第2章 冲裁工艺及冲裁模设计.doc

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1、第2章冲裁工艺及冲裁模设计本章学习要求：1. 掌握冲裁模刃口尺寸计算方法和排样设计；2. 掌握冲裁工艺性分析、工艺设计和工艺计算；3. 掌握冲裁模典型结构的特点和模具主要零部件的设计；4. 熟悉冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤；5. 了解冲裁变形规律和冲裁件质量的影响因素；6. 了解冲压模具标准。   冲裁是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。根据变形机理的差异，冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁。通常我们说的冲裁是指普通冲裁，它包括落料、冲孔、切口、剖切、修边等。冲裁所使用的模具称为冲裁模，如落料模、冲孔模、切边

2、模、冲切模等。冲裁工艺与冲裁模在生产中使用广泛，它可为弯曲、拉深、成形、冷挤压等工序准备毛坯，也可直接制作零件图2.0.1所示的模具是冲压一板状零件的冲裁模。   冲裁工艺与冲裁模在生产中使用广泛，它可为弯曲、拉深、成形、冷挤压等工序准备毛坯，也可直接制作零件图2.0.1所示的模具是冲压一板状零件的冲裁模。1—下模座；2、15—销钉；3—凹模；4—套；5—导柱；6—导套；7—上模座；8—卸料板9—橡胶；10—凸模固定板；11—垫板；12—卸料螺钉；13—凸模；14—模柄；16、17—螺钉图2.01冲裁模典型结构与模具总体

3、设计尺寸关系图2.1冲裁变形分析   冲裁变形分析对了解冲裁变形机理和变形过程，掌握冲裁时作用于板材上的力态，应用冲裁工艺，正确设计模具，控制冲裁件质量有着重要意义。2.1.1冲裁变形时板料变形区力态分析   图2.1.1是模具对板料进行冲裁时的情形，当凸模下降至与板料接触时，板料受到凸模、凹模端面的作用力。由于凸模、凹模之间存在冲裁间隙，使凸模、凹模施加于板料的力产生一个力矩M，其值等于凸模、凹模作用的合力与稍大于间隙的力臂a的乘积。在无压料板压紧装置冲裁时，力矩使材料产生弯曲，故模具与板料仅在刃口附近的狭小区域内保持

4、接触，接触宽度约为板厚的0.2～0.4㎜。并且，凸模、凹模作用于板料垂直压力呈不均匀分布，随着向模具刃口靠近而急剧增大(见图2.1.1)。其中FP1、FP2——凸模、凹模对板料的垂直作用力；　　　F1、F2——凸模、凹模对板料的侧压力；　　μFP1、μFP2——凸模端面与板料间摩擦力，其方向与间隙大小有关，但一般指向模具刃口；μF1、　　μF2——凸模、凹模侧面与板料间的摩擦力。　　冲裁时，由于板料弯曲的影响，其变形区的应力状态是复杂的，且与变形过程有关。对于无压料板压紧材料的冲裁，其变形区应力状态如图2.1.2所示，其中：

5、1-凸模；2-材料；3-凹模图2.1.1冲裁是作用于材料上的力 图2.1.2冲裁时板料的应力状态图   A点(凸模侧面)：凸模下压引起轴向拉应力σ3，板料弯曲与凸模侧压力引起径向压应力σ1，而切向应力σ２　　为板料弯曲引起的压应力与侧压力引起的拉应力的合成应力。???B点(凸模端面)：凸模下压及板料弯曲引起的三向压缩应力。???C点(断裂区中部)：沿径向为拉应力σ１，垂直于板平面方向为压应力σ3。???D点(凹模端面)：凹模挤压板料产生轴向压应力σ３，板料弯曲引起径向拉应力σ1和切向拉应力σ2。???E点(凹模侧面

6、)：凸模下压引起轴向拉应力σ３，由板料弯曲引起的拉应力与凹模侧压力引起压应力合成产生　　应力σ1与σ2，该合成应力可能是拉应力，也可能是压应力，与间隙大小有关。一般情况下，该处以拉应力为主。2.1.2　冲裁时板料的变形过程   冲裁是分离变形的冲压工序。当凸模、凹模之间的设计间隙合理时，工件受力后必然从弹性变形开始，进入塑性变形，最后以断裂分离告终，如图2.1.3所示。图2.1.3冲裁变形过程(一)弹性变形阶段   由于凸模加压于板料，使板料产生弹性压缩、弯曲和拉伸(AB′＞AB)等变形，板料底面相应部分材料略挤入凹模

7、洞口内。此时，凸模下的板料略有拱弯(锅底形)，凹模上的板料略有上翘。间隙越大，拱弯和上翘越严重。在这一阶段中，若板料内部的应力没有超过弹性极限时，当凸模卸载后，板料立即恢复原状。(二)塑性变形阶段   当凸模继续压入，板料内的应力达到屈服极限时，板料开始产生塑性剪切变形。凸模切入板料并将下部板料挤入凹模孔内，形成光亮的剪切断面。同时，因凸、凹模间存在间隙，故伴随着弯曲与拉伸变形(间隙愈大，变形亦愈大)。随着凸模的不断压入，材料的变形程度便不断增加，同时硬化加剧，变形抗力也不断上升，最后在凸模和凹模的刃口附近，达到极限应变与应

8、力值时，材料就产生微小裂纹，这就意味着破坏开始，塑性变形结束。(三)断裂分离阶段   裂纹产生后，此时凸模仍然不断地压入材料，已形成的微裂纹沿最大剪应变速度方向向材料内延伸，向楔形那样发展，若间隙合理，上下裂纹则相遇重合，板料就被拉断分离。由于拉断的结果，断