《板料冲压成型工艺》PPT课件.ppt

第 八 章 板 料 的 冲 压 成 形 工 艺 板 料 的 冲 压 成 形 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 在 常 温 下 进 行 ， 所以 又 叫 冷 冲 压 。 板 料 冲 压 具 有 如 书 中 的 4条 优 点 正 是 板 料 冲 压 具 有 独 到 的 优 点 ， 所 以 在 生 产 中 得到 了 广 泛 的 应 用 。 在 汽 车 、 拖 拉 机 、 航 空 、 仪 器 仪 表 、国 防 和 家 用 电 器 中 ， 冲 压 件 占 有 很 大 的 比 重 。 由 于 用 冷 冲 压 加 工 的 零 件 的 形 状 、 尺 寸 、 精 度 要求 、 生 产 批 量 、 原 材 料 性 能 各 不 相 同 ， 因 此 生 产 中 采用 的 冷 冲 压 是 多 种 多 样 的 ， 概 括 起 来 其 基 本 工 序 可 分为 两 大 类 ： 分 离 工 序 和 变 形 工 序 。 第 一 节 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 、 精 冲 等 。 一 、 落 料 及 冲 孔 （ 统 称 冲 裁 ） 落 料 ： 被 分 离 的 部 分 是 成 品 ， 而 周 边 是 废 料 冲 孔 ： 被 分 离 的 部 分 是 废 料 ， 而 周 边 是 成 品 1、 冲 裁 变 形 过 程 冲 裁 件 质 量 、 模 具 结 构 与 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 。 (1) 冲 裁 变 形 过 程 的 三 个 阶 段 弹 性 变 形 阶 段 塑 性 变 形 阶 段 断 裂 分 离 阶 段 冲 裁 件 的 切 断 面 具 有 明 显 的 区 域 特 征 ， 它 由 四 个 部分 组 成 即 塌 角 （ 圆 角 带 ） ； 光 面 （ 光 亮 带 ） ； 毛 面 （ 断裂 带 ） ； 毛 刺 。 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 。 （ 2） 冲 裁 件 切 断 面 上 的 区 域 特 征 2、 凸 凹 模 间 隙 凸 凹 模 间 隙 不 仅 严 重 影 响 冲 裁 件 断 面 品 质 ， 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 。 （ 1） 当 间 隙 过 小 时 ， 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 。 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（ 弹 性 回 复 ） 。 仪 器 仪 表 、 精 密 机 械 和 家 用 电 器 采 用 小 间 隙 冲 裁 。 （ 2） 当 间 隙 过 大 时 ， 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 ， 工 件毛 刺 大 、 翘 曲 变 形 大 。 在 过 大 间 隙 冲 裁 时 ， 由 于 材料 的 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 ， 内 腔 尺 寸 增 大 。 工 件 品 质 较差 。 对 于 批 量 较 大 而 公 差 又 无 特 殊 要 求 的 冲 裁 件 ， 可 采用 大 间 隙 冲 裁 （ 如 汽 车 、 拖 拉 机 及 工 程 机 械 中 厚 板 冲 裁 ） （ 3） 当 间 隙 合 适 时 ， 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 。 零 件 断 面 质量 良 好 ， 零 件 尺 寸 几 乎 和 模 具 一 致 ， 完 全 可 以 满 足 使 用要 求 。 3.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 计 落 料 模 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（ 缩 小 凸 模 保 证 间 隙 ） 设 计 冲 孔 模 时 ， 先 按 冲 孔 件 确 定 凸 模 尺 寸 ， 取 凸 模作 设 计 基 准 ， 然 后 根 据 间 隙 Z确 定 凹 模 尺 寸 。 （ 扩 大 凹模 保 证 间 隙 ） 。 在 冲 裁 中 因 凸 凹 模 有 磨 损 ， 为 了 提 高 模 具 使 用 寿 命 ，落 料 凹 模 取 工 件 公 差 范 围 内 的 较 小 尺 寸 。 冲 孔 凸 模 取 工件 公 差 范 围 内 的 较 大 尺 寸 。 垫 圈 例 ： 有 一 垫 圈 如 图 所 示 ， 材 料 为 Q235，料 厚 3mm， 试 确 定 凸 、 凹 模 的 尺 寸 。 若 用22的 凸 模 来 落 22的 料 ， 落 料 件 的 尺 寸 是多 少 ？ 能 达 到 精 度 要 求 ？ 解 ： 1.冲 孔 （ 以 凸 模 为 设 计 基 准 ， 凸 模接 近 或 等 于 工 件 最 大 尺 寸 ） 400.0375.0025.00025.000min 0 02.00 22375.22)3.0075.22()( 075.22)1.075.022()( dpd pp Zdd xdd 2.落 料 （ 以 凹 模 为 设 计 基 准 ， 凹 模 接 近 或 等 于 工 件 最 小 尺 寸 ）0.59 0.570 02.00 02.00min 03.0003.000 3659.36)3.06.893()( 89.36)15.075.037()( pp dd ZDD xDD 3.用 22的 凸 模 来 落 22的 料 ， 落 料 件 尺 寸 为 22.375， 不 能 满足 精 度 要 求 。 4.冲 裁 力 的 计 算 冲 裁 力 是 选 择 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 ， 造 成 严 重 事 故 。 平 刃 冲 模 的 冲 裁 力 按 下 式 计 算 ： P KL 5.冲 裁 件 的 排 样 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 。 落 料 件 的 排 样 有 两 种 类 型 ： 无 搭 边 排 样 和 有 搭 边 排样 。 无 搭 边 排 样 是 用 落 料 件 形 状 的 一 个 边 作 为 另 一 个 落 料件 的 边 缘 。 这 种 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 搭 边 排 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 精 确 ， 质 量 较 高 ， 但 材 料 消 耗 多 。 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 冲 裁 件 切 断 面 上 存 留 的 剪 裂 带 和 毛 刺 ， 从 而 提高 冲 裁 件 尺 寸 精 度 和 降 低 表 面 粗 糙 度 的 一 种 工 艺 方 法 ， 如图 所 示 。 三 、 精 密 冲 裁 精 密 冲 裁 可 以 直 接 从 板 料 中 获 得 公 差 等 级 高 ， 表 面 粗 糙 度 小 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 密 冲 裁 法 的 基 本 出 发 点 是 改 变 冲 裁 条 件 ， 以 增 大 变 形 区 的 压应 力 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 分 离 ， 从 而 得 到 断 面 光滑 而 垂 直 的 精 密 零 件 。 第 二 节 成 形 工 序 成 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 拉 深 、 弯 曲 、 翻 边 、 胀 型 和 旋 压 等 。凹 凸 S图 9 7 圆 筒 形 零 件 的 拉 深 一 、 拉 深 拉 深 是 利 用 拉 深 模 使 平面 坯 料 （ 工 序 件 ） 变 成 开 口空 心 件 的 冲 压 工 序 。 拉 深 可以 制 成 筒 形 、 阶 梯 形 、 盒 形 、球 形 、 锥 形 及 其 它 复 杂 形 状的 薄 壁 零 件 。 1、 拉 深 变 形 过 程 及 特 点 凸 、 凹 模 均 有 圆 角 ， 有 间隙 （ 稍 大 于 料 厚 ） ， 板 料 受 拉力 ， 塑 性 流 动 很 大 ， 变 形 大 。 从 拉 深 过 程 中 可 以 看 到 ， 拉深 件 中 最 危 险 的 部 位 是 直 壁 与 底部 的 过 渡 圆 角 处 ， 当 拉 应 力 超 过材 料 的 强 度 极 限 时 ， 此 处 将 被“ 拉 裂 ” 。 防 止 “ 拉 裂 ” 的 措 施是 ： 拉 深 件 直 径 d与 坯 料 直 径 D的 比 值 称 为 拉 深 系 数 ， 用m表 示 ， 即 m=d/D。 它 是 衡 量 拉 深 变 形 程 度 的 指 标 。 m越小 表 明 d越 小 ,变 形 程 度 越 大 ， 拉 深 越 困 难 。 正 确 选 择 拉 深 系 数 2、 拉 深 中 常 见 的 废 品 及 防 止 措 施 （ 1） 拉 裂 8 9 多 次 拉 深 时 圆 筒 直 径 的 变 化Dd 1d 2d n-1d n第 n-1次第 2次第 1次 第 n次 h 1 h 2 h n-1 h n 拉 深 系 数 一 般 为 0.50.8。 坯 料 塑 性 差 取 上 限 ， 塑 性 好 取 下 限 值 。一 次 不 能 拉 深 成 型 ， 可 采 用 多 次 拉 深 。 第 一 次 拉 深 系 数 m1=d1/D 第 二 次 拉 深 系 数 m2=d2/d1第 n次 拉 深 系 数 mn=dn/dn-1 总 的 拉 深 系 数 m总 =m1m2mn 合 理 设 计 凸 、 凹 模 圆 角 半 径 。 材 料 为 钢 的 拉 深 件 取 r凹 10， 而 r凸 （ 0.61） r凹 合 理 设 计 凸 凹 模 间 隙 。 一 般 取 Z (1.11.2)， 比 冲 裁 间隙 要 大 dQR 凹 图 9-11 有 压 边 圈 的 拉 深R凸 Q 凸 模压 边 圈工 件凹 模 注 意 润 滑 为 了 减 小 磨 擦 ， 降 低 壁 部 拉 应 力 ， 减 少 模 具 磨 损 而 需 加 润 滑 剂 。 拉 深 过 程 中 另 一 种 常 见 缺 陷 是 起 皱 ， 必 须 进 行 压 边 。 （ 2） 起 皱 3、 坯 料 尺 寸 及 拉 深 力 的 确 定 二 、 弯 曲 弯 曲 是 将 坯 料 弯 成 一 定 角 度 、 一 定 曲 率 而 形 成 一 定 形 状 零 件 的工 序 。 弯 曲 时 ， 坯 料 内 侧 受 压 缩 ， 外 侧 受 拉 伸 ， 当 外 侧 受 应 力 超 过坯 料 抗 拉 强 度 极 限 时 ， 就 会 造 成 金 属 破 裂 。 弯 曲 时 最 小 圆 角 半 径 rmin应 为 （ 0.251） . 弯 曲 时 还 应 尽 可 能 使 弯 曲 线 与 坯 料 纤 维 方 向 垂 直 ， 若 弯 曲 线 与 纤 维 方 向 平 行 ， 则 容 易 产 生 破 裂 。 板 料 弯 曲 后 有 回 弹 ， 设 计 弯 曲 模 时 ， 必 须 使 模 具 的 角 度 比 成 品件 角 度 小 一 个 回 弹 角 ， 以 便 弯 曲 后 得 到 准 确 的 弯 曲 角 度 。 其 它 冲 压 成 形 指 除 拉 深 和 弯 曲 以 外 的 冲 压 成 形 ， 包 括胀 形 、 翻 边 、 缩 口 和 旋 压 等 。 这 些 成 型 工 序 的 共 同 特 点 是通 过 材 料 的 局 部 变 形 来 改 变 坯 料 或 零 件 的 形 状 ， 不 同 点 是 ：胀 形 和 圆 内 孔 翻 边 属 于 伸 长 类 成 形 ， 常 因 拉 应 变 过 大 而 产生 拉 裂 破 坏 ； 缩 口 和 外 缘 翻 凸 边 属 于 压 缩 类 成 形 常 因 坯 料失 稳 起 皱 而 失 败 ； 旋 压 的 变 形 特 点 又 与 上 述 各 种 有 所 不 同 。因 此 在 制 订 工 艺 和 设 计 模 具 时 ， 一 定 要 根 据 不 同 的 成 形 特点 ， 确 定 合 理 的 工 艺 参 数 。 三 、 其 它 冲 压 成 形 1. 胀 形 胀 形 主 要 用 于 平 板 坯 料 的 局 部 胀 形 （ 或 叫 起 伏 成 形 ） ，如 压 制 凹 坑 、 加 强 肋 、 起 伏 形 的 花 纹 及 标 记 等 。 另 外 ， 管类 坯 料 的 胀 形 （ 如 波 纹 管 ） 、 平 板 坯 料 的 拉 形 等 ， 均 属 胀形 工 艺 。 胀 形 工 艺 的 特 点 ： 变 形 区 内 板 料 成 形 主 要 是 通 过 减 薄壁 厚 、 增 大 局 部 表 面 积 来 实 现 的 。 2. 翻 边 翻 边 是 在 坯 料 的 平 面 部 分 或 曲 面 部 分 上 使 板 料 沿 一 定的 曲 率 翻 成 竖 直 边 缘 的 冲 压 成 形 方 法 ， 在 生 产 中 应 用 很 广 。根 据 零 件 边 缘 的 性 质 和 应 力 状 态 的 不 同 ， 翻 边 可 分 为 内 孔翻 边 和 外 缘 翻 边 。 内 孔 （ 小 孔 ） 翻 边 主 要 用 于 连 接 ， 外 缘 翻 边 用 于 增 强刚 度 。 圆 孔 翻 边 主 要 变 形 是 坯 料 的 切 向 和 径 向 拉 伸 ， 越 接 近孔 边 缘 变 形 越 大 。 其 缺 陷 是 边 缘 拉 裂 。 圆 孔 变 形 程 度 可 用 变 形 系 数 K0表 示 K0=d0/d 翻 边 时 孔 边 不 破 裂 所 能 达 到 的 最 小 K0值 ， 称 为 极 限翻 边 系 数 。 当 零 件 所 需的 凸 缘 较 高 、 一次 翻 边 成 形 有 困难 时 ， 可 采 用 先拉 深 、 后 冲 孔 、再 翻 边 的 工 艺 来实 现 。 3. 旋 压 旋 压 成 形 主 要 用 于 种 类 回 转 体 ， 如 灯 罩 、 压 力 锅 体 、气 瓶 、 导 弹 壳 及 封 头 等 。 第 三 节 冲 模 的 分 类 和 结 构 冲 模 是 冲 压 生 产 中 必 不 可 少 的 。 冲 模 结 构 合 理 与 否对 冲 压 件 质 量 、 冲 压 生 产 的 效 率 及 模 具 寿 命 都 有 很 大 的影 响 。 冲 模 按 结 构 基 本 上 可 分 为 简 单 模 、 连 续 模 和 复 合模 三 种 。 图 9-17 简 单 冲 模凸 模 ； 2-凹 模 ； 3-上 模 板 ； 4-下 模 板 ； 5-模 柄6-压 板 ； 7-压 板 ； 8-卸 料 板 ； 9-导 板 ； 10-定 位 销11-套 筒 ； 12-导 柱 1 65 3 111249 2 7108 一 、 简 单 冲 模 在 冲 床 的 一 次冲 程 中 只 完 成 一个 工 序 的 冲 模 ，称 为 简 单 冲 模 。如 图 所 示 ： 二 、 连 续 冲 模 冲 床 的 一 次 冲 程 中 ， 在 模 具 不 同 部 位 上 同 时 完 成 数 道冲 压 工 序 的 模 具 ， 称 为 连 续 模 。 1-落 料 凸 模 ； 2-定 位 销 ； 3-落 料 凹 模 ； 4-冲 孔 凸 模 ；5-冲 孔 凹 模 ； 6-卸 料 板 ； 7-坯 料 ； 8-成 品 ； 9-废 料843 a) 52 图 8-18 连 续 冲 模67 9b) 送 料 方 向 工 推 件 兼 整 形 板 ； 2-落 料 凹 模 ； 3-落 料 凸 模 兼 拉 深 凹 模 ；4-拉 深 凹 模 ； 5-压 料 圈 兼 顶 板图 9-19 落 料 拉 伸 复 合 模543 12 工 件 图 三 、 复 合 冲 模 冲 床 的 一 次 冲 程 中 ， 在 模 具 同 一 部 位 上 同 时 完 成 数 道冲 压 工 序 的 模 具 ， 称 为 复 合 模 。 此 模 的 最 大 特 点 是 模 具 中有 一 个 凸 凹 模 3， 凸 凹 模 的 外 周 是 落 料 凸 模 刃 口 ， 内 孔 则成 为 拉 深 （ 或 冲 孔 ） 凹 模 。 第 四 节 冲 压 工 艺 过 程 的 制 定 冲 压 件 的 生 产 过 程 包 括 备 料 、 各 种 冲 压 工 序 和 必 要 的辅 助 工 序 ， 有 时 还 包 括 一 些 非 冲 压 工 序 。 制 定 一 种 技 术 上可 行 、 经 济 上 合 理 的 工 艺 方 案 ， 就 是 根 据 冲 压 件 的 特 点 、生 产 批 量 、 现 有 设 备 和 生 产 能 力 等 ， 对 以 上 这 些 工 序 作 出合 理 的 安 排 。 一 、 冲 压 件 的 工 艺 性 分 析 冲 压 件 的 工 艺 性 是 指 冲 压 件 对 冲 压 加 工 工 艺 的 适 应 性 。冲 压 工 艺 性 好 ， 是 指 在 满 足 零 件 使 用 要 求 的 前 提 下 ， 能 以最 简 单 、 最 经 济 的 冲 压 方 式 加 工 出 来 。 影 响 冲 压 工 艺 性 的主 要 因 素 有 ： 冲 压 件 的 形 状 、 尺 寸 、 精 度 及 材 料 等 。 1、 冲 压 件 的 结 构 工 艺 性 （ 1） 对 冲 裁 件 的 要 求 有 13条 （ 2） 对 弯 曲 件 的 要 求 有 13条 （ 3） 对 拉 深 件 的 要 求 有 13条 2、 改 进 结 构 可 以 简 化 工 艺 及 节 省 材 料 有 13条 3、 冲 压 件 的 精 度 和 表 面 品 质 二 、 拟 订 冲 压 工 艺 方 案 1、 选 择 冲 压 基 本 工 序 （ 1） 剪 裁 和 冲 裁 （ 2） 弯 曲 （ 3） 拉 深 2、 确 定 冲 压 工 序 的 原 则 冷 冲 压 的 工 序 主 要 是 根 据 零 件 的 形 状 而 确 定 的 ， 确 定 原 则 如 下 ： （ 1） 对 于 有 孔 或 有 切 口 的 平 板 零 件 （ 2） 对 于 多 角 弯 曲 件 （ 3） 对 于 旋 转 体 复 杂 拉 深 件 （ 4） 对 于 有 孔 或 缺 口 的 拉 深 件 （ 5） 校 平 、 整 形 、 切 边 工 序 三 、 确 定 模 具 类 型 与 结 构 形 式 四 、 选 择 冲 压 设 备 五 、 编 写 冲 压 工 艺 文 件