沖模設(shè)計制作案例案例精解

項目一沖壓生產(chǎn)與沖壓模具任務一

沖壓生產(chǎn)與沖壓模具的安裝任務二力與變形任務一

沖壓生產(chǎn)與沖壓模具的安裝任務引入沖壓是指將沖壓模具(凸模與凹模及結(jié)構(gòu)零件)安裝在壓力機(如沖床、液壓機等設(shè)備)或其他相關(guān)設(shè)備上，對材料(在常溫下)施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得一定形狀和尺寸的零件的一種加工方法。而沖壓模具則是指用于實現(xiàn)沖壓加工的一種工藝裝備(簡稱工裝)。合理的沖壓工藝、先進的沖壓模具、高效的沖壓設(shè)備構(gòu)成了沖壓加工的三要素，沖壓加工的三要素是決定沖壓件質(zhì)量、精度和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，三者不可分割。先進的沖壓模具只有配備先進的壓力機和采用優(yōu)質(zhì)的材料，才能充分發(fā)揮作用，做出一流的產(chǎn)品，取得較高的經(jīng)濟效益。下一頁返回任務一

沖壓生產(chǎn)與沖壓模具的安裝相關(guān)知識一、沖壓加工的概念

沖壓工藝不僅可以加工金屬材料，還可以加工非金屬材料。

沖壓工藝中的工序按其變形性質(zhì)可分為分離工序與變形工序兩大類，每一類中又包括許多不同的工序，見表1-1。

分離工序:沖壓成形時，變形材料內(nèi)部的應力超過強度極限σb，使材料發(fā)生斷裂而產(chǎn)生分離，從而成形零件。分離工序主要有剪裁和沖裁等。

成形工序:沖壓成形時，變形材料內(nèi)部應力超過屈服極限σb

，但未達到強度極限σb

，使材料產(chǎn)生塑性變形，從而成形零件。成形工序主要有彎曲、拉深、翻邊等。

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沖壓生產(chǎn)與沖壓模具的安裝當大批量生產(chǎn)各種產(chǎn)品時，僅靠這些基本工序，滿足不了生產(chǎn)需要，還得采用組合形式的工序，即把兩個或兩個以上的單獨基本工序組合起來靈活運用，進行模具設(shè)計。圖1-1~圖1-8為常用的基本工序和組合工序。二、沖壓生產(chǎn)的特點

(l)依靠沖壓模具和沖壓設(shè)備完成加工，便于實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)率高，操作簡便。

(2)沖壓所獲得的零件一般無需進行切削加工，故節(jié)省能源和原材料。

(3)沖壓所用原材料的表面質(zhì)量好，且沖件的尺寸公差由沖壓模具保證，故沖壓產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，互換性好。

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沖壓生產(chǎn)與沖壓模具的安裝(4)沖壓產(chǎn)品壁薄、質(zhì)量輕、剛度好，可以加工成形狀復雜的零件，小至〔鐘表的秒針、大到汽車的縱梁等。三、沖壓工藝的應用

沖壓與其他加工方法相比，具有其獨特之處。所以在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其在大批量生產(chǎn)中應用得十分廣泛。在汽車、電器、電子、儀表、國防、航空航天以及日用品中隨處可見，如圖1-9~圖1-13所示。四、沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展方向1.我國沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀

目前，我國的沖壓技術(shù)、沖壓模具與工業(yè)發(fā)達國家相比還有一定的差距，主要表現(xiàn)在以下幾點。

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沖壓生產(chǎn)與沖壓模具的安裝(1)沖壓基礎(chǔ)理論與成形工藝落后。

(2)模具標準化程度低。

(3)模具設(shè)計方法和手段、模具制造工藝及設(shè)備落后。

(4)模具專業(yè)化水平低。

基于以上原因，我國模具在使用壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家相比差距還相當大。

2.沖壓技術(shù)的發(fā)展方向

隨著我國計算機技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù)正由手工設(shè)計、依靠個人經(jīng)驗和常規(guī)機械加工技術(shù)轉(zhuǎn)向以計算機輔助設(shè)計軟件(CAD/三維軟件)、上一頁下一頁返回任務一

沖壓生產(chǎn)與沖壓模具的安裝數(shù)控加工(CNC)為基礎(chǔ)的計算機輔助設(shè)計與制造(三維造型/CAM)技術(shù)轉(zhuǎn)變。目前，計算機輔助設(shè)計軟件與模具設(shè)計和制造技術(shù)相結(jié)合的模具設(shè)計在我國發(fā)展迅速，CAD/CAE/CAM,UG,Pro/E,SolidWorks,Solid-CAM等軟件，在模具工業(yè)中的應用已相當廣泛。

雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年中得到了快速發(fā)展，但與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有很大差距。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾個方面。(1)提高模具的設(shè)計制造水平，使其朝著大型化、精密化、復雜化、長使用壽命化發(fā)展。

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沖壓生產(chǎn)與沖壓模具的安裝(2)在模具設(shè)計制造中更加普及應用國產(chǎn)的CAD/CAE/CAM技術(shù)。

(3)發(fā)展快速制造成形和快速制造模具的技術(shù)。

(4)提高模具標準化水平和模具標準件的使用率。

(5)研究和發(fā)展優(yōu)質(zhì)的模具材料和先進的表面處理技術(shù)。

(6)研究和開發(fā)模具的拋光技術(shù)和設(shè)備。(7)研究和普及模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。(8)研究和開發(fā)新的成形工藝和模具。任務實施一、實驗目的(1)認知曲柄壓力機的結(jié)構(gòu)、組成及其功能。上一頁下一頁返回任務一

沖壓生產(chǎn)與沖壓模具的安裝(2)認知模具安裝過程。二、實驗設(shè)備1)設(shè)備:25t曲柄壓力機(沖床)。2)工具:沖裁模一套、固定模具的工具等。三、實驗材料材料:冷軋鋼板t=1mm四、實驗步驟1.講解曲柄壓力機的結(jié)構(gòu)、組成及其功能

2.沖模的安裝

(l)取出壓力機上的打料裝置，將處于閉合狀態(tài)的沖模放置于壓力機工作臺面上，然后調(diào)節(jié)滑塊的高度，上一頁下一頁返回任務一

沖壓生產(chǎn)與沖壓模具的安裝使滑塊的底平面與上模座上平面接觸。打開滑塊上的壓塊和螺釘，將模柄固定住(對于無模柄的大型沖模，用螺釘、壓板等將上模座緊固在壓力機滑塊上)。然后將下模座固定在壓力機臺面上，擰緊螺釘(先固定模柄或上模部分，然后固定下模座部分，順序勿顛倒)。

(2)將滑塊升到上死點，再將滑塊轉(zhuǎn)至下死點，確認曲柄是否可以順利旋轉(zhuǎn)。

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沖壓生產(chǎn)與沖壓模具的安裝(3)開動壓力機，空行程1~2次，進行試沖，放入試沖材料或紙片并逐步調(diào)整滑塊到下死點的高度，使試沖材料或紙片分離或成形。如上模有打料桿，則應將壓力機上阻止橫擔的螺釘和橫擔阻止筷調(diào)整到需要的打料高度。五、處理實驗結(jié)果并完成實驗報告上一頁返回任務二力與變形任務引入沖壓加工是通過對材料(在常溫下)施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形。而物體的變形都是施加于物體的外力所引起的內(nèi)力或由內(nèi)力直接作用的結(jié)果。由于外力的作用狀況、物體的尺寸以及模具的形狀千差萬別，物體內(nèi)各點的受力狀況與變形情況也各不相同。下面通過拉伸實驗來講述力與變形的關(guān)系。相關(guān)知識一、變形變形:物體在外力作用下，所產(chǎn)生形狀和尺寸的改變。

下一頁返回任務二力與變形將低碳鋼Q235制成的標準試件(如圖1-14所示)安裝在拉伸試驗機的上、下夾頭中，對其緩慢加載拉伸，直至把試件拉斷為止。圖1-15所示為在拉伸試驗機上進行拉伸并利用自動記錄儀記錄的實驗結(jié)果，繪出拉伸過程中的應力與應變之間的關(guān)系曲線，即單向拉伸時得到的應力應變曲線。該曲線可分為三個階段進行分析。

1.彈性變形階段

當拉伸應力低于σs時，其變形的特點是應力σ與應變δ成正比。且當外力去除后，變形即消失，試樣完全恢復到原來的形狀和尺寸，此階段為彈性變形階段。

上一頁下一頁返回任務二力與變形彈性變形:外力取消后物體能恢復原狀(形狀和尺寸恢復到原來的狀態(tài))的變形。

2.塑性變形階段

當拉伸應力超過σs后，應力σ就不再與應變δ成正比，且當外力去除后，變形只能恢復一部分，而不能完全恢復到原來的形狀和尺寸，即仍有一部分的變形被保留下來，此階段為塑性變形階段，σs為屈服極限。

塑性變形:外力取消后物體不能恢復原狀的變形。

3.斷裂分離階段

當拉伸應力小于σb時，試件各部分的變形是均勻的。但當拉伸應力增大到σb時，在試件的某一局部，變形會急劇增加，上一頁下一頁返回任務二力與變形橫斷面的面積顯著變小，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象。σb為應力最大值，隨后應力下降直至試件被拉斷。

因此，金屬的變形可分為三個連續(xù)階段:彈性變形階段、塑性變形階段和斷裂分離階段。二、塑性與變形抗力

1.塑性

塑性是指固體材料在外力作用下發(fā)生塑性變形(永久變形)，而不破壞其完整性的能力。塑性不僅取決于變形物體的種類，并且與變形方式(應力和應變狀態(tài))和變形條件(變形溫度和變形速度)有關(guān)。

為了衡量金屬塑性的高低，需要一種數(shù)量上的指標來表示，上一頁下一頁返回任務二力與變形即塑性指標。塑性指標是以金屬材料開始破壞時的塑性變形量來表示。并可以通過各種實驗方法求得，各種實驗方法均有其特定的受力狀況和變形條件，所以塑性指標僅具有相對意義。常用的塑性指標有伸長率8和斷面收縮率必，可分別由式(1-1)、式(1-2)求得

式中L0—拉伸試樣的原始標距長度;Lk—拉伸試樣破斷后標距間的長度;上一頁下一頁返回任務二力與變形A0—拉伸試樣的原始斷面面積;Ak—拉伸試樣破斷處的斷面面積。2.變形杭力

變形力指使金屬產(chǎn)生變形的外力。而變形抗力指金屬抵抗變形的力。變形抗力反映了使材料產(chǎn)生變形的難易程度，其與變形力數(shù)值相等，方向相反，一般以作用在金屬和工具接觸面上的平均單位面積上的變形力表示其大小。

最小阻力定律:在塑性變形過程中，外力破壞了金屬的整體而強制金屬發(fā)生流動，當金屬有幾個質(zhì)點或每個質(zhì)點有幾個方向移動的可能時，總是在阻力最小的地方且沿阻力最小的方向移動(弱區(qū)先變形)。上一頁下一頁返回任務二力與變形三、應力與應變狀態(tài)1.應力狀態(tài)應力:單位面積上的內(nèi)力。點的應力狀態(tài):物體內(nèi)每一點上的受力情況。在工程力學中，為了求得物體內(nèi)的應力，常常采用切面法，即假想把物體切開，在一定條件下，直接利用內(nèi)力和外力的平衡條件求得切面上的應力分布。

現(xiàn)以單向均勻拉伸(如圖1-16所示)進行分析，設(shè)一斷面積為F。的均勻斷面棒料承受拉力P，通過棒料內(nèi)一點口作一切面A，其法線N與拉伸軸成θ角，將棒料切開并移去上半部。由于是均勻拉伸，故A面上的應力是均勻分布的。上一頁下一頁返回任務二力與變形設(shè)Q點在A面上的全應力為s，則s的方向一定平行于拉伸軸，且大小為式中σb--與拉伸軸垂直的切面上的正應力。全應力S可以分解成兩個分量，即正應力和切應力。正應力:全應力S在A面法線方向上的分量，一般用σ表示。切應力:全應力S在A面切線方向上的分量，用τ表示。正應力分量及切應力分量則分別為

上一頁下一頁返回任務二力與變形在單向均勻拉伸的情況下，只要知道口點任意一個切面上的應力，就可以通過上述公式求得其他切面上的應力。而且當θ=n時，τ=0，σ=σ0。

應力主平面:切應力τ=0的切面。

主應力:應力主平面上的正應力σ0

圖1-17所示為一物體受外力系P1,P2、…、P9,P10的作用而處于平衡狀態(tài)，設(shè)物體內(nèi)有任意一點Q，過Q點作一法線為N的平面A，將物體切開并移去上半部，這時A面即可看成是下半部的外表面，A面上作用的內(nèi)力應該與下半部其余的外力保持平衡。這樣，內(nèi)力的問題就可以轉(zhuǎn)化為外力來處理。

上一頁下一頁返回任務二力與變形在A面上圍繞Q點取一很小的面積△F,設(shè)該面積上內(nèi)力的合力為△P，則定義A面上Q點的全應力S為

通過Q點可以做無限多的切面，在不同方向的切面上，Q點的應力顯然是不同的。然而，在多向受力的情況下，顯然不能由一點任意切面上的應力求得其他方向上的應力，也就是說，僅僅用某一方向切面上的應力并不足以全面地表示出一點所受應力的情況。為了研究物體內(nèi)每一點的受力情況，假想把物體切成無數(shù)個極其微小的單元體(若在物體的邊界上也可以是四面體或五面體)，一個單元體可以代表物體的一個質(zhì)點。上一頁下一頁返回任務二力與變形根據(jù)單元體的平衡條件列出平衡微分方程，然后考慮其他必要的條件設(shè)法求解。

在變形物體上任意選取一個單元體[如圖1-18(a)所示]，取單元體(其棱邊分別平行于3根坐標軸)的6個相互垂直的表面作為微分面，其上有著大小不同、方向不同的全應力，設(shè)為Sx、Sy、Sz，其中每一個全應力又可分解為平行于坐標軸的3個分量，即1個正應力和2個切應力[如圖1-18(b)所示]。如果這三個微分面上的應力為已知，則該單元體在任意方向上的應力都可以通過靜力平衡方程求得，因此，無淪變形體的受力狀態(tài)如何，為了確定物體內(nèi)任意一點的應力狀態(tài)，只需知道9個應力分量，即3個正應力和6個切應力。上一頁下一頁返回任務二力與變形又由于所選取的單元體處于平衡狀態(tài)，故繞單元體各軸的合力矩必須等于零，即切應力互等定律:為了保持單元體的平衡，切應力總是成對出現(xiàn)的，且大小相等，分別作用在兩個相互正交的微分面內(nèi)，其方向共同指向或背離兩微分面的交線。

因此，為了表示一點的應力狀態(tài)，實際上只需要知道6個分量，即3個正應力和3個切應力。與單向均勻拉伸一樣，任何一種應力狀態(tài)，總存在這樣一組坐標系，使單元體的各表面上只出現(xiàn)正應力而不出現(xiàn)切應力[如圖1-18(c)所示]，上一頁下一頁返回任務二力與變形稱該坐標系中的正應力為主應力(其數(shù)值有時也可能為零)，一般按其代數(shù)值大小依次用σ1、σ2、σ3表示，且σ1≥σ2≥σ3;帶正號的主應力表示拉應力，帶負號的主應力表示壓應力。

對于任意一點的應力狀態(tài)，一定有(也只有)一組相互垂直的3個主應力，因此3個主應力中的最大值和最小值也就是一點所有方向的應力中的最大值和最小值。

主應力狀態(tài):以主應力表示的應力狀態(tài)。

主應力狀態(tài)圖:以主應力表示其應力個數(shù)及其符號的簡圖。

可能出現(xiàn)的主應力狀態(tài)圖共有9種(如圖1-19所示)，即單向主應力狀態(tài)圖2種—單向受拉和單向受壓;上一頁下一頁返回任務二力與變形兩向主應力狀態(tài)圖3種—兩向受拉、兩向受壓和一向受拉一向受壓;三向主應力狀態(tài)圖4種—三向受拉、三向受壓、兩向受拉一向受壓和一向受拉兩向受壓。平均主應力:單元體上的3個主應力的平均值，常用σm表示任何一種應力狀態(tài)都可以將其分解為兩部分，如圖1-20所示。第一部分是以平均主應力σm為各向應力值的三向等應力狀態(tài)，其特點是只能改變物體的體積，不能改變物體的形狀。第二部分是以各個主應力與σm的差值為應力值構(gòu)成的應力狀態(tài)。其特點是只能改變物體的形狀，而不能改變物體的體積。上一頁下一頁返回任務二力與變形2.應變狀態(tài)

同樣可以認為材料的變形是無數(shù)個單元體變形的結(jié)果，而變形又可分為兩種形式。

正變形或線變形:線尺寸的伸長縮短。

切變形或角變形:單元體發(fā)生偏斜。

正變形和切變形統(tǒng)稱“純變形”。對于同一變形的質(zhì)點，隨著切取單元體的方向不同，單元體表現(xiàn)出來的變形數(shù)值也不同，所以同樣需要引人“點的應變狀態(tài)”的概念。

物體變形時單元體一般同時發(fā)生平移、轉(zhuǎn)動、正變形和切變形。單元體僅作剛體位移和平移時，各點的相對位置并沒有改變，因此，平移和轉(zhuǎn)動本身并不代表變形，上一頁下一頁返回任務二力與變形只表示剛體位移。凡是產(chǎn)生了變形的單元體，各點的相對位置都發(fā)生了變化，而且位移的大小不同。所以，只有從單元體位置、形狀和尺寸變化中除去剛體位移，才能得到純變形。由此可見，物體的變形也就是物體內(nèi)各點位移不同而造成各點相對位置發(fā)生變化的結(jié)果。

為了便于進行變形分析，特作如此假設(shè):當取的單元體極小時，可以認為其變形是均勻變形。均勻變形時，單元體內(nèi)原來的直線和平面在變形后保持不變，而且原來相互平行的直線和平面保持平行。變形的大小可用應變來表示，而應變又可分為正應變和切應變。

一點的應變狀態(tài)也可以通過單元體的變形來表示，上一頁下一頁返回任務二力與變形與應力狀態(tài)一樣，當采用主軸坐標系時，單元體就只有3個主應變分量ε1、ε2、ε3，而沒有切應變分量，一種應變狀態(tài)只有一組主應變(如圖1-21所示)。在如圖1-22所示的單元體中，假設(shè)變形前的尺寸為l0、b0、t0，變形后的尺寸為ln、bn、tn。則3個方向的主應變?yōu)樯弦豁撓乱豁摲祷厝蝿斩εc變形這樣求得的應變?yōu)橄鄬χ鲬?，相對主應變只考慮了物體變形前后尺寸的變化量，沒有考慮材料的變形是一個逐漸積累的過程。

在實際變形過程中，尺寸z。是經(jīng)過無窮多個中間數(shù)值而逐漸變成z的。用微積分的方法，設(shè)dl是每一變形階段的長度增量，則總的變形程度為同理可得ε2、ε3。上一頁下一頁返回任務二力與變形ε1、ε2、ε3反映了物體變形的實際情況，故稱為實際應變或?qū)?shù)應變。二為正值表示伸長變形，ε為負值則表示壓縮變形。實際應變與相對應變之間的關(guān)系為塑性變形體積不變定律:塑性變形時的物體體積不變，塑性變形之前的體積等于其變形后的體積，即由體積不變定律可知:塑性變形時，3個正應變分量不可能全部都同號，且因為體積不變，有伸長就必定有壓縮，所以主應變狀態(tài)圖只可能有3種(如圖1-23所示)。

①具有一個正應變及兩個負應變。

上一頁下一頁返回任務二力與變形②具有一個負應變及兩個正應變。

③一個主應變?yōu)榱?，另兩個應變之大小相等、符號相反。四、影響金屬塑性和變形抗力的主要因素變形抗力和塑性是兩個不同的概念，塑性反映材料變形的能力，變形抗力則反映材料變形的難易程度。沖壓加工中的一個重要問題就是如何充分利用金屬的塑性并在最小沖壓力的情況下獲得所需要的工件。為此有必要對影響金屬的塑性和變形抗力的因素進行分析和討論，這里僅討論物理方面的因素。

1.金屬組織

組成金屬的晶格類型、化學成分、組織狀態(tài)、晶粒大小、上一頁下一頁返回任務二力與變形形狀及晶界強度等不同，金屬的塑性就不同。組成金屬的化學成分越復雜，對金屬的塑性及變形抗力的影響越大。晶粒細化有利于提高金屬的塑性，但同時也提高了金屬的變形抗力。

2.變形溫度

變形溫度對金屬和合金的塑性與變形抗力有著重要的影響。就大多數(shù)金屬和合金而言，其總的趨勢是:隨著溫度的升高，塑性增加，變形抗力降低。但升溫過程中，在某些溫度區(qū)間，有些金屬和合金的塑性會降低，變形抗力會提高，所以應盡量避免這些溫度區(qū)間。提高變形溫度的目的是，提高材料的塑性，增加材料在一次成形中所能達到的變形程度;上一頁下一頁返回任務二力與變形降低材料的變形抗力，提高工件的成形準確度。

3.變形速度

變形速度是指單位時間內(nèi)應變的變化量。

變形速度增大，單位時間內(nèi)的應變量增加，金屬的真實流動應力將提高，且由于沒有足夠的時間完成塑性變形而使斷裂提前，故金屬的變形抗力提高，塑性降低4.尺寸因素

同一種材料，在其他條件相同時，尺寸越大，其組織和化學成分越不一致，雜質(zhì)成分及分布越不均勻，應力分布越不均勻，塑性越差。

5.應力狀態(tài)

上一頁下一頁返回任務二力與變形應力狀態(tài)對金屬的塑性有很大的影響，其規(guī)律是壓應力的數(shù)量及數(shù)值越大和拉應力的數(shù)量和數(shù)值越小，金屬的塑性越好。因為在變形過程中，壓應力可以阻止材料內(nèi)部微裂紋的擴展，使材料在發(fā)生破壞前可以產(chǎn)生較大的塑性變形。而拉應力則促使材料內(nèi)部微裂紋的擴展，使材料在發(fā)生破壞前只能產(chǎn)生較小的塑性變形。

應力狀態(tài)對金屬的變形抗力有很大的影響，同號主應力引起變形所需的變形抗力大于異號主應力引起變形所需的變形抗力。五、塑性變形時應力與應變的關(guān)系1.塑性條件(又稱屈服條件)上一頁下一頁返回任務二力與變形質(zhì)點處于單向應力狀態(tài)下，只要單向應力達到屈服極限，該質(zhì)點即由彈性變形狀態(tài)進入塑性變形狀態(tài)。而在多向應力狀態(tài)下，則不能僅僅用某一個應力數(shù)值與屈服極限的大小關(guān)系來判斷質(zhì)點是否進入塑性變形狀態(tài)，必須同時考慮其他應力分量，而且只有當各應力分量之間符合一定條件時，質(zhì)點才進入塑性變形狀態(tài)。

塑性條件:決定受力物體內(nèi)質(zhì)點由彈性變形狀態(tài)向塑性變形狀態(tài)過渡的條件。

密塞斯(Miser)的常數(shù)形變能量理淪:在一定的變形條件下，無淪變形物體內(nèi)的質(zhì)點所處的應力狀態(tài)如何，只要該質(zhì)點3個主應力的組合滿足以下的條件，物體便開始屈服。上一頁下一頁返回任務二力與變形密塞斯屈服條件的物理意義是:當物體質(zhì)點內(nèi)的單位體積的彈性形變能量達到臨界值時，質(zhì)點就進入塑性變形狀態(tài)。

2.塑性變形時應力與應變的關(guān)系

彈性變形時，其變形是可以恢復的，變形過程是可逆的，與變形物體的加載過程無關(guān)，應力和應變之間的關(guān)系是線性的并可以通過廣義虎克定律來表示。但是，當外載荷所引起的應力分量滿足塑性條件時，物體就由彈性變形階段進入塑性變形階段。應力和應變的關(guān)系是非線性的、不可逆的，應力和應變分量之間均不能簡單疊加。但在簡單加載過程中只能加載，不能卸載，上一頁下一頁返回任務二力與變形應力分量之間按一定的比例增加，應力主軸的方向?qū)⒐潭ú蛔儠r，塑性變形的每一時刻，主應力與主應變存在下列關(guān)系此常數(shù)只與材料的性質(zhì)和變形程度有關(guān)，而與變形物體所處的應力狀態(tài)無關(guān)。上述塑性變形時的物理方程為全應變理淪，是在簡單加載的條件下建立的，一般用來研究小變形問題。但對沖壓成形時的加載過程且主軸方向變化不大時，也可以應用。為此可利用式(1-18)對沖壓成形時，對材料中某些特定的、有代表性位置上金屬的變形和應力的性質(zhì)作出以下大致的定性分析:上一頁下一頁返回任務二力與變形(1)判斷某個方向的主應變是伸長還是縮短，并不是看該方向受拉應力還是受壓應力，因為受拉不一定伸長，受壓不一定縮短。而應該看該方向的應力值與平均主應力σm的差值，差值為正，則為拉應變;差值為負，則為壓應變。

(2)當σ1=σ2=σ3=σm;時，由ε1+ε2+ε3=0可知，材料受三向等拉或等壓的應力狀態(tài)作用時，材料不會產(chǎn)生任何塑性變形，僅有物體體積的彈性變形。三向等壓應力又稱為靜水壓力。

(3)主應力和主應變的作用方向是一致的，且3個主應力分量與3個主應變分量代數(shù)值的大小秩序互相對應。如主應力的秩序為σ1≥σ2≥σ3，則主應變的秩序也應為ε1≥ε2≥ε3。上一頁下一頁返回任務二力與變形(4)材料受單向拉應力作用，

時,由式(1-18)可知，.說明單向受拉時，在拉應力作用方向上為伸長變形，而在其余兩個方向上則產(chǎn)生壓縮變形，且伸長變形為每一個壓縮變形的2倍，如翻孔變形。(5)材料受單向壓應力作用，

時，,由式(1-18)可知，

。說明單向受壓時，在壓應力作用方向上為壓縮變形，而其余兩個方向上則產(chǎn)生伸長變形，且壓縮變形為每一個伸長變形的2倍，如縮口、拉深變形。

(6)材料受二向等拉的平面應力作用，即

時，由式(1-18)可知，

上一頁下一頁返回任務二力與變形說明當材料受二向等拉的平面應力作用時，在2個拉應力作用方向上為伸長變形，其值相等，而在另一個沒有主應力作用的方向上為壓縮變形，其值為每一個伸長變形的2倍。平板材料脹形時的中心部位就屬于這種變形。

(6)材料受二向等拉的平面應力作用，即時，由式(1-18)可知，ε1=ε2=-ε3/2,說明當材料受二向等拉的平面應力作用時，在2個拉應力作用方向上為伸長變形，其值相等，而在另一個沒有主應力作用的方向上為壓縮變形，其值為每一個伸長變形的2倍。平板材料脹形時的中心部位就屬于這種變形。

(7)由式(1-18)可知，當σ2-σm=0時，必然有σ2=0，上一頁下一頁返回任務二力與變形由于ε1+ε2+ε3=0,ε3=0,ε1=-ε3，即在主應力等于平均應力的方向上不產(chǎn)生塑性變形，而另外兩個方向上的塑性變形在數(shù)量上相等，方向相反。(8)當材料受三向拉應力作用，且σ1>σ2>σ3>0，則在最大拉應力σ1，的方向上的變形一定是伸長變形，在最小拉應力σ3的方向上的變形一定是壓縮變形;當材料受三向壓應力作用，且0>σ1>σ2>σ3，則在最小應力σ3(絕對值最大)的方向上的變形一定是壓縮變形，在最大應力σ1(絕對值最小)的方向上的變形一定是拉伸變形。六、材料的沖壓成形性能

1.材料的沖壓成形性能

上一頁下一頁返回任務二力與變形沖壓成形性能:板料對沖壓成形工藝的適應能力。

板料的沖壓成形性能是一個綜合性的概念，包括成形極限和成形質(zhì)量兩個方面。

成形極限:指板料在發(fā)生失穩(wěn)前所能達到的最大變形程度。板料在成形過程中可能出現(xiàn)兩種失穩(wěn)現(xiàn)象。拉伸失穩(wěn):即在拉應力作用下局部出現(xiàn)頸縮或拉裂。

壓縮失穩(wěn):即在壓應力作用下起皺。

對于不同的成形工序，成形極限是采用不同的極限變形系數(shù)來表示的。

在變形材料的內(nèi)部，凡是受到過大拉應力作用的區(qū)域，就會使材料局部嚴重變薄，上一頁下一頁返回任務二力與變形甚至拉裂而使沖件報廢;凡是受到過大壓應力作用的區(qū)域，若超過了臨界應力就會使材料失穩(wěn)而起皺。

成形質(zhì)量:指尺寸和形狀精度、厚度變化、表面質(zhì)量及成形后材料的力學性能等。

影響形狀和尺寸精度的主要因素是回彈與畸變，因為在塑性變形過程總包含著一定的彈性變形，卸載后或多或少會出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，使得尺寸和形狀的精度降低。

影響厚度變化的主要原因是沖壓成形伴隨有伸長或壓縮變形，由塑性變形體積不變定律可知，勢必導致厚度變化。

影響表面質(zhì)量的主要因素是由于沖模間隙不合理或不均勻、模具表面粗糙以及材料茹附模具在沖壓過程所造成的擦傷。上一頁下一頁返回任務二力與變形2.板料的沖壓成形性能指標

圖1-24所示為對3種不同材料進行單向拉伸試驗獲得的拉伸曲線。通過單向試驗可以得到以下力學性能指標。

總伸長率δ:試樣破壞時的伸長率。

均勻伸長率δb:試樣開始產(chǎn)生局部變形時的伸長率。

均勻伸長率δb表示材料產(chǎn)生均勻或穩(wěn)定的塑性變形的能力，直接決定材料在伸長類變形中的沖壓成形性能。如圖1-24所示，此時的δb中包含有彈性變形δT，如果外力取消后，則彈性變形發(fā)生回復，而塑性變形保留下來，得到相應的δs(δs=δb-δT)。

屈強比σs/σb：屈服極限σs與強度極限σb之比。

上一頁下一頁返回任務二力與變形屈服極限σs小，材料容易屈服，則變形抗力小，產(chǎn)生相同變形所需的變形力就小。壓縮變形時，因屈服極限σ小容易變形而不易出現(xiàn)起皺。

屈強比σs/σb小，說明σs小而σb大，即容易產(chǎn)生塑性變形而不易產(chǎn)生拉裂;拉深變形時，屈強比σs/σb小，即變形抗力小而強度高，變形區(qū)的材料易于變形而不易起皺，傳力區(qū)的材料又有較高強度而不易拉裂，有利于提高拉深變形的變形程度，如圖1-24所示。

屈服極限與彈性模量的比值σs/E小，彎曲變形時的回彈變形小，如圖1-24所示，σs1/E1<σs3/E3，曲線1的彈性變形δT1比曲線3的彈性變形δT3要小，故外力去除后，上一頁下一頁返回任務二力與變形回彈要小。

硬化指數(shù)n:表示材料在塑性變形時加工硬化的強度。

n大時，說明材料在變形過程中的加工硬化現(xiàn)象嚴重，真實應力增加過大。但這一點在拉伸變形過程中比較有利，因為變形總是遵循阻力最小定律。開始階段，變形產(chǎn)生加工硬化使變形抗力提高，按最小阻力定律，變形區(qū)就不斷轉(zhuǎn)移，即變形不是集中在某一局部進行，其結(jié)果在宏觀上表現(xiàn)為均勻變形，長度均勻伸長，斷面尺寸均勻減小。但根據(jù)材料的硬化特性，材料的加工硬化隨變形程度的增加而逐漸減弱，當變形進行到一定時刻，硬化效應與斷面減小對承載能力的影響剛好相等時，變形便不能轉(zhuǎn)移，上一頁下一頁返回任務二力與變形于是變形開始集中在某一局部進行，形成縮頸，直至拉斷。因此當n大時，材料加工硬化嚴重，硬化使材料的強度得到提高，制止了局部集中變形的進一步發(fā)展，可以擴大均勻變形區(qū)，增大極限變形程度。

板厚方向系數(shù)γ:是指板料試樣在單向拉伸時，寬度方向和厚度方向應變之比(又稱塑性應變比)。Y值的大小反映了板料平面方向和厚度方向變形的難易程度。

γ值越大，則板料平面方向變形越容易，而厚度方向變形越困難。這對拉深變形過程極為有利，因為在拉深變形過程中，通常希望板料平面方向容易變形而不出現(xiàn)起皺，板厚方向變形困難而避免變薄甚至拉裂，上一頁下一頁返回任務二力與變形這樣就可以提高拉深變形時的變形程度。任務實施實驗目的

(1)觀察試件受力和變形之間的相互關(guān)系。

(2)觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中表現(xiàn)出的彈性、屈服、強化、頸縮、斷裂等物理現(xiàn)象。

(3)測定低碳鋼和鑄鐵的強度指標(σs、σb)和塑性指標(δ、Ψ)(4)比較低碳鋼、鑄鐵的拉伸力學性能，并繪制拉伸時的F-△L曲線。上一頁下一頁返回任務二力與變形二、實驗設(shè)備(1)WE-60型微機控制電子萬能試驗機。(2)游標卡尺。三、實驗材料實驗所用試件如圖1-14所示。在拉力試驗機上進行拉伸，利用自動記錄儀記錄實驗結(jié)果，并繪出拉伸過程中的應力與應變之間的關(guān)系曲線，即拉伸曲線。四、實驗步驟(1)試件準備:在試件上劃出長度為L0的標距線，在標距的兩端及中部3個位置上，沿2個相互垂直方向各測量一次直徑，取平均值，再從3個平均值中取最小值作為試件的直徑d0上一頁下一頁返回任務二力與變形(2)試驗機準備:按試驗機一>計算機一>打印機的順序開機，開機后須預熱10min才可使用。

(3)安裝夾具:根據(jù)試件情況準備好夾具，并安裝在夾具座上。若夾具已安裝好，對夾具進行檢查。

(4)夾持試件:若在上空間試驗，則先將試件夾持在上夾頭上，將力清零并消除試件自重后再夾持試件的另一端;若在下空間試驗，則先將試件夾持在下夾頭上，將力清零并消除試件自重后再夾持試件的另一端。

(5)開始實驗:按運行命令按鈕，按照軟件設(shè)定的方案進行實驗。

(6)記錄數(shù)據(jù):試件拉斷后，取下試件，上一頁下一頁返回任務二力與變形將斷裂試件的兩端對齊、靠緊，用游標卡尺測出試件斷裂后的標距長度L1,及斷口處的最小直徑d1(一般從相互垂直方向測量兩次后取平均值)。五、實驗結(jié)果的處理并完成實驗報告思考與練習

(1)冷沖壓工序可分為哪兩大類?其主要區(qū)別是什么?(2)分離工序有哪些工序形式?試用工序簡圖及文字說明其中兩種工序的主要特征。

上一頁下一頁返回任務二力與變形(3)變形工序有哪些工序形式?試用工序簡圖及文字說明其中兩種工序的主要特征。

(4)影響金屬塑性和變形抗力的因素有哪些?(5)什么是塑性變形體積不變定律?(6)什么是金屬的塑性，什么是塑性變形?

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表1-1沖壓工序分類表返回

圖1-1剪床下料下一頁

圖1-2在曲柄壓力機上落料下一頁上一頁

圖1-3在曲柄壓力機上進行彎曲下一頁上一頁

圖1-4利用旋壓進行縮口下一頁上一頁

圖1-5在液壓機上進行壓筋下一頁上一頁

圖1-6在數(shù)控沖孔加工中心上連續(xù)沖各種不同規(guī)格的孔下一頁上一頁

圖1-7在高速沖床上采用多工位級進模進行生產(chǎn)下一頁上一頁

圖1-8在數(shù)控彎管機上生產(chǎn)返回上一頁

圖1-9日用品生產(chǎn)中的應用下一頁

圖1-10汽車制造業(yè)中的應用下一頁上一頁

圖1-11國防工業(yè)中的應用下一頁上一頁

圖1-12沖壓在電子制造業(yè)中的應用下一頁上一頁

圖1-13航空航天制造業(yè)中的應用返回上一頁

圖1-14單向拉伸試件返回

圖1-15單向拉伸時的應力與應變曲線返回

圖1-16單向拉伸時的應力返回

圖1-17面力、內(nèi)力和應力返回

圖1-18單元體上的應力狀態(tài)返回

圖1-199種主應力狀態(tài)圖(按塑性發(fā)揮的有利程度排列)返回

圖1-20應力狀態(tài)的分解返回

圖1-21點的應變狀態(tài)返回

圖1-22變形前后尺寸的變化返回

圖1-23主應變狀態(tài)圖返回

圖1-24不同材料的拉伸曲線返回項目二托板的沖裁模設(shè)計與制造任務一

沖裁件常見質(zhì)量問題及分析任務二托板的沖裁工藝性分析任務三

托板生產(chǎn)方案的制訂任務四

托板的工藝計算任務五

托板的沖裁模設(shè)計與制造任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析任務引入

沖裁是沖壓工藝中最基本的工序之一。沖裁的應用非常廣泛，既可直接沖制成品零件，又可以為彎曲、拉深等其他工序制備毛坯。因此，沖裁件的質(zhì)量十分關(guān)鍵，其質(zhì)量直接影響到后續(xù)工序(如彎曲、拉深)產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。沖裁件的質(zhì)量包含哪些內(nèi)容?各自的影響因素又有哪些?下面通過沖裁實驗來進行分析和講解。相關(guān)知識

沖裁:利用模具使材料產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。

沖裁包括沖孔、落料、切口、切邊、劉切等多種分離工序。其中落料和沖孔是最常見的兩種沖裁工序(分離工序)。

下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析落料:使材料沿封閉曲線相互分離，且以封閉曲線以內(nèi)的部分作為沖裁件的分離工序。

沖孔:使材料沿封閉曲線相互分離，且以封閉曲線以外的部分作為沖裁件的分離工序。圖2-1所示的墊圈即由落料和沖孔兩道工序完成。

沖裁模:沖裁所使用的模具。

沖裁模是沖裁過程中必不可少的工藝裝備。任何一副沖裁?？偪煞殖缮夏：拖履刹糠?上模固定在壓力機的滑塊上，并隨滑塊一起上下運動;下模固定在壓力機的工作臺上。

根據(jù)變形機理的不同，沖裁可分為普通沖裁和精密沖裁。一、沖裁過程的分析

上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析(一)變形過程

圖2-2所示為簡單沖裁模其上模部分由模柄1,凸模2等組成。下模部分由凹模4、下模座5等組成模具的工作零件是凸模和凹模，且凹模洞口的直徑比凸模的直徑略大，組成具有一定間隙的上下刃口。

沖裁時，先將條料3置于凹模上并定位，當滑塊帶動上模部分下行時，凸模便快速沖穿條料進入凹模，使條料分離而完成沖裁。卡在凹模洞口中的這部分材料即為所需要的工件。按照前面的定義，此工序為落料。沖裁變形過程大致可以分為如下3個階段(如圖2-3所示)。

1.彈性變形階段「如圖2-3(a)所示」

上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析在凸模壓力下，條料產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸和彎曲變形，凹模上的條料則向上翹曲，材料越硬，間隙越大，彎曲和上翹越嚴重。同時，凸模稍許擠入條料上部，條料的下部則稍許擠入凹模洞口內(nèi)，但條料內(nèi)的應力分量還不滿足塑性條件，所以壓力去掉后，條料會立即恢復原狀。2.塑性變形階段「如圖2-3(b)所示」

因條料發(fā)生彎曲，凸模沿寬度為b的環(huán)形帶繼續(xù)加壓，當應力分量滿足塑性條件時，條料便開始進入塑性變形階段。凸模擠入條料上部，同時條料下部擠入凹模洞口內(nèi)，形成光亮的塑性剪切面。隨著凸模繼續(xù)下行，塑性變形程度增大，變形區(qū)的材料加工硬化加劇，沖裁變形抗力不斷增大，上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析直到刃口附近側(cè)面的條料由于拉應力的作用出現(xiàn)微裂紋時，塑性變形階段才結(jié)束，此時沖裁變形抗力達到最大值。由于凸、凹模間存在間隙，故在這個階段中條料還伴隨著彎曲和拉伸變形。間隙越大，彎曲和拉伸變形越大。

3.斷裂分離階段「如圖2-3(c),(d),(e)所示」

條料內(nèi)裂紋首先在凹模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生，緊接著才在凸模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生。已形成的上、下微裂紋隨凸模的繼續(xù)壓入沿最大切應力方向不斷向條料內(nèi)部擴展，當上、下裂紋相遇時，條料便被剪斷分離。隨后，凸模將分離的條料推人凹模洞口內(nèi)，沖裁過程才結(jié)束。(二)沖裁變形時的應力狀態(tài)分析

上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析沖裁時，條料最大的塑性變形集中在以凸、凹模刃口連線為中線而形成的紡錘形區(qū)域內(nèi)，如圖2-4(a)所示，即從模具刃口向條料中心、變形區(qū)逐步擴大。材料的塑性越好，硬化指數(shù)越大，則紡錘形區(qū)域的寬度越大。如圖2-4(b)所示，紡錘形區(qū)域隨著凸模擠入條料深度的增加而逐漸縮小，且被在此之前已經(jīng)變形并加工硬化了的區(qū)域所包圍。

由于沖裁時條料的變形受到材料的性質(zhì)、彎曲的影響，其變形區(qū)的應力狀態(tài)是復雜的，且與變形過程有關(guān)。圖2-5所示為無壓料板壓緊條料的沖裁過程中塑性變形階段變形區(qū)內(nèi)的應力狀態(tài)。

上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析(1)A點(凸模側(cè)面):σ1為條料彎曲與凸模側(cè)壓力引起的徑向壓應力，σ2為條料彎曲引起的切向壓應力，σ3為凸模下壓引起的軸向拉應力。(2)B點(凸模端面):凸模下壓及條料彎曲引起的三向壓應力(3)C點(切割區(qū)中部):σ1為條料受拉伸而產(chǎn)生的拉應力(沿條料纖維方向)，σ3為條料受擠壓而產(chǎn)生的壓應力(垂直于纖維方向)。(4)D點(凹模端面):σ1、σ2分別為條料彎曲引起的徑向拉應力和切向拉應力，σ3為凹模擠壓條料產(chǎn)生的軸向壓應力(5)E點(凹模側(cè)面):σ1、σ2為由條料彎曲引起的拉應力，σ3為凸模下壓引起的軸向拉應力。上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析(1)A點(凸模側(cè)面):σ1為條料彎曲與凸模側(cè)壓力引起的徑向壓應力，σ2為條料彎曲引起的切向壓應力，σ3為凸模下壓引起的軸向拉應力。(2)B點(凸模端面):凸模下壓及條料彎曲引起的三向壓應力(3)C點(切割區(qū)中部):σ1為條料受拉伸而產(chǎn)生的拉應力(沿條料纖維方向)，σ3為條料受擠壓而產(chǎn)生的壓應力(垂直于纖維方向)。(4)D點(凹模端面):σ1、σ2分別為條料彎曲引起的徑向拉應力和切向拉應力，σ3為凹模擠壓條料產(chǎn)生的軸向壓應力(5)E點(凹模側(cè)面):σ1、σ2為由條料彎曲引起的拉應力，σ3為凸模下壓引起的軸向拉應力。上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析從圖2-5中可知，由于E點的應力狀態(tài)組成中拉應力數(shù)量最多(3個)，故條料內(nèi)的微裂紋首先在凹模刃口附近的側(cè)面(E點)產(chǎn)生;A點的應力狀態(tài)組成中拉應力數(shù)量雖然只有1個(σ3)，但數(shù)值最大，所以緊接著才在凸模刃口附近的側(cè)面(A點)產(chǎn)生。

(三)沖裁切斷面分析

沖裁變形區(qū)的應力與變形情況和沖裁件切斷面的狀況如圖2-6所示。從圖中可以看出，沖裁件的切斷面具有明顯的區(qū)域性特征，由塌角、光面、毛面和毛刺4個部分組成塌角a:由于沖裁過程中刃口附近的條料被牽連拉入變形(彎曲和拉伸)的結(jié)果。

上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析光面b:緊挨塌角并與條料平面垂直的光亮部分，是在塑性變形過程中凸模(或凹模)擠壓切人條料，使其受到剪切應力:和擠壓應力σ1的作用而形成的。

毛面。:是表面粗糙且?guī)в绣F度的部分，是由于刃口處的微裂紋在拉應力，作用下不斷擴展斷裂而形成的。

毛刺d:沖裁毛刺是在刃口附近的側(cè)面上條料出現(xiàn)微裂紋時形成的，當凸模繼續(xù)下行時，便使已經(jīng)形成的毛刺拉長并殘留在沖裁件上，這也是普通沖裁中不可避免地會出現(xiàn)毛刺的原因。不過，間隙合適時，毛刺的高度很小，易于去除。(四)提高沖裁件斷面質(zhì)量的措施

上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析沖裁切斷面上的塌角、光面、毛面和毛刺4個部分在整個斷面上所占的比例不是一成不變的，其中光面所占比例的多少，決定沖裁件斷面質(zhì)量的高低。塑性差的材料，斷裂傾向嚴重，毛面增寬，而光面、塌角所占的比例較小，毛刺也較小。反之，塑性較好的材料，光面所占的比例較大，塌角和毛刺也較大，而毛面則小一些。對同一種材料來說，這4個部分的比例又會隨材料的厚度、沖裁間隙、刃口銳鈍、模具結(jié)構(gòu)和沖裁速度等各種沖裁條件的不同而變化。

由上述分析可知，要提高沖裁件的斷面質(zhì)量，就要增大光面的寬度，縮小塌角和毛刺的高度，并減小沖裁件的翹曲。

增大光面寬度的關(guān)鍵在于增加塑性變形，推遲剪裂紋的發(fā)生上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析因而就要盡量減小條料內(nèi)的拉應力成分，增強壓應力成分和減小彎曲力矩。其主要措施包括以下幾點。

(1)減小沖裁間隙。

(2)用壓料板壓緊凹模面上的條料。

(3)對凸模下面的條料用頂板施加反向壓力。

(4)合理選擇搭邊，改善潤滑條件等。二、沖裁模間隙沖裁凸模和凹模之間的間隙，不僅對沖裁件的質(zhì)量有極重要的影響，而且影響模具的使用壽命、沖裁力、卸料力和推件力等。因此，沖裁間隙是一個非常重要的工藝參數(shù)。

(一)間隙對沖裁件質(zhì)量的影響

上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析沖裁間隙Z:指凹模刃口橫向尺寸D、與凸模刃口橫向尺寸dT的差值。

如圖2-7所示，Z表示雙面間隙，單面間隙用Z/2表示，如無特殊說明，沖裁間隙就是指雙面間隙。Z值可為正，也可為負，但在普通沖裁中均為正值。

沖裁件的質(zhì)量主要通過切斷面質(zhì)量、尺寸精度和表面平直度來判斷。在影響沖裁件質(zhì)量的諸多因素中，間隙是主要的因素之一。

1.間隙對斷面質(zhì)量的影響當凸、凹模的間隙合適時，在凸、凹模刃口附近產(chǎn)生的裂紋在沖裁過程中能重合，此時盡管斷面與材料表面不垂直，但還比較平直、光滑、毛刺較小，上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析制件的斷面質(zhì)量較好，如圖2-8(b)所示。

當間隙過小時，變形區(qū)內(nèi)彎矩小、壓應力成分高。由凹模刃口附近產(chǎn)生的裂紋進入凸模下面的壓應力區(qū)而停止發(fā)展;由凸模刃口附近產(chǎn)生的裂紋進入凹模上表面的壓應力區(qū)也停止發(fā)展，上、下裂紋不重合。在兩條裂紋之間的材料將被第二次剪切。當上裂紋壓入凹模時，受到凹模壁的擠壓，產(chǎn)生第二光面，同時部分材料被擠出，在表面形成薄而高的毛刺，如圖2-8(a)所示。

當間隙過大時，因為彎矩大，拉應力成分高，塑性變形階段提前結(jié)束，且凸、凹模附近產(chǎn)生的裂紋也不重合，而是錯開了一段距離，于是毛面變寬，光面變窄，塌角與斜度增大，上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析形成厚而大的毛刺，如圖2-8(c)所示。

由于模具制造或裝配的誤差，往往造成模具間隙不均勻，可能在凸、凹模之間存在著間隙合適、間隙過大和間隙過小等情況，因此有可能在沖裁件的整個沖裁輪廓上分布著各種情況的斷面。普通沖裁毛刺的允許高度見表2-12．間隙對尺寸精度的影響

沖裁件的尺寸精度是指沖裁件光面的實際尺寸與基本尺寸的差值。差值越小，則精度越高。

由于沖裁斷面存在區(qū)域性特征，故在沖裁件尺寸的測量和使用中，都是以光面的尺寸為基準。從整個沖裁過程來看，影響沖裁件的尺寸精度有兩方面的因素。

上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析(1)沖模本身的制造精度。

(2)沖裁結(jié)束后沖裁件相對于凸模或凹模尺寸的偏差。

沖裁件尺寸偏離凸、凹模尺寸是由于沖裁時產(chǎn)生的彈性變形在沖裁結(jié)束后發(fā)生彈性回復，當沖裁件從凹模內(nèi)推出(落料)或從凸模上卸下(沖孔)時，相對于凸、凹模尺寸就會產(chǎn)生偏差。影響這個偏差值的因素有間隙、材料性質(zhì)、工件形狀與尺寸等，其中間隙起主導作用。

當沖裁間隙適當時，在沖裁過程中，板料的變形區(qū)在剪切作用下被分離，使落料件的尺寸等于凹模的尺寸，沖孔件尺寸等于凸模的尺寸。

上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析當間隙過大，板料在沖裁過程中除受剪切外還產(chǎn)生較大的拉伸與彎曲變形，沖裁后因材料彈性回復，將使沖裁件尺寸向?qū)嶓w方向收縮。對于落料件，其尺寸會小于凹模尺寸;對于沖孔件，其尺寸會大于凸模尺寸。

當間隙過小，則板料的沖裁過程中除剪切外還會受到較大的擠壓作用。沖裁后，材料的彈性回復使沖裁件尺寸向?qū)嶓w的反方向脹大。對于落料件，其尺寸會大于凹模尺寸;對于沖孔件，其尺寸會小于凸模尺寸。(二)間隙對沖裁力的影響試驗證明，沖裁力隨著間隙的增大會有一定程度的降低，但當單面間隙介于材料厚度的5%一20%時，上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析沖裁力的降低不超過5%一10%。因此，在正常情況下，間隙對沖裁力的影響不大。

間隙對卸料力、推件力的影響比較顯著。隨著間隙增大，卸料力和推件力都將減小。一般當單面間隙增大到材料厚度的15%一25%時，卸料力幾乎降到零。(三)間隙對模具使用壽命的影響

模具使用壽命分為刃磨使用壽命和模具總使用壽命。

刃磨使用壽命:是指兩次刃磨之間模具所生產(chǎn)的合格制件數(shù)。

模具總使用壽命:是指到模具失效時所生產(chǎn)的合格制件總數(shù)。

模具失效的形式一般有磨損、變形、崩刃、折斷和脹裂。

凸、凹模磨鈍后，其刃口處形成圓角，上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析沖裁件上就會出現(xiàn)不正常的毛刺(如圖2-9所示)。凸模刃口磨鈍時，在落料件邊緣產(chǎn)生毛刺;凹模刃口磨鈍時，在沖孔件的孔口邊緣產(chǎn)生毛刺。此時必須修磨凸、凹模的刃口。沖裁過程中作用于凸、凹模上的力如圖2-10所示，凸、凹模刃口受著極大的垂直壓力與側(cè)壓力的作用，使刃口與材料接觸面之間產(chǎn)生局部附著現(xiàn)象，當接觸面相對滑動時，附著部分就產(chǎn)生剪切而引起磨損。這種附著磨損，是沖模磨損的主要形式。接觸壓力越大，相對滑動距離越大，模具材料越軟，則磨損量越大。而沖裁中的接觸壓力，即垂直力、側(cè)壓力、摩擦力均隨間隙的減小而增大，且間隙小時，光亮帶變寬，摩擦距離增長，摩擦發(fā)熱嚴重，所以小間隙將使磨損增加，甚至使模具與材料之間產(chǎn)生砧結(jié)現(xiàn)象。上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析口產(chǎn)生壓縮疲勞、破壞，使之崩刃。

小間隙還會產(chǎn)生凹模脹裂，小凸模折斷，凸而接觸壓力的增大，還會引起刃凹模相互啃刃等異常損壞。當然，影響模具壽命的因素很多，潤滑條件、模具制造材料、精度、表面粗糙度、被加工材料特性、沖裁件輪廓形狀等都與模具的使用壽命有關(guān)，但間隙卻是其中一個主要因素。

為了減少凸、凹模的磨損，延長模具的使用壽命，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。若采用小間隙，就必須提高模具硬度、精度，減小模具粗糙度值，改善潤滑條件，以減小磨損。

(四)合理間隙的確定

上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析由以上分析可見，間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具的使用壽命等都有很大的影響。但很難找到一個固定的間隙值能同時滿足沖裁件質(zhì)量最佳、沖模的使用壽命最長、沖裁力最小等各方面的要求。因此，在沖壓實際生產(chǎn)中，主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和模具的使用壽命這3個因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個范圍值。

合理間隙:能同時保證沖裁件質(zhì)量和較長的模具壽命的沖裁間隙范圍。

最小合理間隙(Zmin),:合理間隙范圍的最小值。

最大合理間隙(Zmax):合理間隙范圍的最大值。

在生產(chǎn)過程中的磨損會使間隙變大，上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析故設(shè)計與制造模具時應采用最小合理間隙Zmin。確定合理間隙值的方法有理論確定法和經(jīng)驗確定法兩種。

1.理論確定法

用理論法確定合理間隙值，是根據(jù)凸、凹模上下裂紋相互重合的原則進行計算。圖2-11所示為沖裁過程中開始產(chǎn)生裂紋的瞬間狀態(tài)，根據(jù)圖中幾何關(guān)系可求得合理間隙Z為式中t—材料厚度，mm;ho—產(chǎn)生裂紋時凸模擠入材料深度，mm;ho/t—產(chǎn)生裂紋時凸模擠入材料的相對深度;B—剪一切裂紋與垂線的夾角，(°)。

由式(2-1)可看出，合理間隙Z與材料厚度t、上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析凸模相對擠入材料深度ho/t、裂紋角B有關(guān)，而ho/t及B又與材料塑性有關(guān)(如表2-2所示)，因此，影響間隙值的主要因素是材料性質(zhì)和厚度。材料厚度越大，塑性越差的硬脆材料，所需間隙Z值就越大;材料厚度越小，塑性越好的材料，則所需間隙Z值就越小。由于理論計算法在生產(chǎn)中使用不方便，故目前廣泛采用的是經(jīng)驗數(shù)據(jù)。2.經(jīng)驗確定法

根據(jù)研究與實際生產(chǎn)經(jīng)驗，間隙值可按要求分類查表確定。

對于尺寸精度、斷面質(zhì)量要求高的沖裁件應選用較小間隙值(如表2-3所示)，這時沖裁力與模具的使用壽命作為次要因素考慮。上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析對于尺寸精度和斷面質(zhì)量要求不高的沖裁件，在滿足沖裁件要求的前提下，應以降低沖裁力、提高模具壽命為主，選用較大的雙面間隙值(如表2-4所示)。

需要指出的是，當模具采用線切割加工，若直接從凹模中制取凸模，此時凸、凹模間隙決定于電極絲直徑、放電間隙和研磨量，但其總和不能超過最大單面初始間隙值。任務實施一、實驗目的1)了解凸、凹模間隙大小對沖裁件尺寸精度的影響。2)了解凸、凹模刃口狀態(tài)對沖裁件斷面質(zhì)量的影響。二、實驗用設(shè)備、工具和材料上一頁下一頁返回任務一沖裁件常見質(zhì)量問題及分析1)設(shè)備:250kN(25t)或160kN(16t)曲柄壓力機。2)工具:沖裁模一副、千分尺、放大鏡、鋼直尺、固定模具的工具等。三、實驗材料A3冷軋鋼板，厚度t為1mm、2mm、3mm各一塊。四、實驗步驟

(1)用同一副模具，更換不同厚度的冷軋鋼板進行沖裁，然后用放大鏡觀察每個零件的斷面質(zhì)量及測量每個零件的外徑并記錄。

(2)用砂紙磨鈍凸模刃口后進行沖裁，用放大鏡觀察每個零件的斷面質(zhì)量，測量每個零件的外徑并記錄。五、實驗結(jié)果的處理并完成實驗報告上一頁返回任務二托板的沖裁工藝性分析任務引入

沖裁件的工藝性是指沖裁件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸等對沖裁工藝的適應性。在編制沖壓工藝規(guī)程和設(shè)計模具之前，應對沖裁件的形狀、尺寸和精度等方面進行分析。從工藝角度分析零件設(shè)計得是否合理，是否符合沖裁的工藝要求。相關(guān)知識一、沖裁件工藝性分析

(1)沖裁件的形狀應力求簡單、對稱，有利于材料的合理利用。

(2)沖裁件內(nèi)形及外形的轉(zhuǎn)角處要盡量避免尖角，應以圓弧過渡(如圖2-12所示)，以便于模具加工，下一頁返回任務二托板的沖裁工藝性分析減少熱處理開裂，減少沖裁時尖角處的崩刃和過快磨損。圓角半徑R的最小值見表2-5。

(3)盡量避免沖裁件上過長的凸出懸臂和凹槽，懸臂和凹槽寬度也不宜過小，其許可值如圖2-13所示。

(4)為避免工件變形和保證模具強度，孔邊距和孔間距不能過小。其最小許可值如圖2-13所示。

(5)在彎曲件或拉深件上沖孔時，孔邊與直壁之間應保持一定距離，以免沖孔時凸模受水平推力而折斷，如圖2-13所示。

(6)沖孔時，因受凸模強度的限制，孔的尺寸不應太小，否則凸模易折斷或壓彎。上一頁下一頁返回任務二托板的沖裁工藝性分析用無導向和有導向的凸模所能沖制的最小尺寸分別見表2-6和表2-7。二、沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度(1)沖裁件的經(jīng)濟公差等級不高于IT11級，一般要求落料件公差等級最好低于IT10級，沖孔件最好低于IT9級。沖裁得到的工件公差見表2-8和表2-9。如果工件要求的公差值小于表值，沖裁后需經(jīng)整修或采用精密沖裁。(2)沖裁件的斷面粗糙度與材料塑性、材料厚度、沖裁模間隙、刃口銳鈍以及沖模結(jié)構(gòu)等有關(guān)。當沖裁厚度為2mm以下的金屬板料時，其斷面粗糙度Ra一般可達12.5-3.2μm任務實施上一頁下一頁返回任務二托板的沖裁工藝性分析托板的零件圖如圖2-14所示，下面將對其沖裁工藝性進行分析。一、材料該零件材料為08F鋼，塑性好，適于沖壓生產(chǎn)。二、生產(chǎn)批量該零件的生產(chǎn)批量為大批量，因此在制訂生產(chǎn)方案時，應充分考慮采用級進?；驈秃夏Ｒ蕴岣呱a(chǎn)率。三、精度等級該零件的精度等級為IT11級，因此，模具的制造精度等級IT7級。四、結(jié)構(gòu)形狀上一頁下一頁返回任務二托板的沖裁工藝性分析1.形狀該零件形狀對稱，沖裁時受力均勻。2.孔邊距符合最小孔邊距要求。3.孔間距符合最小孔間距要求。通過上述分析，該零件可以采用沖裁工序進行生產(chǎn)。上一頁返回任務三

托板生產(chǎn)方案的制訂任務引入

沖壓生產(chǎn)方案制訂是在對沖壓件的工藝性分析之后進行的重要環(huán)節(jié)。制訂生產(chǎn)方案就是制訂各次沖壓加工的工序性質(zhì)、工序數(shù)量、工序順序、工序的組合方式等。沖壓生產(chǎn)方案的制訂要考慮多方面的因素，有時還要進行必要的工藝計算，因此實際生產(chǎn)中通常要提出幾種可能的方案，進行分析比較后制訂最佳方案。下面將就托板的各種沖壓生產(chǎn)方案進行比較分析。相關(guān)知識一、沖裁模分類沖裁模的結(jié)構(gòu)形式很多，一般可按下列不同的特征進行分類下一頁返回任務三

托板生產(chǎn)方案的制訂(1)按工序性質(zhì)分，可分為落料模、沖孔模、切斷模、切邊模、切占模、剖切模、整修模、精沖模等。

(2)按工序組合程度分，可分為單工序模(簡單模)、連續(xù)模(級進模)和復合模。

(3)按沖模有無導向裝置和導向方法分，可分為無導向的開式模和有導向的導板模、導柱模、滾珠導柱模、導簡模等。

(4)按送料步距的方法分，可分為固定擋料銷式、活動擋料銷式、自動擋料銷式、導正銷式、側(cè)刃式等。

(5)按送料、出件及排除廢料的自動化程度分，可分為手動模、半自動模和自動模。

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托板生產(chǎn)方案的制訂上述各種不同的分類方法從不同的角度反映了模具結(jié)構(gòu)的不同特點。任何一副沖裁?？偪煞殖缮夏：拖履刹糠?上模一般固定在壓力機的滑塊上，并隨滑塊一起運動;下模固定在壓力機的工作臺上。沖裁模的組成零件，一般有以下6類。

(1)工作零件。直接對坯料進行加工，完成板料分離的零件。具體有凸模、凹模、凸凹模等。

(2)定位零件。確定沖壓加工中毛坯或工序件在沖模中正確位置的零件。具體有導料銷、導料板、側(cè)壓板、定位銷(定位板)、擋料銷、導正銷、承料板、定距側(cè)刃等。

條料在模具送料平面中必須有兩個方向的定位，即與送料方向垂直的方向上的定位和送料方向上的定位。

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托板生產(chǎn)方案的制訂(3)壓料、卸料及出件零件。使沖件與廢料得以出模，保證順利實現(xiàn)正常沖壓生產(chǎn)的零件。具體有卸料板、壓料板、頂件塊、推件塊、廢料切刀等(4)導向零件。正確保證上、下模的相對位置，以保證沖壓精度。具體有導套、導柱、導板等。

(5)支撐零件。撐裝模具零件或?qū)⒛＞呔o固在壓力機上并與其發(fā)生直接聯(lián)系用的零件。具體有上、下模座，模柄，凸、凹模固定板，墊板，限位器等。

(6)標準件及其他。模具零件之間的相互連接件、銷釘起定位作用。具體有螺釘、銷釘、鍵、彈簧等其他零件。

以上組成模具的各類零件在沖裁過程中相互配合，上一頁下一頁返回任務三

托板生產(chǎn)方案的制訂保證沖裁工作的正常進行，從而沖出合格的沖裁件。然而，不是所有的沖裁模都具有上面所列的6類零件，尤其是簡單的沖裁模。但是工作零件和必要的支撐件是不可缺少的。二、單工序模

單工序模(又稱簡單模)，是指壓力機在一次行程中只完成一道工序的沖裁模。1.無導向的開式單工序沖裁模圖2-15所示是無導向的開式單工序沖裁模。

1)模具組成

(1)上模部分由上模座1上的模柄、凸模2等組成，通過模柄安裝在壓力機的滑塊上，并隨壓力機滑塊做上下運動。

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托板生產(chǎn)方案的制訂(2)下模部分由固定卸料板3、導料板4、凹模5、下模座6和定位板7等組成，通過下模座用螺釘、壓板固定在壓力機的工作臺上。

(3)模具的工作零件是凸模2和凹模5(4)定位零件是兩個導料板4和定位板7(5)卸料零件是兩個固定卸料板3(6)支撐零件是上模座1(帶模柄)和下模座6。此外還有緊固螺釘?shù)取?/p>

2)工作順序

(1)條料沿導料板送，并由定位板7定位。

(2)壓力機的滑塊帶動上模部分下行，上一頁下一頁返回任務三

托板生產(chǎn)方案的制訂凸模2與凹模5配合對條料進行沖裁。

(3)分離后的沖裁件靠凸模2直接從凹模5洞口依次推出。緊箍在凸模2上的條料則在上?；爻虝r由固定卸料板3(左右各一塊)刮下。照此循環(huán)，完成沖裁工作。3)特點

(1)該模具具有一定的通用性。模具的導料板、定位板及固定卸料板在一定的范圍內(nèi)均可調(diào)節(jié)，凸、凹模的安裝方式為快換式，因此通過更換凸、凹模就可以沖裁相近的不同規(guī)格的沖裁件。

(2)上、下模之間沒有直接導向關(guān)系，依靠壓力機滑塊的導軌導向。這類模具使用時調(diào)整凸、凹模之間間隙較麻煩，上一頁下一頁返回任務三

托板生產(chǎn)方案的制訂模具的使用壽命低，沖裁件精度差，操作也不夠安全。

(3)無導向開式單工序沖裁模主要適用于精度要求不高、形狀簡單、批量小或試制用沖裁件。

2.導板式單工序沖裁模

導板模的特征:其上、下模的導向是依靠導板的導向孔與凸模的間隙配合(一般為H7/h6)進行的。圖2-16所示是導板式單工序沖裁模。1)模具組成(1)上模部分由模柄1、上模座3,墊板6、凸模固定板7和凸模5等組成。(2)下模部分是由導板9、一對導料板10、固定擋料銷16、上一頁下一頁返回任務三

托板生產(chǎn)方案的制訂凹模13、始用擋料銷20、下模座15及承料板11等組成。

(3)工作零件是凸模5和凹模13(4)定位零件是導料板10、始用擋料銷20、固定擋料銷16(5)導向零件是導板9(兼起固定卸料作用)。

(6)支撐零件是凸模固定板7,墊板6、上模座3、模柄1、下模座15以及承料板11。支撐零件的作用是在沖裁時增大條料的支撐面，使條料送料平穩(wěn)，故其頂面與凹模頂面在同一平面上。

2)工作順序

(1)將條料沿導料板10送進，并由始用擋料銷20進行定位;根據(jù)排樣的需要，上一頁下一頁返回任務三

托板生產(chǎn)方案的制訂該模具的固定擋料銷16所設(shè)置的位置對首次沖裁起不到定位作用，為此采用了始用擋料銷。在首件沖裁前，用手將始用擋料銷壓入已限定條料的位置，在后續(xù)沖裁中，始用擋料銷在彈簧的作用下復位，不再起擋料的作用(而是靠固定擋料銷繼續(xù)對料邊或搭邊進行擋料定位)。

(2)凸模由導板9導向而進入凹模，完成首次沖裁，落下一個零件。

(3)條料繼續(xù)送進，并由固定擋料銷定位，進行第二次沖裁。第二次沖裁是落下兩個零件，分離后的零件靠凸模從凹模洞口中依次推出，而箍在凸模上的條料則在上?；爻虝r由導板刮下來。

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托板生產(chǎn)方案的制訂3)特點

(1)凸、凹模的正確配合是依靠導板導向，為了保證導向精度和導板的使用壽命，工作過程中不允許凸模離開導板，為此，選用行程較小且可調(diào)節(jié)的偏心式壓力機較合適。為保證在沖裁過程中凸、凹模間隙的均勻分布，其上、下模的導向是依靠導板與凸模的間隙配合(一般為H7/h6)進行的，且必須小于凸、凹模間隙。

(2)在結(jié)構(gòu)上，為了拆裝和調(diào)整間隙方便，固定導板的兩排螺釘和銷釘內(nèi)緣之間的距離應大于上模相應的輪廓寬度。

(3)固定擋料銷的形狀采用鉤形結(jié)構(gòu)，主要是使其安裝孔離凹?？卓谶h一些，以減少對凹模孔口強度的影響。

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托板生產(chǎn)方案的制訂(4)為了保證條料的順利送進，導料板的高度必須大于固定擋料銷高度與條料厚度之和。因為在送料時必須把條料往上抬一下才能推進，故使用不太方便。同時，為使送料平穩(wěn)，導料板伸長一定長度，下面應裝一塊承料板。

(5)導板模比無導向的