武漢理工大學(xué),金屬工藝學(xué)第11章板料沖壓

1、上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧鍛件圖的制定鍛件圖的制定 （1 1）敷料、機(jī)械加工余量和鍛造公差）敷料、機(jī)械加工余量和鍛造公差（2 2）分模面的選擇原則）分模面的選擇原則 1)1)要保證模鍛件能從模膛中取出。要保證模鍛件能從模膛中取出。 2)2)使模膛深度最淺。使模膛深度最淺。 3)3)分模面的上下模膛外形要一致。分模面的上下模膛外形要一致。 4)4)使所需的敷料最少。使所需的敷料最少。 5)5)分模面要選擇平面。分模面要選擇平面。 （3 3）沖孔連皮和模鍛斜度）沖孔連皮和模鍛斜度根據(jù)模膛的功能，鍛模的模腔分為根據(jù)模膛的功能，鍛模的模腔分為模鍛模膛模鍛模膛和和制坯模膛制坯模膛兩大類兩大類。 自由鍛

2、的基本工序自由鍛的基本工序 自由鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求自由鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求 第十一章第十一章 板料沖壓板料沖壓主要內(nèi)容主要內(nèi)容 11.111.1 板料沖壓的基本工序板料沖壓的基本工序1 11.2 11.2 沖壓件結(jié)構(gòu)設(shè)計要求沖壓件結(jié)構(gòu)設(shè)計要求2 11.3 11.3 板料沖壓設(shè)備板料沖壓設(shè)備3 11.4 11.4 沖壓模具沖壓模具4本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)1 1、初步掌握分離工序和變形、初步掌握分離工序和變形工序的種類、特點(diǎn)及應(yīng)用工序的種類、特點(diǎn)及應(yīng)用；2 2、根據(jù)各種工序的特點(diǎn)，合、根據(jù)各種工序的特點(diǎn)，合理地選擇沖壓工藝參數(shù)，正理地選擇沖壓工藝參數(shù)，正確設(shè)計沖壓件結(jié)構(gòu)；確設(shè)計沖壓件結(jié)構(gòu)；3 3、了解常用

3、沖壓模具的結(jié)構(gòu)、了解常用沖壓模具的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及工作原理特點(diǎn)及工作原理概概 述述使板料經(jīng)分離或成形而得到制件的工藝統(tǒng)稱為沖壓沖壓。 厚度小于4mm的金屬薄板通常是在常溫下進(jìn)行沖壓，故稱冷沖壓冷沖壓。 只有當(dāng)板料厚度超過810mm時，才采用熱沖壓熱沖壓。 沖壓的設(shè)備主要有剪床和沖床。 （1）便于實(shí)現(xiàn)自動化，生產(chǎn)率很高，操作簡便。 （2）節(jié)省原材料，節(jié)省能源消耗。 （3）產(chǎn)品重量輕、強(qiáng)度高、剛性好。 （4）產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，互換性好，可以加工形狀復(fù)雜的零件。板料沖壓具有下列特點(diǎn)：板料沖壓具有下列特點(diǎn)： 分離工序分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序。如落料、沖孔、切斷和修整等。11.1 11.

4、1 板料沖壓的基本工序板料沖壓的基本工序 板料沖壓的基本工序可分為分離工序分離工序和變形工序變形工序兩大類。 11.1.1 11.1.1 分離工序分離工序落料和沖孔統(tǒng)稱沖裁。落料和沖孔統(tǒng)稱沖裁。 落料落料是為了制取工件的外形，故沖下的部分為工件，帶孔的為廢料。 沖孔沖孔則相反，是要制取工件的內(nèi)孔，故沖下的部分為廢料，帶孔的部分為工件。 落料落料沖孔沖孔1、沖裁變形和分離過程、沖裁變形和分離過程 沖裁變形和分離過程可分彈性變形彈性變形、塑性變形塑性變形、斷裂分?jǐn)嗔逊蛛x離三個階段。 (a(a）彈性變形）彈性變形 (b(b）塑性變形）塑性變形 （c c）斷裂分離）斷裂分離 (d(d）斷面形狀）斷面形

5、狀 板料分離后所形成的斷口區(qū)域包括:圓角、光亮帶、斷裂帶和毛刺等4部分。 沖裁件斷面質(zhì)量的優(yōu)劣、與沖模間隙、刃口鋒利程度和材料排樣方式密切相關(guān)。 沖裁變形過程沖裁變形過程2.2. 沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素 沖裁件正常的斷面特征如下圖所示，它由圓角帶（a）、光亮帶（b）、斷裂帶（c）和毛刺（d) 四個特征區(qū)組成。 沖裁件正常的斷面特征沖裁件正常的斷面特征 圓角帶圓角帶a a：是在沖裁過程中刃口附近的材料被牽連拉入變形（彎曲和拉伸）的結(jié)果。光亮帶光亮帶b b：當(dāng)刃口切入金屬板料后，板料與模具側(cè)面擠壓而形成光亮垂直的斷面。 斷裂帶斷裂帶c c：由刃口處產(chǎn)生的微裂紋在拉應(yīng)力

6、的作用下，不斷擴(kuò)展而形成的。 毛刺毛刺d d：在刃口附近的側(cè)面上材料出現(xiàn)微裂紋時形成的。 要提高沖裁件的質(zhì)量，就要增大光亮帶的高度，縮小圓角帶要提高沖裁件的質(zhì)量，就要增大光亮帶的高度，縮小圓角帶和毛刺高度，并減少沖裁件翹曲。和毛刺高度，并減少沖裁件翹曲。3.3. 凸凹模間隙凸凹模間隙 凸凹模的間隙不僅嚴(yán)重影響沖裁件的斷面質(zhì)量，也影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。間隙過小間隙過小 間隙過大間隙過大 間隙適中間隙適中 當(dāng)間隙過小時當(dāng)間隙過小時，光面寬度增加，圓角、毛刺、斜度等都有所減小，工件質(zhì)量較高，但模具壽命較低。當(dāng)間隙過大時當(dāng)間隙過大時，斷面光面減小，圓角與斜度增大，形成

7、厚而大的拉長毛刺，且難以去除，同時沖裁的翹曲現(xiàn)象嚴(yán)重。當(dāng)間隙合適時當(dāng)間隙合適時，光面約占板厚的1/21/3左右，切斷面的圓角、毛刺和斜度均很小。零件的尺寸幾乎與模具一致，完全可以滿足使用要求。單邊間隙單邊間隙c=m 4.4. 凸凹模刃口尺寸的確定凸凹模刃口尺寸的確定 沖裁模刃口尺寸的計算直接關(guān)系到模具間隙和沖裁件的尺寸精度，是模具設(shè)計中最重要的尺寸。 刃口尺寸計算的原則如下： (1)落料時，落料件的尺寸是由凹模刃口尺寸決定的，因此，應(yīng)以落料凹模為設(shè)計基準(zhǔn)。 考慮到凹模磨損后會使落料件尺寸增大，為提高模具使用壽命，因而凹模刃口的基本尺寸應(yīng)接近于落料件的最小極限尺寸。 凸模的基本尺寸=凹模刃口的基

8、本尺寸-最小合理間隙值。 (2)沖孔時，沖孔件的尺寸是由凸模刃口尺寸決定的，因此，應(yīng)以沖孔凸模為設(shè)計基準(zhǔn)。 考慮到凸模磨損后會使沖孔件尺寸減小，為提高模具使用壽命，因而凸模刃口的基本尺寸應(yīng)接近于沖孔件的最大極限尺寸。 凹模的基本尺寸=凸模刃口的基本尺寸+最小合理間隙值。 5.5. 沖裁力的計算沖裁力的計算 沖裁時材料對凸模的最大抗力稱為沖裁力沖裁力，它是合理選用沖壓設(shè)備和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度的一個重要依據(jù)。 其大小與材質(zhì)、料厚及沖裁件周邊長度有關(guān)。 L沖裁件周邊長度(mm)；K系數(shù)，常取1.3； t板料厚度（mm）；0材料的拉剪強(qiáng)度(MPa)；b材料的抗拉強(qiáng)度(MPa) 0KLtF沖平刃沖模沖裁力 或

9、 bLtF沖6.6. 沖裁件的排樣沖裁件的排樣排樣是指落料件在板料或條料上合理布置的方法。不同的排樣方式對材料消耗對比不同的排樣方式對材料消耗對比 有搭邊排樣有搭邊排樣 無搭邊排樣無搭邊排樣 7.7. 修修 整整 修整修整是利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，以切掉普通沖裁時在沖裁件斷面上存留的剪裂帶和毛刺，從而提高沖裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。(a) (a) 外緣修整外緣修整 (b) (b) 內(nèi)孔修整內(nèi)孔修整 8.8. 切切 斷斷切斷切斷是指用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。 剪刃安裝在剪床上，把大板料剪成一定寬度的條料，供下一步?jīng)_壓工序用。而沖模是安裝在沖床上，用以

10、制取形狀簡單、精度要求不高的平板件。11.1.2 11.1.2 變形工序變形工序彎曲、拉深、起伏、翻邊與翻孔、脹形等均屬于變形工序。 使沖壓坯料產(chǎn)生不破裂的塑性變形獲得沖壓件的工序稱為變形工序。1.1. 彎彎 曲曲 將板料、型材或管材在彎矩作用下，彎成具有一定曲率和角度的制件的成形方法稱為彎曲彎曲。 彎曲過程彎曲過程各種常見的彎曲件各種常見的彎曲件 回彈現(xiàn)象回彈現(xiàn)象由于彈性變形的恢復(fù)，坯料略微彈回一點(diǎn)，使被彎曲的角度增大。所以，凸、凹模要比所彎的角度小一回彈角。一般回彈角為010。 彎曲時還應(yīng)盡可能使彎曲線與坯料纖維方向垂直。若彎曲線與纖維方向一致，則容易產(chǎn)生破裂。 防止破裂，彎曲的最小半徑應(yīng)

11、為rmin = （0.251）（為金屬板料的厚度）。材料塑性好，則彎曲半徑可小些。 彎曲過程中，板料彎曲部分的內(nèi)側(cè)受壓縮，而外側(cè)受拉伸。當(dāng)外側(cè)的拉應(yīng)力超過板料的抗拉強(qiáng)度時，即會造成金屬破裂。2.2. 拉拉 深深 變形區(qū)在一拉一壓的應(yīng)力狀態(tài)作用下，使平板料（或淺的空心坯）成形為開口的空心件（深的空心件）而厚度基本不變的加工方法稱為拉深拉深，也叫拉延拉延。 凸模和凹模有一定的圓角，且其間隙一般稍大于板料厚度。拉深件的底部一般不變形，厚度基本不變。直壁厚度有所減小。一、拉深過程及變形特點(diǎn)一、拉深過程及變形特點(diǎn) 當(dāng)筒形件直徑d與坯料直徑D相差較大時，不能一次拉深至產(chǎn)品尺寸，而應(yīng)進(jìn)行多次拉深，并在中間穿

12、插進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，以消除前幾次拉深變形所產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象。 二、拉深缺陷及預(yù)防措施二、拉深缺陷及預(yù)防措施 拉裂拉裂 在拉深過程中，拉深件主要受拉應(yīng)力的作用。當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時，拉深件將被拉裂形成廢品, 最危險部位是直壁與底部的過渡圓角處。(a) (a) 拉裂拉裂（b b）折皺）折皺 折皺折皺 在拉深過程中，其凸緣和凸模圓角部位變形最大，凸緣部分在圓周切線方向受壓應(yīng)力，壓應(yīng)力過大時，會發(fā)生折皺, 坯料厚度愈小，拉深深度H愈大，愈容易產(chǎn)生折皺。 為防止折皺，可采用有壓板（或加壓邊圈）拉深。 為防止拉裂通常采用如下的措施為防止拉裂通常采用如下的措施：凸凹模的圓角半徑應(yīng)合適凸凹模的圓角

13、半徑應(yīng)合適 拉深模的工作部分不能是鋒利的刃口，必須做成一定的圓角。圓角半徑過小時，則容易將板料拉穿。 凸凹模的間隙應(yīng)合適凸凹模的間隙應(yīng)合適 拉深模的凸凹模間隙遠(yuǎn)比沖裁模大。一般取Z=（1.11.2）t，t為板厚。 合理控制拉深系數(shù)合理控制拉深系數(shù) 采用多次拉深和敷涂拉深潤滑劑。多次拉深時需進(jìn)行中間退火，以消除前幾次拉深中所產(chǎn)生的硬化現(xiàn)象，避免拉裂。 拉深時敷涂潤滑劑可減少摩擦，降低拉深件壁部的拉應(yīng)力，減少模具的磨損。 三、拉深系數(shù)與拉深次數(shù)三、拉深系數(shù)與拉深次數(shù)拉深系數(shù)拉深系數(shù) 拉深直徑d與毛坯直徑D的比值稱為拉深系數(shù)，用m表示，即md/D。它是衡量拉深變形程度的指標(biāo)。 拉深系數(shù)不小于0.50

14、.8。坯料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。拉深次數(shù)拉深次數(shù) 有些深腔拉深件(如彈殼、筆帽等)，由于拉深系數(shù)過小，不能一次拉深成形，則可采用多次拉深工藝 。3.3.起伏、翻邊、翻孔及脹形起伏、翻邊、翻孔及脹形 （1 1）起伏）起伏在板料或制品表面上通過局部變薄獲得各種形狀的凸起與凹陷的成形方法。 起伏起伏 （2 2）翻邊）翻邊在成形板坯的邊緣，沿一定的曲線翻出豎直邊緣的成形方法。 翻孔翻孔是翻邊的一種特殊形式，即在預(yù)先制好孔的半成品上沖制出豎直邊緣的成形工序。 翻孔翻孔 （3 3）脹形）脹形 （4 4）旋壓）旋壓旋壓的基本要點(diǎn)是：旋壓的基本要點(diǎn)是： (1)合理的轉(zhuǎn)速 (2)合理的過渡形狀 (3

15、)合理加力11.2 11.2 沖壓件的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求沖壓件的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 影響沖壓件工藝性的主要因素有：沖壓件的外形、尺寸、精度及材料。一、沖壓件的形狀及尺寸一、沖壓件的形狀及尺寸1 1、對沖裁件的要求、對沖裁件的要求 （1）落料件的外形和沖孔件的孔形應(yīng)力求簡單、對稱。盡可能采用圓形或矩形等規(guī)則形狀，避免長槽或細(xì)長懸臂結(jié)構(gòu)。不合理的落料件外形不合理的落料件外形零件的形狀與節(jié)約材料的關(guān)系零件的形狀與節(jié)約材料的關(guān)系 （2）沖裁件的內(nèi)、外形轉(zhuǎn)角處，要盡量避免尖角，應(yīng)以圓弧連接，以避免尖角處應(yīng)力集中被沖模沖裂。 （3）沖裁件的結(jié)構(gòu)尺寸（如孔徑、孔距）必須考慮材料的厚度。2 2、對彎曲件的要求、對彎曲件的

16、要求 （1）彎曲件形狀應(yīng)盡量對稱，彎曲半徑不能小于材料允許的最小彎曲半徑，并應(yīng)考慮材料纖維方向，以免成型過程中彎裂。 （2）彎曲邊過短不易彎成型，故應(yīng)使彎曲邊高度H2s。若H2s，則必須壓槽，或增加彎曲邊高度，然后加工去掉。 （3）彎曲帶孔件時，為避免孔的變形，孔的邊緣距彎曲中心應(yīng)有一定的距離。一般L1.52s。當(dāng)L過小時,可在彎曲線上沖工藝孔,如對零件孔的精度要求較高，則應(yīng)彎曲后再沖孔。 (1)拉深件外形應(yīng)簡單、對稱，且不宜太高。以便使拉深次數(shù)盡量少，并容易成型。 (2)拉深件的圓角半徑（如圖示）應(yīng)滿足：rb2t，rd(34)t，r0.15H。否則，應(yīng)增加整形工序。 (3)拉深件的壁厚變薄量

17、一般要求不應(yīng)超出拉伸工藝壁厚變化的規(guī)律（最大變薄率約在10%18%左右）。3 3、對拉深件的要求、對拉深件的要求二、簡化工藝及節(jié)省材料的設(shè)計二、簡化工藝及節(jié)省材料的設(shè)計 （1）復(fù)雜形狀的沖壓件，可分成幾個簡單的沖壓件沖制，然后再焊成所需的零件。 沖壓沖壓焊接結(jié)構(gòu)零件焊接結(jié)構(gòu)零件 （2）采用沖口工藝，可減少組合件數(shù)量、節(jié)省材料和簡化工藝過程。 沖口工藝的運(yùn)用沖口工藝的運(yùn)用 三、沖壓件的厚度三、沖壓件的厚度 在強(qiáng)度和剛度允許的條件下，應(yīng)盡可能采用較薄的材料，以減少金屬的消耗。 對局部剛度不夠的部位，可采用加強(qiáng)筋，以實(shí)現(xiàn)薄材料代替厚材料。 四、沖壓件的精度和表面質(zhì)量四、沖壓件的精度和表面質(zhì)量落料不超

18、過IT10，沖孔不超過IT9，彎曲不超過IT9IT10。 拉深件高度尺寸精度為IT8IT9，經(jīng)整形工序后尺寸精度達(dá)IT6IT7。拉深件直徑尺寸精度為IT9IT10。11.3 11.3 板料沖壓設(shè)備板料沖壓設(shè)備開式壓力機(jī)的外形開式壓力機(jī)的外形 開式壓力機(jī)原理圖開式壓力機(jī)原理圖 沖壓工藝是利用模具在壓力機(jī)上進(jìn)行的，沖壓用設(shè)備種類沖壓工藝是利用模具在壓力機(jī)上進(jìn)行的，沖壓用設(shè)備種類很多，常用的沖壓設(shè)備為各類壓力機(jī)。很多，常用的沖壓設(shè)備為各類壓力機(jī)。 11.4 11.4 沖壓模具沖壓模具 沖壓用模具稱為沖模，根據(jù)沖模在壓力機(jī)滑塊的一次行程中完成工序的性質(zhì)，一般可分為簡單模簡單模、連續(xù)模連續(xù)模和復(fù)合模復(fù)合模三類。 一、簡單模一、簡單模 在壓力機(jī)的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具，稱為簡單模。 簡單沖模簡單沖模拉深模拉深模落料模落料模沖孔模沖孔模彎曲模彎曲模連續(xù)模連續(xù)模二、連續(xù)模（級進(jìn)模）二、連續(xù)模（級進(jìn)模） 壓力機(jī)的一次行程中，在模具的不同部位上同時完成數(shù)道沖壓工序的模具，稱為連續(xù)模連續(xù)模。 三、復(fù)合模三、復(fù)合模 利用壓力機(jī)的一次行程，在模具的同一位置完成兩道或兩道以上工序的模具，稱為復(fù)合模。復(fù)合模。 落料拉伸復(fù)合模落料拉伸復(fù)合模 改變沖裁條件，以增大變形區(qū)的靜水壓作用，抑制材料的斷裂，使塑性剪切變形延續(xù)到剪切的全過程，在材料不出現(xiàn)剪裂紋的沖裁條件下實(shí)現(xiàn)材料的分離，從而得到斷面光滑而垂