第八章板料的冲压工艺1

1板料冲压：是利用装在冲床上的冲模对金属板料加压，使之产生变形或分离，从而获得零件或毛坯的加工方法。板料冲压通常在室温下进行，故又称冷冲压。当板料厚度超过810mm时，需采用热冲压。第八章板料的冲压工艺2板料冲压的特点：1）在常温下加工，金属板料必须具有足够的塑性和较低的变形抗力。2）金属板料经冷变形强化，获得一定的几何形状后，结构轻巧，重量轻，强度和刚度较高。3）冲压件尺寸精度高，质量稳定，互换性好，一般不需机械加工即可作零件使用，节省原材料。4）冲压生产操作简单，生产率高，便于实现机械化和自动化。5）可以冲压形状复杂的零件，废料少。6）冲压模具结构复杂，精度要求高，制造费用高，只适用于大批量生产。3板料冲压所用原材料特点：特别是制造中空杯状和钩环状等成品时，必须具有足够的塑性。常用金属材料——低碳钢、铜合金、铝合金、镁合金及塑性高的合金钢等。常用设备——剪床、冲床剪床用来把板料剪切成一定宽度的条料，以供下一步的冲压工序用。冲床用来实现冲压工序，以制成所需形状和尺寸的成品零件，冲床的最大吨位已达40000kN。冲床4板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序按变形性质可分为分离工序和变形(成形）工序两大类。5第八章板料的冲压工艺第一节分离工序第二节变形工序第三节冲模的分类和构造第四节冲压工艺过程的制定6第一节分离工序分离工序——是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。如落料、冲孔、切断、精冲等。一、落料及冲孔落料是被分离的部分为成品，而周边是废料；冲孔是被分离的部分为废料，而周边是成品;落料及冲孔（统称冲裁）是使坯料按封闭轮廓分离的工序。7511.冲裁变形过程冲裁件质量、冲裁模结构与冲裁时板料变形过程关系密切板料的冲裁示意图8图8-1冲裁时板料的变形过程（1）冲裁变形过程的三个阶段（1）弹性变形阶段（图8-1）冲头接触板料后，继续向下运动的初始阶段，使板料产生弹性压缩、拉伸与弯曲等变形。此时，凸模下的材料略有弯曲，凹模上的材料则向上翘，间隙↑→弯曲、上翘↑9冲头继续压入，应力值→屈服极限→塑性变形，变形达一定程度时，位于凸、凹模刃口处的材料硬化加剧——出现微裂纹；塑性变形阶段结束。（2）塑性变形阶段冲头继续压入，已形成的上、下微裂纹扩大——向内扩展，上、下裂纹相遇重合时，材料被剪断分离。（3）断裂分离阶段10（2）冲裁件切断面上的区域特征冲裁件的断面有三个特征区，即圆角带、光亮带和断裂带①蹋角（圆角）带：刃口附近材料被弯曲和拉伸的结果。冲裁变形过程.swf11②光亮带：塑性变形过程中凸模（或凹模）挤压切入材料，使其受到剪切和挤压应力的作用而形成。表面光滑，断面质量最好。③剪裂（断裂）带：由于刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展断裂而形成。表面粗糙，略带斜度。④毛刺：微裂纹出现时产生,冲头继续下行时被拉长。12冲裁件分离面质量的影响因素：冲裁件的断面情况凸凹模间隙刃口锋利程度模具结构材料性能板料厚度132.冲裁凸凹模间隙52冲裁间隙是指冲裁凸模与凹模之间工作部分的尺寸之差，如图所示，即：Z=D凹－D凸冲裁间隙不仅对冲裁件的质量起决定性的作用，而且直接影响模具的使用寿命。图冲裁间隙14（1）间隙过小间隙过小——上、下裂纹向外错开→中间材料被二次剪切→第二个光亮带，且材料与凸、凹模之间的摩擦力增加→冲裁力、卸料力、推件力↑，凹凸模磨损加剧→模具寿命↓间隙过大→拉伸变形增加，上、下裂纹向内错开，光亮带减小，圆角带与锥度增大→厚大的拉长毛刺，冲裁的翘曲现象严重。对于批量较大而公差又无特殊要求的冲裁件——采用“大间隙”冲裁，提高模具寿命。（2）间隙过大15间隙合适—上、下裂纹重合一线，冲裁力、卸料力、推件力适中，模具寿命足够，零件尺寸几乎与模具一样。（3）间隙合适较小的间隙有利于提高冲裁件的质量。较大的间隙则有利于提高模具的寿命。间隙合理模具有足够长的寿命，零件的尺寸几乎与模具一致。冲裁模合理间隙值见表8-1163．凸凹模刃口尺寸的确定凸模和凹模刃口的尺寸取决于冲裁件尺寸和冲模间隙，因此必须正确决定冲模刃口尺寸。设计落料模时：先按落料件确定凹模刃口尺寸。取凹模作设计基准件，然后根据间隙确定凸模尺寸，即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值。设计冲孔模时：先按冲孔件确定凸模刃口尺寸。取凸模作设计基准件，然后根据间隙确定凹模尺寸，即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值。173．凸凹模刃口尺寸的确定冲模在工作过程中的磨损：落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大；冲孔件尺寸则随凸模的磨损而减小。为了保证零件的尺寸要求，并提高模具的使用寿命：落料时，凹模刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内的最小尺寸；冲孔时，凸模刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内的最大尺寸。184.冲裁力的计算54冲裁时材料对模具的最大抗力称为冲裁力。冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必须的依据。冲裁力大小与板料的材质、厚度及冲裁件周边的长度有关。普通平刃口冲裁模冲裁力的计算方法如下：P=KL式中P──冲裁力，N；L──冲裁件周长，mm；──板料厚度，mm；K──安全系数，通常取1.3。τ──材料的抗剪强度，MPa；查手册或=0.8b1955特点：材料利用率很高；尺寸不够准确；适用于对落料件品质要求不高的场合。图8-4同一落料件的四种排样方式5.冲裁件的排样排样：是指落料件在条料，带料或板料上合理布置的方法。排样合理则废料最少，材料利用率最大。落料件的排样有两种类型：无搭边排样：用落料件的一个边作为另一个落料件的边。图d2021特点：毛刺小，而且在同一个平面上；落料件尺寸准确，品质较高；但材料消耗多。有搭边排样：各落料件之间均留有一定尺寸的搭边。图8-4同一落料件的四种排样方式22二、修整修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉冲裁件上的剪裂带和毛刺，从而提高冲裁件的尺寸精度(IT6～IT7)，降低表面粗糙度值(Ra0.8～1.6µm)。修整冲裁件的外形称外缘修整，修整冲裁件的内孔称内孔修整。修整的机理：与冲裁完全不同，而与切削加工相似。23对于大间隙冲裁件：单边修整量一般为板料厚度的10％；对于小间隙冲裁件：单边修整量在板料厚度的8％以下。当冲裁件的修整总量大于一次修整量时，或板料厚度大于3mm时，均需多次修整。外缘修整模的凸凹模间隙，单边取0.001～0.01mm。也可以采用负间隙修整，即凸模刃口尺寸大于凹模刃口尺寸的修整工艺。24三、精密冲裁精密冲裁—是指通过一次冲压行程即可获得低表面粗糙度和高精度的冲裁零件的工艺方法。精密冲裁是利用小间隙的凸、凹模获得纯剪切塑性变形，避免出现撕裂现象的原理，从而获得既不带锥度又表面光洁的冲裁件。①一般冲裁：精度为IT10～IT11，Ra：12.5～3.2；②精密冲裁：IT8～IT9，Ra：3.2～0.20。图8-6精冲原理示意图(a)带齿圈压板精冲法(b)精冲时坯料变形区受力情况(c)普通冲裁的法1－凸模；2－齿圈压板；3－板料；4－顶板；5－凹模精冲的工作原理：精冲时，齿圈压板2将板料3压紧在凹模5表面，V形齿压入材料，使坯料径向受到压缩，当凸模下压时，板料处于凸模1的下压力、齿圈压板2的压边力及顶板4的反压力的共同作用下，此外由于凸、凹模的间隙很小，坯料处于强烈的三向压应力状态，提高了材料的塑性，抑制了剪切过程中裂纹的产生，使冲裁过程以接近于纯剪切的变形方式进行。26①材料分离形式：纯塑性剪切变形。②断面质量：全是光亮带。③间隙及刀口形式：精冲凸、凹模间隙要比普通冲模小的多；凸、凹模的刃口也不一定做成很锋利，而有时须做成圆弧及圆角形式。④精冲的工件极限尺寸较小，可冲裁宽度或孔径小于料厚的0.5～0.7mm的工件。⑤对原材料要求须有良好的塑性。⑥使用模具设备比普通冲裁复杂，使用自动及精冲专用设备；或在普通冲床上使用精冲模。⑦成本低。对同一精度冲裁件精冲提高了效率(普通冲裁需加整修工序)、节约工时、降低成本。应用：目前广泛用于一些精密的电子仪器、仪表、钟表及照相机零件的生产。特点:27塑性成形工序：指材料在不破裂的条件下产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和精度要求的零件。基本工序：拉深、弯曲、胀形、翻边等。第二节成形工序28第二节成形工序将一定形状的平板毛坯通过拉深模冲压成各种形状的开口空心件；或以开口空心件为毛坯通过拉深，进一步使空心件改变形状和尺寸的冷冲压加工方法。一、拉深采用拉深方法可生产筒形、阶梯型、锥形、球形、方盒形及其他不规则形状的薄壁零件。因此，拉深工艺在汽车、拖拉机、电器、仪表工业中得到广泛的应用。29拉深过程如图8-7示，其凸模和凹模有一定的圆角，其间隙一般稍大于板料厚度。拉深件的底部一般不变形，厚度基本不变。直壁厚度有所减小。图8-7拉深变形过程1.拉深变形过程及特点：30拉深变形具有以下特点:①变形区是板料的凸缘部分，其他部分是传力区。②板料变形在切向应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩和径向伸长的变形。③拉深时，金属材料产生很大的塑性流动，板料直径越大，拉深后筒形直径越小，其变形程度越大。由于应力的作用，拉深件的壁厚在不同的部位有减薄或增厚的变化：侧壁的上部增加最多，靠近底部的圆角部位附近，壁厚最小，也是拉深过程中最容易破裂的部分。同时环状变形区的切向压力很大，易使板料出现皱折，应采取措施预防。31拉深后，筒形件壁部的厚度与硬度都会发生变化。筒壁愈靠上，切向压缩愈大，壁部愈厚，变形量愈大，加工硬化现象严重，硬度愈高。筒壁的底部靠近圆角处，几乎没有切向压缩，变形程度小，加工硬化现象小，材料的屈服点低，壁厚变薄。（1）拉裂2.拉深中常见的废品及防止措施拉伸件最危险部位——直壁与底部过渡圆角处；拉应力材料强度极限时——拉裂拉深时，极限变形程度就是以不拉裂为前提的。图8-8拉裂32①正确选择拉伸系数拉深件直径d与坯料直径D的比值称为拉深系数，用m表示，即m=d/D。拉深系数不小于0.5～0.8。坯料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则可采用多次拉深工艺。第一次拉深系数m1=d1/D第二次拉深系数m2=d2/d1…………………………………第n次拉深系数mn=dn/dn-1总的拉深系数m=m1×m2×…×mn防止拉裂的措施是：多次拉深3334凸凹模的圆角半径为r，板料材质为钢，厚度为，则：R凹=10，R凸=（0.6~1）R凹若两个圆角半径过小，则容易拉裂。②合理设计拉深凸凹模的圆角半径③合理设计凸凹模的间隙一般取凸凹模的间隙为：z=(1.1~1.2)，比冲裁模间隙大。间隙过小，模具与拉深件间的摩擦力增大，容易拉裂工件，擦伤工件表面，缩短模具寿命。间隙过大，又容易使拉深起皱，影响拉深件的精度。④注意润滑在凹模与坯料的接触面上涂敷润滑剂，以利坯料向内滑动，减少摩擦，降低拉深件壁部的拉应力，减少模具磨损，防止拉裂。3559（2）起皱拉深时，凸缘部分是拉深过程中的主要变形区，而凸缘变形区的主要变形是切向压缩。当切向压应力较大而板料又较薄时，凸缘部分材料便会失去稳定而在凸缘的整个周围产生波浪形的连续弯曲，这就是拉深时的起皱现象。为防止起皱，实际生产中常采用压边圈来提高拉深时允许的变形程度，也可通过增加毛坯的相对厚度或拉深系数的途径来防止。图8-10起皱的拉深件图8-11有压边圈的拉深363.板料尺寸及拉深力的确定板料尺寸按拉深前后表面积不变的原则进行计算。方法：1.把拉深件划分成若干容易计算的部分，分别计算出其表面积。2.各表面积之和即得所需板料的总表面积，再求出板料直径。拉伸力的确定：设备的吨位应比所需的拉伸力大。对于圆筒件，最大拉伸力按下式计算：Fmax=3(b+s)(D-d-r凹)37弯曲是将金属材料弯成一定的角度、曲率和形状工件的冲压工艺方法。弯曲所用的材料有板料、棒料、管材和型材。弯曲可以在压力机上使用弯曲模压弯，也可在弯板机、弯管机、滚弯机和拉弯机上进行。二、弯曲38当外侧的拉应力超过板料的抗拉强度时，即会造成金属破裂。板料越厚，内弯曲半径r越小，拉应力越大，越