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热加工工艺基础第二章 第四节 板料冲压

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第二章 金属塑性成形
第四节 板料冲压(P93)
板料冲压是利用装在冲床上的冲模对金 属板料加压,使之产生变形或分离,从而获 得零件或毛坯的加工方法。 又称薄板冲压或冷冲压。

板料冲压的特点:(P93)
1)在常温下加工,金属板料必须具有足够的塑性和较低 的变形抗力。 2)金属板料经冷变形强化,并获得一定的几何形状后, 结构轻巧,强度和刚度较高。 3)冲压件尺寸精度高,质量稳定,互换性好,一般不需 机械加工即可作零件使用。

4)冲压生产操作简单,生产率高,便于实现机械化和自 动化。

板料冲压的特点:(P94)
5)可以冲压形状复杂的零件,废料少。

6)冲压模具结构复杂,精度要求高,制造费用高,只适 用于大批量生产。
冲压工艺广泛应用于汽车、飞机、农业机械、仪表电 器、轻工和日用品等工业部门。 常用冲压件演示

二、冲裁(P94)
冲裁是利用冲模使板料 沿封闭轮廓分离的工序: 包括冲孔和落料两个具体 工序。 冲 孔 和 落 料 两个 工序 的变形过程和模具结构是 一样的 冲 孔 是 在 板 料上 冲出 孔洞 而 落 料 是 得 到与 孔洞 同样形状的板料。 如图所示。

1、冲裁过程:板料冲裁时有变形和分离两个过程;

如图所示,当凸模向下运动压住板料时,板料受到挤 压,产生弹性变形并进而产生塑性变形,当上下刃口附近 材料内的应力超过一定限度后,即开始出现裂纹,裂纹扩 展,板料切离。

冲裁区可分为塌角、光亮带、剪裂带和毛刺四部分。光亮带 具有最好的尺寸精度和光洁的表面。其它三个区域降低冲裁 件质量。这与凹凸模间隙、刃口锋利程度、模具结构、材料 的性质,板料厚度等有关。

2、模具间隙(P95)
模具间隙对冲裁质量和模具寿命有重大影响,是 冲裁的重要工艺参数。 间隙合适,上下裂纹重合,断口表面平整,毛刺 小,冲裁力小。 间隙太大,材料的拉伸变形增大,塌角、毛刺、 剪裂带均增大,冲裁质量恶化; 间隙太小,上下裂纹不重合,断口中部出现撕裂, 毛刺也会增大,还会加速模具模损,冲裁质量很快恶 化;

冲裁后,冲下件的尺寸和余料的相应尺寸是不同的, 二者相差数值为模具间隙的两倍。 d1=d0+Z 故在设计冲孔模具时,应使凸模刃口尺寸等于孔的尺 寸,凹模刃口尺寸为孔的尺寸加两倍间隙值; 落料模具时,凹模刃口尺寸为成品尺寸,凸模刃口尺 寸为成品尺寸减去相应间隙值。模具间隙一般为板料厚度 的5~10%,

3、设计冲裁件的要求 (1)简化模具制造,降低生产成本。 (2)考虑排料方便,节约原材料。 如图为四种不同排样方法消耗材料的对比。 排样可分为无搭边排样(图d)和有搭边排样(如 图a、b、c)。

*冲裁件的修整:

利用修整模沿冲裁件的外缘或内孔,切去一薄层金属,以 除去塌角、剪裂带和毛刺,提高尺寸精度和降低表面粗糙度。
修整冲裁件的外形为外缘修整,修整内孔为内缘修整。

如图所示。

三、弯曲:(P96)
弯曲是将平直板料弯成一定角度和圆弧的工序。 1.弯曲过程 (1)冲头下降与板料接触后,板料开始弯曲。 (2)RO较大,LO较大。

(3)RO减小为R1.L0减小为L1.
(4)R和L继续减小,板 料内侧开始于凸模的工作 表面接触。 (5)L2段以外语凸模接 触向反方向弯曲。

(6)R\L继续减小.
(7)板料与凸凹模完全 贴合。

三、弯曲:
如图所示变形区外层金属受切向拉应力作用,发生伸 长变形; 内层金属受切向压应力作用,产生压缩变形; 在这两个应力-应变区之间存在一个不产生应力和应变 的中性层,位置在板料的中心部位。

板料的外层金属产生的拉伸量最大,所受的拉应力最 大,甚至可能被拉裂。

弯曲变形区的外表层存在最大的切向拉应力和最大的伸长 变形,是最危险的部位,如果最大拉应力超过材料的强度极限, 则会造成板料破裂。
最大拉应力与弯曲半径,板料厚度,材料性能有关。 为了防止拉裂,(1)应尽量选用强度高而塑性好的材料。 (2)限制弯曲半径,使实际弯曲半径大于材料允许的最小半 径。(3)并在下料时,使拉应力方向和锻造流线方向一致。 如图所示。 (4)防止板料表面划伤。

2、弯曲件弹复(回弹):
塑性弯曲使板料产生弹性变形和塑性变形,当外载荷 去除后,弹性变形部分恢复,从而使板料产生与弯曲方向 相反的变形 。 如图所示。

2、弯曲件弹复(回弹):
弹复现象会影响弯曲件的尺寸精度,材料的屈服强 度越高,弹复角越大; 弯曲半径越大,弹性变形所占比例越大,弹复角越大; 弯曲半径不变时,弯曲角越大,弹复角越大。

弯曲生产过程

2.弯曲件弹复(回弹): 克服弹复现象的措施有:
1)利用弹复规律,改变弯曲角度(增加弯曲度,使弯曲后 的角度小于规定角度)

2.弯曲件弹复(回弹): 克服弹复现象的措施有:

2)采用整形弯曲,如下图所示,即减少凸模与板料的接 触面积,使冲压力集中在弯曲变形区,改变变形区金属内 侧受压、外侧受拉的应力状态。

2.弯曲件弹复(回弹): 克服弹复现象的措施有:

2)采用拉弯工艺。拉弯时先加一个纵向拉力,使板料的 应力大于板料的屈服强度,然后再拉力作用下进行弯曲, 由于板料的整个横截面都处于拉应力状态,应力分布于均 匀拉伸相似,卸载后不发生角度弹复。

四、拉深: 是使平面板料变为开口的中空形状零件的冲压工序, 又称拉延。 拉深件种类很多,大体可分为旋转件、矩形件和复 杂件,如图所示。

四、拉深: 对较深零件还可采用多次拉深法,如图所示。

1)拉深变形过程:
拉深过程如图所示, 拉深生产过程

在凸模压力作用下,处于凸模底部的板料被压入凹模, 形成筒底,在拉深过程中基本不变形;

冲头周围环形区域的金属,则变形为拉深件的筒壁。

1)拉深变形过程:
板料在拉深过程中 的变形过程和应力分布 如图示, 拉深零件的侧壁由 底部以外的环形部分变 形后形成,受轴向拉应 力; 尚未进入凹模的环 形区存在径向拉应力和 切向压应力。

2.拉深缺陷及其防止 底部和侧壁的拉应力应限制在不使材料发生塑性变 形内,而环形区内的径向拉应力应达到或超过材料的屈 服极限,任何部位的应力总和应小于强度极限。否则会 造成拉穿缺陷。 环状变形区的切向压力不宜过多,以防止板料出现 皱折,并采取措施预防。

拉深缺陷

*拉深系数与拉深次数。
m 拉深系数,板料拉深时的变形程度, ? d / D,即拉深 后的工件直径与板料直径或半成品直径之比。

拉深系数越小,生产率越高,拉深应力越大,能保证 拉深过程正常进行的最小拉深系数,称为极限拉深系数。 它与材料的内部组织,机械性能,板料相对厚度,冲 模的圆角半径,间隙值及润滑条件有关。

对不能一次拉制成形的可多次拉深,拉深系数可取大
些。

*拉深缺陷预防具体措施: 1)拉深模具的工作部分,应加工成合理的圆角, 2)控制凸模和凹模之间的间隙 ; 3)合理的拉深系数;

4)为减少由于摩擦引起的拉深件内应力的增加及减少模 具磨损,应涂润滑剂。
5)为防止皱折,通常用压边圈将工件压住,但压力应适 中。

五、其他成形工序 其他成形工序有: (1)起伏 (2)胀形 (3)翻边 (4)缩口 (5)扩口

等。

(1)起伏

起伏是在板料或半成品上使局部金属变薄以形成局部凸 起或凹陷的变形工序,常用的有压制肋条,凸台、凹槽等。
压肋生产过程

(2)胀形

胀形是将板料或空心半成品上的局部表面胀大的工序。
胀形生产过程

(3)翻边:是使平板坯料上的孔或外圆]获得内、外凸缘 的变形工步。如图所示。 翻边生产过程

(4)收口。

收口生产过程

六、典型冲压件工序实例 冲压件变形工序的选择是根据冲压件的形状、尺寸 和每个变形工步所允许的变形程度确定的。 例:汽车消声器的冲压工序

练习:弹复现象会影响弯曲件的尺寸精度, 弯曲半径越大,弹 性变形所占比例越大,弹复角越_____; 弯曲半径不变时,弯 曲角越大,弹复角越_____。 练习:冲孔时,工件尺寸为_____模尺寸, 落料时,工件的尺寸 为_____尺寸。 练习:拉深变形过程中,底部和侧壁的拉应力应限制在不使材 料发生塑性变形内,而环形区内的径向拉应力应达到或超过材 料的( ),任何部位的应力总和应小于( ),否则会造成 拉穿缺陷。

A. 屈服极限
B. 强度极限 C.比例极限 D.弹性极限



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