沖壓與模具設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)整理

第一章概述沖壓：室溫下利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力，根據(jù)材料的變形特點(diǎn)分：使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的壓力加工方法。根據(jù)材料的變形特點(diǎn)分：沖壓生產(chǎn)的三要素先進(jìn)的模具，高效的沖壓設(shè)備，合理的沖壓工藝沖壓工序的分類：根據(jù)材料的變形特點(diǎn)分為：分離工序、成形工序分離工序：沖壓成形時(shí)，變形材料內(nèi)部的應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)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(shí)，變形材料內(nèi)部應(yīng)力超過(guò)屈服極限σs，但未達(dá)到強(qiáng)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、脹形、擴(kuò)口、縮口和旋壓等。沖壓模具沖模的分類根據(jù)工藝性質(zhì)分類：沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等。根據(jù)工序組合程度分類：?jiǎn)喂ば蚰?、?fù)合模、級(jí)進(jìn)模復(fù)合模：在壓力機(jī)的一次行程內(nèi)在模具的一個(gè)工位上完成兩道以上沖壓工序的模具。級(jí)進(jìn)模：在壓機(jī)的一次行程內(nèi)，在連續(xù)模具的不同工位上完成多道沖壓共序的模具。2.沖模組成零件沖模通常由上、下模兩部分構(gòu)成。組成模具的零件主要有兩類：①工藝零件：直接參與工藝過(guò)程的完成并和坯料有直接接觸，包括：工作零件、定位零件、卸料與壓料零件②結(jié)構(gòu)零件：不直接參與完成工藝過(guò)程，也不和坯料有直接接觸，只對(duì)模具完成工藝過(guò)程起保證作用，或?qū)δ＞吖δ芷鹜晟谱饔?，包括：?dǎo)向零件、緊固零件、標(biāo)準(zhǔn)件及其它零件等.第二沖裁工藝與沖裁模設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目的與要求：1．了解沖裁變形規(guī)律、沖裁件質(zhì)量及影響因素；2．掌握沖裁模間隙確定、刃口尺寸計(jì)算、排樣設(shè)計(jì)、沖裁力計(jì)算等設(shè)計(jì)計(jì)算方法。3．掌握沖裁工藝性分析與工藝設(shè)計(jì)方法；4．認(rèn)識(shí)沖裁模典型結(jié)構(gòu)（尤其是級(jí)進(jìn)模和復(fù)合模）及特點(diǎn)，了解模具標(biāo)準(zhǔn)，掌握模具零部件設(shè)計(jì)及模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用方法；5．掌握沖裁工藝與沖裁模設(shè)計(jì)的方法和步驟。第一節(jié)概述沖裁利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。基本工序：落料和沖孔。既可加工零件，也可加工沖壓工序件。落料：沖下所需形狀的零件沖孔：在工件上沖出所需形狀的孔沖裁模：沖裁所使用的模具叫沖裁模，它是沖裁過(guò)程必不可少的工藝裝備。凸、凹模刃口鋒利，間隙小。分類：普通沖裁、精密沖裁沖裁變形過(guò)程分析凸、凹模間隙存在，產(chǎn)生彎矩沖裁變形過(guò)程間隙正常、刃口鋒利情況下，沖裁變形過(guò)程可分為三個(gè)階段：1．彈性變形階段凸模加壓，材料發(fā)生彈性壓縮與彎曲，并略有擠入凹模洞口特點(diǎn)：材料內(nèi)應(yīng)力沒(méi)有超出屈服極限，在板料與凸模及凹模接觸處形成圓角帶。2.塑性變形階段特點(diǎn)：材料內(nèi)應(yīng)力達(dá)到屈服極限，材料產(chǎn)生塑性變形．形成光亮的剪切斷面帶，在凹模刃口部分的材料，除受塑剪變形外．還受彎曲和拉伸作用，因而裂紋將首先在凹模刃口處開(kāi)始。3．?dāng)嗔逊蛛x階段變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力大于強(qiáng)度極限。裂紋首先產(chǎn)生在凹模刃口附近的側(cè)面——凸模刃口附近的側(cè)面——上、下裂紋擴(kuò)展相遇——材料分離沖裁件質(zhì)量及其影響因素沖裁件質(zhì)量：指斷面狀況垂直、光潔、毛刺小尺寸精度圖紙規(guī)定的公差范圍內(nèi)形狀誤差外形滿足圖紙要求；表面平直，即拱彎小沖裁件斷面質(zhì)量影響因素材料性能的影響a、b、d大，c小模具間隙的影響間隙小，出現(xiàn)二次剪裂，產(chǎn)生第二光亮帶間隙大，出現(xiàn)二次拉裂，產(chǎn)生二個(gè)斜度模具刃口狀態(tài)的影響當(dāng)凸模刃口磨鈍時(shí)，則會(huì)在落料件上端產(chǎn)生毛刺當(dāng)凹模刃口磨鈍時(shí)，則會(huì)在沖孔件的孔口下端產(chǎn)生毛刺；當(dāng)凸、凹模刃口同時(shí)磨鈍時(shí)，則沖裁件上、下端都會(huì)產(chǎn)生毛刺。沖裁件尺寸精度及其影響因素沖裁件的尺寸精度：指沖裁件的實(shí)際尺寸與圖紙上基本尺寸之差。該差值包括兩方面的偏差：一是沖裁件相對(duì)于凸?；虬寄３叽绲钠?；二是模具本身的制造偏差。影響因素：1）沖模的制造精度（零件加工和裝配）（2）材料的性質(zhì)（3）沖裁間隙沖裁件形狀誤差及其影響因素沖裁件形狀誤差指翹曲、扭曲、變形等缺陷翹曲：沖裁件呈曲面不平現(xiàn)象。它是由于間隙過(guò)大、彎矩增大、變形拉伸和彎曲成分增多而造成的，另外材料的各向異性和卷料未矯正也會(huì)產(chǎn)生翹曲。扭曲：沖裁件呈扭歪現(xiàn)象。它是由于材料的不平、間隙不均勻、凹模后角對(duì)材料摩擦不均勻等造成的變形：由于坯料的邊緣沖孔或孔距太小等原因，因脹形而產(chǎn)生的沖裁模間隙級(jí)進(jìn)沖裁順序的安排先沖孔或沖缺口，最后落料或切斷，將沖裁件與條料分離采用定距側(cè)刃時(shí)，定距側(cè)刃切邊工序安排與首次沖孔同時(shí)進(jìn)行，以便控制送料進(jìn)距。多工序沖裁件用單工序沖裁時(shí)的順序安排先落料使坯料與條料分離，再?zèng)_孔或沖缺口。沖裁大小不同、相距較近的孔時(shí)，為減少孔的變形，應(yīng)先沖大孔后沖小孔。沖裁模的典型結(jié)構(gòu)單工序沖裁模單工序沖裁模：在壓力機(jī)一次行程內(nèi)只完成一個(gè)沖壓工序的沖裁模1.落料模（1）無(wú)導(dǎo)向單工序落料模導(dǎo)板式單工序落料模（3）導(dǎo)柱式單工序落料模2.沖孔模（1）導(dǎo)柱式?jīng)_孔模導(dǎo)板式側(cè)面沖孔模斜楔式水平?jīng)_孔模小孔沖模：全長(zhǎng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的小孔沖模超短凸模的小孔沖模級(jí)進(jìn)模級(jí)進(jìn)模是一種工位多、效率高的沖模。整個(gè)沖件的成形是在連續(xù)過(guò)程中逐步完成的。用導(dǎo)正銷(xiāo)定位的級(jí)進(jìn)模側(cè)刃定距的級(jí)進(jìn)模雙側(cè)刃定距的沖孔落料級(jí)進(jìn)模側(cè)刃定距的彈壓導(dǎo)板級(jí)進(jìn)模優(yōu)點(diǎn)：級(jí)進(jìn)模比單工序模生產(chǎn)率高，減少了模具和設(shè)備的數(shù)量，工件精度較高，便于操作和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)：級(jí)進(jìn)模輪廓尺寸較大，制造較復(fù)雜，成本較高適用：大批量生產(chǎn)小型沖壓件。排樣零件精度對(duì)排樣的要求零件精度要求高的——精確的定位、盡量減少工位數(shù)孔距公差較小——在同一工步中沖出模具結(jié)構(gòu)對(duì)排樣的要求零件較大或零件雖小但工位較多——采用連續(xù)一復(fù)合排樣法（a）。（3）模具強(qiáng)度對(duì)排樣的要求孔間距小——其孔要分步?jīng)_（b）工位間凹模壁厚小——增設(shè)空步（c）外形復(fù)雜——分步?jīng)_出（d）側(cè)刃的位置——避免導(dǎo)致凸、凹模局部工作而損壞刃口（b）零件成形規(guī)律對(duì)排樣的要求位于成形件變形部位上的孔——安排在成形工步之后沖出，落料或切斷工步——安排在最后工位上。全部為沖裁工步的級(jí)進(jìn)模——先沖孔后落料或切斷套料級(jí)進(jìn)沖裁——按由里向外的順序進(jìn)行沖裁（e）。復(fù)合模正裝式復(fù)合模（又稱順裝式復(fù)合模）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：三套除料、除件裝置優(yōu)點(diǎn)：沖出的沖件平直度較高缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沖件容易被嵌入邊料中影響操作。適用：沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，可以沖制孔邊距離較小的沖裁件。倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩套除料、除件裝置缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不宜優(yōu)點(diǎn)：沖制孔邊距離較小的沖裁件簡(jiǎn)單沖裁模零部件設(shè)計(jì)沖裁模零部件的分類：工作零件定位零件定位零件：用來(lái)保證條料的正確送進(jìn)及在模具中的正確位置。條料的限位：①在與條料垂直的方向上的限位，保證條料沿正確的方向送進(jìn)，稱為送進(jìn)導(dǎo)向；②在送料方向上的限位，控制條料一次送進(jìn)的距離（步距）稱為送料定距。塊料或工序件的定位：基本也是在兩個(gè)方向上的限位，只是定位零件的結(jié)構(gòu)形式與條料的有所不同而已。屬于送進(jìn)導(dǎo)向的定位零件：導(dǎo)料銷(xiāo)、導(dǎo)料板、側(cè)壓板等屬于送料定距的定位零件：用擋料銷(xiāo)、導(dǎo)正銷(xiāo)、側(cè)刃等屬于塊料或工序件的定位零件：定位銷(xiāo)、定位板等1．導(dǎo)料銷(xiāo)、導(dǎo)料板導(dǎo)料銷(xiāo)：兩個(gè)，位于條料的同側(cè)，從右向左送料時(shí)，導(dǎo)料銷(xiāo)裝在后側(cè)；從前向后送料時(shí)，導(dǎo)料銷(xiāo)裝在左側(cè)。結(jié)構(gòu)形式：固定式、活動(dòng)式導(dǎo)料板：設(shè)在條料兩側(cè)結(jié)構(gòu)形式：一種是標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，它與卸料板（或?qū)О澹┓珠_(kāi)制造一種是與卸料板制成整體的結(jié)構(gòu)側(cè)壓裝置設(shè)置目的：若條料公差較大，為避免條料在導(dǎo)料板中偏擺，使最小搭邊得到保證。結(jié)構(gòu)形式①?gòu)椈墒絺?cè)壓裝置②簧片式側(cè)壓裝置③簧片壓塊式側(cè)壓裝置④板式側(cè)壓裝置擋料銷(xiāo)側(cè)刃：在級(jí)進(jìn)模中，為了限定條料送進(jìn)距離，在條料側(cè)邊沖切出一定尺寸缺口的凸模。特點(diǎn)：定距精度高、可靠適用：薄料、定距精度和生產(chǎn)效率要求高的情況導(dǎo)正銷(xiāo)使用目的：消除送進(jìn)導(dǎo)向和送料定距或定位板等粗定位的誤差主要用于:級(jí)進(jìn)模配合使用：與擋料銷(xiāo)或與側(cè)刃配合使用后者粗定位，前者精定位導(dǎo)入部分：圓錐形的頭部導(dǎo)正部分：圓柱形的定位板和定位銷(xiāo)定位方式：外緣定位、內(nèi)孔定位卸料裝置與推件裝置卸料裝置形式：固定卸料裝置、彈壓卸料裝置和廢料切刀固定卸料板特點(diǎn)：卸料力大，卸料可靠適用：板料較厚（大于0.5mm）、卸料力較大、平直度要求不很高的沖裁件與凸模的雙邊間隙：當(dāng)卸料板僅起卸料作用，取0.2~0.5mm當(dāng)卸料板兼起導(dǎo)板作用，按H7/h6配合，且應(yīng)小于沖裁間隙。（2）彈壓卸料裝置特點(diǎn)：兼卸料及壓料作用，沖件質(zhì)量較好，平直度較高。適用：質(zhì)量要求較高的沖裁件或薄板沖裁與凸模的單邊間隙：當(dāng)卸料板兼起導(dǎo)板作用，同固定卸料板。廢料切刀適用沖件尺寸大，采用廢料切刀將廢料切開(kāi)而卸料圓廢料切刀，用于小型模具和切薄板廢料方形廢料切刀，用于大型模具和切厚板廢料推件（頂件）裝置推件裝置剛性推件裝置組成：打桿、（推板、連接推桿、）推件塊特點(diǎn)：推件力大，工作可靠b）彈性推件裝置作用：壓料、卸料特點(diǎn)：出件力不大，但出件平穩(wěn)無(wú)撞擊，沖件質(zhì)量較高。頂件裝置組成：頂桿、頂件塊和裝在下模底下的彈頂器特點(diǎn)：頂件力容易調(diào)節(jié)，工作可靠，沖件平直度較高第三章彎曲工藝與彎曲模設(shè)計(jì)概述彎曲：將板料、型材、管材或棒料等按設(shè)計(jì)要求彎成一定的角度和一定的曲率，形成所需形狀零件的沖壓工序。彎曲變形分析V形彎曲是最基本的彎曲變形。彎曲變形時(shí)板材變形區(qū)受力情況分析變形區(qū)主要在彎曲件的圓角部分，板料受力情況如圖所示。彎曲變形過(guò)程自由彎曲→校正彎曲彈性彎曲→塑性彎曲彎曲效果：表現(xiàn)為彎曲半徑和彎曲中心角的變化（減?。?.相對(duì)彎曲半徑（r/t）：表示板料彎曲變形程度的大小。彎曲中心角為α最小彎曲半徑最小彎曲半徑rmin：在板料不發(fā)生破壞的條件下，所能彎成零件內(nèi)表面的最小圓角半徑。常用最小相對(duì)彎曲半徑rmin/t表示彎曲時(shí)的成形極限。其值越小越有利于彎曲成形。影響最小彎曲半徑的因素材料的力學(xué)性能材料表面和側(cè)面的質(zhì)量彎曲線的方向彎曲中心角彎曲卸載后的回彈回彈現(xiàn)象塑性彎曲時(shí)伴隨有彈性變形，當(dāng)外載荷去除后，塑性變形保留下來(lái)，而彈性變形會(huì)完全消失，使彎曲件的形狀和尺寸發(fā)生變化而與模具尺寸不一致，這種現(xiàn)象叫回彈。彎曲回彈的表現(xiàn)形式：１．曲率減?。玻畯澢行慕菧p小影響回彈的因素材料的力學(xué)性能相對(duì)彎曲半徑相對(duì)彎曲半徑越大，回彈越大。彎曲中心角彎曲中心角越大，變形區(qū)的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，回彈積累值也越大，故回彈角越大彎曲方式及彎曲模工件的形狀一般而言，彎曲件越復(fù)雜，一次彎曲成形角的數(shù)量越多，回彈量就越小。減少回彈的措施：改進(jìn)彎曲件的設(shè)計(jì)盡量避免選用過(guò)大的r/t。如有可能，在彎曲區(qū)壓制加強(qiáng)筋，以提高零件的剛度，抑制回彈。盡量選用小、力學(xué)性能穩(wěn)定和板料厚度波動(dòng)小的材料。采取適當(dāng)?shù)膹澢に嚕?）采用校正彎曲代替自由彎曲。（2）對(duì)冷作硬化的材料須先退火，使其屈服點(diǎn)σs降低。對(duì)回彈較大的材料，必要時(shí)可采用加熱彎曲。（3）采用拉彎工藝。3.合理設(shè)計(jì)彎曲模1）對(duì)于較硬材料，可根據(jù)回彈值對(duì)模具工作部分的形狀和尺寸進(jìn)行修正。（2）對(duì)于軟材料，其回彈角小于5°時(shí)，可在模具上作出補(bǔ)償角并取較小的凸、凹模間隙。（3）對(duì)于厚度在0.8mm以上的軟材料，r/t又不大時(shí)，可以把凸模做成局部突起的形狀，使凸模的作用力集中在變形區(qū)，以改變應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到減小回彈的目的，但易產(chǎn)生壓痕。（4）對(duì)于U形件彎曲當(dāng)r/t較小時(shí),可采取增加背壓的方法當(dāng)r/t較大時(shí)，可采取將凸模端面和頂板表面作成一定曲率的弧形另一種克服回彈的有效方法：采用擺動(dòng)式凹模，而凸模側(cè)壁應(yīng)有補(bǔ)償回彈角，當(dāng)材料厚度負(fù)偏差較大時(shí)，可設(shè)計(jì)成凸、凹模間隙可調(diào)的彎曲模。（5）在彎曲件直邊端部縱向加壓。（6）用橡膠或聚氨酯代替剛性金屬凹模能減小回彈。第四章拉深工藝與拉深模設(shè)計(jì)拉深：又稱拉延，是利用拉深模在壓力機(jī)的壓力作用下，將平板坯料或空心工序件制成開(kāi)口空心零件的加工方法。它是沖壓基本工序之一?？梢约庸ばD(zhuǎn)體零件，還可加工盒形零件及其它形狀復(fù)雜的薄壁零件。拉深：不變薄拉深，變薄拉深拉深模特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質(zhì)量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。第二節(jié)圓筒形件拉深變形分析拉深件的起皺與拉裂拉深過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題：主要是凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂。凸緣區(qū)起皺：由于切向壓應(yīng)力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲傳力區(qū)拉裂：由于拉應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度引起板料斷裂。1.凸緣變形區(qū)的起皺主要決定于：一方面是切向壓應(yīng)力σ3的大小，越大越容易失穩(wěn)起皺；另一方面是凸緣區(qū)板料本身的抵抗失穩(wěn)的能力。凸緣寬度越大，厚度越薄，材料彈性模量和硬化模量越小，抵抗失穩(wěn)能力越小。最易起皺的位置：凸緣邊緣區(qū)域起皺最強(qiáng)烈的時(shí)刻：在Rt=（0.7～0.9）R0時(shí)防止起皺：壓邊2.筒壁的拉裂主要取決于：一方面是筒壁傳力區(qū)中的拉應(yīng)力另一方面是筒壁傳力區(qū)的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)筒壁拉應(yīng)力超過(guò)筒壁材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，拉深件就會(huì)在底部圓角與筒壁相切處——“危險(xiǎn)斷面”產(chǎn)生破裂。防止拉裂：一方面要通過(guò)改善材料的力學(xué)性能，提高筒壁抗拉強(qiáng)度另一方面通過(guò)正確制定拉深工藝和設(shè)計(jì)模具，降低筒壁所受拉應(yīng)力。拉深系數(shù)的定義：拉深系數(shù)m是以拉深后的直徑d與