【文章內容簡介】 件內 圖21 加工零件圖直徑 。 第三章 沖裁沖裁是沖壓生產(chǎn)中的主要工序之一。它既可直接沖制成品零件，又可為彎曲、拉深和成形等其它成形工序制備半成品。它使板料沿封閉曲線相互分離，它由上、下模組成，上模部分由模柄、凸模等組成，下模部分由凹模、下模等組成。上模部分通過模柄安裝在壓力機的滑塊上，隨滑塊作上下運動。下模部分通過下模座固定在壓力機工作臺的墊板上。凸、凹模工作部分的外形輪廓為封閉曲線。凹?？卓谥睆奖韧鼓Ｖ睆铰源?，即凸、凹模間存在間隙，Z= Dd dd叫雙向間隙，Z/2叫單向間隙。將板料置于凹模上，當凸模隨滑塊向下運動時，凸磨便沖穿板料進入凹模，使板料互相分離而完成沖裁工序。沖裁包括落料、沖孔、切口、剖切、修邊等。但一般說來，沖裁主要是指落料和沖孔工序。沖裁后若封閉曲線以內的部分為零件的稱為落料，若封閉曲線以外的部分為零件時稱為沖孔。一、 沖裁過程中的變形沖裁過程：從凸模接觸材料到材料被一分為二的過程即板料的沖裁變形過程，是在瞬間完成的，這個過程可以分為三個階段。沖裁開始，在凸模壓力和彎矩的作用下，材料開始產(chǎn)生彈性剪切、彎曲、拉深和擠壓變形，材料稍有穹彎，與凸、凹模接觸處形成很小的圓角，并微微擠入凹模洞口。隨著凸、凹模刃口壓入材料，刃口處的材料所受的應力逐漸增大，直至達到彈性極限。若使凸回升，材料就恢復原狀。 凸模繼續(xù)下壓，刃口處由于應力集中，材料應力首先達到屈服極限，塑性變形便從刃口附近開始。隨著凸、凹模切刃的擠入，紡錘形變形區(qū)向板料的深度方向發(fā)展、擴大，直到在板料的整個厚度方向上產(chǎn)生塑性變形，變形區(qū)的一部分相對于另一部分移動，隨著凸模下降，塑性變形進一步產(chǎn)生，同時硬化加劇，沖裁力不斷增大，直至刃口附近的材料出現(xiàn)裂紋時，沖裁力達到最大值，塑性變形階段告終。在該階段中，除了產(chǎn)生大的剪切變形外，彎曲、拉深和擠壓變形也很嚴重。間隙越大彎曲和拉深越大，而擠壓則小。反之間隙越小，彎曲、拉深小，擠壓變形大。當刃口附近材料達到極限應變與應力時，材料裂紋便產(chǎn)生，裂紋的起點是在刃口側面距刃尖很近的板料處，裂紋先從凹模一側開始，然后才在凸模刃口側面產(chǎn)生。已產(chǎn)生的上、下微小裂紋隨凸模繼續(xù)下壓，在拉深力的作用下，沿最大剪應力方向不斷向板料的內部擴展，當間隙合理時，上、下裂紋相遇重合，板料便被剪斷分離。二、 沖裁工作件排樣沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法叫做排樣。按照材料的利用情況分為：1）有廢料排樣；2）少廢料排樣；3）無廢料排樣。根據(jù)零件的形狀分析，采用有搭邊直排的方式在條料上排列零件。搭邊和條料寬度的確定，搭邊是指排樣時零件之間以及零件與條料側邊之間留下的剩料。起作用是使條料定位，保證零件的質量和精度，補償定位誤差，確保沖出合格的零件，并使條料有一定的剛度，不彎曲，便于送進，并能使沖模壽命提高。搭邊值的大小與材料的性能、零件形狀及厚度、送料方式、卸料方式有關。硬材料的搭邊值可小一些，軟材料、脆材料的搭邊值應大一些。零件尺寸大或有尖突的額復雜形狀時，搭邊值應大一些，厚材料的搭邊值去大一些。用手工送料、有側壓板 導向時搭邊值可小一些，彈性卸料比剛性卸料的搭邊值要小一些。綜合零件分析可以得出零件在條料上的和搭邊值：a= a1=其中a為側搭邊的最小值 a1為兩零件間的間隔距離確定條料寬度的原則是：最大條料寬度能在導料板間送進，并與導料板間有 一定的間隙。最小條料寬度要保證沖裁時零件周圍有足夠的搭邊值。條料寬度的大小還與模具是否采用側壓裝置或側刃有關。分析零件和便于加工等因素，選擇有側壓方式的沖壓方法。條料始終靠導尺的左邊送進，條料寬度為： （31）導尺間距：S=B +C=D+2a+ +C （32）式中 D——零件垂直于送料方向的尺寸 （mm）；a——側搭邊最小值；——條料寬度公差。圖31 有側壓沖裁零件材料給08鋼， 查表5—3，拉深件坯料展開直徑根據(jù)已知條件可得 =94mm查《冷沖壓工藝及模具設計》表39得、331312得到：mmS=B+C =+5 =mm。其排樣如圖： 圖32 排樣圖三、 影響沖裁件質量的因素沖裁件質量是指斷面質量、尺寸精度及形狀誤差。剪切斷面形應垂直光滑，尺寸及制件外形應滿足圖紙要求，表面盡可能平整。斷面的光亮帶越寬、斷裂帶越窄、圓角及毛刺越小，沖裁件質量就越好。影響斷面質量的因素： 材料性能的影響塑性好的材料，沖裁時裂紋出現(xiàn)得較遲，板料被剪切的深度較大，光亮帶所占比例大，圓角、毛刺和穹彎也較大，而斷裂帶則窄一些。塑性差的材料與上述現(xiàn)象相反。模具間隙的影響 在影響沖裁件質量的諸多因素中，間隙是主要因素。因斷面質量與裂紋的走向有關，而裂紋走向與間隙有關。間隙大小關系剪切時附加變化的大小，也決定著在凸、凹模刃口附近板料產(chǎn)生的上、下裂紋是否重合。只有凸、凹模間隙適當時，裂紋才重合，此時零件斷面斜度很小，并且比較平直光滑、毛刺小，無裂紋分層，稍不平坦，斷面質量比較滿意。 當間隙過小時，凸模刃口附近的裂紋比正常的間隙時向外錯開了一段距離，上、下裂紋產(chǎn)生后，各自進入凸、凹模端面的壓應力區(qū)而停止發(fā)展，不重合。并且上、下裂紋之間的材料隨凸模繼續(xù)下壓將產(chǎn)生第二次剪切，出現(xiàn)第二次光亮帶。在兩個光亮帶之間產(chǎn)生斷裂帶，或者呈現(xiàn)斷續(xù)的小光斑，在沖裁件端面出現(xiàn)擠長的毛刺，但容易去除，由于間隙小，彎曲、拉深小，裂紋產(chǎn)生晚，光亮帶變寬，而且零件穹彎小，斷面斜度和圓角小，只要中間撕裂不是很深，仍可應用。當間隙過大時，凸模刃口處的裂紋較正常間隙向里錯開一段距離，上、下裂紋也不重合，而裂紋之間的材料產(chǎn)生第二次拉裂，零件斷面出現(xiàn)兩個斜度，這時材料的彎曲與拉深大，拉應力大，材料的塑性變形階段結束較早，致使光亮帶較窄，圓角與斜度較大，穹彎厲害，毛刺大。這時如果料厚，則形成的圓角較大。料薄，將形成很大的拉長毛刺。 當模具間隙不均勻時，在間隙不合理處將出現(xiàn)毛刺，斷面質量差。因此模具設計制造與安裝時必須保證間隙均勻。 模具刃口鈍利情況的影響當模具刃口磨損成圓角變鈍時，刃口與材料接觸的面積增加，應力集中效應減輕，擠壓作用大，光亮帶寬，但裂紋發(fā)生點要由刃口側面想上移動，毛刺高度加大，即使間隙合理，也會產(chǎn)生毛刺。凸模磨鈍，落料件產(chǎn)生毛刺；凹模磨鈍，則落料見和孔都出現(xiàn)毛刺。四、 沖裁力、推件力、卸料力的計算沖裁力是沖裁過程中凸模對才料的壓力。它是隨凸模行程而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，他是選用壓力機、模具設計以及強度校核的重要依據(jù)。為了充分發(fā)揮壓力機的潛力，避免因超載而損壞壓力機，沖裁力的計算是非常必要的。平刃沖模沖裁力，08鋼的τ取250 MPa，沖裁力是沖裁過程中凸模對材料的壓力。沖裁是一個剪切過程，平刃沖模的沖裁力可按下式計算：　　　　　　　　　　　　 （33）　 為了簡便實際生產(chǎn)中，也可用材料的強度極限b（MPa），按下式估計沖裁力： F=Ltb （34）注：　零件周長； 　材料厚度； 材料抗剪強度；由已知： t= b=400 MPa = 取D=94L=πD=F=Ltb＝400＝，沖裁恢復時，通常因彈性恢復，落下的料在徑向會脹大，板料上的孔在徑向會產(chǎn)生彈性收縮，同時板料力圖恢復成原來的平直狀態(tài)，導致板料上的孔緊卡在凸模上，而板料的落下板料緊卡在凹模內為使沖裁繼續(xù)驚進行，應將卡在凸模上的部分卸下，將卡在凹模內的部分順著沖裁方向推出。將材料從凸模上脫下所需之力稱為卸料力；將材料從凹模內推出的力稱為推件力。反向頂件所需力稱為頂件力。這三種力是從壓力機、卸料機構、推出機構、頂出機構獲得的。故選擇壓力機的噸位或設計以上機構時，都虛對三種力計算，影響這些力的因素較多，不可能準確的計算的出來，一般用下列公式計算。 查《冷沖壓工藝及模具設計》由表24查得：K1=～，K2=。 卸料力 F1= K1F F1 == 　　推件力 F2=nK2F F2=1＝　　式中： F——沖裁力；n——同時卡在凹模內的零件或廢料數(shù)目； KK2——分別為卸料力、推件力系數(shù)。壓力機噸位必須大于或者等于總沖裁力。采用剛性卸料裝置和下出料的方式的總沖裁力為： F0=F+F2可以得出 F=+=（F——沖裁力，F(xiàn)2——推件力）根據(jù)設計的沖孔落料復合模可得出總公稱壓力F0，為保證壓力足夠。所以基于此，初選壓力機： J11—50基本參數(shù)如下：公稱壓力 Fg 　　 　 500 kN滑塊調節(jié)行程 S 10～90mm標準行程次數(shù) n ≥90 次/min最大封閉高度 270mm活動臺最低時 H2 　400 mm活動臺最高時 H1 200 mm封閉高度調節(jié)量 △S 75 mm模柄孔尺寸（直徑深度） φ5080 mm工作臺板厚度 t 80 mm五、 沖模壓力中心的確定沖裁力合力的作用點稱為沖模的壓力中心。沖模設計時，沖模壓力的中心應與沖床滑塊中心一致，否則將降低模具壽命甚至損壞模具，所以，落料模、多凸模沖孔模和多工位連續(xù)模的設計，首先應該根據(jù)沖件圖樣確定模具的壓力中心。利用解析法確定壓力中心。假設將圖樣件分成四個基本段，設壓力中心的位置坐標為、各周邊上作用的沖裁力分別為、。壓力中心坐標 對于規(guī)則的圓形圖樣而言：由所設計零件為規(guī)則的圓形，因而，其中心坐標即為圓心所在位置。模具壓力中心就在原點，即是在級進模第二工位零件的中心點。六、 凸、凹模間隙的確定凸、凹模之間的間隙對零件質量、沖裁力和模具壽命都有很大的影響，它是沖裁工作與模具設計中的一個主要工藝參數(shù)。凸、凹模刃口尺寸的計算，凸、凹模刃口尺寸精度決定得合理與否，直接影響沖裁件的精度及合理間隙值能否保證，也關系模具的加工成本和壽命。計算沖裁凸、凹模刃口尺寸計算原則：沖裁變形規(guī)律，即落料件尺寸與凹模尺寸相等，沖孔尺寸與凸模尺寸相同。零件的尺寸精度。合理的間隙值。磨損規(guī)律。即凹模尺寸磨損后變大，凸模尺寸磨損后變小，間隙磨損后變大。沖模的加工制造方法。因而在計算刃口尺寸時應按上述原則進行保證沖出合格的零件。沖模的加工制造方法：根據(jù)沖裁變形規(guī)律，沖孔尺寸等于凸模尺寸，落料尺寸等于凹模尺寸，因而沖孔時，應以凸模為基準件。落料時應以凹模為基準件。基準件的尺寸應在零件的公差范圍內。保證模具有一定的壽命，新模具的壽命間隙應是最小的合理間隙，磨損后到最大合理間隙。落料時凹模尺寸Dd應等于或接近零件的最小尺寸，而落料凸模尺寸，則為凹模刃口尺寸減去最小合理間隙。沖孔時凸模的尺寸 Dd應等于或接近于孔的最大尺寸。而沖孔凹模尺寸則為凸模刃口尺寸加上最小合理間隙?？紤]沖模制造修理方便、將低成本，為使新模具的間隙值不小于最小合理間隙，一般凹模公差標注成+δd，凸模公差標注成δd。模具的制造公差大，可采用經(jīng)濟加工法，則制造方便，加工成本低，在零件的精度及合理間隙能保證的條件下不要把制造公差訂得太緊若沖裁件沒有標注公差，對于非圓形件按國家標準“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14精度處理，沖裁則按IT11精度制造。對于圓形件，一般按IT6～7精度制造模具。制造沖模的關鍵是控制凸、凹模刃口尺寸及其間隙合理。本設計才用凸、凹模分別加工方法