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文檔簡介
第2章
沖裁模結(jié)構(gòu)與設(shè)計
ChapterTwoblankingdie’s
structureanddesign
1使板料分離的沖壓工藝稱為沖裁。Thestampingtechniquetodividethesheetmataliscalledblanking.Therearevariouskindsofit.suchas,cutdown,punch,pierce,trim,incise,dissectandsoon.
沖裁工藝的種類很多,常用的有切斷、落料、沖孔、切邊、切口、剖切等。沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一。blanking
isonebasicprocedureofstampingtechnique。在沖壓加工中應(yīng)用極廣。它既可以直接沖出成品零件,也可以作為彎曲、拉深和擠壓等其它工序的坯料,還可以在已成形的工件上進行再加工(切邊、切口、沖孔等工序)。2本章要點:importantpointsofthischapterl
沖裁工藝。Blankingtechnique.l
典型沖裁模結(jié)構(gòu)。Typicalblankingdie’sconstructerl
沖裁模主要零部件的結(jié)構(gòu)分析與標準的選用。Theconstructeranalysisandstandards’selectionofblankingdie’simportantcomponentsl
沖裁模設(shè)計要點theimportantpointsofblankingdie’sdesign3本章難點:difficultiesofthischapterl
沖裁工藝。Blankingtechnique.l
沖裁模設(shè)計要點theimportantpointsofblankingdie’sdesign42.1沖裁工藝
Blankingtechnique.
2.1.1沖裁基本知識thebasicknowledgeofBlanking
在沖裁工藝中,以落料、沖孔應(yīng)用最多。Themostuseofitispunchingandpiercing.從板料上沖下所需形狀的工件(或毛坯)稱為落料。Runintotherequiredtype’sworkpiecefromthesheetmatal(orroughcast)ispunching.在工件上沖出所需形狀的孔(沖去的為廢料)稱為沖孔。Runintotherequiredform’sworkpiece(thewashedthingisscrap)ispierce
落料和沖孔的變形性質(zhì)完全相同,但在進行模具工作部分設(shè)計時,要分開加以考慮。Punchingandpiercehavethesamedistortionfeature,butwhendoingthemodelworkdesign,weshoulddistinguishthemtoconsiderthem.52.1.1沖裁基本知識thebasicknowledgeofBlanking62.1.1沖裁基本知識thebasicknowledgeofBlanking
根據(jù)沖裁變形機理的不同,沖裁工藝可以分為普通沖裁和精密沖裁兩大類。Accordingtothedifferentdistortionmechanism,blankingtechniquehastwotypesarecommonblankingandexactblanking.普通沖裁:commonblanking是由凸、凹模刃口之間產(chǎn)生剪裂縫的形式實現(xiàn)板料分離。Tomaketheedgeofthemaledieandfemaledieproducetheshearingcrannytoseparatethesheetmatal.精密沖裁:exactblanking是以變形的形式實現(xiàn)板料的分離。Throughthedistortionformtofinishthesheetmatal.前者沖出的工件斷面比較粗糙,精度較低。后者沖出的工件不但斷面比較光潔而且精度也較高,但需要有專門的精沖設(shè)備及精沖模具。Theformer’sworkpiece’sshearingsurfaceismorerough,andthelatterismoreglabrousandtheprecisionishigher,butitneedsspecialpreciseequipmentandmodel.72.1.2沖裁過程分析theprocedureanalysisofblanking凸模1與凹模2具有與工件輪廓一樣的刃口。Maledie1andfemaledie2havethesameedgewithworkprofile.凸、凹模之間存在一定的間隙。Maledieandfemalediemustexistencegap.當(dāng)壓力機滑塊把凸模推下時,便將放在凸、凹模中間的板料沖裁成所需的工件。82.1.2沖裁過程分析theprocedureanalysisofblanking當(dāng)模具間隙正常時,金屬板料的沖裁變形過程大致可分為三個變形階段.Whenthemouldgapisnormal,themetalsheetmatal’sblankingdistortionprocedurehas3phases.(1)彈性變形階段elasticdistortionphase(2)塑性變形階段plasticdistortionphase(3)剪裂階段shearingcrackphase如下圖:910(1)彈性變形階段elasticdistortionphase
當(dāng)凸模開始接觸板料并下壓時,凸模與凹模刃口周圍的板料產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,使材料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲、拉伸等復(fù)雜的變形。Whenthemalediestartstotouchwithsheetmatalandpressitlowly,thesheetmatalwhicharoundthemaledieandfemaledie’sedgeproducethestresscentralphenomena,makethematerialproducetheelasticcompression,bend,extendandsoonthesecomplexdistortion.板料略有擠入凹模洞口的現(xiàn)象。此時,凸模下的材料略有彎曲,凹模上的材料則向上翹。間隙愈大,彎曲和上翹愈嚴重。隨著凸模繼續(xù)壓入,直到材料內(nèi)的應(yīng)力達到彈性極限。11(2)塑性變形階段plasticdistortionphase當(dāng)凸模繼續(xù)壓入,板料內(nèi)的應(yīng)力達到屈服點,板料與凸模和凹模的接觸處產(chǎn)生塑性剪切變形。Whenthemaledieisgoneonpressfitting,thestressinthesheetmetalwillgettotheyieldpoint,andthetangencyplaceofsheetmetalandmalediewithcavityplatewillhaveplasticsheerdeformation.隨著凸模的下壓,應(yīng)力不斷加大,直到分離變形區(qū)的應(yīng)力達到抗剪強度,塑性變形階段結(jié)束。
Withthemalediebeingpresseddown,thestressgoesonaggrandizing.Theplasticsheerdeformationplacewon’tbefinishedwithseparatedeformedzoneofstressgetstotheshearingstrength.12(3)剪裂階段shearingcrackphase當(dāng)板料的應(yīng)力達到抗剪強度后,凸模再向下壓,則在板料與凸模和凹模的刃口接觸處分別產(chǎn)生裂紋。Aftersheetmatalstressgetstotheshearingintension,themaledieisgoneonbeingpresseddownandthefissurewillbebegotatthetangencyplaceofsheetmetalandmaledie’swithcavityplate’sblademouthapart.隨著凸模下壓,裂紋逐漸擴大并向材料內(nèi)延伸。Withthemalediebeingpresseddown,fissureiscometoenlargeandextendedtotheinsideofmaterials.當(dāng)上、下裂紋重合時,板料便被分離。Whensurfissrueandlay-fissurecoinage,sheetmatalwillbeasundered.凸模再下壓,將已分離的材料克服摩擦阻力從板料中推出,完成沖裁過程。Andwithmalediebeingfrictionalressistanceandwillbepushedoutofthesheetmatalandthentheblankingcoursewillbefinished.132.1.2沖裁過程分析theprocedureanalysisofblanking在正常的沖裁工作條件下,由凸模刃口出發(fā)的剪裂縫與由凹模刃口出發(fā)的剪裂縫是重合的。這時可以得到如圖2.4所示的沖裁件斷面,它具有明顯的四個特征區(qū)。Atthenormalconditionsofblankingwork,theshearfractureslotsarecoinage,whichstartoffthemaledieandcavityplateblademouth.Now,theblankingpiece’sseverpanelisbeingobtainde.Lookatthepicture2-4.Ithasfourevidentearmarkzone’s.(1)圓角帶;circleanglezone(2)光亮帶;euphoticzone(3)斷裂帶;fracturezone(4)毛刺。burr
14152.1.2沖裁過程分析theprocedureanalysisofblanking圓角帶1又稱塌角circleanglezone1,hasanalternatenamefallenangle.材料塑性愈好,凸、凹模之間間隙愈大,形成的塌角也就愈大。Theplasticofmaterialisbetter,andthegapbetweenmaledieandcavityplateisbigger,thefallendownanglewillbebigger.光亮帶2euphoticzone2光亮帶垂直于底面。材料塑性愈好,凸模和凹模之間的間隙(圖中Z/2為單邊間隙)愈小,光亮帶的高度愈高。Theeuphoticzoneandthebottonsideareuprightness.Thematerialplasticisbetter,thegap(thegapinz/2isasinglesideone)betweenmaledieandcavityplateissmaller,andthehightofeuphoticzonewillbehigher.162.1.2沖裁過程分析theprocedureanalysisofblanking斷裂帶3fracturedzone3
斷裂帶表面粗糙,并帶有斜度。凸模和凹模的間隙愈大,則斷裂帶高度愈大且斜度也增大。Fracturedzonehasacruditysurfacewithapitch.Thegapbetweenmaledieandcavityplateisbigger,theheightoffracturedzonewillbehigherandthepitchwillbebigger.毛刺4burr4緊挨著剪裂帶的邊緣,是由于裂紋的產(chǎn)生不是正對著凸模和凹模的刃口而是在靠近刃口的側(cè)面。Thatnexttotheedgeofshearfracturezone,iscausefbyfissuregeneration,whichiscloseduptheflankofblademouthbutnotagainstthemaledie’sandcavity’sblademouth.17計算凸模和凹模尺寸的依據(jù):thegistofcalculationmaledieandfemaledie’ssize對于沖孔件的孔,決定與軸類零件配合性質(zhì)的是它的最小尺寸,即其光亮柱體部分尺寸;對于落料件,決定與孔類零件配合性質(zhì)的是它的最大尺寸,也是它的光亮柱體部分尺寸。Asfortheholeoftherushventpiece,itsleastsizedependsonthecoordinationcyoftheaxlegenusdetails,thatisthedimensionoflustrepolepart;Asforblankingpiece,itsmacrosizedependsonthecoordinationcyofventgenusdetails,thatisthedimensionoflustrepole,too.于是,可以得出如下重要的關(guān)系式:落料尺寸=凹模尺寸punchingsize=femalediesize沖孔尺寸=凸模尺寸piercesize=malediesize182.1.3沖裁件的質(zhì)量分析blankingpiece’squalityanalysis1.尺寸精度;sizeprecision2.?dāng)嗝尜|(zhì)量;breakingsurface’squality3.毛刺。burr191.尺寸精度sizeprecision沖裁件的尺寸精度與許多因素有關(guān),如沖模的制造精度、材料性質(zhì)、沖裁間隙和沖裁件的形狀等。Thesizeprecisionofblankingpieceisinrelationtolotsoffactors,forexample:(1)沖模的制造精度;die’sconstructiveprecision(2)材料性質(zhì);materialquality(3)沖裁間隙;blankinggap(4)沖裁件的形狀。blankingpiece’sshape20(1)沖模的制造精度die’sconstructiveprecision沖模的制造精度對沖裁件的尺寸精度有直接影響。沖模的精度愈高,沖裁件的精度亦愈高。Thedie’sconstructiveprecisionhaseffectonblankingpiece’ssizeprecisiondirectly.21(2)材料性質(zhì)materialquality對于比較軟的材料,彈性變形量較小,沖裁后的回彈值也少,因而零件精度較高。而硬的材料,情況正好與此相反。Tothesoftermaterial,elasticdistortionquantityissmaller,andthere-flipvalueissmall,sothecomponentprecisionishigher.22(3)沖裁間隙blankinggap如間隙過大,對于落料件,其尺寸將會小于凹模尺寸,對于沖孔件,其尺寸將會大于凸模尺寸。Ifthegapistoobiggerasforfallenmaterialpiece,itssidewillbesmallerthancavitysize;asforrushventpiece,itssidewillgreaterthanmaledie’s.如間隙過小,對于落料件,其尺寸將會大于凹模尺寸,對于沖孔件,其尺寸將會小于凸模尺寸。Ifthegapistoosmaller,asforfallenmaterialpiec,itssidewillbegreaterthancavitysize;asforrushventpiece,itssidewillsmallerthanmaledie’s.23(4)沖裁件的形狀blankingpiece’sshape沖裁件的形狀越簡單其精度越高。Theeasiertheshapeis,thehighertheprecisionis.242.?dāng)嗝尜|(zhì)量breakingsurfacequality對于斷面質(zhì)量,起決定作用的是沖裁間隙。Toit,it’suptotheblankinggap.在具有合理間隙的沖裁條件下裂紋重合。Undertheconditionofthepropergap’sblanking,thecrackwillbesuperposition.所得沖裁件斷面有一個微小的塌角(theangleofdent),并有正常的既光亮又與板平面垂直的光亮帶(euphoticzone),其斷裂帶雖然粗糙但比較平坦,雖有斜度但并不大,所產(chǎn)生的毛刺也是不明顯的。25
2.?dāng)嗝尜|(zhì)量breakingsurfacequality26
2.?dāng)嗝尜|(zhì)量breakingsurfacequality當(dāng)間隙過大或過小時,就會使上、下裂紋不能重合。Whenthegapistoobigorsmall,itwillstoptheupperandlowercrackfromsuperposition.(1)間隙過大:thegapistoobig
凸模產(chǎn)生的裂紋相對于凹模產(chǎn)生的裂紋向里移動一個距離。themaledie’sgap
opposite
femaledie’sgapmoveonedistanceoutward.
板料受拉伸、彎曲的作用加大,使剪切斷面塌角加大,光亮帶的高度縮短,斷裂帶的高度增加,錐度也加大,有明顯的拉斷毛刺,沖裁件平面可能產(chǎn)生穹彎現(xiàn)象。
27
2.?dāng)嗝尜|(zhì)量breakingsurfacequality(2)間隙過?。簍hegapistoosmall會使凸模產(chǎn)生的裂紋向外移動一個距離。Itwillmakethemaledie’sgapmoveonedistance.上、下裂紋不重合,產(chǎn)生第二次剪切,由凸模和凹模刃口所產(chǎn)生的裂從而在剪切面上形成了略帶倒錐的第二個光亮帶。在第二個光亮帶下面存在著潛伏的裂紋。由于間隙過小,板料與模具的擠壓作用加大,在最后被分離時,沖裁件上有較尖銳的擠出毛刺。283.毛刺burr沖裁過程的分析可知,沖裁件產(chǎn)生微小的毛刺是不可避免的。Accordingtotheblankingprocedure,itcan’tavoidtheblankingpieceproduceburr.若產(chǎn)品要求不允許存在微小毛刺,則在沖裁后應(yīng)增加去除毛刺的輔助工序。正常沖裁中允許的毛刺高度見表2.2。
Iftheproduct’srequirementisnotallowedtoexistthesmallburr,soweshouldaddtheassistantworkingproceduretoremovetheburr.Theheightofburroftheusualblankingisinthetable2.2.293.毛刺burr若沖裁過程不正常,毛刺就會明顯增大,這是不允許的。產(chǎn)生毛刺的原因主要有兩個,其一是沖裁間隙不合理。Iftheprocedureisnotnormal,theburrwillbecomebigger,it’snotpermitted.Thereare2reasonsofcausingburr,oneofitistheimproperblankinggap.(1)間隙過大,會產(chǎn)生明顯的拉斷毛刺。(2)間隙過小,會產(chǎn)生尖銳的擠出毛刺。(1)Thegapistoobigthatwillsnaptheburrobviously;(2)it’stoosmallthatwillpileouttheburrstridently.303.毛刺burr產(chǎn)生毛刺的原因其二是凸?;虬寄Dモg后,其刃口處形成圓角,這是產(chǎn)生毛刺的主要原因。Thesecondreasonisthatproducethecircleangleattheedgeafterabradedthemaledieandthefemaledie.Andthisisthemainreason.當(dāng)凸模和凹模刃口帶有圓角后,沖裁時材料中就減少了應(yīng)力集中現(xiàn)象而增大了變形區(qū)域,產(chǎn)生的裂紋偏離刃口,凸模和凹模間金屬在剪切斷裂前有很大的拉伸,這就使沖裁斷面上產(chǎn)生了明顯的毛刺。
312.1.3沖裁件的質(zhì)量分析blankingpiece’squalityanalysis綜上所述用普通沖裁方法所能得到的沖裁件,其尺寸精度與斷面質(zhì)量都不太高。金屬沖裁件所能達到的經(jīng)濟精度為ITl4~ITl0級,要求高的可達到ITl0~IT8級。厚料比薄料更差。若要進一步提高沖裁件的質(zhì)量,則要在沖裁后加整修工序或采用精密沖裁法。Tosumuptheabovearguments,usecommonblankingmethodgainedblankingware,itssizeprecisionandcutsurfacequalityareallnotvery.Metalblankingware’seconomyaccuracyarecertainlyattainableIT14-IT10.
322.1.4沖裁間隙blankinggap沖裁間隙是指沖裁凸模和凹模之間工作部分的尺寸之差。如圖2.6所示,即blankinggapisthedifferencesizebetweenthemaledieandfemaledie’sworkpart.Lookatthepicture2.6.
Z=D凹
一D凸如無特殊說明,沖裁間隙一般是指雙邊間隙。Ifithasnototherspecialillustration,blankinggapisthebilateralgap.332.1.4沖裁間隙blankinggap沖裁間隙對沖裁過程有著很大的影響。甚至可以說間隙對沖裁件的質(zhì)量起著決定性的作用。blankinggaphasgreateffectontheblankingprocedure.Andwecansaythatthegaphasthedecisiveeffectontheblankingpiece’squality.除此以外,間隙對模具壽命也有較大的影響。如圖2.7所示是沖裁時作用于模具刃口部分的力。Besidesthat,gapalsohasgreateffectonthedie’susage.Asthepicture2.7hasgivenus.342.1.4沖裁間隙
blankinggap(1)間隙小時:thegapissmall.沖裁過程的擠壓作用加劇,沖裁力F與摩擦力μF增大,使刃口所受壓應(yīng)力增大,造成刃口變形與端面磨損加劇,嚴重時甚至崩刃。加之過小間隙的二次剪切所產(chǎn)生的金屬碎屑因摩擦發(fā)熱粘附在凸模和凹模上又加劇了刃口的磨損。所以,過小間隙會使模具壽命降低。此外,小間隙還使模具制造的難度增加。
Undersizeclearancecanleaddie’slifedown.Andsmallclearancecanleaddifficultyofdie’smanufactureup.352.1.4沖裁間隙blankinggap由沖裁變形過程的分析可知,決定合理間隙值的理論依據(jù)是應(yīng)保證在塑性剪切變形結(jié)束后,由凸模和凹模刃口處所產(chǎn)生的上、下剪切裂紋重合。如圖2.8所示。Accordingtotheblankingdistortionprocedure,thetheorythatdecidethepropergapistomakesuretheedgeofthemaledieandfemaledie’sgapcanbesuperposition.Asthepicture2.8.362.1.4沖裁間隙
blankinggap由圖上的幾何關(guān)系可得:accordingtotherelationshipofthepicture’sgeometry.
Z=2(t–b)tanβ=2t(1–b/t)tanβ式中
t——板料厚度(materialthickness);b/t——產(chǎn)生裂紋時,凸模壓入板料的相對深度(即光亮帶的相對寬度);β——最大切應(yīng)力方向與垂線間的夾角。軟鋼(softsteel)β=5o~6o;中硬鋼(mid-hardsteel)β=4o~5o;硬鋼(hardsteel)β=4o。
372.1.4沖裁間隙
blankinggap由上式可以看出,合理間隙值取決于t、b/t、β等三個因素。由于β值的變化不大,所以,影響合理間隙值的大小主要取決于前二個因素,即影響間隙值的主要因素是板料厚度和材料性質(zhì)。Becausetheβvaluehasnotthegreatchange,sotheformer2factorsinfluencethepropergapvalue’ssize,inotherwords,themainfactortoinfluencethegapvaluearethethicknessofthesheetmatalandthequalityofthematerial.板料厚度增大,間隙數(shù)值應(yīng)正比地增大。反之板料愈薄則間隙愈小。
sheetmatal’sthicknessbecomebigger,andthegapvaluealsowillbebiggerwithit.Onthecontrary,ithastheoppositefeature.382.1.4沖裁間隙
blankinggap材料塑性好,光亮帶所占的相對寬度b/t大,間隙數(shù)值就小。而塑性差的硬材料,間隙數(shù)值就大一些。另外,b/t還與板料的厚度有關(guān)。對同一種材料來說,薄料沖裁的b
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