锻压工艺学-冲裁

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外缘整修的质量与整修次数、整修余量以及整修模 结构等因素有关。
厚度小于3 mm的外形简单的工件,只需一次整 修。厚度大于3 mm或工件有尖角时,需进行多次 整修。
整修前落料凸、凹模的尺寸应为
凸模:
Dp

(D
y)
0
p
凹模:
Dd

(D

y)
0
d
式中 D-工件公称尺寸,mm; z-双面间隙值,mm y-整修余量,mm。
设冲孔尺寸为
d
0

,先确定凸模尺寸,再
增大凹模尺寸以保证最小合理间隙。
凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如下:
d p (d x) p
dd
(d p Zmin )d

(d

x

Z min
) d 0
孔心距

Ld L 8
Ld-凹模孔心距的公称尺寸;
L-工件孔心距的公称尺寸;
2 冲裁
概念:利用冲模使材料分离的一种冲压工序。 落料:若目的是为了制取一定外形的冲落部分,则 为料。 冲孔:若目的是为了制取所需形状的孔(冲去的为 废料),则称为冲孔。
2.1 冲裁过程分析
冲裁变形过程分为三个阶段: 第一阶段:弹性变形阶段,材料 产生:弹性压缩、穹弯,并稍压 入凹模腔口。 第二阶段:塑性变形阶段,在塑 剪变形的同时还伴有纤维的弯曲 与拉伸。 第三阶段:断裂阶段,刃口附近 应力达到破坏应力时,先后在凹、 凸模刃口侧面产生裂纹,裂纹产 生后沿最大剪应力方向向材料内 层发展,使材料分离。
图2.3 冲裁区应力与应变情况 a-塌角;b-光亮带;c-剪裂带;d-毛刺;-正应力; -切应力
2.2 凸模与凹模之间的间隙
图2.4 冲裁间隙
2.2.1 间隙对冲裁件质量的影响 (1)间隙对冲裁件断面质量的影响: 间隙合理:冲出的制件(或孔)断面 虽有一定斜度,但比较平直、光洁, 毛刺很小,且冲裁力小。
缺点:为了保证合理间隙,需要较高的制模
精度等级,模具制造困难,加工成本高。
2.3.3 凸、凹模配合加工时尺寸与公差的确定 凸、凹模配合加工的含义:
方法:先加工出的凸模(或凹模)作为基准件,工作 部分的尺寸作为基准尺寸,在与它配做的凹模(或凸 模)图纸上标注相应部分的凸模公称尺寸(或凹模公 称尺寸)。 优点:基准件的制造公差p(或d)的大小,不受凸、 凹隙大小的限制,模具制造容易,适于形状复杂冲
1 概述
冲压工艺
概念: 特点: 分类:分离工序和成形工序。 分离工序:使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离,同 时,冲压件分离端面的质量也要满足一定的要求。 成形工序:使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形,并 转化成所要求的成品形状,同时也能满足尺寸精度方面的要 求。
表1.1 分离工序
表1.2 成形工序
2.5.3 条料宽度的确定 进距 :决定挡料销位置的依据。 宽度原则:最小宽度保证冲裁时工件周边有足够的 搭边值;最大宽度保证冲裁时在导料板之间顺利地 送进,并与导料板之间有一定间隙。
(1)无侧压装置的条料宽度 :
B0 [D 2(a1 ) b0 ]0 (2)有侧压装置的条料宽度:
(2)间隙对尺寸精度的影响 尺寸精度: 含两方面:凸模或凹模尺寸的偏差,模具 本身的制造偏差。 凸凹模尺寸的偏差:工件从凹模内推出(落 料)或从凸模上卸下(冲孔)时,材料的挤 压变形、纤维伸长、穹弯都要产生弹性恢复 造成的。 影响因素:
凸、凹模间隙较大:材料受拉伸作用增大,造成: (1)落料尺寸;(2)冲孔孔径。 间隙较小:材料受凸、凹模挤压力大,冲裁后,材 料的弹性恢复,造成: (1)落料尺寸;(2)冲孔孔 径。 软钢的弹性变形量较小,冲裁后的弹性恢复量也就 小。硬钢的弹性恢复量较大。
(3)落料件:标注单向负公差。假定工件的公称尺寸
为D,工件公差为,则工件尺寸就是 D0 。冲孔
件:一般为单向正公差,假定冲孔件的公称尺寸
为d,工件公差为,则冲孔件尺寸为
d
0


2.3.2 凸、凹模分开加工时尺寸与公差的确定
凸、凹模分开加工的含义:
适用于圆形或形状简单的工件。凸、凹模图纸要分
B0 [D 2a1 ]0
模具导料板之间的距离:
A=B+b0 B—条料公称宽度,mm;
D—垂直于送料方向的工件尺寸,
mm; al—侧搭边,mm; b0—条料与导料板间的间隙;
图2.12.2 条料宽度B和导料间距 离A
(a)无侧压装置;(b) 有侧压装置
—条料宽度的公差,
1-导料板;2-凹模
(3)有侧刃的条料宽度
B0 [D 2a1 nc]0
导料板间距离: A=B+b0 A’=D十2a1十b1 n——侧刃数; c—侧刃冲切的料边宽度, mm; b1 —冲切后的条料宽度与导料 板间的间隙。
2.6其他冲裁方法 2.6.1整修 1.外缘整修
尖角的整修 1-第一次整修;2-第二次整修
图2.32 整修模双面间隙 1-凹模;2-工件;3-切去的部分
图3.33 小孔的整修
2.6.2 精密冲裁
方法: (1)采用极小的间隙,甚至负间隙; (2)采用带有小圆角或椭圆角的凹模(落料)和凸 模(冲孔)刃口。 作用:(1);(2);(3)
1.小间隙圆角凹模冲裁 落料,凹模刃口椭圆角或小的圆角,凸模普通形式,双面间 隙值小于0.01~0.02mm,且与材料厚度无关。圆角凹模冲 裁适用于塑性较好的材料。冲孔时要采用带有圆角的凸模, 而凹模为普通形状。
凸、凹模磨损程度不同的原因:
2.2.4 凸凹模间隙值的确定 (1)理论确定法 由图2.4的几何关系可得:
c (t b)tg t(1 b)tg
t
式中 c单边间隙,毫米; t材料厚度,毫米; b光亮带宽度,毫米;
b 产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度,毫 米; t
剪裂纹与垂线间的夹角。
-工件孔心距的精度。
凸、凹模分开加工法,必须满足:
p d Z max Z min
否则应提高凸、凹模的制造精度等级或
取 和 。 p 0.4(Zmax Zmin )
d 0.6(Zmax Zmin )
优点:凸、凹模具有互换性,便于模具
成批制造,适用于工件大量生产。
影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度。
表2.1 b/t与值(厚度t,毫米)
材料
b/t*100%
t<1
t=12 t=24
软钢
7570 7065 6555
中硬钢 6560 6055 5548
硬钢
5047 4745 4438
t>4 5540 4535 3525

56 45
别标注凸、凹模刃口尺寸与其制造公差。
(1)落料 设落料件尺寸为 D0,先确定凹模 尺寸,再减小凸模尺寸以保证最小合理间 隙。
图2.10.2 冲裁模尺寸与公差
其凸、凹模工件部分尺寸的计算公式如下:
Dd (D x)d
Dp (Dd Zmin )

(D

x

Z
min
)
0

p
(2)冲孔
图2.11 废料分类
2.5.1 排样方法 (1)有废料排样 (2)少废料排样 (3)无废料排样
图2.12 排样方法 a)有废料排样;b)少废料排样;c) 无废料排样
2.5.2 搭边 搭边 : 作用: 影响搭边 值大小的因素: (1)材料的机械性能; (2)工件的形状与尺寸; (3)材料厚度; (4)送料及挡料方式。
平刃口冲裁时,其冲裁功可按下式计算: A=mPt/1000
式中 A-冲裁功 牛顿·米; t-材料厚度 毫米; P-冲裁力 牛顿;
m-系数,与材料有关,一般取m=0.630。
图2.9 斜刃冲模与阶梯凸模
斜刃冲模: 斜刃冲裁力Ps:
PS KP
式中 P —用平刃冲模冲裁时所需的力,KN; K—斜刃冲裁的减力系数(查表)。
剪切断面分析 冲出的工件断面明显地分成三个特征区:圆角带、光
亮带与断裂带。 圆角带:冲裁中刃口刚压入材料时,刃口附近材料产
生弯曲和伸长变形的结果 。 影响圆角带(塌角)大小的因素 :材料性质、工件轮廓形 状、凸模与凹模的间隙等。
图1-9 冲裁零件的断面
光亮带:材料塑剪变形时,在毛坯一部分相对另一 部分移动过程中,模具侧压力将毛坯压平而形成的 光亮垂直的断面。 影响因素:材料性质、凸、凹模间隙、模具刃口的 磨损程度等。 断裂带:由刀口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩 展而形成的撕裂面,断面粗糙,且有斜度。
图2.10.1 不同间隙情况下的剪切断面
2.3凸、凹模刃口尺寸的计算 2.3.1 凸、凹模尺寸计算原则 落料件尺寸由凹模刃口尺寸决定;冲孔件尺寸由凸 模刃口尺寸决定。计算凸、凹模刃口尺寸时,取最 小合理间隙(为什么?)。 (1)落料:先确定凹模工作部分尺寸,凸模公称尺寸 应比凹模公称尺寸小一个最小合理间隙值。 (2)冲孔时:先确定凸模工作部分尺寸,凹模公称尺 寸应比凸模公称尺寸大一个最小合理间隙值。
间隙过小 :在上、下裂纹中间的部 分产生二次剪切,制件断面的中部 留下撕裂面,两头呈光亮带,在端 面出现挤长的毛刺。
间隙过大:材料的弯曲与 拉伸增大,拉应力增大,材 料易被撕裂,且裂纹在离开 刃口稍远的侧面上产生,致 使制件光亮带减小,圆角与 断裂斜度增大,毛刺大而 厚,难以去除。
图2.6 间隙对光亮带、塌角、毛刺的影响
根据Holm法则,附着磨损时单位接触面上的磨损 量:
S K pl
3 s
式中 S-附着磨损量; p-接触压力; l-接触面相对滑动距离;
s-模具材料的屈服极限; K-由于附着而引起磨损的概率。
冲裁中的接触压力即垂直力、侧压力、摩擦力均 随间隙的减小而增大,且间隙小时,光亮带增大, 摩擦距离增长,摩擦发热严重,所以采用小间隙 将使磨损增加 。
整修时所需的力可按下式近似计算:
Pc L(S 0.1tn) 0
L-整修周边长度; S-总的金属切削量; n-同时卡在凹模内的零件个数; t-材料厚度; 0-抗剪强度。
2.内孔整修 目的:校正孔的坐标位置、降低粗糙度和孔 的尺寸精度。 对余量的要求:
修正余量 : y 2s c 2 x2 y 2 c 2.8x c
P卸 K卸 P
P推 K推 n P
P顶 K顶 P 式中 K卸、K推、K顶分别为卸料系数、推件系数 和顶件系数;
P冲裁力,牛顿; n卡在凹模孔内的工件数。
影响因素:材料的机械性能和厚度、工件形状和尺寸大小、 凸凹模间隙、排样的搭边大小及润滑情况等
2.5 排样 排样 : 工艺废料 : 结构废料 :
裁件。
1.落料 (1)凹模磨损尺寸增加 (2)凹模磨损后尺寸减小 (3)凹模磨损后尺寸不变
2.冲孔 (1)凸模磨损后尺寸减小 (2)凸模磨损后尺寸增大 (3)凸模磨损后尺寸不变
2.4 冲裁力和功 2.4.1 冲裁力和功 平刃冲模的冲裁力可按下式计算:
p=kLt 式中 P-冲裁力,牛顿;
L-冲裁周边长度,毫米; t-材料厚度,毫米; -材料抗剪强度,(牛顿/毫米2); k-系数。
阶梯凸模减力时应注意: (1)阶梯高度差H稍大于断面光亮带b。 (2)各阶梯凸模的分布要注意对称(原因)。 (3)先工作的凸模应是端部带有导正销的凸模。一般 先冲大孔,后冲小孔(原因)。
2.4.2卸料力、推件力与顶件力 卸料力: 推件力: 顶件力:
图2.10 卸料力、推件力与顶件力
Байду номын сангаас
经验公式计算:
图.2.7 间隙对冲裁件尺寸精度的影响
2.2.2间隙对冲裁力的影响
图2.7.1 间隙大小对冲裁力的影响
图2.8.1 间隙大小对卸料力的影响
2.2.3间隙对模具寿命的影响 模具寿命:以冲出合格制品的冲裁次数来衡量,分 两次刃磨间的寿命与全部磨损后总的寿命。 凸模刃口磨钝 : 凹模刃口磨钝: 凸、凹模磨钝 : 刃口磨钝还将使制件尺寸精度、断面光洁度降低, 冲裁能量增大。
4
(2)经验确定法
c=mt
式中 t材料厚度,毫米;
m系数,与材料性能及厚度有关。
软钢、纯铁
m=69%
铜、铝合金
m=610%
硬钢
m=812%
对于尺寸精度、断面垂直度要求高的工件应
选用较小间隙值;对于断面垂直度与尺寸精度要
求不高的工件,应以降低冲裁力、提高模具寿命 为主,可采用大间隙值。
间隙的选用主要考虑: 1)在同样条件下,非圆形比圆形的间隙大,冲孔间 隙比落料大。2)凹模为斜壁刃口时,比直壁刃口间 隙小。3)高速冲压时间隙应增大(为什么?)。 4)热冲时材料强度低,间隙应比冷冲时小。
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