最新常用冲压工艺介绍PPT课件.ppt

常用冲压工艺介绍沖裁與修剪沖裁變形過程作用與特征主要影響序號名稱1沖擊壓縮階段材料相應處出現小圓角，為沖件斷面塌角部分的形成作了準備產生振動與噪聲原因之一2壓入剪切階段形成沖裁件斷面的塌角部分及不斷生成剪切部分設備與模具受力最大的時刻，沖頭、凹模在高壓下受摩擦，其剪切面愈長，磨損愈嚴重3裂縫生長階段產生沖裁件斷面毛刺，繼續生成剪切面，逐漸形成斷裂面部分倘若裂縫不會合或沖裁間隙過小，模具損更甚；或間隙過大，則沖件質量差、模具壽命短4突然分離階段裂縫會合后或錯開后連合，沖頭突然卸載，一部分材料進入凹模內而到彼此分離產生振動與噪聲的主要原因：材料之間、材料與模具之間有摩擦，沖頭凹模受到磨損5推出凹模階段 獲得工件右取得廢料沖載工件的剪切面與模具有摩擦。沖頭、凹模受磨損6卸離沖頭階段 獲得工件右取得廢料剪切面與沖頭有摩擦，沖頭受磨損，且引起拉應力，造成不對稱循環交變應力；也是產生噪聲的原因之一一、沖裁 1、沖裁的變形過程：沖裁變形過程可以分為以下6個階段，詳見下表：沖裁變形過程各階段的特征與影響(表)冲裁间隙的选取二、修邊剪切 1、修剪適用范圍：a、剪切邊緣有平度要求；b、材料厚度大于2.0mm；c、產品對剪切面有特殊要求；d、對電鍍要求較高的產品；2、修剪参数：注修邊剪切應為封閉形狀，否則極易跳廢料。材料 材料 厚度 预切 间隙1st Trimming2nd Trimming3rd Trimming余量间隙余量间隙余量间隙SPCCSPCDSPCESECCT2.0 6%T 0.20.052.0T3.2 8%T 0.30.050.250.05 0.20.05二、彎曲1、種類：L形彎曲，V形彎曲，U形彎曲，Z形彎曲等；2、特征參數：t材料厚度；B彎曲高度；BL彎曲線長度；Ri 彎曲內圓角半徑；Ro彎曲外圓角半徑；彎曲時，內角部位存在壓縮應力，外角部位存在拉伸應力，在拉伸和壓縮應力的共同作用下，角部材料變薄。因此在計算彎曲展開長度時我們就必須引入彎曲中性層系數k。2.1：彎曲展開長度計算 彎曲展開長 L L1+L2+L3；其中L2/2（Ri+k*t）2.2：彎曲力、壓料力的計算 彎曲力F彎曲0.40*BL*t*壓料力F壓料0.13*BL*t*其中：材料的抗剪強度（kg/mm2）2.3：影響特征效果的主要因素：（1）、材料的特性（如屈服強度、楊氏模量）（2）、材料的厚度公差 （3）、彎曲內徑對材料厚度的比值 （4）、彎曲結構 （5）、彎曲線的方向 3、根據材料厚度分類：3.1：材料厚度小于1.5mm 3.1.1:展開長度計算根據實際的彎曲角形狀，我們假定：Ro=Ri+1.3t 通常，展開長度按下列公式計算：L=L1+L2+L3;其中L2/2（Ri+k*t）一般Ri=0.3t時K約為0.33 3.1.2：模具結構參數 右圖是標準的90o彎曲設計，各參數按下表 來選取：僅當彎曲高度公差小于或等于0.06時，才使用 高度限位塊。3.2：材料厚度大于或等于1.5mm 3.2.1：展開長度計算展開長度計算公式為：L=L1+L3+/2（Ri+k*t）中性層系數K的取值見下表：Ri0.3tRp1.5/2.5H(35)tRi/t0.20.30.40.50.60.70.750.80.91.0Ro/t1.661.681.721.771.841.921.962.002.092.17k0.3160.3430.3640.3790.3870.3950.3990.4030.4050.410 3.2.2：模具結構參數（見右圖）（1）：弯头结构参数（見下圖）材質：DC53 外形尺寸應考慮其強度和剛度。（2）：壓肩鑲塊結構參數（見右圖）材質：DC53 彎曲高度公差、彎曲側面尺寸公差 在0.06以下時，須在高度和寬度上 同時限位。3.3彎曲高度小于1.5t 3.3.1：該特征所面臨的問題 原因在于彎曲直邊短，彎曲根部堆積的材料未來的及被彎曲邊所吸收時，彎曲過程結束。同時由于彎頭在彎曲過程中對彎曲頂部材料產生擠壓，端部厚度小于材料厚度t。見圖：3.3.2：該特征設計改進方案1、彎曲外側打U型槽（見下圖）模具結構參數 該U型槽為半圓形，即COINING沖頭半徑為Hp 弯曲后直边不满足要求 2：彎曲綫內側打V型槽（見下圖）A、模具結構參數 B、彎曲完成后外觀比較好，但彎曲線內側有縫隙，油污清洗不盡，可能產生電鍍不良。三、翻邊 翻邊是將金屬平板坯或半成品工序的某一部分，沿其一定的輪廓線使其內法蘭部分變大、成為有堅邊邊緣的沖壓成形方法。也有不變成堅邊，只把坯料中某一部分的孔加以擴大的。圓孔翻邊圓孔翻邊是翻邊的基本形式，亦有叫翻孔的。雖然還有一些翻邊形式在形特點與應力狀態上較圓孔翻邊要復雜些，但究其基礎仍然是圓孔翻邊。說翻邊是拉伸類沖壓成形的典型工序之一，也是基于這個道理。下面簡單介紹一下翻孔成形的一些基本概念及特征參數。1、翻孔的基本概念：翻孔是沿內孔周圍將材料翻成側立凸緣的沖壓工序。翻孔一般用作小螺紋底孔、裝配時的定位以及接合由薄料（0.6mm以下）制成的零件。2、翻孔的基本形式：常見的翻孔形工有如下三種：平面翻孔 拉深件翻孔 拉深后翻孔 3、錐形沖頭翻孔特徵參數：t材料厚度；Ds1預孔直徑；Ds2板材直徑；Dp沖頭直徑；rp沖頭圓角半徑；a沖頭角度；C凸凹模間隙；rd凹模圓角半徑；4、錐形沖頭翻孔成形過程：翻孔時，帶圓孔的板材被壓料板夾緊，變形區凹模圓角以內，並在凸模輪廓的約束下受到拉應力作用。隨著凸模下降，板材上的圓孔不斷脹大，凸模下面的材料向側面轉移，直到完全貼靠凹模側壁，形成直立的豎邊。翻孔過程中，孔緣處只受切向拉應力作用，厚度變薄最為嚴重，因此，主要危險在孔緣拉裂處。由此也可以說明，翻孔屬伸長類變形5、翻孔的成形極限：翻孔的變形程度用翻孔係數 K 表示：K=do/Dm 式中 do：板材上的預孔直徑；Dm：翻孔後豎邊的中徑；翻孔的成形極限是根據孔緣是否發生破裂來確定。改善翻孔成形性的措施：（1）、提高材料的塑性。材料延伸率和應變硬化指數n大，K就小，有利於翻孔。（2）、翻孔孔緣無毛刺和硬化層時，K較小，成形極限較大。為此可在沖孔後進行修整，消除毛刺、撕裂帶和硬化層或在沖孔後退火。為消除孔緣表面的硬化，可以用鑽削代替沖 孔。為了避免毛刺而降低成形極限，翻孔時須將預製孔有毛刺的一面朝向凸模放置。（3）、用球形、錐形和抛物線形凸模翻孔時，孔緣會被圓滑地張開，變形條件比平底凸模 優越。（4）、板材相對厚度越大，在斷裂前（5）、若翻孔過程中板材外徑（法蘭部分）可能產生的絕對伸長越大，K越小，成形極限越大。發生收縮，翻孔就無法進行，這時就要增加一些附加工序，如增大板材外徑，防止外徑收縮；增加翻孔後再修正外徑的工序；或落料後先進行拉深，然後再沖孔、翻孔。（6）、翻孔高度（包括圓角半徑在內）要滿足h1.5r，否則得不到垂直的豎邊，為此要增加翻孔高度，翻孔後再對高度進行修整。6、翻孔成形的影響因素：（1）、模具幾何形狀和尺寸；a、翻孔沖頭接觸形狀 翻孔沖頭對翻孔結果的影響，歸根到底，就是在翻孔成形的過程中，沖頭與板材接觸部分對翻孔的影響。在翻孔成形的過程中，沖頭與板材曾經接觸的部分，稱為沖頭接觸形狀。對於一定厚度的板材，沖頭接觸形狀由沖頭圓角半徑、沖頭角度以及預孔半徑共同決定。顯而易見，就整個翻孔成形來說，同一個沖頭接觸形狀，可以有多種不同的條件（沖頭圓角半徑、沖頭角度和預孔半徑）組合。因此，沖頭接觸形狀對翻孔結果的影響，就是這三個因素共同作用的結果。b、翻孔內徑大小 c、翻孔間隙（2）、衝壓條件 a、預孔大小 b、預孔的加工方法 c、板材大小 d、摩擦係數 e、壓料力四、胀形一、脹形 脹形即凸張成形，是一種凸緣流變為零或極小，僅利用模孔內材料的厚度變薄和表面積增大，來獲得部品幾何形狀的變形工藝。凸張成形大多使用在寬廣面積中局部需膨脹的情況。1、凸張成形的分類與特點 分類特點1、局部凸張1）：為實際凸張成形中的最多形式；2）：該種成形加工相當接近于凸張成形極限；3）：典型結構，如壓花加工和加強筋；2、整體凸張1）：為在一較廣泛領域內進行比較均勻的凸張；2）：破斷危險性較高；3）：典型結構，如拉深預處理中採用的凸張成形及摩托車的擋泥板等。3、大曲面凸張1）：為大曲率半徑下較淺的凸張，平均伸長率為13左右；2）：完全沒有破斷的危險；3）：典型結構，如汽車零件的外板；4、凸脹主要指管件等利用液壓或衝擊波等進行的凸張成形；5、複合成形為拉深于與凸張成形的複合，介於純拉深與凸張之間；2、凸張成形的力學特點 凸張成形的過程中，變形區限制在模孔以內的板材上，在凸模力作用下，與沖頭面接觸的板材處於兩向受拉的應力狀態（忽略板厚方向的應力），沿切向和徑向產生拉伸變形，使板材厚度減薄、表面積增大，得到與凸模一致的凸包。由於凸張時板材處於雙向拉應力狀態，板材不會產生壓縮失穩，主要應防止拉伸破裂。3、利用柔軟模具的凸張成形加工 用作凸張成形加工的柔軟模具，多為橡皮或液體。（1）、對向液壓凸張法 對向液壓凸張成形方法，是在薄板的反方向賦予預備凸張後壓入剛體沖頭的方法。使用剛體模具作凸張成形時，其平均伸長率有10左右，而使用此方法時可達到30以上，可大幅度提高凸張高度。（2）、複式液壓凸張法 複式液壓凸張成形法，是以液壓凸張作為預備成形，並以剛體沖模壓向已經凸張的狀態，藉凸張用液壓與金屬模獲得最終形狀的方法，使用于平底形狀的成形。（3）、強制潤滑凸張法 強制潤滑凸張成形法，利用液體進行強制潤滑，改善凸模的潤滑環境，降低摩擦係數，從而增加凸張成形的高度。4、凸張成形性的支配因數 凸張成形性主要受以下兩大因數所支配：（1）、應變的均勻性；（2）、材料的延性（成形極限）；4.1、應變的均勻性 應變的均勻性如圖所示，A與B不同。當凸張至相同深度時，應變均勻的A材料由於各部分普遍均勻伸長，其最大應變部的應變數較低，至成形極限尚有盈餘，還可以進行更深的成形。而另一方面，B材料應變局部集中，變形已達成形極限，無法再作更深的成形。由此可知，應變均勻，即可進行深度成形。4.2、材料的延性 材料的延性如圖所示。延性的大小意味著成形極限應變的高低，成形極限應變較大者，當然成形深度也較大。因此，我們研討凸張成形性，也就是要闡明影響應變均勻性和延性的因素及其影響結果。5、影響變形均勻性的主要因素5.1、材料性質的影響 a、加工硬化指數n n值一般與材料的抗拉強度與屈服點的比值（b/c）約成正比。加工硬化指數n值對應變均勻性的影響很大。n值大，材料的硬化效應大，變形抗力增大，從而使應變分佈趨於均勻化。b、厚向異性係數r r值表示板面方向與板厚方向的變形容易程度的差異，又稱垂直異方性係數。依條件的不同，r值的增加對應變均勻性有好與壞兩種效果。5.2、模具結構及尺寸的影響 a、沖頭形狀 採用平底沖頭進行凸張時，應變基本集中於沖頭角部彎曲半徑附近。當沖頭頭部材料往側壁流入時，由於受到沖頭肩部摩擦力的阻礙而沒有什麼伸長，在沖頭肩部稍往側壁處的材料產生很大的變形而造成很大的伸長和板厚的減小，自沖頭肩部至沖模肩部側的材料則變形極小。利用球形沖頭凸張時，其應變的分佈變得緩和，且應變最高點的位置也易受摩擦的影響而變動。b、模具幾何尺寸 沖頭直徑、圓角及凹模圓角等模具幾何尺寸對變形的均勻性具有很大的影響。5.3、衝壓條件的影響 a、潤滑效果 對於凸張成形，潤滑效果常有正面作用。潤滑效果可以全面提升破斷部以外的應變水準，改善應變的不均勻性，同時對破斷位置也有影響。平底沖頭凸張成形的破斷位置局限在沖頭肩部，而球頭沖頭凸張則因潤滑性能的不同，破斷位置會有很大的變化。降低潤滑性能使摩擦係數較大的情況下，破斷位置會大大遠離中心，反之則會靠近中心。b、衝壓速度 提高變形速度，則可降低摩擦係數，從而降低金屬流動的阻力，改變變形的不均勻性。6、影響延性的主要因素 材料的延性之一為母材的延性，決定於均勻分散的介在物及晶粒度等平均的性質，另一個影響因素為受到表面附近大型介在物的直接影響。在薄板中會造成問題的一般是屬於前者形態的延性，而在凸張同時另附加有彎曲要素的中厚板，其成形則受後者形態所支配。6.1、延伸率 延伸率由均勻延伸率和局部延伸率所構成。延伸率大，破裂前允許的變形程度大，成形極限也就大。6.2、材料厚度t 在凸張成形中，基本存在板厚效應。（1）、隨著板厚的增加，破斷極限應變會增加；（2）、板厚較大時，若將成形極限以破斷極限來看，破斷附近的領域（應變非常大的領域）占整體的比例會變大而增加成形極限深度。此種現象也意味著較厚的板件在頸縮開始至破裂的時間較長。料厚與製件尺寸的比值較小時，板厚效應不顯著。薄板的凸張成形性由應變的均勻性與延性決定，但當製件尺寸較小時，最大應變領域占整體的比例較大，因此延性的效果較大。反之，在大尺寸的凸張成形中，應變均勻性的效果較大。五、熨薄（擠扁）熨薄工藝是根據材料體積相等的原理來改變零件形狀，以達到客戶圖紙所要求的尺寸規格。1、熨薄的工藝流程如下：（1）、預切：為打扁作準備，外形單邊留0.2mm的修邊量。（2）、打扁：一般打扁0.10.15mm，用於消除材料不均勻對擠扁的影響。（3）、倒角：卸料板一側，防止擠扁時材料流入鑲塊與鑲塊之間的間隙內。（4）、修邊：彎曲線處需往裏挖，以防擠扁時材料鼓出。修邊後寬度比最終擠扁寬度單邊小0.04mm。（5）、切斷：依據材料體積不變原理，確定切斷寬度，切斷時一般對材料兩側進行倒角。（6）、預彎：用於減小擠扁時的受力和提高擠扁的穩定性。預彎角度一般為45度。鑲塊讓位寬度間隙為單邊0.02mm。（7）、擠扁：擠扁沖頭兩擠扁面間距離按最終尺寸單邊加0.05mm設計，擠扁面寬度按最終尺寸設計。（有回彈）2、熨薄影響因素 ：沖頭角度；：沖頭圓角；：熨薄量；：摩擦係數；3、熨薄模具结构参数 t材料厚度 c熨薄后厚度 Rp沖頭圓角 a沖頭角度由於熨薄高度較難控制，通常我們增加限位來控制薄壁的高度尺寸精度：薄壁高度為h(0.15)，則限位尺寸設計為(h+-0.05)。限位鑲塊與熨薄沖頭之間要有0.01的間隙，以避免熨薄沖頭表面的鍍層被破壞。熨薄量t-c(%t)沖頭角度a()沖頭圓角Rp(mm)0t-c 10 602.010%t-c 20 1201.520%t-c 30 1201.530%t-c 40 901.540%t-c 50 1202.5t-c50%402.0六、拉深成形一、材料特性與拉深性能（續表）二、模具结构参数注：多步拉深時，相應變數附以角標，如第二步的Punch直徑為Dp2。三、拉深成形的基本概念1、工藝特點 拉深與凸張成形的區別就是凸張成形靠減少板厚來增加表面積，而拉深並非以減少板厚為目的。從理論上來講，拉深可以成形任何深度的零件。從成形極限深度考慮拉深與凸張成形的區別（見右圖）2、拉深加工的力學特性 根據受力及變形性質，可將其分為五個區，參見下圖：（1）、底部 平面應力狀態，厚向應變很小；（2）、Punch圓角部 拉深與凸張成形的區別 受兩向拉伸作用，厚向受壓，拉深斷裂常在此處產生；（3）、側壁 傳力區，平面應變狀態；（4）、Die圓角部 凸緣與側壁之過渡部分，受拉壓作用；（5）、凸緣部 凸緣徑向受拉，切向受壓，此即為產生皺紋的內在原因。拉深區域說明 3、拉深加工的現象（1）、材料流動狀況（見下圖一）（2）、等效應力分佈（見下圖二）（圖一）（圖二）（3）、拉深過程中沖頭力的變化 拉深過程初期至中期，加工硬化的程度超過凸緣面積減少的程度，因此沖頭力隨之增大。在行程中期，沖頭力達到穩定值，這是因為兩者處於均衡狀態。如若繼續成形，則凸緣面積減少的速度會超過加工硬化的增加速度，而使沖頭力減小。隨著拉深比k的增大，最大沖頭力也隨之增大，當超過強度極限時，便會造成破斷。四、Die及Punch的圓角對最小厚度的影響 若圓角過小，材料流動阻力增大，容易破斷；若圓角過大，Holder對凸緣的抑制面積減少，易產生皺紋。相對圓角半徑值r/Dp對最小厚度tmin有如下影響：、同一最小厚度tmin，拉深比k增大，相對圓角半徑r/Dp亦應增大；、增大相對圓角半徑r/Dp只在一定範圍內可以增加最小厚度tmin，過此範圍後，再增大相對圓角半徑r/Dp，最小厚度tmin並不會增加甚至會減小；、因為最小厚度並不總是隨著相對圓角半徑r/Dp增大而增大，因此，拉深比k有一定限度。、隨著拉深比k的增大，r/Dp的有效區域相應的減小。五、壓料力的優化取值 壓料力的放置要兼顧兩點：第一，放置必要的壓料力以抑制皺紋；第二，放置適當的壓料力以避免因此而造成的阻力過大。壓料力對拉深的影響：主要考慮三方面：a：對最小厚度tmin的影響；b：對壓料板移動的影響；c：對凸緣材料增厚量tmax-t0的影響；六、再拉深1、簡介 帶凸緣零件的再拉深工程是將筒形部分拉成小直徑的筒形，即依靠零件內部材料的轉移來增大凸緣的寬度。（如下圖所示）Dn第n步拉深直徑，以平均直徑為准，可近 似以第n步Punch的直徑Dpn或第n步Die的 直徑Ddn代替；Df凸緣直徑；hn第n步拉深高度；以後的再拉深工程應進行到這樣的深度，即第一步中所得到的凸緣不被拉動，也即是應保持凸緣直徑為一恒定值。以後的再拉深工程，是將第一步中拉入的多餘金屬轉移至凸緣，增大凸緣的寬度。有凸緣的拉深加工，其再拉深有兩種方法（如下圖所示）：一是開始進行直徑大的淺拉深，再逐漸減小直徑並加大深度（Df保持不變）；二是先取較大的拉深半徑拉深至目標深度或略大於目標深度，接著保持凸緣外徑不變及拉深深度一定，以後工程逐漸減小直徑。前者適用於厚板或深度大於直徑的情況，應用廣泛。再拉深常用形式本次培训到此结束，谢谢！