第三章 钣金分离工艺

1、主讲教师：汉锦丽、贺磊 飞机钣金工岗位基础理论与实践 目录 n第一章 金属变形基本理论 n第二章 模线样板 n第三章 钣金分离工艺 n第四章 弯曲 n第五章 拉深成形 n第六章 橡皮成形 n第七章 拉形成形 n第八章 旋压成形 n第九章 落压成形 n第十章 其他钣金成形工艺方法 第三章 钣金分离工艺 n第一节 剪切（一） n第二节 剪切（二） n第三节 冲裁（一） n第四节 冲裁（二） n第五节 其他分离工艺（一） n第六节 其他分离工艺（二） n第七节 排样与搭边 第三章 钣金分离工艺 【教学目标】 掌握剪切的原理；掌握手工剪切的操作方法；知道机械 剪切的原理、机床、方法。理解冲裁的基本原理

2、；知道冲裁工序；了解冲裁 过程及板料的断面；掌握冲裁间隙的知识。知道冲裁力的计算方法；掌握铣 切下料的工艺方法；掌握锯割的工艺方法；掌握排样与搭边工艺方法。 【教学重点】 剪切的原理。手工剪切的操作方法。冲裁的基本原理。 冲裁模的种类及用途。铣切、锯割的工艺方法。排样与搭边工艺方法。 【教学难点】 剪切间隙的确定方法。手工剪切的操作方法。冲裁间隙 的定义及其对冲裁件质量的影响。冲裁设备的种类及特点。氧气切割的工艺 方法。排样与搭边工艺方法。 1. 剪切原理 （1）剪切定义：剪切是指利用上、下剪刀片的相对运动完成对被切物 体的分离过程。 （2）剪切原理：将要剪切材料置于两剪刀刃之间，当剪切力足够

3、大时， 被切材料纤维首先产生弯曲和伸长的弹性变形，然后出现细微的裂纹，接 着裂纹不断扩大，直至分离。 切口附近的材料内部发生变化，硬化区域的宽度与厚度成正比，一般 在12.5mm范围内。 第一节 剪切（一） 一、概述 2. 剪切的应用 （1）板料和型材都能用剪切的方法剪断。 剪切板料类，使用平口刀刃； 剪切型材时，要使用与被剪型材相适应的刀 具。 （2）钢板的剪切厚度小于等于40mm。 经剪切的零件都会发生弯曲、扭曲等变形， 剪切后要进行校正。 第一节 剪切（一） 一、概述 图图1-1 剪切示意图剪切示意图 3. 剪切过程 剪切过程可分为三个阶段： 第一阶段：弹性变形阶段。 上刀刃开始压住板料

4、，在剪刃附近的材料被压缩和弯曲。 第二阶段：塑性变形阶段。 剪刃继续下压，使局部挤压加深，同时内应力达到屈服强度以上，材 料发生塑性变形。 第三阶段：剪断。 当材料所受剪应力达到剪切强度极限时，在剪刃附近就产生裂缝，当 裂缝相向扩展至最后相遇时材料分离。 第一节 剪切（一） 一、概述 第一节 剪切（一） 一、概述 图图1-2 1上刀片；上刀片；2下刀片；下刀片；3板料；板料；4工作台工作台 4. 剪切断面 剪切断面一般分为四个区域： （1）圆角带。 （2）光亮带。 （3）剪切带。 （4）揉压带。 第一节 剪切（一） 一、概述 图图1-3 1圆角带；圆角带；2光亮带；光亮带；3剪切带；剪切带；4

5、揉压带揉压带 5. 剪切刀刃的几何形状和角度 （1）后角：为减少剪切过程中刀刃与材料的摩擦，刀刃后面有一定的 倾斜，即为后角。 （2）楔角：楔角的大小影响着刀口的强度，一般在80度左右。 （3）前角：用来减小板料转动力矩的力臂，从而减小压料力。 （4）剪切角度：上刀刃倾斜的角度为剪切角度。其值的大小视剪切板 厚而定。 （5）刃口间隙：间隙合理，剪切质量好；间隙值与板厚成正比，一般 选取为板厚的2%5%。 第一节 剪切（一） 一、概述 5. 剪切刀刃的几何形状和角度 第一节 剪切（一） 一、概述 表表1-1 6. 剪切力的计算 利用直刀刃进行剪切的剪床分为平口剪床和斜口剪床。 （1）平口剪的剪切

6、力计算公式： F平=KBt 式中：F平平口剪的剪切力；B板料宽度； t板料厚度；材料的抗剪强度； K修正系数，一般取K=1.3 。 第一节 剪切（一） 一、概述 6. 剪切力的计算 （2）斜口剪的剪切力计算公式： F斜=KS 式中：F平平口剪的剪切力； S剪切时的最大剪切面积； 材料的抗剪强度； K修正系数，一般取K=1.3 。 第一节 剪切（一） 一、概述 7. 剪切间隙 （1）上、下剪刃间的间隙对板料剪切力、断面质量和尺寸精度都有影 响。 （2）如果间隙过小：易使刃口磨损，增大剪切力；间隙过大，易引起 板料弯曲，降低断面质量并出现较多的毛刺，尺寸精度也低。 （3）振动剪床剪切间隙约取板料厚

7、度的6%7%。 （4）滚剪机剪切间隙约取板料厚度的10%5%。 第一节 剪切（一） 一、概述 7. 剪切间隙 上下剪刃间的间隙对板料剪切力、断面质量和尺寸精度都有影响。如 果间隙过小，易使刃口磨损，增大剪切力；间隙过大，易引起板料弯曲， 降低断面质量并出现较多的毛刺，尺寸精度也低。 第一节 剪切（一） 一、概述 图图1-4 （a）间隙合理）间隙合理 （b）间隙过小）间隙过小 （c）间隙过大）间隙过大 1上刀片；上刀片；2下刀片；下刀片；3板料板料 1. 手工剪切 （1）定义：利用手动剪切工具进行剪切操作即手工剪切。 （2）功用：进行下料、去余量。 （3）手工剪切的工具： 1）直口剪：剪切刃为直

8、线；用于剪切直线轮廓的板料；可剪铝板厚度 为1.5mm。 2）弯口剪：剪切刃为曲线；用于剪切曲线轮廓的板料；可剪铝板厚度 为2mm。 第二节 剪切（二） 一、剪切方法 图图1-5（1）直口手剪刀（）直口手剪刀（2）曲口手剪刀）曲口手剪刀 （4）手剪操作及要点： 1）右手握剪把，剪把不能露出掌心过长，尾端不能握在手掌中。 2）左手持料，上剪刃与剪切线对正。 剪切时，剪刃张开剪刃全长的四分之三，剪切中，剪刃不完全合拢，应 留四分之一剪刃长。 3）当剪切刃闭合时，压线连续剪切，剪口要重合。 两刃之间保持00.2的间隙。 4）剪切凹角应先钻止裂孔，或在凹角处留一定距离不剪开，用手掰断 连接处，再锉修到

9、剪切尺寸。 对于角形件，先锯开角根再剪开。 5）当剪切圆料时，余料狭小，可按逆时针剪切，余料较宽时，应按顺 时针剪切。 第二节 剪切（二） 一、剪切方法 6）当剪切短直料时，被剪切部分放在右边。 剪切余料较宽，剪切长度较长时，背剪部分放在左边。 7）当剪切较厚条料时，应把剪刀下柄用台虎钳夹住，上柄套一根管子。 8）剪切内孔的方法是先在板料上开一个大孔，再用弯剪采用螺旋线剪 切，逐渐扩大。 （5）手剪常见质量故障 1）剪不断a.上、下刀刃间隙过大；b.刀口钝；c.料太厚。 2）尺寸超差：上剪刃与零件剪切线未对正。 3）剪切线间断不直：后一剪与前一剪切线未对正。 4）剪裂：a.凹角处未钻止裂孔或剪

10、过线；b.剪切时，剪刃全部闭合， 咬伤零件。 5）毛刺：a.剪切间隙不对；b.剪刃变钝。 第二节 剪切（二） 一、剪切方法 利用各类剪床对材料进行剪切的过程称为机械剪切。 1.龙门剪床剪切 （1）刀刃较长，能剪切较宽的板料；（2）剪切板料厚度在0.220mm 之间；（3）主要剪切由直线组成的凸边形零件。 图图1-61-6 第二节 剪切（二） 二、机械剪切 2.振动剪床 （1）剪切曲线或直线内外轮廓的毛料； （2）剪切板料厚度达3mm； （3）生产中主要用于成形后零件的切边。 3.滚剪机 （1）剪切精度要求不高的直线或曲线轮廓毛料； （2）板料在滚轮的摩擦力作用下自动送料。 第二节 剪切（二）

11、二、机械剪切 1.冲裁的定义：冲裁是利用冲压设备和模具使材料分离或部分分离的，以 获得零件或毛坯的一种冲压工序。 2.冲裁的基本原理：凸模底部边沿与凹模洞口边沿相当于上、下刀片的刃 口，将板料置于凸模与凹模之间，凸模逐步下降迫使板料变形，直至最后分裂 为二。 （a） （b） （c） 第三节 冲裁（一） 一、冲裁的基本原理与应用 图图1-7 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断裂阶段断裂阶段 冲裁过程冲裁过程 3.冲裁工序：冲裁包括落料、冲孔、切断、切口、切边等工序。 （1）落料：用冲模沿封闭线冲切板料，冲下来的部分为零件。用于制造 各种形状的平板零件。 （2）冲孔

12、：用冲模沿封闭线冲切板料，冲下来的部分为废料。用于制造 各种形状的平板零件。 （3）切断：用剪刃或冲模切断板料，切断线不封闭。用于加工形状简单 的平板零件。 第三节 冲裁（一） 一、冲裁的基本原理与应用 （4）切口：在毛料上沿不封闭线冲出缺口，切口部分发生弯曲。 （5）切边：将零件边缘修切整齐或切成一定形状。 （6）剖切：把冲压加工成的半成品切开成为两个或多个零件。用于不对 称零件的成双或成组冲压成形之后。 （7）冲槽、冲缺：从零件外周边上分离出废料，获得零件需要的形状的 工序。 （8）修整：将零件的外缘冲切去少量材料，提高零件冲切面的表面粗糙 度的工序。 第三节 冲裁（一） 一、冲裁的基本原

13、理与应用 当模具间隙正常时，冲裁过程可以分为三个阶段： 1.弹性变形阶段：当凸模开始接触板料并下压时，板料产生弹性压缩和弯曲。 2.塑性变形阶段：凸模继续下压，压入金属，超过其屈服点时，板料开始产 生塑性变形。 3.断裂阶段：凸凹模周边刃口处的板料产生裂纹时，板料内部应力达到了材 料的抗剪强度，冲裁力达到最大值，裂纹迅速扩展，上下裂纹重合时，板料被拉 断分离。 第三节 冲裁（一） 二、冲裁过程 第三节 冲裁（一） 三、冲裁板料的断面 在断面上一般存在四个主要特征区： 1.圆角带：在冲裁过程中由于材料的弯曲与拉伸形成的。 2.光亮带：是剪切变形造成的。 3.断裂带：由刃口处的裂纹在拉应力作用下不

14、断扩展而形成的撕裂面。 4.揉压带 : 剪切时板料下表面因受下剪刃压力而形成的挤压部位。 冲裁间隙是指冲裁模的凸模与凹模刃口之间的间隙。单面间隙用C表示， 双面间隙用Z表示，如图所示。 图图1-8 1-8 冲裁间隙示意图冲裁间隙示意图 第三节 冲裁（一） 四、冲裁间隙 1.冲裁间隙对冲裁件质量的影响 （1）冲裁件的三个质量指标是断面质量、尺寸精度和形状误差。 （2）影响冲裁件质量的因素：材料的性质、厚度与模具的间隙。 （3）间隙合理时，材料会由于上、下剪裂纹相遇而分离。断面较光洁、 毛刺减少、较小，可降低冲裁力并延长模具寿命。 （4）间隙过大时，上、下剪裂纹不重合。毛刺大而厚，不易去除。冲裁

15、力增大。 （5）间隙过小时，上、下剪裂纹不重合。冲裁力增大。 第三节 冲裁（一） 四、冲裁间隙 2.冲裁间隙的确定 （1）冲裁模的合理单面间隙约是板料厚度的2%5%。 （2）板料薄而材料软时，间隙占板料厚度的百分比应小。 （3）新制的模具应取间隙的最小值。 （4）间隙的取制方法： 1）落料时，凹模的尺寸取为零件的最小极限尺寸。 2）冲孔时，凸模的尺寸取为孔的最大极限尺寸。 第三节 冲裁（一） 四、冲裁间隙 1.冲裁力按以下公式计算：F=KLt 2.卸料力：F卸=K卸F 3.顶件力：F顶=K顶F 4.推件力：F推=K推nF 第四节 冲裁（二） 一、冲裁力的计算 第四节 冲裁（二） 二、冲裁模 1

16、.简单冲裁模：在冲床每一个行程内，只能完成落料、冲孔等一个工 序，即压力机一次冲程只完成一个冲裁工序的模具。简单冲裁模结构简单、 制造容易、成本低。不易保证模具均匀的间隙。冲裁零件的精度较差。模 具安装调整麻烦。模具使用寿命低。 2.导柱式冲裁模：导柱冲裁模的导向作用好，精度高，冲裁质量好， 模具安装方便，使用寿命长，在大批量生产中应用广泛。工作时由导柱和 导套进行导向，保证了凹、凸模的准确工作位置。 3.连续冲裁模：连续冲裁模是在简单冲裁模基础上发展起来的。在一幅模具中 的不同工位上，分别完成不同的冲裁工序。适用于大批量生产。生产效率高。材料 利用率低。连续模必须具备精度较高的定位装置。结构

17、比单工序冲裁模复杂的多。 4.复合冲裁模：复合冲裁模在模具的统一位置上，安装两副以上不同功能的模 具。压力机一次冲程中，在同一工位同时完成数道工序的模具。可以获得精度较高、 质量较好的零件。适用于大批了生产。复合冲裁模结构复杂，制造精度要求高，造 价昂贵。结构紧凑、寿命较长。复合冲裁模结构的主要特点是有复合形式的凸凹模， 它既是落料模又是冲孔模。 第四节 冲裁（二） 二、冲裁模 在冲压生产中，常采用的冲压设备是机械压力机和液压机。 1.机械压力机 1）曲柄压力机：生产效率高；适用于各类冲压加工，应用最广泛。 2）摩擦压力机：结构简单；当超负荷时，只会引起飞轮与摩擦盘之间的滑 动；飞轮缘磨损大；

18、生产率低；适用于中小型件的冲压加工；对于校正、压印和 成形等冲压工序尤为适宜。 3）高速压力机：生产率很高；适用于大批量生产；模具一般采用多工位连 续模。 第四节 冲裁（二） 三、冲裁设备 2.液压机 利用帕斯卡原理，以水或油为工作介质，采用静压力传递进行工作，使滑块 上下往复工作。 1）油压机 2）水压机：压力大，而且是静压力； 生产率低；适用于拉深、挤压等成形 工序。 图1-9 三、冲裁设备 第四节 冲裁（二） 1.铣切的定义：铣切下料是利用高速旋转的铣刀对成叠的板料进行铣切。 2.铣切的特点：工艺方法简单、生产效率高。 3.铣切的应用：是制造飞机大中型平板零件和毛坯的主要加工方式。 4.

19、铣切形式： （1）钣金铣床铣切； （2）回臂铣床铣切； （3）单台面靠模铣床铣切； （4）龙门靠模铣床铣切； （5）双坐标液压仿形铣床铣切； （6）钣金下料数控铣床铣切； （7）数控钻铣床铣切。 第五节 其他分离工艺（一） 一、铣切 1.锯割的定义：锯割是型材和管材零件常用的下料方法。 2.锯割设备： （1）摆锯 1）锯片直径在200mm300mm，厚度为46mm。 2）下料偏差较大，主要用于断面面积大且断面复杂的挤压型材毛坯下料，不 能保证成品件的公差要求。 （2）圆盘锯 1）圆盘锯的传动由电动机经皮带轮直接带动锯片旋转，工作台在支架导板 上可沿锯片的平面方向移动进行切割。 第五节 其他分离

20、工艺（一） 二、锯割 2）锯适用于锯割断面积不太大，厚度在110mm的型材件。切割精度较高， 可直接切割出成品零件。 3）圆盘锯操作要点：锯片的选择；做好切割前的技安保护工作；试锯一件； 开始锯割时进刀量要小；锯割断面与锯片平面保持平行一致；锯割截面积较大或 较厚的料时，应加润滑剂。 （3）带锯 1）带锯的操作要点：选择锯割速度；安装与调整锯条；试锯。 2）用于切割各种复杂形状的平面或立体板材和型材。切割精度不高，效率不 如摆锯和圆盘锯。 第五节 其他分离工艺（一） 二、锯割 1.气割的定义：气割是利用气体火焰的能量将金属分离的一种加工方法。 2.气割的应用：适用于厚钢板切割下料。 3.气割的

21、原理：是利用氧-乙炔气体火焰的热能，将零件切割处预热到燃 烧温度后，喷出高速切割氧流，使其燃烧并放出热量，从而实现切割的方法。 第五节 其他分离工艺（一） 三、氧气切割 4.气割的过程： 氧气切割过程包括三个阶段：（1）将金属预热到燃烧温度。（2）使金属 剧烈燃烧。（3）熔渣被切割氧吹除，金属逐渐地被割穿。 5.气割的条件： （1）燃点要低于熔点。 （2）金属氧化物的熔点要低于金属熔点。 （3）燃烧应是放热反应。 （4）导热性能不能太高。 （5）阻碍切割过程的杂质要少。 第五节 其他分离工艺（一） 三、氧气切割 1.激光切割的原理：激光切割是利用激光器做热源的一种无接触切割技术。 2.激光切割

22、的特点 （1）切割质量好。 （2）切割效率高。 （3）激光切割是无接触切割。 （4）可切割多种材料。 （5）激光切割零件受热后产生热影响区。 （6）激光切割时需要辅助气体用量大、成本高。 3.激光切割的应用：对于中、小厚度板较为有利。 第六节 其他分离工艺（二） 一、激光切割 4.激光切割操作中的不安全因素 （1）眼睛损伤。 （2）皮肤灼伤。 （3）由于析出有害气体，损伤呼吸系统。 （4）触电。 （5）被化学物质损伤。 （6）由于低温冷却剂造成的损伤。 第六节 其他分离工艺（二） 一、激光切割 1.电火花线切割的原理：是利用移动的细金属导线做电极，通过脉冲 火花放电对零件进行切割。 2.电火花

23、线切割的分类 （1）按控制方式分为 1）靠模仿型控制； 2）光电跟踪控制； 3）数字程序控制； 4）微机控制。 （2）按走丝速度分为 1）低速走丝方式 2）高速走丝方式 二、电火花线切割 3.电火花线切割加工的特点及应用 （1）适用于机械加工方法难于加工的材料的加工。 （2）能方便的加工形状复杂的外形和通孔，能进行套料加工。 （3）被加工材料必须导电。 （4）不能加工盲孔。 第六节 其他分离工艺（二） 二、电火花线切割 1.应用范围广； 2.切割速度快、生产率高； 3.切割质量高。 四、高压水切割 高压水切割精度高，设备昂贵。 五、光电跟踪自动切割 光电跟踪切割的切割精度和表面粗糙度与数控相比相差无几。 第六节 其他分离工艺（二） 三、等离子弧切割 1.排样的定义：零件在条料或板料上的布置方法叫排样。 2.排样的目的：减少废料，提高材料利用率。 材料利用率 式中： 材料利用率，%； 零件实际有效面积， ； 制造此零件所用的板料面积， 。 第七节 排样与搭边 一、材料利用率 3.排样的重要性 排样是否合理直接影响材料的利用效用，还会影响模具的结构和使用寿 命、生产率、零件精度、生产操作和安全等方面。 4.衡量排样经济性的指标是材料利用率 零件的实际有效面积与制造此零件所用板料面积之比值。 5.提高材料利用率主要应从减少工艺废料入手。 一、材料利用率 第七节