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1、小孔冲裁的特征、失效形式及模具设计要点彭成允,邓明(重庆工学院材料系,重庆400050)摘要:探讨了小孔冲裁的过程特征、模具失效形式以及防止措施,并从模具结构和小凸模设计等方面提出了这类模具的设计要点。关键词:冲裁;小孔;模具中图分类号:TG76文献标识码:A文章编号:1007-9483(2002)02-0023-03Characteristics,InvalidPatternofLittleHolePunchingandMainPointsofDieDesignPENGCheng-yun,DENGMi
2、ng(ChongqingInstituteofTechnology,Chongqing,400050,China)Abstract:Thispaperdiscussestheprocesscharacteristicsoflittleholepunching,thedie’sinvalidpatternsandtheirmeasuresofavoidance.Themainpointsofdesigningthiskindofdiearebroughtforwardfromrespectsofdiest
3、ructureandthedesignoflittleprotrudingdie.Keywords:Punching;LittleHole;Die厚板小孔冲裁时因冲头截面小,受力条件恶劣,在设计、制造、使用过程中可导致冲头弯曲、崩刃、折断、磨损严重而使模具寿命降低。为了提高小孔冲裁模具的寿命,有必要研究小孔冲裁过程及机理,并对模具结构特点进行探讨。模下压,其模具刃口压入板料。b1塑性流动阶段(如图1(b)所示)。凸模下压,材料向孔周流动并开始被挤入凹模孔内产生定向塑性流动。c1塑剪变形阶段(如图1(c)
4、所示)。当凸模继续下行进入材料深度达到一定时,孔壁材料产生强化和塑性减小的现象,这时材料停止向孔周流动,大量材料挤入凹模内,材料在刃口处出现显微裂纹。d1剪裂阶段(如图1(d)所示)。凸模继续下行,显微裂纹在金属材料内部扩展,此时在凹模刃口处的材料也出现剪切裂纹,并开始剪裂。e1分离推卸阶段(如图1(e)所示)。凸模进入凹模约015～1mm,废料与孔完全分离。1冲裁过程如图1所示,厚板小孔冲裁具有5个阶段的变形过程,具体阐述如下1。a1弹性变形阶段(如图1(a)所示)。凸模接触板料,板料即受到凸、凹模压
5、力而产生弹性压缩。由于孔小,坯料刚性较好,拉伸和弯曲变形的成分比普通型孔冲裁时少,随凸图1冲裁过程图由于d/t小,变形区压应力的成分比普通冲裁时要大,故其分离形式不是一般冲裁的撕裂,而是属于塑剪分离,具有深孔冲挤剪切特性。时还要承受卸料所引起的拉应力,在强烈的压缩和拉伸交变冲击载荷条件下冲头易疲劳破坏。d1导向是厚板冲裁的关键问题。在冲头上增设导向护套能有效提高冲头强度、刚度,防止侧向力的产生。e1小孔冲裁对于小孔与外形的距离有一定要求,如果孔边距过小,就会引起冲孔的材料向外涨出,使冲头受到不平衡的侧向
6、力,产生弯曲,甚至折断。f1小孔冲裁时,在冲孔前宜在孔周围加较大的顶压力。这样不但有利于改善冲裁条件,还可以防止冲孔时材料发生偏移而使冲头折断。2厚板小孔冲裁的失效形式及工艺分析[2]a1小孔冲裁过程中,由于挤压力大、材料厚度和材质的不均等都可引起较大侧向力而使冲头折断、崩刃。b1厚板冲裁挤剪切力大,小冲头承载能力有限。在恶劣的受力条件下摩擦发热严重,粘着磨损严重,需润滑。c1冲头在冲裁过程中既要承受较强的冲击载荷,卸料收稿日期:2002-01-07作者简介:彭成允(1961-),女,重庆人,重庆工学院
7、副教授,工学学士,主要从事冲压工艺及模具设计的教学与研究工作。242002年3月机械设计与制造工程第31卷第2期g1卸料是小孔冲裁的一个重要环节,细小冲头往下能承受冲裁力,而在卸料时容易断裂,这是因为孔冲穿后工件挤压变形回弹,将冲头咬死,或由于在压力机滑块回程时机身、模具受重载后回弹,引起冲头受侧向力而折断。剖视)。凸模的下部套有凸模护套,凸模护套上端开有等分3个固定扇形糟,可在3个固定的扇形块中上下滑动,所以凸模在任意位置均处于导向状态。c1由于凸模护套突出在卸料板外,冲压时凸模护套接触材料,他的面积
8、小,将强力弹簧的压力传到材料上,使冲孔周围材料受到很大压力,有利于冲孔,因而冲出的断面光滑,粗糙度较小。图4所示的模具采用超短凸模结构来防止在冲裁过程中凸模产生弯曲变形而折断。超短凸模的工作原理是:采用冲击块与小凸模进行冲裁工作,小凸模由压板进行导向,而压板由2个导柱16进行导向。当上模下行时,大压板18与小压板17先后压紧工件,小凸模4对工件进行冲孔。卸料由大压板18完成。这副模具设计时必须保证厚料冲孔模具的凹模洞口漏料必须通畅,防止发生
