冲压工艺介绍

课题：冲压工艺介绍（适合对象：高级技工/助理技师调修模工、装调工）编制：沈元平审核：批准：常用冲压工艺介绍第一讲：冲裁与修剪冲裁变形力学过程作用与特征主要影响序号名称1冲击压缩阶段材料相应处出现小圆角，为冲件断面塌角部分的形成作了准备产生振动与噪声原因之一2压入剪切阶段形成冲裁件断面的塌角部分及不断生成剪切部分设备与模具受力最大的时刻，冲头、凹模在高压下受摩擦，其剪切面愈长，磨损愈严重3裂缝生长阶段产生冲裁件断面毛刺，继续生成剪切面，逐渐形成断裂面部分倘若裂缝不会合或冲裁间隙过小，模具磨损更甚；或间隙过大，则冲件质量差、模具寿命短4突然分离阶段裂缝会合或错开后连合，冲头突然卸载，一部分材料进入凹模内而到彼此分离产生振动与噪声之主要原因；材料之间、材料与模具之间有摩擦，冲头凹模受到磨损5推出凹模阶段获得工件或取走废料冲裁工件的剪切面与模具有摩擦，冲头、凹模受磨损6卸离冲头阶段取走废料或取得工件剪切面与冲头有摩擦，冲头受磨损，且引起拉应力，造成不对称循环交变应力；也是产生噪声原因之一一、冲裁1、冲裁变形过程：根据实测到的冲裁力曲线，并经过对冲裁变形的观察与分析，冲裁变形全过程可以分为以下6个阶段。冲裁变形过程中，材料经受各个变形阶段的作用与特征及其对冲裁加工之实现诸方面的主要影响见下表。冲裁变形过程各阶段的特征与影响冲裁变形全过程的6个阶段，所反映的分别是模具工作的冲击压缩阶段、压入剪切阶段、裂缝生长阶段、突然分离阶段、一部分材料推出凹模阶段、另一部分材料卸离冲头阶段等6个阶段。冲裁变形过程中各个变形阶段的变形情况及其位置关系如下图所示：a)、冲击压缩b)、压入剪切c)、裂缝生长d)、突然分离e)、推出凹模f)、卸离冲头2、冲裁变形区与受力分析（1）、冲裁变形区是指材料被分离断开的那一部分区域，但具体的模型未有统一的认识。现公认的有纺锤形变形区(如下左图)和8字形变形区(如下中图)（2）、变形区及邻域的应力分析（a）、冲裁力造成的应力：如下右图所示，冲裁变形时，于冲头平面下方、凹模平面上方的材料，由于分别受到模具直接传递的高压作用，成为压应力区。同时，材料的塌角处，既要支撑变形区又因摩擦力的作用而受到拉伸，成为拉应力区。（b）、力偶引起的（弯曲）应力：讨论这种应力时，首先应分清冲裁时模具结构上加压料板和不加压料板有所不同，如右图所示。3、冲裁变形过程中力的计算在纯剪切的场合，剪切变形的屈服应力为拉伸变形屈服应力的1/2。虽然可以推论出剪切抗力是抗拉强度的1/2，但因冲裁时变形范围较大，它并不是一种纯剪切，在其剪切变形中包含有拉伸、压缩、弯曲等作用，还有工具与材料间的摩擦影响等，因此，冲裁时的剪切抗力大于这种比值。实际上作为经验数值，常取抗剪强度为抗拉强度的0.8倍，即τ=0.8σb冲剪力F剪切=τ*t*L式中：τ－材料抗剪强度（kg/mm2）t－材料厚度（mm）L－剪切形状的周长（mm）卸料力F卸料=10%冲剪力4、冲裁件的质量（1）、冲裁断面如下图所示，冲裁件的断面是由4个部分组成的：a、塌角（一端圆角部分）b、剪切面（紧挨圆角的较光洁面部分）c、断裂面（粗糙表面部分）d、毛刺（另一端高出板平面部分）（2）、冲裁件的精度关于冲裁件的精度问题，主要表现在以下三个方面：（a）、弯拱：从冲裁过程的受力与变形分析中得知，材料受到弯曲力偶的作用，因而冲裁件会有弯拱出现，严重的会看到明显的挠度存在。一般预防弯拱的错施是：对于冲孔件，在模具结构上增设压料扳；若是落料件，则在凹模孔中加顶料板。弯拱的深度即弯拱挠度取决于材料的特性。容易弯曲变形的材料、加工硬化指数大的材料，其弯拱较大。另外，间隙愈大，弯拱也愈大。（b）、尺寸精度：冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与公称尺寸之差，差值愈小，表明尺寸精度愈高。除了模具制造偏差外，这个差值主要是指冲裁件相对于模具尺寸的偏差。比如，冲裁时所得到的外径尺寸，如果与凹模孔径尺寸相同，则认为其尺寸精度好。但实际上工件的外径与凹模孔径尺寸往往有百分之几毫米的偏差。这是因冲裁后的弹性回复所致。冲裁件外径尺寸的最大处位于剪切面与断裂面的分界处，假如该分界线在材料中性面层以上时，弹复后则尺寸增大；反之，在中性面层以下时，则尺寸减小。（c）、斜度：冲裁件由于弯曲变形的残留和弹复，其剪切面（带）上会存在有斜度或叫锥度β。实际上即便没有弯拱发生的某些材料冲裁件断面也仍有某种程度的斜度存在。5、间隙对冲裁加工的影响（1）、间隙对冲裁件断面的影响：小间隙冲裁时，工件的剪切面较大，可超过断面厚度的1/2以上甚至有二次剪切面（但普通冲裁很少采用接近于零的间隙值）；适中间隙的剪切面一般占断面的1/3~1/2；间隙太大，则剪切面变小，塌角增大，毛刺也增大。（2）、间隙对冲件精度的影响：研究表明，间隙对冲裁件弯拱影响的一般规律为：小间隙时，弯拱较大；间隙为（5%~15%）t时弯拱较小；往后，随着间隙的增大弯拱挠度又增大。冲裁件断面锥度是随着间隙的增大而不断增大的。（3）、间隙对模具寿命的影响：一般地说，间隙愈小，模具作用的压应力愈大，磨损愈严重，寿命愈低。间隙过小造成模具因胀裂而报废的怀况也时有发生。而间隙太大时，模具因受到的拉应力作用增大会使模具磨损又变严重，故模具寿命反而又变短。模具寿命是一个受各种因素综合影响、相当复杂的问题，间隙只是其中一个因素，而不是唯一因素。（4）、间隙对加工能量的影响：从节省加工能量的角度出发，采用中等间隙是最好的，可降低冲裁力、冲裁功，减小推料力、卸料力及模具的侧压力。(表)冲裁间隙分类分类依据类别ⅠⅡⅢ冲件剪切面质量剪切面特征塌角深度a(4~7)%t(6~8)%t(8~10)%t光亮带b(35~55)%t(25~40)%t(15~25)%t剪裂带e小中大毛刺高度h一般小一般斜度β4°~7°7°~8°8°~11°冲件精度挠度f稍小小较大尺寸精度落料件接近凹模尺寸稍小于凹模尺寸小于凹模尺寸冲孔件接近凸模尺寸稍大于凸模尺寸大于凸模尺寸模具寿命较低较高最高力能消耗冲裁力较低小最小卸、推料力较大最小小冲裁功较大小稍小适用场合冲件剪切面质量、尺寸精度要求高时，采用小间隙。冲模寿命较低冲件剪切面质量、尺寸精度要求一般时，采用中等间隙。冲件剪面质量、尺寸精度要求不高时，应优先采用大间隙，以利于提高冲模寿命(表)冲裁间隙的选取精密一般备注～1003A1100-0100～1805A1100-HR,H10,H12,H18180以上7A5052～2153/215～2755C1100-O,1/4H,1/2H275以上C1100-H～3004/300～4106C2680-O,1/4H,1/2H410以上C2680-H～3406C5111-O340～5008C5111-1/4H,1/2H500以上C5111-H～2804/280～3706SPCC,SECC370以上8/～6006SUS301,303,304(A)600～10008SUS301,303,304(1/2H)1000以上/抗拉强度（N/mm2）铝及铝合金（AluminumandAluminumAlloy）参考单边间隙值（％）不锈钢（StrinlessSteel）软铜（Copper）黄铜（Brass）磷青铜（PhosphorBronze）碳钢（CarbonSteel）6、减小冲裁力的设计（1）、斜刃模冲裁：斜刃口模具冲裁过程，如同斜刃口剪板机剪切板料一样，材料是逐渐地一部分一部分地剪断分离的，因此，它比平端面刃口冲裁减少很多。为了得到平整零件，落料时冲头应成平状，凹模加工成斜刃；冲孔时则相反，凹模成平状，冲头加工成斜刃。如下图a、b所示。a）、斜刃落料b）、斜刃冲孔c）、阶梯形布置冲头（2）、阶梯形布置冲头冲裁：在多冲头模冲裁时，将各冲头加工成不同的高度，见上图c，可使各个冲裁力的峰值不至于同时出现，于是降低了总冲裁力。在采用阶梯形布置冲头的设计时应当注意以下几个问题：a、阶梯形冲头的高度差H只要稍大于冲裁件断面之剪切面高度即可；b、先开始工作的冲头最好带有导正销；c、一般先冲大孔，再冲小孔，这样可以使小直径的冲头做得尽量短一些，增加其抗压失稳的能力；但如果先冲小孔，再冲大孔，则有可能更符合压力机的力-行程曲线；d、在设计时还应注意模具的对称性，以减小压力中心和偏移。（3）、加热冲裁：材料加热后，其抗剪强度和抗拉强度大为降低，从而能降低冲裁力。这种方法在铁道机车工厂及一些小型机械修配厂有所采用。但加热冲裁操作麻烦且准备工作困难，故应用范围并不广泛。二、修边剪切1、修剪适用范围：a、剪切边缘有平度要求；b、材料厚度大于2.0mm；c、产品对剪切面有特殊要求；d、对电镀要求较高的产品；2、修剪参数：《注》修边剪切应为封闭形状，否则极易跳废料。材料材料厚度预切间隙1stTrimming2ndTrimming3rdTrimming余量间隙余量间隙余量间隙SPCCSPCDSPCESECCT2.06%T0.20.052.0＝T3.27%T0.30.050.20.05T3.28%T0.30.050.250.050.20.05第二讲：弯曲与翻边一、弯曲1、种类：L形弯曲，V形弯曲，U形弯曲，Z形弯曲等；2、特征参数：t－－材料厚度；B－－弯曲高度；BL－－弯曲线长度；Ri－－弯曲内圆角半径；Ro－－弯曲外圆角半径；弯曲时，内角部位存在压缩应力，外角部位存在拉伸应力，在拉伸和压缩应力的共同作用下，角部材料变薄。因此在计算弯曲展开长度时我们就必须引入弯曲中性层系数k。2.1：弯曲展开长度计算弯曲展开长L＝L1+L2+L3；其中L2＝π/2（Ri+k*t）2.2：弯曲力、压料力的计算弯曲力F弯曲＝0.40*BL*t*τ压料力F压料＝0.13*BL*t*τ其中：τ－材料的抗剪强度（kg/mm2）BLA±T3L1tRoB±T1L3L2Ri2.3：影响特征效果的主要因素：（1）、材料的特性（如屈服强度、杨氏模量）（2）、材料的厚度公差（3）、弯曲内径对材料厚度的比值（4）、弯曲结构（5）、弯曲线的方向2.4：现有产品特征参数范围：3、根据材料厚度、尺寸及公差分类：3.1：材料厚度小于1.5mm3.1.1：具体参数范围tBLBT1T3T20.1~1.5mm0.5t~10.0t1.5t~5.0t±0.05mmorMORE0.05mmorMORE冷轧钢：如SPCC、SPCE不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金材料厚度（t）0.1mm～3.5mm弯曲线长度（BL）0.5t～10.0t弯曲高度（B）1.5t～5.0t弯曲高度公差（T1）±0.05mmorMORE垂直度公差（T2）0.05mmorMORE弯曲边距离公差（T3）±0.05mmorMORE材质3.1.2：展开长度计算根据实际的弯角形状，我们假定：Ro=Ri+1.3t通常，展开长度按下列公式计算：①：L=A+B+0.4t；（经验公式）或②：L=L1+L2+L3；其中L2＝π/2（Ri+k*t）一般Ri的取值为0.3t；对于SPCC材料，当Ri=0.3t时，k约为0.33；3.1.3：模具结构参数右图是标准的90o弯曲设计，各参数按下表来选取：仅当弯曲高度公差小于或等于0.06时，才使用高度限位块。LL3RoktBLL1tB±T1RiL1L3L2L2Ri0.3tRp1.5/2.5H(3~5)tRiRpt0.1t45°tt-0.01~0.02mm0.1HR0.5W高度限位块弯头压料块弯曲镶块3.2：材料厚度大于或等于1.5mm3.2.1：具体参数范围3.2.2：展开长度计算展开长度计算公式为：L=L1+L3+π/2（Ri+k*t）中性层系数k的取值见下表：3.2.3：模具结构参数（见右图）（1）：弯头结构参数（见下图）材质：DC53外形尺寸应考虑其强度和刚度。tBLBT1T3T21.5~3.5mm0.5t~10.0t1.5t~5.0t±0.05mmorMORE0.05mmorMORERi/t0.20.30.40.50.60.70.750.80.91.0Ro/t1.661.681.721.771.841.921.962.002.