《 冲模设计(第4章)冲裁.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《《 冲模设计(第4章)冲裁.ppt》由用户(kld)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 冲模设计第4章冲裁 冲模 设计
- 资源描述:
-
1、冲裁冲裁是利用模具使板料分离的冲压工序,其所使用的是利用模具使板料分离的冲压工序,其所使用的模具称为冲裁模具。模具称为冲裁模具。冲裁工艺种类很多,是断裂分离工序的总称,其中又冲裁工艺种类很多,是断裂分离工序的总称,其中又以以冲孔冲孔和和落料落料两种工序应用最多。两种工序应用最多。冲裁比火焰切割、锯切、切削及磨削等加工方法具有冲裁比火焰切割、锯切、切削及磨削等加工方法具有效率高、质量好、成本低、适合于成批大量生产效率高、质量好、成本低、适合于成批大量生产等突出优等突出优点。冲裁工艺可以直接冲出成品制件,也可以为弯曲、拉点。冲裁工艺可以直接冲出成品制件,也可以为弯曲、拉深等其它工序准备深等其它工序
2、准备毛坯毛坯,还可以在已成形的制件上进行,还可以在已成形的制件上进行再再加工加工。在一般企业的冷冲压生产中,冲裁所占的比例很大,。在一般企业的冷冲压生产中,冲裁所占的比例很大,往往超过往往超过60%。冲裁过程中,凸模与凹模冲裁过程中,凸模与凹模具有与工件轮廓一样的刃口,具有与工件轮廓一样的刃口,凸凹模之间存在一定的间隙。凸凹模之间存在一定的间隙。当压力机滑块将凸模推下时,当压力机滑块将凸模推下时,便将放在凸、凹模中间的板料便将放在凸、凹模中间的板料冲裁成所需形状和尺寸的制件冲裁成所需形状和尺寸的制件,凸模回程时由卸料板将卡在凸凸模回程时由卸料板将卡在凸模上的条料卸下。模上的条料卸下。1凸模固定
3、板;2凸模;3卸料板;4板料;5凹模 冲裁过程是在瞬间完成的。为了控制冲裁冲裁过程是在瞬间完成的。为了控制冲裁件的质量,就需要研究冲裁的变形过程。如图件的质量,就需要研究冲裁的变形过程。如图所示,当模具间隙所示,当模具间隙正常时,这个变形正常时,这个变形过程大致分为三个过程大致分为三个阶段。阶段。冲裁变形过程冲裁变形过程动画动画当凸模下压并开始接触板料时,材料进入短暂的当凸模下压并开始接触板料时,材料进入短暂的弹性变形阶段。此时凸模下的材料略有弹性变形阶段。此时凸模下的材料略有拱弯拱弯,凹模上,凹模上的材料则向上翘。材料越硬、凸、凹的材料则向上翘。材料越硬、凸、凹模刃口模刃口间隙越大,间隙越大
4、,穹弯和上翘越严重。凸、凹模刃口附近的板料产生应穹弯和上翘越严重。凸、凹模刃口附近的板料产生应力集中现象,使材料产生弹性压缩、弯曲、拉伸等复力集中现象,使材料产生弹性压缩、弯曲、拉伸等复杂的变形,并略有挤入凹杂的变形,并略有挤入凹模洞口的现象。模洞口的现象。压力去掉之后,材料压力去掉之后,材料立立即恢复原状。即恢复原状。当凸模继续压入,板料内的应力达到屈服点,当凸模继续压入,板料内的应力达到屈服点,板料与凸模和凹模的接触处进入塑性变形状态。凸板料与凸模和凹模的接触处进入塑性变形状态。凸模切入板料,板料挤入凹模洞口。在板料剪切面的模切入板料,板料挤入凹模洞口。在板料剪切面的边缘由于弯曲、拉伸等作
5、用形成边缘由于弯曲、拉伸等作用形成塌角塌角(又称为(又称为圆角圆角带带),同时由于剪切变形在切断面上形成一小段光),同时由于剪切变形在切断面上形成一小段光亮且与板面垂直的亮且与板面垂直的剪切面剪切面(又称为(又称为光亮带光亮带)。)。当凸模切入板料达到一定深度时,在凹模侧壁靠近刃口处的当凸模切入板料达到一定深度时,在凹模侧壁靠近刃口处的材料首先产生微裂纹,意味着塑性变形的结束和断裂分离的开始。材料首先产生微裂纹,意味着塑性变形的结束和断裂分离的开始。微裂纹一旦出现即会迅速向材料内部扩展。微裂纹一旦出现即会迅速向材料内部扩展。当凹模侧壁刃口附近产生微裂纹后,紧接着在凸模侧壁刃口当凹模侧壁刃口附近
6、产生微裂纹后,紧接着在凸模侧壁刃口附近也产生了微裂纹。上、下裂纹分别向各自的方向扩展。附近也产生了微裂纹。上、下裂纹分别向各自的方向扩展。当上、下裂纹在扩展的过程中相遇当上、下裂纹在扩展的过程中相遇时,板料便断裂分离开来,形成粗糙的时,板料便断裂分离开来,形成粗糙的断裂面断裂面(又称为(又称为断裂带断裂带),并被继续下),并被继续下压的凸模推入凹模洞口内。压的凸模推入凹模洞口内。至此,冲裁变形过程完全结束,凸至此,冲裁变形过程完全结束,凸模回升到起点,准备下一个冲裁过程。模回升到起点,准备下一个冲裁过程。在自由冲裁自由冲裁时,即没有压板和顶出器的情况下,板料冲裁变形区的受力状态如图所示。由于凸
7、、凹模之间存在间隙,使得板料在受到凸、凹模正压力作用的同时还受到弯矩M的作用。力矩M使板料产生了弯曲变形弯曲变形,造成凹模口外的板料上翘,凸造成凹模口外的板料上翘,凸模端面下的板料下凹。故冲裁模端面下的板料下凹。故冲裁时凸、凹模与板料仅在刃口附时凸、凹模与板料仅在刃口附近的狭小区域内保持接触,接近的狭小区域内保持接触,接触面宽度约为板料厚度的触面宽度约为板料厚度的20%-40%。因此凸、凹模作用于上、。因此凸、凹模作用于上、下板面的正压力的分布是不均下板面的正压力的分布是不均匀的,越靠近刃口压力越大。匀的,越靠近刃口压力越大。自由冲裁时的应力状态如右自由冲裁时的应力状态如右图所示。实验证实,冲
8、裁时板料图所示。实验证实,冲裁时板料最大的塑性变形集中在以凸模与最大的塑性变形集中在以凸模与凹模刃口连线为中线的凹模刃口连线为中线的纺锤形区纺锤形区域域内,如图中红色区域所示。纺内,如图中红色区域所示。纺锤形内以锤形内以剪切变形剪切变形为主。当凸模为主。当凸模与凹模的间隙较小时,纺锤形区与凹模的间隙较小时,纺锤形区域的宽度将减小,冲裁变形将更域的宽度将减小,冲裁变形将更接近剪切。接近剪切。当凸模与凹模的间隙正常时,裂纹的发展可能有当凸模与凹模的间隙正常时,裂纹的发展可能有两种方式:一是如两种方式:一是如A曲线所示,第二种如曲线所示,第二种如B曲线所示。曲线所示。比较而言,第一种情况比较多见。比
9、较而言,第一种情况比较多见。冲裁件质量是指其冲裁件质量是指其断面质量断面质量、毛刺毛刺、尺寸和形尺寸和形状精度状精度、表面平整度表面平整度等。不同行业和产品对冲裁件等。不同行业和产品对冲裁件质量内容的要求是不一样的,目前还缺乏统一的质质量内容的要求是不一样的,目前还缺乏统一的质量标准。量标准。在正常的冲裁条件在正常的冲裁条件下,上、下裂纹发展到下,上、下裂纹发展到最后是重合的,这时可最后是重合的,这时可以得到如右图所示的冲以得到如右图所示的冲裁件断面,其具有四个裁件断面,其具有四个明显的特征区:明显的特征区:1)圆角带圆角带,又称,又称塌角塌角。是在凸、凹模刃口刚切入。是在凸、凹模刃口刚切入板
10、料时,刃口附近板料时,刃口附近材料受弯曲材料受弯曲、拉伸作用拉伸作用而形成的。而形成的。材料的塑性越好,凸模与凹模的间隙越大,形成的圆材料的塑性越好,凸模与凹模的间隙越大,形成的圆角也越大。对于轮廓复杂的冲裁件沿轮廓的周边受力角也越大。对于轮廓复杂的冲裁件沿轮廓的周边受力情况差异较大,圆角的大小也可能区别较大。情况差异较大,圆角的大小也可能区别较大。2)光亮带光亮带。是在剪切变形的过程中,毛坯一部分相。是在剪切变形的过程中,毛坯一部分相对于另一部分移动时对于另一部分移动时刃口侧壁挤压材料刃口侧壁挤压材料而产生的。光亮而产生的。光亮带表面光滑且垂直于板料底面,是理想的冲裁断面。如带表面光滑且垂直
11、于板料底面,是理想的冲裁断面。如图中所示,冲裁件的尺寸精度就是以光亮带处的尺寸来图中所示,冲裁件的尺寸精度就是以光亮带处的尺寸来测量的。通常光亮带的高度约占板厚的测量的。通常光亮带的高度约占板厚的1/31/2左右,左右,材料塑性越好,凸模与凹模的间隙越小,光亮带的高度材料塑性越好,凸模与凹模的间隙越小,光亮带的高度就越大。另外光亮带高度还与模具刃口的磨损程度等加就越大。另外光亮带高度还与模具刃口的磨损程度等加工条件有关。工条件有关。3)断裂带断裂带,又称,又称撕裂带撕裂带。是由冲裁产生的裂纹。是由冲裁产生的裂纹扩展相遇而形成的。断裂带表面粗糙,并带有扩展相遇而形成的。断裂带表面粗糙,并带有40
12、-60(图中的(图中的角)的内斜角,对于一般用途的冲裁件角)的内斜角,对于一般用途的冲裁件并不影响其使用性能。但对于以断面为主要工作面并不影响其使用性能。但对于以断面为主要工作面的零件(齿轮、凸轮等)来说,一般冲裁件的断面的零件(齿轮、凸轮等)来说,一般冲裁件的断面是不能满足其使用要求的。是不能满足其使用要求的。4)毛刺毛刺。是由于裂纹的起点离开了刃尖,在刃口。是由于裂纹的起点离开了刃尖,在刃口侧壁产生而形成的。侧壁产生而形成的。若忽略材料的弹塑性共存规律的影响,则可认为落若忽略材料的弹塑性共存规律的影响,则可认为落料件的尺寸与凹模形孔尺寸一致,而冲孔的尺寸与凸料件的尺寸与凹模形孔尺寸一致,而
13、冲孔的尺寸与凸模尺寸一致。由此得出如下重要关系:模尺寸一致。由此得出如下重要关系:落料尺寸落料尺寸=凹模尺寸凹模尺寸冲孔尺寸冲孔尺寸=凸模尺寸凸模尺寸这是计算凸、凹模尺寸的主要依据。这是计算凸、凹模尺寸的主要依据。料厚t/mm0.30.30.50.51.01.01.51.52.0生产时0.050.080.100.130.15试模时 0.0150.020.030.040.05普通冲裁毛刺的允许高度普通冲裁毛刺的允许高度冲裁件的断面质量包括冲裁件的断面质量包括圆角圆角的大小、的大小、光亮光亮带带所所占厚度的比例占厚度的比例及及表面粗糙度表面粗糙度、断裂带断裂带斜角大小、斜角大小、毛毛刺刺高度等。高
14、度等。冲裁件断面质量的冲裁件断面质量的影响因素影响因素:材料的性能材料的性能;模具模具冲裁冲裁间隙间隙;模具刃口状态的影响模具刃口状态的影响。其中。其中模具间隙模具间隙影影响最主要。响最主要。冲裁间隙是指凹模与凸模刃口横向尺寸的差值,冲裁间隙是指凹模与凸模刃口横向尺寸的差值,即即 Z=D凹凹-D凸凸如无特殊说明,冲裁间隙通常是指如无特殊说明,冲裁间隙通常是指双边间隙双边间隙,单单边间隙边间隙用用Z/2表示。表示。冲裁间隙对冲裁间隙对冲裁件的质量冲裁件的质量、冲裁力冲裁力、模具寿命模具寿命都都有很大的影响。当选取的冲裁间隙值差别较大时,将有很大的影响。当选取的冲裁间隙值差别较大时,将直接影响冲裁
15、模的结构设计、制造工艺和成本。因此直接影响冲裁模的结构设计、制造工艺和成本。因此冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题,是最重要的工艺参数。问题,是最重要的工艺参数。(1)对于常用的塑性材料,当)对于常用的塑性材料,当冲裁间隙取在一定冲裁间隙取在一定合理值合理值的范围内时,的范围内时,上、下裂纹在发展的过程中相遇,断上、下裂纹在发展的过程中相遇,断裂分离过程能够正常地完成。所得断裂分离过程能够正常地完成。所得断面有一微小的塌角,光亮带与板面垂面有一微小的塌角,光亮带与板面垂直,且高度约占板料厚度的直,且高度约占板料厚度的1/31/2。断
16、裂带虽然粗糙但比较平坦,且斜角断裂带虽然粗糙但比较平坦,且斜角和毛刺都不大。和毛刺都不大。由于弯曲作用的减小,冲裁变形区的静由于弯曲作用的减小,冲裁变形区的静水压力明显增大。从凹模刃口侧壁产生的裂纹水压力明显增大。从凹模刃口侧壁产生的裂纹在向凸模刃口方向发展的过程中将进入强压应在向凸模刃口方向发展的过程中将进入强压应力区,使裂纹无法继续扩展而隐没在材料内部,力区,使裂纹无法继续扩展而隐没在材料内部,成为成为潜伏裂纹潜伏裂纹。当凸模继续下压时,将发生二。当凸模继续下压时,将发生二次剪切现象。冲裁结束时将形成明显的次剪切现象。冲裁结束时将形成明显的第二光第二光亮带亮带。总光亮带的高度可达板厚的。总
17、光亮带的高度可达板厚的50%70%,且圆角的高度也很小,约占板厚的且圆角的高度也很小,约占板厚的2%5%。另外毛刺高度虽。另外毛刺高度虽有所增加,但因是有所增加,但因是挤出毛刺挤出毛刺,根部强度较小,通过振动或滚压,根部强度较小,通过振动或滚压等方法容易去处。等方法容易去处。当冲裁间隙略有增大时,当冲裁间隙略有增大时,Z/t约为约为2%5%。因为静水压力作用有所减弱,。因为静水压力作用有所减弱,下裂纹可能向材料深处发展,形成较深下裂纹可能向材料深处发展,形成较深的潜伏裂纹。如图所示,此时第二光亮的潜伏裂纹。如图所示,此时第二光亮带将呈块状分布。如果材料的硬度较小带将呈块状分布。如果材料的硬度较
18、小且呈粘性,则第二光亮带在剪切时产生且呈粘性,则第二光亮带在剪切时产生的摩擦力较大,潜伏裂纹将被进一步撕的摩擦力较大,潜伏裂纹将被进一步撕开,并与第二光亮带形成强度较小的尖开,并与第二光亮带形成强度较小的尖舌状的断面,称为舌状的断面,称为舌片舌片(或(或舌翘舌翘)。这)。这样的冲裁件如在使用中发生舌片脱落现样的冲裁件如在使用中发生舌片脱落现象,则可能造成意外事故。象,则可能造成意外事故。Z/t约为约为25%30%以上。由于弯矩的增大,以上。由于弯矩的增大,凹模刃口侧壁处的材料所受的拉应力将明显增凹模刃口侧壁处的材料所受的拉应力将明显增大,材料的塑性变得较差。在凸模切入板料深大,材料的塑性变得较
19、差。在凸模切入板料深度不大时,凹模刃口侧壁处的裂纹提前产生,度不大时,凹模刃口侧壁处的裂纹提前产生,这时凸模刃口侧壁往往不产生裂纹。凹模刃口这时凸模刃口侧壁往往不产生裂纹。凹模刃口侧壁处的裂纹一般发展不大就停止了,当凸模侧壁处的裂纹一般发展不大就停止了,当凸模下压达到一定程度时,裂纹至凸模刃口侧壁处下压达到一定程度时,裂纹至凸模刃口侧壁处的材料才逐渐缩颈直至断裂。所得的冲裁件断的材料才逐渐缩颈直至断裂。所得的冲裁件断面质量变坏,圆角高度、断裂带高度及斜角面质量变坏,圆角高度、断裂带高度及斜角将将比正常冲裁时明显增大,光亮带宽度大大减小,比正常冲裁时明显增大,光亮带宽度大大减小,同时冲裁件表面的
20、不平度将增大,自由冲裁时同时冲裁件表面的不平度将增大,自由冲裁时甚至会严重翘曲。此时冲裁断面会产生较大的甚至会严重翘曲。此时冲裁断面会产生较大的拉断毛刺拉断毛刺,且根部强度较大,不易去除。,且根部强度较大,不易去除。此外,除了冲裁间隙,材料种类及其供此外,除了冲裁间隙,材料种类及其供应状态对冲裁件断面质量的影响也是比较大应状态对冲裁件断面质量的影响也是比较大的。一般在相同冲裁间隙的条件下,的。一般在相同冲裁间隙的条件下,硬度硬度大大的材料比的材料比硬度硬度软软的材料或是的材料或是硬化状态硬化状态比比退火退火状态状态,圆角和光亮带的高度都约,圆角和光亮带的高度都约减半减半。冲裁间隙冲裁间隙是影响
21、毛刺大小是影响毛刺大小的主要因素,但同时与的主要因素,但同时与材料性材料性质质也有极大的关系。如对于锡也有极大的关系。如对于锡青铜、铅黄铜等中等硬度的材青铜、铅黄铜等中等硬度的材料,毛刺高度几乎不随冲裁间料,毛刺高度几乎不随冲裁间隙值而改变。对于低碳钢等常隙值而改变。对于低碳钢等常见的塑性材料却影响很大,如见的塑性材料却影响很大,如图所示。图所示。冲裁件的尺寸精度指冲裁件的实际尺寸与图纸上冲裁件的尺寸精度指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差。基本尺寸之差。冲裁件的尺寸精度包括两类:一是外冲裁件的尺寸精度包括两类:一是外形与内形的形状尺寸精度;二是孔距、同心度、平面形与内形的形状尺寸精度;二是
22、孔距、同心度、平面度等形位尺寸精度。度等形位尺寸精度。冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级两类。冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级两类。一般要求落料件公差等级最好低于一般要求落料件公差等级最好低于IT10级,冲孔级,冲孔件最好低于件最好低于IT9级。如果工件要求的公差值小于上述值,级。如果工件要求的公差值小于上述值,冲裁后需经整修或采用精密冲裁。冲裁后需经整修或采用精密冲裁。由于材料塑性变形时具有由于材料塑性变形时具有弹塑性共存规弹塑性共存规律律,冲裁结束后制件从模具中脱离出来,原,冲裁结束后制件从模具中脱离出来,原来在冲裁时所承受的力及产生的变形都将发来在冲裁时所承受的力及产生的变形都将发
23、生一定程度的弹性回复,这使得冲裁件与模生一定程度的弹性回复,这使得冲裁件与模具的刃口尺寸及形状产生了偏差。偏差的大具的刃口尺寸及形状产生了偏差。偏差的大小与小与冲模的制造精度冲模的制造精度、材料性质和冲裁间隙、材料性质和冲裁间隙值的变化有关。值的变化有关。当当Z/t值过小时,值过小时,落料件落料件尺寸将大于凹尺寸将大于凹模形孔尺寸,产生正偏差;当模形孔尺寸,产生正偏差;当Z/t值较大值较大时,则产生负偏差;当时,则产生负偏差;当Z/t为一特定值时,为一特定值时,偏差才可能为零,这在实际中是不可能的。偏差才可能为零,这在实际中是不可能的。当当Z/t值过小时,值过小时,冲孔件冲孔件尺寸将小于凸尺寸
24、将小于凸模刃口尺寸,产生负偏差;当模刃口尺寸,产生负偏差;当Z/t值较大值较大时,则产生正偏差;当时,则产生正偏差;当Z/t为一特定值时,为一特定值时,偏差才可能为零,这在实际中同样不可能。偏差才可能为零,这在实际中同样不可能。冲裁间隙过大时,对制件的平冲裁间隙过大时,对制件的平整度也有较大的影响。这是由于间整度也有较大的影响。这是由于间隙越大,弯曲作用就越大,从而引隙越大,弯曲作用就越大,从而引起的板料翘曲变形就越严重。如右起的板料翘曲变形就越严重。如右图所示,当冲裁间隙不超过图所示,当冲裁间隙不超过20%时,时,制件平整度基本能满足一般性的使制件平整度基本能满足一般性的使用要求。(采用弹性
25、压板和顶件器用要求。(采用弹性压板和顶件器等)等)冲裁力冲裁力是指冲裁时凸模所承受的最大是指冲裁时凸模所承受的最大压力。冲裁力包括了凸模对板料施加的正压力。冲裁力包括了凸模对板料施加的正压力及克服由于凸、凹模侧壁材料挤压而压力及克服由于凸、凹模侧壁材料挤压而产生的摩擦阻力。如右图所示,冲裁力产生的摩擦阻力。如右图所示,冲裁力F与材料性质和冲裁间隙值的变化有关。与材料性质和冲裁间隙值的变化有关。由于第二剪切现象的产生使得冲裁力由于第二剪切现象的产生使得冲裁力的变化呈现出与正常冲裁时明显不同的特的变化呈现出与正常冲裁时明显不同的特点。这里指出,随着冲裁间隙的变小,点。这里指出,随着冲裁间隙的变小,
展开阅读全文