冲压重点(1)

•一、基本概念
• 1.冲裁
•（1）什么是冲压？落料与冲孔的区别？
•冲压——利用模具和冲压设备对板料金属进行加工，以获得所需要的零件形状和尺寸。

•落料：从板料冲下所需形状的零件（或毛坯）留下带孔的部分为废料）。

•冲孔：在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）。

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•（2）什么是模具间隙？怎样控制模具间隙以得到最好的冲裁件质量？
•模具间隙——凸、凹模刃口间缝隙的距离。

双面间隙用Z表示，单面间隙用c表示。

通常落料和冲孔用双面间隙Z，弯曲和拉深用单面间隙C。

• 1.间隙对冲裁件质量的影响
•冲裁件质量是指切断面质量、尺寸精度及形状误差：
•切断面应平直、光洁，即无裂纹、撕裂、夹层、毛刺等缺陷；
•尺寸应保证不超出图纸规定的公差范围；
•零件表面应尽可能平整，即穹弯小。

•影响冲裁件质量的因素有多种，其中间隙值大小与均匀程度是主要因素。

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•当把凸、凹模间隙控制在一定的合理值范围内时，由凸凹模刃口沿最大剪应力方向产生的上下裂纹将位于一条直线上、互相重合。

•（3）分开加工的优点是制造周期短，复制的凸、凹模具有互换性，适于制造标准件类型的凸、凹模。

•（4）配合加工的优点是可以放大基准件的制造公差，以降低模具制造难度。

•（5）计算冲裁力的目的：为合理地选用压床和设计模具
•（6）排样：冲裁件在条料或板料上的布置方法。

•（7）搭边：排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料。

•（8）冲裁模按工序组合程度分为三大类：单工序模、连续模、复合模。

行程次数、模具位置、完成工序的特征：
• 2.弯曲
•（9）弯曲圆弧处内、外层纤维分别受何种类型的应力？弯曲件回弹的原因是什么？
（弹性回复）
•弯曲件回弹的结果，是其弯曲半径和弯曲角与模具发生差异，与弯曲件要求的形状和角度不一致。

•（10）什么是应变中性层？怎样计算其长度？
•板料弯曲时，沿变形区的切向，外层纤维受拉，内层纤维受压，在拉伸与压缩之间存在着一个既不伸长、也不压缩的纤维层，称为应变中性层。

应变中性层位置的分析用于弯曲件毛坯长度的计算。

•塑性弯曲时应变中性层位置ρ0＝（r＋ξt/2）ξ，弯曲中随变形程度的逐渐增加，应变中性层位置从几何中间层位置开始逐步向内移动。

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•（11）什么是校正弯曲？校正弯曲的目的是什么？
•板料经自由弯曲后开始与凸、凹模表面全面接触，此时如果凸模继续下行，零件受到模具挤压继续弯曲，弯曲力急剧增大，称为校正弯曲。

校正弯曲的目的在于减少回弹、提高弯曲质量。

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•（12）什么是最小相对弯曲半径？有何作用？
•防止外层纤维拉裂的极限弯曲半径称为最小相对弯曲半径，以rmin/t表示。

弯曲时若弯曲半径大于rmin/t ，则可避免材料产生裂纹。

rmin/t越大，越易于断裂• 3.拉深
•(13)起皱、拉裂、制耳的原因及处理方法是什么？
•起皱主要是由于法兰的切向压应力σθ超过了板料临界压应力所引起。

常见的防皱措施是采用压边圈，把法兰压紧在凹模表面上。

•拉裂①在凸模前端圆角位置A、B两处是板料变薄最剧烈处，其断面面积小，传递同一拉力时其应力最大。

②该处弯曲区表面拉应力大。

当拉应力大于材料的抗弯强度σb时，就会在此处产生拉裂。

•拉裂的防止措施：
•①工艺设计上，减少每次拉深的变形量，适当增加拉深次数；
•②模具设计上，加大凸模的圆弧半径；
•③材料选择上，选用σs/σb（屈强比）比值小，即塑性较好的材料。

•制耳：塑性变形是滑移过程，金属晶体存在各向异性（织构），各向滑移量不同，形
成凸耳。

• 防止出现凸耳措施：拉深完成后加修边工序，将不平处割去。

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• (14)圆筒件拉深时最可能在什么部位出现裂纹？为什么？
•
筒壁。

拉深后的圆筒中留有大量残余应力。

外表面为拉应力，内表面为压应力，这种残余应力在筒壁产生弯曲力矩，它由筒壁端部附近的周向拉伸所平衡。

这种周向拉伸应力的存在。

会使筒壁由于应力腐蚀而开裂
• 二、计算
• 1.毛坯（冲裁排样、弯曲应变中性层长度、拉深件圆片直径） • 1.材料的经济利用
• 排样：冲裁件在条料或板料上的布置方法。

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衡量排样经济性的标准是材料利用率，也就是工件的实际面积A0与板料面A 的比值，即
• 式中：A 为所用材料的面积，包括工件面积与废料面积。

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• 2底口2
底r 8＋d 2＋h d 4＋d 4
r A ππ
=
∑=
•
• 2.冲裁模具工作部分尺寸计算：落料/冲孔、分开加工/配合加工、凹模和凸模、名义
尺寸和公差（共4种组合，必须重点掌握）。

• 3.力参数 （冲裁力、弯曲力、拉深力）计算。

• 平刃模具冲裁时，其冲裁力F0可按下式计算： • F0＝L ×t ×τ • 式中：L ——冲裁工件周长 • t ——材料厚度
• τ——材料的抗剪强度，单位MPa 。

• 查P21表2－8。

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• 弯曲力有下列经验公式：
• 对于V 形件最大自由弯曲力为F 自＝
b t r kbt σ+2
6.0 • 对于U 形件最大自由弯曲力为F 自＝
b t
r kbt σ+2
7.0 • 式中k ——安全系数，一般取k ＝1.3；
• b ——弯曲件宽度；t ——弯曲件厚度；
• r ——弯曲半径； σb ——材料抗拉强度MPa • 2.校正弯曲力
• 校正弯曲力 F 校＝A×p
•
式中 ：A ——弯曲件校正部分在水平面上的投影面积（参见右图）
•p——单位面积上的校正力，查P58表3－3 。

•拉深力计算
•经验公式：第一次拉深F1＝πd1tσb K1
•第二次及第n次拉深F n＝πd n tσb K2
•式中：t－料厚；
•d1、d n－第一次、第n次拉深半成品直径；
•σb－抗拉强度；
•K1、K2－系数，查P93表4.9。

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• 4.压力中心（要求列清计算过程）
•模具压力中心是冲裁时合力的作用点。

模具压力中心应位于模柄轴线上，与压力机滑块中心一致。

否则，冲压时会产生偏载，导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧摩擦，降低模具和压力机使用寿命。

•冲裁有两个对称轴的工件(如矩形）时，压力中心即为两个对称轴的交点上。

•冲裁异形件（没有对称轴或只有一个对称轴）时，需要计算压力中心，方法如下：•（1）原理：根据空间平行力系力矩平衡的原理。

•（2）计算过程：
•①画出工件断面图；
•②选取坐标系的类型、方位。

对于直角坐标系，让坐标轴通过工件断面轮廓线的一个直边；若工件有一个对称轴，则一个坐标轴应与其重合，这样可以简化计算。

•③把轮廓线按相同规律分段，并求出各线段的重心坐标(x i,y i)，对于直线段就是其中点的坐标。

•④计算合力P作用点（压力中心）的坐标(x0,y0)。

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• 5.卸料弹簧的选用计算
•右图中，S1——空载时凸模
•缩入卸料板内的距离
•S2——工作时凸模伸入凹模刃
•口内的距离
•S3——旧凸模相对于新凸模的
•最大磨削量
• t ——板料厚度
• 工作时凸模前端的最大工作行程（＝总行程－空行程），即卸料弹簧的相对
压缩量为ΔF=S 1+S 2+S 3+t,工作时弹簧的总压缩量F ＝F 0＋ΔF ，工作负荷F F P P 0
=
• 例题：设卸料力为200kgf ，厚度t ＝2mm ，凸模缩入卸料板内1mm ，工作完后凸模
深入凹模内1mm ，凸模允许重磨量6mm ，弹簧个数为2，要求选用卸料弹簧。

• 解：一个弹簧的安装负载为：
• P 0＝200/2=100(kgf)
• 按P 1＞＞P 0，从JB425－62中的下左表预选68～72 ，工作时的相对压缩量： • ΔF ＝S
＋S ＋S ＋t ＝1＋1＋6＋2＝10（mm ）
• 要求弹簧的工作负载P 必须在弹簧的最大许可负载P 1的范围内，P ＜P 1，则可选用
70～72号弹簧。

考虑到压力机闭合高度和弹簧及模具成本等因素，最后选用70号弹簧，其极限负荷P 1＝155kg ，自由长度H ＝120mm ，极限压缩长度H 1＝85.7mm ，另查JB425－62有：外直径D H ＝45mm ，钢丝直径d ＝7mm ，圈距（自由间距）t ＝11.5mm 。

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• 6.拉深次数、拉深系数计算
• 拉深系数和次数的确定圆筒形件的拉深系数为）1（拉深前圆筒断面积
拉深后圆筒断面积
=
m
• 补充例题：
• 需要加工右图所示的圆筒形拉深件，材料为08钢，要求计算毛坯尺寸，并计算拉深
次数和各次拉深的拉深件参数。

• 解：零件高度h 为50～100，查P88表4.4取修边余量Δh ＝6，h=61.5+6=67.5
• 1.毛坯直径)
(774812414.325.6720412r 8＋d 2＋h d 4＋d 222
底口2
底mm r D =⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯+=
=
π • 2.总拉深系数26.077
20
===
∑D d m n • 3.查P89表4.5（毛坯相对厚度t/D=1/77=0.013=1.3%)得m 1＝0.54，表中m 2 ～ m n
为0.76 ～ 0.84，取 • 则拉深次数 9.31lg lg lg 1
=+-=∑m
m m n
•
• 这里取n ＝4
• 问题：如果算出n ＝3.2，如何取值最终n ？ • • •
• 3.比较分析
•。