第七章金屬塑性成型(三-板料沖壓)

§7.3板料沖壓定義:利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形而得到?jīng)_壓件的加工方法。沖壓冷沖壓（δ＜4mm）熱沖壓（δ＞8mm）特點：＊沖壓件的尺寸精度和表面質(zhì)量高。＊沖壓件的互換性好,強度高,剛性好。＊生產(chǎn)零件尺寸的適應(yīng)性強。＊生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)機械化和自動化，適合大批量生產(chǎn)。＊沖模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，成本高。板料沖壓設(shè)備剪床剪床可將板料剪成一定寬度的條料，多用于沖壓前的備料。

平口刀刃適用于剪較窄的板料；圓盤刀刃用于曲線裁剪。沖床

沖床實現(xiàn)沖壓工序，將零件沖壓成型。

雙動沖床傳動圖單柱沖床傳動圖

一.板料沖壓的基本工序變形工序分離工序1.分離工序（1）切斷：將板料沿不封閉的曲線（輪廓線）分離的沖壓方法。主要用于備料。（2）沖裁：將板料沿封閉的曲線（輪廓線）分離的沖壓方法。切斷沖裁彎曲拉深沖裁落料沖孔沖下的部分為工件，帶孔周邊為廢料。帶孔周邊為工件，沖下的部分為廢料。①沖裁件的變形分離過程

板料的變形過程分為三個階段：彈性變形階段—凸模接觸板料后，繼續(xù)向下運動的階段。此時，刃口處的板料產(chǎn)生彈性變形，一部分相對另一部分發(fā)生錯移，但無明顯裂紋。塑性變形階段—坯料達到彈性極限后，凸模繼續(xù)壓入的階段。此時，板料被凸模壓進凹模孔內(nèi)，材料的內(nèi)應(yīng)力將超過其屈服點而產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過了其抗拉強度，板料的上下兩面均出現(xiàn)微裂紋。斷裂分離階段—凸模繼續(xù)下壓，微裂紋迅速擴展當(dāng)上下裂紋會合后，板料被切斷分離。沖裁件斷面變形特征沖裁件斷面有四個區(qū)域：毛刺剪裂帶＊材料剪斷分離時形成的粗糙表面光亮帶＊材料塑性變形，凸模擠壓時形成的光潔表面圓角帶②沖裁工藝設(shè)計1〉確定模具間隙沖裁間隙：

Z=（D-d）/2

Z=(0.05～0.1)δ＊間隙過大，材料所受拉應(yīng)力大，上下裂紋不能很好重合，光亮帶減小，圓角和斷裂帶增大，斷面粗糙，表面質(zhì)量比較差。＊間隙過小，材料所受壓應(yīng)力大，上下裂紋不能很好重合，容易出現(xiàn)二次光亮帶，斷面質(zhì)量也不好；另一方面，壓應(yīng)力大，使得摩擦力增大，模具也容易損壞。2〉確定刃口尺寸落料模的刃口尺寸：先按落料件尺寸確定凹模尺寸，再根據(jù)模具間隙確定凸模尺寸。凸模尺寸公差取最小值。（d凹

=d工；d凸

=d凹

–2Z）凸模尺寸=凹模尺寸-模具間隙沖孔模的刃口尺寸：先按沖孔件尺寸確定凸模尺寸，再根據(jù)模具間隙確定凹模尺寸。凹模尺寸公差取最大值。（d凸

=d工；d凹=d凸

+2Z）凹模尺寸=凸模尺寸+模具間隙3〉沖裁力計算沖裁力是板料沖壓時作用在凸模上的最大抗力。根據(jù)沖裁力選擇沖壓機的噸位。

從剪切考慮：

F=KLδτ

（K一般取1.3）L：沖裁周邊長度δ：板料厚度τ：材料抗剪強度從拉伸考慮

F=Lδσbσb：材料抗拉強度4〉沖裁件排樣：沖裁件在板料上的布置方法稱為排樣。原則：在保證沖裁件質(zhì)量的前提下，盡量提高材料利用率。③沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性沖裁件的形狀應(yīng)力求簡單、對稱，有利于排樣，能合理利用材料；沖裁件的轉(zhuǎn)角處應(yīng)設(shè)計圓角，避免尖角，以減小模具角部的磨損；沖裁件應(yīng)避免長槽和細(xì)長懸臂結(jié)構(gòu)；注意孔與孔距間的最小尺寸要求；（1）彎曲金屬在彎矩作用下，坯料的一部分相對于另一部分彎曲成一定角度的沖壓工序。彎曲工序示意圖2.變形工序使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序。特點彎曲變形區(qū)：主要在彎曲變形角φ對應(yīng)的范圍內(nèi)發(fā)生變形。①彎曲變形的過程與特點過程彈性彎曲變形局部塑性彎曲變形自由彎曲校正彎曲最小彎曲半徑：材料不出現(xiàn)裂紋的彎曲半徑。

rmin=（0.25～1）δ中性層：材料彎曲時，內(nèi)側(cè)受壓變短，外側(cè)受拉變長。在拉伸和壓縮兩個變形區(qū)之間，有一層金屬在變形前后長度無變化，這一層金屬就是中性層?；貜棧翰牧蠌澢鷷r，其變形由塑性變形和彈性變形兩部分組成，外載荷去除后，塑性變形保持而彈性變形消失，使彎曲件的形狀和尺寸發(fā)生與加載方向相反的變化，抵消了一部分彎曲變形的結(jié)果，即：回彈。彎曲件的彎曲部位破裂原因：＊材料的強度偏低；＊彎曲半徑太??；＊彎曲軸線與纖維方向平行；彎曲件的尺寸、形狀不合格原因：＊彎曲回彈現(xiàn)象；＊零件形狀不對稱,彎曲過程中零件產(chǎn)生移動；＊彎曲件的直邊高度太短；②

彎曲件的缺陷形式③

彎曲工藝設(shè)計計算彎曲件的毛坯尺寸（即：計算展開長）

L總=L直+L彎彎曲部分計算中性層長度：

L總=πφ/180（R+xδ）

X—中性層系數(shù)

φ—彎曲區(qū)中心角（°）

L總

—彎曲部分圓弧長度（mm）

R—彎曲半徑（mm）δ—板厚（mm）（一般可用板厚中間處的彎曲半徑直接計算弧長）彎曲力計算（可計算校正力）

F校=SpS—校正部分的投影面積p—單位面積的校正力工序安排簡單件：一次彎曲；復(fù)雜件：多次彎曲（先彎兩頭，后彎中間）；合理選擇彎曲半徑R

R>rmin=(0.25～1)δ

如要R<rmin

時,需多次彎曲或熱彎。設(shè)計彎曲件的直邊高度應(yīng)大于二倍的板厚彎曲時要注意纖維方向＊兩者垂直，彎曲半徑小，不易裂；＊反之，彎曲半徑大，容易裂；④

彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性彎曲件結(jié)構(gòu)示意圖彎折線與纖維方向示意圖①拉深過程（2）拉深(拉伸、拉延)材料在一拉一壓的應(yīng)力狀態(tài)下變形為空心狀的零件(杯狀)的沖壓工藝方法。處于凸模底部的板料被壓入凹模形成零件筒底；側(cè)壁由底部以外的環(huán)形部分變形后形成。處于凸模底部的金屬基本不變形（稱為不變形區(qū)）；環(huán)形部分的受力狀態(tài)是：切向受壓，徑向受拉，直徑逐漸減小，逐步轉(zhuǎn)化為側(cè)壁（稱為變形區(qū)）；②變形特點起皺原因：切向壓應(yīng)力較大而使板料失穩(wěn)；凸、凹模之間間隙偏大；拉裂原因：拉應(yīng)力超過了材料的抗拉強度；凸、凹模之間間隙偏?。虎劾罴闹饕毕莺侠淼倪x用拉深系數(shù)(m)

拉深系數(shù)：m=d/D=0.5～0.8合理的采用拉深工藝在合理的拉深系數(shù)范圍內(nèi),采用多次拉深工藝。M總=m1·m2……mn；且：m3＞m2＞m1；使用壓邊圈拉深工藝

④防止拉深件的出現(xiàn)缺陷的措施多次拉深力求形狀簡單、對稱，最好是直徑不變的回轉(zhuǎn)體；盡量避免直徑小而深度大，否則，工藝復(fù)雜且易出廢品；轉(zhuǎn)角處應(yīng)設(shè)計圓角；拉深件的表面質(zhì)量不宜要求過高；⑤拉深件的結(jié)構(gòu)工藝性典型沖壓件沖壓工藝舉例1.剪床下料（計算料樣直徑為74mm）；2.落料和首次拉深（m1=0.6）；3.二次拉深帶整型（m2=0.74）；4.沖Ф23底孔；5.沖6個小孔Ф6；6.切邊；7.檢驗；二.沖壓模具1.簡單沖模：在一次沖程中，只完成一道沖壓