冲压工艺学-3-分离工序_冲裁

12019/10/3第三章冲裁冲裁是通过一对工具（模具）的工作部分——冲头与凹模，利用冲压设备加压于其间的被冲材料，使之在有一定间隙的刃口处产生剪切等变形，进而分离破断的冲压加工分离工序。动画：冲裁过程冲头P冲头平面板料凹模平面凹模tc是分离工序的基础和重点22019/10/3第三章冲裁落料与冲孔：金属垫片落料工序冲孔工序32019/10/3第三章冲裁材料力学——作为剪切变形的实例和内容，仅从工程结构上宏观的受力和变形考虑。塑性加工方法——为研究冲裁件质量、模具寿命和冲裁力，应从塑性力学理论和冲裁变形的实际条件，分析冲裁变形的机理。42019/10/3第三章冲裁3.1冲裁机理3.1.1冲裁变形过程1变形过程理论与模型（1）宏观理论模型冲裁变形分为三个阶段：弹性变形阶段塑性变形阶段断裂分离阶段52019/10/3第三章冲裁（2）细观理论模型从细观力学角度分析冲裁变形过程，认为冲裁变形过程分为六个阶段：冲击压缩、压入剪切、裂缝生长、突然分离、推出凹模和卸离冲头阶段。冲裁变形过程62019/10/3第三章冲裁2冲裁曲线（力-行程图）典型冲裁曲线冲裁力，微裂纹产生裂纹重合，卸载分离推件力卸料力72019/10/3第三章冲裁3冲裁变形过程82019/10/3第三章冲裁3.1.2冲裁变形区与受力1冲裁变形区冲裁过程中材料变形区是位于冲头与凹模的上下刃口尖端连线为中心的区域，为一个纺锤形的范围。变形区范围随材料延伸率和加工硬化指数提高而增大！92019/10/3第三章冲裁2变形区及邻域的应力分析（1）冲裁力导致的基本应力（2）力矩引起的弯曲应力102019/10/3第三章冲裁3变形区及邻域的应力状态（1）作用的外力1）宏观力学模型2）细观力学模型1pF─凸、凹模对板料的垂直作用力─凸、凹模对板料的侧压力─凸、凹模端面与板料间的摩擦力─凸、凹模侧面与板料间的摩擦力2pF1F2F1pF2pF1F2F材料力学的剪切模型112019/10/3第三章冲裁（2）应力状态图冲裁变形区及其邻域内的应力状态复杂，并且与变形过程有关。122019/10/3第三章冲裁3.2冲裁件的质量3.2.1冲裁件的断面冲裁件断面裂纹扩展方向毛刺产生原因132019/10/3第三章冲裁3.2.2冲裁件的精度1弯拱：弯矩作用的结果；预防措施；影响因素2尺寸精度：冲裁件的弹性回复所致；影响因素3斜度：弯曲变形引起光亮带斜度；剪裂带斜度142019/10/3第三章冲裁3.3冲裁间隙1间隙对冲裁变形及冲裁件断面的影响3.3.1间隙对冲裁工艺的影响刃口状态和材料塑性152019/10/3第三章冲裁2间隙对冲裁件精度的影响3间隙对模具寿命的影响4间隙对冲裁力的影响间隙的选择依据对于一般的冲裁件，模具加工容易且寿命长，冲裁件断面比较平滑，塌角、毛刺和剪裂带所占比例比较小，光亮带占断面的1/3或更大，则认为能够实现这种冲裁的间隙为实用间隙的选择范围。162019/10/3第三章冲裁tgtbttgbtC)1()(3.3.2间隙值计算与选用mtZ1理论计算2经验公式3查表172019/10/3第三章冲裁m值的确定对于机械制造及汽车拖拉机行业：当t比较小时(t=3mm)软材料（如08、10钢、黄铜紫铜等）：m=0.08~0.10；中硬材料（如Q235、Q255钢，20、25钢等）：m=0.1~0.12；硬材料（如45钢等）：m=0.12~0.14；对于电器及仪表行业：当t比较小时(t=3mm)纸、布、皮革、石棉、橡胶、塑料：m=0.02；硬纸板、胶纸板、胶布板、云母片：m=0.03；铝、紫铜、纯铁：m=0.04；硬铝、黄铜、08、10钢及其他低碳钢：m=0.05；锡磷青铜、铍合金、铬钢和中碳钢：m=0.06；硅钢片、弹簧钢、高碳钢：m=0.07。当材料厚度t3mm时，由于冲裁力较大，可以适当放大系数m，当断面质量没有特别要求时，一般可以放大到1.5倍。182019/10/3第三章冲裁I、II、III分指冲裁件断面质量、尺寸精度要求级别高、中、低192019/10/3第三章冲裁3.4冲裁模刃口尺寸确定凸凹模刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素。必须考虑到光亮带尺寸决定制件尺寸和模具在使用中的磨损。1决定模具刃口尺寸确定的原则1）设计落料模时应以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时应以凸模为基准，间隙取在凸模上。2）落料凹模刃口尺寸应靠近落料件公差范围内的最小尺寸，冲孔凸模刃口尺寸应靠近孔的公差范围内的最大尺寸。3）凸凹模间隙取最小合理间隙。4）考虑弹复的影响，对于厚板料、高弹性材料以及有特殊要求的冲裁件。202019/10/3第三章冲裁2凸凹模刃口尺寸计算方法1）分开加工：分别标注凸凹模刃口尺寸及公差，适于圆形及简单形状。若落料件尺寸、冲孔件尺寸，则落料模：冲孔模：要满足或式中—制造公差，可查表；x—系数，可查表DdpZDDdp)(minpxddp)(dZddpd)(mindxDDd)(dp、minmaxZZdp)(4.0minmaxZZp212019/10/3第三章冲裁2）凸模与凹模配合加工是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个(基准件)，然后依此为基准再按最小合理间隙配做另一件。优点：不仅容易保证凸、凹模间隙很小,而且还可以放大基准件的制造公差,使制造容易。适用于：异形或复杂刃口。设计时，基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注，非基准件上只标注公称尺寸，但在图样上注明：“凸(凹)模刃口按凹(凸)模实际刃口尺寸配作，保证最小双面合理间隙值。”222019/10/3第三章冲裁3.5工艺力及冲裁功1.冲裁力:板料阻止凸模向下运动的力；是变化的，常指最大冲裁力冲裁力是选择冲压设备吨位和检验模具强度的重要依据。平刃冲模的冲裁力(k=1.3)还可由表示，其中p表示单位冲裁力，可查下表。2.冲裁功平刃冲裁时，冲裁功在选用压力机时，必须满足WW冲(W－压力机所规定的每次行程总功)bLtkLtPmPtW310冲LtpP3.1232019/10/3第三章冲裁242019/10/3第三章冲裁3.卸料力、推料力、顶件力卸料力——从凸模将零件或废料卸下的力推件力——从凹模内顺冲裁方向将零件或废料推出的力顶件力——从凹模内逆冲裁方向将零件或废料推出的力为系数，可查表，n为卡在凹模中工件或废料数。PKP卸卸＝PKnP推推＝PKP顶顶＝卸K推K顶K252019/10/3第三章冲裁4.降低冲裁力的方法1）材料加热红冲2）斜刃冲裁3）多凸模阶梯布置a)斜刃落料；b)斜刃冲孔；c)阶梯形凸模262019/10/3第三章冲裁叠层两步冲裁级进模两步冲裁3.6多工步冲裁272019/10/3第三章冲裁3.7精密与半精密冲裁1.精密冲裁它能在一次冲压行程中获得比普通冲裁零件尺寸精度高、冲裁面光洁、翘曲小且互换性好的优质精冲零件,并以较低的成本达到产品质量的改善。精密冲裁实现的必要条件:1)强力的齿圈压边圈2)很小的冲裁间隙3)凹模刃口带有小圆角4)强力的反顶装置282019/10/3第三章冲裁精密冲裁特点：292019/10/3第三章冲裁bLtP9.0112)6.0~3.0(PP13)25.0~1.0(PP14)15.0~1.0(PP15)15.0~1.0(PP工艺力计算：冲裁力压边力反压力卸料力顶件力302019/10/3第三章冲裁2.半精冲分离机理与普通冲裁相同。但是由于加强了冲裁区的静水压效果，推迟了剪裂纹的发生，使光亮带比例增加，断面质量明显提高。1）小间隙圆角刃口冲裁（光洁冲裁）落料时凹模刃口带小圆角，冲孔时凸模刃口带小圆角，冲裁间隙为0.01～0.02mm，适于塑性好的材料。凹模圆角半径见表3-7或0.1t。冲裁力：P＝（1.3～1.5）P普312019/10/3第三章冲裁2）负间隙冲裁（挤压冲裁）凸模直径大于凹模直径，一般为(0.05～0.3)t，冲裁时先形成一倒锥毛坯，再将其挤过凹模洞口。适于塑性好的材料。冲裁力：P＝CP普C—系数：铝C=1.3~1.6黄铜，软钢C=2.25~2.8322019/10/3第三章冲裁3）上下（反复）冲裁4）对向凹模冲裁332019/10/3第三章冲裁5）挤压式冲裁6）胀拉冲裁342019/10/3第三章冲裁3.8分离工序特点1从变形机理来讲，冲压分离加工的基本工序可以分为冲裁、整修、精冲和半精冲四种，变形机理如下：（1）冲裁：有裂缝发生、发展且会合而达到材料分离的变形机理（2）整修：对冲裁件断面再加工，以生成切屑的方式实现分离变形切削机理（3）精冲：以强烈的静水压条件抑制裂纹发展而实现材料断面塑性分离的变形机理（4）半精冲：复合两种以上、且相互作用的断裂分离机理352019/10/3第三章冲裁2间隙C都是一个重要工艺参数362019/10/3第三章冲裁3由于变形条件和机理不同，分离断面的形状和组成也不同372019/10/3第三章冲裁小结冲裁变形过程与冲裁力-行程曲线冲裁件断面特征模具间隙对冲裁工艺的影响冲裁模凸凹模刃口尺寸确定原则精密冲裁的机理和模具特点降低冲裁力的方法了解关于整修工艺的内容