熱加工工藝基礎(chǔ)第二章 第四節(jié) 板料沖壓

1、第二章第二章 金屬塑性成形金屬塑性成形第四節(jié)第四節(jié) 板料沖壓（板料沖壓（P93） 板料沖壓是利用裝在沖床上的沖模對金板料沖壓是利用裝在沖床上的沖模對金屬板料加壓，使之產(chǎn)生變形或分離，從而獲屬板料加壓，使之產(chǎn)生變形或分離，從而獲得零件或毛坯的加工方法。得零件或毛坯的加工方法。 又稱薄板沖壓或冷沖壓。又稱薄板沖壓或冷沖壓。 板料沖壓的特點：（板料沖壓的特點：（P93P93）1）在常溫下加工，金屬板料必須具有足夠的塑性和較低在常溫下加工，金屬板料必須具有足夠的塑性和較低的變形抗力。的變形抗力。 2）金屬板料經(jīng)冷變形強化，并獲得一定的幾何形狀后，金屬板料經(jīng)冷變形強化，并獲得一定的幾何形狀后，結(jié)構(gòu)輕巧，

2、強度和剛度較高。結(jié)構(gòu)輕巧，強度和剛度較高。 3）沖壓件尺寸精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，一般不需沖壓件尺寸精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，一般不需機械加工即可作零件使用。機械加工即可作零件使用。 4）沖壓生產(chǎn)操作簡單，生產(chǎn)率高，便于實現(xiàn)機械化和自沖壓生產(chǎn)操作簡單，生產(chǎn)率高，便于實現(xiàn)機械化和自動化。動化。 板料沖壓的特點：（板料沖壓的特點：（P94P94）5）可以沖壓形狀復(fù)雜的零件，廢料少。）可以沖壓形狀復(fù)雜的零件，廢料少。6）沖壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，制造費用高，只適沖壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，制造費用高，只適用于大批量生產(chǎn)。用于大批量生產(chǎn)。 沖壓工藝廣泛應(yīng)用于汽車、飛機、農(nóng)業(yè)機械、儀表電沖壓

3、工藝廣泛應(yīng)用于汽車、飛機、農(nóng)業(yè)機械、儀表電器、輕工和日用品等工業(yè)部門。器、輕工和日用品等工業(yè)部門。 常用沖壓件演示常用沖壓件演示二、沖裁（二、沖裁（P94P94） 沖裁是利用沖模使板料沖裁是利用沖模使板料沿封閉輪廓分離的工序：沿封閉輪廓分離的工序：包括沖孔和落料兩個具體包括沖孔和落料兩個具體工序。工序。 沖孔和落料兩個工序沖孔和落料兩個工序的變形過程和模具結(jié)構(gòu)是的變形過程和模具結(jié)構(gòu)是一樣的一樣的 沖孔是在板料上沖出沖孔是在板料上沖出孔洞孔洞 而落料是得到與孔洞而落料是得到與孔洞同樣形狀的板料。同樣形狀的板料。 如圖所示。如圖所示。1 1、沖裁過程：板料沖裁時有、沖裁過程：板料沖裁時有變形和分離

4、變形和分離兩個過程；兩個過程； 如圖所示，當(dāng)凸模如圖所示，當(dāng)凸模向向下運動壓住板料時下運動壓住板料時，板料受到擠壓，板料受到擠壓，產(chǎn)生產(chǎn)生彈性變形彈性變形并進而產(chǎn)生并進而產(chǎn)生塑性變形塑性變形，當(dāng)上下刃口附近材料內(nèi)，當(dāng)上下刃口附近材料內(nèi)的應(yīng)力超過一定限度后，即開始出現(xiàn)的應(yīng)力超過一定限度后，即開始出現(xiàn)裂紋裂紋，裂紋擴展，板料，裂紋擴展，板料切離。切離。 沖裁區(qū)可分為塌角、光亮帶、剪裂帶和毛刺四部分。沖裁區(qū)可分為塌角、光亮帶、剪裂帶和毛刺四部分。光亮帶光亮帶具有最好的尺寸精度和光潔的表面。其它三個區(qū)域降低沖裁具有最好的尺寸精度和光潔的表面。其它三個區(qū)域降低沖裁件質(zhì)量。這與件質(zhì)量。這與凹凸模間隙、凹凸

5、模間隙、刃口鋒利程度刃口鋒利程度、模具結(jié)構(gòu)模具結(jié)構(gòu)、材料材料的性質(zhì)，板料厚度的性質(zhì)，板料厚度等等有關(guān)。有關(guān)。 2 2、模具間隙（、模具間隙（P95P95） 模具間隙對沖裁質(zhì)量和模具壽命有重大影響，是模具間隙對沖裁質(zhì)量和模具壽命有重大影響，是沖裁的重要工藝參數(shù)。沖裁的重要工藝參數(shù)。 間隙合適，上下裂紋重合，斷口表面平整，毛刺間隙合適，上下裂紋重合，斷口表面平整，毛刺小，沖裁力小。小，沖裁力小。 間隙太大，材料的拉伸變形增大，塌角、毛刺、間隙太大，材料的拉伸變形增大，塌角、毛刺、剪裂帶均增大，沖裁質(zhì)量惡化；剪裂帶均增大，沖裁質(zhì)量惡化； 間隙太小，上下裂紋不重合，斷口中部出現(xiàn)撕裂，間隙太小，上下裂紋

6、不重合，斷口中部出現(xiàn)撕裂，毛刺也會增大，還會加速模具模損，沖裁質(zhì)量很快惡毛刺也會增大，還會加速模具模損，沖裁質(zhì)量很快惡化；化；（1）簡化模具制造，降低生產(chǎn)成本。）簡化模具制造，降低生產(chǎn)成本。（2）考慮排料方便，節(jié)約原材料。）考慮排料方便，節(jié)約原材料。如圖為四種不同排樣方法消耗材料的對比。如圖為四種不同排樣方法消耗材料的對比。 排樣可分為無搭邊排樣（圖排樣可分為無搭邊排樣（圖d d）和有搭邊排樣（如）和有搭邊排樣（如圖圖a a、b b、c)c)。 沖裁后，沖下件的尺寸和余料的相應(yīng)尺寸是不同的，沖裁后，沖下件的尺寸和余料的相應(yīng)尺寸是不同的，二者相差數(shù)值為模具間隙的兩倍。二者相差數(shù)值為模具間隙的兩倍

7、。 d1=d0+Z d1=d0+Z 故在設(shè)計沖孔模具時，故在設(shè)計沖孔模具時，應(yīng)使凸模刃口尺寸等于孔的尺應(yīng)使凸模刃口尺寸等于孔的尺寸，凹模刃口尺寸為孔的尺寸加兩倍間隙值寸，凹模刃口尺寸為孔的尺寸加兩倍間隙值； 落料模具時，落料模具時，凹模刃口尺寸為成品尺寸，凸模刃口尺凹模刃口尺寸為成品尺寸，凸模刃口尺寸為成品尺寸減去相應(yīng)間隙值。寸為成品尺寸減去相應(yīng)間隙值。模具間隙一般為板料厚度模具間隙一般為板料厚度的的5 510%10%， 3 3、設(shè)計沖裁件的要求、設(shè)計沖裁件的要求（1）簡化模具制造，降低生產(chǎn)成本。）簡化模具制造，降低生產(chǎn)成本。（2）考慮排料方便，節(jié)約原材料。）考慮排料方便，節(jié)約原材料。如圖為四

8、種不同排樣方法消耗材料的對比。如圖為四種不同排樣方法消耗材料的對比。 排樣可分為無搭邊排樣（圖排樣可分為無搭邊排樣（圖d d）和有搭邊排樣（如）和有搭邊排樣（如圖圖a a、b b、c)c)。 * *沖裁件的修整：沖裁件的修整： 利用修整模沿沖裁件的外緣或內(nèi)孔，切去一薄層金屬，以利用修整模沿沖裁件的外緣或內(nèi)孔，切去一薄層金屬，以除去塌角、剪裂帶和毛刺，提高尺寸精度和降低表面粗糙度。除去塌角、剪裂帶和毛刺，提高尺寸精度和降低表面粗糙度。 修整沖裁件的外形為外緣修整，修整內(nèi)孔為內(nèi)緣修整。修整沖裁件的外形為外緣修整，修整內(nèi)孔為內(nèi)緣修整。 如圖所示。如圖所示。 （4 4）R R和和L L繼續(xù)減小，板繼續(xù)

9、減小，板料內(nèi)側(cè)開始于凸模的工作料內(nèi)側(cè)開始于凸模的工作表面接觸。表面接觸。（5 5）L2L2段以外語凸模接段以外語凸模接觸向反方向彎曲。觸向反方向彎曲。（6 6）RLRL繼續(xù)減小繼續(xù)減小. .（7 7）板料與凸凹模完全）板料與凸凹模完全貼合。貼合。 三、彎曲：（三、彎曲：（P96P96） 彎曲是將平直板料彎成一定角度和圓弧的工序。彎曲是將平直板料彎成一定角度和圓弧的工序。1.1.彎曲過程彎曲過程（1 1）沖頭下降與板料接觸后，板料開始彎曲。）沖頭下降與板料接觸后，板料開始彎曲。（2 2）RORO較大，較大，LOLO較大。較大。（3 3）RORO減小為減小為R1.L0R1.L0減小為減小為L1.L

10、1.三、彎曲：三、彎曲： 如圖所示變形區(qū)如圖所示變形區(qū)外層金屬外層金屬受切向拉應(yīng)力作用，發(fā)生伸受切向拉應(yīng)力作用，發(fā)生伸長變形；長變形； 內(nèi)層金屬內(nèi)層金屬受切向壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生壓縮變形；受切向壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生壓縮變形； 在這兩個應(yīng)力在這兩個應(yīng)力- -應(yīng)變區(qū)之間存在一個不產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變應(yīng)變區(qū)之間存在一個不產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變的中性層，位置在板料的中心部位。的中性層，位置在板料的中心部位。 板料的外層金屬產(chǎn)生的拉伸量最大，所受的拉應(yīng)力最板料的外層金屬產(chǎn)生的拉伸量最大，所受的拉應(yīng)力最大，甚至可能被拉裂。大，甚至可能被拉裂。 彎曲變形區(qū)的外表層存在最大的切向拉應(yīng)力和最大的伸長彎曲變形區(qū)的外表層存在最大的切向拉

11、應(yīng)力和最大的伸長變形，是最危險的部位，如果最大拉應(yīng)力超過材料的強度極限，變形，是最危險的部位，如果最大拉應(yīng)力超過材料的強度極限，則會造成板料破裂。則會造成板料破裂。 最大拉應(yīng)力與彎曲半徑，板料厚度，材料性能有關(guān)。最大拉應(yīng)力與彎曲半徑，板料厚度，材料性能有關(guān)。 為了防止拉裂，（為了防止拉裂，（1 1）應(yīng)盡量選用強度高而塑性好的材料。）應(yīng)盡量選用強度高而塑性好的材料。（2 2）限制彎曲半徑，使實際彎曲半徑大于材料允許的最小半）限制彎曲半徑，使實際彎曲半徑大于材料允許的最小半徑。（徑。（3 3）并在下料時，使拉應(yīng)力方向和鍛造流線方向一致。）并在下料時，使拉應(yīng)力方向和鍛造流線方向一致。如圖所示。如圖所

12、示。 （4 4）防止板料表面劃傷。）防止板料表面劃傷。 2 2、彎曲件彈復(fù)（回彈）：、彎曲件彈復(fù)（回彈）： 塑性彎曲使板料產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，當(dāng)外載荷塑性彎曲使板料產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，當(dāng)外載荷去除后，彈性變形部分恢復(fù)，從而使板料產(chǎn)生與彎曲方向去除后，彈性變形部分恢復(fù)，從而使板料產(chǎn)生與彎曲方向相反的變形相反的變形 。 如圖所示。如圖所示。 2 2、彎曲件彈復(fù)（回彈）：、彎曲件彈復(fù)（回彈）： 彈復(fù)現(xiàn)象會影響彎曲件的尺寸精度，材料的屈服強彈復(fù)現(xiàn)象會影響彎曲件的尺寸精度，材料的屈服強度越高，彈復(fù)角越大；度越高，彈復(fù)角越大； 彎曲半徑越大，彈性變形所占比例越大，彈復(fù)角越大；彎曲半徑越大，彈性變形

13、所占比例越大，彈復(fù)角越大； 彎曲半徑不變時，彎曲角越大，彈復(fù)角越大。彎曲半徑不變時，彎曲角越大，彈復(fù)角越大。彎曲生產(chǎn)過程彎曲生產(chǎn)過程 2. 2.彎曲件彈復(fù)（回彈）：彎曲件彈復(fù)（回彈）：克服彈復(fù)現(xiàn)象的措施有：克服彈復(fù)現(xiàn)象的措施有：1 1）利用彈復(fù)規(guī)律，改變彎曲角度）利用彈復(fù)規(guī)律，改變彎曲角度( (增加彎曲度，使彎曲后增加彎曲度，使彎曲后的角度小于規(guī)定角度的角度小于規(guī)定角度) )2.2.彎曲件彈復(fù)（回彈）：彎曲件彈復(fù)（回彈）：克服彈復(fù)現(xiàn)象的措施有：克服彈復(fù)現(xiàn)象的措施有：2 2）采用整形彎曲，如下圖所示，即減少凸模與板料的接）采用整形彎曲，如下圖所示，即減少凸模與板料的接觸面積，使沖壓力集中在彎曲變

14、形區(qū)，改變變形區(qū)金屬內(nèi)觸面積，使沖壓力集中在彎曲變形區(qū)，改變變形區(qū)金屬內(nèi)側(cè)受壓、外側(cè)受拉的應(yīng)力狀態(tài)。側(cè)受壓、外側(cè)受拉的應(yīng)力狀態(tài)。 2.2.彎曲件彈復(fù)（回彈）：彎曲件彈復(fù)（回彈）：克服彈復(fù)現(xiàn)象的措施有：克服彈復(fù)現(xiàn)象的措施有：2 2）采用拉彎工藝。拉彎時先加一個縱向拉力，使板料的）采用拉彎工藝。拉彎時先加一個縱向拉力，使板料的應(yīng)力大于板料的屈服強度，然后再拉力作用下進行彎曲，應(yīng)力大于板料的屈服強度，然后再拉力作用下進行彎曲，由于板料的整個橫截面都處于拉應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力分布于均由于板料的整個橫截面都處于拉應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力分布于均勻拉伸相似，卸載后不發(fā)生角度彈復(fù)。勻拉伸相似，卸載后不發(fā)生角度彈復(fù)。 四、拉

15、深：四、拉深： 是使平面板料變?yōu)殚_口的中空形狀零件的沖壓工序，是使平面板料變?yōu)殚_口的中空形狀零件的沖壓工序，又稱拉延。又稱拉延。 拉深件種類很多，大體可分為旋轉(zhuǎn)件、矩形件和復(fù)拉深件種類很多，大體可分為旋轉(zhuǎn)件、矩形件和復(fù)雜件，如圖所示。雜件，如圖所示。 四、拉深：四、拉深：對較深零件還可采用多次拉深法，如圖所示。對較深零件還可采用多次拉深法，如圖所示。1 1）拉深變形過程：）拉深變形過程： 拉深過程如圖所示，拉深過程如圖所示， 拉深生產(chǎn)過程拉深生產(chǎn)過程在凸模壓力作用下，處于凸模底部在凸模壓力作用下，處于凸模底部的的板料被壓入凹模，板料被壓入凹模，形成筒底，在拉深過程中基本不變形；形成筒底，在拉深

16、過程中基本不變形；沖頭周圍環(huán)形區(qū)域的金屬，則變形為拉深件的筒壁。沖頭周圍環(huán)形區(qū)域的金屬，則變形為拉深件的筒壁。 1 1）拉深變形過程：）拉深變形過程： 板料在拉深過程中板料在拉深過程中的變形過程和應(yīng)力分布的變形過程和應(yīng)力分布如圖示，如圖示， 拉深零件的側(cè)壁由拉深零件的側(cè)壁由底部以外的環(huán)形部分變底部以外的環(huán)形部分變形后形成，受軸向拉應(yīng)形后形成，受軸向拉應(yīng)力；力； 尚未進入凹模的環(huán)尚未進入凹模的環(huán)形區(qū)存在徑向拉應(yīng)力和形區(qū)存在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力。切向壓應(yīng)力。 2.2.拉深缺陷及其防止拉深缺陷及其防止 底部和側(cè)壁的拉應(yīng)力應(yīng)限制在不使材料發(fā)生塑性變底部和側(cè)壁的拉應(yīng)力應(yīng)限制在不使材料發(fā)生塑性變形內(nèi)，而

17、環(huán)形區(qū)內(nèi)的徑向拉應(yīng)力應(yīng)達到或超過材料的屈形內(nèi)，而環(huán)形區(qū)內(nèi)的徑向拉應(yīng)力應(yīng)達到或超過材料的屈服極限，任何部位的應(yīng)力總和應(yīng)小于強度極限。否則會服極限，任何部位的應(yīng)力總和應(yīng)小于強度極限。否則會造成拉穿缺陷。造成拉穿缺陷。 環(huán)狀變形區(qū)的切向壓力不宜過多，以防止板料出現(xiàn)環(huán)狀變形區(qū)的切向壓力不宜過多，以防止板料出現(xiàn)皺折，并采取皺折，并采取措施預(yù)防。措施預(yù)防。 拉深缺陷拉深缺陷 *拉深系數(shù)與拉深次數(shù)。拉深系數(shù)與拉深次數(shù)。 拉深系數(shù)，板料拉深時的變形程度，拉深系數(shù)，板料拉深時的變形程度， ，即拉深，即拉深后的工件直徑與板料直徑或半成品直徑之比。后的工件直徑與板料直徑或半成品直徑之比。 拉深系數(shù)越小，生產(chǎn)率越高，

18、拉深應(yīng)力越大，能保證拉深系數(shù)越小，生產(chǎn)率越高，拉深應(yīng)力越大，能保證拉深過程正常進行的最小拉深系數(shù)，稱為極限拉深系數(shù)。拉深過程正常進行的最小拉深系數(shù)，稱為極限拉深系數(shù)。 它與材料的內(nèi)部組織，機械性能，板料相對厚度，沖它與材料的內(nèi)部組織，機械性能，板料相對厚度，沖模的圓角半徑，間隙值及潤滑條件有關(guān)。模的圓角半徑，間隙值及潤滑條件有關(guān)。 對不能一次拉制成形的可多次拉深，拉深系數(shù)可取大對不能一次拉制成形的可多次拉深，拉深系數(shù)可取大些。些。Ddm/* *拉深缺陷預(yù)防具體措施：拉深缺陷預(yù)防具體措施：1 1）拉深模具的工作部分，應(yīng)加工成合理的圓角，）拉深模具的工作部分，應(yīng)加工成合理的圓角，2 2）控制凸模和

19、凹模之間的間隙）控制凸模和凹模之間的間隙 ；3 3）合理的拉深系數(shù)；）合理的拉深系數(shù)；4 4）為減少由于摩擦引起的拉深件內(nèi)應(yīng)力的增加及減少模）為減少由于摩擦引起的拉深件內(nèi)應(yīng)力的增加及減少模具磨損，應(yīng)涂潤滑劑。具磨損，應(yīng)涂潤滑劑。5 5）為防止皺折，通常用壓邊圈將工件壓住，但壓力應(yīng)適）為防止皺折，通常用壓邊圈將工件壓住，但壓力應(yīng)適中。中。 五、其他成形工序五、其他成形工序其他成形工序有：其他成形工序有：（1）起伏）起伏（2）脹形）脹形（3）翻邊）翻邊（4）縮口）縮口（5 5）擴口）擴口等等。（1）起伏）起伏 起伏是在板料或半成品上使局部金屬變薄以形成局部凸起伏是在板料或半成品上使局部金屬變薄以形成局部凸起或凹陷的變形工序，常用的有壓制肋條，凸臺、凹槽等。起或凹陷的變形工序，常用的有壓制肋條，凸臺、凹槽等。壓肋生產(chǎn)過程壓肋生產(chǎn)過程（2