沖壓工藝及沖模設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)題翁其金主編廣石化考試專用

/沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)題第一章概述★沖壓的概念：指在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分別或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法?！餂_壓加工的特點(diǎn)：低耗、高效、低成本“一模一樣”、質(zhì)量穩(wěn)定、高一樣性、可加工薄壁、困難零件，要求板材有良好的沖壓成形性能，但模具成本高。所以，沖壓成形適宜批量生產(chǎn)。沖壓模具的概念：在沖壓加工中，將材料加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為沖壓模具（俗稱沖模）。沖壓工序的分類：1.依據(jù)工藝性質(zhì)分：分別工序、成形工序；【包括沖裁模、彎曲模、拉深模、翻邊、脹形】2.依據(jù)工序組合程度分：?jiǎn)喂ば颉?fù)合工序、連續(xù)工序?！景▎喂ば蚰?、復(fù)合模（三維）、級(jí)進(jìn)模（三維）】分別工序是指：指板料在模具刃口作用下，沿確定的輪廓線分別而獲得沖件的加工方法成形工序是指：指坯料在模具壓力作用下，使坯料產(chǎn)生塑性變形，但不產(chǎn)生分別而獲得具有確定形態(tài)和尺寸的沖件的加工方法第三章沖裁★沖裁的概念：利用模具使板料沿著確定的輪廓形態(tài)產(chǎn)生分別的一種沖壓工序?；竟ば蛴校淞虾蜎_孔）。既可加工零件，也可加工沖壓工序件。沖孔概念：在工件上沖出所需形態(tài)的孔（沖去的為廢料）落料概念：從板料上沖下所需形態(tài)的零件；★沖裁變形過(guò)程大致可分為哪三個(gè)階段？（裂紋首先在什么位置產(chǎn)生？為什么？）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，變形困難，并非純塑性剪切變形，還伴隨有彎曲、拉伸、壓縮等變形。3）斷裂分別階段：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)生在凹模刃口旁邊的側(cè)面→凸模刃口旁邊的側(cè)面→上、下裂紋擴(kuò)展相遇→材料分別凸、凹模端面的靜壓應(yīng)力大于側(cè)面的，凸模旁邊的靜壓應(yīng)力大于凹模的?！镆话銢_裁件的斷面可分為哪幾個(gè)區(qū)域？圓角帶：刃口旁邊的材料產(chǎn)生彎曲和伸長(zhǎng)變形。光亮帶：塑性剪切變形時(shí)，受凸凹模側(cè)面擠壓。質(zhì)量最好的區(qū)域。斷裂帶：刃口旁邊的微裂紋在拉應(yīng)力作用下不斷擴(kuò)展而形成的撕裂面。毛刺區(qū)：間隙存在，裂紋產(chǎn)生不在刃尖，毛刺不行避開(kāi)。此外，間隙不正常、刃口不鋒利，還會(huì)加大毛刺。沖裁模具刃口尺寸的計(jì)算原則及計(jì)算方法(重點(diǎn)：凸模和凹模接受分開(kāi)加工)p42計(jì)算依據(jù)：落料尺寸=凹模尺寸、沖孔尺寸=凸模尺寸；按“入體”原則來(lái)確定凸、凹模的偏差（即凸模上偏差為零,下偏差為負(fù);凹模上偏差為正,下偏差為零。）工件未標(biāo)注公差，一般按IT14級(jí)制造。例題：沖制圖示零件，材料為Q235鋼，料厚t=0.5mm。計(jì)算沖裁凸、凹模刃口尺寸及公差。解：由圖可知，該零件屬于無(wú)特殊要求的一般沖孔、落料。外形由落料獲得，Φ6+0.12和18±0.09由沖孔同時(shí)獲得。查表3-4:Zmax=0.06,Zmin=0.04mm由表2-10查得凸、凹模制造公差：沖孔部分：δd＝δp＝0.02mmδd+δp＝0.04>Zmax-Zmin=0.02落料部分：δp＝0.02mmδd＝0.03mmδd+δp＝0.05>Zmax-Zmin=0.02（均不能滿足間隙公差條件）校核可知，不能滿足間隙公差條件，因此，只有提高制造精度縮小公差值，才能保證間隙在合理范圍內(nèi)，可?。害膒＝0.4（Zmax-Zmin）＝0.008mmδd＝0.6（Zmax-Zmin）＝0.012mm由表3-5查得：尺寸，x=0.75；尺寸，x=0.5；落料=沖孔孔距尺寸：排樣的概念沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。排樣的分類：有廢料排樣法、少?gòu)U料排樣法、廢料排樣法★一張完整的排樣圖所表達(dá)的信息：條料寬度尺寸、條料長(zhǎng)度L、板料厚度t、端距、進(jìn)距S、工件間搭邊和側(cè)搭邊a,并習(xí)慣以剖面線表示沖壓位置?！锎钸叺母拍睿号艠訒r(shí)制件之間以及制件和條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料★搭邊的作用：1）補(bǔ)償定位誤差，確保沖出合格零件；2）增加條料剛度，便利條料送進(jìn)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率（搭邊值過(guò)大，材料利用率低。反之材料的利用率高，但過(guò)小，沖裁時(shí)簡(jiǎn)潔拉斷造成送料困難，使工件產(chǎn)生毛刺，有時(shí)還會(huì)拉入模具間隙中，損壞模具刃口，降低模具壽命）★影響搭邊值的因素：材料的力學(xué)性能、材料的厚度、工作的形態(tài)和尺寸、排樣的形態(tài)、送料及擋料方式★沖裁間隙的概念指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸和凸模刃口橫向尺寸的差值。沖裁間隙對(duì)哪些因素有較大的影響？間隙值的大小對(duì)沖裁件質(zhì)量、模具壽命、沖裁力的影響很大，是沖裁工藝和模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)極其重要的工藝參數(shù)。沖裁間隙對(duì)沖裁質(zhì)量有哪些影響？（對(duì)斷面質(zhì)量和尺寸精度的影響）1.間隙對(duì)斷面質(zhì)量的影響：間隙過(guò)大：裂紋向內(nèi)錯(cuò)開(kāi)一段距離，材料受彎曲和拉伸的作用增大，使斷面的光面高度減小，塌角和斜度增加，毛刺厚而長(zhǎng)且難以去除，沖裁件翹曲嚴(yán)峻。間隙過(guò)?。毫鸭y向外錯(cuò)開(kāi)一段距離，上、下裂紋不重合，產(chǎn)生二次剪切，形成其次個(gè)光面，兩個(gè)光面之間夾有斷裂帶，毛刺薄而長(zhǎng)，使斷面質(zhì)量變差。間隙合適：上下裂紋基本重合，斷面的塌角小，光亮帶高度大且較平直、光滑，毛刺小，制件的斷面質(zhì)量較好。2.間隙對(duì)尺寸精度的影響間隙合適：沖孔件尺寸最接近凸模尺寸，落料件尺寸最接近凹模尺寸。間隙較大：沖孔件尺寸大于凸模尺寸，落料件尺寸小于凹模尺寸。間隙較?。簺_孔件尺寸小于凸模尺寸，落料件尺寸大于凹模尺寸。沖裁力的計(jì)算:F=F——沖裁力；L——沖裁周邊長(zhǎng)度；t——材料厚度；——材料抗剪強(qiáng)度(MPa)；K——修正系數(shù)，一般K＝1.3何謂卸料力:將沖裁剩下的材料從凸模上卸下來(lái)所須要的力頂件力:將梗塞在凹模內(nèi)材料順沖裁方向推出所須要的力。推件力:逆沖裁方向?qū)⒉牧蠌陌寄?nèi)頂出所須要的力。何謂模具壓力中心：沖壓力合力的作用點(diǎn)降低沖裁力的主要措施：1.階梯凸模沖裁、2.斜刃沖裁3.加熱沖裁（紅沖）沖模的分類、1.按工序性質(zhì)：落料模、沖孔模、切斷模、切邊模、切舌模、剖切模、整修模和精沖模等。2.按工序組合：?jiǎn)喂ば蚰?、?jí)進(jìn)模和復(fù)合模。3.按導(dǎo)向方式：無(wú)導(dǎo)向的開(kāi)式模、有導(dǎo)向的導(dǎo)板模、導(dǎo)柱模。4.按卸料方式：剛性卸料和彈性卸料模、順出件和逆出件等。5.按擋料或定距方式：擋料銷式、導(dǎo)正銷式、側(cè)刃式等6.按模具材料：鋼模、硬質(zhì)合金模、鋼帶模、鋅基合金模、橡膠模等。7.按機(jī)械化程度：手動(dòng)模、半自動(dòng)模、自動(dòng)模等沖模零件的分類1.工藝零件:干脆參和完成工藝過(guò)程并和毛坯干脆發(fā)生作用。2.結(jié)構(gòu)零件:不干脆參和完成工藝過(guò)程，也不和毛坯干脆發(fā)生作用。工藝零件結(jié)構(gòu)零件工作零件定位零件卸料和壓料零件導(dǎo)向零件支撐零件緊固零件其他零件凸模凹模凸凹模擋料銷始用導(dǎo)料銷導(dǎo)正銷定位銷、定位板導(dǎo)料銷、導(dǎo)料板側(cè)刃、側(cè)刃擋塊承料板卸料裝置壓料裝置頂件裝置推件裝置廢料切刀導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)板導(dǎo)筒上、下模座模柄凸、凹模固定板墊板限位支撐裝置螺釘銷釘鍵彈性件傳動(dòng)零件單工序模的概念：在壓力機(jī)一次行程內(nèi)只完成一個(gè)沖壓工序的沖裁模。復(fù)合模的概念：復(fù)合模是在壓力機(jī)的一次工作行程中，在模具同一部位同時(shí)完成數(shù)道分別工序的模具。級(jí)進(jìn)模的概念：指在壓力機(jī)一次行程中,在模具的不同位置上同時(shí)完成數(shù)道工序。整個(gè)沖件的成形是在連續(xù)過(guò)程中逐步完成的正、倒裝復(fù)合模的特點(diǎn)比較項(xiàng)目正裝復(fù)合模倒裝復(fù)合模凸凹模的位置上模下模除料、除件裝置的數(shù)量三套兩套工件的平整性好較差可沖工件的孔邊距較小較大結(jié)構(gòu)困難程度困難較簡(jiǎn)潔凸、凹模常見(jiàn)的固定方法凸模固定方法:臺(tái)階壓入式、鉚接、快換式球鎖固定、用螺釘?shù)跹b固定凸模、用低熔點(diǎn)合金或環(huán)氧樹(shù)脂固定凸模凹模的固定方法：臺(tái)階壓入式、壓入式螺釘固定式、快換球鎖式★條料限位內(nèi)容、分別由哪些零件實(shí)現(xiàn)①在條料的橫向定位，保證條料沿正確的方向送進(jìn)，稱為送進(jìn)導(dǎo)向。如導(dǎo)料銷、導(dǎo)料板、側(cè)壓板等。②在送料方向上的限位，限制條料一次送進(jìn)的距離（步距）稱為送料定距。如擋料銷、導(dǎo)正銷、側(cè)刃等。模座的作用：干脆或間接地安裝沖模的全部零件，分別和壓力機(jī)滑塊和工作臺(tái)連接并傳遞壓力。所以必需特別重視上、下模座的強(qiáng)度和剛度模柄的作用及形式：其作用是將上模固定在壓力機(jī)滑塊上。形式：壓入式、旋入式、凸緣式、浮動(dòng)式、通用式和槽形模柄。彈性卸料裝置的作用：起壓料、推件的作用側(cè)刃的作用：限定條料送進(jìn)距離精沖(齒圈壓板沖裁)的機(jī)理：首先，設(shè)置在凸模四周的V形齒圈壓板，對(duì)沖裁輪廓四周的材料施加很大的壓力；在凹模內(nèi)設(shè)置頂出器，對(duì)凸模下面的材料施加較大的壓力；其次,將凹模刃口制成小圓角，其主要作用是擴(kuò)大壓應(yīng)力分布區(qū)域，抑制裂紋的生成。這樣使沖裁輪廓四周的材料處于較強(qiáng)的三向壓力狀態(tài)。這相當(dāng)于在一般沖裁的變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)基礎(chǔ)上，疊加了較大的靜水壓力，材料的塑性得到了很大的提高。（課件工作原理）精密沖裁的機(jī)理是在精沖前用齒圈壓入金屬材料，同時(shí)利用推件板施加反頂壓力并盡量減小精沖間隙，使材料變形區(qū)處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)以防止一般沖裁中出現(xiàn)的彎曲--拉伸--撕裂現(xiàn)象，從而獲得光滑的剪切面。（讀秀）熟悉模具結(jié)構(gòu)（包括零件的名稱及作用）第四章彎曲彎曲的概念:將板料、型材、管材或棒料等彎曲成確定形態(tài)和角度的成形方法彎曲的變形特點(diǎn):1.變形區(qū)板料變薄和增長(zhǎng)；2.中性層內(nèi)移；3.剖面發(fā)生畸變、翹曲和裂開(kāi)彎曲變形區(qū)內(nèi)材料的變形態(tài)況.:1)彎曲變形區(qū)圓角部分，正方形→扇形2)外層、內(nèi)層和中性層外層：受拉而伸長(zhǎng),內(nèi)層：受壓而縮短3)板料厚度變薄彎曲件綻開(kāi)長(zhǎng)度的計(jì)算依據(jù)是什么?據(jù)中性層的定義，彎曲件的坯料長(zhǎng)度應(yīng)等于中性層的綻開(kāi)長(zhǎng)度。先確定中性層的位置，在計(jì)算中性層長(zhǎng)度，最終得出毛坯長(zhǎng)度彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性：1.彎曲件的彎曲半徑、2.彎曲件的形態(tài)3.彎曲件直邊高度4.彎曲件上孔的位置5.彎曲件上增加工藝孔和工藝槽6.定位工藝孔彎曲過(guò)程中坯料可能產(chǎn)生偏移的緣由有哪些？如何減小和克服偏移？答:緣由：在彎曲過(guò)程中凡造成工件變形阻力不對(duì)稱的因素都將造成工件偏移，如彎曲件形態(tài)不對(duì)稱,彎曲件在模具上的接觸阻力不對(duì)稱，沖壓方向不同造成的彎曲件滑動(dòng)阻力不對(duì)稱等。措施:在坯料上預(yù)先增加定位工藝孔；當(dāng)彎曲件不對(duì)稱時(shí)，可先接受成對(duì)彎曲，然后再切開(kāi)的方法；V形彎曲模，接受有頂板及定料銷可有效防止彎曲時(shí)的偏移。影響板料彎曲回彈的主要因素、減小回彈的措施主要因素：１.材料的力學(xué)性能（材料的屈服點(diǎn)σs越高，彈性模量E越小，則彎曲變形的回彈也越大。）２.相對(duì)彎曲半徑r/t（r/t越大，說(shuō)明變形程度越小，總變形中的彈性變形比例增大，回彈就大。）３.彎曲中心角α（α越大，變形區(qū)的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，回彈積累值也越大，故回彈角Δα越大）４.彎曲方式及校正力大小【1）在無(wú)底凹模內(nèi)作自由彎曲時(shí),回彈最大。2）在有底凹模內(nèi)作校正彎曲時(shí),回彈較小。即校正力越大，回彈值越小?！浚?工件的形態(tài)（彎曲件越困難，一次彎曲成形角的數(shù)量越多，回彈角越?。?.模具間隙(彎曲U形件時(shí)，間隙小，回彈越??；間隙較大時(shí)，材料處于松動(dòng)狀態(tài)，工件的回彈就大。)減小措施：1.改進(jìn)彎曲件的設(shè)計(jì)【（1）在彎曲區(qū)壓制加強(qiáng)筋，以提高零件的剛度，抑制回彈。（2）盡量選用小的材料，以削減其回彈值?！?.實(shí)行適當(dāng)?shù)膹澢に嚒荆?）接受校正彎曲代替自由彎曲。（2）對(duì)冷作硬化的材料須先退火，使其屈服點(diǎn)σs降低。對(duì)回彈較大的材料，必要時(shí)可接受加熱彎曲。（3）接受拉彎工藝】3.合理設(shè)計(jì)彎曲模。4.接受拉彎工藝第五章拉深拉深的概念：利用拉深模在壓力機(jī)的壓力作用下，將平板坯料制成開(kāi)口空心零件的加工方法。拉深變形過(guò)程分析:圓形平板坯料的凸緣→彎曲繞過(guò)凹模圓角后拉直→形成豎直筒壁。即:-d→h依據(jù)拉深時(shí)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的不同可將毛坯分為哪五個(gè)區(qū)？平面凸緣部分（變形區(qū)）、凹模圓角部分（過(guò)渡區(qū)）、凸模圓角部分（過(guò)渡區(qū)）、圓壁部分（傳力區(qū)）、筒底部分（不變形區(qū)）拉深加工中最簡(jiǎn)潔出現(xiàn)哪些質(zhì)量問(wèn)題？如何防止？答：起皺，拉裂。拉深工序中產(chǎn)生起皺的緣由有兩個(gè)方面：一方面是切向壓應(yīng)力的大小，越大越簡(jiǎn)潔失穩(wěn)起皺；另一方面是凸緣區(qū)板料本身的抗拒失穩(wěn)的實(shí)力，凸緣寬度越大，厚度越薄，材料彈性模量和硬化模量越小，抗拒失穩(wěn)實(shí)力越小。防皺措施：主要方法是在模具結(jié)構(gòu)上接受壓料裝置，加壓邊圈，使胚料可能起皺的部分被夾在凹模平面和壓邊圈之間，讓胚料在兩平面之間順當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)。接受壓料筋或拉深檻，同樣能有效地增加徑向拉應(yīng)力和削減切向壓應(yīng)力的作用，也是防皺的有效措施。產(chǎn)生拉裂主要取決兩個(gè)方面：一方面是筒壁傳力區(qū)中的拉應(yīng)力；另一方面是筒壁傳力區(qū)的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)筒壁拉應(yīng)力超過(guò)筒壁材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，拉深件就回在底部圓角和筒壁相切處—“緊急斷面”產(chǎn)生裂開(kāi)。防止拉裂的措施：一方面要通過(guò)改善材料的力學(xué)性能，提高筒壁的抗拉強(qiáng)度；另一方面是通過(guò)正確制定拉深工藝和設(shè)計(jì)模具，合理確定拉深變形程度、凹模圓角半徑。合理改善條件潤(rùn)滑等，以降低筒壁傳力區(qū)中的拉應(yīng)力。拉深系數(shù)m的含義：拉深系數(shù)是拉深的變形程度表示方法，其計(jì)算方法就是拉深后的直徑d和拉深前的坯料直徑D（或前道工序直徑）之比影響拉深系數(shù)的因素有哪些？1.材料力學(xué)性能的影響2.板料的相對(duì)厚度t/D的影響3.拉深次數(shù)的影響4.壓邊力的影響5.模具工作部分圓角半徑及間隙的影響拉深次數(shù)的確定：從毛坯拉深到圓筒形件的總拉深系數(shù)m≥時(shí)，拉深件可一次拉成，反之則需多次拉深。常用的彈性壓邊裝置有哪幾種?①橡皮壓邊裝置②彈簧壓邊裝置③氣墊式壓邊裝置拉深件毛坯尺寸計(jì)算原則1.以工件最終一次拉深后的尺寸為計(jì)算基礎(chǔ)；2.按體積不變條件，對(duì)不變薄拉深，拉深前坯料表面積和拉深后沖件表面積近似相等；3.當(dāng)板厚t≥1mm時(shí),按工件中線尺寸計(jì)算；當(dāng)t＜1mm可按內(nèi)形或外形尺寸計(jì)算4.計(jì)算毛坯尺寸時(shí)要加上切邊余量；5.截面相像原則:旋轉(zhuǎn)體拉深件的截面形態(tài)和其毛坯形態(tài)具相像性，即都是圓形的。第六章其他沖壓成形脹形的概念、：利用模具迫使板料厚度減薄和表面積增大，以獲得零件幾何形態(tài)和尺寸的沖壓加工方法脹形的變形特點(diǎn):1.其成形完全依靠于直徑為ｄ0的圓周以內(nèi)金屬厚度的變薄實(shí)現(xiàn)表面積的增大而獲得的。2.在雙向拉應(yīng)力的條件下，卸載后的回彈很小，貼模性和定形性都較好。3.變形區(qū)中不存在壓應(yīng)力，所以不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)起皺現(xiàn)象，零件表面質(zhì)量好。脹形的方法：1.平板坯料上的局部脹形(起伏成形):用凸模沖壓平板毛坯，當(dāng)毛坯外形尺寸大于3倍變形區(qū)尺寸時(shí)，變形只發(fā)生在和凸模接觸的區(qū)域內(nèi)，此即為平板毛坯的局部脹形。2.空心毛坯上的脹形（俗稱凸肚）:將圓柱形空心毛坯向外擴(kuò)張成曲面空心零件