冲压成形的基本理论.

第一章冲压成形的基本理论第一章冲压成形的基本理论1冲压工序分类1.1断裂分离工序断裂分离工序是在冲压过程中使冲压零件与板料沿一定轮廓线相互分离的工序，如切断、冲孔、落料等。1.2塑性成形工序塑性成形工序是材料在不破裂的条件下产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和精度要求的零件，如弯曲、拉深、涨形、翻边、缩口等第一章冲压成形的基本理论1.1.1常用冲压基本工序一、落料六、弯曲二、冲孔七、拉深三、修边八、涨形四、切口九、缩口五、剖切十、卷圆第一章冲压成形的基本理论一、落料落料是在平板的毛坯上沿封闭轮廓进行冲裁，余下的就是废料。落料常用于工件的首工序。第一章冲压成形的基本理论二、冲孔冲孔是以落料件或其他成形件为工序件，完成各种形状孔的冲孔冲裁加工。第一章冲压成形的基本理论三、修边修边是指对成形件边缘进行冲裁，以获得工件要求的形状和尺寸第一章冲压成形的基本理论四、切口如图所示，在材料上将局部材料切开并弯成一定的角度，但不与主体完全分离，称为切口，也可称为冲切成形第一章冲压成形的基本理论五、剖切如图所示，将已成形的立体形状工序件分割为两件，称为剖切。第一章冲压成形的基本理论六、弯曲如图所示，用将平板毛坯压弯成一定角度或将已弯件作进一步成形。如：压弯、卷边、扭曲等。第一章冲压成形的基本理论七、拉深如图所示，将平板毛坯压延成空心件，或使空心毛坯作进一步变形。第一章冲压成形的基本理论八、涨形如图所示，从空心件内部施加径向压力使局部直径涨大.例如：不锈钢茶壶、水杯等等。第一章冲压成形的基本理论九、缩口如图所示，在空心件外部施加压力，使局部直径缩小，例如：不锈钢杯盖、罐类产品等第一章冲压成形的基本理论十、卷圆如图所示，用卷圆模具使空心件的边缘向外卷成圆弧边缘，例如：罐类产品第一章冲压成形的基本理论右图为一套简易的开料模，我们通过此动画更加形象深刻地认识开料冲压模具，看清模具是如何运作。第一章冲压成形的基本理论右图为一套简易的拉深模，我们通过此动画更加形象深刻地认识拉深模具，看清模具是如何运作。第一章冲压成形的基本理论1.1.2冲裁变形分析一、冲裁变形过程（一）弹性变形阶段（二）塑性变形阶段（三）断列分离阶段第一章冲压成形的基本理论二、冲裁时的受力分析（一）、冲裁时板料所受的外力•由于凸模与凹模之间有一定的距离，使得板料在受到凸模与凹模正压力作用的同时还受到弯矩的作用，板料的变形不可能是纯剪切，还要产生有害的弯曲变形。（图1-10）•板料的弯曲变形对模具刃口的侧面产生挤压作用，反过来，凸模与凹模刃口的侧面对板料产生反挤作用，形成对板料剪切面的侧压力第一章冲压成形的基本理论（二）、冲裁时变形区地应力状态•冲裁时板料最大的塑性变形集中在以凸模与凹模刃口连线为中线的纺锤形区域内。（图1-11）•图a表示初始冲裁时的变形区由刃口向板料中心逐渐扩大，截面呈纺锤形。材料的塑性越好、硬化指数大，则纺锤形变形区的宽度将越大。•图b表示变形区随着凸模切入板料深度的增加面逐渐缩小，但仍保持纺锤形。其周围己变形的材料比初始冲裁时己被严重加工硬化了，因此冲裁断面存在加工硬化现象。第一章冲压成形的基本理论冲裁时板料的应力状态（图1-12）简述：A点和B点均受压应力，C点和D点均受拉应力。变形区分为四个应力区（图1-12）凸模和凹模端面靠近刃口区域为压应力区；凸模和凹模侧面靠近刃口区域为拉应力区。第一章冲压成形的基本理论二、冲裁时裂纹的生成与发展冲裁件沿冲裁轮廓的周边总要残留下有害的毛刺，落料件的毛刺在凸模一侧，冲孔件的毛刺在凹模一侧。毛刺截面呈三角形，带有尖锋，并高出板平面，常成为冲裁件的主要质量问题。第一章冲压成形的基本理论三、冲裁件断面的形状冲裁件断面可以分成明显的四部分：塌角，光亮带，断裂带和毛刺。塌角：也称为圆角带。光亮带b：也称为剪切面。断裂带c：也称为撕裂带。毛刺d：也称为披峰。第一章冲压成形的基本理论冲裁件断面的形状第二章冲压设备简介1.剪板机剪板机是剪切方法使板料分离的冲压设备按传动形式分为机械剪板机和液压剪板机。第二章冲压设备简介2.压力机压力机是一种能使滑块作往复运动，并按所需方向给模具施加压力的机器，是冲压的基本设备。按其床身结构不同有开式和闭式两种压力机。图示为台湾金锋开式压力机，闭式压力机最大吨位达40000kN压力机使用千万、万千要注意安全！第二章冲压设备简介3.送料装置冲压送料装置由料架，校平，送料三大类。主要作用是将冲压材料校平和自动进给送料。一般分为气动式，伺服送料机，数控送料机等。第三章冲压常用材料冲压材料是影响零件质量和模具寿命的重要因素。目前,可冲压的材料不仅有低碳钢，而且还有不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金等。一般以含碳量0.25%及抗拉强度小于650N/mm²的材料为主。例如冷轧钢SPCC(JIS)或1010(SAE)。对金属材料的冲压性能要求：1﹑具有良好的机械性能及较大的变形能力。金属材料的机械性能是指抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度﹑塑性应变比。2﹑具有理想的金相组织结构金相组织是材料的微观质量特征。它的主要标志是:渗碳体或碳化物的球化程度。第一节冲压材料的性能要求第三章冲压常用材料1.1.冲压材料性能（参考值见下表）：材料类型材料牌号抗拉强度b(2/mmkg)屈服强度s(2/mmkg)屈服比(%)延伸率(%)加工硬化值n塑性应变比r硬度备注SPHC36267327以上0.2-64无退火热轧钢SPHD35257130以上---引伸用热轧钢SPHE36256931以上---深引伸用SPCC3322.867450.211.250一般商业等级钢SPCD322061460.221.648拉伸性能钢冷轧钢SPCE311857470.231.746深拉伸性能钢SUS301－CSP1/2H103567418--88奥氏体系列SUS301－CSP3/4H1248277120.64-88奥氏体系列SUS301－CSPFH146113759--88奥氏体系列SUS304－CSP1/2H8651.860---88奥氏体系列SUS304－CSP3/4H10373.471---88奥氏体系列SUS304－CSPFH1249778---88奥氏体系列SUS316632844-0.411.0390铁素体系列不锈钢SUS430503366-0.191.3582-83.3回氏体系列C1100R-O23.75.824-0.461.04-一般纯铜C2200R-O27.910.437-0.531.02-9/1红铜C2600H45.349.6－21.60.21--黄铜C26801/2H42256047.00.44--黄铜铜C5191H58498435.60.35--磷青铜A1100-H1412.811.79112.80.025--纯铝A1050-H1411.911927.80.037-纯铝A1050P-H1412.311.59313.80.035--纯铝铝A5005-H341614.6912.20.05--铝镁合金第三章冲压常用材料1.2冲压材料特征参数：①﹑屈服强度、抗拉强度和屈强比抗拉强度是计算冲压加工力的基本要素。所谓抗拉强度是实际拉伸试验过程中之最大荷重值除以试验片开始时的断面积。即：b=PMAX/A(kg/mm2)当屈服强度和抗拉强度高时，冲压成形力大，成形的难度加大,而且还会降低模具的寿命。如果屈服强度高，在冲压成形结束后，冲压件由模具内脱离并卸载时，弹性恢复的变形也大，影响冲压件的尺寸精度。一般的计算中,冲压材料的剪切应力=0.8*抗拉强度b注：1Pa=1N/m2=1x10-6N/mm2=1.01972x10-7Kg/mm2②﹑延伸率在材料拉伸试验中,试样拉断后,由于保留了塑性变形,试样长度由原来的L变成了L1,用百分比表示的比值=（L1-L）/L就称为延伸率。均匀延伸率U是在单向拉伸过程中出现局部缩颈时，也就是发生拉伸过程失稳定时的延伸率。如果板材的延伸率大，对所有的伸长类冲压成形都是有利的。当延伸率大时，胀形、翻边的成形极限也大。因此，大多数的优质冲压钢都具有较高的均匀延伸率。第三章冲压常用材料③﹑加工硬化值(n)不锈钢板的引伸成形要分几次加工才能达到产品形状，在引伸加工过程中会使材料产生硬化现象，这种现象一般称为加工硬化。加工硬化之生成原因为材料承受一塑性变形后，在于同方向施加负荷力将使其降伏点上升，从而增加必要的变形抵抗以对抗塑性变形之再产生。降伏点是超越弹性变形区域而产生永久变形的初始点，由拉伸试验知，是荷重不增加而伸展行为仍进行的点。加工硬化系数之高低意味著什么现象呢？n值高的材料会发生下列的行为:(1)继续进行加工会造成材料硬化、伸长量减少而使加工不易。(2)继续进行加工将会抑制局部变形，得到一致的变形。n值低的材料会发生下列的行为:继续进行加工会引起局部的变形，弱的部份甚至破断。因此，伸长类成形要求板材具有较大的n值。④﹑塑性应变比（r）它是表示板材各向异性性能的参数。由于板材在制造过程中要经历轧制与退火等工艺，结果使板材形成结晶方位趋于一致的织构组织，在宏观上表现为各向异性，即在不同的方向上板材的性能有一定的差异。在生产中用r值来表示板材的各向异性，其值等于对数应变表示的宽度应变b与厚度方向应变t之比，即:r=b/t=ln(b/b0)/ln(t/t0)r值主要影响拉深性能，板材的r值大，它的拉深性能也好。⑤﹑硬度(Hardness)一般说来，硬度越低，塑性越好。但是，材料的硬度偏高，若碳化物球化率在90%以上，也能得到良好的冲裁面。反之，材料的硬度偏低，但球化不充分，也会使冲裁面撕裂。因此，硬度是判断是否适合剪切的宏观指标，而金属组织(碳化物的均匀性和球化程度)是判断是否适合冲裁的微观指标。⑥﹑球化度(Spheroidizing)低碳钢的组织是以软的铁素体为基体与少量的珠光体组成。而珠光体是铁素体与渗碳体的细密的混合物，其中渗碳体含量占12%。铁素体具有很好的塑性，而渗碳体则硬而脆。从同一含碳量的材料来看，通过随着碳化物的球化，可提高塑性而改善冲裁面的质量。注：什么是球化退火?目的在于使网状二次渗碳体及珠光体中的层状渗碳体发生球化变成粒状的渗碳体，降低材料硬度，改善切削加工性，并为淬火作好准备。由于珠光体本身较硬，而且由于网状二次渗碳体的存在，更增加了钢的硬度和脆性。这不仅给切削加工带来困难，而且还会引起淬火时产生变形和开裂。⑦﹑时效割裂在对某些板材（如不锈钢板与黄铜板等）进行拉深成形时，由于拉深时形成的残余应力的作用，在拉深后会在圆筒形件的侧壁产生纵向开裂现象。这种开裂现象可能在脱模后立即产生，也可能在放置一段时间之后，或在冲压件使用过程当中发生，故称为时效割裂。第三章冲压常用材料⑧﹑圆筒深引伸试验（LDR值）圆筒深引伸试验法是评估金属薄板深引伸性试验法中最基本的方法之一。此试验之目的在于求得金属材料的引伸界限比（LimitDrawingRatio,简称LDR），LDR值越大表示该材料具有越好的引伸性。LDR＝D/dp，其中：D表示胚料直径，dp表示冲头（引伸制品）直径。LDR值与塑性应变比r值呈正向关系，即r值大的材料其深引伸性也较佳。⑨﹑锥皿试验（CCV值）锥皿试验法是评估金属薄板（厚度0.5～1.6mm）成形性试验法中最基本的方法之一。CCV值可作为深引伸与拉伸之复合成形性之评估试验，其与加工硬化值系及塑性应变比有密切关系。第三章冲压常用材料第三节：常用钢材牌号介绍3.1﹑日本钢材（JIS系列）的牌号中普通结构钢主要由三部分组成：第一部分表示材质，如：S（Steel）表示钢，F（Ferrum）表示铁；第二部分表示不同的形状、种类、用途，如：P(Plate)表示板，T（Tube）表示管，K(Kogu)表示工具；第三部分表示特征数字，一般为最低抗拉强度。如：SS400——第一个S表示钢(Steel)，第二个S表示“结构”（Structure），400为下限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为400MPa的普通结构钢。3.2﹑SPHC——首位S为钢Steel的缩写，P为板P