第34章板料冲压

4.1冲压成形特点与分类一、冲压成形冲压成形是指在压力机上通过模具对板料（金属或非金属）加压，使其产生分离或塑性变形，从而得到一定形状、尺寸和性能要求的零件的加工方法，它属于塑性加工方法之一。这种方法又称为冷冲压或板料冲压。冲压模具设计是实现冲压工艺的核心4.2冲压成形特点与分类二、冲压成形的特点1、可以获得其他加工方法不能加工或难以加工的形状复杂的零件，如汽车覆盖件等。2、冲压生产的零件的尺寸精度主要是靠冲压模具来保证的，加工出的冲压零件质量稳定，一致性好，具有“一模一样”的特性。3、材料的利用率高，属于少、无切屑加工。4、可以利用金属材料的塑性变形来提高工件的强度。5、生产率高，易实现自动化生产。6、模具使用寿命长，生产成本低。4.2冲压成形特点与分类三、冲压工序的分类冲压工序分离工序在外力作用下，因剪切而发生分离成形工序在外力作用下，而发生塑性变形p≥τbτ＞p＞ReL按照变形性质4.2冲压成形特点与分类类别工序名称分离工序冲孔落料切断切舌切边剖切……4.2冲压成形特点与分类类别工序名称成形工序弯曲拉深卷边起伏翻边胀形缩口……4.3影响冲压变形的因素塑性是指固体材料在外力作用下发生永久变形，而不破坏起完整性的能力。在成形工序中，总希望被冲压的材料具有良好的塑性。固体材料永久变形保持完整性塑性在同一变形条件下，不同材料具有不同的塑性。同一材料在不同的变形条件下又会有不同的塑性。一、塑性1.3影响冲压变形的因素柔软性只是物质变形抗力的标志，它与金属的塑性没有直接的关系。柔软性好的材料不一定塑性好；同样，塑性好的材料不一定是柔软的。2、影响塑性变形的因素主要有两个方面：内部和外部的因素（1）内部：金属材料本身的特性，如：化学成分、金相组织等；（2）外部：指外部条件，如：变形温度、变形速度等。一般来讲，金属的元素越少（如纯金属）、变形温度越高，其塑性越好。1、金属的塑性和柔软性概念不同一、塑性4.3影响冲压变形的因素二、加工硬化在金属变形过程中，随着塑性变形过程的增加，其变形抗力增加，硬度提高，而塑性降低，这种现象称为加工硬化。三、板料的力学性能一般只研究板料的下屈服强度ReL，屈强比ReL/Rm，伸长率A，弹性模量Ε等。一般地，板料的屈服强度越小，屈强比越小，伸长率越大，弹性模量越大，其冲压成形性能就越好。4.4冲压常用材料黑色金属金属材料非金属材料有色金属普通碳素钢：Q235优质碳素结构钢：08、10低合金结构钢：Q345电工硅钢：DT1、DT2，俗称硅钢片不锈钢：1Cr18Ni9Ti铜及铜合金：T1、T2、H62、H68铝及铝合金：2A12、1060胶木橡胶塑料石棉毛毡常用冲压材料绝缘垫片冲压生产常用的是条料、带料。板料条料剪板机4.4冲压常用材料4.5冲压设备一、压力机的分类驱动滑块力的种类1滑块个数2机身结构3机械压力机液压压力机气压压力机单动压力机双动压力机三动压力机开式压力机闭式压力机压力机4.5冲压设备1、按驱动滑块力的种类分类压力机机械压力机气压压力机液压压力机最常用速度快，行程短常用速度慢，行程长不常用4.5冲压设备摩擦压力机曲柄压力机机械压力机电机通过带和齿轮带动曲轴旋转，曲轴通过连杆带动滑块沿导轨作上下往复运动，带动模具实施冲压。从电机到飞轮，通过摩擦传动幅来传递运动和动力。冲床4.5冲压设备2、按滑块个数分类单动压力机三动压力机双动压力机压力机只有一个滑块由内、外两个滑块，外滑块用于压边，内滑块用于拉深，又称拉深压力机。在双动拉深压力机的工作台上增加一个气垫，气垫可进行局部拉深。压力机4.5冲压设备3、按机身结构分类开式压力机闭式压力机床身为C型，工作台三面敞开，便于前后、左右送料。刚性差，用于1000KN以下的小型压力机。床身左右封闭，只有前后两面敞开，刚度好，精度高，1000KN以上的大、中型压力机多采用。压力机4.5冲压设备三、曲柄压力机技术参数1、公称压力2、滑块行程3、装模高度4、工作台尺寸5、漏料孔尺寸6、模柄孔尺寸7、滑块底面尺寸……4.6冲裁工艺冲制垫圈冲制外形属于落料工序冲制内形属于冲孔工序冲孔工序落料工序一、冲裁工艺1、冲裁工序分类（例）4.6.1冲裁概念2、冲裁模结构示意图冲裁过程演示一、冲裁工艺1—下模座；2，15—销；3—凹模；4—销套；5—导柱；6—导套；7—上模座；8—卸料板；9—橡胶；10—凸模固定板；11—垫板；12—卸料螺钉；13—凸模；14—模柄；15，16，17—螺钉4.6.2普通冲裁机理一、冲裁变形过程1、弹性变形阶段2、塑性变形阶段3、断裂阶段一、冲裁变形过程1、弹性变形阶段现象：凸模下面的板料略有弯曲，凹模上面的板料开始上翘，若卸去凸模压力，板料能够恢复原状，不产生永久变形。只到弹性变形的极限，没有塑性变形。P＜σs一、冲裁变形过程2、塑性变形阶段现象：凸模和凹模都切入板料，形成光亮的剪切断面。发生塑性剪切变形，形成光亮带，但没有产生分离，没有裂纹，还是一个整体。τ＞p≥σs一、冲裁变形过程3、断裂阶段板料的内应力达到强度极限，在凸模、凹模的刃口接触处，产生微小裂纹。p≥τ在应力作用下，裂纹不断扩展。当上、下裂纹汇合时，板料发生分离断裂分离裂纹延伸产生裂纹②③①二、冲裁件的断面特征冲孔件断面特征1、塌角区2、光亮带3、断裂带4、毛刺冲裁过程演示——又称圆角区，弹性变形时产生，塑性变形时定形。——塑性剪切变形时产生。——冲裁时产生裂纹及裂纹扩展后形成的。——又称环状毛刺，是由于断面的撕裂而产生的。二、冲裁件的断面特征1、塌角区2、光亮带3、断裂带4、毛刺落料件断面特征倒装式复合冲裁模动画演示一、拉深工艺4.7拉深工艺——拉深是指利用模具将平板毛坯冲压成开口空心零件或进一步改变开口空心零件形状和尺寸的工艺，是冷冲压工艺中重要的工艺方法之一。1、拉深拉深拉深平板毛坯拉深一、拉深工艺4.7.1拉深工艺1、拉深使用的材料为金属材料。压边圈。一、拉深工艺拉深件的形状很多，常见的有：（1）旋转体类（2）盒形类（3）不对称形状类2、拉深件的形状4.1拉深工艺一、拉深工艺3、拉深工艺分类（1）按壁厚的变化情况分一般拉深变薄拉深（工件壁厚不变）（工件壁厚变薄）（2）按使用毛坯的形状分首次拉深以后各次拉深（使用平板毛坯）（以开口空心件为毛坯）中间各次拉深最后一次拉深4.1拉深工艺二、拉深变形分析以最常见的圆筒形件的拉深为例进行分析。1、在拉深过程中存在金属的塑性流动二、拉深变形分析2、拉深网格试验现象及原因分析1、筒底的网格基本上保持不变。这说明筒底的金属没有明显的流动，基本上不变形。二、拉深变形分析2、拉深网格试验现象及原因分析2、拉深前等距离的同心圆，拉深后变成与筒底平行的、距离不等的水平圆周线，且越往上部，间距增加得越大。即：a1＞a2＞a3＞a4＞a5这说明越靠近外部，多余的金属量越大金属的径向流动量越大。二、拉深变形分析2、拉深网格试验现象及原因分析3、拉深前等角度的辐射线，拉深后变成了等距离、相互平行、垂直于筒底的平行线。这说明金属有切向缩小的应变，且越往外部，应变量越大。二、拉深变形分析4.2拉深变形过程2、拉深网格试验现象及原因分析4、拉深前筒壁上的扇形网格，拉深后变成矩形网格。一、起皱4.7.2拉深件的起皱与破裂拉深件的起皱与破裂是拉深过程中最主要的质量问题。在拉深时，凸缘材料存在着切向压应力，当压应力大到一定程度时，板料切向将因失稳而拱起，这种现象称为起皱。一、起皱1、产生起皱的原因——切向压应力σ3过大。σ3过大一、起皱2、首先起皱的部位起皱首先发生在平面凸缘部分的最外缘。因为这里的变形量最大，受到的切向压应力σ3也最大。一、起皱3、防止起皱的措施主要是减小切向压应力σ3的影响。在拉深模结构上加压边圈，对平面凸缘施压厚度方向上的压应力σ2，以防止拱起。减小变形程度，减小σ3的大小。（如：降低拉深件的高度）加大板料厚度，降低σ3的影响。σ2二、破裂起皱并不表示板料变形达到了极限，因为通过加压边圈等措施后变形程度仍然可以提高。随着变形程度的提高，变形力也相应提高，当变形力大于传力区（筒壁）的承载能力时，拉深件则被拉破。二、破裂1、破裂的原因——径向拉应力σ1过大σ1＞σs断面变薄σ1＞σb制件被拉破σ1——径向拉应力σs——屈服强度σb——抗拉强度二、破裂2、破裂的位置——在危险断面处在凸模圆角部位的金属承载能力很低，但因为凸模的摩擦作用，一般不会发生破裂。筒壁与筒底圆角相切处稍靠上的位置，板料的厚度最薄，我们通常称此断面为危险断面。二、破裂3、防止破裂的措施主要是减小径向压应力σ1的影响。增大凹模圆角半径和进行合理地润滑，以降低所需的径向拉应力σ1。增大凸模的粗糙度，以增大毛坯与凸模表面的摩擦力，阻碍毛坯变薄，防止破裂。减小压边力，以降低所需的拉深力。（1）各次的拉深系数第1次拉深m1＝d1/D第2次拉深m2＝d2/d1第3次拉深m3＝d3/d2······第n次拉深mn＝dn/dn-1（2）总的拉深系数Dndm三、拉深系数一、首次拉深模4.7.3拉深模典型结构带压边装置的首次拉深模落料拉深复合模二、以后各次拉深模一、弯曲工艺4.8弯曲工艺——是指把金属坯料弯曲成一定角度或形状的过程，是冲压生产中应用较广泛的一种工艺。弯曲工艺可用于制造大型结构零件，也可以用于生产中小型机器及电子仪器仪表用零件。1、弯曲生活中的弯曲零件用模具成形的弯曲零件2、弯曲方法弯曲的方法很多，有压弯、折弯、滚弯、拉弯等。重点：在压力机上进行的压弯工艺一、弯曲变形过程4.8.2弯曲变形过程1、弯曲变形过程凸模下移，接触毛坯条料弯曲，进入凹模凸模、毛坯、凹模三者形状吻合一、弯曲变形过程2、弯曲工序分类弯曲工序自由弯曲当凸模、毛坯、凹模三者吻合后，凸模不再下压。校正弯曲当凸模、毛坯、凹模三者吻合后，凸模继续下压，对弯曲部分进行校正。二、弯曲变形分析采用网格法研究弯曲变形情况。二、弯曲变形分析1、弯曲变形区的位置弯曲圆角部分的网格发生了显著的变化，原来的正方形网格变成了扇形。靠近圆角部分的直边有少量变形。其余直边部分的网格仍保持原状，基本上没有变形。弯曲变形主要发生在弯曲圆角区，即弯曲带中心角范围内。4.8.3弯曲模典型结构一、V形件弯曲模二、U形件弯曲模三、帽形件弯曲模四、Z形件弯曲模五、圆形件弯曲模六、其它典型结构包括：一、V形件弯曲模V形件弯曲模结构简单，在压力机上安装调整方便。对材料的厚度公差要求不严。可实现校正弯曲，弯曲件的回弹小，平面度好。两直边长度相差不大的V形弯曲件。特点：适用：二、U形件弯曲模1、一般U形件弯曲模有回弹现象，工件一般不会包紧在凸模上，一般不需要卸料装置。两竖边无法得到校正，回弹量较大。结构特点：2、闭角弯曲模（1）使用回转凹模结构使用回转凹模的闭角弯曲模先将毛坯弯曲成U形，再弯曲成闭角形状。工件从凸模侧向取出。侧形靠凸模压动回转凹模镶块成形，压力大，可弯曲成形较厚的材料。三、Z形件弯曲模Z形件弯曲模四、圆形件弯曲模3.3弯曲模典型结构1、大圆弯曲模（1）大圆一次弯曲成形大圆一次弯曲模先弯曲成U形，再弯曲成圆形。上部依然得不到有效的校正。五、圆形件弯曲模3.3弯曲模典型结构2、小圆弯曲模（1）小圆两次弯曲成形先弯曲成U形，再弯曲成圆形。能够实现校正弯曲。五、圆形件弯曲模3.3弯曲模典型结构2、小圆弯曲模（2）小圆一次弯曲成形小圆一次弯曲模上模弹簧的弹力必须大于开始时把坯料弯曲成U形所需的弯曲力。适用于软材料和中、小直径圆形件的弯曲。六、其它典型结构3.3弯曲模典型结构1－凸模2－定位板3－凹模4－滚轴5－挡板1、滚轴式弯曲模六、其它典型结构3.3弯曲模典型结构2、带摆动凹模的弯曲模1-凸模2-定位板3-摆动凹模