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金属冲压 8.1 冲压 概念：冲压是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在冲压专用模具里直接受力分离或塑性变形，从而获得一定尺寸、形状和性能零件的压力加工方法。 冲压加工与切削加工相比较，具有生产率高、加工成本低、产品质量稳定、操作简便、容易实现机械化和自动化等优点，适合大量生产。 冲压工艺按照变形性质分为分离工序（包括落料、冲孔、切断、修边、剖切等）与成型工序（主要包括弯曲、拉深、胀型等）两大类。 常用冲压工序如下。 常用的冲压工序 8.1.1 冲裁及其变型受力 冲裁是利用安装在压力机上的冲模，使材料产生分离的冲压工序。它包括落料、冲孔、切断、切口、冲缺、剖切等工序。 落料：制取零件所需零件的外形尺寸的工序。 冲孔：制取所需零件的内形及尺寸的工序。 图中a为落料，b为冲孔。 按照分离变形机理不同，冲裁可以分为普通冲裁、精密冲裁、整修和半精密冲裁。 剪切区应力分析 冲裁变形分析对了解冲裁变形机理和变形过程，掌握冲裁时作用于板材上的力态，应用冲裁工艺，正确设计模具，控制冲裁件质量有着重要意义。 2.1.1 冲裁变形时板料变形区力态分析 图 2.1.1是模具对板料进行冲裁时的情形，当凸模下降至与板料接触时，板料受到凸模、凹模端面的作用力。由于凸模、凹模之间存在冲裁间隙，使凸模、凹模施加于板料的力产生一个力矩 M，其值等于凸模、凹模作用的合力，稍大于间隙的力臂a的乘积。在无压料板压紧装置冲裁时，力矩使材料产生弯曲，故模具与板料仅在刃口附近的狭小区域内保持接触，接触宽度约为板厚的0.2～0.4㎜。并且，凸模、凹模作用于板料垂直压力呈不均匀分布，随着向模具刃口靠近而急剧增大 (见图2.1.1)。其中 FP1、FP2 ——凸模、凹模对板料的垂直作用力；F1、F2——凸模、凹模对板料的侧压力；μFP1、μFP2——凸模端面与板料间摩擦力，其方向与间隙大小有关，但一般指向模具刃口； μF1、　μF2——凸模、凹模侧面与板料间的摩擦力。 图 2.1.1 图2.1.2 冲裁时板料的应力状态图 A点(凸模侧面)：凸模下压引起轴向拉应力σ3，板料弯曲与凸模侧压力引起径向压应力σ1，而切向应力σ２为板料弯曲引起的压应力与侧压力引起的拉应力的合成应力。 B点(凸模端面)：凸模下压及板料弯曲引起的三向压缩应力 。 C点(断裂区中部)：沿径向为拉应力σ１，垂直于板平面方向为压应力σ3。 D点(凹模端面)：凹模挤压板料产生轴向压应力σ３，板料弯曲引起径向拉应力σ1和切向拉应力σ2。 E点(凹模侧面)：凸模下压引起轴向拉应力σ３，由板料弯曲引起的拉应力与凹模侧压力引起压应力合成产生　应力σ1与σ2，该合成应力可能是拉应力，也可能是压应力，与间隙大小有关。一般情况下，该处以拉应力为主。 图2.1.2 冲裁变形过程 冲裁是分离变形的冲压工序。当凸模、凹模之间的设计间隙合理时，工件受力后必然从弹性变形开始，进入塑性变形，最后以断裂分离告终，如图 2.1.3所示。 (一) 弹性变形阶段 由于凸模加压于板料，使板料产生弹性压缩、弯曲和拉伸 (AB′＞AB)等变形，板料底面相应部分材料略挤入凹模洞口内。此时，凸模下的板料略有拱弯(锅底形)，凹模上的板料略有上翘。间隙越大，拱弯和上翘越严重。在这一阶段中，若板料内部的应力没有超过弹性极限时，当凸模卸载后，板料立即恢复原状。 (二) 塑性变形阶段 当凸模继续压入，板料内的应力达到屈服极限时，板料开始产生塑性剪切变形。 凸 模切入板料并将下部板料挤入凹模孔内，形成光亮的剪切断面。同时，因 凸 、凹模间存在间隙，故伴随着弯曲与拉伸变形 (间隙愈大，变形亦愈大)。随着 凸 模的不断压入，材料的变形程度便不断增加，同时硬化加剧，变形抗力也不断上升，最后在 凸 模和凹模的刃口附近，达到极限应变与应力值时，材料就产生微小裂纹，这就意味着破坏开始，塑性变形结束。 (三) 断裂分离阶段 裂纹产生后，此时凸模仍然不断地压入材料，已形成的微裂纹沿最大剪 应变速度方向向材料内延 伸，向楔形那样发展，若间隙合理，上下裂纹则相遇重合，板料就被拉断分离。由于拉断的结果，断面上形成一个粗糙的区域。当 凸模再 下行， 凸模将 冲落部分全部挤入凹模洞口，冲裁过程到此结束。 图2.1.4为冲裁时冲裁力与 凸 模行程曲线。图中 AB段相当于冲裁的弹性变形阶段， 凸模接触材料后，载何急剧上升，当凸模刃口一旦挤入材料，即进入塑性变形阶段后，载荷的上升就缓慢下来，如 BC段所示。虽然由于 凸 模挤入材料使承受冲裁力的材料面积减小，但只要材料加工硬化的影响超过 受剪面