沖壓工藝學(xué)-3-分離工序_沖裁

1、12022-4-28第三章 沖裁 沖裁沖裁是通過(guò)一對(duì)工具（模具）的工作部分沖頭與凹模，利用沖壓設(shè)備加壓于其間的被沖材料，使之在有一定間隙的刃口處產(chǎn)生剪切等變形，進(jìn)而分離破斷的沖壓加工分離工序。 動(dòng)畫(huà)：沖裁過(guò)程沖頭P沖頭平面板料凹模平面凹模tc是分離工序的基礎(chǔ)和重點(diǎn)22022-4-28第三章 沖裁落料落料與與沖孔沖孔：金屬墊片落料工序沖孔工序32022-4-28第三章 沖裁材料力學(xué)材料力學(xué)作為剪切變形的實(shí)例和內(nèi)容，僅從工程結(jié)構(gòu)上宏觀的受力作為剪切變形的實(shí)例和內(nèi)容，僅從工程結(jié)構(gòu)上宏觀的受力和變形考慮。和變形考慮。塑性加工方法塑性加工方法為研究沖裁件質(zhì)量、模具壽命和沖裁力，應(yīng)從塑性力為研究沖裁件質(zhì)量

2、、模具壽命和沖裁力，應(yīng)從塑性力學(xué)理論和沖裁變形的實(shí)際條件，分析沖裁變形的機(jī)理。學(xué)理論和沖裁變形的實(shí)際條件，分析沖裁變形的機(jī)理。42022-4-28第三章 沖裁3.1 沖裁機(jī)理3.1.1 沖裁變形過(guò)程1 變形過(guò)程理論與模型變形過(guò)程理論與模型（1）宏觀理論模型）宏觀理論模型 沖裁變形分為三個(gè)階段：沖裁變形分為三個(gè)階段：彈性變形階段彈性變形階段塑性變形階段塑性變形階段斷裂分離階段斷裂分離階段52022-4-28第三章 沖裁（2）細(xì)觀理論模型）細(xì)觀理論模型 從細(xì)觀力學(xué)角度分析沖裁變形過(guò)程，認(rèn)為沖裁變形過(guò)程分為六個(gè)階段：沖從細(xì)觀力學(xué)角度分析沖裁變形過(guò)程，認(rèn)為沖裁變形過(guò)程分為六個(gè)階段：沖擊壓縮、壓入剪切、

3、裂縫生長(zhǎng)、突然分離、推出凹模和卸離沖頭階段。擊壓縮、壓入剪切、裂縫生長(zhǎng)、突然分離、推出凹模和卸離沖頭階段。沖裁變形過(guò)程62022-4-28第三章 沖裁2 沖裁曲線（力沖裁曲線（力-行程圖）行程圖）典型沖裁曲線沖裁力，微裂沖裁力，微裂紋產(chǎn)生紋產(chǎn)生裂紋重合，卸裂紋重合，卸載分離載分離推件力推件力卸料力卸料力72022-4-28第三章 沖裁3 沖裁變形過(guò)程沖裁變形過(guò)程82022-4-28第三章 沖裁3.1.2 沖裁變形區(qū)與受力1 沖裁變形區(qū)沖裁變形區(qū) 沖裁過(guò)程中材料變形區(qū)是位于沖頭與凹模的上下刃口尖端連線為中心沖裁過(guò)程中材料變形區(qū)是位于沖頭與凹模的上下刃口尖端連線為中心的區(qū)域，為一個(gè)紡錘形的范圍。的

4、區(qū)域，為一個(gè)紡錘形的范圍。變形區(qū)范圍隨材料延伸率和加工硬化指數(shù)提高而增大！變形區(qū)范圍隨材料延伸率和加工硬化指數(shù)提高而增大！92022-4-28第三章 沖裁2 變形區(qū)及鄰域的應(yīng)力分析變形區(qū)及鄰域的應(yīng)力分析（1）沖裁力導(dǎo)致的基本應(yīng)力）沖裁力導(dǎo)致的基本應(yīng)力 （2）力矩引起的彎曲應(yīng)力）力矩引起的彎曲應(yīng)力 102022-4-28第三章 沖裁3 變形區(qū)及鄰域的應(yīng)力狀態(tài)變形區(qū)及鄰域的應(yīng)力狀態(tài)（1）作用的外力）作用的外力 1）宏觀力學(xué)模型）宏觀力學(xué)模型 2）細(xì)觀力學(xué)模型）細(xì)觀力學(xué)模型 1pF凸、凹模對(duì)板料的垂直作用力凸、凹模對(duì)板料的側(cè)壓力凸、凹模端面與板料間的摩擦力凸、凹模側(cè)面與板料間的摩擦力2pF1F2F1

5、pF2pF1F2F材料力學(xué)的剪切模型材料力學(xué)的剪切模型 112022-4-28第三章 沖裁（2）應(yīng)力狀態(tài)圖）應(yīng)力狀態(tài)圖 沖裁變形區(qū)及其鄰域內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，并且與變形過(guò)程有關(guān)。沖裁變形區(qū)及其鄰域內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，并且與變形過(guò)程有關(guān)。122022-4-28第三章 沖裁3.2 沖裁件的質(zhì)量3.2.1 沖裁件的斷面沖裁件斷面沖裁件斷面裂紋擴(kuò)展方向裂紋擴(kuò)展方向毛刺產(chǎn)生原因毛刺產(chǎn)生原因132022-4-28第三章 沖裁3.2.2 沖裁件的精度1 彎拱：彎矩作用的結(jié)果；預(yù)防措施；影響因素彎拱：彎矩作用的結(jié)果；預(yù)防措施；影響因素2 尺寸精度：沖裁件的彈性回復(fù)所致；影響因素尺寸精度：沖裁件的彈性回復(fù)所致；影響

6、因素3 斜度：彎曲變形引起光亮帶斜度；剪裂帶斜度斜度：彎曲變形引起光亮帶斜度；剪裂帶斜度142022-4-28第三章 沖裁3.3 沖裁間隙1 間隙對(duì)沖裁變形及沖裁件斷面的影響間隙對(duì)沖裁變形及沖裁件斷面的影響3.3.1 間隙對(duì)沖裁工藝的影響刃口狀態(tài)和材料塑性刃口狀態(tài)和材料塑性152022-4-28第三章 沖裁2 間隙對(duì)沖裁件精度的影響間隙對(duì)沖裁件精度的影響3 間隙對(duì)模具壽命的影響間隙對(duì)模具壽命的影響4 間隙對(duì)沖裁力的影響間隙對(duì)沖裁力的影響間隙的選擇依據(jù) 對(duì)于一般的沖裁件，模具加工容易且壽命長(zhǎng)，沖裁件斷面比較平滑，塌角、毛刺和剪裂帶所占比例比較小，光亮帶占斷面的1/3或更大，則認(rèn)為能夠?qū)崿F(xiàn)這種沖裁

7、的間隙為實(shí)用間隙的選擇范圍。 162022-4-28第三章 沖裁tgtbttgbtC)1 ()(3.3.2 間隙值計(jì)算與選用mtZ 1 理論計(jì)算理論計(jì)算2 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式3 查表查表172022-4-28第三章 沖裁qm值的確定 q對(duì)于機(jī)械制造及汽車拖拉機(jī)行業(yè)：當(dāng)t比較小時(shí)(t=3mm)q軟材料（如08、10鋼、黃銅紫銅等）：m=0.080.10；q中硬材料（如Q235、Q255鋼，20、25鋼等）：m=0.10.12；q硬材料（如45鋼等）：m=0.120.14；q對(duì)于電器及儀表行業(yè)：當(dāng)t比較小時(shí)(t3mm時(shí)，由于沖裁力較大，可以適當(dāng)放大系數(shù)m，當(dāng)斷面質(zhì)量沒(méi)有特別要求時(shí)，一般可以放大到1.

8、5倍。182022-4-28第三章 沖裁I、II、III分指沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度要求級(jí)別高、中、低192022-4-28第三章 沖裁3.4 沖裁模刃口尺寸確定 凸凹模刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素。必須考慮到凸凹模刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素。必須考慮到光亮帶尺寸決定制件尺寸光亮帶尺寸決定制件尺寸和和模具在使用中的磨損模具在使用中的磨損。1 決定模具刃口尺寸確定的原則決定模具刃口尺寸確定的原則1）設(shè)計(jì)落料模時(shí)應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上。2）落料凹模刃口尺寸應(yīng)靠近落料件公差范圍內(nèi)的最小尺寸，沖孔凸模刃口尺寸應(yīng)靠近孔的公

9、差范圍內(nèi)的最大尺寸。3）凸凹模間隙取最小合理間隙。4）考慮彈復(fù)的影響，對(duì)于厚板料、高彈性材料以及有特殊要求的沖裁件。 202022-4-28第三章 沖裁2 凸凹模刃口尺寸計(jì)算方法凸凹模刃口尺寸計(jì)算方法1）分開(kāi)加工分開(kāi)加工：分別標(biāo)注凸凹模刃口尺寸及公差，適于圓形及簡(jiǎn)單形狀。 若落料件尺寸 、沖孔件尺寸 ，則落料模：落料模：沖孔模：沖孔模：要滿足要滿足 或或式中式中 制造公差，可查表；x系數(shù)，可查表DdpZDDdp)(minpxddp)(dZddpd)(mindxDDd)(dp、minmaxZZdp)(4 . 0minmaxZZp212022-4-28第三章 沖裁2）凸模與凹模配合加工凸模與凹模配

10、合加工 是先按尺寸和公差制造出凹?；蛲鼓Ｆ渲幸粋€(gè)(基準(zhǔn)件)，然后依此為基準(zhǔn)再按最小合理間隙配做另一件。 優(yōu)點(diǎn)：不僅容易保證凸、凹模間隙很小,而且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差,使制造容易。 適用于：異形或復(fù)雜刃口。 設(shè)計(jì)時(shí)，基準(zhǔn)件的刃口尺寸及制造公差應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注，非基準(zhǔn)件上只標(biāo)注公稱尺寸，但在圖樣上注明：“凸(凹)模刃口按凹(凸)模實(shí)際刃口尺寸配作，保證最小雙面合理間隙值?！?22022-4-28第三章 沖裁3.5 工藝力及沖裁功1.沖裁力:板料阻止凸模向下運(yùn)動(dòng)的力；是變化的，常指最大沖裁力 沖裁力是選擇沖壓設(shè)備噸位和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度的重要依據(jù)。 平刃沖模的沖裁力 (k=1.3) 還可由 表示，其中p表

11、示單位沖裁力，可查下表。2.沖裁功 平刃沖裁時(shí)，沖裁功 在選用壓力機(jī)時(shí)，必須滿足 W W沖 (W壓力機(jī)所規(guī)定的每次行程總功)bLtkLtPmPtW310沖LtpP3 . 1232022-4-28第三章 沖裁242022-4-28第三章 沖裁3.卸料力、推料力、頂件力卸料力從凸模將零件或廢料卸下的力推件力從凹模內(nèi)順沖裁方向?qū)⒘慵驈U料推出的力頂件力從凹模內(nèi)逆沖裁方向?qū)⒘慵驈U料推出的力 為系數(shù)，可查表，n為卡在凹模中工件或廢料數(shù)。PKP卸卸PKnP推推PKP頂頂卸K推K頂K252022-4-28第三章 沖裁4.降低沖裁力的方法1）材料加熱紅沖2）斜刃沖裁3）多凸模階梯布置a) 斜刃落料；b) 斜

12、刃沖孔；c) 階梯形凸模262022-4-28第三章 沖裁疊層兩步?jīng)_裁疊層兩步?jīng)_裁級(jí)進(jìn)模兩步?jīng)_裁級(jí)進(jìn)模兩步?jīng)_裁3.6 多工步?jīng)_裁272022-4-28第三章 沖裁3.7 精密與半精密沖裁1.精密沖裁 它能在一次沖壓行程中獲得比普通沖裁零件它能在一次沖壓行程中獲得比普通沖裁零件尺寸精度高、沖裁面光尺寸精度高、沖裁面光潔、翹曲小且互換性好的潔、翹曲小且互換性好的優(yōu)質(zhì)精沖零件優(yōu)質(zhì)精沖零件,并以較低的成本達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的并以較低的成本達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的改善改善。精密沖裁實(shí)現(xiàn)的必要條件:1) 強(qiáng)力的齒圈壓邊圈2) 很小的沖裁間隙3) 凹模刃口帶有小圓角4) 強(qiáng)力的反頂裝置282022-4-28第三章 沖裁精密

13、沖裁特點(diǎn)：292022-4-28第三章 沖裁bLtP9 .0112)6 . 03 . 0(PP 13)25. 01 . 0(PP 14)15. 01 . 0(PP 15)15. 01 . 0(PP 工藝力計(jì)算：沖裁力沖裁力壓邊力壓邊力反壓力反壓力卸料力卸料力頂件力頂件力302022-4-28第三章 沖裁2. 半精沖 分離機(jī)理與普通沖裁相同。但是由于加強(qiáng)了沖裁區(qū)的靜水壓效果，推遲了剪裂紋的發(fā)生，使光亮帶比例增加，斷面質(zhì)量明顯提高。1）小間隙圓角刃口沖裁（光潔沖裁）小間隙圓角刃口沖裁（光潔沖裁） 落料時(shí)凹模刃口帶小圓角，沖孔時(shí)凸模刃口帶小圓角，沖裁間隙為0.010.02mm，適于塑性好的材料。凹模

14、圓角半徑見(jiàn)表3-7或0.1t。沖裁力： P（1.31.5）P普312022-4-28第三章 沖裁2）負(fù)間隙沖裁（擠壓沖裁）負(fù)間隙沖裁（擠壓沖裁） 凸模直徑大于凹模直徑，一般為(0.050.3)t，沖裁時(shí)先形成一倒錐毛坯，再將其擠過(guò)凹模洞口。適于塑性好的材料。沖裁力： PCP普 C系數(shù)： 鋁 C=1.31.6 黃銅，軟鋼 C=2.252.8322022-4-28第三章 沖裁3）上下（反復(fù)）沖裁）上下（反復(fù)）沖裁 4）對(duì)向凹模沖裁）對(duì)向凹模沖裁332022-4-28第三章 沖裁5）擠壓式?jīng)_裁）擠壓式?jīng)_裁6）脹拉沖裁）脹拉沖裁342022-4-28第三章 沖裁3.8 分離工序特點(diǎn)從變形機(jī)理來(lái)講，沖壓

15、分離加工的基本工序可以分為沖裁、整修、精沖和從變形機(jī)理來(lái)講，沖壓分離加工的基本工序可以分為沖裁、整修、精沖和半精沖四種，變形機(jī)理如下：半精沖四種，變形機(jī)理如下：（1）沖裁：有裂縫發(fā)生、發(fā)展且會(huì)合而達(dá)到材料分離的變形機(jī)理）沖裁：有裂縫發(fā)生、發(fā)展且會(huì)合而達(dá)到材料分離的變形機(jī)理（2）整修整修：對(duì)沖裁件斷面再加工，以生成切屑的方式實(shí)現(xiàn)分離變形切削機(jī)理：對(duì)沖裁件斷面再加工，以生成切屑的方式實(shí)現(xiàn)分離變形切削機(jī)理（3）精沖：以強(qiáng)烈的靜水壓條件抑制裂紋發(fā)展而實(shí)現(xiàn)材料斷面塑性分離的變形機(jī)理）精沖：以強(qiáng)烈的靜水壓條件抑制裂紋發(fā)展而實(shí)現(xiàn)材料斷面塑性分離的變形機(jī)理（4）半精沖：復(fù)合兩種以上、且相互作用的斷裂分離機(jī)理）半精沖：復(fù)合兩