冲压工艺及模具-设计与实践第7章 冲压成形的其他工艺

图7.2负间隙冲裁 7.1.2负间隙冲裁 负间隙冲裁属于半精冲（见图7.2），其特点是凸模直径大于凹模型腔的尺 寸，产生负的冲裁间隙，冲裁过程中出现的裂纹方向与普通冲裁相反，形成
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一个倒锥形毛坯。凸模继续下压时，将倒锥毛坯压入凹模内，相当于整修过 程，所以，负间隙冲裁实质上为冲裁整修复合工序。 由于凸模尺寸大于凹模，故冲裁时凸模刃口在即将到达凹模口时，就不能再 继续下行，而应与凹模表面保持0.1～0.2 mm的距离。此时毛坯尚未全部进 入凹模，等下一个零件冲裁时，再将它全部压入。零件从凹模孔推出时，会 有0.02～0.05 mm的回弹量，在设计确定凹模尺寸时，应予以考虑。 负间隙冲裁的凸、凹模间单边负间隙值的分布很重要。对于圆形工件是均匀 分布的，可取（0.1～0.2）t；对于形状复杂的工件，单边负间隙值的分布 是不均匀的（见图7.3），在凸出的尖角部分比平直部分大1倍，凹入部分则 比平直部分减少一半。 此方法只适用于铜、铝、低碳钢等低强度高伸长率、流动性好的软材料，一 般尺寸精度可达IT9—IT11，断面粗糙度Ra值可达0.8～0.4 μm。模具结构
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图7.5精冲过程 （2）精冲材料 精冲材料直接影响精冲件的剪切表面质量、尺寸精度和模具寿命。因此，精 冲材料必须具有良好的力学性能、较大的变形能力和良好的组织结构，一般 以含碳量≤0.35%及σb=650 MPa以下的钢材应用较广，但含碳量高的碳钢及
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边形状，呈纯剪切的形式被冲裁成零件，从而获得高质量的光洁、平整的剪 切面。精冲时，压紧力、冲裁间隙及凹模刃口圆角三者相辅相成，是缺一不 可的。它们的影响是互相联系的，当间隙均匀、圆角半径适当时，就可用不 大的压力获得光洁的断面。 如图7.5所示，精冲工艺过程如下： ①材料送进模具（见图7.5（a））。 ②模具闭合，材料被齿圈、凸模、凹模、顶出器压紧（见图7.5（b））。 ③材料在受压状态下被冲裁（见图7.5（c））。 ④冲裁结束，模具开启（见图7.5（d））。 ⑤齿圈压板卸下废料，并向前送料（见图7.5（e））。 ⑥顶出器顶出零件，并排走零件（见图7.5（f））。
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径的大小与零件交角、材料力学性能、材料厚度等有关。从提高模具寿命， 减少塌角和改善冲裁面质量出发，圆角半径应尽可能取较大数值。工件轮廓 上凹进部分的圆角半径与凸起部分所需圆角半径之比为0.6。 2）最小孔径 精冲最小孔径与材料厚度及其力学性能有关，从冲孔凸模上允许承受的最大 压应力考虑，应使凸模直径与料厚之比d/t≥4τ/［σp］。其中，τ为材料 抗剪强度，［σp］为凸模许用压应力。 3）槽宽 图7.6壁厚不同的精冲零件由于冲槽凸模上应力分布较冲圆孔凸模更为不利 ，当冲窄长槽时，凸模的抗纵向弯曲的能力变差，所能承受的压力将比同样 断面的圆孔凸模小，可按料厚t、强度极限σp和槽长L查出最小槽宽bmin。 4）最小壁厚
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简单，可在普通压力机上进行。但对于料厚小于1.5 mm的大尺寸薄板精冲件 ，容易产生明显的拱弯。负间隙冲裁时的力很大，可按下式计算为
式中F——普通冲裁时所需最大压力,N； C——系数，按不同材料选取,铝：C=1.3～1.6;黄铜：C=2.25～2.8;软铜： C=2.3～2.5。
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铬、镍、钼含量低的合金钢，经过球化退火处理后能有扩散良好的球状渗碳 体组织，也可获得良好的精冲效果。有色金属中纯铜、黄铜（含铜量高于 63%）、铝青铜（含铝量低于10%）、纯铝及软状态的铝合金均能精冲。而铅 黄铜塑性差，不适于精冲。 （3）精冲零件的结构工艺性 精冲件的工艺性是指该零件在精冲时的难易程度。其中，零件几何形状是主 要影响因素，它对工艺性的影响称为精冲件的结构工艺性。精冲件的几何形 状，在满足技术要求的前提下，应力求简单，尽可能是规则的几何形状。精 冲件的尺寸极限，如最小孔径、最小槽宽等都比普通冲裁要小。 1）最小圆角半径 精冲件应力求避免凸出的尖角，交角处必须为圆角，否则会使冲裁面上产生 撕裂，而且凸模尖角处会由于应力集中而崩裂或产生严重磨损。最小圆角半
图7.3非圆形凸模尺寸的分布情况
图7.4精冲模具结构简图
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7.1.3精冲 精冲可由原材料直接获得精度高，平面度、垂直度好，剪切面光洁的高质量 冲压件，并可和其他冲压工序复合，进行如沉孔、半冲孔、压印、弯曲、内 孔翻边等精密冲压成形。 （1）精冲工艺特点 精冲模具结构的简图如图7.4所示。与普通冲裁模相比，模具结构上多了一 个齿圈压板和一个背压顶出器，且凸凹模间隙极小，凹模刃口带有圆角。冲 裁过程中，凸模接触材料前，通过力使齿圈压板将材料压紧在凹模上，从而 在V形齿的内面产生横向侧压力，以阻止材料在剪切区内撕裂和金属的横向 流动。在冲裁凸模压入材料的同时，利用顶出器的反压力，将材料压紧，加 之利用极小间隙与带圆角的凹模刃口消除了应力集中，从而使剪切区内的金 属处于三向压应力状态，消除了该区内的拉应力，提高了材料的塑性，从根
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粗糙度要求很高。刃口上如有熔附，或由于磨损发生伤痕，都会使断面的粗 糙度值变大。为此，模具工作面要求具有较高的硬度。冲裁过程中要加强润 滑，以防出现黏膜现象。 由于刃口带有圆角，切断时所需的力则有所增大，冲裁力约为普通冲裁的 1.5倍。