冲裁断面质量及间隙

1、二.冲裁-冲裁概述1.冲裁的定义:冲裁是利用冲裁模在压力机的作用下,使板料分离的一种冲压工艺方法.从广义上说,冲裁是冲孔、落料、切断、切口、割切等多种分离工序的总称.但一般讲来,冲裁主要指落料和冲孔工序. 冲裁是冷冲压加工方法中的基础工序,应用极其广泛,它即可以直接冲制出所需的成品零件,也可以为其它冷冲压工序制备毛丕 板料经过冲裁后,被分离成两部分,即冲落部分和带孔部分,若冲裁之目的是为了制取一定外形的外形轮廊和尺寸的冲落部分;则这种冲裁工序称为落料工序,剩余的带孔部分就成为废料.反之,若冲裁的目的是为了制取一定形状和尺寸的内孔.此时,冲落部分变成废料带孔部分即为工件,这种冲裁工序称之为冲孔工

2、序.表2-1 落料与冲孔落料 用冲模沿封闭线冲切板料冲下来的产吩为制件,(以凹模为基准,间隙取在凸模上)冲孔用冲模沿封闭线,冲切板料冲下业的部人为废料(以凸模为基准,间隙取在凹上)从冲裁变形本质上讲,落料和冲孔是一回事.但是在工艺上必须作为两个工序加以区分.因为在冲模设计中,当具体确定凸凹模刀上尺寸时两者是不一样的.2.冲裁的分类按照切断面的粗糙程度,或冲件的精度,冲裁分为普通冲裁和精密冲裁.普通冲裁就是当工件分离时,由于受到冲模压力作用.在凸凹刃口之间的材料除了受剪切变形外,还存在着拉伸,弯曲横向挤压等变形,材料最终以撕裂的形式实现分离.因此,普通冲裁工件的断面比较粗糙,而且有一定的锥度,其

3、精度较低,精密冲裁由于采用了特殊的冲模结构使凸、凹模刃口处的材料最终以塑性剪切变形形式分离.精密冲裁的零件,断面光洁且与板面垂直,精度较高.目前,一些精度要求高的冲裁零件,如仪器仪表,照像机,钟表,等零件多数是用精密冲裁的方法加工的.冲裁若按分离部分与母材部分的使用要求又可分如冲孔,落料 ,切断,切口,半剪等.3.变形特点根据金属塑性变形原理分析可知.塑性金属材料在变变形过程中引起金属材料破坏的主要方式是拉断和剪断,这就是说拉应力及拉应变.剪应力及剪应力变是造成金属材料断裂破坏的主要因素.而压应力和压应变只能引起塑性材料的形变,不会导致材料的破坏.冲裁分离过程虽然是一瞬间完成的,但变形分离是很

4、复杂的,冲裁时板料的变形分离分三个阶段:a.弹性变形阶段.板料在凸模压力的作用下,刃口处的材料首先产生弹性压缩,拉伸等变形,凸模略有挤入材料的内部,板料的下面也略微挤入凹模洞口内,凸模下面的材料略有弯曲. 凹模上面的材料开始上翘,如果凸凹模之间的刃口间隙越大,变曲和上翘越严重,但这时,材料内部应力尚未超过极限.当去掉外力后,材料仍可恢复原状.这一阶段称为弹性变形阶段(如图a) b.塑性变形阶段随着凸模的下降,对板料的压力不断增加,材料内部的应力也随之加大.当内应力达到材料的屈服极限时,便开始进入塑性变形阶段,随着凸凹模刃口进一步挤入材料内部.由于凸凹模刃口之间的间隙存在,使材料内部的拉应力和弯

5、曲成分增大,压应力成分减小,金属材料被进一步弯曲和拉伸,使变形区的材料硬化加剧.当冲裁力不断增大直到刃口附近的材料开始产生微裂纹时,冲裁力也达到最大值.微裂纹的出现说明有材料开台破坏,塑性变形阶段也告结束.(如图b) c.分离阶段.凸模继续下降,使板料产生上下裂纹不断扩大.并向材料内部延伸,如图c.当板料上下裂纹相重合时,说明材料纤维被全部撕裂拉断,零件断面开始分离.当凸模再往下降时,将板料的冲落部分推出凹模洞口,同时将初始形成的毛刺进一步拉长.至此,凸模回开完成整个冲裁过程. 4,普通冲裁零件的断面特征对普通冲裁间的断面分析,我们可发现这样的规律.零件的断面和零件的平面并非垂直,而是带有一定

6、的锥度;除很窄一部分光亮带外,其余均粗糙无光泽.并有毛刺和塌角.我们把冲裁件断面上的各区域分别称为塌角带(又称圆角带);光亮带(又称剪切带),断裂带和毛刺.(图12-2) 高质量的冲裁件断面应该是:光亮带较宽.约占整个断面的1/3以上,塌角,断裂带.毛刺和锥度都很小,整个冲裁间平直无变弯现象.但是影响冲裁冲断面质量的因素十分复杂.它随材料的性能.厚度,刃口间隙.模具结构及冲裁速度的不同而变化.二.冲裁-冲裁间隙1.定义.冲裁模的凸模横断面,一般都小于凹模孔,凸模和凹模间有适当的空隙,称为间隙.见图 2.间隙对冲裁断面质量的影响.从冲裁变形过程分析可知,当冲裁间隙合理时能够使板料在凸凹模刃口处产

7、生的上下微裂纹相互重合于一线.这样所得的冲裁断面光亮带较大,而塌角和毛刺较小,断面锥度适中零件表面也比较平整.冲裁件的质量可达到满意效果见图b. 冲裁时如果间隙过小,则在冲裁件的断面上会出现2条光亮带,上端的毛刺也较大,这主要由于冲裁间隙过小,便在凸模刃口处产生上微裂纹的位置.比在凹模刃口处产生下微裂纹的位置向外错开一段距离(见图a),这样上下裂纹不能重于一线.夹在两裂纹中间的材产随着凸模下降产生第二次剪切,因此形成第二条光亮带, 毛刺也将进一步拉长,使断面质量较差.冲裁时如果间隙过大,则会使在凸模刃口处产生上微裂纹的位置.比在凹模刃口处产生下微裂纹的位置向里错开一段距离,这样上下裂纹也不能重

8、于一线.夹在两裂纹中间的材产随着凸模下降受到很大拉伸,最后被撕裂拉断,冲裁冲断面上出现较大的断裂带使光亮带变小,毛刺和锥度较大.塌角有所增加,断面质量更差(见图c).由以上分析可推知,在模具设计时,即使选用了合理的间隙值,但由于加工或组立冲模时,没能保证冲模间隙的均匀分布.同样会得不到理想的断面质量,间隙小的一边.将出现如前所述间隙过小的断面特征,间隙大的一边将出现间隙过大的断面特征,这一点对无导柱冲模尤为重要.这是在生产中必须注意的.3.间隙对其它方面的影响.(1).冲裁间隙对冲裁尺寸精度的影响前面我们讲过,在冲裁过程中,金属件会出现弹性变形和塑性变形.这就是说材料在塑性变形时一定会有弹性变

9、形存在.由于冲裁时材料内部有弹性变形存在.当冲裁结束后材料弹性变形即行恢复,这种弹性变形的恢复,这就使得冲裁件的实际尺寸与凸凹模刃口尺寸间产生一定的偏差见下图 图中纵坐标为冲裁件的弹性恢复量.横坐标是冲裁件的相对间隙,在落料时我们从冲裁件尺寸变化曲线中可以发现,当冲裁间隙逐渐增大时,由于变形部位拉应力的增加,使变形金属的拉伸变形也增加.当冲裁结束后受压缩金属便要弹性恢复,从而使落料件尺寸变小,这种回弹量随冲裁间隙的增加而增加.当冲裁间隙逐渐减小时,落料件尺寸变小的程度也减小,当间隙小到一定的程度(图中b点)冲裁部位的变形性质也会发生变化.材料内部除了剪切以外,还有挤压变形使变形区由原来的受拉状

10、态变成受压状态.当冲裁结束后,压缩金属便弹性恢复,从而使落料冲件尺寸比凹模刃口尺寸要大.冲孔时,变形过程及弹性的恢复原理与上面的情况相同,只是衡量的对象不同.因此所得结论与落料件相反即冲孔件尺寸随冲裁间隙的增加而增加,当间隙值小于某一数值时(图中A点).则冲孔尺寸反而会减小,即冲出孔的尺寸小于凸模尺寸.这里指出.冲裁件的尺寸精度主要决定于冲裁模的设计及加工精度,上述分析是在一定的模具制造精度下进行的,间隙对精度的影响比冲模本身制造精度的影响要小得多.(2).冲裁间隙对冲裁力的影响.间隙越小材料变形区中的压应力成分越大,材料的变形抗力就增加,冲裁时需要的冲裁力就越大.反之,间隙越大,材料变形区的

11、拉应力成分也越大,使材料变形抗力降低,冲裁时需要的冲裁力就小.不过实践证明,当间隙(单面)在材料厚度的5%2%范围内逐渐增大时冲裁力降低已很不明显. (3).冲裁间隙对卸料力和推件力的影响.间隙越小,变形区中的材料弹性恢复量就增大.使冲孔尺寸变小,落料尺寸变大.因此卸料力和推料力都增加,当间隙增大时,由于材料弹性恢复的作用,使冲孔尺寸增大,落料尺寸缩小,于是从冲头上卸下料或从凹模洞口推出零件都省力.一般当间隙(单面)增大到料厚的10%20%时,卸料几乎为零.(4).冲裁间隙对模具寿命的影响.实践证明,冲裁间隙是影响模具寿命诸多因素中最主要的一个因素.冲裁过程中,凸模与被冲孔之间,凹模与落料件均

12、有剧烈摩擦,而且间隙越小摩擦越严重.所以过小的间隙对模具寿命极为不利,而较大的间隙会使凸模和凹模刃口侧面与材料间的摩擦减小,并可减缓由于模具制造和安装误差造成的间隙不均匀的不利影响,从而提高模具的使用寿命.4.间隙值的确定所谓合理的间隙,就是采用这一间隙进行冲裁时,能够得到令人满意的工件断面质量,较高的尺寸精度和使冲裁力(卸料力和推件力)最小.并使模具有较长的使用寿命.但是如果采用一个间隙的数值要求同时满足以上诸多要求是不可能的.因此,生产上根据零件的具体要求,综合考虑各种因素影响,恰当选择个适当的间隙范围作为合理间隙,其上限为最大合理间隙,其下限为最小间隙,即合理的 间隙指的是一个范围值,在

13、具体设计冲模时,根据零件和生产上的具体要求可按下述原则进行选取.(1).当对冲裁件断面质量无特殊要求时,为了提高模具的使用寿命和减小冲裁力,以获得较大的经济效益,可以选择较大间隙值.(2)当对冲裁件断面质量有较高要求时,应选择较小间隙值.(3).在设计冲裁模刃口尺寸时,考虑到模具在使用过程中会磨损,会使刃口间隙增大的实际,应按最小间隙值来计算刃口的尺寸.在实际的工作中模具行业对各种冲压材料的不同厚度的冲件都积累了大量的经验数值.所以理论上的间隙计算方法仅作为参考来用,由于各个地方模具的 制造工艺不同,所以即是同种冲件所使用的间隙也会不一样,现就冲模二厂对间隙值规定如下:单边冲裁间隙z取值与冲裁

14、的料片材质及厚度有关.a. 冲裁的料片为GI料时,当料片厚度T1.0 (含)MM时,Z=7%T;0.5T0.5,Z=5%T;只要冲裁的料片材质是一般的铁料(包括GI料)时,冲3MM以下小孔,单边冲裁间隙Z=10%T;二.冲裁-冲裁件的凸、凹模尺寸计算1.凸、凹模尺寸计算原则. 冲裁时,冲孔直径和落料外形尺寸均取决于光亮带的尺寸.,该尺寸通常用通用量具实测得到,也是确定冲件尺寸精度的唯一依据,实践证明,落料件的尺寸接近凹模刃口尺寸;冲孔的尺寸接近于凸模刃口的尺寸.所以落料时以凹模作为设计的基准;冲孔时取凸模作为设计的基准件.计算凸凹模尺寸时就遒守的原则如下:(1).落料时,先确定凹模刃口尺寸,其

15、大小应取接近于或等于制件孔的最大极限尺寸.以保证凸模磨损至一定尺寸范围内.也能冲出合格制件.凸模刃口的基本尺寸应比凹模刃口基本尺寸小一个最小合理间隙.(2).冲孔时,凸模刃口尺寸其大小应接近于或等于冲件孔的最大极限尺寸.以保证凸模磨损至一定尺寸范围内,也能冲出合格的孔. 凹模刃口的基本尺寸应比凸模刃口基本尺寸大一个最小合理间隙.2.凸、凹模分开加工时其尺寸与公差的计算. 凸、凹模分开加工,是指凸模与凹模分别按图加工尺寸,要求凸、凹模具有互换性.便于成批制造,对于形状简单.特别是圆形件,采用这种方法较为适宜.但为了保证凸凹模间初始间隙合理,不仅凸、凹模要分别标注公差,而且要求有较高的制造精度.以

16、满足如下条件:凸+凹Cmax-Cmazx凸凹式中, 凸、凹为凸、凹模制造公差; Cmax、Cmazx为凸、凹模最大与最小双面间隙.对于圆形或简规则形状的冲裁件,其落料,冲孔模允许偏差位置和,凸、凹模刃口尺寸计算如下:落料:设制件外形尺寸为D-,则D凸=(D-X-,)+ 凸D凹= (D凸-Cmin)- 凹=(D- X-,- Cmin)- 凸式中, D凸、D 凹、分别为落料凸凹模刃口基本尺寸(mm); D为制件外形基本尺寸(mm);为制件外形基本尺寸(mm); 凸、凹,分别为凸、凹制件公差(mm),一般按IT6IT7级精度,也可以取凸=(0.200.25) 、凹=0.25 ;X为系数,制件精度为I

17、T10级以上时取1,制件精度为IT1113级时取0.75,制件精度为IT14级以下时取0.5,X值也可以由下表1选取.表1 系数X材料厚度t(mm)非圆形圆形制件公差(mm)40.160.200.240.360.420.500.600.160.200.240.160.200.240.30系 数X10.750.50.750.5冲孔:设制件孔尺寸为d+,则d凸=(d-X-,) +凸d凹= (d凸-Cmin) -凹=(D- X-, - Cmin) -凸式中, d凸、d凹分别为冲孔凸, 凹模刃口基本尺寸(mm);d为制件孔的基本尺寸(mm)其作余符号含义同上式.3.凸凹模配合加工时其尺寸的计算 当制件

18、形状复杂或凸凹配俣间隙较小时,采用分开加工法比较因难.此时,可采用配合加工法,即先加工凸模(或凹模).这种加工法容易保证凸凹模间的间隙.采用配合加工法,其凸凹模尺寸公差也按落料和冲孔分别计算,落料一般应以凹模为准,然后配做凸模,落料凹模磨损后,因其刃口复杂程度的不同,刃口尺寸的变化不一定都是增大,因此,必须按凹模磨损后的增大、减小或不变三种情况计算,如下图所示.第一类: 凹模磨损后尺寸增大,如图中Z1、Z2、Z3、R,计算这类尺寸时可先把制件图尺寸变化成D-的形式.再按公式计算;第二类: 凹模磨损后尺寸减小,如图中Y,计算这类尺寸时,可先把制件图尺寸变化成d+的形式,再按公式计算;第三类: 凹模磨损后尺寸不变,如图中Z1、Z2、Z3、计算这类尺寸时,可先把制件图尺寸燮化成L/2的形式按公式计算.冲孔一般应以凸模为准,然后配做凹模,冲孔凸模磨损后,刃口尺寸的变化也不一定都是减小,因此也应按凸模磨损后尺寸减小、不变或增大三种情况计算, 如下图所示. 第四类: 凸模磨损后尺寸减小,如