冲裁工艺与模具设计.doc

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1、项目4冲裁工艺与模具设计4.1能力要求1）编制出合理的冲裁工艺方案；2）掌握排样设计、工艺计算方法；3）掌握冲裁模凸、凹模结构设计及冲裁模零部件设计4）掌握一般冲裁模设计4.2冲裁工艺4.2.1冲裁过程的分析4.2.1.1落料与冲孔冲裁是利用模具使板料沿一定轮廓形状、并在锋利的刃口处产生剪切等变形，进而分离断裂的冲压加工分离工序。从广义上讲，冲裁是分离工序的总称。它包括落料、冲孔、切断、切口、冲缺、剖切等工序。其中又以落料和冲孔应用最为广泛。制取所需零件的外形及尺寸的工序称之为落料，如图4—1(a)

2、中尺寸D所示；而制取所需零件的内形及尺寸的工序称之为冲孔，如图4—1（b)中尺寸d所示。图4—1垫圈冲裁中的落料与冲孔冲裁工艺是冲压生产的主要工艺方法之一。按照分离变形机理不同，冲裁可分为普通冲裁、精密冲裁、整修和半精密冲裁。作为塑性加工方法之一的冲裁，它的变形力学范围既包含了剪切又包含了断裂。为．了研究冲裁件的质量、模具的寿命以及冲裁力较精确的计算等，应该从塑性力学理论、方法及冲裁变形的实际条件诸方面对冲裁变形机理进行分析，以便认识冲裁变形的本质。4.2.1.2冲裁变形过程4.2.1.2.1弹性变

3、形阶段如图4—2(a)所示，当凸模下压接触板料时，凸模与凹模刃口周围的板料产生应力集中现象，使材料产生弹性压缩、弯曲、拉伸等复杂的变形。板料略有挤入凹模洞口的现象。此时，凸模下的材料略有弯曲，凹模上的材料则向上翘。间隙愈大，弯曲和上翘愈严重。随着凸模继续压人，直到材料内的应力达到弹性极限。此阶段材料将产生短暂的、轻微的弹性变形。图4—2冲裁变形过程分析（a）弹性变形(b)塑性变形(c)出现裂纹(d)裂纹贯通(e)断裂分离(f)剪切断面在板料的冲裁过程中，变形区主要集中在凸、凹模刃口连线附近。这个变形

4、区属于圣维南（Saint·Venant）区，其应力分布规律无法用数学—力学方法求得。板料冲裁光弹试验可以通过等色线了解某一截面内主剪应力的分布规律，通过等色线配合等倾线可进一步了解该截面内各点的剪应力和两个主应力的数值、主应力迹线及主剪应力迹线等。通过改变试验模具的间隙可以得出不同冲裁间隙对板料内应力分布规律的影响。而且通过冻结光弹试验还可以了解不同截面内的应力分布规律。总之，通过光弹试验可以有效地观察、分析板料冲裁弹性变形阶段的力学特征，并对冲裁过程的理论分析进行验证。4.2.1.2.2塑性变形阶

5、段如图4—2(b)所示，凸模继续下压，板料变形区的应力将继续增大。当应力状态满足屈服准则时，材料便进入塑性变形阶段。这一阶段突出的特点是材料只发生塑性流动，而不产生任何裂纹。由于凸模切入板料，板料挤入凹模洞口。在板料剪切面的边缘产生弯曲、拉伸等作用形成塌角，同时由于塑性剪切变形，在切断面上形成一小段光亮且与板面垂直的断面。纤维组织产生更大的弯曲和拉伸变形。随着凸模的下压，应力不断加大，直到分离变形区的应力达到抗剪强度，塑性变形阶段结束。塑性变形阶段的实质按现代金属物理学的观点，金属内部存有大量的位错

6、，金属塑性变形的实质就是位错的运动，材料的屈服极限就是开动位错使之运动所需的临界应力值。材料内部的位错数量越多，开动位错就越困难，屈服极限也就越高。位错运动的结果，即金属塑性变形的结果4.2.1.2.3断裂分离阶段图4—2(c)，(d)，(e)表示了断裂分离的全过程，其中图(c)表示当凸模切人板料达到一定深度时，在凹模侧壁靠近刃口处的材料首先出现裂纹。这表明塑性剪切变形的终止和断裂分离的开始。图(d)表示裂纹发展与贯通的情形。在一般情况下，在凹模附近产生的裂纹向凸模刃口方向发展的过程中，处在凸模侧面

7、靠近刃口附近的材料也将产生裂纹，并且上下裂纹将贯通。图(e)表示冲裁结束时板料被完全分裂分离的情形。被冲入孔的一块料在落料时为工件，冲孔时为废料。留在凹模面上的材料在冲孔时为工件，落料时为废料。普通冲裁件的剪切断面状况如图4—2(f)所示，其精度一般在ITl0级以下，表面粗糙度及。在3.2μm～50µm。如图4—2(f)所示，断面明显分为四个区域：a为圆角区，即塌角；b为光亮带，表面光滑，表面质量最好；c为剪裂带，表面粗糙并略带斜度，不与板面垂直；d为毛刺。断裂分离阶段的实质是模具刃口附近的板料，随

8、着板料塑性变形的发展，板料内位错数量大大增加并堆积在晶间和杂质处。塑性变形后期形成首次微裂纹，随后内生第1条、第2条微裂纹，在微裂纹根部汇集成较宽的主裂纹，或称之为裂缝，如图4—3所示。在主裂纹形成之后，板料弹、塑性变形阶段积蓄在板料内的应变能得到迅速地释放，使裂纹迅速向板料内扩展。如果间隙合理，则上下两裂纹重合；如间隙不合理，则在上下裂纹中间再产生第三条裂纹。此种板料的断裂分离过程称为双向裂纹分离理论。图4—3典型的裂纹产生与发展过程4.2.3变形区的应力分析4.2