冷冲压工艺和模具结构007(1).ppt
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1、冷冲压工艺和模具结构基础知识冷冲压工艺和模具结构基础知识(结合实例)(结合实例)2021/9/251 前言:前言:随着国民经济持续高速发展随着国民经济持续高速发展,市场对模具市场对模具的需求量在不断的增长。近年来,模具工的需求量在不断的增长。近年来,模具工业一直以业一直以15%的速度快速发展,电子信息、的速度快速发展,电子信息、汽车、家电、通信、船舶、轻工塑料等行汽车、家电、通信、船舶、轻工塑料等行业的产品制造业的产品制造80%都离不开模具。都离不开模具。2021/9/252 因此,现在的模具技术已成为衡量一个因此,现在的模具技术已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。冲压国家制造业水平高
2、低的重要标志。冲压可以有效地降低零件的重量,节约大量可以有效地降低零件的重量,节约大量金属,降低生产成本,被广泛应用在工金属,降低生产成本,被广泛应用在工业产品中。有些产品冲压件占零件总数业产品中。有些产品冲压件占零件总数的的60%以上。以上。2021/9/253因此,在市场竞争不断加剧,产品质量、因此,在市场竞争不断加剧,产品质量、成本和新产品开发能力不断提升的现代成本和新产品开发能力不断提升的现代化工业生产中,冲压工艺的先进性在很化工业生产中,冲压工艺的先进性在很大程度上决定了企业的生存空间。并其大程度上决定了企业的生存空间。并其对产品的质量、造价以及工业发展的速对产品的质量、造价以及工业
3、发展的速度和竞争能力关系极大。度和竞争能力关系极大。2021/9/254一、介绍各种钣金冲压工艺的原理和计算一、介绍各种钣金冲压工艺的原理和计算常温下利用压力机并依靠模具对金属材料常温下利用压力机并依靠模具对金属材料加工使之变形以获得所需形状的加工称为加工使之变形以获得所需形状的加工称为冷冲压。冷冲压。冷冲压工艺可分为下列五类:冷冲压工艺可分为下列五类:、冲裁冲裁-沿封闭的或敞开的轮廓将材料沿封闭的或敞开的轮廓将材料的一部分与另一部分分离的工艺。的一部分与另一部分分离的工艺。2021/9/2552、弯曲、弯曲-对平的坯料或弯曲件的半成品,对平的坯料或弯曲件的半成品,将其一部分相对另一部分转过一
4、定的角将其一部分相对另一部分转过一定的角度的变形工艺。度的变形工艺。3、拉伸、拉伸-将平的坯料变成任一形状的空心将平的坯料变成任一形状的空心件,或将空心件半成品的尺寸和形状作件,或将空心件半成品的尺寸和形状作进一步改变的工艺。进一步改变的工艺。2021/9/2564、成形、成形-用各种性质的局部变形,来改变用各种性质的局部变形,来改变零件或毛坯的形状的工艺。零件或毛坯的形状的工艺。5、立体冲压、立体冲压-利用金属材料在压力作用下利用金属材料在压力作用下的塑性流动,按材料体积作重新分配的的塑性流动,按材料体积作重新分配的方法,使毛坯或半成品改变其形状,轮方法,使毛坯或半成品改变其形状,轮廓或厚度
5、的工艺。廓或厚度的工艺。2021/9/257今天重点讲冲裁,拉伸工艺作一般性介绍:今天重点讲冲裁,拉伸工艺作一般性介绍:冲裁:冲裁:冲裁是利用模具使板料产生分离的冲冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序。从板料上冲下为所需的工件压工序。从板料上冲下为所需的工件(或毛坯)的工序叫落料,在工件上冲(或毛坯)的工序叫落料,在工件上冲出所需形状的孔(冲去的为废料)的出所需形状的孔(冲去的为废料)的2021/9/258 工序叫冲孔。下面就冲裁变形过程、冲裁工序叫冲孔。下面就冲裁变形过程、冲裁间隙、冲裁刃口尺寸计算等问题进行分析。间隙、冲裁刃口尺寸计算等问题进行分析。1、冲裁的变形过程、冲裁的变形过程 由
6、图一所示的冲裁变形过程:凸模与凹由图一所示的冲裁变形过程:凸模与凹模组成上下刃口模组成上下刃口,材料放在凹模上材料放在凹模上,凸模逐凸模逐步下降使材料产生变形步下降使材料产生变形,直至全部分离而直至全部分离而 2021/9/259完成冲裁。整个冲裁过程材料的变形分完成冲裁。整个冲裁过程材料的变形分为三个阶段。为三个阶段。2021/9/2510 弹性变形阶段弹性变形阶段 由于凸模加压,材料发生弹性压缩与弯由于凸模加压,材料发生弹性压缩与弯曲,并略有挤入凹模洞口。这时材料内曲,并略有挤入凹模洞口。这时材料内应力没有超过弹性极限,若卸压,材料应力没有超过弹性极限,若卸压,材料即恢复原状,故称弹性变形
7、阶段。即恢复原状,故称弹性变形阶段。2021/9/2511 塑性变形阶段塑性变形阶段 凸模续续加压,材料的内应力达到屈服极凸模续续加压,材料的内应力达到屈服极限限,部分金属被挤入凹模洞口,产生塑剪变部分金属被挤入凹模洞口,产生塑剪变形,得到光亮的剪切断面。因凸、凹模间形,得到光亮的剪切断面。因凸、凹模间存在间隙,故在塑剪变形的同时还伴有材存在间隙,故在塑剪变形的同时还伴有材料的弯曲与拉伸。外力继续增加,材料料的弯曲与拉伸。外力继续增加,材料2021/9/2512 内应力不断增大,在凸、凹模刃口处由于内应力不断增大,在凸、凹模刃口处由于应力集中,内应力首先超过抗剪强度,出应力集中,内应力首先超过
8、抗剪强度,出现微裂。现微裂。断裂阶段断裂阶段凸模继续下压,凸、刃口处的微裂不断向凸模继续下压,凸、刃口处的微裂不断向2021/9/2513材料内部扩展,材料随即被拉断分离,材料内部扩展,材料随即被拉断分离,得到光亮的剪切断面。得到光亮的剪切断面。上述冲裁变形过程得到的冲裁面并上述冲裁变形过程得到的冲裁面并不是光滑垂直的,断面存在三个区域,不是光滑垂直的,断面存在三个区域,即圆角带,光亮带,与断裂带(见图二)即圆角带,光亮带,与断裂带(见图二)。圆角带是在冲裁过程中塑性变形。圆角带是在冲裁过程中塑性变形2021/9/2514开始时,由于金属纤维的弯曲与拉伸而形开始时,由于金属纤维的弯曲与拉伸而形
9、成的,软料比硬料的圆角大。光亮带是在成的,软料比硬料的圆角大。光亮带是在变形过程的第二阶段金属产生塑剪变形时变形过程的第二阶段金属产生塑剪变形时形成的,有光滑垂直的表面,软材料的光形成的,有光滑垂直的表面,软材料的光亮带宽,硬材料的光亮窄。断裂带是在冲亮带宽,硬材料的光亮窄。断裂带是在冲裁第三阶段形成的,由于拉应力的作用,裁第三阶段形成的,由于拉应力的作用,2021/9/2515裂纹不断扩展,金属纤维被拉断,故表裂纹不断扩展,金属纤维被拉断,故表面粗糙不光滑,并且有斜度。在冲出孔面粗糙不光滑,并且有斜度。在冲出孔的断面上同样具有上述特征,只是三个的断面上同样具有上述特征,只是三个区域的分布位置
10、现落料件相反。区域的分布位置现落料件相反。2021/9/25162021/9/2517 2.冲裁间隙冲裁间隙 在冲裁模中,冲裁间隙非常重要,冲裁在冲裁模中,冲裁间隙非常重要,冲裁间隙对冲件质量间隙对冲件质量(其中包括切口断面质量、其中包括切口断面质量、冲件尺寸精度、弯曲度和毛刺情况等)的冲件尺寸精度、弯曲度和毛刺情况等)的影响,对模具寿命的影响、对力能消耗的影响,对模具寿命的影响、对力能消耗的影响、以及对冲裁噪音的影响等各个方面影响、以及对冲裁噪音的影响等各个方面都有很大的关系,下面我们就从冲裁作用都有很大的关系,下面我们就从冲裁作用2021/9/2518 受力状态的角度来介绍如何确定冲裁模受
11、力状态的角度来介绍如何确定冲裁模 具间隙以及冲裁间隙对冲裁质量、尺寸精具间隙以及冲裁间隙对冲裁质量、尺寸精度的影响以及冲裁间隙对冲裁力、脱料力度的影响以及冲裁间隙对冲裁力、脱料力及推件力的关系。凸模与凹模之间有适当及推件力的关系。凸模与凹模之间有适当的空隙,称为间隙。间隙的两种含义,单的空隙,称为间隙。间隙的两种含义,单面间隙和双面间隙。如果没能特别说明,面间隙和双面间隙。如果没能特别说明,2021/9/2519间隙是指双面间隙,常用符号间隙是指双面间隙,常用符号“Z”表示。表示。间隙对冲裁质量的影响间隙对冲裁质量的影响 从冲裁变形过程分析中知道,凸、凹从冲裁变形过程分析中知道,凸、凹模刃口处
12、的裂纹是否重合与间隙大小有模刃口处的裂纹是否重合与间隙大小有关。若间隙合理,材料分离时,在凸、关。若间隙合理,材料分离时,在凸、凹模刃口处的两组剪裂纹重合(图三凹模刃口处的两组剪裂纹重合(图三b)因而冲出的零件断因而冲出的零件断2021/9/25202021/9/2521 面虽具有三个特征区(见图二),但是比面虽具有三个特征区(见图二),但是比较平直、光洁、且无毛刺。在这种情况下较平直、光洁、且无毛刺。在这种情况下零件断面质量认为是良好的。零件断面质量认为是良好的。当间隙过小时则上下裂纹互不重合,相当间隙过小时则上下裂纹互不重合,相隔一定距离,(图三隔一定距离,(图三a),材料最后分离时,),
13、材料最后分离时,断裂层出现毛刺和夹层,由于凹模刃断裂层出现毛刺和夹层,由于凹模刃2021/9/2522 口的挤压作用,零件断面又出现第二个光口的挤压作用,零件断面又出现第二个光亮带,其上部出现毛刺或锯齿状边缘,并亮带,其上部出现毛刺或锯齿状边缘,并呈倒锥形。呈倒锥形。间隙过大时裂纹也不重合(图三间隙过大时裂纹也不重合(图三c),零件),零件断面斜度增大,对于厚度则圆角带增大,断面斜度增大,对于厚度则圆角带增大,对薄料则易使材料拉入间隙中,形成拉长对薄料则易使材料拉入间隙中,形成拉长2021/9/2523 的毛刺。所以间隙过小与过大冲出来的零的毛刺。所以间隙过小与过大冲出来的零件断面质量都是不好
14、的。件断面质量都是不好的。间隙对冲裁件尺寸精度的影响间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件尺寸精度由模具制造精度和冲裁冲裁件尺寸精度由模具制造精度和冲裁后弹性恢复量的大小两个因素决定的。在后弹性恢复量的大小两个因素决定的。在这里分析间隙对冲裁件弱性恢复量的影响。这里分析间隙对冲裁件弱性恢复量的影响。2021/9/2524 在冲裁过程中,因为存在弹性变形,当在冲裁过程中,因为存在弹性变形,当工件从凹模中推出或从凸模上卸下时,其工件从凹模中推出或从凸模上卸下时,其尺寸与凹模或凸模尺寸之间存在一个偏差,尺寸与凹模或凸模尺寸之间存在一个偏差,这就是弹性恢复量。偏差值可能是正也可这就是弹性恢复量。偏差值可能
15、是正也可能是负。落料和冲孔弹性恢复量与间隙的能是负。落料和冲孔弹性恢复量与间隙的关系如图四所示。关系如图四所示。2021/9/2525当间隙小于当间隙小于A点的间隙值时,落料尺寸大点的间隙值时,落料尺寸大于凹模尺寸,冲出孔的尺寸小于凸模尺寸。于凹模尺寸,冲出孔的尺寸小于凸模尺寸。当间隙大于当间隙大于A点的间隙值时落料工件尺寸点的间隙值时落料工件尺寸小于凹模尺寸,冲出孔尺寸大于凸模尺寸。小于凹模尺寸,冲出孔尺寸大于凸模尺寸。这是因为冲裁过程中在冲裁变形区有压缩、这是因为冲裁过程中在冲裁变形区有压缩、拉伸和弯曲三种变形,拉伸和弯曲三种变形,2021/9/2526当间隙较小时,压缩变形与弯曲变形量大
16、当间隙较小时,压缩变形与弯曲变形量大于拉伸变形量,冲裁后弹性恢复使落料工于拉伸变形量,冲裁后弹性恢复使落料工件胀大,冲孔孔径缩小;而间隙较大时,件胀大,冲孔孔径缩小;而间隙较大时,拉伸变形量大于压缩变形量和弯曲变形量拉伸变形量大于压缩变形量和弯曲变形量大于拉伸变形量,冲裁后弹性恢复使落料大于拉伸变形量,冲裁后弹性恢复使落料工件缩小,冲孔孔径胀大。工件缩小,冲孔孔径胀大。2021/9/2527 弹性恢复量除了间隙因素外还与材料性能,弹性恢复量除了间隙因素外还与材料性能,工件形状尺寸等因素有关,但间隙是主要工件形状尺寸等因素有关,但间隙是主要因素。因素。2021/9/25282021/9/2529
17、3.冲裁模刃口尺寸计算冲裁模刃口尺寸计算 尺寸计算原则尺寸计算原则 由于凸、凹模之间存在间隙,因此工件由于凸、凹模之间存在间隙,因此工件 都是带有锥度的。一般来说落料工件尺寸都是带有锥度的。一般来说落料工件尺寸是指大端尺寸,冲孔孔径尺寸是指小端尺是指大端尺寸,冲孔孔径尺寸是指小端尺寸。虽然落料件和冲孔件的尺寸与凹模或寸。虽然落料件和冲孔件的尺寸与凹模或凸模尺寸之间存在偏差,但采用合理间隙凸模尺寸之间存在偏差,但采用合理间隙2021/9/2530时,这个偏差会比较小,可以忽略不计。冲裁时,这个偏差会比较小,可以忽略不计。冲裁模刃口尺寸计算要区别落料和冲孔两种情况:模刃口尺寸计算要区别落料和冲孔两
18、种情况:a.落料时,先确定凹模刃口尺寸。凹模刃口落料时,先确定凹模刃口尺寸。凹模刃口尺寸取接近或等于工件的最小极限尺寸,以保尺寸取接近或等于工件的最小极限尺寸,以保证凹模磨损在一定范围内也能冲出合格的工件。证凹模磨损在一定范围内也能冲出合格的工件。凸模刃口的尺寸则按凹模刃口尺寸减去最小间凸模刃口的尺寸则按凹模刃口尺寸减去最小间隙值。隙值。2021/9/2531b.冲孔时,先确定凸模刃口尺寸。凸模刃口尺冲孔时,先确定凸模刃口尺寸。凸模刃口尺寸取接近或等于孔的最大极限尺寸,以保证凸模寸取接近或等于孔的最大极限尺寸,以保证凸模磨损在一定范围内仍可使用。而凹模的尺寸则按磨损在一定范围内仍可使用。而凹模
19、的尺寸则按凸模刃口尺寸加上最小间隙值。凸模刃口尺寸加上最小间隙值。2021/9/2532尺寸计算方法尺寸计算方法刃口尺寸计算与公差标注基本上分二类刃口尺寸计算与公差标注基本上分二类a.落料:设制件的尺寸为落料:设制件的尺寸为D-,凹模尺寸凹模尺寸 D凹凹=(D-X)+凹凹 凸模尺寸凸模尺寸 D凸凸=(D-X-Zmin)-凸凸 2021/9/2533b.冲孔:设制件的尺寸为冲孔:设制件的尺寸为d+凸模尺寸凸模尺寸 d凸凸=(d+X)-凸凸 凸模尺寸凸模尺寸 d凹凹=(d+X+Zmin)+凸、式中:凸、式中:D凸、凸、D凹凹-分别为落料凸、分别为落料凸、凹模公称尺寸;凹模公称尺寸;2021/9/2
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- 冲压 工艺 模具 结构 007
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