(整理)沖壓工藝與模具授課教（學(xué)）案

./緒論一、冷沖壓及其模具的一般概念<看實物,思考零件的加工方法,引出概念>冷沖壓：指常溫下,利用模具在壓力機的作用下,對毛坯施壓,使其產(chǎn)生塑性變形或分離,從而得到一定形狀,尺寸和性能要求的零件的加工工藝。2、冷沖模：將板料加工成零件或半成品的一種特殊工藝裝備。二、冷沖壓加工優(yōu)點及其在現(xiàn)代生產(chǎn)中的地位和作用1、優(yōu)點:1>少、無切屑<如：牙膏殼>2沖件精度高、尺寸穩(wěn)定、互換性好3表面質(zhì)量好,重量輕4生產(chǎn)率高,便于實現(xiàn)機械化、自動化2、地位和作用："產(chǎn)品要發(fā)展,模具是關(guān)鍵"應(yīng)用：電子儀器、儀表的小零件,汽車上的大零件金屬板料或非金屬板料三、冷沖模發(fā)展國：早在春秋戰(zhàn)國時期,用于生產(chǎn)兵器、盔甲等。但真正發(fā)展在解放后,可分為三個階段：五十年代：單工序模六十年代：多工序模,有了成型磨削、電加工等七十年代：多工序復(fù)雜的模具,向"三高一簡"發(fā)展八十年代中后期：CAD/CAM制作模具九十年代：CAD/CAM制作模具得到推廣與應(yīng)用2、國外：模具生產(chǎn)已從輔助生產(chǎn)向著商品化生產(chǎn)發(fā)展,70年代就開始采用CAD/CAM技術(shù),從48年開始采用數(shù)控機床加工,模具結(jié)構(gòu)相當于小型精密機床。發(fā)展趨勢工藝分析計算方法現(xiàn)代化模具設(shè)計制造技術(shù)現(xiàn)代化沖壓生產(chǎn)機械化和自動化采用新工藝新技術(shù)改進板料的沖壓性能總之：高精度Ａ、大批量生產(chǎn)向高效率采用CAD/CAM技術(shù)高壽命采用硬質(zhì)合金材料制作Ｂ、小批量多品種生產(chǎn)向簡易模具發(fā)展Ｃ、標準化、專業(yè)化生產(chǎn)四、本課程學(xué)習容、特點及基本要求1、容：沖壓工藝設(shè)計沖壓模具設(shè)計2、特點：應(yīng)充分應(yīng)用已學(xué)過的知識,如制圖、金屬工藝學(xué)、機制基礎(chǔ)、模具加工機床、公差等專業(yè)基礎(chǔ)課,且與《模具制造工藝學(xué)》有著密切的關(guān)系,特點：理論性實踐性都較強,應(yīng)多參加實踐。3、基本要求：1合理制定沖壓工藝方案2掌握沖模的設(shè)計與計算方法,試運用有關(guān)資料,設(shè)計出中等復(fù)雜模具,對復(fù)雜模具的結(jié)構(gòu)有一定的分析能力。3能正確選用沖壓設(shè)備,能采用提高模具壽命的有效措施。五、本課程主要參考資料《模具設(shè)計與制造簡明手冊》〔柄堯等編、科技出版《冷沖模具設(shè)計與制造技術(shù)》〔炎嗣、鄒景儀主編出版《冷沖工藝及模具設(shè)計》〔科技出版第1章沖壓模具成形基礎(chǔ)本章主要介紹沖壓的一些基本知識,通過本章學(xué)習,著重明確沖壓工序分類的基本方法,金屬塑性變形的基本概念,熟悉常用沖壓材料與設(shè)備。§1-1沖壓工序分類一、按材料的變形性質(zhì)分：變形工序：外力使材料變形部分的相當應(yīng)力σv在σs-σb,穩(wěn)定改變其形狀與尺寸的工序。2、分離工序：當外力使材料變形部分σv>σb時二、按基本變形方式分：1、沖裁：即分離工序,最常用的有：落料、沖孔等〔見實物。２、彎曲：將板料壓成一定的形狀或角度：如壓彎等〔見實物。３、引伸：將平板→開口空心件〔見實物。４、成形：局部塑性變形,如翻邊等〔見實物。5、立體沖壓：使一定體積材料重新分配,如冷擠等〔見實物。第頁表1-1為常見沖壓工序〔按表講解第頁１-２沖壓成形的基本理論一、金屬塑性變形的概念〔一金屬的塑性與塑性變形1、塑性：指固體材料在外力作用下發(fā)生永久性變形,但不破壞其完整性的能力。塑性與材料本身性質(zhì)、變形條件有關(guān)如：鉛,一般情況下變形時,塑性好,受三向等拉應(yīng)力作用時,脆性破壞。又如：石,一般情況下變形時,毫無塑性,三向壓應(yīng)力作用時,會產(chǎn)生一定塑變。2、塑性變形：作用于物體的外力卸載后,物體不能完全恢復(fù)自己的原始形狀和尺寸,這樣的變形——塑性變形。〔二金屬塑性變形對組織和性能的影響：1、晶粒形狀和方位的改變晶粒拉長→纖維→變形抗力→各向異性2、產(chǎn)生了應(yīng)力：晶粒之間、晶粒部造成一些相平衡的應(yīng)力,即所謂附加應(yīng)力,變形終止后,應(yīng)力將遺留在金屬中——殘余應(yīng)力——金屬開裂和變形的應(yīng)力。3、晶和晶間的局部破壞：晶破壞：由滑移層的局部碎裂造成晶間破壞：由晶粒界面面積的改變以及晶間變形,破壞晶粒界面由于破壞——晶體中造成了許多的空隙——金屬物理機械性質(zhì)發(fā)生變化。4、產(chǎn)生了加工硬化：見圖1-9變形——溫度指標〔HB、σS↑和塑性指標〔δ、ρ↓——繼續(xù)變形的抗力增大的現(xiàn)象——加工硬化〔三影響金屬塑性變形的因素：1、金屬的成分和組織結(jié)構(gòu)：組成金屬元素↓,可塑性↑,滑移系統(tǒng)數(shù)量↑,機械性第頁能越一致,晶界強度↑→可塑性↑。第頁2、變形時應(yīng)力狀態(tài)：拉應(yīng)力成份↓,壓應(yīng)力成份↑,可塑性↑3、變形溫度：一般,T↑塑性↑,但應(yīng)注意避免蘭脆區(qū)、紅脆區(qū)。4、變形速度一方面：變形速度↑,金屬變形易產(chǎn)生孿動,→滑移和脆區(qū)動的臨界剪應(yīng)力和破壞極限應(yīng)力,→Ρ↑→可塑性↓。另一方面：變形速度↑→Т↑→塑性得到改善二、塑性變形時的應(yīng)力應(yīng)變；〔一應(yīng)力及主應(yīng)力狀態(tài)圖：力：外力作用于金屬,使金屬發(fā)生塑性變形時產(chǎn)生的與作用、反作用力摩擦力相互平衡的力應(yīng)力：力的強度,理解為一極小面積的力與該面積比值的極限。在金屬的塑性變形中,力以不同方向作用于金屬——復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)為了便于研究變形體各點的應(yīng)力狀態(tài),在變形體取出一個無窮小的六面體素,并以此微體的應(yīng)力狀態(tài)來代表總的應(yīng)力狀態(tài)在《材力》學(xué)習中,我們知道,存在三個互相⊥面,在其平面上只有正應(yīng)力,而無剪應(yīng)力,如圖示。名詞：主平面——剪應(yīng)力為零的平面主軸——與主平面⊥的各條軸線主應(yīng)力——作用在主平面上的正壓力。主應(yīng)力狀態(tài)——以主應(yīng)力表示的應(yīng)力狀態(tài)。主應(yīng)力狀態(tài)圖——表示主應(yīng)力與方向的圖形?？赡苡械闹鲬?yīng)力圖為：〔九種〔二應(yīng)變及主應(yīng)變狀態(tài)圖：應(yīng)變：微小六面體素的變形。主應(yīng)變：沿主軸方向的法向應(yīng)變主應(yīng)變狀態(tài)圖：表示微體三個主軸方向的應(yīng)變及方向的圖?？赡艿膽?yīng)變圖：〔三種應(yīng)變的表示方法：〔1絕對主應(yīng)變：公差△h=h-H△b=b-B△L=l-L〔2相對主應(yīng)變：相對尺寸變化量〔3實際主應(yīng)變：以某一瞬間的微量變化與該瞬間實際尺寸的比值的積分表示。結(jié)論：〔1塑變時,只有形狀改變無體積變化,即：ε1+ε2+ε3=0〔2必有一個主應(yīng)變與其它兩個主應(yīng)變符號相反〔3已知：ε1、ε2必知ε31-3沖壓用材料一、材料沖壓的沖壓成形性能：具有良好的沖壓性能：指材料對各種沖壓加工方法的適應(yīng)能力。材料沖壓性能指標與：材料硬度、剛度、塑性、各向異性等密切相關(guān)。如屈強比↓、彈性模數(shù)↑、塑性指數(shù)↑、厚向異性指數(shù)〔寬厚應(yīng)變比↑,板料平面各向異性指數(shù)↓等有利沖壓塑變。2、具有較高的表面質(zhì)量表面要求：光滑、無氧化層、無裂紋、劃傷等。我國對優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼板按GB710-88規(guī)定：1-特高級表面質(zhì)量分為2-高級精整表面3-較高級4-普通級每組按拉伸級別分Z-最深拉深S-深拉深P-普通拉深3、材料厚度公差應(yīng)符合國標：按GB708-88規(guī)定〔A高級SKIPIF1<0〔B較高級〔C普通級沖壓工藝與圖紙上的標記舉例如下：例：08鋼,厚：2mm,較高精度、高級的精整表面,深拉深鋼板。表示：鋼板：SKIPIF1<0SKIPIF1<0二、板料沖壓性能及試驗方法簡介：1、間接試驗法：拉伸試驗：常用剪切試驗硬度試驗金相檢查以上方法《材力》及《材料工藝學(xué)》中均已學(xué)過,不同的是采用板料作試驗,而不是用棒料。2、直接試驗：1彎曲試驗：用于t〈2,看往復(fù)彎曲次數(shù)。2脹形試驗：測量發(fā)生裂紋時,凸模的壓入深度〔杯突試驗。3引伸性能試驗：用不同直徑毛坯,破裂時K值,K值越大,性能越好。三、沖壓常用材料：普通碳素鋼板：Q235A、Q255A黑色金屬優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼板：08、10、15金屬合金結(jié)構(gòu)鋼板：65Mn黃銅鋼板：H62、H68有色金屬紫銅:T1、T2、T3鋁板及其合金非金屬：纖維板、膠合板、瓷、橡膠等其機械性能見表1-2、1-3〔講解。1-4冷沖壓設(shè)備及選用一、沖壓設(shè)備的分類及型號：機械壓力機人力式分類電磁壓力機電動式分類氣動壓力機液壓機開式1、按機身形式分：閉式單點2、按同一滑塊上的驅(qū)力點數(shù)分雙點四點單動3、按壓力機動作分：雙動4、按傳動機構(gòu)上傳動：傳動機構(gòu)工件臺之上；所在位置分：底傳動：傳動機構(gòu)工件臺下面。二、常用沖壓設(shè)備1、摩擦壓力機：〔見掛圖1工作原理：通過螺桿與螺母相對運動,帶動滑塊上下運動。2動作過程：〔按圖講解3結(jié)構(gòu)特點：〔1沖壓時,滑塊以加速下降,瞬間產(chǎn)生很大壓力〔2滑塊速度與飛輪與摩擦盤接觸松緊程度取決于手柄：壓緊→速↑;放松→速↓〔打滑〔3結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜〔4超負荷打滑,不損壞機器缺點：〔1輪緣摩損快,要經(jīng)常更換〔2生產(chǎn)率低,磨擦損失約：10%~15%2、偏心沖床：〔見掛圖1工作原理：電動機通過皮帶輪使偏心軸轉(zhuǎn)動,帶動滑塊上下運動2特點：①行程在一定圍可調(diào)②生產(chǎn)率高3偏心沖床行程的調(diào)整：〔按掛圖講解3、曲軸沖床〔見掛圖：1工作原理與上相同2結(jié)構(gòu)與上不同：主軸結(jié)構(gòu)不同,前者為曲拐軸或偏心軸,后者為曲軸。3特點：①行程較大②承受負荷較大4、壓力機連桿長度的調(diào)節(jié)：小型用→手動按掛圖講解大型用→機動5、打料裝置按掛圖講解作用：將上模中的廢料打下。三、沖壓設(shè)備的選用：1、設(shè)備類型選擇：中小型件的沖裁、彎曲、引伸——單柱開式壓力機大型件的沖裁、冷擠等——閉式或?qū)Ｓ美鋽D壓機校平、整形、冷擠等——摩擦壓力機大型引伸件——雙動沖床大批量生產(chǎn)——高速或多工位壓力機2、設(shè)備規(guī)格選擇：1、公稱壓力：是指滑塊離下死點前某一特定距離或角度時,滑塊所容許承受的最大作用力。沖裁時：P總×1.3≤P名2滑塊行程：引伸時：S>2h3行程次數(shù)：考慮：生產(chǎn)率允許變形速度4工作臺面：長寬>模具底座50~70mm孔>漏件或彈頂器5閉合高度：指滑塊在下死點位置時,滑塊下端面到工作臺面的距離。若其值減去墊板——裝模高度<Hmax-H1>-5≥H≥<Hmin-H1>+106電動機功率：對大型件或深引伸時,應(yīng)校核。表1-4為國產(chǎn)壓力機主要技術(shù)參數(shù)。小結(jié)：本章重點講解了沖壓工序分類及其特點、板料的沖壓性能,常用沖壓材料；常用冷沖壓設(shè)備的原理、特點以及選用；同學(xué)們應(yīng)熟練掌握。還介紹了板料沖壓性能的試驗與鑒定的幾種方法。對于"沖壓工序分類及其特點"主要掌握"變形工序、分離工序"及常用的"沖裁、彎曲、引伸"等基本工序。第2章沖裁工藝及沖裁模設(shè)計本章討論的"沖裁"是沖壓工藝中最常見也是最基本的工序,是本課程的重點容,詳講。2-1沖裁變形過程分析提出問題：沖件的斷面是否光亮？〔看實物、討論一、沖裁變形過程〔見掛圖及課件〔三個階段1、彈性變形階段：凸模下降,由于Z存在,表面產(chǎn)生拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力,產(chǎn)生彈性壓縮與彎曲,此時σv<σs,若凸模上升,恢復(fù)原形。2、塑性變形階段：凸模繼續(xù)下降,當σs<σv<σb時,部分金屬被擠入凹模洞口產(chǎn)生塑剪變形〔又因為Z的存在,在塑性變形的同時,還伴有材料的彎曲與拉伸,當σv>σb刃口側(cè)面材料產(chǎn)生微裂紋,塑變結(jié)束。3、斷裂階段：凸模繼續(xù)下降,拉伸力增加,裂紋向部擴展→分離。因此：沖裁過程的變形除了剪切外,還存在拉伸、彎曲、橫向擠壓等變形第頁,所以斷面不平整,不光滑。第頁二、沖裁件的斷面特征：1、圓角帶：由于第二階段開始時,Z的存在,材料受變形區(qū)的彎曲拉伸牽制而成。材料越軟→圓角帶越大。2、光亮帶：塑變開始時,凸模擠壓,切入材料,使斷面受到剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力→光亮帶〔垂直一般料厚的1/2~1/3,塑性↑→光亮帶↑。3、斷裂帶：由于拉應(yīng)力產(chǎn)生裂紋,→表面有斜度,斷面粗糙,塑性↓→斷裂帶↑、斜度↑。4、毛刺：第二階段末了產(chǎn)生的裂紋,在刃口附近的側(cè)面上,Z的存在,刃口不鋒利等因素,當沖件推出時產(chǎn)生了毛刺。因此：普通沖裁件的斷面有四個部分組成。三、提高沖件質(zhì)量的一般措施：1、利用支承板；2、↓Z；3、↑壓力機與模具剛性,↓制造誤差；4、合理選擇搭邊,潤滑等。小結(jié)：1、沖裁過程經(jīng)歷了彈性、塑變、斷裂三個階段2、沖件斷面的四個特征的形成,是由前三個階段應(yīng)力應(yīng)變形成的。2-2沖裁模間隙沖裁模間隙：指沖裁凸模與凹模之間的間隙。間隙對沖裁件質(zhì)量的影響1.間隙對沖裁件斷面質(zhì)量的影響：〔1間隙合理〔見掛圖2-5：上下裂紋重合,光面帶約三分之一料厚,剪切斷面的毛刺、斜度均很小,能滿足一般要求。〔2隙很小時〔見掛圖：上下裂紋不重合,材料被剪切和擠壓→第二光亮帶,有了潛伏裂紋,由于壓應(yīng)力↑,↓所以斜度、圓角、拉彎均小,斷面質(zhì)量提高?！?間隙太大時〔見掛圖：上下裂紋不重合,光亮帶小、斷裂帶大,同時,圓角帶,毛刺,斜度均大,拱彎現(xiàn)象大,斷面質(zhì)量差。由以上分析得出,↓↓Z→↑斷面質(zhì)量有影響。但對尺寸精度,模具壽命有什么影響？2.間隙對尺寸精度的影響：〔1間隙合理時,工件尺寸≈模具刃口尺寸〔2間隙太小時,落料后回復(fù),尺寸↑材料受壓應(yīng)力大：沖孔后回復(fù),尺寸↓〔3間隙太大時,落料后回復(fù),尺寸↓材料受拉應(yīng)力大：沖孔后回復(fù),尺寸↑間隙對模具壽命的影響間隙太小時,摩擦力大、變形抗力大、卸料力大、刃口磨損↑,壽命低。間隙太大時,摩擦力小、變形抗力小、卸料力小、刃口磨損↓,壽命高。間隙合理時,壽命介于兩者之間。例如實驗：用08F鋼,沖直徑相同的孔,取Z大的要比Z小的模具壽命高。何謂合理間隙值：在保證沖件斷面質(zhì)量和尺寸精度的前提下,使模具受力最小,壽命最高的標準間隙值。合理間隙值的確定1．理論確定法：依據(jù)上下裂紋重合,用幾何方法推導(dǎo),實用上意義不大。第頁2、經(jīng)驗確定法：查表2-3,2-4第頁查表注意點：〔1對沖件質(zhì)量要求高的查表2-3,如電子、儀表等零件?！?對沖件質(zhì)量要求一般的,采用較大間隙。查表2-4〔3對于公差等級<IT14的采用較大間隙值。如：715廠沖電位器簧片,采用大間隙后,大大提高了模具壽命。小結(jié)：由上分析知,間隙大小對沖件質(zhì)量、精度、模具壽命等影響較大,取合理間隙,意義重大。2-3沖裁模刃尺寸的計算沖件斷面如右圖〔可讓學(xué)生畫測量：落料件—大端→由凹模定沖孔件—小端→由凸模定落料沖孔一、計算原則：落料時,以凹模為基準,間隙取在凸模上沖孔時,以凸模為基準,間隙取在凹模上二、圓形凸,凹模刃口尺寸的計算1、計算公式〔掛圖2-8落料：Dd=<Dmax-xΔ>0+δdDp=<Dmax-xΔ-Zmin>0-δp沖孔：dp=<dmin+xΔ>0-δpdp=<dmin+xΔ＋Zmin>0+δd孔距：Ld=<Lmin+0.5Δ>±0.125Δ公式依據(jù)：〔1凹模磨損后變小凸模磨損后變大〔2模具精度所以,設(shè)計時,凹模取偏小凸模取偏大凸、凹模間隙取最小合理間隙值。注意應(yīng)校核:δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin必要時重新調(diào)整。例1：圖示工件,材料黃銅,t=1,計算刃口尺寸及公差解：1、分析：〔1分析：φ36——屬落料尺寸2-φ6——屬沖孔尺寸〔2查Zmin=0.08〔3查精度等級X=0.5、0.75〔4代公式：落料Dd=<Dmax-xΔ>0+δd=〔36-0.5*0.62SKIPIF1<0=35.69SKIPIF1<0Dp=<Dmax-xΔ-Zmin>SKIPIF1<0SKIPIF1<0=<35.69-0.08>SKIPIF1<0=35.61SKIPIF1<02、制造公差的選?。?分別制造時,σ凸、σ凹按IT6~ IT8級選取〔圓形注意校核：σ凸+σ凹≤Zmax-Zmin也可直接選?。沪野?0.6〔Zmax-Zminσ凸=0.4〔Zmax-Zmin2配制時,制造公差可?。?5%△三、異形凸、凹模刃口尺寸計算1、計算原則：與圖形相同2、計算方法：判斷磨損代公式A類尺寸—磨損后增大—代落凹公式B類尺寸—磨損后減小—代沖凸公式C類尺寸—磨損后不變—代沖凹孔距公式3、制造公差25%Δ按入體法標注用線切割時,公差可取小值例2：右圖示零件,材料Q235A,t=0.05mm求出凸凹模刃口尺寸。解：〔1分析：60、12、10——屬落料尺寸20、8、5——屬沖孔尺寸外形—落料—凹模磨損形—沖孔—凸模磨損〔2查公差定X=0.5、0.75〔3查Z,由P45——Zmin=0.04,Zmax=0.07△Z=0.07-0.04=0.03〔4定σ凸、σ凹,分別取IT7、IT8級〔5代公式：配作加工的標注應(yīng)注意：Ⅰ、沖孔凸模尺寸：沖孔凹模尺寸按凸模刃口實際尺寸配0.04雙向間隙Ⅱ、落料凹模：落料凸模按落料凹模實際尺寸配均勻雙向間隙0.04mm注意點：若采用分別制造,應(yīng)校核公差?！?-4排樣設(shè)計排樣：沖載件在板料、條料或帶料上的布置方法排樣設(shè)計時應(yīng)綜合考慮：η工件質(zhì)量生產(chǎn)率與成本模具結(jié)構(gòu)與壽命一、材料利用率：大量生產(chǎn)中材料占成本費60%左右材料利用率的計算公式：SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0總利用率：SKIPIF1<0廢料工藝廢料：料頭、搭邊結(jié)構(gòu)廢料：產(chǎn)品設(shè)計上需要,如孔計算排樣利用率方法計算法：用于簡單件圖解法：用于復(fù)雜件、剪樣直觀二、排樣方法：1、按材料利用率方法分有廢料排樣圖a少廢料排樣圖b無廢料排樣圖c2、按工件的形狀和排樣方式分,見表2-6詳講〔見掛圖三、搭邊和料寬的確定：1、搭邊值a的確定：搭邊的作用：補償定位誤差,并保持條料有一定的剛度便于送料。搭邊值↑→浪費材料搭邊值↓→引起條料斷裂彎曲,甚至"啃刃"應(yīng)綜合考慮：硬料a↓,軟料a↑大件或有尖角a↑厚料a↑,落料a↓彈壓卸料a↓固定卸料a↓a的確定：——表2-7條料寬度的確定：一般式：SKIPIF1<0條料公差查表2-8、2-9。a――搭邊值Dmm――送料方向最大尺寸有定距側(cè)刃時,SKIPIF1<0n――側(cè)刃個數(shù)側(cè)向?qū)О彘g距：見掛圖有側(cè)刃時：SKIPIF1<0SKIPIF1<0式中：SKIPIF1<0——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；SKIPIF1<0——側(cè)搭邊值,可參考表2.4.2,SKIPIF1<0；SKIPIF1<0——側(cè)刃數(shù)；SKIPIF1<0——側(cè)刃沖切的料邊寬度,見表2.4.5；SKIPIF1<0——沖切前的條料寬度與導(dǎo)料板間的間隙,見表2.4.4；SKIPIF1<0 ——沖切后的條料寬度與導(dǎo)料板間的間隙,見表2.4.5。SKIPIF1<0圖2.4.52-5沖裁力及壓力中心的確定目的：合理選擇沖床噸位一、沖裁力的計算：公式：P=KLt卸料力：〔1〔2〔3二、壓力機噸位：與采用何種卸料方式有關(guān)：三、降低沖裁力的措施：〔用于沖大件,料厚、設(shè)備噸位不夠時1>降低同時沖裁面積：斜刃口→↓P階梯凸?！齈2降低剪切強度,加熱沖裁→↓P1、階梯沖模沖裁：大凸模長小凸模短2、斜刃沖裁：沖孔,凸模斜刃落料,凹模斜刃如掛圖示。3、加熱沖裁：用于料較厚、表面質(zhì)量要求不高的零件。注意：應(yīng)避免蘭脆區(qū)和紅脆區(qū)。四、壓力中心的確定1對稱件的壓力中心位于幾何中心上2直線段的壓力中心位于直線中心上3圓弧線段的壓力中心如圖示4復(fù)雜零件及凸模模具的壓力中心：解析法圖解法〔1解析法：用《理力》學(xué)過的求力重心法原理：各分力對某軸的力距的代數(shù)和=諸力的合力對該軸的力距步驟：1建立坐標軸2算出各型孔的沖裁力3求出各孔壓力中心位置4代公式：〔2圖解法：用索多邊形法求各平行力的合力作用點2-6沖裁件的工藝性什么是沖裁工藝性：指工件對沖裁加工工藝的適應(yīng)性,既加工的難易程度。討論目的：在滿足使用要求的前提下,盡量使沖件結(jié)構(gòu)有利提高模具壽命,有利制造,有利降低成本。一．結(jié)構(gòu)工藝性：1．沖件形狀力求對稱→受力均勻2．盡量避免清角→降低應(yīng)力集中降低鑲拼處出現(xiàn)毛刺3．盡量避免過長懸臂和窄槽,→降低模具剛度、強度要求：b、h≥t4．沖件孔間距、孔邊距要求：C≥1.5tC≥t5．工件的園弧落料R=t切斷R>t6．最小孔徑：自由凸模沖孔表3-1〔41頁帶護套凸模表3-2二．公差和粗糙度要求1．精度：落料：IT10級沖孔：IT9級2．粗糙度：Rɑ可達12.5~3.2SKIPIF1<03．毛刺允高：0.01~0.05SKIPIF1<0三．材料工藝性：盡可能選用國家標準。在滿足產(chǎn)品使用前提的條件下降低成本以廉代貴以薄代厚以黑代有2-7凸模、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計一．模具零件分類工藝零件：直接參與完成工序。如：凸、凹模；按作用分結(jié)構(gòu)零件：在模具制造與使用中,起安裝導(dǎo)向,SKIPIF1<0裝配作用的零件。如：模架等。二．凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計1．凸模的分類1按斷面形狀分：簡單復(fù)雜2按刃口形狀分：平刃斜刃3按固定方法分：〔見下圖及掛圖鉚接：用于直徑小于14或料厚小于2的非圓凸模。臺肩：用于卸料力較大時螺釘緊固：用于大型凸模澆鑄：用于小、多的沖孔凸模4結(jié)構(gòu)形式：整體式直通式階梯式帶護套,〔見下圖及掛圖。2．澆鑄式：1低熔點合金：冷卻—澎脹,但凸模固定部分上要開槽；2環(huán)氧樹脂固定：粘接表面要粗糙；3無機粘接：粘接表面要粗糙,單邊配合間隙0.2至0.5適用圍大,操作簡單。3．凸模強度、剛度校核：對于細而長的凸模。1凸模最小斷面：使最小斷面應(yīng)力不小于凸模材料許用應(yīng)力。σ=SKIPIF1<0≤[σ]F=SKIPIF1<02凸模最大自由長度：沖裁凸模視為壓桿,用《材料力學(xué)》的歐拉公式校核其最大自由長度。為使凸模不失穩(wěn)彎曲,凸?？v向壓力應(yīng)小于凸模臨界壓力。即SKIPIF1<0根據(jù)歐拉公式Pc=SKIPIF1<0故SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0凸模考慮安全系數(shù)：SKIPIF1<0SKIPIF1<0三、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計1、凹模洞口類型：1>直刃口：制造方便,強度高,磨損后尺寸不變,但推件力大。2>錐筒式：刃口銳利,摩擦力、漲裂力小,但刃口強度低,刃口磨損尺寸變大。3>軟模〔雙錐：硬度↓,間隙靠擠壓。適用：軟料結(jié)構(gòu)的基本形式和固定方法1整體式凹模2結(jié)構(gòu)及固定：矩形或園形凹模板→用銷釘、螺釘固定。圓柱形凹?！门_階或直通式壓入固定板。3、輪廓尺寸：生產(chǎn)中用經(jīng)驗公式,主要考慮強度、固定位置。公式：凹模厚度：H=SKIPIF1<0凹模寬度〔垂直送料：B=SKIPIF1<0+<2.5~4.0>SKIPIF1<0凹模長度：L=SKIPIF1<0+2SKIPIF1<0計算結(jié)果：按標準取整。鑲拼式凹模優(yōu)點：〔1化復(fù)雜為簡單,化形為外形,便于成形磨削。〔2降低熱處理變形和避免尖角裂紋,避免大型模具熱處理的困難。1、鑲拼分塊要點：〔1、盡量按對稱線或徑向線分塊。如圖形〔2、尖角處分塊,如右圖〔3、型孔間距分塊,如圖形〔4、凹進,凸出易損處單獨拼〔5、園弧部分應(yīng)離切點見下圖示〔6、當凸,凹模同時鑲拼時,應(yīng)錯開3毫米以上〔避免毛刺3、鑲拼塊固定方式：〔1平面固定式：將拼塊直接固定在固定板上適用：大型凹模拼塊〔2嵌入固定式：各拼塊嵌入固定板后,再用螺釘固定適用：型塊小,不易加工情況〔3壓入固定式：拼塊鑲拼后,以過盈配合壓入固定板。適用：狹長條拼塊此外,還可用低溶合金澆注固定等作業(yè)：計算課本68頁圖2-37凹模輪廓尺寸。實驗課實驗一、沖模間隙實驗：實驗?zāi)康模和ㄟ^觀察和分析不同厚度的材料、模具的間隙不同時,對沖裁件斷面質(zhì)量及尺寸精度的影響實驗容：在沖床上安裝模具的方法用t=0.5、1、1.5的SKIPIF1<0材料在沖床上進行沖裁,B并觀察沖件斷面質(zhì)量,重點觀察四個特征區(qū),情況如何？卸下模具的方法實驗結(jié)果分析,當間隙相同而料厚不同時,對沖件斷面質(zhì)量的影響情況,反之,當料厚相同而間隙不同時,情況又怎樣？結(jié)論要求：同學(xué)們做出實驗報告實驗二：沖模拆裝實驗實驗?zāi)康模和ㄟ^模具拆裝,對模具的結(jié)構(gòu)有了初步的認識,熟悉模具各零部件的作用講解與演示認識模具各零部件畫出模具的主視圖、俯視圖草圖在鉗工桌上,用銅棒及扳手按要求拆開模具觀察模具部結(jié)構(gòu),并畫出草圖上潤滑劑,重新裝配模具要求：通過拆裝,畫出草圖,完成實驗報告報告容〔兩個實驗分別寫出,按指導(dǎo)書實驗?zāi)康膶嶒炂鞑膶嶒灢襟E實驗結(jié)果分析結(jié)論2-8沖裁模的結(jié)構(gòu)及定位零件的設(shè)計沖裁模的分類按工序種類分：落料模、沖孔模等按工序組合程度分：單工序模、復(fù)合模、連續(xù)模3、按有、無導(dǎo)向分：無導(dǎo)向：開式模有導(dǎo)向：導(dǎo)板模導(dǎo)柱模4、按自動化程度分：手工,半自動模、自動模二、典型沖裁模結(jié)構(gòu)分析分析方法：工件圖→主要工作部分→定位、導(dǎo)向、卸料→構(gòu)件?！惨?、單工序模：1、落料模：固定導(dǎo)板模,見掛圖2-29及課件特點：1>間隙由導(dǎo)板保證,導(dǎo)板與凸模H7/h6配合2>沖件精度較高3>模具壽命較高4>安裝簡便,操作安全缺點：制造麻煩〔配合精度高適用：小件且形狀不太復(fù)雜的工件注意點：1凸模不能離開導(dǎo)板2適用于偏心沖床2、導(dǎo)柱彈頂落料?！矆D2-30掛圖特點：1導(dǎo)柱導(dǎo)向,間隙易可靠保證2沖件精度高,有彈頂件,工件平整、不易分層3安裝方便,模具壽命高缺點：1模具笨重2成本高適用：大批量且精度要求較高,形狀復(fù)雜工件3、沖孔模1、懸臂凹模式：特點：〔1凸模用導(dǎo)板導(dǎo)向〔2凹模懸臂,結(jié)構(gòu)簡單〔3對稱孔用銷定位,深度用定位圈定位缺點：懸臂易折斷適用：批量不大的t↓的沖件2側(cè)壁沖孔模特點：〔1水平方向沖孔,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜〔2受力均勻,壽命較長〔3廢料能自動掉下。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜適用：批量較大、t↑的筒形件的側(cè)面沖孔?！捕?fù)合模：一次行程中,同一部位進行數(shù)道工序的模具。1、倒裝復(fù)合模：〔圖2-34掛圖及課件。特點：1落料模裝在上模2導(dǎo)柱導(dǎo)套用H7/h6配合3少一套打料裝置4采用浮動沖頭把5凸,凹模有漲裂力,最小壁厚見表2-12適用：精度要求較高、批量較大的場合2．順裝復(fù)合模特點：1落料凹模在下面2多一套打料裝置,凸凹模無料積聚3下模有頂料裝置,工件平展,斷面質(zhì)量好4結(jié)構(gòu)復(fù)雜,清除廢料麻煩5零件易嵌入料孔適用：1工件精度要求高,平整度要求高2邊距小,材料厚度較小2-8沖裁模的結(jié)構(gòu)及定位零件的設(shè)計〔續(xù)〔三連續(xù)模：一付模具中,條料在不同位置連續(xù)完成不同工序的模具。1．單沖落料連續(xù)?！矆D2-37掛圖課件。特點：〔1采用固定卸料板〔2擋料釘粗定位、導(dǎo)正釘精定位〔3始用擋板起始定位〔4結(jié)構(gòu)簡單,但送料麻煩適用于：批量不是很大時,料厚較大時。2．雙側(cè)刃沖孔落料連續(xù)?！矆D2-41掛圖特點：〔1斜對排樣〔2雙側(cè)刃定距,精度高〔3彈壓卸料板起卸料、壓料、導(dǎo)向,<小孔凸模復(fù)雜時,要加小導(dǎo)柱導(dǎo)向>〔4于采用自動送料裝置適用：料厚t較大、精度較高、表面要求較高、大批量的零件。3．彈壓導(dǎo)板連續(xù)模：〔圖2-42掛圖及課件。特點：〔1凸模與導(dǎo)板H7/H6配合與固定板間隙配合〔2采用組合彈壓導(dǎo)板導(dǎo)向、精度高〔3模具壽命高,沖件精度高,但成本高適用:批量大,沖件復(fù)雜,要求平整,凸模易損壞或硬質(zhì)合金模具。SKIPIF1<0Ⅰ、定位零件：坯料定位1、擋料釘：固定式：磨菇頭式：結(jié)構(gòu)簡單鉤式：孔遠些,但制造麻煩活動式：用于倒裝式：落料模復(fù)合模始用式：連續(xù)模條料的起始定位2、定位板與定位釘：用于單件毛坯定位：孔定位外形定位工作部分h——課本70頁表3、側(cè)刃：定距作用按導(dǎo)向：有導(dǎo)向：用于料厚大時1分類無導(dǎo)向：用于料厚小時、制造刃磨方便按斷面形狀分：矩形側(cè)刃：用于t＜1.5且要求不高時；成形側(cè)刃：用于t＜0.5且要求較高時；尖角特殊側(cè)刃：成形零件部分邊緣。2排列：單：步距較短雙：錯開：條料全長得到應(yīng)用對稱：精度要求高時下圖為矩形側(cè)刃與成形側(cè)刃定距比較：3制造公差：一般按h6〔凸模制造,孔按實際尺寸加單面間隙配制。4、導(dǎo)正銷：與擋料銷配合使用降低定位誤差1固定方式：落料凸模上：用于零件孔導(dǎo)正,有六種方式.見掛圖。固定板上：用于工藝孔導(dǎo)正,有三種方式,見掛圖。2導(dǎo)正銷工作部分尺寸：導(dǎo)正銷的頭部為30°錐形工作h、Z——見課本70頁表2-13注意：1當導(dǎo)正銷與擋料銷配合使用時,擋料銷位置2與側(cè)刃配合使用時,側(cè)刃尺寸應(yīng)比進距稍大0.0055．導(dǎo)料板和側(cè)壓裝置。見掛圖Ⅱ、卸料零件：卸料板：固定卸料板用于t＞0.5時與凸模配合間隙：無導(dǎo)向：0.2—0.6有導(dǎo)向：0.01—0.03彈壓卸料板：用于t較小、N較小的場合。與凸模配合間隙：無導(dǎo)向：0.1—0.3有導(dǎo)向：0.01—0.03注意點：1凸臺高度卸料板應(yīng)高出刃口工作面0.3~0.5mm2、卸件器與頂件器：〔見掛圖1推板〔或頂板外形與落料模——間隙配合,一般按H7/h8配合,若零件要求平整時按H7/f7配合。2打板形式：掛圖6種選用考慮：受力分布均勻不削弱模柄〔座強度C、模架及導(dǎo)向零件：〔基本實現(xiàn)標準化1、模架：上模座彈壓導(dǎo)向模架：彈壓導(dǎo)板下模座模座導(dǎo)柱導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)套按導(dǎo)柱位置分類：對角：受力均衡中間：用于窄型件后側(cè)：用于小型件四導(dǎo)柱：用于大型件且精度要求高時導(dǎo)向零件：應(yīng)用最廣的圓柱形導(dǎo)柱分為滑動式：使用最多滾珠式：過盈配合,用于較精密的模具上,特別是連續(xù)模上。導(dǎo)柱、導(dǎo)套與上、下模座配合：H7/R6Ⅲ、支撐零件1、上、下模座：安裝全部模具零件,構(gòu)成模具總體并傳遞壓力。設(shè)計要點：〔1按標準選用〔2要有足夠的剛度、強度2、模柄：〔1模柄：固定在壓力機滑塊孔〔2結(jié)構(gòu)形式：用于模架上：圖用于開式模中：圖3、凸模固定板與墊板：1凸模固定板：外形取凹模外形尺寸與凸模：H7/m62墊板：外形同上,厚度等于60%的凹模厚度。是否選用？是以凸模尾端單位壓力是否大于模座許用應(yīng)力而定。〔四連續(xù)模排樣注意點尺寸公差要求高的,工步不宜太多孔距公差要求較高時,盡量在同一步或鄰步?jīng)_出3．孔壁小的,其孔可分步?jīng)_出4．凹模壁厚小的,應(yīng)該空一步5．側(cè)刃位置應(yīng)考慮模具壽命6．零件較大,批量大,可采用連續(xù)復(fù)合成形

2-9其他沖裁模一．硬質(zhì)合金沖裁模1．什么是硬質(zhì)合金沖裁模：指凹或凸?；蛲埂寄＞捎糜操|(zhì)合金材料制造的模具。2．硬質(zhì)合金特點：優(yōu)點：硬度高,耐磨,抗壓強度高,彈性模數(shù)大國比較：硬質(zhì)合金模比碳鋼模壽命高幾十或成百倍比合金模具鋼高20到30倍凸模用硬質(zhì)合金與鋼模配合使用可提高3到5倍凸模用鋼與硬質(zhì)合金配合便用可提高6到7倍缺點：成本高〔3-4倍,脆,抗拉強度低,韌性差3．適用：大批量生產(chǎn)4．選用材料：較常用含鈷量高,韌性高,但硬度低5．硬質(zhì)合金模具設(shè)計要點：排樣設(shè)計〔1盡量避免凸模單邊受力〔2盡量使搭邊大于料厚〔搭邊斷后會嵌入模具〔3一付模具不宜是出件太多〔制造困難〔4工件半徑R應(yīng)大于料厚結(jié)構(gòu)設(shè)計：模架要有足夠剛性〔45鋼,厚比鋼大1.5倍導(dǎo)向精度高〔滾珠或可換式,間隙大,硅鋼板的Z比一般↑25℅到30℅?！?墊板：硬度和韌性較高〔45鋼加厚,沖裁力分散〔4易損件應(yīng)采用熱處理〔5最好用固定卸料板,當料厚小時,采用彈壓卸料板時,應(yīng)注意導(dǎo)向。〔6>凸、凹模固定應(yīng)牢靠固定方法：螺釘或帶度壓板固定冷壓,熱壓銅焊,銀釬焊,粘結(jié),澆鑄等〔易裂少用。6．實例分析結(jié)構(gòu)特點：〔1用浮動模柄〔2用滾珠導(dǎo)柱〔3平行四排排樣〔4導(dǎo)柱易換式〔帶錐套〔5用機械固定法：凸模螺釘固定凹模壓板、臺肩二．小孔沖模〔一小孔沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計要點：小孔凸模盡量短,提高其強度和剛性。1用厚墊板短凸模結(jié)構(gòu)〔圖2-75掛圖下面講解2用帶護套凸?！矆D3-2已講過3用導(dǎo)料板導(dǎo)向〔圖3-54已講過4用降低沖裁力的措施。如增大間隙,錐形刃口模5提高凸模同軸度〔使間隙均勻〔二結(jié)構(gòu)示例1．厚墊板短凸模結(jié)構(gòu)〔圖3-75,掛圖結(jié)構(gòu)特點：〔1厚墊板,短凸?！?凸模由導(dǎo)料板導(dǎo)向,H7/h6配合〔3采用組合卸料板,用固定板導(dǎo)向,H7/h6配合〔4凸模與固定板間隙配合〔5采用矩形彈簧壓料〔6先裝配上模,同軸度高2．小凸模精密沖孔模〔圖3-76及掛圖結(jié)構(gòu)特點：〔1用浮動模柄〔2用雙導(dǎo)向精密彈壓導(dǎo)板結(jié)構(gòu)〔3加厚上模和底座〔4短凸模,橡皮裝在上模座上〔5沖裁時凸模只伸出t+2～33．小凸模材料選用及制造直接用圓鋼絲或小推桿或縫紉針用CrWMn或W9Cr4V2材料制造2-9其他沖裁?！怖m(xù)三、簡易沖裁模特點：結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,成本低,特別適合于新產(chǎn)品試制?！惨痪郯滨ハ鹉z沖裁模指采用聚氨酯橡膠代替鋼質(zhì)落料凹模、沖孔凸模的模具。1．聚氨酯橡膠及其沖裁模特點1聚氨酯橡膠是一種介于橡膠和塑料之間的彈性材料特點：〔1有一定的硬度和彈性〔2耐磨性高,強度高〔3耐油性高,耐老化〔4具有良好的機械加工性能2模具特點：〔1結(jié)構(gòu)簡單,制作方便〔2工件精度易保證,質(zhì)量好〔3可加工薄料且復(fù)雜的零件〔4便于更換維修〔5但需沖裁力較鋼模大〔6易失效,還不適于大批量生產(chǎn)2．沖裁過程沖裁時,聚氨酯橡膠模墊先全部壓緊毛坯,利用聚氨酯的彈性變形,迫使材料在鋼質(zhì)刃口處產(chǎn)生拉伸、彎曲等復(fù)雜應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài),直到材料斷裂分離。應(yīng)用：適宜沖制t小的復(fù)雜零件3．典型結(jié)構(gòu)分析：按2-54,2-56掛圖講解4．鋼質(zhì)凸,凹模設(shè)計1計算原則：落料計算凸模沖孔計算凹模2計算公式：落料凸模按普通沖裁落料凹模公式計算；沖孔凹模按普通沖裁沖孔凸模公式計算。5．壓邊圈和推桿1壓邊圈和推桿：使橡皮外于封閉狀態(tài),控制橡皮變形程度。壓邊圈與容框的間隙應(yīng)為0.2~0.4以我國生產(chǎn)的聚氨酯牌號：常用橡膠廠或化工研究所生產(chǎn)的橡皮。沖裁時,適合的硬度為：肖氏硬度70~90化學(xué)成份：氨基甲酸酯為主鏈的彈性體2頂桿〔推桿：加強度靜水壓力效果,提高孔質(zhì)量按孔大小可選用不同類型〔孔不宜太大。3容框：與壓邊圈一樣,其倒角、尺寸應(yīng)比聚氨酯橡膠小,提高單位壓邊力?！捕\基合金沖裁模1鋅基合金沖裁?；瘜W(xué)成份〔常見兩種與性能參數(shù)：〔13%Cu4%AL0.03~0.05%Mg93%Zn〔2<0.75~1.25%>Cu<3.5~4.3%>Al<0.03~0.43>Mg其余為Zn。注意點：鋅的鈍度應(yīng)在99.95%以上,否則會產(chǎn)生晶間腐蝕,降低機械性能。性能參數(shù)：熔點380℃抗壓強度SKIPIF1<0=860MPa,抗拉強度SKIPIF1<0=210MPa,收縮率Ф=1%,硬度HB=120~130,比重6.7g/cm2鋅基合金配制配制50%Cu+50%Al中間合金,其熔點580取50%中間合金+純Al在坩鍋溶化,加溫至680~700撤渣后加入預(yù)熱溫度150~200℃〔4撤渣,再用鐘壓入鎂塊,充分攪拌,鑄錠備用鋅基合金沖裁模的澆鑄①凸模預(yù)熱至150~200℃②將熔化的鋅基合金澆入〔450℃③冷卻后,取走凸模,使用時,銑削一薄層就可用。為了提高凹模硬度,在150~250℃4鋅基合金沖裁模結(jié)構(gòu)〔如圖2-57,及掛圖5鋅基合金模的沖裁過程〔1磨合和自衛(wèi)動調(diào)整間隙階段初始,刃口鋒銳,間隙=0,沖裁時,凹模承受很大的軸向擠壓力,刃口急劇磨損,很快有了小圓角,間隙由0到間隙合理,這一階段歷時少,沖幾次就完成了?！?合理間隙,穩(wěn)定沖裁階段此時,凹模側(cè)壁正常磨損,但凹模刃口端面周邊附近軸向壓塌→徑向收縮與徑向磨損→達到動態(tài)平衡?！?模具損壞階段：當無法補償時,間隙太大,造成損壞。6沖裁件的斷面：有很小的圓角帶和單向裂紋擴展形成的光潔剪裂帶7凸、凹模刃口尺寸計算方法：同聚氨酯橡膠沖模鋅合金凹模尺寸：厚不小于30洞口高度比普通沖裁大2~5洞口至邊緣尺寸不小于40注意點<1>塔邊比普通沖裁大<2>凸模進入凹模深度t+2~4mm。2-10提高沖裁件斷面質(zhì)量和精度的措施一、整修：指用整修模除去沖裁件粗糙不平的斷面與錐度,達到光滑垂直斷面〔可達IT7~6級,Ra0.8~0.4um〔一外緣整修1切光余量整修法：如左圖多余金屬沿一定方向?qū)訉娱_裂,最后切去由于崩刃,形成一條約0.1mm的粗糙帶,因此毛坯大端應(yīng)朝凹模整修次數(shù)：t<3mm,外形簡單的一次整修t>3mm,或有尖角的,多次整修修前落料模尺寸:D=〔D+Y圖示D=〔D+Z+Y整修模尺寸：按通沖裁計算。2擠光法：凸模強行擠入帶有圓角或錐形的模,形成光潔面擠光量：0.04~0.06mm凸模=凹模尺寸+〔0.1~0.2t〔二孔的整修：1切余量法：與外緣整修不同的是用凸模切除余量凸模尺寸按式〔3~4+收縮量擠光法：用帶凸筋芯棒強行擠入。適用軟料〔應(yīng)考慮收縮量小間隙圓角刃口沖裁：與整修工藝比較：采用條、帶料直接沖出,減少設(shè)備、模具等輔助工時。特點：〔1刃口一個鋒利,另一個帶小圓角或橢圓角。〔R=10%t落料—凹模圓角沖孔—凸模圓角〔2Z↓↓=0.01~0.02〔3P比普通沖裁力大50%適用：塑性教好的有色金屬及軟鋼,如軟鋁、紫銅、軟黃銅、08F等。制件公差I(lǐng)T11~IT8級,Ra=1.6~0.4um注意點：〔1設(shè)計凹模時,應(yīng)減去間隙值0.02~0.05um〔2工件應(yīng)避免尖角〔會撕裂3、負間隙沖裁：特點：〔1凸模刃口鋒利,凹模帶小圓角R=<5~10%>t〔2負Z、凸>凹：圓形件間隙均勻>0.1t非圓形件間隙不均勻〔3P比普通↑↑,沖孔Al>30~60%、沖軟黃銅↑2.25~2.8倍,凹模宜用預(yù)應(yīng)力組合凹模。適用：塑性較好的有色金屬及合金IT11~8級、Ra=0.8~0.4um的零件。注意點：<1>沖時,凸模應(yīng)離凹模0.1~0.2mm<2>設(shè)計時,凹模應(yīng)減去0.02~0.05mm的回彈值。四、上下沖裁五、對向凹模沖裁〔較少用,自學(xué)六、齒圈壓板精沖法：見下圖及掛圖：1特點：〔1采用齒圈壓板壓料〔2小Z圓角凹模,使材料處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)〔3頂桿壓料〔4制件質(zhì)量高↑〔可達IT8~6級,Ra=0.8~0.4um〔5但需用專用精沖壓力機〔6模具加工要求高、成本高適用：精度要求高、批量較大的零件2、精沖件的工藝性：〔1材料：塑性好,如：鋁、黃銅、低C鋼〔2不允許尖角或R↓↓〔撕裂、崩刃,按2-69查R〔3孔徑和槽寬不能太小,孔的最小直徑、槽寬查圖2-71,查圖方法：A、由t、σb→b'B、由L/b'=x,L=xb'查L——xb'連線→b〔4壁厚：C2—圖2-72、C1=0.85C2,C3視為窄帶由圖2-70值定〔5齒形：精沖齒輪,齒厚S應(yīng)≥0.6t最小S=0.4t3、精沖力計算：P=<1.3~1.5>Ltτ=<1~1.2>Ltσb壓邊力:Q=<0.2~0.4>P頂板反壓力:Q1=<0.1~0.15>P4、凸、凹模間隙Z：Z取〔1~2.5%t,生產(chǎn)中常取0.01mm5、凸、凹模刃口尺寸及圓角半徑：計算方法同普通沖裁,但X=0.67R：落料凹模：取0.01~0.03mm沖孔凸模：取0.01mm以下6、齒圈壓板：作用：限制沖裁區(qū)外圈材料隨凸?！蛲鈹U以形成三向壓應(yīng)力,從而避免剪裂產(chǎn)生。對于：d>30~40mm的孔也應(yīng)做頂板,當t>4mm時,凹模也應(yīng)作齒圈壓板,但齒應(yīng)錯開。齒圈的布置：采用近似法,如圖〔a幾何參數(shù)：〔圖by≥0.05~0.1mmt=1~4mm：h=0.2ta=0.7tt>4mmh=0.17ta=0.6t7精沖模結(jié)構(gòu)要求：〔1模架精密,Z=0.002~0.005mm〔2模架足夠的剛度、強度〔3Z均勻〔4凸模進入凹模0.025~0.05mm〔5使頂板受力均勻,高出模面0.2mm〔6工作部分應(yīng)選用耐磨、微變形材料〔7考慮排氣8實例分析：〔1固定凸模式精沖模：〔2-75及掛圖,與彈壓導(dǎo)板式順裝復(fù)合模相似。結(jié)構(gòu)特點：A、凸模固定在上模上B、齒圈壓板由滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)向C、壓板力、頂板力由壓力機的上、下柱塞提供適用：沖裁大或窄長的零件〔及孔很多時?！?活動凸模式精沖模：〔圖2-76及掛圖結(jié)構(gòu)特點：A、倒裝式B、落料凸?；顒舆m用：沖裁力小〔150tf以下、中小制件〔3簡易精沖模：〔圖2-77及掛圖與復(fù)合模相似,但多了齒圈壓板、矩形彈簧,在剛性好的沖床上用。注意點：A、a↑B、把復(fù)雜或精密的一邊放在送料側(cè)C、應(yīng)使用潤滑劑,鋼件可用磷化、皂化處理2-11非金屬材料沖裁一．非金屬材料分類：按用途分：襯墊材料：如紙板,毛氈皮革等絕緣材料：有機玻璃,石棉,云母等2．按材料性質(zhì)分：纖維,彈性材料：石棉,皮革等脆性材料：云母,有機玻璃等二．非金屬材料的沖裁特點：1．斷面上有碎沫2．沖件孔邊緣有裂紋3．孔周邊有脫層和脹起〔發(fā)白起泡4．脹縮現(xiàn)象不易控制三．模具結(jié)構(gòu)：1．采用尖刃凸模：結(jié)構(gòu)特點：〔1凸模呈管狀〔2下模用硬質(zhì)木板或軟有色金屬適用：纖維、彈性材料及各種熱塑性材料的落料模。2．強力壓板和小Z=〔2~3t%的模具?！财胀_裁Z=〔8~10t%適用：脆性、中脆材料注意：1t>1.5的脆性材料應(yīng)預(yù)熱80~130℃2排樣時,使零件的最大尺寸與材料紋向一致四．凸,凹模刃口尺寸計算1不加熱時,與普通沖裁不同的是考慮回彈量。公式〔2—32至2—342加熱時：與普通沖裁不同的是應(yīng)加上平均收縮量見公式〔2—35至2—37小結(jié)：本章是沖壓工藝中最常見最基本的工序,是本課程重點容,是學(xué)習其他各章節(jié)的基礎(chǔ)。要求熟練掌握"排樣設(shè)計"、"凸、凹模刃口尺寸計算"、"沖裁力的計算"、"凸模結(jié)構(gòu)的基本形式與固定方法"、"整體凹模的設(shè)計及標準的選取"、"典型沖裁模的結(jié)構(gòu)與設(shè)計特點",對于"其它沖裁模"、"精沖"、"整修"、"非金屬沖裁"主要掌握模具結(jié)構(gòu)和主要設(shè)計特點。.第3章彎曲彎曲：指把材料彎曲成一定形狀的工序彎曲用的毛坯：板料彎曲用的設(shè)備：沖床壓彎棒料彎板機折彎管材彎管機壓彎型材滾彎機滾彎拉彎機拉彎自動彎曲機雖然彎曲用的毛坯種類較多,所使用的設(shè)備工具亦不相同,但其變形過程及其特點是有其共同規(guī)律的。本章就普通板料塑性彎曲和通用沖床使用的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計作介紹3-1彎曲變形過程及其特點一．金屬板料的彎曲過程：〔以最簡單的V形件為例,其他形狀零件變形機理相同1．凸?！?板料彎曲,毛坯直邊與凹模工作面漸靠近彈性彎曲；凸模繼續(xù)↓,毛坯彎曲區(qū)逐漸↓,直到與凸模三點接觸；凸模繼續(xù)↓,毛坯直邊部分朝反方向彎曲,直到與凸模的圓角直壁恰好接觸,彈—塑性彎曲。最后凸模↓壓卡,校正—塑性彎曲。二．板料塑性彎曲過程中的現(xiàn)象與特點由網(wǎng)格試驗法,觀察分析彎曲時部變形情況〔見掛圖觀察：1直邊網(wǎng)格不變,α變化2α區(qū)的網(wǎng)格：1．縱向：彎曲前、彎曲后情況。說明：①層纖維受壓↓,外層纖維受拉↑,中間有中性層；②外區(qū)切向纖維伸長,→寬,厚向↓區(qū)切向纖維縮短,→寬,厚向↑→翹曲板料短,厚度大,剛度↑時,翹曲不明顯；當板料長,厚度小,剛度↓時,翹曲明顯2．橫向：層越靠近表面,網(wǎng)格距離↓,外層越靠近外表面,網(wǎng)格距離↑,說明：1中性層移2變形區(qū)厚度t↓3變形區(qū)長度l↑4彎板件：B<3t→剖面畸變明顯B>3t→剖面畸變不明顯結(jié)論：主要特點：1中性層移2變形區(qū)料厚減薄3變形區(qū)板料長度增加4彎曲后可能翹曲與剖面畸變。.3-2應(yīng)變中性層的位置及最小彎曲半徑的確定應(yīng)變中性層的位置：彎曲前變形區(qū)的體積：V=lBt=彎曲后變形區(qū)的體積：V=<R-r>B因為：V=V所以：應(yīng)變中性層：r+kt二、最小相對彎曲半徑Rmin/t：〔Rmin—臨界彎曲半徑影響Rmin/t的因素：材料機械性能：塑性指標：δεΦ↑→Rmin/t↓；彎曲中心角α：雖然ε與α無關(guān),但由于纖維相互制約作用,α↓→變形分散效↑→Rmin/t↓；如α=120~135°,比α=90°的Rmin/t可↑30~50%；α〈90°,Rmin/t↓20%。板料邊緣及表面狀態(tài)：邊緣冷作硬化,毛刺〔如落料等表面劃傷→Rmin/t↑退火狀態(tài)→Rmin/t↓；折彎方向：彎曲線垂直紋向→Rmin/t↓彎曲線平行紋向→Rmin/t↑最小相對彎曲半徑的數(shù)值：Rmin/t→查表4-1,盡量r≥t厚料r≥2t當特殊要求工件R〈Rmin時,應(yīng)采取以下措施：〔1↑材料塑性軟化退火加熱彎曲↑斷面質(zhì)量〔2加整形工序：↓R→工件R；側(cè)銑槽,↓t<變形區(qū)>；3-3彎曲件的工藝性一、彎曲件材料要求：δ↑、σ↓、Ε↑→材料塑性好、不易開裂、狀準確、回彈↓。較宜用的有：軟鋼〔含C不大于0.2、黃銅、鋁等,脆性↑的材料〔如磷青銅、鈹青銅、彈簧鋼等要↑r/t,非金屬材料,若脆性↑〔如有機玻璃要預(yù)熱。二、彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性：彎曲件孔線距離：t<2→L≥t,t≥2→L≥2t否則,開工藝槽或先彎曲后沖孔；2、彎曲件的直邊高度：H≥2t,否則,壓槽;3、增添工藝孔、槽或缺口4、切口彎曲,彎曲部分做成梯形5、添加連結(jié)帶,彎后切除6、對稱彎曲,彎后切開四、彎曲件的尺寸公差：盡量在IT13級以下,△α>15′否則應(yīng)整形。3-4彎曲力的計算彎曲力的大小與：毛坯尺寸材料性能彎曲方式有關(guān)彎曲間隙等如右曲線圖示a可看出,彎曲方式對彎曲力影響較大。如圖b彎下圖工件:采用自由彎曲時：P自=136kgf采用校正彎曲時：P校=1950kgf一、計算彎曲力的目的：設(shè)計彎曲?！矎姸葐栴}選擇設(shè)備〔能量和安全問題二、計算方法：查表3-9三、設(shè)備噸位確定：P總≤〔0.7~0.9P〔N3-5彎曲時的回彈彎曲回彈的表現(xiàn)形式：1、曲率減小：△r=r-SKIPIF1<0,SKIPIF1<02、彎角↑,SKIPIF1<0→SKIPIF1<0,△Φ=Φ-SKIPIF1<0,二、影響回彈的因素：1、材料的機械性能：σ∕E↑,加工硬化↑→回彈大〔1圖σ相同,E>E,r/t相同,回彈ε1<ε2退火軟鋼1回彈<錳黃銅2〔2圖σ>σ。E相同,r/t相同ε3>ε4冷作硬化鋼3回彈>退火軟鋼42、對彎曲半徑〔r/tr/t↓→ε↑當變形程度由ε1→ε2時雖然回彈值ε1<ε2但塑性形變值：ε1-ε1<ε2-ε2由材力知：r/t↓→ε↑→↓3、彎曲中心角α:α↑——變形長度↑——彈性變形累積↑——回彈角↑?！驳珜無影響4、彎曲條件：1、彎曲方式：自由彎曲：回彈校正彎曲：回彈2模具間隙：Z/2↑>t→材料沒壓緊→回彈↑Z/2↓<t→材料被拉薄趨勢→回彈↓3工件形狀與一次彎曲成形角的數(shù)量形狀復(fù)雜,一次成形角數(shù)量↑→相互補償,低消部分回彈→回彈量↓三、回彈值的確定：依據(jù)：純塑性彎曲,算出回彈值,試模后修正方法：查經(jīng)驗表格〔考慮上述因素。1r/t<5—8時,〔因為△r教小,只考慮△α,可查表4-3試模后修正。當α≠90°時,△α=———或查電子管廠編的《冷沖壓與彎曲機模具》P162---P166的表4-4表4-7。注意點：字母不同,含義不同。這里指是的△φ而不是△α。2r/t>5—8時,〔△r、△α都要考慮用計算法,試模后修正。彎曲板料：r=SKIPIF1<0㎜α=SKIPIF1<0公式中：r—工件的圓角半徑〔mmα—工件的圓角半徑所對應(yīng)的弧長中心角彎曲圓形截面棒料時：r=SKIPIF1<0㎜解題步驟：求r/t<→5—8時,查表法→△α→試模后修正。>→5—8時,計算法→r、α→試模后修正。書本上的例題純粹代公式,較簡單,同學(xué)們課后自學(xué)。四、降低回彈的措施：由于在塑性變形的同時,伴隨著彈性變形,所以很難完全消除回彈,生產(chǎn)中采取一些措施來降低回彈,以提高彎件尺寸精度。一般可從以下幾方面考慮：1彎曲件設(shè)計上2彎曲的工藝上3彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計上下面舉例說明生產(chǎn)中如何親取措施來降低回彈,提高彎件精度例：欲彎曲圖示工件,問如何保證工件要求解：1、分析：工件形狀簡單,除了角度外,其他尺寸,沒有公差要求可按IT14-13級處理,所以本題關(guān)鍵是解決回彈問題,以保證達圖要求；確定回彈值：因為r/t=16/1=16——用計算法查表7-2得E=2.01*10⒌MPa、σ=300MPa求出r、α3、降低回彈的措施：彎件設(shè)計上考慮：能否改用σ↓E↑性能穩(wěn)定的材料。如08因為r/t↑,工件上能否采用加加強筋的辦法？2從彎曲的工藝上考慮：是否采用退火軟化用校正彎曲—自由彎曲要不要采用拉彎工藝：拉彎過程：毛壞放入兩頭夾緊→預(yù)緊毛壞→彎曲→施加拉力→貼模成形。拉彎工藝↓回彈的原理：一般彎曲：外層受拉,層受壓,毛壞復(fù)直↑回彈拉彎：外層均受拉應(yīng)力,應(yīng)力、應(yīng)變趨于一致降低回彈。3從模具結(jié)構(gòu)上：〔1補償法：〔如右圖及掛圖〔2加大局部變形程度。用于t=0.8時〔如右圖及掛圖還有如加大壓料力、減小Z辦法、采用彈性凹模等辦法。綜合以上分析后,本例先采用補償法,把凸模做成α=84°以及控制局部變形程度的辦法,較簡單,試模后可修正。有時還可考慮其他辦法,綜合使用。小結(jié)：本次課介紹了彎曲件卸載后的回彈現(xiàn)象、影響回彈的因素、回彈值的確定以及減少回彈的措施等容。重點為影響回彈的因素和減少回彈的措施部分容,因為只有清楚地知道影響回彈有哪些方面因素,才能有效地減少回彈。同學(xué)們要學(xué)會根據(jù)具體的問題具體分析,然后綜合思考、比較,提出解決問題的辦法,還可看參考書,不斷提高自己分析問題和解決問題的能力。3-6彎曲件展開長度的確定一、彎曲件中性層位置的確定：1．板料塑性彎曲時,隨著ε↑移,從理論上說,由于變形區(qū)厚度方向變形不均,中性層是一拋物面。但理論計算的實用價值不大〔因為彎曲精度一般在IT13級以下為了計算方便,生產(chǎn)中常用經(jīng)驗公式確定。即當彎曲變形程度↓時,r/t≥10,ρ=r+t/2當彎曲變形程度↑時,r/t<10,t↓↓,ρ=r+Kt2．鉸鏈彎曲:常用于卷圓,由于由壓應(yīng)力↑,板的厚度大,中性層外移,所以k>0.5,K=0.5—0.7〔r/t↓——k↑圓桿件彎曲：〔ρ外移當r≥1.5d,剖面畸變不明顯。K=0.5當r<1.5d,剖面畸變明顯.k查表4-5二、彎曲件的展開長度計算：有圓角半徑的彎曲<r>0.5t>:L=∑Li+∑AiLi:各直邊長度Ai:各圓角展開長度,A=2．<r>0.3t>小圓角彎曲：采用等體積法：彎前=彎后,推倒出：L=l1+l2+xtx系數(shù)為0.4—0.6,3.鉸鏈彎曲：L=l+<r+Kt>書本上彎曲展開計算的例子較簡單,同學(xué)們自看,也可以直接查表3-9小結(jié)：彎曲件尺寸計算注意點：精度要求高時,應(yīng)將工件尺寸換算成中間尺寸,而后進行計算。2．K系數(shù),不同資料有所不同,一般憑經(jīng)驗確定,若無經(jīng)驗時,應(yīng)先做彎模后做落料模.3-6彎曲件的工序安排生產(chǎn)中多數(shù)彎曲件不能一次彎曲成形,而工序安排的好壞直接影響：零件質(zhì)量、模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)效率、廢品率、生產(chǎn)成本等。工序安排的依據(jù)：零件的生產(chǎn)批量零件的形狀和材料零件的尺寸大小及精度序安排的要點：1、先彎外角后彎角2．后次彎曲不應(yīng)使前次彎曲部分變形3．前次彎曲應(yīng)考慮后次彎曲的定位4．操作方便,生產(chǎn)安全三、工序安排舉例：兩道工序彎曲成形：SKIPIF1<0三道工序彎曲成形：SKIPIF1<0成對彎曲成形：SKIPIF1<03-7彎曲模結(jié)構(gòu)引入：彎曲模結(jié)構(gòu)與沖裁模結(jié)構(gòu)的不同點：〔1工作部分有圓角〔2Z大〔3塊料毛坯〔4有回彈。一、結(jié)構(gòu)設(shè)計要點：1.可靠的定位和壓料裝置〔防料偏移2.應(yīng)避免毛霈有拉落現(xiàn)象3.沖床塊到下死點時,應(yīng)使毛坯得到校正4.彎回彈大的材料,應(yīng)考慮模具試模修理的可能性二、彎曲模典型結(jié)構(gòu)分析：主要考慮：生產(chǎn)批量,制件精度,形狀,材料等一般分：簡單彎模：垂直運動,用于形狀簡單復(fù)雜彎模：垂直水平運動,用于形狀復(fù)雜、大批量。〔一V形彎曲模：V形：直邊相差不大L形：直邊相差較大1、圖3-45V形件彎模〔掛圖結(jié)構(gòu)特點：〔1結(jié)構(gòu)簡單〔可彎同類型、但邊長不等的工件〔2定位板可調(diào)節(jié)小〔3高度修整方便適用：形狀相同、角度相同,但長度、厚度不同的V形件生產(chǎn)中L形彎曲模〔圖3-46及掛圖特點：〔1頂板壓料〔2定位釘定位〔3凸模有導(dǎo)向適用：有孔的單彎形制件L形校正彎曲?！矆D3-47特點：凹模和頂塊的斜面起校正作用回彈小U形件彎曲?！矆D3-48及掛圖1．U形件彎曲?！?圖為自由彎曲模用于底部要求不高的工件〔2圖為校正彎曲模用于底部要求高的工件〔3圖為活動凸模式用于料厚公差大,且外側(cè)要求高的工件〔4圖為活動凹模式用于料厚公差大,且側(cè)要求高的工件〔5圖為鉸鏈翻板模用于兩邊孔同軸度要求較高時2.圓桿件彎曲模：〔圖3-49特點：凹模為滾動轉(zhuǎn)輪,凸,凹模工作部分為半圓形,摩擦力小適用：圓形截面材料3.四直角形件彎曲?？刹捎靡淮纬尚位騼纱纬尚?但一次成形,應(yīng)注意變薄現(xiàn)象〔圖3-50、3-51為改進可采用擺塊式結(jié)構(gòu)〔圖3-50右圖4.活動凸模式彎曲模：Z形件彎曲?！矆D3-53注意點：應(yīng)采用兩次動作,否則形狀不準確斜楔式彎曲模：〔圖3-54及掛圖特點：先彎U形件后,上模帶動滑塊向移動。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、芯軸強度小注意點：運動的配合,防止卡死、芯軸斷裂或制件形狀不準確5.圓形件彎曲：彎曲方法：〔1d〈5時先彎U——O〔如圖3-55〔2d〉5時先彎成波浪形后成型〔如掛圖3-56設(shè)計特點：第一種：是利用材料的失穩(wěn)進行注意：斜面的設(shè)計第二種：先彎形狀再合并注意：〔1定位〔2取件6．鉸鏈彎?！矆D3-57及掛圖特點：不移位,不偏移,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜注意點：頂板力不宜太大,否則強度不夠3-8彎曲模工作部分設(shè)計彎模工作部分是指：r凸,r凹,H、h、Z等一、r凸、r凹的設(shè)計：1．r凸:考慮：太小——拉裂太大——回彈高確定：當r/t<5-8且不小于r最小時,取r凸=r工當r小于