普通冲裁的基本原理.

8.1普通冲裁的基本原理8.1.1板料的分离过程冲裁时材料的分离过程由于有间隙存在，材料受垂直方向压力、剪切力、横向挤压力、弯矩和拉力的共同作用，除主要的剪切变形外，还要产生弯曲、过深、挤压等附加变形。•分离过程大致可分为3个阶段。图8.1为无弹压板的金属板料分离过程图8.1冲裁变形过程弹性变形阶段塑性变形阶段断裂分离阶段1．弹性变形阶段•凸模对板料施压，使材料产生弹性变形。板料稍微挤入凹模口。板料与凸、凹模接触处形成很小的塌角。由于凸、凹模之间存在间隙，板料同时受到弯曲和拉伸的作用，凸模下的板料产生弯曲，凹模上的板料开始上翘。2．塑性变形阶段凸模继续压到一定深度时，材料内部应力达到屈服点，板料开始在与凸模、凹模的刃口接触处产生塑性剪切变形。凸模切入板料并将下部板料挤入凹模孔内。在板料剪切面处形成塌角，同时在切断面上形成一小段光亮且与板料垂直的表面。随着冲压过程的继续，应力不断增加，材料的变形程度便不断增加，变形区向板材的深度方向发展、扩大，同时硬化加剧，变形抗力也不断上升，应力也随之增加，直至凸、凹模刃口处达到极限应力和应变值，这就意味着塑性变形结束，材料即产生微小裂纹。3．断裂分离阶段裂纹产生后，随凸模继续压入，凸、凹模刃口附近产生的微裂纹沿最大剪应变速度方向不断向板材内部扩展。若间隙合适，上、下裂纹则相遇重合，板料上下部分分离。8.1.2普通冲裁件的断面情况一般把断面分为四个特征区:即塌角带（圆角带）、光亮带、断裂带和毛刺区.塌角带光亮带光亮带塌角带毛刺断裂带图8.2冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况a）冲孔件b）落料件1.塌角带•塌角带发生是由于金属材料的弯曲与拉伸变形而形成的。弹性初始塌角随着凸模的下降而进入塑性变形阶段，从而成为永久性的塌角留在断面上，塑性好的材料塌角大。2．光亮带光亮带产生于塑性变形阶段，金属产生塑剪变形时，由于，材料在与模具侧面接触中被模具侧面挤光而形成的光亮垂直的断面。所以断面光滑、平整、且与板料平面垂直，是断面质量最好的一段。通常，光亮带占断面的1/2～1/3，塑性好的材料，光亮带所占的比例更大。3．断裂带断裂带产生于冲裁变形第3阶段，由于拉应力的作用促使裂纹不断扩展，金属纤维拉断，生成表面粗糙无光泽且有斜度的断裂带。毛刺，是由于刃口正面材料被压缩，刃尖部分是高静水压应力状态，微裂纹的起点在模具侧面距刃尖不远的地方发生而产生。4．毛刺区•由上可知：冲裁是通过凸、凹模的刃口像剪子一样将板料剪断分离，这就决定了其断面粗糙且有斜度等弊端。•所以，通过提高模具和冲床的精度、刚度，以及采用合理凸、凹模间隙、等措施，可以改善断面质量。另外，也可通过增加整形工序来提高冲裁件断面质量。表8.1为冲裁件断面的近似粗糙度值。表8.1一般冲裁件断面的近似表面粗糙度8.2冲裁间隙•凸、凹模每侧间隙称为单边间隙•两侧间隙之和称为双边间隙•Z=Dd-Dp式中Z——冲裁间隙（mm）；Dp——凸模刃口尺寸（mm）；Dd——凹模刃口尺寸（mm）。图8.3冲裁间隙冲裁件质量包括冲裁断面质量、尺寸精度和弯曲度三个方面。8.2.1冲裁间隙对冲裁工序的影响1．冲裁间隙对冲裁件质量的影响•间隙过小时，上、下裂纹不能相遇重合，板料将被第二次剪切，断面会产生两个光亮带，并造成夹层，毛刺被拉长。（1）间隙对冲裁件断面质量的影响间隙合理时，上、下表面产生的初始裂纹能相遇重合，光亮带较大，塌角带、断裂带、毛刺区都较小，锥度也比较小。间隙过大时，上、下裂纹仍然不重合，因应力状态中的拉应力成分增大，材料容易产生裂纹、使塑性变形较早结束。所以光亮带变窄，断裂带、圆角带增大，毛刺相对较大，锥度也较大。间隙大小对断面质量的影响间隙过小间隙合适间隙过大冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值。这个差值包含两个方面的偏差：一是冲裁件相对凸模或凹模刃口尺寸的偏差二是模具本身的制造偏差。（2）间隙对冲裁件尺寸精度的影响一冲裁间隙是决定弹性恢复量大小的重要因素。•当间隙较小时，材料的侧向挤压变形大，冲裁后弹性恢复使落料件外径扩张，使冲出的孔径收缩，结果是落料件尺寸大于凹模尺寸，冲孔孔径小于凸模直径。当间隙较大时，材料的拉变形大，冲裁后，弹性恢复使落料件外径收缩，使冲孔孔径扩张，结果是落料件尺寸小于凹模尺寸，冲出的孔径大于凸模尺寸二冲裁件的尺寸精度主要取决于模具本身的制造精度表8.2冲裁件的尺寸精度与冲模的制造精度间隙对弯曲度的影响是：间隙愈大，弯曲愈严重。为了减小弯曲度，可在模具上加压料板或另外加校平工序。（3）间隙对弯曲度的影响2．间隙对冲裁力的影响间隙愈小冲裁变形区的压应力成分越大，拉应力成分越小，材料变形抗力大，冲裁力越大3．间隙对模具寿命的影响•间隙越小，摩擦越严重，模具寿命越短。•较大的间隙，不仅可以减小磨损，也可以缓解间隙不均匀的影响，从而提高模具的寿命模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。模具失效的原因一般有：磨损、变形、崩刃、折断和胀裂。小间隙将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏。