【文章內(nèi)容簡介】 逐步調(diào)整滑塊到所需高度。 第五節(jié) 壓力機的選擇及模具安裝 第三章 沖裁模設(shè)計 ?本章主要介紹以下內(nèi)容： ? 沖裁基本原理 ? 沖裁間隙計算 ? 凹凸模刃口尺寸計算 ? 沖裁力計算 ? 工件排樣計算 ? 機構(gòu)設(shè)計 ? 沖裁定義：沖裁是利用模具使板料產(chǎn)生分離的沖壓工序，包括落料和沖孔。 ? 沖裁變形過程 沖裁變形過程大致可分為 3個階段： 1） 彈性變形階段：凸模首先與板料接觸，隨著凸模的加壓，板料發(fā)生彈性壓縮與彎曲，并伴隨少量材料擠入凹模內(nèi)。此階段壓力未達應(yīng)力極限，不發(fā)生塑性變形，稱為彈性變形階段。 第一節(jié) 沖裁基本原理 第一節(jié) 沖裁基本原理 ? 2） 塑性變形階段 ：凸模繼續(xù)對板料加壓，材料內(nèi)應(yīng)力超過屈服極限，部分金屬被擠入凹模內(nèi)。產(chǎn)生塑性剪切變形，得到光亮的剪切斷面。 ? 3） 斷裂階段 ： 凸模繼續(xù)下壓，微裂紋不斷向材料內(nèi)部擴展，直至上、下兩裂紋相遇重合為止。此時工件與板料分離，在沖裁斷面上留下粗糙的斷裂帶。凸模再下壓，可使已經(jīng)開始形成的毛刺拉長，最后留在沖裁件上。 第一節(jié) 沖裁基本原理 ? 沖裁截面形態(tài) ? 沖裁斷面可以明顯地分為塌角、光亮帶、斷裂帶和毛刺四個部分。 ? 1）塌角 (或稱圓角帶 ) 是當(dāng)凸模壓入材料時．刃口附近的材料被牽連拉入變形的結(jié)果。在大間隙和軟材料沖裁時，塌角尤為明顯。 ? 2）光亮帶 是塑性變形階段刃口切入板料后．材料被模具側(cè)面擠壓形成的表面，光亮帶光滑垂直，是沖裁斷面上質(zhì)量最好的部分，通常光亮帶占板厚的 1/2～1/ 3。塑性好的材料、其光亮帶大。光亮帶的大小還與模具間隙及刃口狀態(tài)等條件有關(guān)。 第一節(jié) 沖裁基本原理 ? 3）斷裂帶 是在斷裂階段由刃口處的裂紋在拉應(yīng)力作用下．不斷擴展形成的撕裂面。斷裂帶表面粗糙，略呈錐度，不與板面垂直。塑性差的材料，斷裂帶大。 4）毛刺 是伴隨裂紋的出現(xiàn)而產(chǎn)生的。出于微裂紋產(chǎn)生位置并非正對著刃口，而是在離刃口不遠的側(cè)面上。因此，沖裁斷面必然會有毛刺。當(dāng)間隙不合適。或刃口變鈍時，會產(chǎn)生大的毛刺； ? 沖裁斷面上各個特征區(qū)域所占的大小比例不是一成不變的，它隨材料種類、狀態(tài)、材料厚度、沖裁條件 (間隙、刃口形狀、沖裁速度等 )等不同而變化。 第一節(jié) 沖裁基本原理 ? 板料沖裁時的應(yīng)力變化情況 ? 在光亮帶區(qū)間，情況類似于型腔擠壓，有切應(yīng)力和壓應(yīng)力；而斷裂帶部分的情況不同，由于間隙等因素，這部分除了切應(yīng)力外，還附加有一正向拉應(yīng)力，拉應(yīng)力是產(chǎn)生裂紋并促使其發(fā)展，引起破壞的主要因素。 第二節(jié) 沖裁間隙計算 ?沖裁間隙 沖裁時，凹凸模刃口部分尺寸之差稱為沖裁間隙。 沖裁模凸、凹模刃口間隙大小對沖裁件的斷面質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等影響很大。所以它是沖裁工藝的重要參數(shù)之一。 第二節(jié) 沖裁間隙計算 ? 沖裁間隙對沖裁件質(zhì)量的影響 ? 沖裁件質(zhì)量包括沖裁斷面質(zhì)量、尺寸精度和彎曲度三個方面。 ? 1）沖裁間隙對沖裁斷面質(zhì)量的影響 ? 間隙合適，上、下裂紋相遇重合，斷面雖有 — 定的斜度，但比較平直光潔，光亮帶約占板厚的 l／ 3，塌角、毛刺、斜度也不大?？梢詽M足一般沖裁件的質(zhì)量要求。 第二節(jié) 沖裁間隙計算 ? 1） 沖裁間隙對沖裁斷面質(zhì)量的影響 ? 間隙合適，上、下裂紋相遇重合，斷面雖有 — 定的斜度，但比較平直光潔，光亮帶約占板厚的 l／ 3，塌角、毛刺、斜度也不大?？梢詽M足一般沖裁件的質(zhì)量要求。 ? 間隙過小時，裂紋向外錯開，裂紋之間的材料將產(chǎn)生二次剪切，形成第二個光亮帶，但沖件較平整，斷面垂直?？梢允褂?。 ? 間隙過大時，材料的拉應(yīng)力增大．容易產(chǎn)生裂紋，塑性變形階段較早結(jié)束．而且裂紋向里錯開．最終靠拉斷實現(xiàn)材料分離。因此斷面光亮帶?。?dāng)嗔褞Т?，毛刺、塌角、斜度都大，有時還會出現(xiàn)兩個錐角。一般不能滿足要求。 第二節(jié) 沖裁間隙計算 ? 2） 沖裁間隙對沖件尺寸精度的影響 ? 當(dāng)間隙較大時，材料的拉伸變形大，沖裁后，彈性恢復(fù)使落料件外徑收縮，使沖孔孔徑擴張，落料件尺寸小于凹模尺寸，沖出的孔徑大于凸模尺寸。但工件彎曲彈性恢復(fù)方向與以上相反，故偏差值是兩者的綜合結(jié)果。 ? 間隙較小時，材料的側(cè)向擠壓變形大，沖裁后，彈性恢復(fù)使落料件外徑擴張，沖出的孔徑收縮，使落料件尺寸大于凹模，孔徑小于凸模。 ? 當(dāng)然，尺寸變化還與材料性質(zhì)、厚度、沖制方向等因素有關(guān)。 第二節(jié) 沖裁間隙計算 ? 3）間隙對彎曲度的影響 ? 通常間隙愈大，彎曲愈嚴重。為了減小彎曲度，可在模具上加壓料板，或在凸模下固加反向壓板。當(dāng)沖壓件平整度要求高時，須另加校平工序。 第二節(jié) 沖裁間隙計算 ? 沖裁間隙對模具壽命的影響 ? 沖裁模的失效有刃口磨損、壓塌、崩刃、凸模折斷、凹模漲裂等多種形式，其中刃口磨損屬于正常失效。因此，模具壽命以沖出合格制品的沖裁次數(shù)來衡量。 ? 當(dāng)模具間隙減小時，接觸面上的單位作用力增大，刃口磨損加劇。同時。間隙小時，由于靜水壓力增高，光亮帶增大，刃口與材料的摩擦距離增長，也增加了刃口的磨損量。因此，為了提高模具的壽命，在不影響加工工件質(zhì)量的前題下?？蛇m當(dāng)采用大的間隙。大量生產(chǎn)實踐表明：采用大間隙，可以大幅度提向模具壽命， — 般可比小間隙時提高 2— 3倍。 第二節(jié) 沖裁間隙計算 ? 沖裁間隙對沖裁力的影響 ? 間隙愈小，沖裁變形區(qū)的靜水壓力愈高，材料的變 形抗力愈大．沖裁力也就愈大，反之，當(dāng)間隙增大時，沖裁變形區(qū)的靜水壓力減小，材料的變形抗力降低，沖裁力也就減小，但減小的數(shù)值不大。單面間隙為(～ )t 時，沖裁力降低不超過 5％～ 10％因此正常間隙下，間隙對沖裁力影響不大。 第二節(jié) 沖裁間隙計算 合理間隙的確定 確定合理間隙以凸、凹模刃口處 產(chǎn)生的裂紋 相重合為依據(jù)。由此可得到間隙的理論計算公式： C=t(1h0/t)tgβ 沖裁間隙主要與材料厚度、種類有關(guān)，但由于對各種沖裁件的具體要求及生產(chǎn)條件不同，目前在國內(nèi)外沖壓生產(chǎn)中沒有 — 個完全統(tǒng)一的間隙數(shù)值 ，理論計算應(yīng)用價值不大，大都依賴經(jīng)驗數(shù)值。 第二節(jié) 沖裁間隙計算 ? 間隙選擇原則 ? ①沖孔的間隙值可比落料取大些。 ? (2)沖小孔時間隙值取大些，以防凸模折斷。 ? ③樹硬質(zhì)合金模間隙值應(yīng)比鋼模大 30％。 ? ④凹?？卓跒殄F形的比直形的間隙值取小些。 ? ⑤電火花加工凹模時，間隙應(yīng)比磨削加工時取?。?～ 1％） ? ⑥凹凸模壁薄時．為防止?jié)q裂，應(yīng)放大沖孔的間隙。 ? ⑦采用彈性壓料板時間隙可取大些。 ? (8)高速沖壓時模具易發(fā)熱，間隙值應(yīng)取大些。 ? (9)熱沖時材料強度低，間隙應(yīng)比冷沖時小些。 ? ⑩沖攻絲孔時間隙應(yīng)取小些。 第二節(jié) 沖裁間隙計算 ? 合理間隙值的選擇，要按使用中的要求分類選用。對尺寸精度、斷面垂直度要求高的工件，應(yīng)選較小間隙；對尺寸精度、斷面垂直度要求不高的工件，應(yīng)以降低沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大間隙。 ? 注意：采用大間隙時要采取以下措施 ： ? (1)為了保證工件平整，一定要有壓料與頂件裝置。 ? (2)為了防止凸模夾帶廢料或工件，最好在凸模上開吹氣孔或裝彈性頂針。 第三節(jié) 凸、凹模刃口尺寸計算 ? 沖裁件的尺寸精度，決定于凸、凹模刃口部分尺寸。沖裁的合理間隙，也要靠凸、凹模刃口部分尺寸來實現(xiàn)和保證。所以正確地確定刃口部分尺寸是相當(dāng)重要的。 第二節(jié) 沖裁間隙計算 ? 從生產(chǎn)實踐中可以發(fā)現(xiàn) ,沖裁件與凹凸模存在以下關(guān)系 ： ? (1)由于凸、凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸．即光亮帶的橫向尺寸等于模具工作零件的刃口尺寸。 ? (2)在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準。 ? (3)沖裁時，凸、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，結(jié)果間隙愈用愈 大。 第三節(jié) 凸、凹模刃口尺寸計算 ? 尺寸計算的原則 ? 在決定凸、凹模刃口尺寸及其公差時，必須考慮以下幾個原則： ? 1） 落料和沖孔時刃口的特點 ? 落料件的尺寸取決于凹模尺寸，因此落料模應(yīng)先定凹模尺寸，用減小凸模尺寸來保證合理間隙；沖孔件的尺寸取決于凸模尺寸，故沖孔模應(yīng)先定凸模尺寸，用增大凹模尺寸來保證合理間隙。 第三節(jié) 凸、凹模刃口尺寸計算 ? 2）凸、凹模刃口的磨損規(guī)律 ? 刃口尺寸在磨損后增大的，應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)較小的數(shù)值；刃口尺寸在磨損后減小的，應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)較大的數(shù)值。 ? 3）工件精度與模具精度的關(guān)系 ? 選擇刃口部分的制造精度時，要既能保證工件的精度要求，又能保證有合理的間隙數(shù)值，一般模具制造精度比工件精度高 3～ 4級。 第三節(jié) 凸、凹模刃口尺寸計算 尺寸計算方法 按模具加工方法的不同，刃口計算方法分為兩種： 1）凸模與凹模分開加工 分開加工是指凸模與凹模分別按各自的圖紙單獨加工，模具間隙靠加工出的尺寸保證。因此，要分別計算和標(biāo)注出凸模、凹模的尺寸和公差。此法適用于圓形或形狀簡單的沖件。 第三節(jié) 凸、凹模刃口尺寸計算 ? (1)落料模 根據(jù)前述原則，先確定凹模尺寸，再減小凸模尺寸以保證合理間隙。 ? (2)沖孔模 根據(jù)計算原則，先確定凸模尺寸。再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙。 ? 凸、凹模分開加工的優(yōu)點是：凸、凹模具有互換性，便于模具成批加工。缺點足：為了保證合理間隙．需要較高的模具制造公差等級，模具制造比較困難。 第三節(jié) 凸、凹模刃口尺寸計算 ? 2．凸模和凸模配合加工 ? 對于形狀復(fù)雜或薄材料工件．為了便于模具制造，應(yīng)采用配合加工。此方法是先加工基準件 (落料時為凹模，沖孔時為凸模 )，然后根據(jù)基淮件的實際尺寸，來配做另一件 (落料時為凸模、沖孔時為凹模 )，在另一件上修出最小合理間隙值。故采用配合加工時，只需在基準件上標(biāo)注尺寸和公差，另一件只標(biāo)注基本尺．并注明“凸模尺寸按凹模實際尺寸配制，保證單面間隙” (落料時 )；或“凹模尺寸按凸模實際尺寸配制，保證單面間隙” (沖孔時 )。 第四節(jié) 沖裁力的計算 ? 沖裁力包括分離材料所需的沖裁力以及卸料力、推件力和頂件力。 ? 計算沖裁力的目的是為選擇沖壓設(shè)備和設(shè)計模具提供依據(jù)。 第四節(jié) 沖裁力的計算 沖裁力的計算 生產(chǎn)中常用平刃口模具沖裁，其沖裁力可按下式計算 P＝ KLt η P＝ Lt ζb P— 平刃口沖裁力 (N)； L— 沖裁周長 (mm)； t— 材料厚度 (mm)； η— 材料抗剪強度 (MPa)； ζb—— 材料抗拉強度 (MPa) K— 安全系數(shù)，一般取 K＝ 。它考慮到模具刃口磨損變鈍、凸模與凹模間隙不均勻、材料性能和厚度偏差波動等因素 。 第四節(jié) 沖裁力的計算 ? 降低沖裁力的方法 ? 沖裁高強度材料或厚料和大尺寸工件時，需要的沖裁力較大。如果沖裁超過車間現(xiàn)有壓機的噸位，就必須設(shè)法降低沖裁力。 第四節(jié) 沖裁力的計算 ? 1）加熱沖裁 ? 材料在加熱狀態(tài)下剪切強度大大下降，因而可以降低沖裁力。但材料加熱后會產(chǎn)生氧化皮，還會產(chǎn)生變形，故此法只適用于厚板或工件表面質(zhì)量及精度要求不高的工件。 ? 2） 階梯布置凸模沖裁 ? 在多凸模的沖裁中，將凸模做成不同高度，呈階梯布置，可使各個凸模沖裁力的最大值不同時出現(xiàn)。從而降低了總的沖裁力。 第四節(jié) 沖裁力的計算 3） 斜刃口模具沖裁 平刃口沖裁時，整個刃口平面同時接觸板料，而斜刀口模具沖裁時，由于刃口是傾斜的，沖裁時刃口不是同時切入，而是逐步?jīng)_切材料，這樣相當(dāng)干減小了沖切斷面積?？山档蜎_裁力。 采用斜刃口沖裁時，為獲得平整的工件，落料時凸模應(yīng)做成平刃口，把斜刃做在凹模上。 斜刃沖裁可以減小沖裁力，但刃口容易磨損．模具制造和修磨也較困難．故一般只適用于大型工件及厚板沖裁