塑性成型5.ppt
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第二章第二章板料成型工艺板料成型工艺板料的冲压成型是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。
这种加工方法通常是在常温下进行的,所以又叫冷冲压或板料冲压。
图2-2-1板料的冲裁变形过程板料冲压的特点:
板料冲压的特点:
板料冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工,所以便于实现自动化,生产率很高,操作简便。
冲压件一般不需再进行切削加工,因而节省原材料,节省能源消耗。
板料冲压常用的原材料有低碳钢以及塑性高的合金钢和有色金属,从外观上看多是表面质量好的板料或带料,所以产品重量轻、强度高、刚性好。
因冲压件的尺寸公差由冲模来保证,所以产品尺寸稳定,互换性好,可以加工形状复杂的零件。
板板料料冲冲压压的的应应用用:
由于板料冲压具有上述独到的特点,所以在批量生产中得到广泛的应用。
在汽车、拖拉机、航空、电器、仪表、国防以及日用品工业中,冲压件所占的比例都相当大。
冲压生产可以进行很多种工序,其基本工序有分离工序和变形工序两大类。
第一节第一节分离工序分离工序分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。
如落料、冲孔、切断等。
一、落料及冲孔一、落料及冲孔落料及冲孔(统称冲裁)是使坯料按封闭轮廓分离的工序。
落料和冲孔这两个工序中坯料变形过程和模具结构都是一样的,只是取舍不同。
落料是被分离的部分为成品,而周边是废料;冲孔是被分离的部分为废料,而周边是成品。
例如冲制平面垫圈,制取外形的冲裁工序称为落料,而制取内孔的工序称为冲孔。
冲裁的应用十分广泛,它即可直接冲制成品零件,又可为其它成形工序制备坯料。
11冲裁变形过程冲裁变形过程冲裁件质量与模具结构、冲裁时板料变形过程有密切关系。
当凸凹模间隙正常时,其过程可分为三个阶段(图2-2-1)。
1.11.1冲裁变形过程三阶段冲裁变形过程三阶段
(1)
(1)弹性变形阶段弹性变形阶段在凸模压力下,材料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形,凹模上的板料则向上翘曲,间隙越大,弯曲和上翘越严重。
同时,凸模稍许挤入板料上部,板料的下部则略挤入凹模洞口,但材料的内应力未超过材料的弹性极限。
图2-2-1板料冲裁变形过程第一阶段
(2)
(2)塑性变形阶段塑性变形阶段凸模继续压入,材料内的应力达到屈服极限时,便开始产生塑性变形。
随凸模挤入板料深度的增大,塑性变形程度增大,变形区材料硬化加剧,冲裁变形力不断增大,直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时,塑性变形阶段结束。
图2-2-1板料冲裁变形过程第二阶段(3)(3)断裂分离阶段断裂分离阶段已形成的上下微裂纹,随凸模继续压入沿最大剪应力方向不断向材料内部扩展,当上下裂纹重合时,板料被剪断分离。
图2-2-1板料冲裁变形过程第三阶段1.21.2冲裁变形区的应力与变形情况和冲裁件切断面形状分析冲裁变形区的应力与变形情况和冲裁件切断面形状分析图2-2-2冲裁区应力、应变情况及冲裁断面状态图由图2-2-2可知,冲裁件的切断面具有明显的区域性特征,由塌角、光面、毛面和毛刺四个部分组成。
塌塌角角aa:
它是在冲裁过程中刃口附近的材料被牵连拉入变形(弯曲和拉伸)的结果。
光光面面bb:
它是在塑性变形过程中凸模(或凹模)挤压切入材料,使其受到剪切应力和挤压应力的作用而形成的。
毛毛面面cc:
它是由于刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展断裂而形成的。
毛毛刺刺dd:
冲裁毛刺是在刃口附近的侧面上材料出现微裂纹时形成的。
当凸模继续下行时,便使已形成的毛刺拉长并残留在冲裁件上。
图2-2-2冲裁区应力、应变情况及冲裁断面状态图要提高冲裁件的质量,就要增大光面的宽度,缩小塌角和毛刺高度,并减少冲裁件翘曲。
2.2.冲裁过程的工艺因素分析冲裁过程的工艺因素分析冲裁件断面质量主要与凸凹模间隙、刃口锋利程度有关。
同时也受模具结构,材料性能及板厚等因素的影响。
2211凸凹模间隙凸凹模间隙凸凹模间隙不仅严重影响冲裁件的断面质量,而且影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。
当当间间隙隙过过小小时时,如图2-2-3a所示,上、下裂纹向外错开。
两裂纹之间的材料,随着冲裁的进行将被第二次剪切,在断面上形成第二光面。
因间隙太小,凸凹模受到金属的挤压作用增大,从而增加了材料与凸凹模之间的摩擦力。
这不仅增大了冲裁力、卸料力和推件力,还加剧了凸、凹模的磨损,降低了模具寿命(冲硬质材料更为突出)。
因材料在过小间隙冲裁时,受到挤压而产生压缩变形,所以冲裁后的外表尺寸略有增大,内腔尺寸略有缩小(受压后,弹性回复)。
但是间隙小,光面宽度增加,塌角、毛刺、斜度等都有所减小,工件质量较高。
因此,当工件公差要求较严时,仍然需要使用较小的间隙。
图2-2-3间隙对冲裁断面的影响图2-2-3间隙对冲裁断面的影响当间隙过大时,当间隙过大时,如图2-2-3c所示,
(1)上、下裂纹向内错开。
材料的弯曲与拉伸增大,拉应力增大,易产生剪裂纹,塑性变形阶段较早结束,致使断面光面减小,塌角与斜度增大,形成厚而大的拉长毛刺,且难以去除。
(2)冲裁的翘曲现象严重。
(3)由于材料在冲裁时受拉伸变形较大,所以零件从材料中分离出来后,因弹性回复使外形尺寸缩小(受拉后,弹性恢复),内腔尺寸增大。
(4)推件力与卸料力大为减小,甚至为零,材料对凸、凹模的摩擦作用大大减弱,所以模具寿命较高。
因因此此,对对于于批批量量较较大大而而公公差差又又无无特特殊殊要要求求的的冲冲裁裁件件,可可采采用用“大大间间隙隙”冲冲裁裁,以以保保证证较较高高的的模模具寿命。
具寿命。
图2-2-3间隙对冲裁断面的影响当当间间隙隙合合适适时时,如图2-2-3b所示,上、下裂纹重合一线,冲裁力、卸料力和推件力适中,模具有足够的寿命。
这时光面约占板厚的l2l3左右,切断面的塌角、毛刺和斜度均很小。
零件的尺寸几乎与模具一致,完全可以满足使用要求。
合理的间隙值可按表2-2-l选取。
对于冲裁件断面质量要求较高时,可将表中数据减小13。
材料种类材料厚度tmm1.40.40.41.21.22.52.5446软钢黄铜硬钢磷青钢铝及铝合金(软)铝及铝合金(硬)0.010.02mm0.010.05mm0.010.04mm0.010.03mm0.010.03mm710t1017t812t812t1014t912t1825t1114t1112t1314t1214t2527t1417t1112t1314t1518t2729t1820t1112t1314t表表2-2-12-2-1冲裁模合理间隙值冲裁模合理间隙值(双边毫米双边毫米)2.2凸凹模刃口尺寸的确定在冲裁件尺寸的测量和使用中,都是以光面的尺寸为基准。
落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的,而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的。
故计算刃口尺寸时,应按落料和冲孔两种情况分别进行。
设设计计落落料料模模时时,应先按落料件确定凹模刃口尺寸,取凹模作设计基准件,然后根据间隙Z确定凸模尺寸(即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值)。
设设计计冲冲孔孔模模时时,先按冲孔件确定凸模尺寸,取凸模作设计基准件,然后根据间隙Z确定凹模尺寸(即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值)。
冲模在工作过程中必然有磨损,落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大,而冲孔件尺寸则随凸模的磨损而减小。
为了保证零件的尺寸要求,并提高模具的使用寿命,落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小的尺寸。
而冲孔凸模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。
2.32.3冲裁力的计算冲裁力的计算冲裁力是选用冲床吨位和检验模具强度的一个重要依据。
计算准确,有利于发挥设备的潜力。
计算不准确,有可能使设备超载而损坏,甚至造成严重事故。
平刃冲模的冲裁力按下式计算:
(7-1)式中冲裁力,N;冲裁周边长度,mm;坯料厚度,mm;系数,常取1.32;材料抗剪强度,MPa,可查手册或取=0.8。
2244冲裁件的排样冲裁件的排样图图2-2-4不同排样方式材料消耗对比不同排样方式材料消耗对比排样是指落料件在条料,带料或板料上合理布置的方法。
排样合理可使废料最少,材料利用率大为提高。
图2-2-4为同一个冲裁件采用四种不同的排样方式材料消耗对比。
图2-2-4不同排样方式材料消耗对比落料件的排样有两种类型落料件的排样有两种类型:
无搭边排样和有搭边排样。
无无搭搭边边排排样样是用落料件形状的一个边作为另一个落料件的边缘(图2-2-4d)。
这样排样材料利用率很高。
但毛刺不在同一个平面上,而且尺寸不容易准确。
因此只有在对冲裁件质量要求不高时才采用。
有有搭搭边边排排样样即是在各个落料件之间均留有一定尺寸的搭边。
其优点是毛刺小,而且在同一个平面上,冲裁件尺寸准确,质量较高,但材料消耗多。
图2-2-2冲裁区应力、应变情况及冲裁断面状态图二、修整二、修整修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属,以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺,从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。
修整冲裁件的外形称外缘修整。
修整冲裁件的内孔称内孔修整(图2-2-5)。
图2-2-5修整工序简图l-凸模;2-凹模修修整整的的机机理理修整的机理与冲裁完全不同,与切削加工相似。
修修整整余余量量及及修修整整次次数数修整时应合理确定修整余量及修整次数。
对于大间隙落料件,单边修整量一般为材料厚度的10,对于小间隙落料件,单边修整量在材料厚度的8以下。
当冲裁件的修整总量大于一次修整量时,或材料厚度大于3mm时,均需多次修整,但修整次数越少越好。
修修整整模模的的凸凸凹凹模模间间隙隙凸凹模间隙对于修整件的质量影响很大,必须精心设计。
例如外缘修整模的凸凹模间隙,单边约取0.001O.01mm。
也可以采用负间隙修整,即凸模大于凹模的修整工艺。
修整修整冲裁件的精度冲裁件的精度修整后冲裁件公差等级达IT6IT7,表面粗糙度Ra为0.81.6m。
三、精密冲裁三、精密冲裁普普通通冲冲裁裁工工艺艺的的缺缺点点普通冲裁获得的冲裁件,由于公差大,断面质量较差,只能满足一般产品的使用要求。
利用修整工艺可以提高冲裁件的质量,但生产率低,不能适应大批生产的要求。
精精密密冲冲裁裁的的优优点点在生产中采用精密冲裁工艺,可以直接从板料中获得公差等级高(可达IT6IT8级)、粗糙度小(可达O.8O.4m)的精密零件。
生产率高。
可以满足精密零件批量生产的要求。
精精密密冲冲裁裁法法的的基基本本原原理理精密冲裁法的基本出发点是改变冲裁条件,以增大变形区的静水压作用,抑制材料的断裂,使塑性剪切变形延续到剪切的全过程,在材料不出现剪裂纹的冲裁条件下实现材料的分离,从而得到断面光滑而垂直的精密零件。
精精冲冲模模的的结结构构带齿压料板精冲落料模的工作结构,它由普通冲模l、凹模4、带齿压料板2和顶板5组成。
它与普通冲裁的弹性落料模(图2-2-6b)之间的差别在于精冲模压料板上带有与刃口平面形状近似的齿形凸梗(称齿圈),凹模刃口带圆角,凸、凹模间隙极小,带齿压料板的压力和顶板的反压力较大。
所以,它能使材料的冲裁区处于三向压应力状态,形成精冲的必要条件。
精精密密冲冲裁裁过过程程是:
压边圈形齿首先压人板料,在形齿内侧产生向中心的侧向压力,同时,凹模中的反压顶杆向上以一定压力顶住板料,当凸模下压时,使形齿圈以内的材料处于三向压应力状态。
精精密密冲冲裁裁的的精精度度为避免出现剪裂状态,凹模刃口一般做成R0.010.03mm的小圆角。
凸、凹模间的单面间隙小于板厚的0.5%这样便使冲裁过程完全成为塑性剪切变形,不再出现断裂阶段,从而得到全部为平直光洁剪切面的冲裁件。
精密冲裁可获得精度IT7IT6、表面粗糙度Ra0.80.4m的冲裁件。
)精精密密冲冲裁裁用用设设备备精冲需要专用的精冲压力机,模具加工要求高,同时对精冲件材料和精冲件的结构工艺性有一定要求。
只有具备了这些充分条件,才能达到精冲的目的。
第二节第二节变形工序变形工序变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。
如弯曲、拉深、翻边、胀型、旋压等。
一、弯曲一、弯曲1.1.弯曲变形过程弯曲变形过程1.11.1概念概念弯曲是将坯料弯成一定角度、一定曲
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