沖壓工藝與模具設(shè)計（第二版）課件 第4、5章 沖裁、彎曲

沖壓工藝及模設(shè)計課程名稱冷沖壓工藝及模具設(shè)計2

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課程編號

1111400.

學(xué)時學(xué)分

48（4）學(xué)時3學(xué)分.

專業(yè)層次材料成型及控制工程.

備課教材

《沖壓工藝與沖模設(shè)計》.

呂建強(qiáng)主編西電版2021

第4章沖裁工藝與模具沖裁是利用模具使板料分離的沖壓工序，其所使用的模具稱為沖裁模具。沖裁工藝種類很多，是斷裂分離工序的總稱，其中又以沖孔和落料兩種工序應(yīng)用最多。沖裁比火焰切割、鋸切、切削及磨削等加工方法具有效率高、質(zhì)量好、成本低、適合于成批大量生產(chǎn)等突出優(yōu)點(diǎn)。沖裁工藝可以直接沖出成品制件，也可以為彎曲、拉深等其它工序準(zhǔn)備毛坯，還可以在已成形的制件上進(jìn)行再加工。在一般企業(yè)的冷沖壓生產(chǎn)中，沖裁所占的比例很大，往往超過60%。4.1沖裁變形機(jī)理4.1.1沖裁變形過程沖裁過程中，凸模與凹模具有與工件輪廓一樣的刃口，凸凹模之間存在一定的間隙。當(dāng)壓力機(jī)滑塊將凸模推下時，便將放在凸、凹模中間的板料沖裁成所需形狀和尺寸的制件,凸模回程時由卸料板將卡在凸模上的條料卸下。1－凸模固定板；2—凸模；3—卸料板；4—板料；5—凹模沖裁過程是在瞬間完成的。為了控制沖裁件的質(zhì)量，就需要研究沖裁的變形過程。如圖所示，當(dāng)模具間隙正常時，這個變形過程大致分為三個階段。視頻1.彈性變形階段當(dāng)凸模下壓并開始接觸板料時，材料進(jìn)入短暫的彈性變形階段。此時凸模下的材料略有拱彎，凹模上的材料則向上翹。材料越硬、凸、凹模刃口間隙越大，穹彎和上翹越嚴(yán)重。凸、凹模刃口附近的板料產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲、拉伸等復(fù)雜的變形，并略有擠入凹模洞口的現(xiàn)象。壓力去掉之后，材料立即恢復(fù)原狀。2.塑性變形階段當(dāng)凸模繼續(xù)壓入，板料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)，板料與凸模和凹模的接觸處進(jìn)入塑性變形狀態(tài)。凸模切入板料，板料擠入凹模洞口。在板料剪切面的邊緣由于彎曲、拉伸等作用形成塌角（又稱為圓角帶），同時由于剪切變形在切斷面上形成一小段光亮且與板面垂直的剪切面（又稱為光亮帶）。3.斷裂分離階段當(dāng)凸模切入板料達(dá)到一定深度時，在凹模側(cè)壁靠近刃口處的材料首先產(chǎn)生微裂紋，意味著塑性變形的結(jié)束和斷裂分離的開始。微裂紋一旦出現(xiàn)即會迅速向材料內(nèi)部擴(kuò)展。當(dāng)凹模側(cè)壁刃口附近產(chǎn)生微裂紋后，緊接著在凸模側(cè)壁刃口附近也產(chǎn)生了微裂紋。上、下裂紋分別向各自的方向擴(kuò)展。當(dāng)上、下裂紋在擴(kuò)展的過程中相遇時，板料便斷裂分離開來，形成粗糙的斷裂面（又稱為斷裂帶），并被繼續(xù)下壓的凸模推入凹模洞口內(nèi)。至此，沖裁變形過程完全結(jié)束，凸?；厣狡瘘c(diǎn)，準(zhǔn)備下一個沖裁過程。4.1.2沖裁過程板料受力分析1.板料的受力狀態(tài)在自由沖裁時，即沒有壓板和頂出器的情況下，板料沖裁變形區(qū)的受力狀態(tài)如圖所示。由于凸、凹模之間存在間隙，使得板料在受到凸、凹模正壓力作用的同時還受到彎矩M的作用。力矩M使板料產(chǎn)生了彎曲變形，造成凹?？谕獾陌辶仙下N，凸模端面下的板料下凹。故沖裁時凸、凹模與板料僅在刃口附近的狹小區(qū)域內(nèi)保持接觸，接觸面寬度約為板料厚度的20%-40%。因此凸、凹模作用于上、下板面的正壓力的分布是不均勻的，越靠近刃口壓力越大。4.1.2沖裁過程板料受力分析1.板料的受力狀態(tài)由于板料的彎曲變形，對凸、凹模刃口的側(cè)壁產(chǎn)生了擠壓作用，同時刃口側(cè)壁也對材料產(chǎn)生了反擠壓。反擠壓形成了彎矩M’，其方向與彎矩M相反，阻止了板料的進(jìn)一步彎曲變形。因此自由沖裁時沖壓制件雖有一定的不平整度，但程度有限，對要求不高的制件是可以接受的。2.剪切變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)自由沖裁時的應(yīng)力狀態(tài)如右圖所示。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，沖裁時板料最大的塑性變形集中在以凸模與凹模刃口連線為中線的紡錘形區(qū)域內(nèi)，如圖中紅色區(qū)域所示。紡錘形內(nèi)以剪切變形為主。當(dāng)凸模與凹模的間隙較小時，紡錘形區(qū)域的寬度將減小，沖裁變形將更接近剪切。2.剪切變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)A點(diǎn)：位于凸模端面靠近刃口處，受凸模壓力的作用，并處于彎曲內(nèi)側(cè)，故此處受三向壓應(yīng)力作用，且為強(qiáng)壓應(yīng)力區(qū)。B點(diǎn)：位于凹模端面靠近刃口處，受凹模壓力的作用，并處于彎曲外側(cè)，故厚向應(yīng)力σz為壓應(yīng)力，徑向應(yīng)力σρ和切向應(yīng)力σθ均為拉應(yīng)力，但以壓應(yīng)力為主。2.剪切變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)C點(diǎn)：位于凸模側(cè)壁靠近刃口處，受凸模的拉拽、側(cè)壁上摩擦力和側(cè)向擠壓力的作用，故厚向σz為拉應(yīng)力，徑向σρ為壓應(yīng)力，而切向σθ為板料彎曲引起的壓應(yīng)力和側(cè)向擠壓力引起的拉應(yīng)力的合成應(yīng)力，一般為壓應(yīng)力。2.剪切變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)D點(diǎn)：位于凹模側(cè)壁靠近刃口處，受凸模下壓引起的拉應(yīng)力和側(cè)壁摩擦力的作用，厚向σz為拉應(yīng)力。凹模側(cè)向擠壓力引起了徑向壓應(yīng)力和切向拉應(yīng)力，另一方面板料的彎曲又引起徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力，因此徑向σρ和切向σθ均為合成應(yīng)力，一般都是拉應(yīng)力，D點(diǎn)為強(qiáng)拉應(yīng)力區(qū)。3.裂紋的產(chǎn)生與發(fā)展當(dāng)凸模與凹模的間隙正常時，裂紋的發(fā)展可能有兩種方式：一是如A曲線所示，第二種如B曲線所示。比較而言，第一種情況比較多見。4.2沖裁件質(zhì)量分析及控制沖裁件質(zhì)量是指其斷面質(zhì)量、毛刺、尺寸和形狀精度、表面平整度等。不同行業(yè)和產(chǎn)品對沖裁件質(zhì)量內(nèi)容的要求是不一樣的，目前還缺乏統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。4.2.1沖裁件的斷面特征及其影響因素1.沖裁件的斷面特征在正常的沖裁條件下，上、下裂紋發(fā)展到最后是重合的，這時可以得到如右圖所示的沖裁件斷面，其具有四個明顯的特征區(qū)：1）圓角帶，又稱塌角。是在凸、凹模刃口剛切入板料時，刃口附近材料受彎曲、拉伸作用而形成的。材料的塑性越好，凸模與凹模的間隙越大，形成的圓角也越大。對于輪廓復(fù)雜的沖裁件沿輪廓的周邊受力情況差異較大，圓角的大小也可能區(qū)別較大。2）光亮帶。是在剪切變形的過程中，毛坯一部分相對于另一部分移動時刃口側(cè)壁擠壓材料而產(chǎn)生的。光亮帶表面光滑且垂直于板料底面，是理想的沖裁斷面。如圖中所示，沖裁件的尺寸精度就是以光亮帶處的尺寸來測量的。通常光亮帶的高度約占板厚的1/3—1/2左右，材料塑性越好，凸模與凹模的間隙越小，光亮帶的高度就越大。另外光亮帶高度還與模具刃口的磨損程度等加工條件有關(guān)。3）斷裂帶，又稱撕裂帶。是由沖裁產(chǎn)生的裂紋擴(kuò)展相遇而形成的。斷裂帶表面粗糙，并帶有40-60（圖中的β角）的內(nèi)斜角，對于一般用途的沖裁件并不影響其使用性能。但對于以斷面為主要工作面的零件（齒輪、凸輪等）來說，一般沖裁件的斷面是不能滿足其使用要求的。4）毛刺。是由于裂紋的起點(diǎn)離開了刃尖，在刃口側(cè)壁產(chǎn)生而形成的。若忽略材料的彈塑性共存規(guī)律的影響，則可認(rèn)為落料件的尺寸與凹模形孔尺寸一致，而沖孔的尺寸與凸模尺寸一致。由此得出如下重要關(guān)系：落料尺寸=凹模尺寸沖孔尺寸=凸模尺寸這是計算凸、凹模尺寸的主要依據(jù)。料厚t/mm≈0.3﹥0.3~0.5﹥0.5~1.0﹥1.0~1.5﹥1.5~2.0生產(chǎn)時≤0.05≤0.08≤0.10≤0.13≤0.15試模時≤0.015≤0.02≤0.03≤0.04≤0.05普通沖裁毛刺的允許高度2.沖裁件斷面質(zhì)量的影響因素沖裁件的斷面質(zhì)量包括圓角的大小、光亮帶所占厚度的比例及表面粗糙度、斷裂帶斜角大小、毛刺高度等。沖裁件斷面質(zhì)量的影響因素:材料的性能；模具沖裁間隙；模具刃口狀態(tài)的影響。其中模具間隙影響最主要。4.2.2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。沖裁件的尺寸精度包括兩類：一是外形與內(nèi)形的形狀尺寸精度；二是孔距、同心度、平面度等形位尺寸精度。沖裁件的精度一般可分為精密級與經(jīng)濟(jì)級兩類。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。如果工件要求的公差值小于上述值，沖裁后需經(jīng)整修或采用精密沖裁。(1)沖模的制造精度。(2)材料的性質(zhì)。(3)沖裁間隙。

由于材料塑性變形時具有彈塑性共存規(guī)律，沖裁結(jié)束后制件從模具中脫離出來，原來在沖裁時所承受的力及產(chǎn)生的變形都將發(fā)生一定程度的彈性回復(fù)，這使得沖裁件與模具的刃口尺寸及形狀產(chǎn)生了偏差。偏差的大小與沖模的制造精度、材料性質(zhì)和沖裁間隙值的變化有關(guān)。當(dāng)Z/t值過小時，落料件尺寸將大于凹模形孔尺寸，產(chǎn)生正偏差；當(dāng)Z/t值較大時，則產(chǎn)生負(fù)偏差；當(dāng)Z/t為一特定值時，偏差才可能為零，這在實(shí)際中是不可能的。當(dāng)Z/t值過小時，沖孔件尺寸將小于凸模刃口尺寸，產(chǎn)生負(fù)偏差；當(dāng)Z/t值較大時，則產(chǎn)生正偏差；當(dāng)Z/t為一特定值時，偏差才可能為零，這在實(shí)際中同樣不可能。4.2.3沖裁件形狀誤差及其影響因素沖裁件的形狀誤差指翹曲、扭曲、變形等缺陷。沖裁件呈曲面不平現(xiàn)象稱之為翹曲。它是由于沖裁間隙過大、彎矩增大、拉伸和彎曲成分增多而造成的，另外材料的各向異性和條料或帶料未矯正也會產(chǎn)生翹曲。沖裁件呈扭歪現(xiàn)象稱之為扭曲，它是由于材料的不平、沖裁間隙不均勻、凹模后角對材料摩擦不均勻等造成的。沖裁件的變形是由于胚料的邊緣沖孔或孔距太小等原因造成脹形而產(chǎn)生的。沖裁件形狀誤差及其影響因素沖裁間隙過大時，對制件的平整度也有較大的影響。這是由于間隙越大，彎曲作用就越大，從而引起的板料翹曲變形就越嚴(yán)重。如右圖所示，當(dāng)沖裁間隙不超過20%時，制件平整度基本能滿足一般性的使用要求。（采用彈性壓板和頂件器等）沖裁間隙是指凹模與凸模刃口橫向尺寸的差值，即Z=D凹

-D凸如無特殊說明，沖裁間隙通常是指雙邊間隙，單邊間隙用Z/2表示。沖裁間隙對沖裁件的質(zhì)量、沖裁力、模具壽命都有很大的影響。當(dāng)選取的沖裁間隙值差別較大時，將直接影響沖裁模的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝和成本。因此沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個極其重要的問題，是最重要的工藝參數(shù)。4.2.4沖裁間隙對沖裁件的影響（1）對于常用的塑性材料，當(dāng)沖裁間隙取在一定合理值的范圍內(nèi)時，上、下裂紋在發(fā)展的過程中相遇，斷裂分離過程能夠正常地完成。所得斷面有一微小的塌角，光亮帶與板面垂直，且高度約占板料厚度的1/3—1/2。斷裂帶雖然粗糙但比較平坦，且斜角和毛刺都不大。（2）當(dāng)沖裁間隙值過小時由于彎曲作用的減小，沖裁變形區(qū)的靜水壓力明顯增大。從凹模刃口側(cè)壁產(chǎn)生的裂紋在向凸模刃口方向發(fā)展的過程中將進(jìn)入強(qiáng)壓應(yīng)力區(qū)，使裂紋無法繼續(xù)擴(kuò)展而隱沒在材料內(nèi)部，成為潛伏裂紋。當(dāng)凸模繼續(xù)下壓時，將發(fā)生二次剪切現(xiàn)象。沖裁結(jié)束時將形成明顯的第二光亮帶。總光亮帶的高度可達(dá)板厚的50%—70%，且圓角的高度也很小，約占板厚的2%—5%。另外毛刺高度雖有所增加，但因是擠出毛刺，根部強(qiáng)度較小，通過振動或滾壓等方法容易去處。當(dāng)沖裁間隙略有增大時，Z/t約為2%—5%。因?yàn)殪o水壓力作用有所減弱，下裂紋可能向材料深處發(fā)展，形成較深的潛伏裂紋。如圖所示，此時第二光亮帶將呈塊狀分布。如果材料的硬度較小且呈粘性，則第二光亮帶在剪切時產(chǎn)生的摩擦力較大，潛伏裂紋將被進(jìn)一步撕開，并與第二光亮帶形成強(qiáng)度較小的尖舌狀的斷面，稱為舌片（或舌翹）。這樣的沖裁件如在使用中發(fā)生舌片脫落現(xiàn)象，則可能造成意外事故。（3）當(dāng)沖裁間隙過大時Z/t約為25%—30%以上。由于彎矩的增大，凹模刃口側(cè)壁處的材料所受的拉應(yīng)力將明顯增大，材料的塑性變得較差。在凸模切入板料深度不大時，凹模刃口側(cè)壁處的裂紋提前產(chǎn)生，這時凸模刃口側(cè)壁往往不產(chǎn)生裂紋。凹模刃口側(cè)壁處的裂紋一般發(fā)展不大就停止了，當(dāng)凸模下壓達(dá)到一定程度時，裂紋至凸模刃口側(cè)壁處的材料才逐漸縮頸直至斷裂。所得的沖裁件斷面質(zhì)量變壞，圓角高度、斷裂帶高度及斜角β將比正常沖裁時明顯增大，光亮帶寬度大大減小，同時沖裁件表面的不平度將增大，自由沖裁時甚至?xí)?yán)重翹曲。此時沖裁斷面會產(chǎn)生較大的拉斷毛刺，且根部強(qiáng)度較大，不易去除。此外，除了沖裁間隙，材料種類及其供應(yīng)狀態(tài)對沖裁件斷面質(zhì)量的影響也是比較大的。一般在相同沖裁間隙的條件下，硬度大的材料比硬度軟的材料或是硬化狀態(tài)比退火狀態(tài)，圓角和光亮帶的高度都約減半。2沖裁間隙對沖裁件毛刺的影響沖裁間隙是影響毛刺大小的主要因素，但同時與材料性質(zhì)也有極大的關(guān)系。如對于錫青銅、鉛黃銅等中等硬度的材料，毛刺高度幾乎不隨沖裁間隙值而改變。對于低碳鋼等常見的塑性材料卻影響很大，如圖所示。4.2.5沖裁間隙對沖裁力的影響沖裁力是指沖裁時凸模所承受的最大壓力。沖裁力包括了凸模對板料施加的正壓力及克服由于凸、凹模側(cè)壁材料擠壓而產(chǎn)生的摩擦阻力。如右圖所示，沖裁力F與材料性質(zhì)和沖裁間隙值的變化有關(guān)。由于第二剪切現(xiàn)象的產(chǎn)生使得沖裁力的變化呈現(xiàn)出與正常沖裁時明顯不同的特點(diǎn)。這里指出，隨著沖裁間隙的變小，變形力增大不是太多，而變形功卻增大很多。4.2.6沖裁間隙對模具壽命的影響在實(shí)際生產(chǎn)中，模具可能因多種原因而損壞。凸模與凹模是沖裁模的主要工作零件，通常的損壞形式有磨損、崩刃和折斷等。評定模具壽命應(yīng)當(dāng)排除意外崩刃、折斷及其它的不正常損壞形式，而以正常磨損所造成的模具失效來評定模具壽命。通常以兩次刃口磨削之間或模具全部磨損后所沖出的合格制件的數(shù)目來衡量，分別稱之為模具的刃磨壽命及總壽命。如右圖所示為沖裁時作用在模具刃口處的外力。由圖中可知，越靠近凸模與凹模的刃尖處，其所承受的正壓力、側(cè)向擠壓力及摩擦力就越大，因此凸、凹模的磨損主要集中在刃尖處，受力嚴(yán)重時甚至可能崩刃。當(dāng)沖裁間隙變小時，刃口處所承受的外力也增大。光亮帶高度雖然增加，但材料與刃口側(cè)壁的摩擦距離也隨之增大。另外高壓作用使刃口與被沖材料接觸面之間產(chǎn)生局部粘附而導(dǎo)致附著磨損。這些因素都使得刃口處的磨損進(jìn)一步加劇。如右圖所示為凸、凹模刃口隨沖裁次數(shù)而產(chǎn)生磨損的狀況。如圖所示為沖裁件的毛刺高度隨著磨損程度而變化的規(guī)律。模具使用中的初期及后期的磨損速度快，磨損量大，毛刺增大速度也快。中期為正常磨損階段，刃口緩慢變鈍，毛刺高度增大也緩慢。模具刃口變鈍后，將使沖裁件質(zhì)量全面變壞。這時應(yīng)在正常磨損階段內(nèi)及時進(jìn)行刃磨，否則反而會增大刃磨量。一般刃磨量每次不應(yīng)超過0.3—0.4mm。如果適當(dāng)?shù)卦龃鬀_裁間隙，即采用合理大間隙值進(jìn)行沖裁，刃口的磨損將減輕，模具的壽命可以顯著提高。這已被許多的生產(chǎn)實(shí)踐所證實(shí)。例如：沖裁1.2mm厚的低碳鋼板，間隙Z/t值取10%時，刃磨壽命為1萬次；當(dāng)Z/t值取25%時，刃磨壽命達(dá)6.8萬次，提高了近6倍。沖裁1.2mm厚的黃銅板時，Z/t值分別取7%和14%時，刃磨壽命分別為1.5萬次和11萬次，提高了6倍多。沖裁1.2mm厚的不銹鋼板時，Z/t值分別取13%和22%時，刃磨壽命分別為1.2萬次和3萬次，也能將刃磨壽命提高1.5倍。4.3沖裁件的排樣4.3.1材料的經(jīng)濟(jì)利用在沖壓零件的成本中，材料費(fèi)用多時可占60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用是一個重要問題。沖裁件在條料或板料上的布置方法叫排樣。排樣不合理就會浪費(fèi)材料，衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn)是材料利用率，也就是工件的實(shí)際面積A0與板料面積A的比值，即

η=（A0/A）×100%式中η—材料的利用率；

A0—工件的實(shí)際面積（mm2）；

A—所用材料面積，包括工件面積與廢料面積。

從上式可看出，若能減少廢料面積，則材料利用率高。廢料分為工藝廢料與結(jié)構(gòu)廢料兩種，如右圖所示。工藝廢料是與排樣形式及沖壓方式有關(guān)的廢料；而結(jié)構(gòu)廢料由工件的形狀特點(diǎn)決定，一般不能改變。所以只有設(shè)計合理的排樣方案，減少工藝廢料，才能提高材料利用率。4.3.2排樣方法根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用的程度，排樣方法可以分為：1.有廢料排樣法有廢料排樣，是在沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間，都有工藝余料（稱為搭邊）存在，沖裁是沿著沖裁件的封閉輪廓進(jìn)行，所以沖裁件質(zhì)量和模具壽命較高，但材料利用率較低。2.少廢料排樣法少廢料排樣，是只在沖裁件之間或只在沖裁件與條料側(cè)邊之間留有搭邊。這種排樣方法的沖裁只沿著沖裁件的部分外輪廓進(jìn)行，材料利用率可達(dá)70%—90%。3.無廢料排樣法無廢料排樣法如下圖所示，是在沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在。這種排樣方法的沖裁件實(shí)際上是直接由切斷條料獲得，所以材料利用率可達(dá)85%—95%。圖中表示步距為兩倍工件寬度的一模兩件的無廢料排樣。側(cè)邊之間均無搭邊存在。這種排樣方法的沖裁件實(shí)際上是直接由切斷條料獲得，所以材料利用率可達(dá)85%—95%。圖中表示步距為兩倍工件寬度的一模兩件的無廢料排樣。采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一模獲得多個沖裁件，而且可以簡化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁力。但是，因條料本身的寬度公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差會直接影響沖裁件尺寸而使沖裁件的精度降低。同時，往往因模具單面受力而加快磨損，降低模具壽命，直接影響沖裁件的斷面質(zhì)量。為此，排樣時必須全面權(quán)衡利弊。無論是采用有廢料或少、無廢料的排樣，根據(jù)沖裁件在條料上的不同布置方法，排樣方法又有直排、斜排、對排（直對排、斜對排）、混合排、多排和裁搭邊等多種形式的排列方式。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)不同的沖裁件形狀加以選用。排樣方式（一）有廢料少、無廢料直排斜排直對排4.3.2排樣方法有廢料少、無廢料斜對排混合排

多行排沖裁搭邊排樣方式（二）4.3.3搭邊排樣時沖裁件與沖裁件之間的距離a以及沖裁件與條料側(cè)邊之間的距離a1所留下的工藝余料稱為搭邊，如上圖中所示。4.3.3搭邊搭邊的作用是：1）補(bǔ)償條料的剪裁和送料誤差這是因?yàn)闂l料的剪裁誤差、送料步距誤差以及由于條料與導(dǎo)料板之間有間隙所造成的送料歪斜誤差等都對沖件的精度產(chǎn)生影響。若沒有搭邊則可能發(fā)生工件缺角、缺邊或尺寸超差等廢品。2）使凸、凹模刃口雙邊受力由于搭邊的存在，使模具刃口沿封閉輪廓線沖裁，受力平衡，合理間隙不易破壞，模具壽命與工件斷面質(zhì)量都能提高。3）有利于自動送料對于利用搭邊條料自動送料的模具，搭邊使條料有一定的剛度，以保證條料的連續(xù)送進(jìn)。1.搭邊值的選取搭邊過大，浪費(fèi)材料。搭邊太小，起不到上述應(yīng)有的作用。過小的搭邊將被拉入凸、凹模間隙，使模具容易磨損，甚至損壞模具刃口。搭邊的合理值就是保證沖裁件質(zhì)量、保證模具較長壽命。保證自動送料時不被拉彎拉斷條件下所允許的最小值。

搭邊值的大小與下列因素有關(guān)：（1）材料的力學(xué)性能硬材料的搭邊值可小一些。軟材料、脆性材料的搭邊值要大一些。（2）零件的形狀與尺寸沖裁件的尺寸大小或有尖凸的復(fù)雜形狀，搭邊值要取大一些。（3）材料厚度材料越厚所取的搭邊值相應(yīng)大些。（4）

送料方式與擋料方式若為手工送料，在有側(cè)壓板導(dǎo)向的情況下，搭邊值可以小些。塔邊值通常是由經(jīng)驗(yàn)確定的。實(shí)際選取時可查閱相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值表。搭邊值4.3.4條料的計算與排樣圖選定排樣方法與確定搭邊值后，需要進(jìn)一步計算條料的尺寸，繪制排樣圖，以用于模具的設(shè)計和計算。1、送料步距S條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料步距。每個步距可以沖出一個零件，也可以沖出幾個零件。送料步距的大小應(yīng)為條料上兩個對應(yīng)沖裁件的對應(yīng)點(diǎn)之間的距離。如圖中所示，每次只沖一個零件的步距S的計算公式為：S=D+a1式中D—平行于送料方向的沖裁件寬度；

a1—沖裁件之間的搭邊值。2、條料寬度B條料是由板料剪裁下料而得，為保證送料順利，剪裁時的公差帶分布規(guī)定為上偏差為零，下偏差為負(fù)值（-△）。條料在模具上送進(jìn)時一般都有導(dǎo)向，當(dāng)使用導(dǎo)料板導(dǎo)向而又無側(cè)壓裝置時，在寬度方向也會產(chǎn)生送料誤差。條料寬度B的計算應(yīng)保證在這二種誤差的影響下，仍能保證在沖裁件與條料側(cè)邊之間有一定的搭邊值a1。當(dāng)導(dǎo)料板之間有側(cè)壓裝置時或用手將條料緊貼單邊導(dǎo)料板（或兩個單邊導(dǎo)料銷）時。條料寬度：B=（D+2a1）-△導(dǎo)料板間距離：A=（D+2a1+Z）

式中D—沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸；

a1—沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊；△—板料剪裁時的下偏差。

Z—導(dǎo)料板與條料寬度間的送料最小間隙，mm。當(dāng)條料在無側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板之間送料時。條料寬度：B=（D+2a1+Z）

-△導(dǎo)料板間距離：A=D+2a1+2Z表4-3條料寬度偏差Δmm表4-4導(dǎo)料板與條料間的送料最小間隙Z3.排樣圖排樣圖是排樣設(shè)計及計算后最終的表達(dá)形式，是編制沖壓工藝與設(shè)計模具的重要工藝文件。一張完整的模具裝配圖應(yīng)在其右上角畫出沖裁件圖及排樣圖。在排祥圖上應(yīng)標(biāo)注條料寬度及其公差、送料步距及搭邊a、a1值，如右圖所示。采用斜排方法排樣時，還應(yīng)注明傾斜角度的大小。必要時，還可用雙點(diǎn)劃線畫出條料在送料時定位元件的位置。對有纖維方向要求的排祥圖，則應(yīng)用箭頭表示條料的紋向。沖裁如圖所示的零件，采用的板料規(guī)格為2000×1000×4mm，試計算采用何種排樣和下料最為合理。對于題中所給板料其裁樣方式有三種：縱裁；橫裁；套裁三種，見下圖。4.3.5

沖裁排樣實(shí)例解：根據(jù)零件形狀分析，排樣方案為直排、單行對排、多行對排三種。排樣圖（直排）（單行對排）（多行對排）沖裁排樣實(shí)例（方案一）

據(jù)相關(guān)資料得搭邊值：0.8t=3.2mm；

查表4-3得條料寬度公差：3.0mm.

計算沖裁件毛坯面積：方案一：條料寬度：B=D+2a1+Z=120+2×3.2+3≈130（mm）

進(jìn)料距S=D+a=45+3.2=48.2（mm）

一個進(jìn)料距內(nèi)的材料利用率：橫裁：可裁條料數(shù)量（條）沖裁排樣實(shí)例（方案一）

每條可沖零件數(shù)量

可沖制零件總數(shù)

n總=n1n2=15×20=300（件）該方案的材料利用率（件）沖裁排樣實(shí)例（方案一）縱裁：可裁條料數(shù)量（條）每條可沖零件數(shù)量（件）可沖制零件總數(shù)

n總=n1n2=7×41=287（件）該方案的材料利用率沖裁排樣實(shí)例（方案二）方案二：條料寬度：b=130mm

進(jìn)料距（mm）橫裁：可裁條料數(shù)量（條）每條可沖零件數(shù)量（件）可沖制零件總數(shù)n總=15×27=405（件）該方案橫裁的材料利用率沖裁排樣實(shí)例（方案二）縱裁：可裁條料數(shù)量（條）每條可沖零件數(shù)量（件）可沖制零件總數(shù)n總=7×55=385（件）該方案縱裁的材料利用率沖裁排樣實(shí)例（方案三）方案三：條料寬度：（mm）進(jìn)料距（mm）橫裁條數(shù)（條）每條可沖零件數(shù)量（件）可沖制零件總數(shù)n總=11×41=451（件）該方案橫裁的材料利用率沖裁排樣實(shí)例（方案三）縱裁：縱裁條數(shù)（條）每條可沖零件數(shù)量（件）可沖制零件總數(shù)n總=5×82=410（件）該方案縱裁的材料利用率從以上計算看出：三種排樣方式其材料利用率差別較大，方案三的橫裁多行對排為最佳?？蓻_裁零件數(shù)材料利用率直排零件橫裁條料300縱裁條料287單行對排零件橫裁條料405縱裁條料385多行對排零件橫裁條料451縱裁條料410直排零件橫裁條料55%縱裁條料51.8%單行對排零件橫裁條料70%縱裁條料66.5%多行對排零件橫裁條料77.95%縱裁條料70.8%4.4沖裁力與沖壓力的計算

4.4.1沖裁力的計算沖裁力是選擇壓力機(jī)的主要依據(jù)，也是設(shè)計模具所必需的數(shù)據(jù)。在沖裁過程中，沖裁力的大小是不斷變化的，如右圖所示。圖中OA段為彈性變形階段，板料上的沖裁力隨凸模的下壓直線增加。AB段為塑性變形階段。B點(diǎn)為沖裁力的最大值。凸模再下壓，材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)張，沖裁力下降，所以BC是斷裂階段。到達(dá)C點(diǎn)，上下裂紋重合，板料已經(jīng)分離。CD所用的壓力，僅是克服摩擦阻力，推出已分離的料。沖裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。用板料作用在凸模上產(chǎn)生最大抗力而出現(xiàn)裂紋時（即圖中的B點(diǎn)）的板料內(nèi)剪切變形區(qū)的切應(yīng)力作為材料的抗剪強(qiáng)度τ（MPa）。1、對于普通平刃刀口的沖裁，其沖裁力F可按下式計算：F=KLtττ—材料的抗剪強(qiáng)度（MPa）；K—系數(shù)。是考慮到刃口鈍化、間隙不均勻、材料力學(xué)性能與厚度波動等因素而增加的安全系數(shù)。常取K=1.3。2、降低沖裁力的措施沖裁高強(qiáng)度材料或厚料和外形尺寸大的工件時，需要的沖裁力較大。超過了所選設(shè)備的公稱壓力，就必須設(shè)法降低沖裁力。（1）

加熱沖裁材料在加熱狀態(tài)下剪切強(qiáng)度大大下降，因而可以降低沖裁力。但材料加熱后會產(chǎn)生氧化皮，還會產(chǎn)生變形，故此法只適用于厚板或工件表面質(zhì)量及尺寸精度要求不高的工件。（2）

階梯布置凸模沖裁在多凸模的沖裁中，將凸模做成不同長度，呈階梯布置，可使各個凸模沖裁力的最大值不同時出現(xiàn)。從而降低了總的沖裁力。凸模間的高度差按材料厚度確定：t＜3mm,h=t；t＞3mm,h=0.5t（3）

單邊斜刃剪裁F=1.3×（0.5t2τ/tanφ）=0.5t2σb/tanφφ——斜刃口斜角，一般取消2°~6°封閉輪廓斜刃剪裁H≥t時：H=t時：F=1.3tτ（a+b）=tσb

（a+b）（4）

雙邊斜刃剪裁時：t≤3mm時，H=2tφ<5°3<t<10mm時，H=tφ<8°或3、圓盤剪裁時：F=1.3K

t2Q/2tanαK——料厚系數(shù)，t<3mm時，K=1.8α——切入角Q——材料剪切比壓。10、20鋼Q=100MPa；銅及合金Q=60Mpa；鋁及合金Q=15MPa4、兩種材料重疊沖裁時：4.4.2卸料力、推件力和頂件力

材料發(fā)生塑性變形同時也存在著彈性變形。在一般沖裁條件下，由于沖裁后材料的彈性回復(fù)，使得落料或沖孔廢料梗塞在凹模內(nèi)，而板料則緊箍在凸模上。為了使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的板料卸下，同時將梗塞在凹模內(nèi)的工件或廢料向下推出或向上頂出。因此將從凸模上卸下板料所需的力稱為卸料力；從凹模內(nèi)向下推出工件或廢料所需的力稱為推件力；從凹模內(nèi)向上頂出工件或廢料所需的力稱為頂件力。在設(shè)計模具時，F(xiàn)卸與F頂是選擇卸料裝置與彈頂器的橡皮或彈簧的依據(jù)。在沖裁的過程中，F(xiàn)卸、F推、F頂與沖裁力F是否同時發(fā)生，取決于沖裁方式與模具的結(jié)構(gòu)。壓力機(jī)所提供的沖壓力應(yīng)能足夠克服沖裁力F和與之同時發(fā)生的其它各工藝力（F卸、F推、F頂）。上述的力與沖件形狀、沖裁間隙、材料種類和厚度、潤滑情況、凹模洞口形狀等因素有關(guān)，無法準(zhǔn)確計算。在實(shí)際生產(chǎn)中常用以下經(jīng)驗(yàn)公式計算：F卸

=K卸FF推

=nK推FF頂

=K頂F式中的K卸、K推、K頂分別為各自的計算系數(shù)，可查閱相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)表。當(dāng)沖件形狀復(fù)雜、潤滑較差、材料強(qiáng)度較高時則應(yīng)取較大的值；反之應(yīng)取較小的數(shù)值。推件力、頂件力、卸料力系數(shù)4.4.3總沖壓力的計算采用剛性卸料裝置和下出件模具結(jié)構(gòu)時：

F總

=F+F推4.4.3總沖壓力的計算采用彈性卸料裝置和下出件模具結(jié)構(gòu)時：

F總

=F+F卸

+F推4.4.3總沖壓力的計算采用彈性卸料裝置和上出件模具結(jié)構(gòu)時：

F總

=F+F卸

+F頂4.5沖裁工藝設(shè)計4.5.1沖裁件工藝性分析及方案確定

1、沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖裁工藝的適應(yīng)性。所謂沖裁工藝性好是指能用普通沖裁方法，在模具壽命和生產(chǎn)率較高、成本較低的條件下得到質(zhì)量合格的沖裁件。因此，沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度等級、材料及厚度等是否符合沖裁的工藝要求，對沖裁件質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)效率有很大影響。（1）

沖裁件的形狀

（2）

沖裁件內(nèi)形及外形的轉(zhuǎn)角零件種類黃銅、鋁合金銅軟鋼備注/mm落料交角≥90°<90°0.18t0.35t0.35t0.70t0.25t0.50t﹥0.25﹥0.50沖孔交角≥90°<90°0.2t0.4t0.45t0.90t0.3t0.6t﹥0.3﹥0.6表4-6沖裁件最小圓角半徑（3）

沖裁件上凸出的懸臂和凹槽（4）

沖裁件的孔邊距與孔（5）

在彎曲件或拉深件上沖孔時，孔邊與直壁之間應(yīng)保持一定距離，以免沖孔時凸模受水平推力而折斷。（6）

沖孔時，因受凸模強(qiáng)度的限制，孔的尺寸不應(yīng)太小，否則凸模易折斷或壓彎。2、沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度（1）

沖裁件的經(jīng)濟(jì)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列于表4-7、表4-8。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(dāng)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(dá)12.5～3.2μm。3、沖裁件尺寸標(biāo)注（a）

（b）（a）

不合理

（b）

合理1、理論確定法由沖裁變形過程的分析可知，當(dāng)沖裁間隙值適當(dāng)時，凸、凹模刃口處所產(chǎn)生的上、下裂紋在擴(kuò)展的過程中相遇重合。以凸、凹模刃尖連線代替實(shí)際裂紋。從圖中的幾何關(guān)系可得：Z=2（t–h0）tgβ=2t（1-h0/t）tgβ式中h0—凸模切入板料的深度；β—裂紋的斜角。軟鋼的β值為50-60；中硬鋼為40-50；硬鋼約為40。4.5.2模具間隙確定與選擇沖裁間隙值對沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度、沖裁力、模具壽命等方面的影響規(guī)律并非一致，所以，并不存在一個絕對的合理間隙值。Ⅰ類為小間隙，適用于尺寸精度和斷面質(zhì)量要求都高的沖裁件，但模具壽命較低。Ⅱ類為中等間隙，適用于尺寸精度和斷面質(zhì)量要求一般的沖裁件，且特別強(qiáng)調(diào)采用該間隙的沖裁件的殘余應(yīng)力較小，用于后續(xù)成形加工可減少破裂現(xiàn)象。Ⅲ類為大間隙，適用于尺寸精度和斷面質(zhì)量要求不高的沖裁件，但模具壽命較高，即是所謂的合理大間隙，推薦優(yōu)先選用。2、經(jīng)驗(yàn)確定法表4-11沖裁模合理間隙值2、經(jīng)驗(yàn)確定法非金屬材料沖裁模初始雙面間隙

4.5.3刃口尺寸計算刃口尺寸計算的一般原則由前述可知，凸、凹模刃口部分的尺寸直接決定了沖裁件的尺寸和模具間隙的大小，是模具上最重要的尺寸。(1)確定計算基準(zhǔn)。落料時的制件尺寸是由凹模決定的，因此應(yīng)以落料凹模為計算基準(zhǔn)。沖孔時的尺寸是由凸模決定的，因此應(yīng)以沖孔凸模為計算基準(zhǔn)。(2)凸、凹模應(yīng)考慮磨損規(guī)律。從模具的磨損規(guī)律可知，凹模磨損后會增大落料件的尺寸，而凸模磨損后會減小沖孔件的尺寸。為了提高模具壽命，在制造新模具時應(yīng)把凹模尺寸做得趨向于落料件的最小極限尺寸，把凸模尺寸做得趨向于沖孔件的最大極限尺寸。(3)凸、凹模之間應(yīng)保證有合理間隙。對于落料件，凹模是計算基準(zhǔn)，間隙應(yīng)由減小凸模尺寸來取得；對于沖孔件，凸模是計算基準(zhǔn)，間隙應(yīng)由增大凹模尺寸來取得。由于間隙在模具磨損后會增大，所以在計算凸、凹模時均取最小合理間隙Zmin。(4)確定凸、凹模的制造公差。凸、凹模的制造公差應(yīng)與沖裁件的尺寸精度相適應(yīng)。而偏差值應(yīng)按入體方向標(biāo)注。(5)考慮模具制造的特點(diǎn)。制造模具時常用以下兩種方法來保證合理間隙：分別加工法。分別規(guī)定凸模和凹模的尺寸和公差，分別進(jìn)行制造。用凸模與凹模的尺寸及制造公差來保證間隙要求。這種加工方法必須把模具的制造公差控制在間隙的變動范圍之內(nèi)，使模具制造難度增加。這種方法主要用于沖裁件的形狀簡單、間隙較大、精度較低的模具或用線切割等精密設(shè)備加工凸、凹模的模具。用分別加工的凸、凹模具有互換性，制造周期短，便于成批制造。配合加工法，用凸模與凹模相互單配的方法來保證合理間隙。加工后，凸模與凹模必須對號入座，不能互換。通常，落料件選擇凹模為基準(zhǔn)模。沖孔件選擇凸模為基準(zhǔn)模。在作為基準(zhǔn)模的零件圖上標(biāo)注尺寸和公差，相配的非基準(zhǔn)模的零件圖上標(biāo)注與基準(zhǔn)模相同的基本尺寸。但不注公差，然后在技術(shù)條件上注明按基準(zhǔn)模的實(shí)際尺寸配作，保證間隙值在Zmin—Zmax之內(nèi)。這種方法多用于沖裁件的形狀復(fù)雜、間隙較小的模具。1、分別加工法的尺寸計算

沖裁件和凸、凹模的尺寸與公差分布狀態(tài)如圖所示。由圖可得出下列計算公式：落料沖孔式中△—沖裁件的公差；

x—磨損系數(shù)，其值在0.5—1之間，與沖裁件的精度有關(guān)，可查表。

δ凹、δ凸

—分別為凸、凹模的制造公差。其可按IT6~IT7級來選擇，對沖裁件精度要求較高時取表--磨損系數(shù)x對于采用分別加工的凸、凹模為了保證初始間隙不超過Zmax即，應(yīng)保證以下關(guān)系：|δ凹|+|δ凸|≤Zmax-Zmin

新制造的模具應(yīng)該符合上述關(guān)系，否則，新的模具間隙就已超過了允許的變動范圍Zmin～Zmax，將會影響模具的使用壽命。

孔心距4.5.4例

加工一批墊圈，材料為Q235A鋼，分別計算落料和沖孔的凸、凹模刃口部分尺寸。墊圈零件尺寸如圖所示。解：落料的凸模、凹模刃口尺寸：凹模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：查表4-11得Zmax=0.64,Zmin=0.46

墊圈凸模取IT6級，δ凸=-0.02；凹模取IT7級，δ凹=0.03

為IT14級，取x=0.5∵|-0.02|+|0.03|≤0.64-0.46∴能滿足|δ凹|+|δ凸|≤Zmax-Zmin的條件。將已查得的數(shù)據(jù)代入計算式，即得沖孔的凸、凹模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：凹模刃口尺寸：

查表4-11得Zmax=0.64,Zmin=0.46。

為IT14級，取x=0.5凸模取IT6級，δ凸=-0.06；凹模取IT7級，δ凹=0.025∵|-0.016|+|0.025|≤0.64-0.46∴能滿足|δ凹|+|δ凸|≤Zmax-Zmin的條件。將已查得的數(shù)據(jù)代入計算式，即得2、凸模與凹模配作法采用凸、凹模分開加工時，為保證沖模的間隙值，必須嚴(yán)格限制沖模制造公差，因此，造成沖模制造困難，常常采用凸模與凹模配作的加工方法。配作法就是先按設(shè)計尺寸制出一個基準(zhǔn)件（凸?；虬寄＃?，然后根據(jù)基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。這種加工方法的特點(diǎn)是模具的間隙由配作保證，工藝比較簡單，不必校核初始間隙條件，并且還可放大基準(zhǔn)件的制造公差，使制造容易。設(shè)計時，基準(zhǔn)件的刃口尺寸及制造公差應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注，而配作件上只標(biāo)注公稱尺寸，不注公差，但在圖紙上注明：“凸（凹）模刃口按凹（凸）模實(shí)際刃口尺寸配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin”。。對于形狀較復(fù)雜的沖裁件，如右圖所示。在計算復(fù)雜形狀的凸、凹模工作部分的尺寸時，往往可以發(fā)現(xiàn)在一個凸?；虬寄Ｉ蠒瑫r存在著三類不同性質(zhì)的尺寸需要區(qū)別對待。第一類：凸?；虬寄Ｔ谀p后會增大的尺寸；第二類：凸?；虬寄Ｔ谀p后會減小的尺寸；第三類：凸?；虬寄Ｔ谀p后基本不變的尺寸。如圖中所示的工件，其中尺寸a、b、c對凸模來說是屬于第二類尺寸，對于凹模來說則是屬于第一類尺寸；尺寸d對于凸模來說屬于第一類尺寸，對于凹模來說是屬于第二類尺寸；尺寸e，對于凸模和凹模來說都是屬于第三類尺寸。下面分別討論凸?；虬寄Ｉ线@三類尺寸的不同計算方法。對于落料凹?；驔_孔凸模在磨損后將增大的第一類尺寸，相當(dāng)于簡單形狀的落料凹模尺寸，計算公式如下：對于沖孔凸模或落料凹模在磨損后將減小的第二類尺寸，相當(dāng)于簡單形狀的沖孔凸模尺寸，計算公式如下：對于凸?；虬寄Ｔ谀p后基本不變的第三類尺寸不必考慮磨損的影響，凸、凹模的基本尺寸就取沖裁件的中間尺寸，其公差取正負(fù)對稱分布。4.6

沖裁?？傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計4.6.1沖裁模的分類（1）按工序性質(zhì)分類有落料模、沖孔模、切邊模、切斷模、切口模、剖切模、整修模、精沖模等。（2）按工序的組合程度分類可分為單工序模、復(fù)合模和級進(jìn)模。單工序模又稱為簡單模，而復(fù)合模和級進(jìn)模稱為復(fù)雜模。（3）按模具導(dǎo)向方式分類有無導(dǎo)向模和有導(dǎo)向的導(dǎo)板模、導(dǎo)柱模、滾珠導(dǎo)柱模、導(dǎo)筒模等。（4）按卸料與出件方式分類可分為固定卸料式與彈壓卸料式模具；按出件方式可分為上出件與下出件式模具。固定卸料式模具又稱為封閉式模具，彈壓卸料式模具又稱為敞開式模具，封閉式模具比較安全。（5）按擋料或定距方式分類有固定擋料式、活動擋料式、自動擋料銷式、導(dǎo)正銷式和側(cè)刃定距式?jīng)_模。（6）按凸、凹模所用材料不同分類可分為普通金屬模、硬質(zhì)合金模、橡膠塊沖模、聚氨酯橡膠沖模、低熔點(diǎn)合金及鋅基合金模等。（7）按凸、凹模的結(jié)構(gòu)不同分類可分為整體模和拼塊模。（8）按凸、凹模的布置方法不同分類可分為正裝模和倒裝模。（9）按自動化程度分類可分為手工操作模、半自動模和自動模。沖裁模的工作過程在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)冷沖壓模具盡管種類和結(jié)構(gòu)不同，有的甚至差異較大，但它們的工作過程卻是相似的，即為送料→定位→沖壓→卸料→取件。4.6.2沖裁模的典型結(jié)構(gòu)1、單工序模單工序模（又稱簡單模）是指壓力機(jī)在一次行程中完成一道工序的沖壓模。

例1開式簡單沖裁模（一）模具工作過程1）條料貼著凹模5表面、沿導(dǎo)料板4導(dǎo)送入刃口沖裁區(qū)域，由擋料塊7阻擋定位。2）壓力機(jī)滑塊帶動上模下行，由凸模2、凹模5對板料進(jìn)行沖裁。3）沖裁完成后，工件從凹模5洞口下落，剩余條料則卡箍在凸模2上。4）壓力機(jī)滑塊帶動上模上行，由剛性卸料板3將卡箍在凸模2上的條料卸下。5）抬起條料，越過擋料塊7放下，繼續(xù)由其阻擋定位，準(zhǔn)備下一次沖裁。（二）模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）模具上、下模無導(dǎo)向裝置，制造簡單，成本較低。2）模架結(jié)構(gòu)合理，凸模2、凹模5、導(dǎo)料板4、卸料板3均可方便裝拆和調(diào)整，以適合不同尺寸的相近產(chǎn)品。3）上模由壓力機(jī)滑塊導(dǎo)軌導(dǎo)向沖裁，精度較低，沖出制品質(zhì)量較差。4）模具為開式結(jié)構(gòu)，不便于存放和安裝，對使用操作和模具壽命均產(chǎn)生不利影響。例2導(dǎo)柱式落料模（一）模具工作過程1）條料貼著凹模12表面、沿導(dǎo)料銷23自右向左導(dǎo)送入刃口沖裁區(qū)域，由固定擋料銷18阻擋定位。2）壓力機(jī)滑塊帶動上模下行，上、下模由導(dǎo)柱19和導(dǎo)套20導(dǎo)向閉合。3）沖裁前彈性卸料板11將板料壓緊，然后由凸模10、凹模12對板料進(jìn)行沖裁。4）沖裁完成后，壓力機(jī)滑塊帶動上模上行。5）工件由頂件板13頂住，隨凸模10上升回至原處；剩余條料則被彈性卸料板11壓緊在凹模12上直至卸料板11隨上模上行脫離。6）將工件取出模外。7）抬起條料，越過固定擋料銷18放下，繼續(xù)由其阻擋定位，準(zhǔn)備下一次沖裁。1）模架結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，制造方便，精度較高，使用和安裝簡單。2）采用彈性卸料板11和頂件板13，適合于材質(zhì)較軟、料厚較薄和質(zhì)量要求較高的沖裁件，能有效地保證產(chǎn)品的質(zhì)量。3）模具質(zhì)量較多依賴于模具零件的裝配質(zhì)量。（二）模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2、級進(jìn)模級進(jìn)模（又稱連續(xù)模、跳步模）是指壓力機(jī)在一次行程中，依次在2個以上不同的位置同時完成多道工序的沖壓模。沖壓件在模具中是逐步成形的。例1用導(dǎo)正銷定距的級進(jìn)模（一）模具工作過程1）條料貼著凹模9表面、沿導(dǎo)料板8自右向左導(dǎo)送入沖孔刃口區(qū)域，由始用擋料銷7阻擋定位。2）壓力機(jī)滑塊帶動上模下行，由沖孔凸模3、凹模9對板料進(jìn)行沖孔。3）沖孔完成后，沖孔廢料從凹模9洞口下落，剩余條料卡箍在沖孔凸模3上。4）壓力機(jī)滑塊帶動上模上行，由剛性卸料板8將卡箍在沖孔凸模3上的條料卸下。5）始用擋料銷7縮回，條料繼續(xù)送進(jìn)，由固定擋料銷6阻擋定位。6）壓力機(jī)滑塊帶動上模下行，導(dǎo)正銷5插入上一步?jīng)_出的孔中，對板料位置進(jìn)行精確校正。7）由落料凸模4和凹模9進(jìn)行落料，同時沖孔凸模3和凹模9對板料進(jìn)行沖孔。8）沖裁完成后，工件和沖孔廢料從凹模9洞口下落，剩余條料卡箍在凸模上。9）壓力機(jī)滑塊帶動上模上行，由剛性卸料板8將卡箍在凸模上的條料卸下。10）抬起條料，越過固定擋料銷6放下，繼續(xù)由其阻擋定位，準(zhǔn)備下一次沖裁。（二）模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）工序集成度高，操作簡單，可進(jìn)行高效率生產(chǎn)。2）采用導(dǎo)正銷5對板料位置進(jìn)行精確校正，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，能有效地保證產(chǎn)品的質(zhì)量，但不適于材質(zhì)較軟、料厚過薄的沖裁件。3）上、下模無導(dǎo)向裝置，不便于存放和安裝，對使用操作和模具壽命均產(chǎn)生不利影響。例2用側(cè)刃定距的級進(jìn)模（圖4—18）

（一）模具工作過程1）條料貼著凹模6表面、沿導(dǎo)料板7自右向左導(dǎo)送入沖孔刃口區(qū)域，由導(dǎo)料板7的臺肩阻擋定位。2）壓力機(jī)滑塊帶動上模下行，上、下模由導(dǎo)柱5和導(dǎo)套3導(dǎo)向閉合。3）由沖孔凸模2、凹模6對板料進(jìn)行沖孔，同時右側(cè)刃4將條料邊沖切出一步距寬和一定深度的缺口，條料寬度減小。4）沖孔完成后，沖孔廢料從凹模6洞口下落，剩余條料卡箍在沖孔凸模2上。5）壓力機(jī)滑塊帶動上模上行，由剛性卸料板8將卡箍在沖孔凸模2上的條料卸下。6）因?qū)挾葴p小，條料得以繼續(xù)送進(jìn)，并由導(dǎo)料板7的臺肩阻擋定位。7）壓力機(jī)滑塊帶動上模下行，上、下模由導(dǎo)柱5和導(dǎo)套3導(dǎo)向閉合。8）由落料凸模1和凹模6進(jìn)行落料，沖孔凸模2和凹模6對板料進(jìn)行沖孔，同時右側(cè)刃4將條料邊沖切出一步距寬和一定深度的缺口。9）沖裁完成后，工件和沖孔廢料從凹模6洞口下落，剩余條料卡箍在凸模上。10）壓力機(jī)滑塊帶動上模上行，由剛性卸料板8將卡箍在凸模上的條料卸下。11）條料繼續(xù)送進(jìn)，由導(dǎo)料板7的臺肩阻擋定位，準(zhǔn)備下一次沖裁。12）左側(cè)刃9的作用是保證條料全部通過右側(cè)刃4后，條料尾端能夠繼續(xù)定位和送進(jìn)，沖出條料所有的合格產(chǎn)品。（二）模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）模架結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，制造方便，精度較高，使用和安裝簡單。2）工序集成度高，操作簡單，可進(jìn)行高效率生產(chǎn)。3）采用側(cè)刃對條料沖切缺口進(jìn)行定位和送進(jìn)，特點(diǎn)是可以不受工件的形狀限制，靈活方便，送料簡便安全且速度較高，便于實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。4）側(cè)刃存在著受力不平衡、磨損不均勻等問題，定距精度較低，一般用于精度要求不高的工件或作為粗定位使用。5）材料浪費(fèi)較明顯等問題，且不適于材質(zhì)較硬、厚度較大的沖裁件。3、

復(fù)合模復(fù)合模是指壓力機(jī)在一次行程中，在同一位置上同時完成多道工序的沖壓模。因受產(chǎn)品質(zhì)量和模具結(jié)構(gòu)的限制，復(fù)合的工序一般不超過3～4道。

（一）模具工作過程1）條料貼著彈性卸料板4表面、沿活動導(dǎo)料銷22送入刃口沖裁區(qū)域，由活動擋料銷5阻擋定位。2）壓力機(jī)滑塊帶動上模下行，上、下模由導(dǎo)柱2和導(dǎo)套6導(dǎo)向閉合。例1倒裝復(fù)合模3）沖裁前彈性卸料板4將板料壓緊，然后由凸凹模18外刃口和落料凹模17進(jìn)行落料，同時凸凹模18內(nèi)刃口和沖孔凸模14、16進(jìn)行沖孔。4）落料和沖孔同時完成后，沖孔廢料從凸凹模18洞口下落，工件則脹卡在落料凹模17洞口內(nèi)，剩余條料卡箍在凸凹模18上。例1倒裝復(fù)合模5）壓力機(jī)滑塊帶動上模上行，剩余條料被彈性卸料板4頂起將條料從凸凹模18上卸下。6）上模上行至一定位置時，壓力機(jī)滑塊內(nèi)的橫打桿被止動，但滑塊繼續(xù)上行，由橫打桿推動推桿12、推板11、推桿10和推件塊9將脹卡在落料凹模9洞口內(nèi)工件推落。7）將工件取出模外。8）抬起條料，越過活動擋料銷5放下，繼續(xù)由其阻擋定位，準(zhǔn)備下一次沖裁。（二）模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）模架結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，制造方便，精度較高，使用和安裝簡單。2）落料、沖孔在同一位置上復(fù)合完成，消除了級進(jìn)模中工序的定位誤差問題，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。3）采用倒裝式結(jié)構(gòu)，廢料下落，工件較易引出模外，操作方便安全，生產(chǎn)效率較高。4）模具質(zhì)量較多依賴于模具零件的裝配質(zhì)量。例2正裝復(fù)合模（一）模具工作過程1）條料貼著落料凹模8表面、沿固定導(dǎo)料銷13自下向上導(dǎo)送入刃口沖裁區(qū)域，由固定擋料銷12阻擋定位。2）壓力機(jī)滑塊帶動上模下行，上、下模由導(dǎo)柱和導(dǎo)套導(dǎo)向閉合。3）沖裁前彈性卸料板7將板料壓緊，然后由凸凹模6外刃口和落料凹模8進(jìn)行落料，同時凸凹模7內(nèi)刃口和沖孔凸模11進(jìn)行沖孔。4）落料和沖孔同時完成后，壓力機(jī)滑塊帶動上模上行。5）工件由頂件板9頂住，隨凸凹模6上升回至原處；沖孔廢料脹卡在凸凹模6洞口內(nèi)隨凸凹模6上升；剩余條料則被彈性卸料板7壓緊在凹模8上直至卸料板7隨上模上行脫離。6）上模上行至一定位置時，壓力機(jī)滑塊內(nèi)的橫打桿被止動，但滑塊繼續(xù)上行，由橫打桿推動推桿1、推板3、推桿4將脹卡在凸凹模6洞口內(nèi)的廢料推落。7）將工件和廢料取出模外。8）抬起條料，越過固定擋料銷12放下，繼續(xù)由其阻擋定位，準(zhǔn)備下一次沖裁。（二）模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）模架結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，制造方便，精度較高，使用和安裝簡單。2）落料、沖孔在同一位置上復(fù)合完成，消除了級進(jìn)模中工序的定位誤差問題，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。3）采用彈性卸料板7和頂件板9，適合于材質(zhì)較軟、料厚較薄和質(zhì)量要求較高的沖裁件，能有效地保證產(chǎn)品的質(zhì)量。4）采用正裝式結(jié)構(gòu)，廢料和工件均落在模面上，不利于操作，影響生產(chǎn)效率。5）模具質(zhì)量較多依賴于模具零件的裝配質(zhì)量。4、橡膠模（1）橡膠壽命一般為1000~2000件；（2）只適用于薄板沖裁，沖裁厚度在0.3mm以下；（3）橡膠沖裁要求搭邊量大。5、尖刃凸模沖模4.7模具主要零件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化

如圖所示為一副典型的落料沖裁模的立體模型。總體上可將模具分為上模與下模兩大部分，其剖視結(jié)構(gòu)如圖所示。1、工作零件2、定位零件3、壓料、卸料和出件零件4、導(dǎo)向零件5、固定零件6、緊固及其它零件沖裁模的結(jié)構(gòu)組成及功用4.7.1模具結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化1

.

模具結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化由于模具和產(chǎn)品的對應(yīng)性及產(chǎn)品零件的多樣性，作為單件生產(chǎn)的模具控制其成本便成為模具生產(chǎn)的一大難題。由前述可知，由于模具結(jié)構(gòu)的相似性，組成模具的許多零件便可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與系列化生產(chǎn)。一般在下列幾方面可以實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化：1）由上、下模座與導(dǎo)柱、導(dǎo)套組成的模架。這是各工業(yè)國家最早實(shí)現(xiàn)模具標(biāo)準(zhǔn)化的項(xiàng)目，并收到顯著的效益。2）已配套的導(dǎo)柱與導(dǎo)套，可用來組裝標(biāo)準(zhǔn)模架以外的大型模架。3）模具通用件，如聯(lián)接件、定位件等。4）凹模板、卸料板、固定板、墊板等的厚度和平面尺寸標(biāo)準(zhǔn)化及系列化。5）圓形凸、凹模，規(guī)定容易更換的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式與固定方式，連同固定件都規(guī)格化與系列化。

2．

模具結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的意義

模具標(biāo)準(zhǔn)化的意義可歸納如下幾方面：1）簡化了模具設(shè)計過程，減少了許多重復(fù)的繪圖工作量，因而縮短了設(shè)計時間。2）可以預(yù)先制造出模具標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的成品件或半成品件，從而縮短制模周期。標(biāo)準(zhǔn)化程度越高，制模周期可以越短。3）便于組織專業(yè)化生產(chǎn)，降低材料和能源消耗，提高模具質(zhì)量與壽命。4）為模具的CAD、CAM和CAE創(chuàng)造了必要的條件。5）模具標(biāo)準(zhǔn)化后，便于進(jìn)行企業(yè)、地區(qū)及國際間模具技術(shù)交流與協(xié)作。6）模具標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化與系列化，可以擴(kuò)大模具商品化的范圍。只有模具零件實(shí)現(xiàn)了商品化，才能大幅度縮短制模周期。

1、凸模1）

凸模的結(jié)構(gòu)形式及其固定方法4.7.2工作零件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)的選用（1）

圓形凸模（2）

非圓形凸模

（3）

大、中型凸模大、中型的沖裁凸模（4）

沖小孔凸模①沖小孔凸模加保護(hù)與導(dǎo)向②采用短凸模的沖孔模。由于凸模大為縮短，同時凸模又以卸料板為導(dǎo)向，因此大大提高了凸模的剛度。③在沖模的其它結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造上采取保護(hù)小凸模措施。如提高模架剛度和精度；采用較大的沖裁間隙；采用斜刃壁凹模以減小沖裁力；取較大卸料力(一般取沖裁力的l0％)；保證凸、凹模間隙的均勻性并減小工作表面粗糙度等。2）

凸模長度計算采用固定卸料板和導(dǎo)料板時：L=h1+h2+h3+h采用彈壓卸料板時：L=h1+h2+t+h3）

凸模的強(qiáng)度校核2、

凹模1）

凹模外形結(jié)構(gòu)及其固定方法2）

凹模刃口形式3、凸凹模凸凹模是復(fù)合模中同時具有落料凸模和沖孔凹模作用的工作零件。它的內(nèi)外緣均為刃口，內(nèi)外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。從強(qiáng)度方面考慮，其壁厚應(yīng)受最小值限制。凸凹模的最小壁厚與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)：當(dāng)模具為正裝結(jié)構(gòu)時，內(nèi)孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；當(dāng)模具為倒裝結(jié)構(gòu)時，若內(nèi)孔為直筒形刃口形式，且采用下出料方式，則內(nèi)孔積存廢料，脹力大，故最小壁厚應(yīng)大些。

4、凸、凹模的鑲拼結(jié)構(gòu)1）鑲拼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場合及鑲拼方法

2）

鑲拼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則3）

鑲拼結(jié)構(gòu)的固定方法（1）

平面式（2）

嵌入式固定（3）

壓入式固定（4）

斜楔式固定4.7.3定位零件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)的選用1、導(dǎo)料銷、導(dǎo)料板2、側(cè)壓裝置3、擋料銷固定擋料銷活動擋料銷初始擋料銷4、側(cè)刃5、定位板和定位銷1、卸料裝置1）

固定卸料板4.7.4

壓料、卸料、送料零件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)的選用2）

彈壓卸料裝置卸料板凸臺部分的高度值h=H-(0.1~0.3)t3）

廢料切刀2、推件（頂件）裝置(1)推件裝置2）頂件裝置4.7.5

導(dǎo)向零件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)的選用1、

模柄4.7.6連接與固定零件的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)的選用2、

模架3、

模柄套4、

沖模固定方法

4.8沖裁模的使用4.8.1沖裁模的試沖與調(diào)整1、

沖模的調(diào)試（1）新模裝配后；（2）每批沖壓件生產(chǎn)前；（3）沖裁模發(fā)生損壞經(jīng)修理后。2、

沖裁時凸模進(jìn)入凹模的深度沖裁厚度小2mm時，凸模進(jìn)入凹模的深度不應(yīng)超過0.8mm，厚材料可適當(dāng)加大；硬質(zhì)合金沖模、硅鋼片沖模不應(yīng)超過0.5mm；斜刃、切口沖模凸模進(jìn)入凹模的深度以完成切口工序?yàn)闇?zhǔn)；負(fù)間隙沖模的凸模在沖裁完成時，不應(yīng)對凹模產(chǎn)生撞擊。3、

凸模的裝配凸模在固定板上固定后，凸模的中心軸線必須與固定板的安裝基面垂直，一般選用垂直度誤差不超過0.02mm，薄料沖裁時不超過0.01mm。4.8.2沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性分析所謂經(jīng)濟(jì)性分析，就是分析在沖壓生產(chǎn)過程中，如何采用盡可能少的生產(chǎn)消費(fèi)獲得盡可能大的經(jīng)濟(jì)效益。沖壓件的制造成本C∑包括：

C∑=C材+C工+C模式中C材——材料費(fèi)；

C工——加工費(fèi)（工人工資、設(shè)備折舊費(fèi)、管理費(fèi)等）；

C?！＞哔M(fèi)。降低成本有以下各種措施：(1)降低小批量生產(chǎn)中的沖壓件成本(2)工藝合理化(3)多件同時沖壓產(chǎn)量較大時，采用多件同時沖壓，可使模具費(fèi)、材料費(fèi)和加工費(fèi)降低，對成形工藝來說也有利于材料變形的應(yīng)力、應(yīng)變對稱均勻。(4)沖壓過程的高速(5)提高材料(6)節(jié)約模具費(fèi)用模具費(fèi)用在沖壓件的制造成本中占有相當(dāng)比重

練習(xí)思考題

1、沖裁件的斷面特征分幾個區(qū)域？其形成原因？分析各區(qū)對沖裁件的質(zhì)量影響？2、什么是落料和沖孔？舉例說明。3、沖裁間隙的大小與沖裁件質(zhì)量的關(guān)系？4、沖裁間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命的影響？5、什么是合理間隙？其值因如何選??？

練習(xí)思考題

6、如圖所示零件，材料Q235，板厚2mm。計算沖裁力。7、什么是排樣？有哪幾種排樣方法？8、搭邊的作用是什么？9、圖示零件，采用彈壓卸料，求沖裁力；采用單排方式時，各搭邊量，條料縱、橫裁時材料利用率。（板料1000X2000mm）

練習(xí)思考題

10、確定沖裁工藝方案的依據(jù)是什么？沖裁工序組合方式是依據(jù)什么確定的？11、如圖所示支條片，材料為Q235A鋼，料厚2mm，計算落料的凸、凹模刃口部分尺寸。零件尺寸如圖所示。

練習(xí)思考題

練習(xí)思考題

12、如圖所示硅鋼片，材料為D硅鋼，料厚t=0.35mm，用配作法制造模具，試確定該落料模凸、凹模刃口尺寸？

練習(xí)思考題

13、什么是單工序模、復(fù)合模和級進(jìn)模？各自的特點(diǎn)是什么？14、采用凸、凹模的鑲拼結(jié)構(gòu)的場合和作用？

冷沖壓工藝及模設(shè)計備課講義

課程名稱冷沖壓工藝及模具設(shè)計2

.

課程編號

1111400.

學(xué)時學(xué)分

48（4）學(xué)時3學(xué)分.

專業(yè)層次材料成型及控制工程.

備課教材

《沖壓工藝與沖模設(shè)計》.

呂建強(qiáng)主編西電版2021授課班級

材控1201

.授課日期

2023年2～5月.

授課教師呂建強(qiáng).

歸口系部材料成型系.

版次

01.

第5章彎曲工藝與彎曲模具

彎曲是將金屬坯料沿彎曲線彎成具有一定角度和形狀的成形工藝方法。實(shí)際生產(chǎn)中可用于彎曲的坯料主要有板料、棒料、管料、型材等。彎曲加工的類型很多，按彎曲方法可分為壓彎、拉彎、折彎、滾彎等。但以在壓力機(jī)上用模具進(jìn)行壓彎最為常見。板材彎曲管材彎曲型材彎曲棒材彎曲拉彎折彎折彎滾彎5.1彎曲變形過程及特點(diǎn)5.1.1彎曲變形過程V形件的彎曲是板料彎曲中最基本的一種，其彎曲變形過程如圖所示。在彎曲變形過程中板料與凹模之間有相對滑移現(xiàn)象。彎曲變形主要集中在彎曲圓角r處，在彎曲過程中還發(fā)生了直邊變形，只在最后貼合時被壓直。凸模、板料與凹模三者完全貼合后，如果再增加一定的壓力對彎曲件施壓，則稱為校正彎曲。否則就稱為自由彎曲。5．1．2彎曲變形分析為了簡化問題，彎曲變形的理論分析只討論在純彎矩作用下的彎曲。采用圓柱坐標(biāo)系，板厚方向?yàn)閺较颍é逊较颍?、板長方向?yàn)榍邢颍é确较颍鍖挿较驗(yàn)檩S向（B方向）。研究材料的沖壓變形，常采用網(wǎng)格法，如圖所示。在彎曲前的坯料側(cè)面用機(jī)械刻線或照相腐蝕的方法畫出網(wǎng)格，觀察彎曲變形后位于工件側(cè)壁的坐標(biāo)網(wǎng)格的變化情況，就可以分析變形時坯料的受力情況，從坯料彎曲變形后的情況可以發(fā)現(xiàn)：1、

變形區(qū)的位置變形主要發(fā)生在彎曲帶中心角?區(qū)域內(nèi)，中心角以外基本上不變形。彎曲帶中心角?與制件的彎曲角α之間的關(guān)系為：α+?=1800。2、變形區(qū)變形特點(diǎn)

（1）

長度方向由圖可見，變形后網(wǎng)格由正方形變成了扇形。外層表面產(chǎn)生了最大的切向伸長變形，內(nèi)層表面產(chǎn)生了最大的切向收縮變形。切向變形沿板厚的分布是不均勻的。在收縮與伸長的區(qū)域之間必然有一變形中性層，以此為界，將變形按其性質(zhì)分為內(nèi)、外兩層區(qū)域。（2）

厚度方向在彎曲變形區(qū)的厚度方向，以中性層為界，內(nèi)層材料切向受壓縮，厚度應(yīng)增加，而外層材料切向受拉伸，厚度將減薄。由于中性層內(nèi)移，使外層受拉伸區(qū)域大于內(nèi)層受壓縮區(qū)域，故外層材料的減薄量將大于內(nèi)層材料的增厚量，彎曲變形區(qū)的板料厚度會出現(xiàn)變薄現(xiàn)象。（3）

寬度方向彎曲后，板料的斷面形狀發(fā)生了畸變。其中窄板（B<3t）的斷面變成了內(nèi)寬外窄的扇形。對于寬板（B>3t），因彎曲變形時寬度方向的變形會受到相鄰材料較大的牽制阻礙作用，因此斷面的變化較小，基本上保持了原來的形狀。對于B<10t以下的彎曲件，其彎曲線會產(chǎn)生撓度，且兩端的翹曲和畸變較明顯。3、

彎曲變形中性層的位置

如右圖所示為板料變形區(qū)在彎曲前后的形狀。按體積不變條件可求得變形中性層的曲率半徑ρ0。變形前的體積V0=LtB=ρ0φtB，變形后的體積V=π(R2-r2)φ/2π×B，由V0=V得ρ0=(R2-r2)/2t以R=r+t1代入上式，整理得ρ0=(r+t1/2)t1/t

令η=t1/t，稱為變薄系數(shù)，代入上式得ρ0=(r+ηt/2)η由上式可知，η<1，ρ0<r+ηt/2。而r+ηt/2為變形區(qū)板料幾何中心層的曲率半徑，這表明彎曲后變形中性層不與幾何中心層重合而發(fā)生了內(nèi)移。隨著r/t值的不斷減小，應(yīng)變中性層也將不斷內(nèi)移。此外，由應(yīng)變中性層內(nèi)移可知，應(yīng)變中性層處的材料在彎曲前期的變形是切向壓縮，而在彎曲后期必然為切向伸長。因此，應(yīng)力中性層在彎曲時也發(fā)生了內(nèi)移，且內(nèi)移量比應(yīng)變中性層還大。5.1.3

彎曲變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)5.1.3.1彎曲變形階段

板料彎曲時，變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)與彎曲變形程度有關(guān)。在彎曲的過程中，彎曲變形具有明顯的階段性，由初始的彈性變形逐漸過渡到塑性變形。由于變形程度的不均勻，使彎曲變形具有特殊的復(fù)雜性，并影響彎曲工藝的制定。1、彈性彎曲變形在彎曲變形開始時，由于外彎曲力矩M的數(shù)值較小，此時變形區(qū)內(nèi)、外表層所受的切向應(yīng)力σθ尚未達(dá)到材料的屈服應(yīng)力σS，沿板厚的全部材料層只產(chǎn)生彈性變形，其切向應(yīng)力σθ的分布如下圖所示。2、彈—塑性彎曲變形當(dāng)彎曲力矩M增大到一定數(shù)值時，變形區(qū)內(nèi)、外表層材料將首先屈服而進(jìn)入塑性狀態(tài)。隨著彎曲變形程度的加大，塑性變形便由內(nèi)、外表層向板料中心