冲裁工艺与模具设计

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2.1 冲裁变形机理 ◇各部分所占比例随材料的机械性能、料厚、刃口锋利程度、 模具结构及凸、凹模间隙等方面的不同而变化。塑性差的材料， 断裂倾向严重，断裂带增宽，光亮带、圆角带所占比例较小， 毛刺也小。塑性好的材料则相反。 ◇要提高冲裁件断面质量，可通过增加光亮带的高度或采用整 形工序来实现。增加光亮带高度的关键是通过延长塑性变形阶 段推迟裂纹的产生来实现。
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2.1 冲裁变形机理 四、冲裁断面特征 冲裁断面具有明显的区域性特征，可分为圆角带、光亮带、断 裂带和毛刺四个特征区：
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2.1 冲裁变形机理 圆角带——刃口附近的材料被牵连拉入产生弯曲和伸长变形的 结果。 光亮带——模具挤压、切入材料使其产生塑性变形而形成的， 是整个断面上质量最好的部分。 断裂带——刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展断裂而形 成的，其表面粗糙且带有锥度。 毛 刺——断裂带周边上形成的不规则的撕裂毛边。
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2.1 冲裁变形机理 由图可知，冲裁时板料受到如下力的作用： -F 凸、凹模端面对板料的压力（垂直作用力），产生剪切 F1、 2 作用； -由于凸、凹模之间的间隙的存在， F 不在同一垂直 M 1、F2 线上而产生的弯矩，产生弯曲作用； F -2凸、凹模对板料的侧压力， F1、 产生横向挤压作用； 凸模端面与侧面的摩擦力； F1、 F1 凹模端面与侧面的摩擦力。 F2、 F2
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2.2 影响冲裁件质量的因素 1.材料性能的影响 塑性好的材料，冲裁时裂纹出现的较迟，光亮带所占比例大， 圆角、毛刺和穹弯也较大，而断裂带则窄一些。对塑性差的材 料则相反。 2．模具间隙的影响 间隙是影响断面质量的主要因素。 间隙对断面质量的影响分析： 冲裁-断面质量 断面质量与裂纹的走向有关。只有当凸、凹模间隙适当时， 上、下两条裂纹才重合，此时零件断面斜度很小，比较平直、 光滑，毛刺小，且无裂纹分层。
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2.1 冲裁变形机理 二、冲裁变形过程 从凸模接触板料到板料被一分为二的过程即板料的冲裁变形过 程，是在瞬间完成的。这个过程可分为三个阶段： 弹性变形阶段 塑性变形阶段 断裂分离阶段 冲裁-变形过程 裂纹的起点是在刃口侧面距刃尖很近的板料处，裂纹先从凹模 一侧开始，然后才在凸模刃口侧面产生。
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2.1 冲裁变形机理
B点： －板料内层弯曲引起的径向压 1 应力； －板料内层切向弯曲引起的压 2 应力； －凸模下压引起的轴向压应力。 3
——B点处于三向压应力状态， 平均应力为压应力。
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2.1 冲裁变形机理
D点： －板料外层弯曲引起的径向拉 1 1 应力；（较小） －板料外层切向弯曲引起的拉 22 应力；（较小） －凹模端面挤压板料引起的轴 3 3向压应力。 （较大） ——D点处于三向应力状态，平 均应力为压应力。
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第2章 冲裁工艺与模具设计 【主要内容】 冲裁变形机理 冲裁件质量及影响因素 冲裁模间隙的确定 冲裁模刃口尺寸的确定 冲裁力的计算及降低冲裁力的措施 冲裁件排料 【重点】 冲裁变形机理 冲裁件质量及影响因素 冲裁模刃口尺寸的确定
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2.1 冲裁变形机理 一、冲裁时材料所受的力和变形区 1．受力情况 无压紧装置冲裁时板料的受力图：
第2章 冲裁工艺与模具设计 冲裁是使板料沿封闭曲线相互分离的一种冲压工序。 冲裁变形过程 冲裁主要是指落料和冲孔两种工序： 落料——冲裁后封闭曲线以内的部分为零件，即落下的部分为 零件。落料模 冲孔——冲裁后封闭曲线以外的部分为零件，即落下的部分为 废料。冲孔模 冲裁是冲压生产中的主要工序之一，有两种用途： 直接冲制成品零件 为弯曲、拉深、翻边、胀形等其它成形工序制备毛坯
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2.2 影响冲裁件质量的因素 冲裁件质量指标包括：断面质量、尺寸精度及形状误差。 冲裁断面应平直，光亮带应占较大的比例，尺寸及制件外形 应满足图纸要求，表面尽可能平整。 一、影响断面质量的因素 影响因素很多，主要因素有： 间隙大小及分布均匀性 材料性质 模具刃口锋利程度 模具制造精度
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2.1 冲裁变形机理 三、冲裁时的应力状态 分析A、B、D、E四个特征点：
A点： －板料内层弯曲与凸模侧压力引起 1 径向压应力； －板料内层切向弯曲引起的压应力 2 与侧压力在切向引起的拉应力所 合成的压应力； －凸模下压引起的轴向拉应力。 3 ——A点处于三向应力状态，平均 应力为拉应力。
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2.1 冲裁变形机理 由于间隙的存在，剪切面发生偏转，如图所示：
剪切面上除剪 切力外，还有 拉力作用。
由上面分析可知：冲裁时板料受到垂直方向压力(产生剪切力)、 横向挤压力、摩擦力、弯矩和拉力的作用，因此其变形是比较复 杂的，变形不是纯剪切过程，还有弯曲、拉伸和挤压等附加变形。
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2.1 冲裁变形机理 2．冲裁时的变形区 冲裁-变形过程 以上、下刃口连线为中心的纺锤形区域是主要变形区，从模具 刃口向板料中心变形区逐步扩大。当凸模挤入板料后，新形成 的纺锤形变形区被已经变形而硬化了的区域所包围。
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2.1 冲裁变形机理 由上述分析可知：剪切区不同部位的应力状态是不同的，这也 就决定了剪切区不同部位不是同时满足塑性条件，也不是同时 达到材料的破坏应力而产生裂纹的。在这四个部位中，A、E两 点的平均应力为拉应力，因此裂纹应在这两点处产生。另外， 由于板料弯曲使A点的材料在切向、径向受到两向压缩，而使E 点的材料在切向、径向受到两向拉伸，从而使E点的平均拉应力 大于A点的平均拉应力，故裂纹首先在凹模刃口侧面(E处)产生。
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2.1 冲裁变形机理 E点： 1－板料外层弯曲在径向引起的拉应 力与凹模侧压力在径向引起的压应力 1 的合成，可能是拉应力或压应力，取 决于间隙大小； －板料外层弯曲在切向引起的拉应 2 2 力与凹模侧压力在切向引起的压应力 的合成，可能是拉应力或压应力，取 决于间隙大小； 3 3－凸模下压引起的轴向拉应力（凹 模侧面的摩擦力）。 —— E点为三向应力，平均应力为拉 应力。