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冲压工艺介绍


课题:冲压工艺介绍
(适合对象:高级技工/助理技师<调修模工、装调工>)

编制:沈元平

审核:

批准:

常用冲压工艺介绍

第一讲:冲裁与修剪
一、冲裁 1、冲裁变形过程: 根据实测到的冲裁力曲线,并经过对冲裁变形的观察与分析,冲裁 变形

全过程可以分为以下6个阶段 。 冲裁变形过程中,材料经受各个变形阶段的作用与 特征及其对冲裁加工之实现诸方面的主要影响见下表。 冲裁变形过程各阶段的特征与影响
冲裁变形力学过程
序号
1 2 3 4

作用与特征
材料相应处出现小圆角,为冲件 断面塌角部分的形成作了准备 形成冲裁件断面的塌角部分及不 断生成剪切部分 产生冲裁件断面毛刺,继续生成 剪切面,逐渐形成断裂面部分 裂缝会合或错开后连合,冲头突 然卸载,一部分材料进入凹模内而到 彼此分离 获得工件或取走废料 取走废料或取得工件

主要影响
产生振动与噪声原因之一 设备与模具受力最大的时刻,冲头、凹模在 高压下受摩擦,其剪切面愈长,磨损愈严重 倘若裂缝不会合或冲裁间隙过小,模具磨损 更甚;或间隙过大,则冲件质量差、模具寿命短 产生振动与噪声之主要原因;材料之间、材 料与模具之间有摩擦,冲头凹模受到磨损

名 称
冲击压缩阶段 压入剪切阶段 裂缝生长阶段 突然分离阶段

5 6

推出凹模阶段 卸离冲头阶段

冲裁工件的剪切面与模具有摩擦,冲头、凹 模受磨损
剪切面与冲头有摩擦,冲头受磨损,且引起 拉应力,造成不对称循环交变应力;也是产生噪 声原因之一

冲裁变形全过程的6个阶段,所反映的分别是模具工作的冲击压缩阶段、压入剪切阶 段、裂缝生长阶段、突然分离阶段、一部分材料推出凹模阶段、另一部分材料卸离冲头阶 段等6个阶段。 冲裁变形过程中各个变形阶段的变形情况及其位置关系如下图所示:

a)、冲击压缩

b)、压入剪切

c)、裂缝生长

d)、突然分离

e)、推出凹模

f)、卸离冲头

2、冲裁变形区与受力分析
(1)、冲裁变形区是指材料被分离断开的那一部分区域,但具体的模型未有统一的认 识。现公认的有纺锤形变形区(如下左图)和8字形变形区(如下中图) (2)、变形区及邻域的应力分析 (a)、冲裁力造成的应力:如下右图所示,冲裁变形时,于冲头平面下方、凹模平 面上方的材料,由于分别受到模具直接传递的高压作用,成为压应力区。同时,材料的 塌角处,既要支撑变形区又因摩擦力的作用而受到拉伸,成为拉应力区。

(b)、力偶引起的(弯曲)应力: 讨论这种应力时,首先应分清冲裁时模具结构上 加压料板和不加压料板有所不同,如右图所示。

3、冲裁变形过程中力的计算 在纯剪切的场合,剪切变形的屈服应力为拉伸变形屈服应力的1/2。虽然可以推 论出剪切抗力是抗拉强度的1/2,但因冲裁时变形范围较大,它并不是一种纯剪切, 在其剪切变形中包含有拉伸、压缩、弯曲等作用,还有工具与材料间的摩擦影响等, 因此,冲裁时的剪切抗力大于这种比值。实际上作为经验数值,常取抗剪强度为抗拉 强度的0.8倍,即τ=0.8σb 冲剪力 F剪切= τ* t * L 式中: τ-材料抗剪强度(kg/mm2) t -材料厚度(mm) L -剪切形状的周长(mm) 卸料力 F卸料>=10%冲剪力 4、冲裁件的质量
(1)、冲裁断面 如下图所示,冲裁件的断面是由4个部分组成的:

a、塌角(一端圆角部分)
b、剪切面(紧挨圆角的较光洁面部分) c、断裂面(粗糙表面部分) d、毛刺(另一端高出板平面部分)

(2)、冲裁件的精度 关于冲裁件的精度问题,主要表现在以下三个方面: (a)、弯拱:从冲裁过程的受力与变形分析中得知,材料受到弯曲力偶的作用, 因而冲裁件会有弯拱出现,严重的会看到明显的挠度存在。 一般预防弯拱的错施是:对于冲孔件,在模具结构上增设压料扳;若是落料件,则 在凹模孔中加顶料板。 弯拱的深度即弯拱挠度取决于材料的特性。容易弯曲变形的材料、加工硬化指数大 的材料,其弯拱较大。另外,间隙愈大,弯拱也愈大。 (b)、尺寸精度:冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与公称尺寸之差,差值 愈小,表明尺寸精度愈高。除了模具制造偏差外,这个差值主要是指冲裁件相对于模具 尺寸的偏差。比如,冲裁时所得到的外径尺寸,如果与凹模孔径尺寸相同,则认为其尺 寸精度好。但实际上工件的外径与凹模孔径尺寸往往有百分之几毫米的偏差。这是因冲 裁后的弹性回复所致。冲裁件外径尺寸的最大处位于剪切面与断裂面的分界处,假如该 分界线在材料中性面层以上时,弹复后则尺寸增大;反之,在中性面层以下时,则尺寸 减小。 (c)、斜度:冲裁件由于弯曲变形的残留和弹复,其剪切面(带)上会存在有斜度 或叫锥度β 。实际上即便没有弯拱发生的某些材料冲裁件断面也仍有某种程度的斜度存 在。

5、间隙对冲裁加工的影响
(1)、间隙对冲裁件断面的影响:小间隙冲裁时,工件的剪切面较大,可超过断 面厚度的1/2以上甚至有二次剪切面(但普通冲裁很少采用接近于零的间隙值);适 中间隙的剪切面一般占断面的1/3~1/2;间隙太大,则剪切面变小,塌角增大,毛刺 也增大。 (2)、间隙对冲件精度的影响:研究表明,间隙对冲裁件弯拱影响的一般规律为: 小间隙时,弯拱较大;间隙为(5%~15%)t时弯拱较小;往后,随着间隙的增大弯拱 挠度又增大。冲裁件断面锥度是随着间隙的增大而不断增大的。 (3)、间隙对模具寿命的影响:一般地说,间隙愈小,模具作用的压应力愈大, 磨损愈严重,寿命愈低。间隙过小造成模具因胀裂而报废的怀况也时有发生。而间隙 太大时,模具因受到的拉应力作用增大会使模具磨损又变严重,故模具寿命反而又变 短。 模具寿命是一个受各种因素综合影响、相当复杂的问题,间隙只是其中一个因素, 而不是唯一因素。 (4)、间隙对加工能量的影响:从节省加工能量的角度出发,采用中等间隙是最 好的,可降低冲裁力、冲裁功,减小推料力、卸料力及模具的侧压力。

(表)

冲裁间隙分类
类别 剪切面特征 塌角深度a 光亮带b 剪裂带e 毛刺高度h 斜度β (4~7)%t (35~55)%t 小 一般 4°~7° 稍小 落料件 冲孔件 接近凹模尺寸 接近凸模尺寸 较低 较低 较大 较大 冲件剪切面质量、尺寸 精度要求高时,采用小 间隙。冲模寿命较低 (6~8)%t (25~40)%t 中 小 7°~8° 小 稍小于凹模尺寸 稍大于凸模尺寸 较高 小 最小 小 冲件剪切面质量、尺 寸精度要求一般时, 采用中等间隙。 (8~10)%t (15~25)%t 大 一般 8°~11° 较大 小于凹模尺寸 大于凸模尺寸 最高 最小 小 稍小 冲件剪面质量、尺寸 精度要求不高时,应 优先采用大间隙,以 利于提高冲模寿命 Ⅰ Ⅱ Ⅲ

分类依据 冲 件 剪 切 面 质 量

冲 挠度f 件 精 尺寸精度 度 模具寿命 力 冲裁力 能 卸、推料力 消 耗 冲裁功 适用场合

(表)

冲裁间隙的选取
抗拉强度 (N/mm 2) 铝及铝合金
~100 100~180 180以上 ~215 215~275 275以上 ~300 300~410 410以上 ~340 340~500 500以上 ~280 280~370 370以上 ~600 600~1000 1000以上 4 6 8 6 8 4 6 6 8

精密

参考单边间隙值(%) 一般 备注
3 5 7 3 5
A1100-0 A1100-HR,H10,H12,H18 A5052 / C1100-O,1/4H,1/2H C1100-H / C2680-O,1/4H,1/2H C2680-H C5111-O C5111-1/4H,1/2H C5111-H / SPCC,SECC / SUS301,303,304(A) SUS301,303,304(1/2H) /

(Aluminum and Aluminum Alloy)

软铜
(Copper )

黄铜
(Brass)

磷青铜
(Phosphor Bronze)

碳钢
(Carbon Steel)

不锈钢
(Strinless Steel)

6、减小冲裁力的设计
(1)、斜刃模冲裁:斜刃口模具冲裁过程,如同斜刃口剪板机剪切板料一样,材料是 逐渐地一部分一部分地剪断分离的,因此,它比平端面刃口冲裁减少很多。为了得到平 整零件,落料时冲头应成平状,凹模加工成斜刃;冲孔时则相反,凹模成平状,冲头加 工成斜刃。如下图a、b所示。

a)、斜刃落料

b)、斜刃冲孔

c)、阶梯形布置冲头

(2)、阶梯形布置冲头冲裁:在多冲头模冲裁时,将各冲头加工成不同的高度,见上 图c,可使各个冲裁力的峰值不至于同时出现,于是降低了总冲裁力。

在采用阶梯形布置冲头的设计时应当注意以下几个问题: a、阶梯形冲头的高度差H只要稍大于冲裁件断面之剪切面高度即可; b、先开始工作的冲头最好带有导正销; c、一般先冲大孔,再冲小孔,这样可以使小直径的冲头做得尽量短一些,增加其抗 压失稳的能力;但如果先冲小孔,再冲大孔,则有可能更符合压力机的力-行程曲线; d、在设计时还应注意模具的对称性,以减小压力中心和偏移。 (3)、加热冲裁:材料加热后,其抗剪强度和抗拉强度大为降低,从而能降低冲裁力。 这种方法在铁道机车工厂及一些小型机械修配厂有所采用。但加热冲裁操作麻烦且准 备工作困难,故应用范围并不广泛。

二、修边剪切 1、修剪适用范围: a、剪切边缘有平度要求; c、产品对剪切面有特殊要求; 2、修剪参数:
材料 SPCC SPCD SPCE SECC 材料 厚度 T<2.0 2.0<=T<3.2 T>3.2 预切 间隙 6%T 7%T 8%T

b、材料厚度大于2.0mm; d、对电镀要求较高的产品;

1st Trimming

2nd Trimming

3rd Trimming

余量 0.2 0.3 0.3

间隙 0.05 0.05 0.05

余量

间隙

余量

间隙

0.2 0.25

0.05 0.05 0.2 0.05

《注》修边剪切应为封闭形状,否则极易跳废料。

第二讲:弯曲与翻边
一、弯曲 1、种类:L形弯曲,V形弯曲, U形弯曲, Z形弯曲等; 2、特征参数: BL L1 t--材料厚度; B--弯曲高度; Ro BL--弯曲线长度; Ri Ri --弯曲内圆角半径; Ro--弯曲外圆角半径; A±T3 弯曲时,内角部位存在压缩应力,外角部位存在拉伸 应力,在拉伸和压缩应力的共同作用下,角部材料变薄。因此在计算弯曲展开长度时我们 就必须引入弯曲中性层系数k。 2.1:弯曲展开长度计算 弯曲展开长 L= L1+L2+L3;其中L2=π/2(Ri + k*t) 2.2:弯曲力、压料力的计算 弯曲力F弯曲=0.40 * BL* t * τ 压料力F压料=0.13 * BL* t * τ 其中:τ-材料的抗剪强度(kg/mm2)
L2
t B±T1 L3

2.3:影响特征效果的主要因素: (1)、材料的特性(如屈服强度、杨氏模量) (2)、材料的厚度公差 (3)、弯曲内径对材料厚度的比值 (4)、弯曲结构 (5)、弯曲线的方向 2.4:现有产品特征参数范围:
材 质 冷轧钢:如SPCC、SPCE 不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金 0.1mm ~ 3.5mm 0.5t ~ 10.0t 1.5t ~ 5.0t ±0.05mm or MORE

材料厚度(t) 弯曲线长度(BL) 弯曲高度(B) 弯曲高度公差(T1)

垂直度公差(T2)

0.05mm or MORE

弯曲边距离公差(T3) ±0.05mm or MORE

3、根据材料厚度、尺寸及公差分类: 3.1:材料厚度小于1.5mm 3.1.1:具体参数范围
t 0.1~1.5mm BL 0.5t~10.0t B 1.5t~5.0t T1 T3 T2 0.05mm or MORE ±0.05mm or MORE

3.1.2:展开长度计算
kt

根据实际的弯角形状,我们假定:Ro=Ri+1.3t 通常,展开长度按下列公式计算: ①:L = A + B + 0.4t;(经验公式)或 ②:L = L1 + L2 + L3; 其中L2=π/2(Ri + k*t) 一般Ri的取值为0.3t;对于SPCC材料, 当Ri=0.3t时,k约为0.33; 3.1.3:模具结构参数 o 右图是标准的90 弯曲设计,各参数按下表 来选取:
Ri H 0.3t Rp 1.5/2.5 (3~5)t

B±T1

t

Ri

L3

?

L1
BL

L2

Ro

L2

L1 L

L3

Rp

高度限位块
R0.5

弯曲镶块

t Ri 0.1t
弯 头

t

仅当弯曲高度公差小于或等于0.06时,才使用 高度限位块。

0.1

t -0.01~0.02mm

压料块

H
W

° 45

3. 2:材料厚度大于或等于1.5mm 3.2.1:具体参数范围
t 1.5~3.5mm BL 0.5t~10.0t B 1.5t~5.0t T1 T3 T2 0.05mm or MORE ±0.05mm or MORE

3.2.2:展开长度计算 展开长度计算公式为:L=L1+L3+ π/2(Ri + k*t) 中性层系数k的取值见下表:
Ri/t Ro/t 0.2 1.66 0.3 1.68 0.4 1.72 0.5 1.77 0.6 1.84 0.7 0.75 0.8 0.9 1.0

1.92 0.395

1.96 0.399

2.00 0.403

2.09 0.405

2.17 0.410

k

0.316

0.343

0.364

0.379

0.387

3.2.3:模具结构参数(见右图) (1):弯头结构参数(见下图) 材质 :DC53 外形尺寸应考虑其强度和刚度。
MAT.

STR. PLATE

BENDING PUNCH t Ro

1.0t=Rp DIE INSERT

0.1t

Ri

t-0.03 HEEL INSERT PART HEEL INSERT

(2):压肩镶块结构参数(见右图) 材质:DC53 VCM产品弯曲时,在弯曲高度和弯曲 宽度上应同时限位。 3.3:弯曲高度小于1.5t 3.3.1:具体参数范围
t 1.5~3.5mm BL 0.5t~10.0t B 1.5t~5.0t T1

BL+0.02 t-0.05 0.5 2- 15° 0.1t

t

T3

T2 0.05mm or MORE

±0.05mm or MORE

3.3.2:该特征所面临的问题 原因在于弯曲直边短,弯曲根部堆积的材料未来的及被弯曲边所吸收时,弯曲过程结 束。同时由于弯头在弯曲过程中对弯脚顶部材料产生挤压,端部厚度小于材料厚度t。 见图:

弯曲后直边 不满足要求

3.3.3:该特征设计改进方案 (1):弯曲外侧打U型槽(见下图) A 、模具结构参数 该U型槽为半圆形,即COINING冲头半径为Hp。

B、模具结构参数可查表:

(2):弯曲线内侧打V型槽(见下图)
A 、模具结构参数
STRIPPER PLATE BENDING PUNCH

DIE PLATE

B、弯曲完成后外观比较好,但弯曲线内侧有缝隙,油污清洗不尽,可能产生电 不良。

二、翻边 翻边是将金属平板坯或半成品工序的某一部分,沿其一定的轮廓线使其内法兰部分变 大、成为有竖边边缘零件的冲压成形方法。也有不变成竖边,只把坯料中某一部分的孔加 以扩大的。圆孔翻边是翻边的基本形式,亦有叫翻孔的。虽然还有一些翻边形式在变形特 点与应力状态上较圆孔翻边要复杂些,但究其基础仍然是圆孔翻边。说翻边是拉伸类冲压 成形的典型工序之一,也是基于这个道理。 下面简单介绍一下翻孔成形的一些基本概念及特征参数。 1、翻孔的基本概念: 翻孔是沿内孔周围将材料翻成侧立凸缘的冲压工序。 翻孔一般用作小螺纹底孔、装配时的定位以及接合由薄料(0.6mm以下)制成的零件。 2、翻孔的基本形式: 常见的翻孔形式有如下三种:①平面翻孔 ②拉深件翻孔 ③拉深后翻孔

3、锥形冲头翻孔特征参数:
t--材料厚度; Ds1--预孔直径; Ds2--板材直径; Dp--冲头直径; rp--冲头圆角半径; a--冲头角度; C--凸凹模间隙; rd--凹模圆角半径;

4、锥形冲头翻孔成形过程:

翻孔时,带圆孔的板材被压料板夹紧,变形区凹模圆角以内,并在凸模轮廓的约束下 受到拉应力作用。随着凸模下降,板材上的圆孔不断胀大,凸模下面的材料向侧面转移, 直到完全贴靠凹模侧壁,形成直立的竖边。 翻孔过程中,孔缘处只受切向拉应力作用,厚度变薄最为严重,因此,主要危险在孔 缘拉裂处。由此也可以说明,翻孔属伸长类变形。

5、翻孔的成形极限: 翻孔的变形程度用翻孔系数 K 表示:K = do/Dm 式中 do:板材上的预孔直径; Dm:翻孔后竖边的中径; 翻孔的成形极限是根据孔缘是否发生破裂来确定。 改善翻孔成形性的措施: (1)、提高材料的塑性。材料延伸率和应变硬化指数n大,K就小,有利于翻孔。 (2)、翻孔孔缘无毛刺和硬化层时,K较小,成形极限较大。为此可在冲孔后进行修整, 消除毛刺、撕裂带和硬化层或在冲孔后退火。为消除孔缘表面的硬化,可以用钻削代替冲 孔。为了避免毛刺而降低成形极限,翻孔时须将预制孔有毛刺的一面朝向凸模放置。 (3)、用球形、锥形和抛物线形凸模翻孔时,孔缘会被圆滑地张开,变形条件比平底凸模 优越。 (4)、板材相对厚度越大,在断裂前(5)、若翻孔过程中板材外径(法兰部分)可能产 生的绝对伸长越大,K越小,成形极限越大。 发生收缩,翻孔就无法进行,这时就要增加一些附加工序,如增大板材外径,防止外径收 缩;增加翻孔后再修正外径的工序;或落料后先进行拉深,然后再冲孔、翻孔。 (6)、翻孔高度(包括圆角半径在内)要满足h>1..5r,否则得不到垂直的竖边,为此要 增加翻孔高度,翻孔后再对高度进行修整。

6、翻孔成形的影响因素: (1)、模具几何形状和尺寸; a、翻孔冲头接触形状 翻孔冲头对翻孔结果的影响,归根到底,就是在翻孔成形的过程中,冲头与板材接触 部分对翻孔的影响。 在翻孔成形的过程中,冲头与板材曾经接触的部分,称为冲头接触形状。 对于一定厚度的板材,冲头接触形状由冲头圆角半径、冲头角度以及预孔半径共同决 定。显而易见,就整个翻孔成形来说,同一个冲头接触形状,可以有多种不同的条件(冲 头圆角半径、冲头角度和预孔半径)组合。 因此,冲头接触形状对翻孔结果的影响,就是这三个因素共同作用的结果。 b、翻孔内径大小 c、翻孔间隙 (2)、冲压条件 a、预孔大小 b、预孔的加工方法 c、板材大小 d、摩擦系数 e、压料力

第三讲:胀形与熨薄
一、胀形
胀形即凸张成形,是一种凸缘流变为零或极小,仅利用 模孔内材料的厚度变薄和表面积增大,来获得部品几何形状 的变形工艺。 凸张成形大多使用在宽广面积中局部需膨胀的情况。 1、凸张成形的分类与特点
分类 1):为实际凸张成形中的最多形式; 特点 2):该种成形加工相当接近于凸张成形极限; 3):典型结构,如压花加工和加强筋; 1):为在一较广泛领域内进行比较均匀的凸张; 2、整体凸张 2):破断危险性较高; 3):典型结构,如拉深预处理中采用的凸张成形及摩托车的挡泥板等。 1):为大曲率半径下较浅的凸张,平均伸长率为1%~3%左右; 3、大曲面凸张 2):完全没有破断的危险; 3):典型结构,如汽车零件的外板; 4、凸胀 5、复合成形 主要指管件等利用液压或冲击波等进行的凸张成形; 为拉深于与凸张成形的复合,介于纯拉深与凸张之间;

1、局部凸张

2、凸张成形的力学特点 凸张成形的过程中,变形区限制在模孔以内的板材 上,在凸模力作用下,与冲头面接触的板材处于两向受 拉的应力状态(忽略板厚方向的应力),沿切向和径向 产生拉伸变形,使板材厚度减薄、表面积增大,得到与 凸模一致的凸包。由于凸张时板材处于双向拉应力状态 ,板材不会产生压缩失稳,主要应防止拉伸破裂。
3、利用柔软模具的凸张成形加工 用作凸张成形加工的柔软模具,多为橡皮或液体。 (1)、对向液压凸张法 对向液压凸张成形方法,是在薄板的反方向赋予预 备凸张后压入刚体冲头的方法。使用刚体模具作凸张成 形时,其平均伸长率有10%左右,而使用此方法时可达 到30%以上,可大幅度提高凸张高度。 (2)、复式液压凸张法 复式液压凸张成形法,是以液压凸张作为预备成形, 并以刚体冲模压向已经凸张的状态,藉凸张用液压与金 属模获得最终形状的方法,使用于平底形状的成形。

(3)、强制润滑凸张法
强制润滑凸张成形法,利用液体进行强制润滑,改善凸模的润 滑环境,降低摩擦系数,从而增加凸张成形的高度。

4、凸张成形性的支配因子 凸张成形性主要受以下两大因子所支配: (1)、应变的均匀性; (2)、材料的延性(成形极限); 4.1、应变的均匀性 应变的均匀性如图所示,A与B不同。当凸张至相同深度时, 应变均匀的A材料由于各部分普遍均匀伸长,其最大应变部的应 变量较低,至成形极限尚有盈余,还可以进行更深的成形。而 另一方面,B材料应变局部集中,变形已达成形极限,无法再作 更深的成形。由此可知,应变均匀,即可进行深度成形。 4.2、材料的延性 材料的延性如图所示。延性的大小意味着成形极限应变的 高低,成形极限应变较大者,当然成形深度也较大。

因此,我们研讨凸张成形性,也就是要阐明影响应变均匀性和延性的因素及其影响结果。

5、影响变形均匀性的主要因素 5.1、材料性质的影响 a、加工硬化指数n n值一般与材料的抗拉强度与屈服点的比值( σ b/ σ c)约成正比。 加工硬化指数n值对应变均匀性的影响很大。n值大,材料的硬化效应大,变形抗力增大,从而 使应变分布趋于均匀化。 b、厚向异性系数r r值表示板面方向与板厚方向的变形容易程度的差异,又称 垂直异方性系数。 依条件的不同,r值的增加对应变均匀性有好与坏两种效果。 5.2、模具结构及尺寸的影响 a、冲头形状 采用平底冲头进行凸张时,应变基本集中于冲头角部弯曲半径附近。当冲头头部材料往侧壁流 入时,由于受到冲头肩部摩擦力的阻碍而没有什么伸长,在冲头肩部稍往侧壁处的材料产生很大的 变形而造成很大的伸长和板厚的减小,自冲头肩部至冲模肩部侧的材料则变形极小。 利用球形冲头凸张时,其应变的分布变得缓和,且应变最高点的位置也易受摩擦的影响而变动。 b、模具几何尺寸 冲头直径、圆角及凹模圆角等模具几何尺寸对变形的均匀性具有很大的影响。 5.3、冲压条件的影响 a、润滑效果 对于凸张成形,润滑效果常有正面作用。润滑效果可以全面提升破断部以外的应变水准,改善 应变的不均匀性,同时对破断位置也有影响。

平底冲头凸张成形的破断位置局限在冲头肩部,而球头冲头凸张则因润滑性能的不同,破断位 置会有很大的变化。降低润滑性能使摩擦系数较大的情况下,破断位置会大大远离中心,反之则会 靠近中心。 b、冲压速度 提高变形速度,则可降低摩擦系数,从而降低金属流动的阻力,改变变形的不均匀性。 6、影响延性的主要因素 材料的延性之一为母材的延性,决定于均匀分散的介在物及晶粒度等平均的性质,另一个影响 因素为受到表面附近大型介在物的直接影响。 在薄板中会造成问题的一般是属于前者形态的延性,而在凸张同时另附加有弯曲要素的中厚板, 其成形则受后者形态所支配。 6.1、延伸率δ 延伸率由均匀延伸率和局部延伸率所构成。延伸率大,破裂前允许的变形程度大,成形极限也 就大。 6.2、材料厚度t 在凸张成形中,基本存在板厚效应。 (1)、随着板厚的增加,破断极限应变会增加; (2)、板厚较大时,若将成形极限以破断极限来看,破断附近的领域(应变非常大的领域)占整体 的比例会变大而增加成形极限深度。此种现象也意味着较厚的板件在颈缩开始至破裂的时间较长。 料厚与制件尺寸的比值较小时,板厚效应不显著。 薄板的凸张成形性由应变的均匀性与延性决定,但当制件尺寸较小时,最大应变领域占整体的 比例较大,因此延性的效果较大。反之,在大尺寸的凸张成形中,应变均匀性的效果较大。

二、熨薄(挤扁)
熨薄工艺是根据材料体积相等的原理来改变零件形状,以达到客户图纸所要求的 尺寸规格。 1、 熨薄的工艺流程如下: (1)、预切:为打扁作准备,外形单边留0.2mm的修边量。 (2)、打扁:一般打扁0.1~0.15mm,用于消除材料不均匀对挤扁的影响。 (3)、倒角:卸料板一侧,防止挤扁时材料流入镶块与镶块之间的间隙内。 (4)、修边:弯曲线处需往里挖,以防挤扁时材料鼓出。 修边后宽度比最终挤扁宽度单边小0.04mm。 (5)、切断:依据材料体积不变原理,确定切断宽度,切断时一般对材料两侧进行倒 角。 (6)、预弯:用于减小挤扁时的受力和提高挤扁的稳定性。 预弯角度一般为45度。镶块让位宽度间隙为单边0.02mm。 (7)、挤扁:挤扁冲头两挤扁面间距离按最终尺寸单边加0.05mm设计,挤扁面宽度按 最终尺寸设计。(有回弹) 2、熨薄影响因素 ①:冲头角度; ②:冲头圆角; ③:熨薄量; ④:摩擦系数;

3、熨薄模具结构参数
t--材料厚度 c--熨薄后薄壁厚度 Rp--冲头圆角 a--冲头角度
熨薄量t-c(%t) 0<t-c≤ 10% 10%<t-c≤ 20% 20%<t-c≤ 30% 30%<t-c≤ 40% 40%<t-c≤ 50% t-c>50% 冲头角度a(°) 60 120 120 90 120 40 冲头圆角Rp(mm) 2.0 1.5 1.5 1.5 2.5 2.0

由于熨薄高度较难控制,通常我们增 加限位来控制薄壁的高度尺寸精度: 薄壁高度为h±σ(σ >0.15),则限位尺寸 设计为(h+ σ-0.05)。限位镶块与熨薄冲头之 间要有0.01的间隙,以避免熨薄冲头表面的 镀层被破坏。

第四讲:拉深成形
一、材料特性与拉深性能

(续表)

二、模具结构参数

注:多步拉深时,相应变量附以角标,如第二步的Punch直径为Dp2。

三、拉深成形的基本概念
1、工艺特点 拉深与凸张成形的区别就是凸张成形靠减少板厚来增加表面积,而拉深并非以减少板厚为目的。 从理论上来讲,拉深可以成形任何深度的零件。 从成形极限深度考虑拉深与凸张成形的区别(见右图) 2、拉深加工的力学特性 根据受力及变形性质,可将其分为五个区,参见下图: (1)、底部 平面应力状态,厚向应变很小; (2)、Punch圆角部 受两向拉伸作用,厚向受压,拉深断裂常在此处产生; (3)、侧壁 传力区,平面应变状态; (4)、Die圆角部 凸缘与侧壁之过渡部分,受拉压作用; (5)、凸缘部 凸缘径向受拉,切向受压,此即为产生皱纹的内在原因。

拉深与凸张成形的区别

拉深的区域说明

3、拉深加工的现象
(1)、材料流动状况(见下图一) (2)、等效应力分布(见下图二)

(图一) (图二) (3)、拉深过程中冲头力的变化 拉深过程初期至中期,加工硬化的程度超过凸缘面积减少的程度,因此冲头力随之增大。在行 程中期,冲头力达到稳定值,这是因为两者处于均衡状态。如若继续成形,则凸缘面积减少的速度 会超过加工硬化的增加速度,而使冲头力减小。随着拉深比k的增大,最大冲头力也随之增大,当超 过强度极限时,便会造成破断。

四、Die及Punch的圆角对最小厚度的影响
若圆角过小,材料流动阻力增大,容易破断;若圆角过大,Holder对凸缘的抑制面 积减少,易产生皱纹。 相对圆角半径值r/Dp对最小厚度tmin有如下影响: ①、同一最小厚度tmin,拉深比k增大,相对圆角半径r/Dp亦应增大; ②、增大相对圆角半径r/Dp只在一定范围内可以增加最小厚度tmin,过此范围后,再 增大相对圆角半径r/Dp,最小厚度tmin并不会增加甚至会减小; ③、因为最小厚度并不总是随着相对圆角半径r/Dp增大而增大,因此,拉深比k有一 定限度。 ④、随着拉深比k的增大,r/Dp的有效区域相应的减小。 五、压料力的优化取值 压料力的放置要兼顾两点:第一,放置必要的压料力以抑制皱纹;第二,放置适当 的压料力以避免因此而造成的阻力过大。 压料力对拉深的影响: 主要考虑三方面:a:对最小厚度tmin的影响; b:对压料板移动的影响; c:对凸缘材料增厚量tmax-t0的影响;

六、再拉深 1、简介 带凸缘零件的再拉深工程是将筒形部分拉成小直径的筒形,即依靠零件内部材料的 转移来增大凸缘的宽度。(如下图所示) Dn--第n步拉深直径,以平均直径为准,可近 似以第n步Punch的直径Dpn或第n步Die的 直径Ddn代替; Df--凸缘直径; hn--第n步拉深高度;
以后的再拉深工程应进行到这样的深度,即第一步中所得到的凸缘不被拉动,也即 是应保持凸缘直径为一恒定值。 以后的再拉深工程,是将第一步中拉入的多余金属转移至凸缘,增大凸缘的宽度。 有凸缘的拉深加工,其再拉深有两种方法(如下图所示): 一是开始进行直径大的浅拉深,再逐渐减小直径并加大深度(Df保持不变); 二是先取较大的拉深半径拉深至目标深度或略大于目标深度,接着保持凸缘外径不变及 拉深深度一定,以后工程逐渐减小直径。 前者适用于厚板或深度大于直径的情况,应用广泛。

再拉深的常用形式

2、硬化对再拉深的影响

3、特征举例

本次培训到此结束,谢谢!


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