第二章 冲裁工艺与模具设计.ppt

第二章 冲裁工艺与模具设计 冲裁是利用模具使板料沿一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。冲裁包括：落料、冲孔、切口、切边、冲缺、剖切、整修等。其中又以冲孔、落料应用最为广泛。 从板料上冲下所需形状的零件（或半成品）称为落料（图2-la）。在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）称为冲孔（图2-1b）。 冲裁工艺是冲压生产的主要工艺方法之一。冲裁所得到的零件可以直接作为零件使用或用于装配部件，也可以作为弯曲、拉深、成形等其他工序的毛坯。 2.1 冲裁工艺分析 2.1.1冲裁过程 图2-2是一简单冲裁模。凸模1与凹模2都具有与工件轮廓一样形状的锋利刃口，凸、凹模之间存在一定的间隙。当凸模下降至与板料接触时，板料就受到凸、凹模的作用力，凸模继续下压，板料受剪而互相分离。 板料的分离过程是在瞬间完成的。整个冲裁变形分离过程大致可分为3个阶段。 （一）弹性变形阶段 冲裁开始时，板料在凸模的压力下，发生弹性压缩和弯曲。凸模继续下压，板料底面相应部分材料略挤入凹模孔口内。板料与凸、凹模接触处形成很小的圆角。 由于凸、凹模之间有间隙存在，使板料同时受到弯曲和拉伸的作用，凸模下的板料产生弯曲，位于凹模上的板料开始上翘，间隙越大，弯曲和上翘越严重（图2-3）。 （二）塑性变形阶段 凸模继续下降，压力增加，当材料内部应力达到屈服点时，板料进入塑性变形阶段。 此时凸模开始挤入板料，并将下部材料挤入凹模孔内，板料在凸、凹模刃口附近产生塑性剪切变形，并在侧向挤压力作用下形成光亮的剪切断面。 随着切刃的深入，变形区由凸、凹模刃口附近向板材的深度方向发展、扩大，最后刃口附近达到极限应变与应力值时，材料便产生微裂纹（失稳状态），这就意味着破坏开始，塑性变形阶段结束。 （三）断裂分离阶段 此时凸模继续压入，凸、凹模刃口附近产生的微裂纹不断向板材内部扩展，若间隙合理，上、下裂纹则相遇重合，板料在拉应力作用下被拉断分离。 由于拉断的结果，断面上形成一个粗糙的区域。凸模再下行，冲落部分将克服摩擦阻力从板材中推出，全部挤入凹模洞口，冲裁过程到此结束。 2.1.2 冲裁断面质量分析 （一）断面特征 由于冲裁变形的特点，使冲出的工件断面与板材上下平面并不完全垂直，粗糙而不光滑。冲裁断面可明显地分成4个特征区，即圆角带、光亮带、断裂带和毛刺（图2-7）。 （二）影响断面质量的因素 冲裁件的4个特征区域的大小和在断面上所占的比例大小并非一成不变，而是随着材料的力学性能、模具间隙、刃口状态等条件的不同而变化。 1．材料力学性能的影响： 材料塑性好，冲裁时裂纹出现得较迟， 所得断面光亮带所占的比例就大，圆角也大。 塑性差的材料，容易拉裂， 使断面光亮带所占的比例小，圆角小，大部分是粗糙的断裂面。 2．模具间隙的影响： 冲裁时，断裂面上下裂纹是否重合，与凸、凹模间隙值的大小有关。当凸、凹模间隙合适时，凸、凹模刃口附近产生的裂纹在冲裁过程中能会合成一条线，此时尽管断面与材料表面不垂直，但还是比较平直、光滑，毛刺较小，制件的断面质量较好（图2-8b）。 3．模具刃口状态的影响： 模具刃口状态对冲裁过程中应力状态和冲裁件断面有较大的影响。刃口越锋利，毛刺越小。当刃口磨损后，毛刺也增大。毛刺按照磨损后的刃口形状，成为根部很厚的大毛刺。 另外，断面质量还与模具结构、冲裁件轮廓形状、刃口的摩擦条件等有关。 （三）提高断面质量的措施 提高冲裁件的断面质量，可通过增加光亮带的高度或采用整修工序来实现。增加光亮带的关键是延长塑性变形阶段，推迟裂纹的产生，这就要求： （1）材料的塑性要好，对硬质材料要尽量进行退火，求得材质均一化； （2）合理的模具间隙值，并使间隙均匀分布； （3）保持模具刃口锋利 , （4）保持润滑。 2.2.1冲裁力的计算 计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。 （一）冲裁力的行程 在冲裁过程中，冲裁力的大小是不断变化的。图中AB段相当于冲裁的 弹性变形阶段，凸模接触材料 后，载荷急剧上升，但当凸模 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。 凸模再继续下压，材料内部产生裂纹并迅速扩张，冲裁力急剧下降，如图中CD段所示，此为冲裁