 拉伸件的底部一般不变形 只起传递拉力的作用 厚度基本不变 直壁与底部之间的过渡圆角处被拉薄最严重 30 拉伸件质量影响因素拉伸件常见的废品有拉裂和起皱 拉伸件中最危险的部位是直壁与底部的过渡圆角处 当拉应力超过材料的强度极限时 材料会被拉裂 当环形部分压力过大时 会造成失稳起皱 31 影响拉伸件质量的主要因素有 A 拉深系数m d D d 拉伸件直径 D 坯料直径 拉伸系数越小 表明拉伸件直径越小 变形程度越大 坯料被拉入凹模越困难 因此越容易产生拉裂废品 一般情况下 拉伸系数不小于0 5 0 8 32 如果拉伸系数过小 不能一次拉伸成形 则可采用多次拉伸工艺 33 B 拉伸模参数凸凹模的圆角半径 为减少坯料流动阻力和弯曲处的应力集中 凸凹模必须要有一定的圆角 凸凹模间隙 间隙过小 模具与拉伸件间的摩擦力增大 容易拉裂工件 擦伤工作表面 降低模具寿命 间隙过大 又容易使拉伸件起皱 影响拉伸件的精度 34 C 润滑为了减小摩擦 降低拉伸件壁部的拉应力 减少模具的磨损 拉伸时通常要加润滑剂 35 拉深力P的确定Pmax 3 b s D d r凹 s b 材料的抗拉强度 s 材料的屈服强度 D 毛坯直径 d 拉伸凹模直径 r凹 拉伸凹模圆角半径 s 材料厚度 36 2 弯曲弯曲是将坯料弯成具有一定角度和曲率的零件工序过程 弯曲时坯料内侧受压缩 外侧受拉伸 当外侧拉应力超过坯料的抗拉强度极限时 即会造成金属破裂 坯料越厚 内弯曲半径r越小 则压缩及拉伸应力越大 越容易弯裂 37 弯曲时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 可用增大最小弯曲半径来避免 38 在弯曲结束后 由于弹性变形的恢复 坯料略微弹回一点 使被弯曲的角度增大 此现象称为回弹现象 在设计弯曲模时必须使模具的角度比成品件角度小一个回弹角 以便在弯曲后得到准确的弯曲角度 39 3 其他冲压成形A 胀形胀形主要用于平板毛坯的局部胀形 或起伏成形 胀形时毛坯的塑性变形局限于一个固定的变形区范围之内 通常材料不从外部进入变形区内 变形区内板料的成形主要是通过减簿壁厚 增大局部表面积来实现的 胀形的极限变形程度主要取决于材料的塑性 材料的塑性越好 可能达到的极限变形程度就越大 40 B 翻边翻边是用扩孔的方法 使带孔坯料在孔口周围获得凸缘的工序 进行翻边工序时 翻边孔的直径不能超过某一允许值 否则将导致孔的边缘破裂 其容许值可用翻边系数来衡量 翻边系数K0 d0 d1 d0翻边前板料孔径 d1翻边后内孔径 K0越小 变形程度越大 41 7 2冲压模具及其结构 简单冲模 在冲床的一次冲程中只完成一个工序的冲模连续冲模 在冲床的一次冲程中在模具的不同部位同时完成数道工序的冲模复合冲模 在冲床的一次冲程中在模具的同一部位同时完成数道冲压工序的冲模 42 7 3冲压件结构工艺性 7 3 1冲压件的形状与尺寸 1 对落料和冲孔件的要求 1 落料件的外形和冲孔件的孔形应尽量简单 对称 尽可能采用圆形 矩形等规则形状 并应在排样时尽量使废料降低到最少的程度 图7 20 b 较图7 20 a 合理 材料利用率可达79 同时应避免长槽与细长悬留结构 否则制造模具困难 模具使用寿命短 43 2 孔及其有关尺寸如图7 22所示 冲圆孔时 孔径不得小于材料厚度s 方孔的每边长不得小于0 9s 孔与孔之间 孔与工件边缘之间的距离不得小于s 外缘凸出或凹进的尺寸不得小于1 5s 44 3 圆弧过渡 冲孔件或落料件上直线与直线 曲线与直线的交接处 均应用圆弧连接 以避免尖角处因应力集中而被冲模冲裂 最小圆角半径数值如表所示 45 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 以免成形过程中弯裂 2 弯曲边过短不易弯曲成形 故应使弯曲边的平直部分H 2s 如图7 23所示 如果要求H很短 则需先留出适当的余量以增大H 弯好后再切去多余材料 3 弯曲带孔件时 为避免孔的变形 孔的位置应与弯曲边保持一定距离 如图7 24所示 L应大于 1 5 2 s 如对零件孔的精度要求较高 则应弯曲后再冲孔 46 3 对拉伸件的要求 1 拉伸件外形应简单 对称 且不宜太高 以便使拉伸次数尽量少 并容易成形 2 拉伸件的圆角半径在不增加工序的情况下 最小许可半径如图7 25所示 否则必将增加拉伸次数和整形工作 增多模具数量 容易产生废品和提高成本 47 7 3 2冲压件的精度和表面质量1 冲压件的精度冲压件精度不应超过各冲压工序的经济精度 并应在满足需要的情况下尽量降低要求 否则 将需要增加其他精整工序 使生产成本提高 生产率降低 2 冲压件表面质量冲压件表面质量不应高于原材料表面质量 否则需要增加切削加工等工序 使产品成本大幅度提高 48 7 3 3简化工艺 节省材料 改进结构1 冲 焊结构形状复杂的冲压件 可先分别冲制成若干简单件 最后焊接成整体件 从而简化工艺 如图7 26所示 2 组合件结构 49 3 简化拉伸件结构在不改变使用性能的前提下 拉伸件结构应尽量简化 以减少工序 节省材料 降低成本 50 7 3 4冲压件的