冲裁工艺及冲裁模设计课件资料.docx

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冲裁工艺及冲裁模设计课件资料

冲裁工艺及冲裁模设计

一、填空题

1.

2从广义来说，利用冲模使材料相互之间分离的工序叫冲裁。

它包括冲孔、落料、切断、修边、等工序。

但一般来说，冲裁工艺主要是指冲孔和落料工序。

3.冲裁根据变形机理的不同，可分为普通冲裁和精密冲裁。

4.冲裁变形过程大致可分为弹性变形、塑性变形、断裂分离三个阶段。

5.冲裁件的切断面由圆角带、光亮带、剪裂带、毛刺四个部分组成。

6.冲裁毛刺是在刃口附近的側面上材料出现微裂纹时形成的。

7.间隙过小时，出现的毛刺比合理间隙时的毛刺高一些，但易去除，而且断面的斜度和塌角小，在冲裁件的切断面上形成二次光亮带。

8.冲裁间隙的数值，等于凹模与凸模刃口部分尺寸之差。

9.材料的厚度越大，塑性越低的硬脆性材料，则所需间隙c值就越大；而厚度越薄、塑性越好的材料，所需间隙值就越小。

10.在设计模具时，对尺寸精度、断面垂直度要求高的工件，应选用较小的间隙值；对于断面垂直度与尺寸精度要求不高的工件，以提高模具寿命为主，应选用较大的间隙值。

11.凸、凹模分别加工的优点是凸、凹模具有互换性，制造周期短，便于成批生产。

其缺点是模具制造公差小、模具制造困难、成本较高。

12.落料时，应以凹模为基准配制凸模，凹模刃口尺寸按磨损的变化规律分别进行计算。

13.冲孔时，应以凸模为基准配制凹模，凸模刃口尺寸按磨损的变化规律分别进行计算。

14.凸、凹模分开制造时，它们的制造公差应符合δ凸+δ凹≤2cmax-2cmin的条件。

15.冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。

16.冲裁件在条料、带料或板料上的布置方式叫排样。

17.冲裁产生的废料可分为两类，一类是结构废料，另一类是工艺废料。

18.排样的方法，按有无废料的情况可分为有废料排样、无废料排样和少废料排样。

19.搭边是一种工艺废料废料，但它可以补偿定位误差和料宽误差，确保制件合格；搭边还可增加条料刚度，提高生产率；此外还可避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高模具寿命。

20.为了实现小设备冲裁大工件或使冲裁过程平稳以减少压力机的震动，常用阶梯凸模冲裁法、斜刃口冲裁法和加热冲裁法来降低冲裁力。

21.在几个凸模直径相差较大、距离又较近的情况下，为了能避免小直径凸模由于承受材料流动的侧压力而产生的折断或倾斜现象，凸模应采用阶梯布置，即将小凸模做短一些。

这样可保证冲裁时，大直径凸模先冲。

22.采用斜刃冲裁时，为了保证冲件平整，落料时应将凸模做成平刃；冲孔时应将凹模做成平刃。

23.按工序组合程度分，冲裁模可分为单工序模、级进模和复合模等几种。

24.级进模中，典型的定位结构有挡料钉及导正销和侧刃等两种。

25.复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外形的相对位置精度高，板料的定位精度高，冲模的外形尺寸较小，但复合模结构复杂，制造精度高，成本高。

所以复合模一般用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。

26.非圆形凸模，如果固定部分为圆形，必须在固定端接缝处加防转销；以铆接法固定时，铆接部分的硬度较工作部分要低。

27.复合模的凸凹模壁厚最小值与冲模结构有关，顺装式复合模的凸凹模壁厚可小些；倒装式复合模的凸凹模壁厚应大些。

28.对于大中型的凸、凹模或形状复杂，局部薄弱的小型凸、凹模常采用镶拼结构。

29.条料在送进方向上的送进距离称为步距。

30.弹压卸料板既起压料作用，又起卸料作用，所得的冲裁件质量较好，平直度较高，因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置。

二、问答题

1.冲裁的变形过程是怎样的？

冲裁的变形过程分为三个阶段:

从凸模开始接触坯料下压到坯料内部应力数值小于屈服极限，这是称之为弹性变形阶段（第一阶段）；如果凸模继续下压，坯料内部的应力达到屈服极限，坯料开始产生塑性变形直至在刃口附近由于应力集中将要产生裂纹为止，这是称之为塑性变形阶段（第二阶段）；从在刃口附近产生裂纹直到坯料产生分离，这就是称之为断裂分离阶段（第三阶段）。

2.普通冲裁件的断面具有怎样的特征？

这些断面特征又是如何形成的？

普通冲裁件的断面一般可以分成四个区域，既圆角带、光亮带、断裂带和毛刺四个部分。

圆角带的形成发生在冲裁过程的第一阶段（即弹性变形阶段）主要是当凸模刃口刚压入板料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，使板料被带进模具间隙从而形成圆角带。

光亮带的形成发生在冲裁过程的第二阶段（即塑性变形阶段），当刃口切入板料后，板料与模具侧面发生挤压而形成光亮垂直的断面（冲裁件断面光亮带所占比例越大，冲裁件断面的质量越好）。

断裂带是由于在冲裁过程的第三阶段（即断裂阶段），刃口处产生的微裂纹在拉应力的作用下不断扩展而形成的撕裂面，这一区域断面粗糙并带有一定的斜度。

毛刺的形成是由于在塑性变形阶段的后期，凸模和凹模的刃口切入板料一定深度时，刃尖部分呈高静水压应力状态，使微裂纹的起点不会在刃尖处产生，而是在距刃尖不远的地方发生。

随着冲压过程的深入，在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而形成毛刺。

对普通冲裁来说，毛刺是不可避免的，但我们可以通过控制冲裁间隙的大小使得毛刺的高度降低。

3.什么是冲裁间隙？

冲裁间隙对冲裁质量有哪些影响？

冲裁间隙是指冲裁凹模、凸模在横截面上相应尺寸之间的差值。

该间隙的大小，直接影响着工件切断面的质量、冲裁力的大小及模具的使用寿命。

当冲裁模有合理的冲裁间隙时，凸模与凹模刃口所产生的裂纹在扩展时能够互相重合，这时冲裁件切断面平整、光洁，没有粗糙的裂纹、撕裂、毛刺等缺陷，。

工件靠近凹模刃口部分，有一条具有小圆角的光亮带，靠近凸模刃口一端略成锥形，表面较粗糙。

当冲裁间隙过小时，板料在凸、凹模刃口处的裂纹则不能重合。

凸模继续压下时，使中间留下的环状搭边再次被剪切，这样，在冲裁件的断面出现二次光亮带，,这时断面斜度虽小，但不平整，尺寸精度略差。

间隙过大时，板料在刃口处的裂纹同样也不重合，但与间隙过小时的裂纹方向相反，工件切断面上出现较高的毛刺和较大的锥度。

4.降低冲裁力的措施有哪些？

当采用平刃冲裁冲裁力太大，或因现有设备无法满足冲裁力的需要时，可以采取以下措施来降低冲裁力，以实现“小设备作大活”的目的：

（1）.采用加热冲裁的方法：

当被冲材料的抗剪强度较高或板厚过大时，可以将板材加热到一定温度（注意避开板料的“蓝脆”区温度）以降低板材的强度，从而达到降低冲裁力的目的。

（2）.采用斜刃冲裁的方法：

冲压件的周长较长或板厚较大的单冲头冲模，可采用斜刃冲裁的方法以降低冲裁力。

为了得到平整的工件，落料时斜刃一般做在凹模上；冲孔时斜刃做在凸模上。

（3）．采用阶梯凸模冲裁的方法：

将多凸模的凸模高度作成高低不同的结构。

由于凸模冲裁板料的时刻不同，将同时剪断所有的切口分批剪断，以降低冲裁力的最大值。

但这种结构不便于刃磨，所以仅在小批量生产中使用。

5.什么叫搭边？

搭边有什么作用？

排样时，工件与工件以及工件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。

搭边的作用是：

补偿送料误差，使条料对凹模型孔有可靠的定位，以保证工件外形完整，获得较好的加工质量。

保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。

搭边太大，浪费材料；太小，会降低工件断面质量，影响工件的平整度，有时还会出现毛刺或搭边被拉进凸模与凹模的间隙里，造成冲模刃口严重磨损。

影响模具寿命。

6.怎样确定冲裁模的工序组合方式？

确定冲裁模的组合方式时，一般根据以下条件：

（1）．生产批量的大小。

从提高冲压件生产率角度来考虑，选用复合模和级进模结构要比选择单工序模好得多。

一般来说，小批量和试制生产时采用单工序模具，中批和大批生产时，采用复合冲裁模和级进冲裁模。

（2）．工件尺寸公差等级。

单工序模具冲出的工件精度较低，而级进模最高可达IT12～IT13级，复合模由于避免了多次冲压时的定位误差，其尺寸精度最高能达到IT9级以上，再加上复合模结构本身的特点，制件的平整度也较高。

因此，工件尺寸公差等级较高时，宜采用复合模的结构。

（3）．从实现冲压生产机械化与自动化生产的角度来说，选用级进模比选用复合模和单工序模具容易些。

这是因为，复合模得废料和工件排除较困难。

（4）．从生产的通用性来说，单工序模具通用性最好，不仅适合于中小批量的中小型冲压件的生产，也适合大型冲压件的生产。

级进模不适合大型工件的生产。

（5）．从冲压生产的安全性来说，级进模比单工序模和复合模为好。

填空题

1、将板料、型材、管材或棒料等弯成一定角度、一定曲率，形成一定形状的零件的冲压方法称为弯曲。

2、弯曲变形区内应变等于零的金属层称为应变中性层。

3、弯曲时，板料的最外层纤维濒于拉裂时的弯曲半径称为最小弯曲半径。

4、弯曲时，用相对弯曲半径表示板料弯曲变形程度，不致使材料破坏的弯曲极限半径称最小弯曲半径。

5、最小弯曲半径的影响因素有材料的力学性能、弯曲线方向、材料的热处理状况、弯曲中心角。

6、材料的塑性越好，塑性变形的稳定性越强，许可的最小弯曲半径就越小。

7、为了提高弯曲极限变形程度，对于经冷变形硬化的材料，可采用热处理以恢复塑性。

8、为了提高弯曲极限变形程度，对于侧面毛刺大的工件，应先去毛刺；当毛刺较小时，也可以使有毛刺的一面处于弯曲受压的内缘（或朝向弯曲凸模），以免产生应力集中而开裂。

9、在弯曲变形区内，内层纤维切向受压而缩短应变，外层纤维切向受受拉而伸长应变，而中性层则保持不变。

10、板料塑性弯曲的变形特点是：

（1）中性层内移。

（2）变形区板料的厚度变薄。

（3）变形区板料长度增加。

（4）对于细长的板料，纵向产生翘曲，对于窄板，剖面产生畸变。

11、相对弯曲半径r╱t越大，则回弹量越大。

12、影响回弹的因素有：

（1）材料的力学性能。

（2）变形程度。

（3）弯曲中心角。

（4）弯曲方式及弯曲模。

（5）冲件的形状。

13、弯曲变形程度用r／t来表示。

弯曲变形程度越大，回弹愈小，弯曲变形程度越小，回弹愈大。

14、在弯曲工艺方面，减小回弹最适当的措施是采用校正弯曲。

15、对于Ｕ形件弯曲模，应当选择合适的间隙，间隙过小，会使工件弯边厚度变薄，降低凹模寿命，增大弯曲力；间隙过大，则回弹大，降低工件的精度。

二、问答题。

2.弯曲变形有何特点？

（1）、弯曲变形主要集中在弯曲圆角部分

（2）、弯曲变形区存在一个变形中性层

（3）、形区材料厚度变薄的现象

（4）、变形区横断面的变形

3.什么是最小相对弯曲半径？

在保证毛坯弯曲时外表面不发生开裂条件下,弯曲件内表面能够弯成的最小圆角,半径与坯料厚度的比值R/T

4.影响最小相对弯曲半径的因素有哪些？

影响板料最小相对弯曲半径数值的因素很多，其中主要有：

（1） ．材料的机械性能与热处理状态

（2）．弯曲件的弯曲中心角α

（3）．弯曲线的方向

（4）．板料表面与侧面的质量影响

（5）．弯曲件的相对宽度

5.影响板料弯曲回弹的主要因素是什么？

在弯曲的过程中，影响回弹的因素很多，其中主要有以下几个方面：

（1）．材料的机械性能

材料的屈服极限σs愈高、弹性模量Ｅ愈小，弯曲变形的回弹也愈大。

（2）．相对弯曲半径r/t

相对弯曲半径r/t愈小，则回弹值愈小。

因为相对弯曲半径愈小，变形程度愈大。

反之，相对弯曲半径愈大，则回弹值愈大。

这就是曲率半径很大的弯曲件不易弯曲成形的原因。

（3）．弯曲中心角α

弯曲中心角α愈大，表示变形区的长度愈大，回弹的积累值愈大，因此弯曲中心角的回弹愈大，但对曲率半径的回弹没有影响。

（4）．模具间隙

弯曲模具的间隙愈大，回弹也愈大。

所以，板料厚度的误差愈大，回弹值愈不稳定。

（5）．弯曲件的形状

弯曲件的几何形状对回弹值有较大的影响。

比如，Ｕ形件比Ｖ形件的回弹要小些，这是因为Ｕ形件的底部在弯曲过程中有拉伸变形的成分，故回弹要小些。

（6）．弯曲力

弯曲力的大小不同，回弹值也有所不同。

校正弯曲时回弹较小，因为校正弯曲时校正力比自由弯曲时的弯曲力大很多，使变形区的应力与应变状态与自由弯曲时有所不同。

6.弯曲工艺对弯曲毛坯有什么特殊要求？

工件在弯曲前，毛坯的准备工作对弯曲件的质量有着很重要的意义。

弯曲时，制件出现的破裂等质量问题，很大一部分原因是由于坯料的质量低劣造成的。

所以，弯曲前，对毛坯的合理处理十分重要。

生产中，一般要注意以下几个方面：

（1）．弯曲的毛坯表面在弯曲前应该保持光滑，断面毛刺较高的应该先去除毛刺。

如果毛刺高度低，不易去除，则弯曲时可以使其靠近凸模的一面，这样在弯曲后毛刺处于工件的内层。

如果毛刺在外表面（靠近凹模一侧），则由于外层受拉伸作用，在毛刺的周围易产生应力集中现象，促使工件外层破裂。

（2）．弯曲前的毛坯准备时应该注意弯曲时工件的弯曲线方向与板料轧制方向保持垂直，否则，容易在工件的弯曲变形区外侧产生裂纹甚至破裂现象。

如果工件上有两个方向的弯曲，这时弯曲线与轧制方向最好能保持不小于30°的夹角。

（3）．弯曲钢材及硬铝时，应该先进行热处理退火，使其塑性增强后再弯曲成形。

7.弯曲模的设计要点是什么？

在设计弯曲模时，一般应该注意以下几点：

（1）．弯曲模的凹模圆角半径的大小应该一致，否则在弯曲时容易使坯料产生滑动，从而影响工件的尺寸精度。

（2）．凹模的圆角半径不能太小，否则会引起弯曲件的局部变形和变薄，影响工件的表面质量。

（3）．注意防止弯曲过程中坯料的偏移，为此可以采取以下措施：

①弯曲前坯料应有一部分处于弹性压紧状态，然后再弯曲。

②尽量采用毛坯上的孔定位。

4、注意防止弯曲过程中工件变形

①多角弯曲时，模具设计要尽量使各个弯角的变形不在同时进行。

②模具设计十，应能保证模具弯曲到下死点时，能对坯料有校正的作用，即实现校正弯曲。

③模具结构设计应充分考虑到消除回弹的影响。

5、对于形状复杂的弯曲件需要多方向进行弯曲时，应把弯曲动作分解，并选择合适的机构来实现分解的弯曲动作。

6、尽量使弯曲件弯曲后取件安全、方便。

7、模具应该有足够的刚性，并以合理的模具结构保证工件变形，是提高模具耐用度的重要环节。

一填空题

1.拉深凸模和凹模与冲裁模不同之处在于，拉深凸、凹模都有一定的圆角而不是锋利的刃口，其间隙一般稍大于板料的厚度。

2.拉深系数m是拉深后的工件直径和拉深前的毛坯直径的比值，m越小，则变形程度越大。

3.拉深过程中，变形区是坯料的凸缘部分。

坯料变形区在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩和径向伸长的变形。

4.拉深时，凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂是拉深工艺能否顺利进行的主要障碍。

5.拉深中，产生起皱的现象是因为该区域内受较大的压应力的作用，导致材料失稳_而引起。

6.板料的相对厚度t/D越小，则抵抗失稳能力越愈弱，越容易起皱。

7.正方形盒形件的坯料形状是圆形；矩形盒形件的坯料形状为长圆形或椭圆形。

8.一般地说，材料组织均匀、屈强比小、塑性好、板平面方向性小、板厚方向系数大、硬化指数大的板料，极限拉深系数较小。

9.拉深凸模圆角半径太小，会增大拉应力，降低危险断面的抗拉强度，因而会引起拉深件拉裂，降低极限变形。

10.确定拉深次数的方法通常是：

根据工件的相对高度查表而得，或者采用推算法，根据表格查出各次极限拉深系数，然后依次推算出各次拉深直径。

11.有凸缘圆筒件的总拉深系数m大于极限拉深系数时，或零件的相对高度h/d小于极限相对高度时，则凸缘圆筒件可以一次拉深成形。

12.当任意两相邻阶梯直径之比都大于相应的圆筒形件的极限拉深系数时，其拉深方法为：

由大到小拉出，这时的拉深次数等于阶梯数目。

13.盒形件拉深时圆角部分与直边部分间隙不同，其中圆角部分应该比直边部分间隙大。

二、问答题

a）拉深变形的特点？

拉深件的变形有以下特点：

（1）变形区为毛坯的凸缘部分，与凸模端面接触的部分基本上不变形；

（2）毛坯变形区在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩和径向拉伸的“一拉一压”的变形。

（3）极限变形参数主要受到毛坯传力区的承载能力的限制；

（4）拉深件的口部有增厚、底部圆角处有减薄的现象称为“危险断面”（底部的厚度基本保持不变）；

（5）拉深工件的硬度也有所不同，愈靠近口部，硬度愈高（这是因为口部的塑性变形量最大，加工硬化现象最严重）

b）什么是拉深的危险断面?

它在拉深过程中的应力与应变状态如何?

拉深件的筒壁和圆筒底部的过渡区，是拉深变形的危险断面。

承受筒壁较大的拉应力、凸模圆角的压力和弯曲作用产生的压应力和切向拉应力。

c）什么情况下会产生拉裂?

当危险断面的应力超过材料的强度极限时，零件就会在此处被拉裂。

d）试述产生起皱的原因是什么？

拉深过程中，在坯料凸缘内受到切向压应力σ3的作用，常会失去稳定性而产生起皱现象。

在拉深工序，起皱是造成废品的重要原因之一。

因此，防止出现起皱现象是拉深工艺中的一个重要问题。

e）为什么有些拉深件必须经过多次拉深?

拉深过程中，若坯料的变形量超过材料所允许的最大变形程度，就会出现工件断裂现象。

所以，有些工件不能一次拉深成形，而需经过多次拉深工序，使每次的拉深系数都控制在允许范围内，让坯料形状逐渐发生变化，最后得到所需形状。

f）盒形件拉深时有何特点?

非旋转体直壁工件又称盒形件，其形状有正方形和矩形等多种（均简称为盒形件）。

此这类工件从几何形状特点出发，可以认为是由圆角与直边两部分组成的。

其拉深变形同样认为其圆角部分相当于圆筒形件的拉深，而其直边部分相当于简单的弯曲变形。

但是这两部分并不是相互分开而是相互联系的，因此在拉深时，它们之间必然有相互作用和影响，这就使得它们的变形，并不能单纯地认为是圆筒形件的变形和简单的直边弯曲。