冲压加工的特点

冲压加工的特点冲压加工的特点 1 优点优点 1 质量稳定 互换性好 2 制造壁薄 表面质量高 强度高 形状复杂的零件 3 节能 节约金属 4 高效率 5 操作简单 容易 2 缺点缺点 1 零件的形状必须适于冲压加工的形状 2 模具多属于专用化 3 冲压模具单件 生产 精度高 技术要求高 成本高 4 制造模具需要相当的时间 5 由于零件形状 的不同 其适于加工的冲 压 床也有不同 6 需要有相当宽敞的工作场所与储存空间 7 工作危险性与伤害率 8 产生较大的噪声 振动 冲裁变形过程冲裁变形过程 1 弹性变形阶段弹性变形阶段 2 塑性变形阶段塑性变形阶段 3 断裂分离阶段断裂分离阶段 降低冲裁力的方法 降低冲裁力的方法 1 阶梯凸模冲裁阶梯凸模冲裁 1 各凸模冲裁力的最大峰值不同时出现 各凸模冲裁力的最大峰值不同时出现 2 冲裁力一般只按产生最大冲裁力的那一个阶梯进行计算 冲裁力一般只按产生最大冲裁力的那一个阶梯进行计算 3 长凸模容易磨损 修磨刃口困难 长凸模容易磨损 修磨刃口困难 2 斜刃口冲裁斜刃口冲裁 1 模具刃口呈倾斜状 逐步切入切断 模具刃口呈倾斜状 逐步切入切断 2 保证工件平整 只允许废料发生弯曲变形 保证工件平整 只允许废料发生弯曲变形 3 斜刃应对称布置 斜刃应对称布置 4 模具制造复杂 刃口易磨损 修磨困难 冲件不够平整 模具制造复杂 刃口易磨损 修磨困难 冲件不够平整 3 加热冲裁加热冲裁 1 材料加热状态下抗剪强度 材料加热状态下抗剪强度 2 但易破坏工件表面质量 同时会产生热变形 精度低 但易破坏工件表面质量 同时会产生热变形 精度低 3 工作条件差 工作条件差 间隙对冲裁质量的影响间隙对冲裁质量的影响 1 间隙对断面质量的影响 2 间隙对尺寸精度的影响 a 冲裁间隙过大 冲裁除受剪切外还产生较大的拉伸与弯曲变形 冲裁后因材料弹性恢复 使冲裁件尺寸向实际方向收缩 落料件尺寸小于凹模尺寸 冲孔件尺寸大于凸模尺寸 b 冲裁间隙过小 冲裁中除剪切外还会受到较大的挤压作用 冲裁后因材料弹性恢复 使冲 裁件尺寸向实体的反方向胀大 落料件尺寸大于凹模尺寸 冲孔件尺寸小于凸模尺寸 c 冲裁间隙合适 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 落料件的尺寸等于凹模尺寸 冲孔件尺寸等于凸模尺寸 3 间隙对形状误差的影响 冲裁件的形状误差 翘曲 扭曲 变形等缺陷 a 间隙过大造成变形区拉伸和弯曲成分增多 产生工件翘曲 b 间隙不均匀造成工件扭曲和变形 差冲裁件相对于模具的偏模具制造偏差 间隙对模具寿命的影响间隙对模具寿命的影响 1 间隙小 a 侧压力高压使刃口与工件接触面之间产生局部附着现象 引起附着磨损 是冲模磨损的主要形式 b 模具端面压力大 易引起刃口压缩疲劳破坏 c 光亮带变宽 冲裁件与模具侧面摩擦距离增长 d 卸料力增加使模具侧面摩擦增大 e 侧压力大产生凹模胀裂 小凸模折断 凸凹模相互啃刃 2 间隙大 a 弯曲拉伸严重 刃口端面压力大 刃口易崩刃或压塌 b 间隙过大造成卸料力增加 使模具侧面摩擦增大 c 减小模具侧面与板料的摩擦 d 可以减少由于制造和装配精度的限制 出现间隙不均匀的不利影响 间隙对冲裁力的影响间隙对冲裁力的影响 1 间隙小 板料压应力成分大 不易产生裂纹 冲裁力增大 2 间隙大 板料拉应力成分大 易产生裂纹 冲裁力减小 冲裁模刃口尺寸的计算原则冲裁模刃口尺寸的计算原则 1 冲裁件以光亮带作为尺寸基准 2 刃口尺寸应保证冲出合格工件 3 保证模具刃口磨 损一定程度后仍能冲出合格工件 4 工件尺寸应采用 入体标注 原则 提高材料利用率的措施提高材料利用率的措施 1 废料的类型 a 结构废料 工件结构形状所产生的废料 b 工艺废料 冲件之间和冲件与条料边缘之间存在的边余料 料头 料尾所 产生的废料 2 减少废料的措施 a 减少工艺废料 设计合理的排样方案 排样 冲裁件在板料 条料 带料上的布置方法 选择合适的板料规格和合理的裁板法 b 减少结构废料的措施 利用废料作小零件 在使用条件许可下 改变零件的结构形状 搭边的作用搭边的作用 1 补偿进给定位误差和条料宽度误差 2 增加条料的强度和刚度 3 使凸 凹模沿整个封闭轮廓线冲裁 受力均匀 4 避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙 提高模具寿命 弯曲变形的过程弯曲变形的过程 1 弹性弯曲变形弹性弯曲变形 2 弹弹 塑性弯曲变形塑性弯曲变形 3 塑性弯曲变形塑性弯曲变形 弯曲变形的特点弯曲变形的特点 1 弯曲圆角部分是的主要变形区域 2 弯曲变形区内的中性层 3 变形区材料厚度变薄 的现象 4 变形区横断面的变形 弯曲件毛坯长度的计算弯曲件毛坯长度的计算 中性层位置的确定 中性层位置的确定 弯曲件的坯料长度应等于中性层的展开长度 中性层的位置以 曲率半径表示 r 0 5t 的弯曲件 的弯曲件 弯曲部分变薄不严重且断面畸形较轻 弯曲前后应变中性层长 度不变 nnninni txrllL 0 最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径 的概念 的概念 相对弯曲半径 tr 越小 弯曲时切向变形程 度越大 在保证弯曲变形区材料外表面不发生破坏的条件下 弯曲件内表面所能形成 的最小圆角半径称为最小弯曲半径 min r 最小弯曲半径与弯曲材料厚度的比值 trmin 称 作最小相对弯曲半径 是衡量弯曲变形程度的主要标志 的理论计算的理论计算 影响影响 的因素的因素 1 材料的力学性能 材料的塑性愈好 最小相对弯曲半径愈小 2 弯曲中心角 弯曲中心角越小 圆角附近直边的变形分散效应越显著 最小相对弯曲半径的 数值也越小 3 板材的方向性 4 板料的冲裁断面质量和表面质量 5 板料的相对宽度 6 板料 厚度 7 trmin 的经验数值确定 截面翘曲截面翘曲 1 现象 当弯曲相对宽度很大的 V 形件时 会产生明显的翘曲现象 trmin trmin txr 0 trmin 2 1 1 2 1 21 1 2 2 min t r t rt r t rtr R 外 2 原因 由于宽板弯曲时 沿宽度方向上的变形区外侧为拉应力 内侧为压应力 在弯曲件宽度方向会形成力矩 MB 弯曲结束后 外加力去除 在宽度方向将引起与 力矩 MB 方向相反的弯曲形变 即弓形翘曲 3 解决方法 1 采用带侧板结构的弯曲模 以阻碍材料沿弯曲线方向的流动 2 改变弯曲凸 凹模形状 将翘曲量设计在与翘曲方向相反的方向上 弯曲回弹的概念弯曲回弹的概念 弯曲变形区外侧因弹性恢复而缩短 内侧因弹性恢复而伸长 产生了弯曲件的 弯曲角度和弯曲半径与模具相应尺寸不一致的现象 这种现象称为弯曲回弹 弯曲回弹是弯曲成形不可避免的现象 减小回弹的措施减小回弹的措施 1 改进零件的设计改进零件的设计 a 尽量避免选用过大的相对弯曲半径 b 在弯曲区压制加强筋 提高零件的刚度 抑制回弹 2 提高材料塑性提高材料塑性 a 选用 小 力学性能稳定和板料厚度稳定波动小的材料 b 对冷作硬化的材料须先退火 使其屈服点降低 对回弹较大的材料 必要 时可采用加热弯曲 c 加热弯曲 3 提高变形程度提高变形程度 a V 形弯曲时接近最小许可弯曲半径 b U 形弯曲时采用负间隙 4 提高校正力提高校正力 a 采用校正弯曲 并提高校正力 b 局部精压 5 补偿法补偿法 按回弹值修正凸模的角度和半径 使工件回弹得到补偿 6 采用软凹模采用软凹模 7 改变变形区应力状态改变变形区应力状态 a 拉弯法 b 直边端部加压法 拉深模的特点拉深模的特点 1 凸模和凹模都没有锋利的刃口 具有较大的圆角半径 2 凸 凹模之间的间隙一般稍大于板料的厚度 3 在凸模上开设有通气孔 拉深变形的过程拉深变形的过程 1 平面塑性变形 2 立体塑性变形 拉深变形的特点拉深变形的特点 1 变形区主要集中在 D 与 d 之间的环形部分 2 径向受到不均匀拉伸塑性变形 3 切向受到均匀压缩塑性变形 4 材料沿高度方向产生了塑性流动 E s 5 圆筒底部没有产生塑性变形 凸缘变形区的力学分析凸缘变形区的力学分析 1 在在 t 时刻的力学分析时刻的力学分析 a 最大切向应力出现在凸缘外缘最大切向应力出现在凸缘外缘 s 1 1 max3 b 最大径向应力出现在凸缘内缘最大径向应力出现在凸缘内缘 0max1 ln1 1rRt s c 1 和和 2 在在 t Rr61 0 处达到绝对值相等 处达到绝对值相等 d 区间区间 0 r t R61 0 1 最大 板厚减薄 最大 板厚减薄 e 区间区间 t R61 0 t R 3 最大 板厚减薄 最大 板厚减薄 2 最大径向应力最大径向应力 的变化规律的变化规律 a 变形增大 材料硬化 变形增大 材料硬化 增大增大 b 在在 处达到处达到 最大值最大值 3 最大切向应力最大切向应力 的变化规律的变化规律 随着拉深变形程度增加 材料硬化 随着拉深变形程度增加 材料硬化 增大 增大 在 在 达到绝对值最大达到绝对值最大 起皱与防皱起皱与防皱 1 起皱 起皱 在拉深过程中 毛坯凸缘产生塑性失稳而拱起 2 危害危害 a 影响表面质量及尺寸精度 b 板料难于通过凸 凹模间隙而被拉断 c 起皱后的板料与模具间的摩擦加剧 磨损严重 使得模具的寿命大为降低 拉裂 拉裂 筒壁拉应力大于危险断面的抗拉强度而产生破裂 防裂措施防裂措施 1 减小拉深高度 减小拉深变形量 2 减小压边力 3 增加凸缘和凸缘圆角的凸缘润滑 4 增大凸缘圆角半径和底圆圆角半径 5 增大凸模和筒壁的摩擦 6 选用抗拉强度高 屈服强度小的材料 7 防止凸缘起皱 拉深系数的概念和意义拉深系数的概念和意义 前道工序筒壁直径 拉深后筒壁直径 d d m 毛坯直径 拉深后筒壁直径 D d m rRt sln 1 1 1 rRt s ln11 1 3 max1 0 max1 ln1 1 r Rt s 00 RRr t s max1 0 9 0 7 0 RRt max max1 max3 s 1 1 max3 s max max3 0 rRt max3 拉深系数拉深系数 m 的计算的计算 第一次拉深系数 第二次拉深系数 第 n 次拉深系数 总理论拉深系数 后续各次拉深的特点后续各次拉深的特点 1 毛坯不是平板而是筒形件 2 筒形毛坯的壁厚及力学性能都不均匀 3 变形区保持不变 只是在拉深终了以后才逐渐缩小 4 拉深力在整个拉深过程中一直都在增加 直到拉深的最后阶段才由最大值下降 至零 5 危险断面与首次拉深时一样都是在凸模的圆角处 但破裂往往发生在结尾阶段 6 外缘有筒壁的刚性支持 所以稳定性较首次拉深为好 7 材料冷作硬化且变形复杂 极限拉深系数比首次拉深大 而且后一次都大于前 一次 其它旋转体零件的拉深特点其它旋转体零件的拉深特点 1 不能简单地用拉深系数衡量成形的难易程度不能简单地用拉深系数衡量成形的难易程度 2 凸缘部分 悬空部分和中间部分都是主要变形区凸缘部分 悬空部分和中间部分都是主要变形区 1 坯料的凸缘及悬空部分产生拉深变形 2 坯料靠近球形冲头顶部的中间部分产生是胀形变形 3 凸缘部分和悬空部分容易起皱凸缘部分和悬空部分容易起皱 4 中间部分容易拉裂中间部分容易拉裂 5 切向应力分布不均切向应力分布不均 凸 凹模结构形式凸 凹模结构形式 1 凸 凹模圆角半径凸 凹模圆角半径 1 凹模圆角半径凹模圆角半径 rd a 影响因素影响因素 拉深系数的大小拉深系数的大小 拉深件的质量拉深件的质量 拉深模的寿命拉深模的寿命 b 计算计算 但应大于或等于 2t 2 凸模圆角半径凸模圆角半径 rp a 影响因素影响因素 危险断面的强度 危险断面的强度 再次拉深滑动再次拉深滑动 拉深痕迹拉深痕迹 b 计算计算 最后一次拉深 凸模圆角半径与零件底部的圆角半径相同 胀形变形特点胀形变形特点 1 当 d D 3 时 环形部分金属不可能向凹模内流动 其成形完全依赖于直径为 d 的圆周以内金属厚度的变薄实现表面积的增大 2 胀形变形区的径向和切向均为伸长变形 因此变形区毛坯不会产生失稳起皱现 象 3 胀形变形时拉应力沿截面方向的变化很小 因此回弹小 尺寸精度容易保证 胀形与拉深的关系胀形与拉深的关系 Ddm 11 122 ddm 1 nnn ddm n mmmmDdm 321 tDDr dd 8 0 1 1 8 0 6 0 nddn rr dn pn rr1 7 0 影响胀形成形极限的因素影响胀形成形极限的因素 1 材料的硬化指数 2 均匀伸长率 3 材料的厚度 4 工件的形状与尺寸 5 良好的润滑 内孔翻边内孔翻边 翻孔翻孔 1 变形特点变形特点 1 毛坯外缘部分由于受到压边力的约束或由于外缘宽度与翻边孔直径 之比较大通常是不变形区 竖壁部分已经变形是传力区 带孔底部是变形区 2 变 形区处于双向拉应力状态 厚度变薄 3 孔边缘 达到最大 变薄最严重 是危险断面 非圆孔的内孔翻边 变形区沿翻边线其应力与应变分布是不均匀的 由于材料的连 续性 曲线部分的变形将扩展到直线部位 使曲线部分的切向伸长变形得到一定程度 的减轻 影响翻孔极限的因素影响翻孔极限的因素 a 材料的塑性 b 孔的加工方法 c 预制孔的相对厚度 d 凸模的形状 内曲翻边 内凹翻边 特点内曲翻边 内凹翻边 特点 在切向拉应力的作用下产生切向伸长和厚度变薄变 形 外曲翻边外曲翻边 外凸翻边外凸翻边 特点特点 在切向压应力的作用下产生切向压缩和厚度增厚变形 变薄翻边变薄翻边 凸模和凹模之间的间隙小于材料的厚度 竖边材料在小间隙内进一步塑性变形 竖边厚度减薄 高度增加 冲压工艺设计的基本要求冲压工艺设计的基本要求 1 冲压原材料利用率高 2 制定工艺方案应技术上 先进可行 经济上合理 3 工序组合方式和工序排列顺序应符合冲压变形规律 能 确保冲压合格的产品 4 工序数量应尽可能少 生产效率尽可能高 5 制定的工 艺规程 应方便工厂的生产组织和管理 工序顺序的安排工序顺序的安排 冲压工序顺序的安排主要决定于冲压变形规律和零件质量要求 其次要考虑到 操作方便 毛坯定位可靠 模具简单等 a 弱区必先变形 变形区应为弱区 b 工序成形后得到的符合零件图要求的部分 在以后各道工序中不得再发生 变形 c 孔工序的安排原则 所有的孔 只要其形状和尺寸不受后续工序的影响 都应在平板毛坯上 冲出 所在位置会受到以后某工序变形影响的孔 一般都应在有关的工序完成 后再冲 精度要求高的孔和有位置要求的孔 应在成形后冲 其余孔可视情况而 提前 零件上大孔靠近小孔 应先冲大孔 先落料后冲孔 拉深件外边缘和翻边件竖边部分的孔在拉深和翻边后冲 d 弯曲件工序顺序的安排原则 一般是先弯外部弯角 后弯内部弯角 e 不同位置冲压时 工序顺序的安排要根据变形区域相互间作用 模具结构 定位和操作的难易程