冷冲模设计-机械版)

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1、1第三章冲裁工艺第一节冲裁过程分析第二节冲裁件的质量分析第三节冲裁间隙第四节凸模和凹模工作部分尺寸的计算第五节冲裁力第六节冲裁工件的排样2使板料或工序件分离的冲压工艺称为冲裁。冲裁工艺的种类很多，常用的有切断、落料、冲孔、切边、切口、剖切等。所以冲裁是分离工序的总称，其中尤以落料、冲孔应用最多。从板料上冲下所需形状的工件（或毛坯）称为落料。在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）称为冲孔。落料和冲孔的变形性质完全相同，但在进行模具工作部分设计时，要分开加以考虑。图所示的垫圈即由落料与冲孔二道工序完成。根据冲裁变形机理的不同，冲裁工艺可以分为普通冲裁和精密冲裁两大类。所谓普通冲裁是由凸、凹模刃

2、口之间产生剪裂缝的形式实现板料分离。而精密冲裁则是以变形的形式实现板料的分离。前者冲出的工件断面比较粗糙，精度较低。后者冲出的工件不但断面比较光洁而且精度也较高，但需要有专门的精冲设备及精冲模具。精密冲裁是一种正在不断发展与完善的冲压新工艺。本章主要讨论普通冲裁的有关问题。垫圈的落料与冲孔ａ）落料ｂ）冲孔3第一节冲裁过程分析一、弹性变形阶段二、塑性变形阶段三、剪裂阶段4冲裁过程如图３-２所示。凸模１与凹模２具有与工件轮廓一样的刃口。凸、凹模之间存在一定的间隙。当压力机滑块把凸模推下时，便将放在凸、凹模中间的板料冲裁成所需的工件。冲裁过程是在瞬间完成的。为了控制冲裁件的质量，研究冲裁的变形机理，

3、就需要分析冲裁时板料分离的实际过程。如图３-３所示是金属板料的冲裁变形过程。当模具间隙正常时这个过程大致可分为三个变形阶段。5当凸模开始接触板料并下压时，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。随着凸模继续压入，直到材料内的应力达到弹性极限。如图３-３ａ所示。一、弹性变形阶段6二、塑性变形阶段当凸模继续压入，板料内的应力达到屈服点，板料与凸模和凹模的接触处产生塑性剪切变形。如图３-３ｂ所示。凸模切入板料，板料挤入凹模洞口。在板料剪切面的边缘由于

4、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。7三、剪裂阶段当板料的应力达到抗剪强度后，凸模再向下压，则在板料与凸模和凹模的刃口接触处分别产生裂纹，如图３-３ｃ所示。随着凸模下压，裂纹逐渐扩大并向材料内延伸。当上、下裂纹重合时，板料便被分离。凸模再下压，将已分离的材料克服摩擦阻力从板料中推出，完成冲裁过程。8材料在冲裁时其变形区的应力与变形情况如图３-４所示。从图中可以看到，b段是冲裁件的光亮部分。由于在变形过程中，此部分主要受切应力

5、τ和压应力σ的作用，是在塑性状态下实现剪切变形的，因而能获得较光洁、平整的光亮部分。图中c段由于凸、凹模间隙的影响，除了受切应力τ的作用以外，还有正向拉应力σ，这种应力状态促使冲裁变形区的塑性下降，最终必然产生裂纹而在分离面上形成粗糙的断裂部分。从图中还可以看到，裂纹产生的位置并非对着刃口，而是在离刃口不远的侧面上。这是因为模具的刃口不可能是绝对锋利的。因此，从冲裁原理上说，冲裁件必然有一定的毛刺存在。不过，间隙合适时，毛刺的高度很小。冲裁变形区的应力与变形情况9由此可见，冲裁件的断面不很整齐，仅短短的一段光亮带是柱体。若不计弹性变形的影响，则板料孔的光亮柱体部分尺寸，近似等于凸模尺寸；落料

6、的光亮柱体部分，近似等于凹模尺寸。对于板料孔，决定与轴类零件配合性质的是它的最小尺寸，即其光亮柱体部分尺寸；对于落料件，决定与孔类零件配合性质的是它的最大尺寸，也是它的光亮柱体部分尺寸。于是，可以得出如下重要的关系式落料尺寸＝凹模尺寸（３-１）冲孔尺寸＝凸模尺寸（３-２）这是计算凸模和凹模尺寸的主要依据。10第二节冲裁件的质量分析一、尺寸精度二、断面质量三、毛刺11冲裁件的尺寸精度：指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差。该差值包括两方面的偏差：一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差；二是模具本身的制造偏差。影响因素：（1）冲模的制造精度（零件加工和装配）（2）材料的性质（3）冲裁间隙一、尺寸精

7、度12１.冲模的制造精度冲模的制造精度对冲裁件的尺寸精度有直接影响。冲模的精度愈高，冲裁件的精度亦愈高。表３-１所示为当冲模具有合理间隙与锋利刃口时，其制造精度与冲裁件精度的关系。13２.材料性质由于冲裁过程中材料产生一定的弹性变形，冲裁件产生“回弹”现象，使冲裁件的尺寸与凸模和凹模尺寸不符，从而影响其精度。材料的性质对该材料在冲裁过程中的弹性变形量有很大的影响。对于比较软的材料，弹性变形量较小，