沖壓工藝與模具制造教案--4

1、職業(yè)技術學校教案首頁 授課班級 13模具、13數(shù)控 授課日期 授課內容 （章節(jié)名稱） 項目二：沖裁成形及其模具（沖裁變形過程；分析與控制沖裁件的質量） 授課方式 講授 教具 海綿一塊 教學目標 1 1、理解沖裁變形過程； 2 2 了解沖裁件質量及影響因素； 教學重點 1 1、 沖裁變形過程及變形規(guī)律； 2 2 沖裁件斷面質量； 3 3、 沖裁間隙及合理間隙的確定。 教學難點 1 1、 沖裁變形規(guī)律及沖裁件質量影響因素； 2 2、 合理間隙的確定。 教學過程 時間分配 共 2 2 課時；其中： 1、 復習舊課（10分鐘） 2、 引入新課（5分鐘） 3、講授新課（50分鐘） 4、 小結（10分鐘）

2、 5、 布置作業(yè)（5分鐘） 課后體會： 新會岡州職業(yè)技術學校教案 第1頁 、復習舊課（1010 分鐘） 1 1、冷沖壓概念及冷沖壓加工的特點； 2 2、壓力機簡介； 3 3、模具分類； 二、引入新課：（5 5 分鐘） 通過視頻演示沖裁過程，希望學生對沖裁變形有更具體的理解及認識；幫助學生進一步 理解沖裁變形，降低學生學習的難度。 三、講授新課（ 50 50 分鐘） 項目二：沖裁成形及其模具 內容簡介 : : 沖裁是最基本的沖壓工序，本章是本課程的重點。在分析沖裁變形過程及沖裁件質量影 響因素的基礎上，介紹沖裁工藝計算、工藝方案制定和沖裁模設計。涉及沖裁變形過程分析、 沖裁件質量及影響因素、間隙

3、確定、刃口尺寸計算原則和方法、排樣設計、沖裁力與壓力中 心計算、沖裁工藝性分析與工藝方案制定、沖裁典型結構、零部件設計及模具標準應用、沖 裁模設計方法與步驟等。 沖裁是冷沖壓技術中的一項重要內容，它在沖壓生產中所占的比例非常大，有著非常重 要的地位。沖裁不僅可以直接在平板毛坯上進行，還可在彎曲、拉伸等半成品上進行，作為 這些工序的后續(xù)工序。 沖裁：就是指利用模具在壓力機上使材料與制件沿一定的輪廓線產生相互分離的工序。 廣義上來講，沖裁包括了所有的分離工序。但一般情況下，沖裁主要是指沖孔和落料兩大工 序。 落料：是指材料沿封閉的輪廓線產生完全的分離， 沖裁輪廓線以內的部分為制件， 以外 的部分為

4、廢料； 沖孔：材料沿封閉的輪廓線產生完全的分離，沖裁輪廓線以外的部分為制件，以內的部 分為廢料。 如沖壓內徑為 d d、外徑為 D D 的墊圈制件，獲得內徑 d d 的過程為沖孔，獲得外徑 D D 的過程 為落料。所以一個簡單的墊圈制件是由落料與沖孔兩個工序結合而成的。 新 會 岡 州 職 業(yè) 技 術 學 校 教 案 第 2 頁 2.1 2.1 沖裁過程與沖裁件質量 2.1.12.1.1 沖裁變形過程 il 視 圖 2-1 沖裁過程示意 1模柄 2 凸模 3 條料 4 凹模 5 下模座 沖裁過程如圖 2 2- -1 1 所示。當條料送入凸模與凹模之間后，凸模下壓，在凸模和凹模共同作 用下，使材

5、料產生分離。整個過程可以分為三個階段： 11彈性變形階段：當凸模施加給材料的作用力沒有超過材料的屈服極限時，此時，如果 凸模回程，板料即恢復平直的原始狀態(tài)，此階段為彈性變形階段，見圖 2 2- -2(a)2(a)。 22塑性變形階段：凸模繼續(xù)下行，施加于材料的作用力超過了材料的屈服極限，這時， 凸模擠入材料一圈，同時，材料也擠入凹模，由于材料反抗凸模及凹模的擠入， 產生彎矩 M M， 在彎矩 M M 的作用下材料產生彎曲，材料各部分應力狀態(tài)如圖 2 2- -2 2 (b b)所示。 ( ) (b) (c 何 (t 圖 2-2 沖裁變形過程 33斷裂分離階段：隨著施加于材料力的不斷增大，凹模刃口

6、附近材料所受應力首先達到最 大值，因而出現(xiàn)裂紋，但這時凸模刃邊處的材料還處于塑性狀態(tài)，因此，凸模繼續(xù)擠入材料。 如圖 2 2- -2(c)2(c)所示，當此處材料所受力也達到材料的抗剪強度時，也會產生裂紋。如果間隙適 當時，上下裂紋擴展并重合，直到材料分離，從而獲得制件，如圖 2 2- -2(d)2(d)所示。最后，凸模 繼續(xù)下行，將制件推下。如圖 2 2- -2(e)2(e)所示。 從上述過程可以看出，任何一種材料的沖裁，都要經過彈性變形、塑性變形、斷裂分離三個 階段，只是由于沖裁條件的不同，三種變形所占的時間比例各不相同。 新會岡州職業(yè)技術學校教案 第3頁 2.1.22.1.2 沖裁件斷面

7、分析 沖裁過程的材料變形是很復雜的，由圖 2 2- -2 2 可以看出，沖裁除剪切變形外，還有拉伸、 彎曲、橫向擠壓等變形。由于它的復雜應力與應變，而造成了沖裁件斷面的變化。一般來說, 沖裁斷面可劃分為四個區(qū)域：塌角、光面、毛面、毛刺。下面以普通沖裁時的落料件為例說 明各區(qū)的分布情況，如圖 2 2- -2 2 所示。 11塌角：由于模具間隙的存在，沖壓時，材料進入凹模時產生彎曲力矩，從而在制件上 產生彎曲圓角區(qū)。 22光面：由于沖裁時存在塑性變形，凸模擠壓切入材料，在制件斷面形成表面光潔平整 的光面。光面是制件質量最好的部分，是制件測量的基準。 (b)犒料 圖 2-3 沖裁區(qū)應力、變形情況及沖

8、裁斷面狀況 a塌角 b 光面 c 毛面 d 毛刺 b 正應力 T 剪切應力 33毛面：由于裂紋擴展而使材料撕裂產生分離，從而形成表面粗糙并帶有一定錐度的斷 裂區(qū)。 44毛刺：在凸模與凹模刃口處首先產生的微裂紋隨著凸模的下降而形成毛刺，凸模繼續(xù) 下降，毛刺拉長，最后殘留在制件上。一般毛刺的高度應控制在料厚的 10%10%以下為合適，精 度要求高的制件應控制在 5%5%以下。落料時各區(qū)域的位置與沖孔正好相反。 沖裁斷面的四個區(qū)域在斷面上所占的比例不是一成不變的，隨著材料性質、厚度、模具結構 及使用情況的不同而變化。 2.22.2 沖裁模間隙 2.2.12.2.1 間隙的概念 如圖 2 2- -4

9、4 所示，凸模與凹模工作部分的尺寸之差稱為間隙。沖裁模間隙都是指的雙面間隙。 間隙值用字母Z Z 表示。 Z=DZ=DA- D DT (2 2- -1 1 ) 式中 Z Z 沖裁間隙，單位為 mnmn; D D凹模尺寸，單位為 mmmm D DT凸模尺寸，單位為 mmmm 圖 2-4 沖裁模間隙 新會岡州職業(yè)技術學校教案 第4頁 2.2.22.2.2 沖裁間隙的重要性 1 1 沖裁間隙對沖裁件質量的影響 沖裁件質量包括斷面質量、尺寸精度、表面平直度等。影響質量的因素有很多，如材料 的性能、模具制造的精度、沖裁間隙、沖裁條件等。本部分主要討論沖裁間隙對沖裁件質量 的影響。 圖 2-5間隙大小對工

10、件斷面質量的影響 （1 1）間隙對斷面質量的影響 由沖裁變形過程的分析可知，沖裁時上下裂紋不一定從兩刃 口同時發(fā)生。沖裁間隙值的大小對沖裁時上下裂紋的重合與否有直接的影響。 模具間隙合理時，凸模與凹模處的裂紋（上下裂紋）在沖壓過程中相遇并重合，此時斷面如 圖 2 2- -5 5 （b b）所示，其塌角較小，光面所占比例較寬，對于軟鋼板及黃銅約占板厚的三分之一 左右，毛刺較小，容易去除。斷面質量較好； 間隙過大時，凸模刃口處的裂紋較合理間隙時向內錯開一段距離，如圖 2 2- -5 5 上下裂紋未重合部分的材料將受很大的拉伸作用而產生撕裂，使塌角增大，毛面增寬， 減少，毛刺肥而長，難以去除，斷面質

11、量較差； 間隙過小時，凸模與凹模刃口處的裂紋較合理間隙時向外錯開一段距離，如圖 所示，上下裂紋中間的一部分材料，隨著沖裁的進行將進行二次剪切，從而使斷面上產生二 個光面，并且，由于間隙的減小而使材料受擠壓的成分增大，毛面及塌角都減少，毛刺變少， 斷面質量最好。因此，對于普通沖裁來說， 確定正確的沖裁間隙是控制斷面質量的一個關鍵。 （2 2）沖裁間隙對尺寸精度的影響 能嚴格維持無載荷的形狀和尺寸。同時， 變形，從而在沖裁結束后，會產生回彈， 有的使制件尺寸變大，有的則減小。其一般規(guī)律是間隙小時，落料件尺寸大于凹模尺寸，沖 出的孔徑小于凸模尺寸；間隙大時，落料件尺寸小于凹模尺寸，沖出的孔徑大于凸模

12、尺寸。 新會岡州職業(yè)技術學校教案 其尺寸變化量的大小與材料性質、料厚及軋制方向等因素有關。圖 2 2- -6 6 顯示了在一定條件下 模具間隙與彈性變形的關系：在圖（a a）中，當間隙小于 5%5%時，制件尺寸隨間隙的增大而減 小；當間隙為 525%525%時，（c c） 所示, 光面 2 2- -5 5 (a a) hW% 丄虬制舟闕 （b沖扎種 圖2-6 間隙與彈性變形的關系 沖裁加工時，由于沖壓力的影響，凹模刃口部分不可 從前述的分析也知，材料在沖裁過程中會產生各種 使制件的尺寸不同于凹模和凸模刃口尺寸。其結果， 測廉送小 b的障合理 址間諒過戈 農亡匚“ 則其尺寸變化不大；當間隙天于

13、25%25%時，其尺寸再次變小。然而， 當間隙小于 2%2%時，制件尺寸比凹模刃口大。同時，在一般情況下，間隙越小，制件的尺寸精 度也越高，如圖 2 2- -7 7 所示。 2.2. 沖裁間隙對沖壓力的影響 沖裁力隨著間隙的增大雖然有一定程度的降低，但當單邊間隙在 5%105%10 料厚時，沖裁力 降低并不明顯，因此，一般來說，在正常沖裁情況下，間隙對沖裁力的影響并不大，但間隙 對卸料力、推件力的影響卻較大。間隙較大時，卸料及推料時所需要克服的摩擦阻力小，從 凸模上卸料或從凹模內推料都較為容易，當單邊間隙大到 15%2015%20 料厚時，卸料力幾乎等于 零。 圖2-7 間隙與沖裁件精度的關系

14、 33沖裁間隙對沖模壽命的影響 間隙是影響模具壽命的主要因素，由于沖裁時，凸模與凹模之間，材料與模具之間都存在摩 擦。而間隙的大小則直接影響到摩擦的大小。間隙越小，摩擦造成的磨損越嚴重，模具壽命 就越短，而較大的間隙，可使摩擦造成的磨損減少，從而提高了模具的壽命。 綜上所述，沖裁間隙較小，沖裁件質量較高，但模具壽命短，沖壓力有所增大；而沖裁 間隙較大，沖裁件質量較差，但模具壽命長，沖壓力有所減少。因此，選擇合理的間隙值的 總的原則是：在滿足沖裁件質量的前提下，間隙值一般取偏大值，這樣可以降低沖裁力和提 高模具壽命。 合理間隙的確定 因為間隙對沖裁件質量、沖裁力、模具壽命都有影響。因此，在設計和

15、制造模具時，一 定要選擇一個合理間隙值?？紤]到模具制造的精度及使用過程中的磨損，生產中通常是選擇 一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙。這個范圍的最小值稱最小合理間隙，最大值稱為最大合理間 隙。只要在這個范圍內的間隙，都能沖出合格的制件。由于模具在使用中的磨損使間隙增大， 故設計與制造時要采用最小合理間隙值。確定合理間隙值的方法有理論計算法、經驗確定法 二種。 新會岡州職業(yè)技術學校教案 第6頁 (1 1)理論計算法 該方法的理論依據(jù)是保證上下裂紋重合，以獲得良好的斷面質量。 根據(jù)圖 2 2- -8 8 的幾何關系可得： 圖2-8 沖裁時產生裂紋的瞬時狀態(tài) 材 料 ho/t 3 退火 硬化 退火 硬化 軟

16、鋼、紫銅、軟黃銅 O.5 O.35 6 5 中硬鋼、硬黃銅 O.3 O.2 5 4 硬鋼、硬黃銅 O.2 O.1 4 4 Z=2（t-h o）tg 3 =2t（1- 一 ） tg 3 （2-2） 式中 t t 料厚（mrhmrh h ho產生裂紋時凸模擠入的深度（mmmm h ho/t /t 產生裂紋時凸模擠入的相對深度，查表 3 3- -1 1 3 最大剪應力方向與垂線間的夾角，查表 3 3- -1 1 由上式可知：間隙值的大小 Z Z 主要與材料厚度 t t、相對切入深度 h ho/t/t 及裂紋方向3有關。 而 h ho和3又與材料性質有關，材料越硬，h ho/t/t 越小，因此，影響間隙值的主要因素是材質與 料厚。材料越硬越厚，其所需合理間隙值越大。反之則越小。由于理論計算法在生產中使用 不方便，故目前廣泛使用經驗公式及查表確定。 （2 2）經驗確定法 根據(jù)使用經驗，在確定間隙值時要根據(jù)要求分類使用。如電子電器行 業(yè)，對制件的質量要求較高，因此，其合理間隙值取得偏?。欢鴮τ谄囃侠瓩C行業(yè)來說， 對制件的質量相對