沖裁工藝與模具設(shè)計2-1

內(nèi)容簡介：

沖裁是最基本的沖壓工序。本章是本課程的重點章。在分析沖裁變形過程及沖裁件質(zhì)量影響因素的基礎(chǔ)上，介紹沖裁工藝計算、工藝方案制定和沖裁模設(shè)計。涉及沖裁變形過程分析、沖裁件質(zhì)量及影響因素、間隙確定、刃口尺寸計算原則和方法、排樣設(shè)計、沖裁力與壓力中心計算、沖裁工藝性分析與工藝方案制定、沖裁典型結(jié)構(gòu)、零部件設(shè)計及模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用、沖裁模設(shè)計方法與步驟等。

第二章沖裁工藝與模具設(shè)計11．了解沖裁變形規(guī)律、沖裁件質(zhì)量及影響因素；2．掌握沖裁模間隙確定、刃口尺寸計算、排樣設(shè)計、沖裁力計算等設(shè)計計算方法。3．掌握沖裁工藝性分析與工藝設(shè)計方法；4．認(rèn)識沖裁模典型結(jié)構(gòu)（尤其是級進(jìn)模和復(fù)合模）及特點，了解模具標(biāo)準(zhǔn)，掌握模具零部件設(shè)計及模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用方法；5．掌握沖裁工藝與沖裁模設(shè)計的方法和步驟。學(xué)習(xí)目的與要求：第二章沖裁工藝與模具設(shè)計21．沖裁變形規(guī)律及沖裁件質(zhì)量影響因素；2．刃口尺寸計算原則和方法；3．沖裁工藝性分析與工藝方案制定；4．沖裁模典型結(jié)構(gòu)及特點；5．沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計及模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用；6．沖裁工藝與沖裁模設(shè)計的方法和步驟。重點：難點：1．沖裁變形規(guī)律及沖裁件質(zhì)量影響因素；2．刃口尺寸計算原則和方法；3．模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用；4．沖裁工藝與沖裁模設(shè)計的方法和步驟。

第二章沖裁工藝與模具設(shè)計3第一節(jié)沖裁過程分析第二章沖裁工藝與模具設(shè)計分類:沖裁模：沖裁：利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序?；竟ば颍郝淞虾蜎_孔。既可加工零件，也可加工沖壓工序件。沖裁所使用的模具叫沖裁模，它是沖裁過程必不可少的工藝裝備。凸、凹模刃口鋒利，間隙小。普通沖裁、精密沖裁4第一節(jié)沖裁過程分析

第二章沖裁工藝與模具設(shè)計一、沖裁變形時板材變形區(qū)受力情況分析四對力

沖裁時作用于板料上的力

1-凸模

2-板材

3-凹模

了解和掌握沖裁變形規(guī)律，有利于沖裁工藝與沖裁模設(shè)計，控制沖裁件質(zhì)量。凸、凹模間隙存在，產(chǎn)生彎矩。

5第一節(jié)沖裁過程分析1.剪切區(qū)力態(tài)分析A當(dāng)凸模下降至與板料接觸時，板料就受到凸凹模端面的作用力。B由于凸凹模之間存在間隙，使凸凹模施加于板料上的力產(chǎn)生一個力矩M，其值等于凸凹模作用的合力與稍大于間隙的力臂α的乘積。6第二章沖裁工藝與沖裁模設(shè)計第一節(jié)沖裁過程分析C力矩使材料產(chǎn)生彎曲，故模具與板料僅在刃口附近的狹小區(qū)域內(nèi)保持接觸，因此，凸、凹模作用于板料的垂直壓力呈不均勻分布，隨著向模具刃口靠近而急劇增大。D沖裁時，由于板料彎曲的影響，其剪切區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)是復(fù)雜的，且與變形過程有關(guān)。E從應(yīng)力狀態(tài)可看出，凸模與凹模端面的靜水壓應(yīng)力高于側(cè)面的，且凸模刃口附近的靜水壓應(yīng)力又比凹模刃口附近的高。7第二章沖裁工藝與沖裁模設(shè)計第一節(jié)沖裁過程分析2.沖裁過程沖裁既是分離工序，工件受力時必然從彈、塑性變形開始，以斷裂告終。塑性變形從刃口開始，隨著切刃的深入，變形區(qū)向板料的深度方向發(fā)展、擴(kuò)大，直到在板料的整個厚度方向上產(chǎn)生塑性變形，板料的一部分相對于另一部分移動。力矩M將板料壓向切刃的側(cè)面，故切刃相對于板料移動時，這些力將表面壓平，在切口表面上形成光亮帶。當(dāng)切刃附近材料各層中達(dá)到極限應(yīng)變與應(yīng)力值時，便產(chǎn)生微裂，裂紋產(chǎn)生后，沿最大剪應(yīng)變速度方向發(fā)展，直至上、下裂紋會合，板料就完全分離。8第二章沖裁工藝與沖裁模設(shè)計第一節(jié)沖裁過程分析3.裂紋的形成與發(fā)展由應(yīng)力狀態(tài)分析中得知，凸、凹模刃口側(cè)面的靜水壓力低于端面靜水壓力，且凹模刃口側(cè)面的靜水壓力最低，所以首先在凹模刃口側(cè)面處板料中產(chǎn)生裂紋，繼而才在凸模刃口側(cè)面處產(chǎn)生裂紋。裂紋產(chǎn)生后先向廢料側(cè)（指落料）發(fā)展，主裂紋暫停發(fā)展，然后裂紋前端附近依次重新產(chǎn)生微小裂紋，微小裂紋的根部匯成主裂紋，直到主裂紋成長到凸模側(cè)產(chǎn)生的裂紋會合而使板料斷裂，微裂紋與主裂紋的方向是逐漸由廢料側(cè)轉(zhuǎn)向成品側(cè)的。沖裁時由于刃口附近應(yīng)變與應(yīng)力集中，加上拉應(yīng)力的作用造成了裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，裂紋產(chǎn)生后大致沿最大剪應(yīng)變速度方向發(fā)展。9第二章沖裁工藝與沖裁模設(shè)計第一節(jié)沖裁過程分析4.剪切端面分析沖出的工件斷面明顯地分成三個特征區(qū)：圓角帶(5%t)、光亮帶（t/3）、斷裂帶（62%t）及毛刺區(qū)（5~10%t）。圓角帶是沖裁中刃口剛壓入材料時，刃口附近材料產(chǎn)生彎曲和伸長變形的結(jié)果，軟材料比硬材料的圓角大。其影響因素：材料性質(zhì)、工件輪廓形狀和凸凹模間隙等。光亮帶是材料塑性變形時，在毛坯一部分相對于另一部分移動過程中，模具側(cè)壓力將毛坯壓平而形成的光亮垂直的斷面。其影響因素：10第二章沖裁工藝與模具設(shè)計第一節(jié)沖裁過程分析材料性質(zhì)、凸凹模間隙及模具刃口磨損程度等加工條件有關(guān)。斷裂帶是由刃口處的微裂紋在拉應(yīng)力的作用下不斷擴(kuò)展而形成的撕裂面，斷面粗糙且有斜度。要想提高沖裁件斷面的光潔程度與尺寸精度，可通過增加光亮帶的高度或采用整修工序來實現(xiàn)。增加光亮帶高度的關(guān)鍵是延長塑性變形階段，推遲裂紋的產(chǎn)生。這可通過增加金屬的塑性和減少刃口附近的變形與應(yīng)力集中來實現(xiàn)。11第二章沖裁工藝與模具設(shè)計間隙正常、刃口鋒利情況下，沖裁變形過程可分為三個階段：第二章沖裁工藝與模具設(shè)計第一節(jié)沖裁過程分析1．彈性變形階段變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力小于屈服應(yīng)力。2．塑性變形階段變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力大于屈服應(yīng)力。

凸、凹模間隙存在，變形復(fù)雜，并非純塑性剪切變形，還伴隨有彎曲、拉伸，凸、凹模有壓縮等變形。3．?dāng)嗔逊蛛x階段

變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力大于強(qiáng)度極限。裂紋首先產(chǎn)生在凹模刃口附近的側(cè)面凸模刃口附近的側(cè)面上、下裂紋擴(kuò)展相遇材料分離12第二節(jié)影響沖裁件質(zhì)量的因素沖裁件質(zhì)量：第二章沖裁工藝與模具設(shè)計指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。13斷面狀況：垂直、光潔、毛刺小尺寸精度：圖紙規(guī)定的公差范圍內(nèi)形狀誤差：外形滿足圖紙要求；表面平直，即拱彎小第二節(jié)影響沖裁件質(zhì)量的因素第二章沖裁工藝與模具設(shè)計1、沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素斷面特征：圓角帶a：刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長變形。光亮帶b：塑性剪切變形。質(zhì)量最好的區(qū)域。斷裂帶c：裂紋形成及擴(kuò)展。毛刺區(qū)d：間隙存在，裂紋產(chǎn)生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，間隙不正常、刃口不鋒利，還會加大毛刺。14第二節(jié)影響沖裁件質(zhì)量的因素1.沖裁件斷面質(zhì)量影響因素(１)材料性能的影響(２)模具間隙的影響間隙小，出現(xiàn)二次剪裂，產(chǎn)生第二光亮帶間隙大，出現(xiàn)二次拉裂，產(chǎn)生二個斜度15沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素第二章沖裁工藝與模具設(shè)計(３)模具刃口狀態(tài)的影響當(dāng)凸模刃口磨鈍時，則會在落料件上端產(chǎn)生毛刺；當(dāng)凹模刃口磨鈍時，則會在沖孔件的孔口下端產(chǎn)生毛刺；當(dāng)凸、凹模刃口同時磨鈍時，則沖裁件上、下端都會產(chǎn)生毛刺。16第二節(jié)影響沖裁件質(zhì)量的因素沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素第二章沖裁工藝與模具設(shè)計第二節(jié)影響沖裁件質(zhì)量的因素2.沖裁件尺寸精度及其影響因素沖裁件的尺寸精度：指沖裁件的實際尺寸與圖紙上基本尺寸之差。該差值包括兩方面的偏差：一是沖裁件相對于凸模或凹模尺寸的偏差；二是模具本身的制造偏差。

影響因素：（1）沖模的制造精度（零件加工和裝配）；（2）材料的性質(zhì)；（3）沖裁間隙。

17沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素第二章沖裁工藝與模具設(shè)計3．沖裁件形狀誤差及其影響因素沖裁件的形狀誤差：指翹曲、扭曲、變形等缺陷。翹曲：沖裁件呈曲面不平現(xiàn)象。它是由于間隙過大、彎矩增大、變形拉伸和彎曲成分增多而造成的，另外材料的各向異性和卷料未矯正也會產(chǎn)生翹曲。扭曲：沖裁件呈扭歪現(xiàn)象。它是由于材料的不平、間隙不均勻、凹模后角對材料摩擦不均勻等造成的。變形：由于坯料的邊緣沖孔或孔距太小等原因，因脹形而產(chǎn)生的。18第二節(jié)影響沖裁件質(zhì)量的因素沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素第二章沖裁工藝與模具設(shè)計第二章沖裁工藝與模具設(shè)計墊圈的落料與沖孔

a)落料

b)沖孔

19落料沖孔復(fù)合模1-下模板2-卸料螺釘3-導(dǎo)柱4-固定板5-橡膠6-導(dǎo)料銷7-落料凹模8-推件塊9-固定板10-導(dǎo)套11-墊板12、20-銷釘13-上模板14-模柄

15-打桿16、21-螺釘17-沖孔凸模