冲压工艺与模具制造教案--4

1、职业技术学校教案首页 授课班级 13模具、13数控 授课日期 授课内容 （章节名称） 项目二：冲裁成形及其模具（冲裁变形过程；分析与控制冲裁件的质量） 授课方式 讲授 教具 海绵一块 教学目标 1 1、理解冲裁变形过程； 2 2 了解冲裁件质量及影响因素； 教学重点 1 1、 冲裁变形过程及变形规律； 2 2 冲裁件断面质量； 3 3、 冲裁间隙及合理间隙的确定。 教学难点 1 1、 冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素； 2 2、 合理间隙的确定。 教学过程 时间分配 共 2 2 课时；其中： 1、 复习旧课（10分钟） 2、 引入新课（5分钟） 3、讲授新课（50分钟） 4、 小结（10分钟）

2、 5、 布置作业（5分钟） 课后体会： 新会冈州职业技术学校教案 第1页 、复习旧课（1010 分钟） 1 1、冷冲压概念及冷冲压加工的特点； 2 2、压力机简介； 3 3、模具分类； 二、引入新课：（5 5 分钟） 通过视频演示冲裁过程，希望学生对冲裁变形有更具体的理解及认识；帮助学生进一步 理解冲裁变形，降低学生学习的难度。 三、讲授新课（ 50 50 分钟） 项目二：冲裁成形及其模具 内容简介 : : 冲裁是最基本的冲压工序，本章是本课程的重点。在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影 响因素的基础上，介绍冲裁工艺计算、工艺方案制定和冲裁模设计。涉及冲裁变形过程分析、 冲裁件质量及影响因素、间隙

3、确定、刃口尺寸计算原则和方法、排样设计、冲裁力与压力中 心计算、冲裁工艺性分析与工艺方案制定、冲裁典型结构、零部件设计及模具标准应用、冲 裁模设计方法与步骤等。 冲裁是冷冲压技术中的一项重要内容，它在冲压生产中所占的比例非常大，有着非常重 要的地位。冲裁不仅可以直接在平板毛坯上进行，还可在弯曲、拉伸等半成品上进行，作为 这些工序的后续工序。 冲裁：就是指利用模具在压力机上使材料与制件沿一定的轮廓线产生相互分离的工序。 广义上来讲，冲裁包括了所有的分离工序。但一般情况下，冲裁主要是指冲孔和落料两大工 序。 落料：是指材料沿封闭的轮廓线产生完全的分离， 冲裁轮廓线以内的部分为制件， 以外 的部分为

4、废料； 冲孔：材料沿封闭的轮廓线产生完全的分离，冲裁轮廓线以外的部分为制件，以内的部 分为废料。 如冲压内径为 d d、外径为 D D 的垫圈制件，获得内径 d d 的过程为冲孔，获得外径 D D 的过程 为落料。所以一个简单的垫圈制件是由落料与冲孔两个工序结合而成的。 新 会 冈 州 职 业 技 术 学 校 教 案 第 2 页 2.1 2.1 冲裁过程与冲裁件质量 2.1.12.1.1 冲裁变形过程 il 視 图 2-1 冲裁过程示意 1模柄 2 凸模 3 条料 4 凹模 5 下模座 冲裁过程如图 2 2- -1 1 所示。当条料送入凸模与凹模之间后，凸模下压，在凸模和凹模共同作 用下，使材

5、料产生分离。整个过程可以分为三个阶段： 11弹性变形阶段：当凸模施加给材料的作用力没有超过材料的屈服极限时，此时，如果 凸模回程，板料即恢复平直的原始状态，此阶段为弹性变形阶段，见图 2 2- -2(a)2(a)。 22塑性变形阶段：凸模继续下行，施加于材料的作用力超过了材料的屈服极限，这时， 凸模挤入材料一圈，同时，材料也挤入凹模，由于材料反抗凸模及凹模的挤入， 产生弯矩 M M， 在弯矩 M M 的作用下材料产生弯曲，材料各部分应力状态如图 2 2- -2 2 (b b)所示。 ( ) (b) (c 何 (t 图 2-2 冲裁变形过程 33断裂分离阶段：随着施加于材料力的不断增大，凹模刃口

6、附近材料所受应力首先达到最 大值，因而出现裂纹，但这时凸模刃边处的材料还处于塑性状态，因此，凸模继续挤入材料。 如图 2 2- -2(c)2(c)所示，当此处材料所受力也达到材料的抗剪强度时，也会产生裂纹。如果间隙适 当时，上下裂纹扩展并重合，直到材料分离，从而获得制件，如图 2 2- -2(d)2(d)所示。最后，凸模 继续下行，将制件推下。如图 2 2- -2(e)2(e)所示。 从上述过程可以看出，任何一种材料的冲裁，都要经过弹性变形、塑性变形、断裂分离三个 阶段，只是由于冲裁条件的不同，三种变形所占的时间比例各不相同。 新会冈州职业技术学校教案 第3页 2.1.22.1.2 冲裁件断面

7、分析 冲裁过程的材料变形是很复杂的，由图 2 2- -2 2 可以看出，冲裁除剪切变形外，还有拉伸、 弯曲、横向挤压等变形。由于它的复杂应力与应变，而造成了冲裁件断面的变化。一般来说, 冲裁断面可划分为四个区域：塌角、光面、毛面、毛刺。下面以普通冲裁时的落料件为例说 明各区的分布情况，如图 2 2- -2 2 所示。 11塌角：由于模具间隙的存在，冲压时，材料进入凹模时产生弯曲力矩，从而在制件上 产生弯曲圆角区。 22光面：由于冲裁时存在塑性变形，凸模挤压切入材料，在制件断面形成表面光洁平整 的光面。光面是制件质量最好的部分，是制件测量的基准。 (b)犒料 图 2-3 冲裁区应力、变形情况及冲

8、裁断面状况 a塌角 b 光面 c 毛面 d 毛刺 b 正应力 T 剪切应力 33毛面：由于裂纹扩展而使材料撕裂产生分离，从而形成表面粗糙并带有一定锥度的断 裂区。 44毛刺：在凸模与凹模刃口处首先产生的微裂纹随着凸模的下降而形成毛刺，凸模继续 下降，毛刺拉长，最后残留在制件上。一般毛刺的高度应控制在料厚的 10%10%以下为合适，精 度要求高的制件应控制在 5%5%以下。落料时各区域的位置与冲孔正好相反。 冲裁断面的四个区域在断面上所占的比例不是一成不变的，随着材料性质、厚度、模具结构 及使用情况的不同而变化。 2.22.2 冲裁模间隙 2.2.12.2.1 间隙的概念 如图 2 2- -4

9、4 所示，凸模与凹模工作部分的尺寸之差称为间隙。冲裁模间隙都是指的双面间隙。 间隙值用字母Z Z 表示。 Z=DZ=DA- D DT (2 2- -1 1 ) 式中 Z Z 冲裁间隙，单位为 mnmn; D D凹模尺寸，单位为 mmmm D DT凸模尺寸，单位为 mmmm 图 2-4 冲裁模间隙 新会冈州职业技术学校教案 第4页 2.2.22.2.2 冲裁间隙的重要性 1 1 冲裁间隙对冲裁件质量的影响 冲裁件质量包括断面质量、尺寸精度、表面平直度等。影响质量的因素有很多，如材料 的性能、模具制造的精度、冲裁间隙、冲裁条件等。本部分主要讨论冲裁间隙对冲裁件质量 的影响。 图 2-5间隙大小对工

10、件断面质量的影响 （1 1）间隙对断面质量的影响 由冲裁变形过程的分析可知，冲裁时上下裂纹不一定从两刃 口同时发生。冲裁间隙值的大小对冲裁时上下裂纹的重合与否有直接的影响。 模具间隙合理时，凸模与凹模处的裂纹（上下裂纹）在冲压过程中相遇并重合，此时断面如 图 2 2- -5 5 （b b）所示，其塌角较小，光面所占比例较宽，对于软钢板及黄铜约占板厚的三分之一 左右，毛刺较小，容易去除。断面质量较好； 间隙过大时，凸模刃口处的裂纹较合理间隙时向内错开一段距离，如图 2 2- -5 5 上下裂纹未重合部分的材料将受很大的拉伸作用而产生撕裂，使塌角增大，毛面增宽， 减少，毛刺肥而长，难以去除，断面质

11、量较差； 间隙过小时，凸模与凹模刃口处的裂纹较合理间隙时向外错开一段距离，如图 所示，上下裂纹中间的一部分材料，随着冲裁的进行将进行二次剪切，从而使断面上产生二 个光面，并且，由于间隙的减小而使材料受挤压的成分增大，毛面及塌角都减少，毛刺变少， 断面质量最好。因此，对于普通冲裁来说， 确定正确的冲裁间隙是控制断面质量的一个关键。 （2 2）冲裁间隙对尺寸精度的影响 能严格维持无载荷的形状和尺寸。同时， 变形，从而在冲裁结束后，会产生回弹， 有的使制件尺寸变大，有的则减小。其一般规律是间隙小时，落料件尺寸大于凹模尺寸，冲 出的孔径小于凸模尺寸；间隙大时，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲出的孔径大于凸模

12、尺寸。 新会冈州职业技术学校教案 其尺寸变化量的大小与材料性质、料厚及轧制方向等因素有关。图 2 2- -6 6 显示了在一定条件下 模具间隙与弹性变形的关系：在图（a a）中，当间隙小于 5%5%时，制件尺寸随间隙的增大而减 小；当间隙为 525%525%时，（c c） 所示, 光面 2 2- -5 5 (a a) hW% 丄虬制舟闕 （b冲扎种 图2-6 间隙与弹性变形的关系 冲裁加工时，由于冲压力的影响，凹模刃口部分不可 从前述的分析也知，材料在冲裁过程中会产生各种 使制件的尺寸不同于凹模和凸模刃口尺寸。其结果， 测廉送小 b的障合理 址间諒过戈 农亡匚“ 则其尺寸变化不大；当间隙天于

13、25%25%时，其尺寸再次变小。然而， 当间隙小于 2%2%时，制件尺寸比凹模刃口大。同时，在一般情况下，间隙越小，制件的尺寸精 度也越高，如图 2 2- -7 7 所示。 2.2. 冲裁间隙对冲压力的影响 冲裁力随着间隙的增大虽然有一定程度的降低，但当单边间隙在 5%105%10 料厚时，冲裁力 降低并不明显，因此，一般来说，在正常冲裁情况下，间隙对冲裁力的影响并不大，但间隙 对卸料力、推件力的影响却较大。间隙较大时，卸料及推料时所需要克服的摩擦阻力小，从 凸模上卸料或从凹模内推料都较为容易，当单边间隙大到 15%2015%20 料厚时，卸料力几乎等于 零。 图2-7 间隙与冲裁件精度的关系

14、 33冲裁间隙对冲模寿命的影响 间隙是影响模具寿命的主要因素，由于冲裁时，凸模与凹模之间，材料与模具之间都存在摩 擦。而间隙的大小则直接影响到摩擦的大小。间隙越小，摩擦造成的磨损越严重，模具寿命 就越短，而较大的间隙，可使摩擦造成的磨损减少，从而提高了模具的寿命。 综上所述，冲裁间隙较小，冲裁件质量较高，但模具寿命短，冲压力有所增大；而冲裁 间隙较大，冲裁件质量较差，但模具寿命长，冲压力有所减少。因此，选择合理的间隙值的 总的原则是：在满足冲裁件质量的前提下，间隙值一般取偏大值，这样可以降低冲裁力和提 高模具寿命。 合理间隙的确定 因为间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命都有影响。因此，在设计和

15、制造模具时，一 定要选择一个合理间隙值。考虑到模具制造的精度及使用过程中的磨损，生产中通常是选择 一个适当的范围作为合理间隙。这个范围的最小值称最小合理间隙，最大值称为最大合理间 隙。只要在这个范围内的间隙，都能冲出合格的制件。由于模具在使用中的磨损使间隙增大， 故设计与制造时要采用最小合理间隙值。确定合理间隙值的方法有理论计算法、经验确定法 二种。 新会冈州职业技术学校教案 第6页 (1 1)理论计算法 该方法的理论依据是保证上下裂纹重合，以获得良好的断面质量。 根据图 2 2- -8 8 的几何关系可得： 图2-8 冲裁时产生裂纹的瞬时状态 材 料 ho/t 3 退火 硬化 退火 硬化 软

16、钢、紫铜、软黄铜 O.5 O.35 6 5 中硬钢、硬黄铜 O.3 O.2 5 4 硬钢、硬黄铜 O.2 O.1 4 4 Z=2（t-h o）tg 3 =2t（1- 一 ） tg 3 （2-2） 式中 t t 料厚（mrhmrh h ho产生裂纹时凸模挤入的深度（mmmm h ho/t /t 产生裂纹时凸模挤入的相对深度，查表 3 3- -1 1 3 最大剪应力方向与垂线间的夹角，查表 3 3- -1 1 由上式可知：间隙值的大小 Z Z 主要与材料厚度 t t、相对切入深度 h ho/t/t 及裂纹方向3有关。 而 h ho和3又与材料性质有关，材料越硬，h ho/t/t 越小，因此，影响间隙值的主要因素是材质与 料厚。材料越硬越厚，其所需合理间隙值越大。反之则越小。由于理论计算法在生产中使用 不方便，故目前广泛使用经验公式及查表确定。 （2 2）经验确定法 根据使用经验，在确定间隙值时要根据要求分类使用。如电子电器行 业，对制件的质量要求较高，因此，其合理间隙值取得偏小；而对于汽车拖拉机行业来说， 对制件的质量相对