冲压工艺及模具设计--知识要点

1冲压工艺与模具设计--重要知识点1.影响金属塑性和变形抗力的因素有哪些？答：影响金属塑性的因素有如下几个方面：1）化学成分及组织的影响；2）变形温度；3）变形速度；4）应力状态。2.请说明屈服条件的含义，并写出其条件公式。答：屈服条件的表达式为：σ1－σ3=βσS，其含义是只有当各个应力分量之间符合一定的关系时，该点才开始屈服。3.什么是材料的机械性能？材料的机械性能主要有哪些？答：材料对外力作用所具有的抵抗能力，称为材料的机械性能。板料的性质不同，机械性能也不一样，表现在冲压工艺过程的冲压性能也不一样。材料的主要机械性能有：塑性、弹性、屈服极限、强度极限等，这些性能也是影响冲压性能的主要因素。4.什么是加工硬化现象？它对冲压工艺有何影响？答：金属在室温下产生塑性变形的过程中，使金属的强度指标(如屈服强度、硬度)提高、塑性指标(如延伸率)降低的现象，称为冷作硬化现象。材料的加工硬化程度越大，在拉伸类的变形中，变形抗力越大，这样可以使得变形趋于均匀，从而增加整个工件的允许变形程度。如胀形工序，加工硬化现象，使得工件的变形均匀，工件不容易出现胀裂现象。5.什么是板厚方向性系数？它对冲压工艺有何影响？答：由于钢锭结晶和板材轧制时出现纤维组织等因素，板料的塑性会因为方向不同而出现差异，这种现象称为板料的塑性各项异性。各向异性包括厚度方向的和板平面的各向异性。厚度方向的各向异性用板厚方向性系数r表示。r值越大，板料在变形过程中愈不易变薄。如在拉深工序中，加大r值，毛坯宽度方向易于变形，而厚度方向不易变形，这样有利于提高拉深变形程度和保证产品质量。通过对软钢、不锈钢、铝、黄铜等材料的实验表明，增大r值均可提高拉深成形的变形程度，故r值愈大，材料的拉深性能好。6.什么是板平面各向异性指数Δr？它对冲压工艺有何影响？答：板料经轧制后，在板平面内会出现各向异性，即沿不同方向，其力学性能和物理性能均不相同，也就是常说的板平面方向性，用板平面各向异性指数Δr来表示。比如，拉深后工件口部不平齐，出现“凸耳”现象。板平面各向异性指数Δr愈大，“凸耳”现象愈严重，拉深后的切边高度愈大。由于Δr会增加冲压工序（切边工序）和材料的消耗、影响冲件质量，因此生产中应尽量设法降低Δr。7.如何判定冲压材料的冲压成形性能的好坏?答：板料对冲压成形工艺的适应能力，成为板料的冲压成形性能，它包括：抗破裂性、贴模性和定形性。所谓的抗破裂性是指冲压材料抵抗破裂的能力，一般用成形极限这样的参数来衡量；贴模性是指板料在冲压成形中取得与模具形状一致性的能力；定形性是指制件脱模后保持其在模具内既得形状得能力。很明显，成形极限越大、贴模性和定形性越好材料的冲压成形性能就越好。8.什么是冲裁工序？它在生产中有何作用？答：利用安装在压力机上的冲模，使板料的一部分和另一部分产生分离的加工方法，就称为冲裁工序。冲裁工序是在冲压生产中应用很广的一种工序方法，它既可以用来加工各种各样的平板零件，如平垫圈、挡圈、电机中的硅钢片等，也可以用来为变形工序准备坯料，还可以对拉深件等成形工序件进行切边。9.冲裁的变形过程是怎样的？2答：冲裁的变形过程分为三个阶段如图图2.1.3所示：从凸模开始接触坯料下压到坯料内部应力数值小于屈服极限，这是称之为弹性变形阶段(第一阶段)；如果凸模继续下压，坯料内部的应力达到屈服极限，坯料开始产生塑性变形直至在刃口附近由于应力集中将要产生裂纹为止，这是称之为塑性变形阶段(第二阶段)；从在刃口附近产生裂纹直到坯料产生分离，这就是称之为断裂分离阶段(第三阶段)。10.普通冲裁件的断面具有怎样的特征？这些断面特征又是如何形成的？答：普通冲裁件的断面一般可以分成四个区域，如图2.1.5所示，既圆角带、光亮带、断裂带和毛刺四个部分。圆角带的形成发生在冲裁过程的第一阶段（即弹性变形阶段）主要是当凸模刃口刚压入板料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，使板料被带进模具间隙从而形成圆角带。光亮带的形成发生在冲裁过程的第二阶段（即塑性变形阶段），当刃口切入板料后，板料与模具侧面发生挤压而形成光亮垂直的断面（冲裁件断面光亮带所占比例越大，冲裁件断面的质量越好）。断裂带是由于在冲裁过程的第三阶段（即断裂阶段），刃口处产生的微裂纹在拉应力的作用下不断扩展而形成的撕裂面，这一区域断面粗糙并带有一定的斜度。毛刺的形成是由于在塑性变形阶段的后期，凸模和凹模的刃口切入板料一定深度时，刃尖部分呈高静水压应力状态，使微裂纹的起点不会在刃尖处产生，而是在距刃尖不远的地方发生。随着冲压过程的深入，在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而形成毛刺。对普通冲裁来说，毛刺是不可避免的，但我们可以通过控制冲裁间隙的大小使得毛刺的高度降低。11.什么是冲裁间隙？冲裁间隙对冲裁件断面质量有哪些影响？答：冲裁间隙是指冲裁凹模、凸模在横截面上相应尺寸之间的差值。该间隙的大小，直接影响着工件切断面的质量、冲裁力的大小及模具的使用寿命。当冲裁模有合理的冲裁间隙时，凸模与凹模刃口所产生的裂纹在扩展时能够互相重合，这时冲裁件切断面平整、光洁，没有粗糙的裂纹、撕裂、毛刺等缺陷，如图2.1.6所示。工件靠近凹模刃口部分，有一条具有小圆角的光亮带，靠近凸模刃口一端略成锥形，表面较粗糙。当冲裁间隙过小时，板料在凸、凹模刃口处的裂纹则不能重合。凸模继续压下时，使中间留下的环状搭边再次被剪切，这样，在冲裁件的断面出现二次光亮带，如图4-5b所示,这时断面斜度虽小，但不平整，尺寸精度略差。间隙过大时，板料在刃口处的裂纹同样也不重合，但与间隙过小时的裂纹方向相反，工件切断面上出现较高的毛刺和较大的锥度。12.降低冲裁力的措施有哪些？答：当采用平刃冲裁冲裁力太大，或因现有设备无法满足冲裁力的需要时，可以采取以下措施来降低冲裁力，以实现“小设备作大活”的目的：1、采用加热冲裁的方法：当被冲材料的抗剪强度较高或板厚过大时，可以将板材加热到一定温度（注意避开板料的“蓝脆”区温度）以降低板材的强度，从而达到降低冲裁力的目的。2、采用斜刃冲裁的方法：冲压件的周长较长或板厚较大的单冲头冲模，可采用斜刃冲裁的方法以降低冲裁力。为了得到平整的工件，落料时斜刃一般做在凹模上；冲孔时斜刃做在凸模上，如图4.10所示。3、采用阶梯凸模冲裁的方法：将多凸模的凸模高度作成高低不同的结构，如图4.10所示。由于凸模冲裁板料的时刻不同，将同时剪断所有的切口分批剪断，以降低冲裁力的最大值。但这种结构不便于刃磨，所以仅在小批量生产中使用。13.什么是冲模的压力中心？确定模具的压力中心有何意义？答：冲模的压力中心就是模具在冲压时，被冲压材料对冲模的各冲压力合力的作用点位置，也就是冲模在工作时所受合力的作用点位置。在设计模具时，必须使冲模的压力中心与压力机滑块的中心线重合，否则，压力机在工作时会受到偏心载荷的作用而使滑块与导轨产生不均匀的磨损，从而影响压力机的运动精度，还会造成冲裁间隙的不均匀，甚至使冲模不能正常工作。因此，设计冲模时，对模具压力中心的确定是十分重要的,在实际生产中，只要压力中心不偏离模柄直径以外也是可以的。14.什么叫搭边？搭边有什么作用？答：排样时，工件与工件以及工件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。搭边的作用是：补偿送料误差，使条料对凹模型孔有可靠的定位，以保证工件外形完整，获得较好的加工质量。保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边太大，浪费材料；太小，会降低工件断面质量，影响工件的平整度，有时还会出现毛刺或搭边被拉进凸模与凹模的间隙里，造成冲模3刃口严重磨损。影响模具寿命。15.怎样确定冲裁模的工序组合方式？答：确定冲裁模的组合方式时，一般根据以下条件：1、生产批量的大小。从提高冲压件生产率角度来考虑，选用复合模和级进模结构要比选择单工序模好得多。一般来说，小批量和试制生产时采用单工序模具，中批和大批生产时，采用复合冲裁模和级进冲裁模。2、工件尺寸公差等级。单工序模具冲出的工件精度较低，而级进模最高可达IT12～IT13级，复合模由于避免了多次冲压时的定位误差，其尺寸精度最高能达到IT9级以上，再加上复合模结构本身的特点，制件的平整度也较高。因此，工件尺寸公差等级较高时，宜采用复合模的结构。3、从实现冲压生产机械化与自动化生产的角度来说，选用级进模比选用复合模和单工序模具容易些。这是因为，复合模得废料和工件排除较困难。4、从生产的通用性来说，单工序模具通用性最好，不仅适合于中小批量的中小型冲压件的生产，也适合大型冲压件的生产。级进模不适合大型工件的生产。5、从冲压生产的安全性来说，级进模比单工序模和复合模为好。综上所述，在确定冲裁模的工序组合方式时，对于精度要求高、小批量及试制生产或工件外形较大，厚度又较厚的工件，应该考虑用单工序模具。而对精度要求高、生产批量大的工件的冲压，应采用复合模；对精度要求一般，又是大批量生产时，应采用级进模结构。16.怎样选择凸模材料？答：凸模的刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，因此，凸模应该有较高的硬度与适当的韧性。一般，形状简单、模具寿命要求不高的凸模，可选用T8A、T10A等材料；形状复杂、模具寿命要求高的凸模，应该选用Cr12、Cr12MoV、CrWMn等材料；要求高寿命、高耐磨模具的凸模，可选用硬质合金制造。凸模的硬度，一般为HRC58～62。17.什么条件下选择侧刃对条料定位？答：一般在下列情况下，采用侧刃来控制条料的送进步距：1、级进模中，一般采用侧刃来控制条料的送进步距。这样，可以提高生产率。2、当冲裁窄而长的工件时，由于步距小，采用定位钉定位困难，这时也采用侧刃来控制条料的送进步距。3、当需要切除条料的侧边作为工件的外形时，往往采用侧刃定距。4、当被冲材料的厚度较薄（t＜0.5mm）时，可以采用侧刃定距。18.什么情况下采用双侧刃定位？答：当被冲材料的宽度较大而厚度较小、工位数目较多以及冲裁件的精度要求较高时，可以采用双侧刃。采用双侧刃时，两个侧刃可以对称布置。这时，可以降低条料的宽度误差，提高工件的精度。这种布置方法常用于带料或卷料冲压中。而将两个侧刃一前一后的布置，往往用于工步较多的条料冲压中，这样可以节约料尾。用双侧刃定距时，定位精度高，但材料的利用率要低一些。19.凸模垫板的作用是什么？如何正确的设计垫板？答：冲模在工作时，凸模要承受很大的冲裁力，这个力通过凸模的固定端传递到上模座。如果作用在模座上的力大于其许用应力时，就会在模板上压出凹坑，从而影响凸模的正确位置。为了避免模座的损坏，在凸模固定板和上模座之间加装一块淬硬的垫板。在复合模的凸凹模固定板与模座之间，因为同样的原因也需要加装一块垫板。设计时，一般根据需要在国标中选取标准的垫板型号。一般垫板的的形状和尺寸大小与凹模板相同。材料选用T7、T8钢，热处理的淬火硬度为48～52HRC，上下表面的粗糙度为Ra0.8以下。20.常用的卸料装置有哪几种？在使用上有何区别？答：常用的卸料装置分为刚性卸料装置和弹压卸料装置两大类。1、刚性卸料装置：刚性卸料装置常用固定卸料板的结构形式，即：卸料板是用螺钉将其固定在下模部分，再用销钉定位这样一种安装方式。刚性卸料装置的卸料板在工作时，不能将被冲材料压住，所以工件的有明显的翘曲现象，但卸料力大。因此，常用于较厚、较硬且精度要求不高的工件冲裁模中。2、弹压卸料装置：弹压卸料装置中的弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于冲裁厚度在41.5mm以下的模具中。冲裁前，弹压卸料板首先将毛坯压住，当上模随压力机的滑块继续向下运动时，凸模再伸出弹压卸料板的下端面进行冲压加工。所以，工件的平整度较好。21.卸料板型孔与凸模的关系是怎样的？答：（1）在固定卸料装置中，当卸料板仅仅起卸料作用时，卸料板型孔与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，一般取单边间隙（0.2～0.5）t。当固定卸料板除卸料的作用外，还要对凸模进行导向，这时，卸料板型孔与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。（2）弹压卸料装置中，卸料板型孔与凸模之间的单面间隙取（0.1～0.2）t。若弹压卸料板还要起对凸模的导向作用时，同样，