【文章內容簡介】 73。 二 . 沖 裁 沖裁概述173。 1.沖裁的定義173。 沖裁是利用沖裁模在壓力機的作用下 ,使板料分離的一種沖壓工藝方法 .173。 2.沖裁的分類173。 按照切斷面的粗糙程度 ,或沖件的精度 ,沖裁分為普通沖裁和精密沖裁 .173。 普通沖裁就是當工件分離時 ,由於受到?jīng)_模壓力作用 .在凸凹刃口之間的材料除了受剪切變形外 ,還存在 著拉伸 ﹑ 彎曲 ﹑ 橫向擠壓 等變形 ,材料最終以 撕裂 的形式實現(xiàn)分離 .因此 ,普通沖裁工件的斷面比較粗糙 ,而且有一定的錐度 ,其精度較低 .173。 精密沖裁 由於采用了特殊的沖模結構 ,使凸、凹模刃口處的材料最終以塑性剪切變形形式分離 .精密沖裁的零件 ,斷面光潔且與板面垂直 ,精度較高 .目前 ,一些精度要求高的沖裁零件 ,如儀器儀表 ﹑ 照像機 ﹑ 鍾表等零件多數(shù)是用精密沖裁的方法加工的 .173。 3.變形特點173。 根據(jù)金屬塑性變形原理分析可知 .塑性金屬材料在變形過程中引起金屬材料破壞的主要方式是拉斷和剪斷 ,這就是說拉應力及拉應變 .剪應力及剪應變是造成金屬材料斷裂破壞的主要因素 .而壓應力和壓應變只能引起塑性材料的形變 ,不會導致材料的破壞 .173。 沖裁分離過程雖然是一瞬間完成的 ,但變形分離是很復雜的 ,沖裁時板料的變形分離分 三個階段 :173。 .173。 板料在凸模壓力的作用下 ,刃口處的材料首先產(chǎn)生彈性壓縮 ﹑ 拉伸等變形 ,凸模略有擠入材料的內部 ,板料的下面也略微擠入凹模洞口內 ,凸模下面的材料略有彎曲 . 凹模上面的材料開始上翹 ,如果凸凹模之間的刃口間隙越大 ,變曲和上翹越嚴重 ,但這時 ,材料內部應力尚未超過極限 .當去掉外力后 ,材料仍可恢復原狀 .這一階段稱為彈性變形階段 (如圖 )173。 173。 隨著凸模的下降 ,對板料的壓力不斷增加 ,材料內部的應力也隨之加大 .當內應力達到材料的屈服極限時 ,便開始進入塑性變形階段 ,隨著凸凹模刃口進一步擠入材料內部 .由於凸凹模刃口之間的間隙存在 ,使材料內部的拉應力和彎曲成分增大 ,壓應力成分減小 ,金屬材料被進一步彎曲和拉伸 ,使變形區(qū)的材料硬化加劇 .當沖裁力不斷增大直到刃口附近的材料開始產(chǎn)生微裂紋時 ,沖裁力也達到最大值 .微裂紋的出現(xiàn)說明有材料開始破壞 ,塑性變形階段也告結束 .(如圖 )173。 .173。 凸模繼續(xù)下降 ,使板料產(chǎn)生上下裂紋不斷擴大 .並向材料內部延伸 ,如圖 上下裂紋相重合時 ,說明材料纖維被全部撕裂拉斷 ,零件斷面開始分離 .當凸模再往下降時 ,將板料的沖落部分推出凹模洞口 ,同時將初始形成的毛刺進一步拉長 ,如圖 ,凸模回升完成整個沖裁過程 .173。 4.普通沖裁零件的斷面特征173。 對普通沖裁件的斷面分析 ,我們可發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律 .零件的沖裁斷面和零件的表面並非垂直 ,而是帶有一定的錐度 。除很窄一部分光亮帶外 ,其餘均粗糙無光澤 .並有毛刺和塌角 .我們把沖裁件斷面上的各區(qū)域分別稱為塌角帶 (又稱圓角帶 )﹑ 光亮帶 (又稱剪切帶 )﹑ 斷裂帶和毛刺 .(如圖 )173。 高質量的沖裁件斷面應該是 :光亮帶較寬 ,約占整個斷面的 1/3以上 。塌角 ﹑ 斷裂帶 ﹑毛刺和錐度都很小 ,整個沖裁件平直無變彎現(xiàn)象 ,但是影響沖裁沖斷面質量的因素十分復雜 ,它隨材料的性能 ﹑ 厚度 ﹑ 刃口間隙 ﹑ 模具結構及沖裁速度的不同而變化 . 沖裁件的工藝性173。 1.沖裁件的形狀和尺寸173。 (1) 形狀盡可能設計成簡單 ,對稱 ,使排樣時廢料最少 .173。 (2) 沖裁件的外形或內孔應避免尖角連接 .除屬於無廢料沖裁或采用鑲拼模結構外 ,宜有適當?shù)膱A角 .其半徑最小值參見下表 .173。 表 173。 (3)沖裁件凸出臂和凹槽的寬度不宜過小 .其合理數(shù)值參見下表 .173。 (4)沖孔時 ,孔徑不宜過小 .其最小孔徑與孔的形狀 ﹑ 材料的機械性能 ﹑ 材料的厚度等有關 .見表 ,表 173。 (5)沖裁件的孔與孔之間 ,孔與邊緣之間的距離不應過小 .其許可值見下圖 173。 (6)在彎曲件或拉伸件上沖孔時 ,其孔壁與工件直壁之間應保持一定的距離 .若距離太小沖孔時會使凸模受水平的推力而折斷 ,見圖 173。 2.沖裁件精度和粗糙度173。 (1)沖裁件的內外形經(jīng)濟精度不高於 GB180086IT11級 .一般要求落料件精度最好低於 IT10級 ,沖孔件最好低於 IT9級 .公差值參見表 ,173。 3.沖裁件的尺寸基準173。 (1)零件結構尺寸的基準應盡可能與制造時的定位基準重合 ,這樣可以避免尺寸基準不相符而產(chǎn)生的誤差 .173。 (2)沖孔件的孔位尺寸基準應盡量選擇沖壓過程中自始至終不參加變形的面或線上 ,切不要與參加變形部位聯(lián)系起來 .173。 沖裁間隙173。 1.定義173。 沖裁模的凸模橫斷面 ,一般都小於凹?？?,凸模和凹模間有適當?shù)目障?,稱為間隙 .見圖 173。 2.間隙對沖裁斷面質量的影響173。 從沖裁變形過程分析可知 ,當沖裁間隙合理時能夠使板料在凸凹模刃口處產(chǎn)生的上下微裂紋相互重合於一線 .這樣所得的沖裁斷面光亮帶較大 ,而塌角和毛刺較小 ,斷面錐度適中 ,零件表面也比較平整 .沖裁件的質量可達到滿意效果 .見圖 .173。 沖裁時如果間隙過小 ,則在沖裁件的斷面上會出現(xiàn) 2條光亮帶 ,上端的毛刺也較大 ,這主要由於沖裁間隙過小 ,便在凸模刃口處產(chǎn)生上微裂紋的位置 .比在凹模刃口處產(chǎn)生下微裂紋的位置向外錯開一段距離 (見圖 ),這樣上下裂紋不能重於一線 .夾在兩裂紋中間的材產(chǎn)隨著凸模下降產(chǎn)生第二次剪切 ,因此形成第二條光亮帶 , 毛刺也將進一步拉長 ,使斷面質量較差 .173。 沖裁時如果間隙過大 ,則會使在凸模刃口處產(chǎn)生上微裂紋的位置 .比在凹模刃口處產(chǎn)生下微裂紋的位置向里錯開一段距離 ,這樣上下裂紋也不能重於一線 .夾在兩裂紋中間的材產(chǎn)隨著凸模下降受到很大拉伸 ,最后被撕裂拉斷 ,沖裁沖斷面上出現(xiàn)較大的斷裂帶使光亮帶變小 ,毛刺和錐度較大 .塌角有所增加 ,斷面質量更差 (見圖 ).173。 由以上分析可推知 ,在模具設計時 ,即使選用了合理的間隙值 ,但由於加工或組立沖模時 ,沒能保証沖模間隙的均勻分布 .同樣會得不到理想的斷面質量 ,間隙小的一邊 .將出現(xiàn)如前所述間隙過小的斷面特征 ,間隙大的一邊將出現(xiàn)間隙過大的斷面特征 ,這一點對無導柱沖模尤為突出 .這是在生產(chǎn)中必須注意的 .173。 3.間隙對其它方面的影響173。 (1).沖裁間隙對沖裁尺寸精度的影響173。 前面我們講過 ,在沖裁過程中 ,金屬件會出現(xiàn)彈性變形和塑性變形 .這就是說材料在塑性變形時一定會有彈性變形存在 .由於沖裁時材料內部有彈性變形存在 ,當沖裁結束后 ,材料彈性變形即行恢復 ,這種彈性變形的恢復 ,這就使得沖裁件的實際尺寸與凸凹模刃口尺寸間產(chǎn)生一定的偏差 .173。 在落料時我們從沖裁件尺寸變化曲線中可以發(fā)現(xiàn) ,當沖裁間隙逐漸增大時 ,由於變形部位拉應力的增加 ,使變形金屬的拉伸變形也增加 .當沖裁結束后受壓縮金屬便要彈性恢復 ,從而使落料件尺寸變小 ,這種回彈量隨沖裁間隙的增加而增加 .當沖裁間隙逐漸減小時 ,落料件尺寸變小的程度也減小 ,當間隙小到一定的程度時 ,沖裁部位的變形性質也會發(fā)生變化 .材料內部除了剪切以外 ,還有擠壓變形使變形區(qū)由原來的受拉狀態(tài)變成受壓狀態(tài) .當沖裁結束后 ,壓縮金屬便彈性恢復 ,從而使落料沖件尺寸比凹模刃口尺寸要大 .173。 沖孔時 ,變形過程及彈性的恢復原理與上面的情況相同 ,173。 這里指出 .沖裁件的尺寸精度主要決定于沖裁模的設計及加工精度 ,上述分析是在一定的模具制造精度下進行的 ,間隙對精度的影響比沖模本身制造精度的影響要小得多 .173。 (2) 沖裁間隙對沖裁力的影響 .173。 間隙越小材料變形區(qū)中的壓應力成分越大 ,材料的變形抗力就增加 ,沖裁時需要的沖裁力就越大 .反之 83,間隙越大 ,材料變形區(qū)的拉應力成分也越大 ,使材料變形抗力降低 ,沖裁時需要的沖裁力就小 .不過實踐証明 ,當間隙 (單面 )在材料厚度的 5%~20%范圍內逐漸增大時沖裁力降低已很不明顯 .173。 (3) 沖裁間隙對卸料力和推件力的影響 .173。 間隙越小 ,變形區(qū)中的材料彈性恢復量就增大 .使沖孔尺寸變小 ,落料尺寸變大因此卸料力和推料力都增加 ,當間隙增大時 ,由於材料彈性恢復的作用 ,使沖孔尺寸增大 ,落料尺寸縮小 ,於是從沖頭上卸下料或從凹模洞口推出零件都省力一般當間隙 (單面 )增大到料厚的 10%~20%時 ,卸料幾乎為零 .173。 (4) 沖裁間隙對模具壽命的影響 .173。 實踐証明 ,沖裁間隙是影響模具壽命諸多因素中最主要的一個因素 .沖裁過程中 ,凸模與被沖孔之間 ,凹模與落料件均有劇烈摩擦 ,而且間隙越小摩擦越嚴重所以過小的間隙對模具壽命極為不利 ,而較大的間隙會使凸模和凹模刃口側面與材料間的摩擦減小 ,並可減緩由於模具制造和安裝誤差造成的間隙不均勻的不利影響 ,從而提高模具的使用壽命 .173。 4.間隙值的確定173。 所謂合理的間隙 ,就是采用這一間隙進行沖裁時 ,能夠得到令人滿意的工件斷面質量 ,較高的尺寸精度和使沖裁力 (卸料力和推件力 )最小 .並使模具有較長的使用壽命 .但是如果采用一個間隙的數(shù)值要求同時滿足以上諸多要求是不可能的因此 ,生產(chǎn)上根據(jù)零件的具體要求 ,綜合考慮各種因素影響 ,恰當選擇個適當?shù)拈g隙范圍作為合理間隙 ,其上限為最大合理間隙 ,其下限為最小間隙 ,即合理的間隙指的是一個范圍值 ,在具體設計沖模時 ,根據(jù)零件和生產(chǎn)上的具體要求可按下述原則進行選取 .173。 (1) 當對沖裁件斷面質量無特殊要求時 ,為了提高模具的使用壽命和減小沖裁力 ,以獲得較大的經(jīng)濟效益 ,可以選擇較大間隙值 .173。 (2) 當對沖裁件斷面質量有較高要求時 ,應選擇較小間隙值 .173。 (3) 在設計沖裁模刃口尺寸時 ,考慮到模具在使用過程中會磨損 ,會使刃口間隙增大的實際 ,應按最小間隙值來計算刃口的尺寸 .173。 在實際的工作中模具行業(yè)對各種沖壓材料的不同厚度的沖件都積累了大量的經(jīng)驗數(shù)值 .所以理論上的間隙計算方法僅作為參考來用 . 沖裁件的 凸、凹模尺寸計算173。 凸、凹模尺寸計算原則173。 沖裁時 ,沖孔直徑和落料外形尺寸均取決於光亮帶的尺寸 ,該尺寸通常用通用量具實測得到 ,也是確定沖件尺寸精度的唯一依據(jù) ,實踐証明 ,落料件的尺寸接近凹模刃口尺寸 。沖孔的尺寸接近於凸模刃口的尺寸 .所以落料時以凹模作為設計的基準 。沖孔時取凸模作為設計的基準 .計算凸凹模尺寸時就遵守的原則如下 :173。 (1) 落料時 ,先確定凹模刃口尺寸 ,其大小應取接近於或等於制件外形的最小極限尺寸 .以保証凹模磨損至一定尺寸范圍內 .也能沖出合格制件 .凸模刃口的基本尺寸應比凹模刃口基本尺寸小一個最小合理間隙 .173。 (2) 沖孔時 ,凸模刃口尺寸其大小應接近於或等於沖件孔的最大極限尺寸 .以保証凸模磨損至一定尺寸范圍內 ,也能沖出合格的孔 . 凹模刃口的基本尺寸應比凸模刃口基本尺寸大一個最小合理間隙 . 沖壓力 計算173。 1.沖裁力的定義及計算173。 沖壓力是指沖裁時 ,壓力機應給出的最小壓力 .沖壓力是沖裁力 ,卸料力 ,推件力和頂出力的總稱 .它是沖裁時選擇沖床噸位 ,進行模具強度 ,剛度校核的重要依據(jù) .173。 沖裁力就是使板料分離所需的最小力 ,對沖裁力直接影響的因素主要是材料的強度、厚度與沖裁件的輪廓周長 .但是沖裁間隙刃口銳利情況 ,沖裁速度 ,潤滑情況等也對沖裁力有較大影響 .173。 沖裁力的計算公式 : P=KLtτ(N)173。 P沖裁力 (N)173。 L沖裁件周邊長度 (MM)173。 τ 材料的抗剪程度 (MPA)173。 t料的厚度 (MM)173。 k系數(shù)通常 k=173。 系數(shù)上的引用是考慮實踐生產(chǎn)各種因素的影響而給出的 ,如間隙的不均勻 ,刃口純化程度和厚度的波動 ,潤滑及沖裁速度的變化等 .173。 2.降低沖裁力的方法173。 在沖制高強度材料或者材料厚度大 ,周邊很長的工件時 ,需要很大的沖裁力 ,當現(xiàn)場沖壓設備噸位不夠時 ,為了不影響生產(chǎn)充分利用現(xiàn)有的沖壓設備 ,研究如何降低沖裁力是一個很重要的現(xiàn)實問題 .173。 分析沖裁力計算公式可知 ,當材料厚度 t一定時 ,沖裁力的大小主要與工件的周邊長度和材料的強度成正比 ,因此降低沖裁力主要從這兩個因素著手 .我們采用一定的工藝措施和改變沖模結構 ,完全可以達到降低沖裁力的目的 .同時還可以減小沖擊振動和噪音 ,對改善沖壓環(huán)境也有重要的意義 .173。 目前降低沖裁力主要有以下幾種方式 :173。 (1) 斜刃口及波形刃口沖裁法 :就是將凸模或凹模刃口 ,由一平直刀口改制而成具有一定的傾斜角的斜刃口 ,如下圖 :173。 由於沖模刃口具有一定的傾斜角度 ,這樣 :沖裁時斜刃對板料可以實現(xiàn)逐漸剪切分離 .就相當於把沖裁件整個周邊長度分成若幹小段進行剪切分離一樣 ,因而可以節(jié)省很大的沖裁力 .173。 (2) 階梯凸模沖裁法173。 在多凸模的沖模中 ,將凸模做成不同高度 ,如同階梯一樣錯落有別 ,沖裁時使沖裁力的峰值不同時出現(xiàn) ,從而達到降低沖裁力的目的 .173。 階梯凸模不僅能降低沖裁力 ,在直徑相差懸殊 ,距離很近的多孔 ,沖裁中還能避免小直徑凸模由於受材料流動擠壓的作用 ,而產(chǎn)生傾斜和折斷現(xiàn)象 .為此 ,一般將小直徑凸模做短些 .見下圖 :173。 3.卸料力 ,推件力 ,頂件力的計算173。 在沖裁過程結束后 ,由於材料的彈性恢復 ,會使沖孔件箍在沖頭上 ,落料件卡在凹模洞口內 ,為了使沖裁工作能順利地進行下去 ,在沖裁過程完成以后 ,必須迅速地由卸料機構和頂出機構完成卸料推件 (或頂件 )工作 ,由於卸料推件 (或頂件 )會使沖壓設備負荷增加 ,因此在選擇沖床噸位和設計沖模的卸料機構及頂出機構之前 ,先要計算出卸料力推件力頂件力 .173。 卸料力是將箍在凸模上的板料卸下時所需要的力 。推料力是將落料件順著沖裁凹模洞口推出時所需的力 。頂件力是將落料件逆著沖裁方向頂出凹模刃口時所需的力 .如下圖 173。 由於影響卸料力 ,推件力和頂件力的因素很復雜 ,所以實際上都是采用經(jīng)驗公式來計算 .經(jīng)驗公式如下 :173。 PX=KX*P(N)173。 PT=NkT*P(N)173。 PD=Kd *P(N)173。 式中 , KX﹑k T﹑K d 分別為卸料力 ,推件力和頂件力系數(shù) ,其值見下表 .173。 P沖裁力173。 n同時卡在凹模洞口內的落料件數(shù) .n=H/t,H為凹模刃壁垂直部分高度 ,t為料厚 .當采用錐形洞口時 ,因無落料件卡在洞口內 ,故可不計推件力 .173。 4.沖壓力的計算173。 沖壓力的計算應根據(jù)沖模的具體結構形式 ,分別考慮 .173。 當