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1、第 八 章 板 料 的 沖 壓 成 形 工 藝 板 料 的 沖 壓 成 形 是 利 用 沖 模 使 板 料 產(chǎn) 生 分 離 或 變形 的 加 工 方 法 。 這 種 加 工 方 法 通 常 在 常 溫 下 進 行 ， 所以 又 叫 冷 沖 壓 。 板 料 沖 壓 具 有 如 書 中 的 4條 優(yōu) 點 正 是 板 料 沖 壓 具 有 獨 到 的 優(yōu) 點 ， 所 以 在 生 產(chǎn) 中 得到 了 廣 泛 的 應 用 。 在 汽 車 、 拖 拉 機 、 航 空 、 儀 器 儀 表 、國 防 和 家 用 電 器 中 ， 沖 壓 件 占 有 很 大 的 比 重 。 由 于 用 冷 沖 壓 加 工 的 零 件

2、 的 形 狀 、 尺 寸 、 精 度 要求 、 生 產(chǎn) 批 量 、 原 材 料 性 能 各 不 相 同 ， 因 此 生 產(chǎn) 中 采用 的 冷 沖 壓 是 多 種 多 樣 的 ， 概 括 起 來 其 基 本 工 序 可 分為 兩 大 類 ： 分 離 工 序 和 變 形 工 序 。 第 一 節(jié) 分 離 工 序 分 離 工 序 是 使 坯 料 的 一 部 分 與 另 一 部 分 相互 分 離 的 工 序 。 如 落 料 、 沖 孔 、 切 斷 、 精 沖 等 。 一 、 落 料 及 沖 孔 （ 統(tǒng) 稱 沖 裁 ） 落 料 ： 被 分 離 的 部 分 是 成 品 ， 而 周 邊 是 廢 料 沖 孔 ：

3、 被 分 離 的 部 分 是 廢 料 ， 而 周 邊 是 成 品 1、 沖 裁 變 形 過 程 沖 裁 件 質(zhì) 量 、 模 具 結(jié) 構(gòu) 與 沖 裁 時 板 料 變 形 過程 有 密 切 關 系 。 當 凸 凹 模 間 隙 正 常 時 ， 其 過 程 可分 為 三 個 階 段 。 (1) 沖 裁 變 形 過 程 的 三 個 階 段 彈 性 變 形 階 段 塑 性 變 形 階 段 斷 裂 分 離 階 段 沖 裁 件 的 切 斷 面 具 有 明 顯 的 區(qū) 域 特 征 ， 它 由 四 個 部分 組 成 即 塌 角 （ 圓 角 帶 ） ； 光 面 （ 光 亮 帶 ） ； 毛 面 （ 斷裂 帶 ） ；

4、毛 刺 。 沖 裁 件 斷 面 質(zhì) 量 主 要 與 凸 凹 模 間 隙 、 刃 口 鋒 利 程 度有 關 。 同 時 也 受 模 具 結(jié) 構(gòu) ， 材 料 性 能 及 板 厚 等 因 素 的 影響 。 （ 2） 沖 裁 件 切 斷 面 上 的 區(qū) 域 特 征 2、 凸 凹 模 間 隙 凸 凹 模 間 隙 不 僅 嚴 重 影 響 沖 裁 件 斷 面 品 質(zhì) ， 而 且 影 響 模 具壽 命 、 卸 料 力 、 推 件 力 、 沖 裁 力 和 沖 裁 件 的 尺 寸 精 度 。 （ 1） 當 間 隙 過 小 時 ， 上 、 下 裂 紋 向 外 錯 開 。 兩 裂 紋 之 間 的材 料 ， 隨 著 沖

5、 裁 的 進 行 將 被 第 二 次 剪 切 ， 在 斷 面 上 形 成 第 二 光 面 。 材 料 在 過 小 間 隙 沖 裁 時 ， 受 到 擠 壓 而 產(chǎn) 生 壓 縮 變 形 ，所 以 沖 裁 后 的 外 表 尺 寸 略 有 增 大 ， 內(nèi) 腔 尺 寸 略 有 縮 ?。?彈 性 回 復 ） 。 儀 器 儀 表 、 精 密 機 械 和 家 用 電 器 采 用 小 間 隙 沖 裁 。 （ 2） 當 間 隙 過 大 時 ， 上 下 裂 紋 向 內(nèi) 錯 開 。 材 料的 彎 曲 與 拉 伸 增 大 ， 拉 應 力 增 大 ， 易 產(chǎn) 生 剪 裂 紋 ， 工 件毛 刺 大 、 翹 曲 變 形 大

6、。 在 過 大 間 隙 沖 裁 時 ， 由 于 材料 的 拉 伸 變 形 較 大 ， 所 以 零 件 從 材 料 中 分 離 出 來 后 ， 因彈 性 回 復 使 外 形 尺 寸 縮 小 ， 內(nèi) 腔 尺 寸 增 大 。 工 件 品 質(zhì) 較差 。 對 于 批 量 較 大 而 公 差 又 無 特 殊 要 求 的 沖 裁 件 ， 可 采用 大 間 隙 沖 裁 （ 如 汽 車 、 拖 拉 機 及 工 程 機 械 中 厚 板 沖 裁 ） （ 3） 當 間 隙 合 適 時 ， 上 下 裂 紋 重 合 一 線 ， 沖 裁 力卸 料 力 和 推 件 力 適 中 ， 模 具 有 足 夠 的 壽 命 。 零 件

7、斷 面 質(zhì)量 良 好 ， 零 件 尺 寸 幾 乎 和 模 具 一 致 ， 完 全 可 以 滿 足 使 用要 求 。 3.凸 凹 模 刃 口 尺 寸 的 確 定 在 沖 裁 件 尺 寸 的 測 量 和 使 用 中 ， 都 是 以 光 面 的 尺 寸為 基 準 。 落 料 件 的 光 面 是 因 凹 模 刃 口 擠 切 材 料 產(chǎn) 生 的 ，而 孔 的 光 面 是 凸 模 刃 口 擠 切 材 料 產(chǎn) 生 的 。 故 計 算 刃 口 尺寸 時 ， 應 按 落 料 和 沖 孔 兩 種 情 況 分 別 進 行 。 設 計 落 料 模 時 ， 應 先 按 落 料 件 確 定 凹 模 刃 口 尺 寸 ，取

8、凹 模 作 設 計 基 準 件 ， 然 后 根 據(jù) 間 隙 Z確 定 凸 模 尺 寸（ 縮 小 凸 模 保 證 間 隙 ） 設 計 沖 孔 模 時 ， 先 按 沖 孔 件 確 定 凸 模 尺 寸 ， 取 凸 模作 設 計 基 準 ， 然 后 根 據(jù) 間 隙 Z確 定 凹 模 尺 寸 。 （ 擴 大 凹模 保 證 間 隙 ） 。 在 沖 裁 中 因 凸 凹 模 有 磨 損 ， 為 了 提 高 模 具 使 用 壽 命 ，落 料 凹 模 取 工 件 公 差 范 圍 內(nèi) 的 較 小 尺 寸 。 沖 孔 凸 模 取 工件 公 差 范 圍 內(nèi) 的 較 大 尺 寸 。 墊 圈 例 ： 有 一 墊 圈 如 圖

9、 所 示 ， 材 料 為 Q235，料 厚 3mm， 試 確 定 凸 、 凹 模 的 尺 寸 。 若 用22的 凸 模 來 落 22的 料 ， 落 料 件 的 尺 寸 是多 少 ？ 能 達 到 精 度 要 求 ？ 解 ： 1.沖 孔 （ 以 凸 模 為 設 計 基 準 ， 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 為 設 計 基 準 ， 凹 模 接 近 或 等 于 工 件

10、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 來 落 22的 料 ， 落 料 件 尺 寸 為 22.375， 不 能 滿足 精 度 要 求 。 4.沖 裁 力 的 計 算 沖 裁 力 是 選 擇 沖 床 噸 位 和 檢 驗 模 具 強 度 的 一 個 重 要依 據(jù) 。 計 算 準 確 ， 有 利 于 發(fā) 揮 設 備 的 潛 力 。 計 算 不 準 確 ，有 可 能 使 設 備 超 載 而 損 壞 ， 造 成 嚴 重

11、事 故 。 平 刃 沖 模 的 沖 裁 力 按 下 式 計 算 ： P KL 5.沖 裁 件 的 排 樣 排 樣 是 指 落 料 件 在 條 料 、 帶 料 或 板 料 上 合 理 布 置 的 方法 。 排 樣 合 理 可 使 廢 料 最 少 ， 材 料 利 用 率 大 為 提 高 。 落 料 件 的 排 樣 有 兩 種 類 型 ： 無 搭 邊 排 樣 和 有 搭 邊 排樣 。 無 搭 邊 排 樣 是 用 落 料 件 形 狀 的 一 個 邊 作 為 另 一 個 落 料件 的 邊 緣 。 這 種 排 樣 材 料 利 用 率 很 高 。 但 毛 刺 不 在 同 一 個平 面 上 ， 而 且 尺 寸

12、 不 容 易 準 確 。 因 此 只 有 在 對 沖 裁 件 質(zhì) 量要 求 不 高 時 才 采 用 。 有 搭 邊 排 樣 即 是 在 各 個 落 料 件 之 間 均 留 有 一 定 尺 寸 的搭 邊 。 其 優(yōu) 點 是 毛 刺 小 ， 而 且 在 同 一 個 平 面 上 ， 沖 裁 件 尺寸 精 確 ， 質(zhì) 量 較 高 ， 但 材 料 消 耗 多 。 二 、 修 整 修 整 是 利 用 修 整 模 沿 沖 裁 件 外 緣 或 內(nèi) 孔 刮 削 一 薄 層 金屬 ， 以 切 掉 沖 裁 件 切 斷 面 上 存 留 的 剪 裂 帶 和 毛 刺 ， 從 而 提高 沖 裁 件 尺 寸 精 度 和 降

13、低 表 面 粗 糙 度 的 一 種 工 藝 方 法 ， 如圖 所 示 。 三 、 精 密 沖 裁 精 密 沖 裁 可 以 直 接 從 板 料 中 獲 得 公 差 等 級 高 ， 表 面 粗 糙 度 小 的精 密 零 件 。 生 產(chǎn) 率 高 ， 可 以 滿 足 精 密 零 件 批 量 生 產(chǎn) 的 要 求 。 精 密 沖 裁 法 的 基 本 出 發(fā) 點 是 改 變 沖 裁 條 件 ， 以 增 大 變 形 區(qū) 的 壓應 力 作 用 ， 抑 制 材 料 的 斷 裂 ， 使 塑 性 剪 切 變 形 延 續(xù) 到 剪 切 的 全 過 程 ，在 材 料 不 出 現(xiàn) 剪 裂 紋 的 沖 裁 條 件 下 實 現(xiàn)

14、材 料 分 離 ， 從 而 得 到 斷 面 光滑 而 垂 直 的 精 密 零 件 。 第 二 節(jié) 成 形 工 序 成 形 工 序 是 使 坯 料 的 一 部 分 相 對 于 另 一 部 分 產(chǎn) 生 位 移 而 不破 裂 的 工 序 。 如 拉 深 、 彎 曲 、 翻 邊 、 脹 型 和 旋 壓 等 。凹 凸 S圖 9 7 圓 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 ） 變 成 開 口空 心 件 的 沖 壓 工 序 。 拉 深 可以 制 成 筒 形 、 階 梯 形 、 盒 形 、球 形 、 錐 形 及 其 它 復 雜 形 狀的

15、 薄 壁 零 件 。 1、 拉 深 變 形 過 程 及 特 點 凸 、 凹 模 均 有 圓 角 ， 有 間隙 （ 稍 大 于 料 厚 ） ， 板 料 受 拉力 ， 塑 性 流 動 很 大 ， 變 形 大 。 從 拉 深 過 程 中 可 以 看 到 ， 拉深 件 中 最 危 險 的 部 位 是 直 壁 與 底部 的 過 渡 圓 角 處 ， 當 拉 應 力 超 過材 料 的 強 度 極 限 時 ， 此 處 將 被“ 拉 裂 ” 。 防 止 “ 拉 裂 ” 的 措 施是 ： 拉 深 件 直 徑 d與 坯 料 直 徑 D的 比 值 稱 為 拉 深 系 數(shù) ， 用m表 示 ， 即 m=d/D。 它 是

16、衡 量 拉 深 變 形 程 度 的 指 標 。 m越小 表 明 d越 小 ,變 形 程 度 越 大 ， 拉 深 越 困 難 。 正 確 選 擇 拉 深 系 數(shù) 2、 拉 深 中 常 見 的 廢 品 及 防 止 措 施 （ 1） 拉 裂 8 9 多 次 拉 深 時 圓 筒 直 徑 的 變 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 數(shù) 一 般 為 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 數(shù)

17、 m1=d1/D 第 二 次 拉 深 系 數(shù) m2=d2/d1第 n次 拉 深 系 數(shù) mn=dn/dn-1 總 的 拉 深 系 數(shù) m總 =m1m2mn 合 理 設 計 凸 、 凹 模 圓 角 半 徑 。 材 料 為 鋼 的 拉 深 件 取 r凹 10， 而 r凸 （ 0.61） r凹 合 理 設 計 凸 凹 模 間 隙 。 一 般 取 Z (1.11.2)， 比 沖 裁 間隙 要 大 dQR 凹 圖 9-11 有 壓 邊 圈 的 拉 深R凸 Q 凸 模壓 邊 圈工 件凹 模 注 意 潤 滑 為 了 減 小 磨 擦 ， 降 低 壁 部 拉 應 力 ， 減 少 模 具 磨 損 而 需 加 潤

18、滑 劑 。 拉 深 過 程 中 另 一 種 常 見 缺 陷 是 起 皺 ， 必 須 進 行 壓 邊 。 （ 2） 起 皺 3、 坯 料 尺 寸 及 拉 深 力 的 確 定 二 、 彎 曲 彎 曲 是 將 坯 料 彎 成 一 定 角 度 、 一 定 曲 率 而 形 成 一 定 形 狀 零 件 的工 序 。 彎 曲 時 ， 坯 料 內(nèi) 側(cè) 受 壓 縮 ， 外 側(cè) 受 拉 伸 ， 當 外 側(cè) 受 應 力 超 過坯 料 抗 拉 強 度 極 限 時 ， 就 會 造 成 金 屬 破 裂 。 彎 曲 時 最 小 圓 角 半 徑 rmin應 為 （ 0.251） . 彎 曲 時 還 應 盡 可 能 使 彎 曲

19、 線 與 坯 料 纖 維 方 向 垂 直 ， 若 彎 曲 線 與 纖 維 方 向 平 行 ， 則 容 易 產(chǎn) 生 破 裂 。 板 料 彎 曲 后 有 回 彈 ， 設 計 彎 曲 模 時 ， 必 須 使 模 具 的 角 度 比 成 品件 角 度 小 一 個 回 彈 角 ， 以 便 彎 曲 后 得 到 準 確 的 彎 曲 角 度 。 其 它 沖 壓 成 形 指 除 拉 深 和 彎 曲 以 外 的 沖 壓 成 形 ， 包 括脹 形 、 翻 邊 、 縮 口 和 旋 壓 等 。 這 些 成 型 工 序 的 共 同 特 點 是通 過 材 料 的 局 部 變 形 來 改 變 坯 料 或 零 件 的 形 狀

20、， 不 同 點 是 ：脹 形 和 圓 內(nèi) 孔 翻 邊 屬 于 伸 長 類 成 形 ， 常 因 拉 應 變 過 大 而 產(chǎn)生 拉 裂 破 壞 ； 縮 口 和 外 緣 翻 凸 邊 屬 于 壓 縮 類 成 形 常 因 坯 料失 穩(wěn) 起 皺 而 失 敗 ； 旋 壓 的 變 形 特 點 又 與 上 述 各 種 有 所 不 同 。因 此 在 制 訂 工 藝 和 設 計 模 具 時 ， 一 定 要 根 據(jù) 不 同 的 成 形 特點 ， 確 定 合 理 的 工 藝 參 數(shù) 。 三 、 其 它 沖 壓 成 形 1. 脹 形 脹 形 主 要 用 于 平 板 坯 料 的 局 部 脹 形 （ 或 叫 起 伏 成 形

21、） ，如 壓 制 凹 坑 、 加 強 肋 、 起 伏 形 的 花 紋 及 標 記 等 。 另 外 ， 管類 坯 料 的 脹 形 （ 如 波 紋 管 ） 、 平 板 坯 料 的 拉 形 等 ， 均 屬 脹形 工 藝 。 脹 形 工 藝 的 特 點 ： 變 形 區(qū) 內(nèi) 板 料 成 形 主 要 是 通 過 減 薄壁 厚 、 增 大 局 部 表 面 積 來 實 現(xiàn) 的 。 2. 翻 邊 翻 邊 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 豎 直 邊 緣 的 沖 壓 成 形 方 法 ， 在 生 產(chǎn) 中 應 用 很 廣 。根 據(jù) 零 件 邊 緣 的

22、 性 質(zhì) 和 應 力 狀 態(tài) 的 不 同 ， 翻 邊 可 分 為 內(nèi) 孔翻 邊 和 外 緣 翻 邊 。 內(nèi) 孔 （ 小 孔 ） 翻 邊 主 要 用 于 連 接 ， 外 緣 翻 邊 用 于 增 強剛 度 。 圓 孔 翻 邊 主 要 變 形 是 坯 料 的 切 向 和 徑 向 拉 伸 ， 越 接 近孔 邊 緣 變 形 越 大 。 其 缺 陷 是 邊 緣 拉 裂 。 圓 孔 變 形 程 度 可 用 變 形 系 數(shù) K0表 示 K0=d0/d 翻 邊 時 孔 邊 不 破 裂 所 能 達 到 的 最 小 K0值 ， 稱 為 極 限翻 邊 系 數(shù) 。 當 零 件 所 需的 凸 緣 較 高 、 一次 翻 邊

23、 成 形 有 困難 時 ， 可 采 用 先拉 深 、 后 沖 孔 、再 翻 邊 的 工 藝 來實 現(xiàn) 。 3. 旋 壓 旋 壓 成 形 主 要 用 于 種 類 回 轉(zhuǎn) 體 ， 如 燈 罩 、 壓 力 鍋 體 、氣 瓶 、 導 彈 殼 及 封 頭 等 。 第 三 節(jié) 沖 模 的 分 類 和 結(jié) 構(gòu) 沖 模 是 沖 壓 生 產(chǎn) 中 必 不 可 少 的 。 沖 模 結(jié) 構(gòu) 合 理 與 否對 沖 壓 件 質(zhì) 量 、 沖 壓 生 產(chǎn) 的 效 率 及 模 具 壽 命 都 有 很 大 的影 響 。 沖 模 按 結(jié) 構(gòu) 基 本 上 可 分 為 簡 單 模 、 連 續(xù) 模 和 復 合模 三 種 。 圖 9-17

24、 簡 單 沖 模凸 模 ； 2-凹 模 ； 3-上 模 板 ； 4-下 模 板 ； 5-模 柄6-壓 板 ； 7-壓 板 ； 8-卸 料 板 ； 9-導 板 ； 10-定 位 銷11-套 筒 ； 12-導 柱 1 65 3 111249 2 7108 一 、 簡 單 沖 模 在 沖 床 的 一 次沖 程 中 只 完 成 一個 工 序 的 沖 模 ，稱 為 簡 單 沖 模 。如 圖 所 示 ： 二 、 連 續(xù) 沖 模 沖 床 的 一 次 沖 程 中 ， 在 模 具 不 同 部 位 上 同 時 完 成 數(shù) 道沖 壓 工 序 的 模 具 ， 稱 為 連 續(xù) 模 。 1-落 料 凸 模 ； 2-定 位

25、 銷 ； 3-落 料 凹 模 ； 4-沖 孔 凸 模 ；5-沖 孔 凹 模 ； 6-卸 料 板 ； 7-坯 料 ； 8-成 品 ； 9-廢 料843 a) 52 圖 8-18 連 續(xù) 沖 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-壓 料 圈 兼 頂 板圖 9-19 落 料 拉 伸 復 合 模543 12 工 件 圖 三 、 復 合 沖 模 沖 床 的 一 次 沖 程 中 ， 在 模 具 同 一 部 位 上 同 時 完 成 數(shù) 道沖 壓 工 序 的 模 具 ， 稱 為 復 合 模

26、。 此 模 的 最 大 特 點 是 模 具 中有 一 個 凸 凹 模 3， 凸 凹 模 的 外 周 是 落 料 凸 模 刃 口 ， 內(nèi) 孔 則成 為 拉 深 （ 或 沖 孔 ） 凹 模 。 第 四 節(jié) 沖 壓 工 藝 過 程 的 制 定 沖 壓 件 的 生 產(chǎn) 過 程 包 括 備 料 、 各 種 沖 壓 工 序 和 必 要 的輔 助 工 序 ， 有 時 還 包 括 一 些 非 沖 壓 工 序 。 制 定 一 種 技 術(shù) 上可 行 、 經(jīng) 濟 上 合 理 的 工 藝 方 案 ， 就 是 根 據(jù) 沖 壓 件 的 特 點 、生 產(chǎn) 批 量 、 現(xiàn) 有 設 備 和 生 產(chǎn) 能 力 等 ， 對 以 上

27、這 些 工 序 作 出合 理 的 安 排 。 一 、 沖 壓 件 的 工 藝 性 分 析 沖 壓 件 的 工 藝 性 是 指 沖 壓 件 對 沖 壓 加 工 工 藝 的 適 應 性 。沖 壓 工 藝 性 好 ， 是 指 在 滿 足 零 件 使 用 要 求 的 前 提 下 ， 能 以最 簡 單 、 最 經(jīng) 濟 的 沖 壓 方 式 加 工 出 來 。 影 響 沖 壓 工 藝 性 的主 要 因 素 有 ： 沖 壓 件 的 形 狀 、 尺 寸 、 精 度 及 材 料 等 。 1、 沖 壓 件 的 結(jié) 構(gòu) 工 藝 性 （ 1） 對 沖 裁 件 的 要 求 有 13條 （ 2） 對 彎 曲 件 的 要 求

28、 有 13條 （ 3） 對 拉 深 件 的 要 求 有 13條 2、 改 進 結(jié) 構(gòu) 可 以 簡 化 工 藝 及 節(jié) 省 材 料 有 13條 3、 沖 壓 件 的 精 度 和 表 面 品 質(zhì) 二 、 擬 訂 沖 壓 工 藝 方 案 1、 選 擇 沖 壓 基 本 工 序 （ 1） 剪 裁 和 沖 裁 （ 2） 彎 曲 （ 3） 拉 深 2、 確 定 沖 壓 工 序 的 原 則 冷 沖 壓 的 工 序 主 要 是 根 據(jù) 零 件 的 形 狀 而 確 定 的 ， 確 定 原 則 如 下 ： （ 1） 對 于 有 孔 或 有 切 口 的 平 板 零 件 （ 2） 對 于 多 角 彎 曲 件 （ 3） 對 于 旋 轉(zhuǎn) 體 復 雜 拉 深 件 （ 4） 對 于 有 孔 或 缺 口 的 拉 深 件 （ 5） 校 平 、 整 形 、 切 邊 工 序 三 、 確 定 模 具 類 型 與 結(jié) 構(gòu) 形 式 四 、 選 擇 沖 壓 設 備 五 、 編 寫 沖 壓 工 藝 文 件