第2章 沖裁工藝及沖裁模設(shè)計

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1、第2章沖裁工藝及沖裁模設(shè)計本章學(xué)習(xí)要求：1.?掌握沖裁模刃口尺寸計算方法和排樣設(shè)計；2.?掌握沖裁工藝性分析、工藝設(shè)計和工藝計算；3.?掌握沖裁模典型結(jié)構(gòu)的特點和模具主要零部件的設(shè)計；4.?熟悉沖裁工藝與沖裁模設(shè)計的方法和步驟；5.?了解沖裁變形規(guī)律和沖裁件質(zhì)量的影響因素；6.?了解沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)。???沖裁是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。根據(jù)變形機理的差異，沖裁可分為普通沖裁和精密沖裁。通常我們說的沖裁是指普通沖裁，它包括落料、沖孔、切口、剖切、修邊等。沖裁所使用的模具稱為沖裁模，如落料模、沖孔模、切邊模、沖切模等

2、。沖裁工藝與沖裁模在生產(chǎn)中使用廣泛，它可為彎曲、拉深、成形、冷擠壓等工序準(zhǔn)備毛坯，也可直接制作零件圖2.0.1所示的模具是沖壓一板狀零件的沖裁模。???沖裁工藝與沖裁模在生產(chǎn)中使用廣泛，它可為彎曲、拉深、成形、冷擠壓等工序準(zhǔn)備毛坯，也可直接制作零件圖2.0.1所示的模具是沖壓一板狀零件的沖裁模。1—下模座；2、15—銷釘；3—凹模；4—套；5—導(dǎo)柱；6—導(dǎo)套；7—上模座；8—卸料板9—橡膠；10—凸模固定板；11—墊板；12—卸料螺釘；13—凸模；14—模柄；16、17—螺釘圖2.01沖裁模典型結(jié)構(gòu)與模具總體設(shè)計尺寸關(guān)系圖2.1沖裁

3、變形分析???沖裁變形分析對了解沖裁變形機理和變形過程，掌握沖裁時作用于板材上的力態(tài)，應(yīng)用沖裁工藝，正確設(shè)計模具，控制沖裁件質(zhì)量有著重要意義。2.1.1沖裁變形時板料變形區(qū)力態(tài)分析???圖2.1.1是模具對板料進行沖裁時的情形，當(dāng)凸模下降至與板料接觸時，板料受到凸模、凹模端面的作用力。由于凸模、凹模之間存在沖裁間隙，使凸模、凹模施加于板料的力產(chǎn)生一個力矩M，其值等于凸模、凹模作用的合力與稍大于間隙的力臂a的乘積。在無壓料板壓緊裝置沖裁時，力矩使材料產(chǎn)生彎曲，故模具與板料僅在刃口附近的狹小區(qū)域內(nèi)保持接觸，接觸寬度約為板厚的0.2～0.

4、4㎜。并且，凸模、凹模作用于板料垂直壓力呈不均勻分布，隨著向模具刃口靠近而急劇增大(見圖2.1.1)。其中FP1、FP2——凸模、凹模對板料的垂直作用力；　　　F1、F2——凸模、凹模對板料的側(cè)壓力；　　μFP1、μFP2——凸模端面與板料間摩擦力，其方向與間隙大小有關(guān)，但一般指向模具刃口；μF1、　　μF2——凸模、凹模側(cè)面與板料間的摩擦力。　　沖裁時，由于板料彎曲的影響，其變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)是復(fù)雜的，且與變形過程有關(guān)。對于無壓料板壓緊材料的沖裁，其變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)如圖2.1.2所示，其中：1-凸模；2-材料；3-凹模圖2.1.1沖裁是

5、作用于材料上的力?圖2.1.2沖裁時板料的應(yīng)力狀態(tài)圖???A點(凸模側(cè)面)：凸模下壓引起軸向拉應(yīng)力σ3，板料彎曲與凸模側(cè)壓力引起徑向壓應(yīng)力σ1，而切向應(yīng)力σ２　　為板料彎曲引起的壓應(yīng)力與側(cè)壓力引起的拉應(yīng)力的合成應(yīng)力。???B點(凸模端面)：凸模下壓及板料彎曲引起的三向壓縮應(yīng)力。???C點(斷裂區(qū)中部)：沿徑向為拉應(yīng)力σ１，垂直于板平面方向為壓應(yīng)力σ3。???D點(凹模端面)：凹模擠壓板料產(chǎn)生軸向壓應(yīng)力σ３，板料彎曲引起徑向拉應(yīng)力σ1和切向拉應(yīng)力σ2。???E點(凹模側(cè)面)：凸模下壓引起軸向拉應(yīng)力σ３，由板料彎曲引起的拉應(yīng)力與凹模

6、側(cè)壓力引起壓應(yīng)力合成產(chǎn)生　　應(yīng)力σ1與σ2，該合成應(yīng)力可能是拉應(yīng)力，也可能是壓應(yīng)力，與間隙大小有關(guān)。一般情況下，該處以拉應(yīng)力為主。2.1.2　沖裁時板料的變形過程???沖裁是分離變形的沖壓工序。當(dāng)凸模、凹模之間的設(shè)計間隙合理時，工件受力后必然從彈性變形開始，進入塑性變形，最后以斷裂分離告終，如圖2.1.3所示。圖2.1.3沖裁變形過程(一)彈性變形階段???由于凸模加壓于板料，使板料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲和拉伸(AB′＞AB)等變形，板料底面相應(yīng)部分材料略擠入凹模洞口內(nèi)。此時，凸模下的板料略有拱彎(鍋底形)，凹模上的板料略有上翹。間隙

7、越大，拱彎和上翹越嚴(yán)重。在這一階段中，若板料內(nèi)部的應(yīng)力沒有超過彈性極限時，當(dāng)凸模卸載后，板料立即恢復(fù)原狀。(二)塑性變形階段???當(dāng)凸模繼續(xù)壓入，板料內(nèi)的應(yīng)力達到屈服極限時，板料開始產(chǎn)生塑性剪切變形。凸模切入板料并將下部板料擠入凹模孔內(nèi)，形成光亮的剪切斷面。同時，因凸、凹模間存在間隙，故伴隨著彎曲與拉伸變形(間隙愈大，變形亦愈大)。隨著凸模的不斷壓入，材料的變形程度便不斷增加，同時硬化加劇，變形抗力也不斷上升，最后在凸模和凹模的刃口附近，達到極限應(yīng)變與應(yīng)力值時，材料就產(chǎn)生微小裂紋，這就意味著破壞開始，塑性變形結(jié)束。(三)斷裂分離階段

8、???裂紋產(chǎn)生后，此時凸模仍然不斷地壓入材料，已形成的微裂紋沿最大剪應(yīng)變速度方向向材料內(nèi)延伸，向楔形那樣發(fā)展，若間隙合理，上下裂紋則相遇重合，板料就被拉斷分離。由于拉斷的結(jié)果，斷