沖壓工藝和模具設(shè)計

沖壓工藝和模具設(shè)計第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日（f)加工中的硬化現(xiàn)象引起材料力學性能的改變，使得強度指標（屈服強度、抗拉強度）增大；塑性指標（伸長率、斷面收縮率）下降。不利——進一步加工變的困難有利——能夠減小過大的局部變形，變形趨于平穩(wěn)、均勻、增大變形極限，提高材料的強度第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日§1-3各種沖壓成形方法的力學特點與分類一、沖壓成形時的力學特點變形區(qū)——

毛坯在力的作用下產(chǎn)生變形非變形區(qū)——

已經(jīng)經(jīng)歷過變形的已變形區(qū)尚為參與變形的待變形區(qū)不變形區(qū)（傳力區(qū)）

在應(yīng)力狀態(tài)下，滿足屈服準則的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，沒有滿足屈服準則的區(qū)域不產(chǎn)生塑性變形第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日1、兩向受拉的應(yīng)力狀態(tài)（脹形、翻孔）

環(huán)形毛坯的變形趨向（ａ）變形前的模具與毛坯（ｂ）拉深（ｃ）翻邊（ｄ）脹形

最大拉應(yīng)力方向上的變形一定是伸長變形，應(yīng)力為零的方向上的變形一定是壓縮變形。由此判斷在兩向拉應(yīng)力作用下的變形會使材料邊薄。第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日2、一拉一壓，以拉為主的應(yīng)力狀態(tài)（擴口）3、一壓一拉，以壓為主（拉深）4、兩向受壓（縮口）材料變厚材料變厚材料變薄第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日二，沖壓變形的分類1、伸長類變形——當作用在板料變形區(qū)的拉應(yīng)力絕對值大的時候，這個方向上一定是伸長變形，板料的成形主要靠材料的伸長變形和厚度的減薄來實現(xiàn)。2、壓縮類變形——當作用在板料變形區(qū)的壓應(yīng)力絕對值大的時候，這個方向上一定是壓縮變形，板料的成形主要靠材料的壓縮變形和厚度的增加來實現(xiàn)。第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日3、板料成形中的問題（1）傳力區(qū)是否有足夠的強度——不被拉裂（2）成形區(qū)可能會出現(xiàn)的問題——

失穩(wěn)，起皺（壓縮變形）失穩(wěn)、拉裂（伸長變形）

要使材料成形順利，必須采取措施，提高極限變形參數(shù)，防止起皺和拉裂第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日三，提高成形極限的措施1、提高伸長類成形極限的措施（1）減小變形不均勻程度伸長類變形的拉裂是因為局部過度變薄而出現(xiàn)的，因此應(yīng)盡量減小局部的集中變形，使總的均勻變形程度增加。

A、如在脹形時潤滑凸模，可使變形趨于平穩(wěn)；

B、采用硬化指數(shù)高的材料以防止過分集中的局部變形（2）提高材料的塑性采用變形前退火，成形中間退火，消除成形過程中形成的硬化，提高成形極限。第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日（3）修整毛坯邊緣毛坯邊緣的毛刺。裂紋，硬化層等因素會導致材料破裂，因此在成形前對毛坯清除毛刺，整修邊緣，均可減少伸長類變形的破裂現(xiàn)象。2、提高壓縮類極限的措施壓縮類變形的破壞形式主要是傳力區(qū)受拉失穩(wěn)破裂和變形區(qū)受壓失穩(wěn)起皺。（1）提高傳力區(qū)承載能力，降低變形區(qū)的抗力和摩擦阻力。

A、采用彈性凹模拉深和凸模加熱拉深，可使成形極限得以提高。第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日（2）防止失穩(wěn)起皺

A，采用壓邊圈

B、設(shè)計具有較高抗失穩(wěn)能力的中間半成品形狀

C、采用厚向異性指數(shù)大的材料

r=ε寬/ε厚

（3）采用以降低變形抗力為目的的退火

A、以多次拉深的中間退火，其根本作用是提高傳力區(qū)承載能力與變形區(qū)變形抗力的比值

B、伸長類變形的退火是以恢復(fù)材料的塑性為目的的。B、選用屈強比低的材料也可以實現(xiàn)承載能力的提高，變形抗力的降低，以達到易于成形的目的。第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日第二章沖裁工藝和沖裁模設(shè)計沖裁是利用安裝在壓力機上的沖裁模使材料產(chǎn)生分離的沖壓工序通常包括——落料、沖孔、切口、切邊、剖切、切斷等。沖裁?！淞夏！_孔模，切邊模，沖切模等直接制作零件或者為彎曲，拉深、成形等工藝準備毛坯。第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日§2－1沖裁變形分析一、沖裁變形過程壓力作用開始

彈性變形1、彈性變形階段當材料內(nèi)部的應(yīng)力沒有超過彈性極限時，凸模卸載后，板料立即恢復(fù)原狀。塑性變形屈服極限2、塑性變形階段板料應(yīng)力達到屈服極限時，板料開始產(chǎn)生塑性剪切變形第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日裂紋開始斷裂分離3、斷裂分離階段隨著凸模不斷壓入材料，已形成的微裂紋沿最大剪應(yīng)變速度方向向材料內(nèi)延伸。

合理的間隙——既理想狀態(tài)，上下裂紋完全重合，板料就被拉斷分離。第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日二、沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素1、斷面特征

（a）圓角帶——沖裁過程中，由于纖維的彎曲與拉伸而形成的，軟材料比硬材料的圓角大。（b）光亮帶——塑性變形形成，凸凹模側(cè)壓力將毛坯壓平而形成光亮垂直的斷面，通常占全部端面的1/2～1/3。材料塑性越好，光亮帶所占的比例越大。間隙越大，光亮帶所占的比例越小。第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日（c）斷裂帶—

刃口處的微裂在拉應(yīng)力作用下不斷擴展而形成的撕裂面，其斷面粗糙，具有金屬本色且?guī)в行倍取?/p>

（d）毛刺—

在拉應(yīng)力的作用下，裂紋加長，材料斷裂而產(chǎn)生毛刺，裂紋首先在凹模刃口側(cè)壁產(chǎn)生，繼而才在凸模刃口側(cè)面產(chǎn)生，所以裂紋形成時，就在落料件上端留下了毛刺。沖孔件下端留下毛刺。第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日2、材料性能對斷面質(zhì)量的影響當材料的塑性較好時，沖裁時裂紋出現(xiàn)的較遲，材料被剪切的深度較大，所得斷面光亮帶所占比例大，圓角和穹彎也大，斷裂帶較窄。3、模具沖裁間隙大小對斷面質(zhì)量的影響

（斷裂的產(chǎn)生方式）

（1）間隙過小——壓應(yīng)力成分增大，拉應(yīng)力成分減小，材料塑性好，裂紋的產(chǎn)生被推遲，光亮帶厚度增加，其他弊病減少，工件質(zhì)量較好。但是，上下裂紋不容易重合，形成第而二個光亮帶，中間留有斷裂層第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日（2）、間隙過大——增大了拉應(yīng)力，材料容易產(chǎn)生裂紋，塑性盡早結(jié)束斷面光亮帶變窄，其它弊病增加，質(zhì)量不理想。

（3）、間隙合適時——上下裂紋合成一條線，零件比較平直，圓角，毛刺、斜度都不大，有較好的綜合端面質(zhì)量。第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日（4）模具刃口狀態(tài)對斷面質(zhì)量的影響刃口越鋒利，則光亮帶質(zhì)量越好。凸模較鈍時，落料件上毛刺增大凹模較鈍時，沖孔件上毛刺增大當凸、凹模刃口同時磨鈍時，則沖裁件上、下端都會產(chǎn)生毛刺。

當模具間隙不均勻時，斷面會出現(xiàn)不均勻的情況，對斷面的質(zhì)量也有影響。第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日§2-2沖裁模具的間隙沖裁間隙——指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸DA與凸模刃口橫向尺寸dT的差值。沖裁的間隙不僅影響了制件的斷面質(zhì)量，對模具壽命、卸料力，沖裁力等也有很大的影響。

一、間隙對沖裁件尺寸精度的影響當完成沖裁以后，由于彈性的“恢復(fù)”使得制件相對與凸凹模尺寸產(chǎn)生偏差。第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日1、當凸凹模間隙較大時，材料受拉深力的作用，彈性恢復(fù)使得工件向?qū)嶓w方向收縮——孔變大，落料件變小（推料力和卸料力大為減小，甚至為零）2、當凸凹模間隙較小時，材料受擠壓力的作用，彈性恢復(fù)使得工件向?qū)嶓w外方向伸張——孔變小，落料件變大3、當C=t（14~24）%時，毛刺高度較小，變化不大，

稱為毛刺穩(wěn)定區(qū)。4、軟鋼的彈性變形量較小，硬鋼的彈性變形量較大。

沖裁件的制件精度也需要模具的制造精度來保證，故凸凹模刃口的制造公差要按照工件的尺寸要求來確定。第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日模具壽命分為刃磨壽命和模具總壽命。模具失效的原因一般有：磨損、變形、崩刃、折斷和漲裂。

小間隙將使磨損增加，甚至使模具與材料之間產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，并引起崩刃、凹模脹裂、小凸模折斷、凸凹模相互啃刃等異常損壞。

所以，為了延長模具壽命，在保證沖裁件質(zhì)量的前提下適當采用較大的間隙值是十分必要的。

一般模具制造精度高于工件2～3級，材料薄的工件其精度可以適當?shù)牡托?。二、間隙對模具壽命的影響第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日三、間隙對沖裁工藝中力的影響1、間隙增大——拉力增大——（材料易斷）沖裁力減小

——卸料力、推料力減小

單邊間隙為（5%~20%）t時，沖裁力下降不會超過5%C=（15%~25%）t時，卸料力、推料力幾乎等于零。但繼續(xù)增大，則毛刺增大，又引起卸料力、推料力的迅速增大。

第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

在沖壓實際生產(chǎn)中，主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和模具壽命這三個因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個范圍值?？紤]到在生產(chǎn)過程中的磨損使間隙變大，故設(shè)計與制造新模具時應(yīng)采用最小合理間隙Zmin1.理論法確定法2.經(jīng)驗確定法（表2.2.3）（表2.2.4）四、間隙值的確定通常是一個合適的范圍，并盡可能采用最小間隙值薄板<4mm中板=4～６厚板>6mm第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

＊對模具壽命要求比較高，材料等級高，在合理值范圍內(nèi)取大值。＊對模具壽命要求比較低，材料等級低，在合理值范圍內(nèi)取小值＊高耐磨性材料本身硬度高，耐磨性好，其沖裁力，磨損小，一定壽命范圍內(nèi)保證制件精度。第二十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日5、沖裁的概念？沖裁變形過程分為哪幾個階段？裂紋在哪個階段產(chǎn)生？首先在什么位置產(chǎn)生？6、沖裁件的斷面分成哪幾個特征區(qū)？影響沖裁件斷面質(zhì)量的因素有哪些？7、影響沖裁件尺寸精度、形狀誤差的因素有哪些？8、間隙的重要性？如何確定合理間隙值？

1、什么是材料的塑性？影響金屬塑性變形的主要因素有哪些？2、什么叫靜水壓力？靜水壓力對金屬的塑性有什么影響？3、伸長類變形的特點？提高伸長類零件成形極限的措施有哪些？4、壓縮類變形的特點？提高壓縮類零件成形極限的措施有哪些？思考題第二十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日成形零件——凸模和凹模直接使制件成形的零件，沖裁時要求刃口鋒利，凸凹模橫向尺寸之差（間隙）均勻。

定位零件——擋料銷、導料板確定條料在模具中的正確位置，對條料起定距、引導作用，進行斷定位和側(cè)定位。卸料及壓料零件不同種類的沖模有不同的卸料及壓料方式。常用的彈壓卸料板，往往起到壓料和卸料的作用導向零件——導柱、導套等保證模具各部分相對運動處于良好狀態(tài)的零件