2 冲压工艺分析与产品图整理

学习任务2冲压工艺分析与产品图整理2.1冲裁质量分析(2h)2.2弯曲质量分析(2h)2.3冲压工艺分析(2~3h)2.4冲裁刃口尺寸计算(2~3h)2.5冲压产品图整理(2~4h)本课件与阳勇主编、北京理工大学出版社出版的《冲压工艺与模具设计》教材配套。【工作描述】冲压工艺性是指冲压件对冲压工艺的适合性，是从冲压加工的角度对产品设计提出的要求冲压工艺分析包括两个方面：冲压技术分析、冲压经济分析冲压产品图是冲压工艺设计的主要依据如果客户提供的产品图不符合国家、行(企)业的相关标准，应对其进行整理【工作描述】如果产品的冲压工艺性较差，应在不影响产品的设计要求及使用性能的前提下，向客户提出相应的修改建议；经过客户确认同意之后，对其进行修改【学习目标】了解冲裁变形的过程及特点，熟悉冲裁质量问题的产生原因及解决途径了解冲裁间隙对冲裁的影响，掌握冲裁间隙的确定方法了解弯曲变形的过程及特点，熟悉弯曲质量问题的产生原因及解决途径掌握冲压工艺分析(不含拉深工艺)的原则、方法和步骤掌握冲裁刃口尺寸计算的原则、公式和步骤掌握冲压产品图的识读、绘制方法和步骤【学习任务】识读、抄画指定的冲压产品图完成指定冲压件(不含拉深件)的冲压工艺分析与产品图整理工作如有条件，请在教师的指导下，完成冲裁模、弯曲模的试模、调试工作【学习建议】冲压工艺分析的重点是冲压技术分析、冲裁刃口尺寸计算，难点是确定产品冲压加工的难度对于经验丰富的设计人员，能够完整、准确地指出冲压产品图中存在的冲压工艺问题并提出合理的修改建议对于初学者，应通过并加强冲压产品图的识读与分析训练，获取相应的间接经验2.1冲裁质量分析2.1.1冲裁变形过程2.1.2冲裁断面特征2.1.3冲裁间隙2.1.1冲裁变形过程材料的冲裁变形虽然是在瞬间完成，但是大致可以分为三个阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段2.1.1冲裁变形过程1)弹性变形阶段材料在凸模作用下，产生弹性弯曲并稍微挤入凹模刃口2.1.1冲裁变形过程2)塑性变形阶段材料受力已经超过弹性极限，凸模挤入材料，材料挤入凹模，由于材料反抗凸、凹模的挤入，产生弯矩M2.1.1冲裁变形过程3)断裂分离阶段靠近凹模刃口的材料所受应力最先达到抗剪强度并产生裂纹，而靠近凸模刃口的材料尚处于塑性状态2.1.1冲裁变形过程3)断裂分离阶段凸模继续挤入材料，靠近凸模刃口的材料也产生裂纹；当间隙合适时，从凸、凹模分别出现的裂纹扩展、重合，材料分离2.1.1冲裁变形过程3)断裂分离阶段凸模继续向下运动，将产品(或废料)推入凹模2.1.2冲裁断面特征1.冲裁断面特征冲裁过程的材料变形是很复杂的。由于其中复杂的应力应变，造成冲裁断面的变化所有的普通冲裁断面都有明显的区域特征，只是各区域的大小、比例不同而已普通冲裁断面分为四个区域：圆角带1、光亮带2、断裂带3、毛刺42.1.2冲裁断面特征2.影响冲裁断面质量的因素冲裁断面质量与产品的料厚及性能、冲裁间隙、刃口状态及压料方式等因素有关当产品的材料塑料较好，冲裁间隙均匀合理，刃口锋利，采用弹性卸料方式且压料力较大时，能够获得较好的冲裁断面质量2.1.3冲裁间隙冲裁凸、凹模的刃口尺寸之差称为冲裁间隙，有双边冲裁间隙与单边冲裁间隙之分，即Z=Da-DtZ/2=0.5Z冲裁间隙的大小对冲裁断面质量、尺寸精度、冲裁力、模具寿命都有影响2.1.3冲裁间隙1.冲裁间隙对断面质量的影响当冲裁间隙过小时，在断面上形成第二光亮带，毛刺较大当冲裁间隙合理时，断面光亮带较大，圆角、毛刺及锥度较小当冲裁间隙过大时，断面粗糙，毛刺、锥度较大，光亮带较小2.1.3冲裁间隙2.冲裁间隙对尺寸精度的影响当冲裁间隙较大时，材料因受拉而伸长，冲裁之后由于材料的弹性恢复，冲裁件的尺寸向实体方向收缩，即落料尺寸小于落料凹模的刃口尺寸，冲孔尺寸大于冲孔凸模的刃口尺寸当冲裁间隙较小时，尺寸变化情况则与之相反2.1.3冲裁间隙2.冲裁间隙对尺寸精度的影响冲裁精度还与产品的形状特点、料厚及性能、轧制方向，模具加工精度及刃口状态等因素有关2.1.3冲裁间隙3.冲裁间隙对冲裁力的影响冲裁间隙越小，所需的冲裁力越大适当增大冲裁间隙，可以降低所需的冲裁力当冲裁间隙过小时，材料所受的力矩和拉应力减小、压应力增大，不易撕裂，上下裂纹不重合，又会产生二次剪切，所需的冲裁力增大当冲裁间隙较大时，材料所受的力矩和拉应力增大，容易剪裂，所需的冲裁力降低当冲裁间隙合理时，上下裂纹重合，所需的冲裁力较小2.1.3冲裁间隙4.冲裁间隙对模具寿命的影响在冲裁过程中，模具刃口的受力很大，在模具刃口与材料接触表面之间出现局部附着现象，产生附着磨损当冲裁间隙较小时，接触压力增大，摩擦距离加长，模具磨损加剧，在模具与材料之间产生粘结现象，引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刃当冲裁间隙较大时，材料的弯曲、拉伸相对增加，模具刃口端面的压力增大，容易产生崩刃或塑性变形，模具磨损加剧2.1.3冲裁间隙4.冲裁间隙对模具寿命的影响冲裁间隙过小或过大都会降低模具寿命采用合理的冲裁间隙，可以减小模具与材料之间的摩擦，从而提高模具寿命2.1.3冲裁间隙5.合理冲裁间隙的确定通过合理确定冲裁间隙，可以提高冲裁断面质量、尺寸精度、模具寿命，降低所需的冲裁力由于冲裁间隙对各方面的影响规律不同，并不存在一个绝对合理、能够同时满足各方面要求的冲裁间隙通常是确定一个适当的范围，下限称为最小合理间隙Zmin，上限称为最大合理间隙Zmax，只要冲裁间隙在此范围之内，就是合理间隙2.1.3冲裁间隙1)冲裁间隙的选择原则冲裁间隙的大小与产品的料厚及性能、精度要求、冲裁条件等因素有关，选取原则如下：当产品材料的厚度较大，或塑性较差，或硬度较高时，可取较大的间隙；反之，应取较小的间隙当产品的断面质量及尺寸精度没有严格要求时，可取较大的间隙；反之，应取较小的间隙2.1.3冲裁间隙1)冲裁间隙的选择原则当机床的加工精度较高，能够保证冲裁间隙均匀、刃口锋利时，可取较大的间隙；反之，应取较小的间隙当采用弹性卸料方式且压料力较大时，可取较大的间隙；反之，应取较小的间隙在计算冲裁刃口尺寸时，应取最小合理间隙Zmin2.1.3冲裁间隙2)冲裁间隙的选择方法当冲裁钢板时，通常可取Zmin/2=(5%~8%)t以电脑机箱零件为例，对于t=0.8~2.0mm的SECC、SGCC，通常可取Zmin/2=5%t当材料的厚度较小，或塑性较好，或硬度较低时，可取Zmin/2=(3%~5%)t当材料的厚度较大，或塑性较差，或硬度较高时，可取Zmin/2=(8%~10%)t2.2弯曲质量分析2.2.1弯曲变形过程2.2.2弯曲变形特点2.2.3弯曲质量分析2.2.1弯曲变形过程在弯曲凸模的压力下，材料受到弯矩的作用，首先产生弹性变形，然后进入塑性变形阶段在塑性变形的初始阶段，材料自由弯曲；在行程终了时，产生校正弯曲2.2.1弯曲变形过程自由弯曲是指在弯曲终了时，当凸模、产品和凹模三者完全吻合之后，凸模不再下压校正弯曲则是在上述基础上，凸模继续下压，对产品进行校正2.2.2弯曲变形特点为了便于观察和分析材料的弯曲变形特点，了解弯曲变形规律，可以先在材料的侧面划上网格，然后进行弯曲2.2.2弯曲变形特点通过观察弯曲前后网格的变化情况，可以发现弯曲变形的特点是材料在弯曲变形区的曲率发生变化在弯曲变形之后，断面产生畸变，弯曲变形区的料厚变薄、长度增加2.2.3弯曲质量分析弯曲质量问题主要包括回弹、滑移、弯裂、擦伤等2.2.3弯曲质量分析1.回弹由于弹性变形的影响，在将弯曲件从模具中取出之后，弯曲角和弯曲半径都会发生变化，与模具相应的形状、尺寸并不一致，这种现象称为回弹2.2.3弯曲质量分析1)影响回弹的因素材料的力学性能材料的屈服强度越高，弹性模量越小，回弹越大相对弯曲半径r/t越小，回弹越小产品形状产品的形状越复杂，一次弯曲成形的角数越多，回弹越小2.2.3弯曲质量分析1)影响回弹的因素模具尺寸对于U形弯曲模，当弯曲凹模的工作深度较大时，回弹较小模具间隙对于U形弯曲模，当模具间隙较小时，回弹较小弯曲方式与自由弯曲相比，校正弯曲的回弹较小2.2.3弯曲质量分析2)回弹值的确定由于影响回弹的因素很多，通常采用经验法、查表法初步确定回弹值的大小，然后通过试模修正为了减小回弹，可视具体情况，从产品设计、弯曲工艺、模具结构等方面采取措施2.2.3弯曲质量分析3)减小回弹的措施产品设计在不影响产品的设计要求及使用性能的前提下，适当改进产品的形状或尺寸在不影响产品的设计要求及使用性能的前提下，选用屈服强度高、弹性模量大、力学性能稳定的材料2.2.3弯曲质量分析3)减小回弹的措施弯曲工艺采用校正弯曲对于冷作硬化的材料，应在弯曲之前安排一次退火处理，以降低材料的屈服强度在条件允许的情况下，可以采用加热弯曲对于相对弯曲半径很大的产品，可以采用拉弯工艺2.2.3弯曲质量分析3)减小回弹的措施模具结构从模具结构上采取措施，以后介绍2.2.3弯曲质量分析3)减小回弹的措施2.2.3弯曲质量分析2.滑移在弯曲过程中，当材料沿着凹模的边缘滑动时，由于各边所受的摩擦阻力不同，材料会向摩擦阻力较大的方向滑动，这种现象称为滑移，俗称拉料2.2.3弯曲质量分析1)影响滑移的因素不对称弯曲材料向宽度大的方向滑移凹模圆角半径不等材料向圆角半径小的方向滑移两边弯曲个数不等材料向弯曲个数多的方向滑移弯曲间隙及润滑情况不同材料向弯曲间隙小、润滑情况差的方向滑移2.2.3弯曲质量分析2)减少滑移的措施尽量采用对称凹模，凹模两边的圆角半径相等，弯曲间隙均匀采用弹性压料装置，可以减小滑移，并且所得产品比较平整采用内孔定位，在弯曲时材料难以移动，产品的尺寸精度较高采用对称弯曲2.2.3弯曲质量分析3.弯裂材料在弯曲时产生的最大应变位于最外层的纵向纤维上，当该处应变超过材料的拉伸变形极限时，就会产生裂纹，这种现象称为弯裂外层纤维变形的大小，主要取决于相对弯曲半径r/t；r/t越小，弯曲变形越大，越易弯裂在保证外层纤维不被破坏的前提下，所能弯曲的最小圆角半径，称为最小弯曲半径rmin，常用rmin表示弯曲成形的极限2.2.3弯曲质量分析1)影响rmin的因素材料的力学性能材料的塑性越好，允许的rmin越小材料的方向性当弯曲线与板材轧制方向垂直时，允许的rmin较小板宽当板宽减小时，允许的rmin较小材料的表面、侧面质量当材料的表面、侧面质量较好时，允许的rmin较小弯曲角当弯曲角较小时，允许的rmin较小2.2.3弯曲质量分析2)防止弯裂的措施在排样时，尽量考虑弯曲线与板材轧制方向的关系(最好互相垂直)在不影响产品的设计要求及使用性能的前提下，选用塑性较好的材料2.3冲压工艺分析2.3.1识读冲压产品图2.3.2冲压技术分析2.3.3冲压经济分析2.3冲压工艺分析冲压工艺性是指冲压件对冲压工艺的适合性，是从冲压加工的角度对产品设计提出的要求如果冲压工艺性良好，可以减少材料消耗及冲压工序数量，简化模具结构，提高产品质量、生产效率，降低冲压成本，同时便于冲压操作及冲压生产的组织与管理2.3冲压工艺分析冲压工艺分析包括两个方面：冲压技术分析、冲压经济分析在技术方面，主要是分析产品的形状特点、尺寸大小、精度要求、料厚及性能等方面是否符合冲压加工的要求在经济方面，主要是根据产品的生产批量，分析冲压成本，阐明采用冲压加工可以取得的经济效益2.3冲压工艺分析如果产品的冲压工艺性较差，应在不影响产品的设计要求及使用性能的前提下，向客户提出相应的修改建议；经过客户确认同意之后，对其进行修改2.3.1识读冲压产品图冲压产品图是冲压工艺设计的主要依据应在产品图中，清晰完整、正确合理地表达产品的形状、尺寸及技术要求，符合国家、行(企)业的相关标准2.3.1识读冲压产品图1.识读标题栏在标题栏中