板金工艺与模具结构基础知识

钣金工艺和模具结构基础知识前言冲压件的工艺性板料冲压性能与成型极限冲压件常用钢材的牌号与性能及中外对照表冲裁弯曲前言：冲压工艺是塑性加工的基本方法之一。它主要用于加工板金零件，所以有时也叫板金冲压。冲压不仅可以加工金属材料，而且可以加工非金属材料。冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使其变形的内力。当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的一部分便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获的一定的形状、尺寸和性质的零件。冲压生产靠模具和设备完成加工过程，所以生产效率高。而且操作简便，便于实现自动化和机械化。由于冲压加工的零件形状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能的不同，当前在生产中所采用的冲压工艺多种多样。但是概括起来可以分成分离工序和成形工序两大类。分离工序的目的是在冲压过程中使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，同时，冲压件分离断面的质量也要满足一定的要求。成形工序的目的，是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，同时也应当满足尺寸精度方面的要求。第一节冲压件的工艺性冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。一般情况下，对冲压工艺影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。1、冲裁件的工艺性1.1冲裁件的形状应能符合材料合理排样,减少废料.1.2冲裁件各直线或曲线的连接处,宜有适当的圆角。如果冲裁件有尖角，不仅给冲裁件的制造带来困难，而且模具也容易坏。只有在采用少废料、无废料排样或镶拼模具结构时不要圆角1.3冲裁件凹入和凸出部份宽度不易太小并应避免过长的悬臂与狭槽冲裁件材料为高碳钢时,b≥2t;冲裁材料为黄铜、纯铜、铝、软钢时，b≥1.5t。对于材料厚度t≤1m时,按t=1mm计算.1.4冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不易过小，其数值与孔的形状，材料的机械性能,材料的厚度等有关。冲孔的最小尺寸见表：0.5t0.35t0.3t0.3t0.25t0.28t0.3t0.4t1.0t0.7t0.5t0.35t0.4t0.8t1.0t1.3t圆形距形距形圆形自由冲凸模酚醛层压布纸铝软铜及黄铜硬钢材料精密导向凸模1.5冲裁件的孔与孔之间,孔与边缘之间的距离a受到模具强度和冲裁件质量的限制,其值不易过小,宜取a≥2t,并不得小于3-4mm,必要时可取a=(1-1.5)t,(t＜1mm时按t=1mm计算)且模具寿命因此降低或结构复杂程度增加.aaaa1.6在弯曲件或拉伸件上冲孔时,其孔壁与工件直壁之间的距离不能小于如图所示.如果距离过小,孔边进入工件底部的圆角部分,冲孔时凸模将受到水平推力.R1R2R2+0.5tt弯曲件拉深件tR2+0.5tR2R1R1+0.5tR1+0.5t2、弯曲件的工艺性2.1弯曲件的圆角半径小于最小弯曲半径,以免产生裂纹。但也不能过大，因为过大时受到回弹的影响弯曲角度与圆角半径的精度都不易保证。常用材料的最小弯曲半径0.4t0.5t0.3t0.5t1.2t0.8t1.0t0.8t0.4t0.5t0.2t0.35t0.1t0.1t0.1t0.1t冷作硬化状态平行纤维垂直纤维退火状态黄铜(半硬)铝15.20.Q235-A08.10.Q195.Q215-A材料垂直纤维平行纤维弯曲线的位置2.2弯曲的弯边长度不宜过小,其值应为h＞R+2t。当h较小时，弯边在模具上支持的长度过小，不易得到形状准确的零件。thR避免在宽度突起处弯曲2.3弯曲线不应位于零件宽度变形处,以免撕裂,如必须在宽度突变处弯曲,应事先冲工艺孔或工艺槽。防止弯曲处撕裂的工艺措施工艺孔LR+tRb2t工艺孔防止弯曲处撕裂的工艺措施RRdR+t2.4有孔的毛坯弯曲时,如果孔、槽位于弯曲附近,弯曲时会使孔变形。为了避免这种缺陷出现，必须使这些孔分布在变形区之外。从孔边到弯曲半径R中心的距离为当t＜2mm时，L≥t;当t≥2mm时，L≥2t.弯曲件孔的位置thRL2.5对称弯曲件，左右弯曲半径应一致,应保证弯曲过程中受力平衡，防止产生滑动。对称弯曲件R1R2R3R4R1=R2R3=R42.6工艺孔有耐于弯曲件毛坯的精度定位.2.7切舌和弯曲同时进行时，所弯曲的小角带有斜度就易从凹模中脱出。工艺定位孔a切舌带有斜度3、拉深件成形件的工艺性3.1拉深件侧壁与底面或凸缘连接处的圆角R1R2,特别是R2应尽量大些，因为它们相当于最后一幅拉深模的凸模及凹模的圆角。放大这些圆角半径，能够减少拉深次数，或使零件容易拉深成形。应取R1≥t,最好R1＝（3～5）t应取R2≥2t,最好R2＝（5～10）t3.2距形拉深件四周的圆角也应放大.应取R3≥3t,为了减少拉深工序尽可能取R3≥1/5h有凸缘拉深件件tddfR1R2R1hR3矩形垃伸件3.3除非在结构上有特殊需求,必须尽量避免异常复杂及非对称形状的拉伸件,对于半敞开的空心件,应考虑设计成对的拉伸,然后刨切开比较有利。3.4垃伸件的凸缘宽度应尽可能保持一致。3.5在零件的平面部分,尤其是在距边缘较远处,局部凹坑的深度与凸起的高度不宜过大。3.6应尽量避免曲面空心零件的尖底形状,尤其高度大时,其工艺性更差。第二节板料冲压性能与成形极限1、板料冲压性能是指板料对各种冲压方法的适应能力。不同的冲压工序，板料的应力状态，变形特点及变形区和传力区之间的关系将各不同，所以对板料的冲压性能的要求也都不相同。2、板料机械性能指标与板料冲压性能指标的关系。板料机械性能指标与板料冲压性能指标有密切关系。一般而言，板料的强度指标越高，产生相同变形量所需的力就越大；塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大；刚性指标越高，成形时抵抗失稳起皱的能力就越大。2.1强度极限δb和屈服极限δs它们是决定材料变形抗力的基本指标。强度极限δb和屈服极限δs愈高，则变形抗力愈高，因而冲压时材料所经受的应力也就愈高。对伸长为主的变形，如胀形、拉弯等，当δs低时为消除零件的松驰等弊病和为使零件的尺寸得到固定所必须的拉力也小。这时由于成形所必须的拉与毛料破坏时的拉断力之差较大，故成形工艺的稳定性高，不易出废品。2.2屈强比δs/δb小的屈强比几乎对所有的冲压成形都是有利的.对压缩为主的变形,如在拉延时,材料在δs小,则变形区的切向压应力较小,材料起皱的趋势小。因此防止起皱的的压边力和摩擦损失都要相应的降低，结果对提高极限变形程度有利。3常用材料的冲压性能3.1冲压用材料规格的分类:按厚度不同的材料可分为板料、带料（卷料）和块料板料：冲压车间应用最广的材料适用于成批生产。生产中按需要将板料剪裁成各种尺寸的条料再生产。带料（卷料）：适用于大料生产根据材料不同，有不同的宽度尺寸，一般配置自动送料装置，可适用连续模批量生产。块料：小量或单件生产时用。对于价值昂贵的特种金属，可由制造厂根据订户要求的尺寸制成圆形和方形的块料。板料有冷轧和热轧两种。3.2冲压常用材料及其冲压性能3.2.1碳钢以低碳钢使用较多.常用的材料牌号有:08、08F、钢10、钢10F、和钢20等。低碳钢的冲压性能都较好，且有良好的焊接性能。一般以制造受力不大的冲压件。4.金属材料的主要性能指标及其解释4.1极限强度:材料抵抗外力破坏作用的最大能力,或叫破坏强度4.2抗拉强度(抗张强度):外力是拉力的极限强度4.3抗压强度:外力是压力的极限强度4.4抗弯强度:外力与材料轴线垂直,并在作用使材料呈弯曲,这时的极限强度叫抗弯强度4.5屈服点(屈服极限):材料在外力作用下达到一定程度时,即使外力不再增加,而变形仍继续,这种现象叫做屈服.开始发生屈服现象的应力叫做屈服点(或叫屈服强度)4.6抗剪强度:外力与材料轴线垂直,并对材料作剪切作用,这时的应力叫做抗剪强度.4.7疲劳强度:材料受无限次反复交变负荷作用下而不受破坏的最达应力1、常用碳素冷(热)轧钢板第三节.冲压件常用钢材的牌号与性能及中外对照表材料名称牌号材料状态机械性能抗剪强度τ0MPa抗拉强度σbMPa屈服强度σsMPa延伸率δ10％普通碳素钢Q195未经退火的260～320320~40019528~33Q215270～340340~42021526~31Q235310～380440~47023521~25Q255340~420490~52025519~23Q275400~500580~62027515~19材料名称牌号材料状态机械性能抗剪强度τ0MPa抗拉强度σbMPa屈服强度σsMPa延伸率δ10％碳素结构钢05已退火的2002302805F210~300260~3803208F220~310280~3901803208260~360330~4502003210F220~340280~4201903010260~340300~4402102915F250~370320~4602815270~380340~48023026材料名称牌号材料状态机械性能抗剪强度τ0MPa抗拉强度σbMPa屈服强度σsMPa延伸率δ10％碳素结构钢20F已退火的280~390340~4802302620280~400360~5102502525320~440400~5502802430360~480450~6003002235400~520500~6503202040420~540520~6703401845440~560550~7003601650440~580550~730380142常见普通碳素钢的中日牌号对照表序号中国GB日本JIS1Q195--2Q215A,Q215BSS343Q235A,Q235B,Q235C,Q235D（A,B,C,D为质量等级代号）SS344Q255A,Q255DSM41B5Q275SS503常见的日本产碳素钢板与镀层钢板的牌号符号钢板名称符号钢板名称SPCCSPCDSPCESPCCTSPCENSPHCSPHDSPHESPHT冷轧碳素钢板（带）①同上，T-保证抗拉或杯突试验值同上，N-保证无时效性热轧碳素钢板（带）①钢管用热轧碳素钢带SPPSAXCSAXDSAXESECCSECDSECESEHCSEHDSEHE搪瓷制品用钢板（带）热镀铝钢（带）①电镀锌钢板（带）①冷轧板电镀锌钢板（带）①热轧板牌号中的字母含义：S-钢，P-薄板≤4，C-冷轧加工，H-热轧加工。①：钢号末尾字母C－一般用途；D－冲压用途；E－深冲用途。}}}}4.表面预镀（涂）层钢板：4.1表面预镀层钢板：用电化学方法，在钢板表面镀上一层防腐的金属材料，以抵抗空气，水的腐蚀。常见的有镀锌板，镀铝板，镀锡板（俗称马口铁），彩色不锈钢板4.2表面预涂层钢板：用物理方法，在钢板表面覆盖上一层有良好的防腐性能的物质。如热镀锌钢板，用加热的方法，在钢板表面附上一层抗氧化的锌锡合金层。如预涂钢板，在表面喷涂上一层具有高附着力，高强度的塑料树脂，通过加热固化后，成为良好的防腐层。如防盗门体材料，可以进行剪切，拉延等加工。如印花钢板，在钢板表面喷或印上一层油漆，在加热固化后，成为良好的防腐层。第四节冲裁冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序。从板料上冲下为所需的工件（或毛坯）的工序叫落料，在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）的工序叫冲孔。下面就冲裁变形过程、冲裁间隙、冲裁刃口尺寸计算等问题进行分析。1、冲裁的变形过程由图一所示的冲裁变形过程：凸模与凹模组成上下刃口,材料放在凹模上,凸模逐步下降使材料产生变形,直至全部分离而完成冲裁。整个冲裁过程材料的变形分为三个阶段。冲裁变形过程第一阶段第二阶段第三阶段图一⑴弹性变形阶段由于凸模加压，材料发生弹性压缩与弯曲，并略有挤入凹模洞口。这时材料内应力没有超过弹性极限，若卸压，材料即恢复原状，故称弹性变形阶段。⑵塑性变形阶段凸模续加压，材料的内应力达到屈服极限,部分金属被挤入凹模洞口，产生塑剪变形，得到光亮的剪切断面。因凸、凹模间存在间隙，故在塑剪变形的同时还伴有材料的弯曲与