冷沖壓工藝和模具結構基礎知識

冷沖壓工藝和模具結構基礎知識

（結合實例）

前言：隨著國民經濟持續(xù)高速發(fā)展,市場對模具的需求量在不斷的增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%的速度快速發(fā)展，電子信息、汽車、家電、通信、船舶、輕工塑料等行業(yè)的產品制造80%都離不開模具。

因此，現在的模具技術已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志。沖壓可以有效地降低零件的重量，節(jié)約大量金屬，降低生產成本，被廣泛應用在工業(yè)產品中。有些產品沖壓件占零件總數的60%以上。

因此，在市場競爭不斷加劇，產品質量、成本和新產品開發(fā)能力不斷提升的現代化工業(yè)生產中，沖壓工藝的先進性在很大程度上決定了企業(yè)的生存空間。并其對產品的質量、造價以及工業(yè)發(fā)展的速度和競爭能力關系極大。一、介紹各種鈑金沖壓工藝的原理和計算常溫下利用壓力機并依靠模具對金屬材料加工使之變形以獲得所需形狀的加工稱為冷沖壓。冷沖壓工藝可分為下列五類：１、沖裁-沿封閉的或敞開的輪廓將材料的一部分與另一部分分離的工藝。2、彎曲-對平的坯料或彎曲件的半成品，將其一部分相對另一部分轉過一定的角度的變形工藝。3、拉伸-將平的坯料變成任一形狀的空心件，或將空心件半成品的尺寸和形狀作進一步改變的工藝。4、成形-用各種性質的局部變形，來改變零件或毛坯的形狀的工藝。5、立體沖壓-利用金屬材料在壓力作用下的塑性流動，按材料體積作重新分配的方法，使毛坯或半成品改變其形狀，輪廓或厚度的工藝。今天重點講沖裁，拉伸工藝作一般性介紹：沖裁：沖裁是利用模具使板料產生分離的沖壓工序。從板料上沖下為所需的工件（或毛坯）的工序叫落料，在工件上沖出所需形狀的孔（沖去的為廢料）的

工序叫沖孔。下面就沖裁變形過程、沖裁間隙、沖裁刃口尺寸計算等問題進行分析。

1、沖裁的變形過程由圖一所示的沖裁變形過程：凸模與凹模組成上下刃口,材料放在凹模上,凸模逐步下降使材料產生變形,直至全部分離而

完成沖裁。整個沖裁過程材料的變形分為三個階段。⑴彈性變形階階段由于凸模加加壓，材料料發(fā)生彈性性壓縮與彎彎曲，并略略有擠入凹凹模洞口。。這時材料料內應力沒沒有超過彈彈性極限，，若卸壓，，材料即恢恢復原狀，，故稱彈性性變形階段段。⑵塑性變形階階段凸模續(xù)續(xù)加加壓，材料料的內應力力達到屈服服極限,部分金屬被被擠入凹模模洞口，產產生塑剪變變形，得到到光亮的剪剪切斷面。。因凸、凹凹模間存在在間隙，故故在塑剪變變形的同時時還伴有材材料的彎曲曲與拉伸。。外力繼續(xù)續(xù)增加，材材料內應力不斷斷增大，在在凸、凹模模刃口處由由于應力集集中，內應應力首先超超過抗剪強強度，出現現微裂。⑶斷裂階段段凸模繼續(xù)下下壓，凸、、刃口處的的微裂不斷斷向材料內部擴擴展，材料料隨即被拉拉斷分離，，得到光亮亮的剪切斷斷面。上述沖裁變變形過程得得到的沖裁裁面并不是是光滑垂直直的，斷面面存在三個個區(qū)域，即即圓角帶，，光亮帶，，與斷裂帶帶（見圖二二）。圓角角帶是在沖沖裁過程中中塑性變形形開始時，由由于金屬纖纖維的彎曲曲與拉伸而而形成的，，軟料比硬硬料的圓角角大。光亮亮帶是在變變形過程的的第二階段段金屬產生生塑剪變形形時形成的的，有光滑滑垂直的表表面，軟材材料的光亮亮帶寬，硬硬材料的光光亮窄。斷斷裂帶是在在沖裁第三三階段形成成的，由于于拉應力的的作用，裂紋不斷擴擴展，金屬屬纖維被拉拉斷，故表表面粗糙不不光滑，并并且有斜度度。在沖出出孔的斷面面上同樣具具有上述特特征，只是是三個區(qū)域域的分布位位置現落料料件相反。。2.沖裁間隙在沖裁模中中，沖裁間間隙非常重重要，沖裁裁間隙對沖沖件質量(其中包括切切口斷面質質量、沖件件尺寸精度度、彎曲度度和毛刺情情況等）的的影響，對對模具壽命命的影響、、對力能消消耗的影響響、以及對對沖裁噪音音的影響等等各個方面面都有很大大的關系，，下面我們們就從沖裁裁作用受力狀態(tài)的的角度來介介紹如何確確定沖裁模模具間隙以及及沖裁間隙隙對沖裁質質量、尺寸寸精度的影影響以及沖沖裁間隙對對沖裁力、、脫料力及及推件力的的關系。凸凸模與凹模模之間有適適當的空隙隙，稱為間間隙。間隙隙的兩種含含義，單面面間隙和雙雙面間隙。。如果沒能能特別說明明，間隙是指雙雙面間隙，，常用符號號“Z”表示。⑴間隙對沖沖裁質量的的影響從沖裁變形過過程分析中知知道，凸、凹凹模刃口處的的裂紋是否重重合與間隙大大小有關。若若間隙合理，，材料分離時時，在凸、凹凹模刃口處的的兩組剪裂紋紋重合（圖三三b）因而沖出出的零件斷面雖具有三個個特征區(qū)（見見圖二），但但是比較平直直、光潔、且且無毛刺。在在這種情況下下零件斷面質質量認為是良良好的。當當間隙過過小時則上下下裂紋互不重重合，相隔一一定距離，（（圖三a），材料最后后分離時，斷斷裂層出現毛毛刺和夾層，，由于凹模刃刃口的擠壓作用用，零件斷面面又出現第二二個光亮帶，，其上部出現現毛刺或鋸齒齒狀邊緣，并并呈倒錐形。。間隙過大時裂裂紋也不重合合（圖三c），零件斷面面斜度增大，，對于厚度則則圓角帶增大大，對薄料則則易使材料拉拉入間隙中，，形成拉長的毛刺。所以以間隙過小與與過大沖出來來的零件斷面面質量都是不不好的。⑵間隙對沖裁裁件尺寸精度度的影響沖裁件尺寸精精度由模具制制造精度和沖沖裁后彈性恢恢復量的大小小兩個因素決決定的。在這這里分析間隙隙對沖裁件弱弱性恢復量的的影響。在沖裁過程中中，因為存在在彈性變形，，當工件從凹凹模中推出或或從凸模上卸卸下時，其尺尺寸與凹模或或凸模尺寸之之間存在一個個偏差，這就就是彈性恢復復量。偏差值值可能是正也也可能是負。。落料和沖孔孔彈性恢復量量與間隙的關關系如圖四所所示。當間隙小于A點的間隙值時時，落料尺寸寸大于凹模尺尺寸，沖出孔孔的尺寸小于于凸模尺寸。。當間隙大于于A點的間隙值時時落料工件尺尺寸小于凹模模尺寸，沖出出孔尺寸大于于凸模尺寸。。這是因為沖沖裁過程中在在沖裁變形區(qū)區(qū)有壓縮、拉拉伸和彎曲三三種變形，當間隙較小時時，壓縮變形形與彎曲變形形量大于拉伸伸變形量，沖沖裁后彈性恢恢復使落料工工件脹大，沖沖孔孔徑縮小小；而間隙較較大時，拉伸伸變形量大于于壓縮變形量量和彎曲變形形量大于拉伸伸變形量，沖沖裁后彈性恢恢復使落料工工件縮小，沖沖孔孔徑脹大大。彈性恢復量除除了間隙因素素外還與材料料性能，工件件形狀尺寸等等因素有關，，但間隙是主主要因素。3.沖裁模刃口尺尺寸計算⑴尺寸計算原原則由于凸、凹模模之間存在間間隙，因此工工件都都是帶有錐度度的。一般來來說落料工件件尺寸是指大大端尺寸，沖沖孔孔徑尺寸寸是指小端尺尺寸。雖然落落料件和沖孔孔件的尺寸與與凹?；蛲鼓Ｄ３叽缰g存存在偏差，但但采用合理間間隙時，這個偏差差會比較小，，可以忽略不不計。沖裁模模刃口尺寸計計算要區(qū)別落落料和沖孔兩兩種情況：a.落料時，先確確定凹模刃口口尺寸。凹模模刃口尺寸取取接近或等于于工件的最小小極限尺寸，，以保證凹模模磨損在一定定范圍內也能能沖出合格的的工件。凸模模刃口的尺寸寸則按凹模刃刃口尺寸減去去最小間隙值值。b.沖孔時，先確確定凸模刃口口尺寸。凸模模刃口尺寸取取接近或等于于孔的最大極極限尺寸，以以保證凸模磨磨損在一定范范圍內仍可使使用。而凹模模的尺寸則按按凸模刃口尺尺寸加上最小小間隙值。⑵尺寸計算方法法刃口尺寸計算算與公差標注注基本上分二二類a.落料：設制件件的尺寸為D-△,凹模尺寸D凹=（D-X△）+δ凹凸凸模尺尺寸D凸=（D-X△-Zmin）-δ凸b.沖孔：設制件件的尺寸為d+△凸模尺寸d凸=（d+X△）-δ凸凸凸模尺寸寸d凹=（d+X△+Zmin）+δ凸、式中：D凸、D凹-分別為落料凸凸、凹模公稱稱尺寸；d凸、d凹-分別為沖孔凸凸、凹模公稱稱尺寸；D、d-分別為落料工工件或孔的公公稱尺寸；△△-工件的制造公公差；Zmin-最小初始間隙隙值；δ凸、δ凹-分別為凸、凹凹模的制造公公差。X-磨損系數：制制件精度在在5級以上X=1制件精度在6-7級以上X=0.75制件精度8級以下X=0.5除以上所介紹紹的一般性模模具間隙的取取值方法外，，對沖裁間隙隙的取值還要要按質取隙、、分檔歸類、酌酌情增減、合合理選用。下下面我們結合合電機轉、定定子沖片來講講一下沖裁間間隙與材料的的關系以及沖沖裁間隙對模模具磨損、毛毛刺形成所造造成的影響。。電機轉、定子子的各向異性性對沖裁間隙隙的影響在風扇公司的的電機轉、定定子沖片，廣廣泛采用0.5-0.6毫米厚的SPCC牌號的冷板。。一般沖裁間間隙大小的確確定是按冷板板的厚度來確確定的，也就就是說，不論論材質是冷軋軋還是熱軋，，是國產的還還是進口的，，0.5毫米的雙面間間隙均為0.07毫米左右,而對于材料的的機械性能及及其同一種材材料的機械性性能各向異性性對其間隙大小小的選擇，考考慮得就不多多了。如果在沖壓過過程中，由于于間隙的選擇擇不當或因模模具刃口的磨磨損，使工件件產生毛刺，，在電機里毛毛刺大是不允允許的，必須須控制在0.05毫米以下，一一般控制在0.03毫米以下，沖壓毛刺大的的主要原因在在于材料本身身的機械性能能各向異性。。下面就材料機機械性能各向向異性產生的的主要原因歸歸咎于在軋制制過程中，晶晶格結構發(fā)生生變化的結果果，其機理闡闡述如下：鋼板經過卷筒筒加工后，塑塑性和韌性有有一定的下降降，同時強度度和硬度將有有一定的上升升。在材料冷冷軋過程中塑塑性變形對金金屬性能的主主要影響是造造成加工硬化化，隨著塑性性變形程度的的增加，金屬屬的強度、硬硬度提高而塑塑性下降。塑塑性是金屬產產生塑性變形形而不遭到破破壞的能力，，金屬的塑性性可用允許最大變形程度度，延伸率、、斷面收縮率率，彎曲次數數及沖擊韌性性等指標直接接或間接表示示。由于板材本身身的機械性能能各向異性，，使模具磨損損不均勻,垂直于鋼板軋軋制方向磨損損嚴重，刃口口較其它部位位過早的磨鈍鈍,對冷板的機械械性能而言，，抗拉強度，，屈服點，延伸率等都是是各向異性的的，特別是延延伸率和彎曲曲次數，沿軋軋制方向和垂垂直方向的差差別很大，因因此，塑性和和韌性，強度度和硬度都各各不相同，顯顯然在沖裁加加工時沖裁間間隙的選擇,結合實際可有有以下規(guī)律供供參考：1.同一個工件周周邊間隙的選選擇，圓形的的取橫向間隙值。橫向向間隙和縱向向間隙是不一一致致的，即凸凹凹模刃口所對對軋制方向和和垂直于軋制制方向的間隙隙大小選擇應應不相同，即即：沿軋制方方向由于材質質硬而脆，間間隙可取得大大一些，垂直直于軋制方向向由于韌性和和塑性好一些些，材質較軟軟，所以間隙隙要比縱向選取擇得小小一些。2.同一種厚度的的冷板材料，，國產的和進進口的，冷軋軋的和熱軋的的由于機械性性能不同和機機械性能的各各向異性，所所以間隙的選選擇是不相同同的，具體可可從金屬的塑塑性指標延伸伸率的大小來來確定間隙的的大小，即延延伸率大的證明材質質較軟，間隙隙可選擇小一一些，延伸率率差的材質較較硬，間隙可可選擇的大一一些。這就是我們強強調的：對沖沖裁間隙的取取值還要：““按質取隙、、分檔歸類、、酌情增減、、合理選用””二.典型模具結構構和工藝分析析1.沖裁模按結構構類型可按以以下幾個主要要特征來分類類:

⑴.按工序性質分分類：

落料料模、切斷模模、沖孔模、、切口模、切切邊模等⑵⑵.按工序的組合合程度可以分分為：單工序模、復復合模、級進進模等

⑶.按模具結構型型式分：a.按上、下模的的導向方式分分為敞開模、、導板模和導導柱模；b.按凹模的位置置分正裝式（（凹模在下模模）和倒裝式式（凹模在上上模）；c.按卸料形式分分為固定卸料料、彈壓卸料料和廢料切刀刀卸料等；d.按出料形式分分為彈壓頂料料,剛性推料和自自然漏料。以以上各種沖沖裁模的沖壓壓方式，可以以相互組合；；也可以與彎彎曲、拉深等等工序組合。。圖五示為一一典型的落料料模，由凹模模7和凸模4完成落料工序序。凸模進入入材料后，被被材料緊緊包包住，因而凸凸?；厣龝r，，材料隨之上上升。當凸模模通過板5的孔時，材料料被阻止而與與凸模脫離。。這樣的板稱稱為卸料板。。圖中板5的兩個孔與凸凸?；浜希瑢ν鼓５倪\運動起導向作作用，所以稱稱為導板。依靠導板引導導凸模運動方方向的沖模，，稱為導板模模。凸模4與固定板3的孔緊配合，，凸模上端鉚鉚開以免卸料料力將其拉下下。墊板2經熱處理淬硬硬，避免凸模模陷入上模座座1內。用螺釘及及圓銷將上模模座、墊板、、固定板聯在在一起。導板板、導料板、、凹模用螺釘釘及圓銷與下模座8固定在一起。。承料板10接長了凹模面面，使送料平平穩(wěn)。材料第一次送送進時，由始始用擋料銷9定位。第一次次只沖下一個個工件，以后后釋放手指，，擋料銷9外移，由鉤式式擋料銷6定位，每次落落下兩個工件件。三.模具設計方法法和參數設計質量的好好壞直接影響響模具質量的的好壞。在具具備了一定的的模具基礎知知識以后，如如何才能設計計好一付模具具，須做到如如下幾點：1.根據加工對象象、技術要求求、使用條件件及生產批量量等用最經濟濟的工藝方法法加工出合格的產品零零件。在單件或小批批生產中應使使用成本低結結構簡單的模模具，而大批批生產時就要要考慮用生產產效率高的但但結構較復雜雜的模具。2.了解使用設備備性能及有關關技術數據。。這是設計模模具必不可少少的工作，決不能只仿照照別人結構或或典型結構，，而不甚了解解所使用設備備和模具之間間的相互制約約關系。這會會造成成使用用中的不便，，嚴重的還會會造成無法使使用。如沖模模的閉合高度度超過所使用用沖床的最大大閉合高度就就會造成裝不不進去而不能能使用。3.經濟分析模具的簡繁和和精度的高低低與成本是直直接相關的，，工裝越復雜雜，精度越高高，模具成本本就越高，但但生產效率也也越高。作為模具設計計人員必須具具有經濟觀點點。因為采用用了復雜模具具或提高了模模具壽命所多多耗費的錢必必須在降低了了生為工時費和一定數數量的產品的的條件下才能能到補償，到到臨界點之后后才能見到效效益。這就是是大批量生產產的自動化生生產的自動化化程度高于小小批量生產水水平的原因所所在。所以說說批量大小是是選用模具結結構簡單或復復雜的重要依依據。4.結構設計結構設計是在在上述工作之之后進行的,因這樣基本上上就可訂出框框框了。在結結構設計中要要做好以下幾幾項工作：a.安裝方式安安裝方式式必須與使用用設備匹配；；b.送料（裝工件件）卸料的方方式必必須送取方方便，排除廢廢料容易；c.模具制造精度度必須滿足零零件精度