1、寧波工程學院周志斌2012.04.17材料成型基礎沖壓成形工序分類示意圖沖壓成形工序分類示意圖 落料落料 分離工序分離工序 沖裁沖裁 沖孔沖孔 切斷切斷 彎曲彎曲 切口切口 板料成形板料成形 成形工序成形工序 拉拉 深深 成成 形形 脹形脹形 翻邊翻邊 沖沖 壓壓 縮頸縮頸 擴口擴口 接合工序接合工序 壓壓 接接 造型接合造型接合 成型接合成型接合 體積成形體積成形 冷擠壓冷擠壓 冷冷 鐓鐓第二節 沖 裁 沖裁沖裁是利用模具使材料分離的一種沖壓工序。 廣義地說，沖裁是分離工序的總稱。但一般說來， 沖裁主要是指落料落料和沖孔沖孔工序。 落料：落料： 從板料上沖下所需形狀的零件或者毛 坯。 沖孔：

2、沖孔： 從板料或者工件上沖出所需形狀的孔，沖 去的為廢料。 一一. . 普普 通通 沖沖 裁裁1. 沖裁過程的分析 圖8-4 沖裁過程 普通沖裁過程大致可以分成三個階段： (1)彈性變形階段 彈彈 (2)塑性變形階段b b (3)斷裂分離階段 b b 2. 沖裁件質量 沖裁件質量主要是指： 切斷面質量 表面質量 形狀誤差 尺寸精度圖8-6 沖裁件切斷面特征 沖裁件切斷面可以分為四個部份沖裁件切斷面可以分為四個部份: : 光光 亮亮 帶帶 斷斷 裂裂 帶帶 圓圓 角角 毛毛 刺刺（a）落料件）落料件 （b）沖孔件）沖孔件 圖8-7 沖件表面質量影響關系圖 模 具 制件材料 壓力機 刃口間隙刃口間

3、隙 性能 精度 刃口狀態 料厚 剛度 表面狀態 沖裁件表面質量 圖8-8 沖件尺寸精度影響關系圖 模 具 制件材料 壓力機 刃口間隙刃口間隙 彈縮量 精度 刃口尺寸 定位精度 剛度 進距誤差 表面狀態 沖裁件尺寸精度3. 沖裁模間隙圖8-9 間隙對沖裁件斷面質量的影響a）間隙過小 b）間隙適中 c）間隙過大 沖裁模具的凸、凹模間隙對沖裁件斷面質量有很大的影響: 間隙適中時 : 好 當間隙過小時: 一般 間隙過大時: 不合格4. 4. 凸模與凹模刃口尺寸的確定凸模與凹模刃口尺寸的確定 現現 象象 ：落料件和沖孔件的切斷面都帶有斜度，即在同一切斷面有大端尺寸和小端尺寸。而落料件的大端尺寸與凹模尺寸

4、接近，沖孔件小端尺寸與凸模尺寸接近。在測量和使用沖裁件時，落料件是以大端為基準，沖孔件以小端為基準；在沖裁生產過程中，凸、凹模磨損的結果是使間隙增大。 原原 則則 （1）設計落料模時，以凹模為基準，按落料件先 確定凹模刃口尺寸，然后根據選取的間隙值 再確定凸模刃口尺寸。（2）設計沖孔模時，以凸模為基準，按沖孔件先 確定凸模刃口尺寸，然后根據選取間隙值再 確定凹模刃口尺寸。（3）由于沖模在使用過程中有磨損，磨損的結果 使落料件尺寸增大，沖孔尺寸減小。為了保 證模具的使用壽命，落料凹模刃口尺寸應靠 近落料件公差范圍內的最小尺寸；沖孔凸模 刃尺寸應靠近孔的公差范圍內最大尺寸。（4）考慮到磨損，凸、凹

5、模間隙均應采用最小合 理間隙。 沖模的凸、凹模制造有分別加工和配合加工兩種。 分別加工分別加工：適用于沖裁圓形或簡單形狀零件。 圖99 沖模刃口尺寸關系(1)(1)沖沖 孔孔 : :設需沖孔孔徑尺寸為d時，有：pminpxdd （93）dminpdZdd （94） (2) 落落 料料 : 設所需落料件尺寸為 D- 時，有：dxDDd)(maxpZDDdp)(min （95） （96） 5. 沖裁力的計算及降低沖裁力的方法。沖裁力的計算及降低沖裁力的方法。（1）沖裁力的計算）沖裁力的計算 （97） 可?。篕1.3， （98） 式中:F 沖裁力（剪切分離所需之力）； L 沖裁周邊輪廓長度； t 材

6、料厚度； K 系數； 材料抗剪強度； 材料抗拉強度； A 沖裁周邊廓面的面積bbKAKLtFbb8 . 0bbALtFbb （2）降低沖裁力的方法）降低沖裁力的方法 沖裁力的計算公式沖裁力的計算公式 1）材料加熱沖裁（紅沖）材料加熱沖裁（紅沖） bbALtF 2）多凸模階梯布置沖裁圖910a 階梯凸模布置bbALtF 階梯形布置時，需要注意以下幾方面要求：對稱分布，防止偏載;先沖大孔、后沖小孔;多凸模之間的高度差H可以?。寒敳牧虾穸萾3mm時 H = t當材料厚度t3mm時 H = 0.5t 3）斜刃口模具沖裁）斜刃口模具沖裁圖910b 斜刃沖模bbALtF 在設計斜刃沖裁模具時，應注意以下問

7、題： 為了制取平整的零件，沖孔時，將凸模設計為斜刃，落料時，將凹模設計為斜刃。 斜刃一般設制成波浪形，或考慮其對稱設置，以免承受偏載。斜刃口模具沖裁與平刃沖裁相比，沖裁力可以降低5075，斜刃沖模的減力程度由斜刃峰波高度H和角度決定，H和可參考下列數值選?。?t 3mm， H = 2t，5 t = 310mm，H = t， 8 一般情況時，角不大于12在降低噪聲方面，刃口傾斜， 可降低噪聲10（dB）。 6. 材料利用率材料利用率 材料利用率： （99） 式中: 材料利用率； A0 沖裁此工件所用材 料總面積，包括工 件面積和廢料面積。 A 工件的實際面積；%1000AA 排樣：排樣：沖裁件在

8、條料或沖裁件在條料或板料上的布置方法板料上的布置方法。 搭邊搭邊：在排樣時，工件之間、工件 與條料側邊之間留下的余料。圖911 沖裁廢料類型1結構廢料 2工藝廢料 二、精二、精 密密 沖沖 裁裁 普通沖裁獲得的工件尺寸精度在普通沖裁獲得的工件尺寸精度在IT11以下，粗糙以下，粗糙一般為一般為Ra2512.5m，光亮帶所占斷面比例不，光亮帶所占斷面比例不大，斷面具有斜度，只能滿足一般產品的普通大，斷面具有斜度，只能滿足一般產品的普通要求。要求。 精精 密沖裁方法主要有密沖裁方法主要有:整整 修修光潔沖裁光潔沖裁 齒圈壓板沖裁（俗稱精沖法）齒圈壓板沖裁（俗稱精沖法） 1. 整整 修修 生產中經常應

9、用的整修方法有以下幾種： 切掉余量整修 擠光整修 (1) 切掉余量整修法 圖912a 切掉余量整修法（2） 擠光整修法 圖912b 擠光整修法 2光潔沖裁光潔沖裁 小間隙圓角刃口沖裁小間隙圓角刃口沖裁 負間隙沖裁等方法。負間隙沖裁等方法。（1）小間隙圓角刃口沖裁）小間隙圓角刃口沖裁 圖913 小間隙圓角刃口沖裁 (2) (2)負間隙沖裁負間隙沖裁 圖914 負間隙沖裁 3. 齒圈壓板沖裁（俗稱精沖法）齒圈壓板沖裁（俗稱精沖法）圖915 齒圈壓板精密沖裁 第三節第三節 彎彎 曲曲 將各種金屬毛坯變成具有一定角度、曲率和形狀將各種金屬毛坯變成具有一定角度、曲率和形狀的加工方法稱為的加工方法稱為彎曲

10、彎曲。圖圖9 916 16 各種典型彎曲件舉例各種典型彎曲件舉例一. 板料彎曲變形與應力分析 圖圖917 彎曲變形區切向力分布彎曲變形區切向力分布平板毛坯的彎曲變形平板毛坯的彎曲變形a）彈性彎曲）彈性彎曲b）彈塑性彎曲）彈塑性彎曲c）有硬化純塑性彎曲）有硬化純塑性彎曲d）無硬化純塑性彎曲）無硬化純塑性彎曲 (一) 板料彎曲變形分析 彈性彎曲階段 彈塑性彎曲階段 純塑性彎曲階段應變中性層應變中性層: 板料彎曲時，外層纖維受拉，內層纖維受壓，在拉伸與壓縮之間必然有一層金屬長度不變，這層金屬稱為應變中性層，其曲率半徑用 表示。應力中性層應力中性層: 在毛坯截面上的應力，由外層的拉應力過渡到內層壓應力

11、時，發生突然變化或應力不連續的纖維層，稱為應力中性層。其曲率半徑用 表示。 彎曲變形時的現象現象：中性層內移中性層內移材料變薄材料變薄板料橫截面出現畸變板料橫截面出現畸變圖圖918 彎曲時毛坯橫截面形狀的變化彎曲時毛坯橫截面形狀的變化彎曲變形 a ）窄板（ ) b)寬板（）3tb）c）寬板（3tb）二彎曲工藝計算及彎曲件質量分析二彎曲工藝計算及彎曲件質量分析 彎曲力的計算彎曲力的計算圖圖923 彎曲示意圖彎曲示意圖 彎曲力的計算彎曲力的計算（）自由彎曲力：（）自由彎曲力： V形彎曲彎曲 （9-35） U形彎曲彎曲 （9-36）（）校正彎曲力：（）校正彎曲力： F=A q （9-37）trCbt

12、Fb26 . 0trCbtFb27 . 0 2. 彎曲件毛坯長度的確定 彎曲半徑r0.5t的彎曲件，毛坯計算公式為：（圖9-24） （9-38）圖圖924 單角彎曲圖單角彎曲圖)(1801802121KtrLLLLL 3. 最小相對彎曲半徑最小相對彎曲半徑 在保證彎曲毛坯外層纖維不發生破壞的條件下，彎曲件內表面所能達到的最小圓角半徑，稱為最小彎曲半徑；最小彎曲 半徑 rmin 與毛坯厚度 t 之比，稱為最小相對彎曲半徑 rmin/t。 （9-44） 121minmaxt 影響最小相對彎曲半徑的因素為影響最小相對彎曲半徑的因素為： 1）材料的力學性能 2）板料的方向性 3）板料表面和側邊質量 曲

13、率變化量： （9-45） 角度變化量： （9-46）001100圖圖925 彎曲變形的彈復彎曲變形的彈復4. 彎曲時的回彈彎曲時的回彈 當彎曲工件所受外力卸載后， 彈性變形部份恢復，使彎曲件的彎 曲角,彎曲半徑與模具尺寸不一致，這種現象稱為彎曲回彈。 影響彎曲回彈的主要因素有：影響彎曲回彈的主要因素有： 1） 材料性能： 2） 相對彎曲半徑 r / t 3） 彎曲角 4） 彎曲方式 5） 彎曲件形狀 5. 提高彎曲件精度的方法(1) (1) 改進彎曲件局部結構和改進彎曲件局部結構和選用合適的材料選用合適的材料(2) (2) 補償法補償法(3) (3) 校正法校正法(4) (4) 拉彎法拉彎法(

14、1) (1) 改進彎曲件局部結構和選用合適的材料改進彎曲件局部結構和選用合適的材料圖圖926 改進彎曲件局部結構改進彎曲件局部結構(2) (2) 補償法補償法圖圖927 補償法補償法(3) (3) 校正法校正法圖圖928 校正法校正法 第四節第四節 拉拉 深深 將毛坯通過模具制成開口空心零件的沖壓工藝方法稱為拉深，也可以稱為拉延。 各種拉深零件a) 圓筒形件.階梯形件b) 圓弧件.圓錐件c) 盒形件d) 異形件.覆蓋件一、圓筒形件拉深變形與力學分析 1. 圓筒形件拉深過程圓筒形件拉深過程圖圖930 拉深過程毛坯狀態拉深過程毛坯狀態2.2. 圓筒形件拉深的力學分析圓筒形件拉深的力學分析 無壓邊圈

15、的拉深無壓邊圈的拉深: 利用利用平衡微分方程平衡微分方程和反映材料內部特性和反映材料內部特性的的塑性方程塑性方程以及以及邊界邊界條件條件求解出凸緣變形求解出凸緣變形區的切向應力和徑向區的切向應力和徑向應力。應力。圖圖931 931 圓筒形件拉深時的應力分析圓筒形件拉深時的應力分析二、圓筒形件拉深工藝 1. 圓筒形件質量圓筒形件質量 影響拉深工藝過程的因素： （1）板料性能 s / b （2）材料相對厚度 t /D （3）凸、凹模圓角半徑和摩擦對圓筒件拉 深的影響 拉深成形中最容易出現的問題是: 起皺起皺和拉裂拉裂。 2 拉深系數和拉深次數拉深系數和拉深次數拉深系數拉深系數: 每次拉深后圓筒形件

16、的直徑d與拉深前毛坯直徑D之比稱為拉深系數m: m = d / D (9-50)拉深比拉深比: K= (9-51)極限拉深系數極限拉深系數 : m極限dDm1極限 拉深次數的確定方法： m總= dn / D 第一次：m1=d1/D d1=m1D 第二次：m2=d2/d1 d2=m2 d1=m1 m2 D 第三次：m3=d3/d2 d3=m3 d2=m3 m2 m1 D 第n次: mn=dn/dn-1 dn=m1 m2 m3mn D 其中dn為工件的直徑，D為毛坯尺寸，這樣，總拉深系數為： m總= dn/D=m1 m2 m3mn (9-52) 3. 拉深件毛坯尺寸的確定拉深件毛坯尺寸的確定 毛坯

17、尺寸按面積相等的原則計算 毛坯尺寸為： （9-53） 對于直壁圓筒形零件： （9-54）圖圖932 932 圓筒形件拉深件毛坯計算圓筒形件拉深件毛坯計算iAD4RHdRRdRRdD4822222 沖模沖模: : 決定沖壓產品模樣、形狀和尺寸的專用工具稱為沖壓成形決定沖壓產品模樣、形狀和尺寸的專用工具稱為沖壓成形 模具或沖模。模具或沖模。 現代沖壓生產要求沖模具有高效率、高精度、高壽命?，F代沖壓生產要求沖模具有高效率、高精度、高壽命。一一 沖模的基本形式與主要零件沖模的基本形式與主要零件 1 1、沖模的基本形式、沖模的基本形式 沖模按工序的復合程度分類：沖模按工序的復合程度分類： 單一工序的簡單

18、模、多工序的連續模和復合模。單一工序的簡單模、多工序的連續模和復合模。 第五節第五節 沖壓模具設計沖壓模具設計 按工序的復合程度對模具進行分類按工序的復合程度對模具進行分類: : 模具在一次沖模具在一次沖程中，只完成一道程中，只完成一道工序，稱為簡單模工序，稱為簡單?；騿喂ば蚰?。或單工序模。 圖圖9-33無導向簡單壓彎模無導向簡單壓彎模1模柄 2凸模 3定位板 4凹模 5下模 1簡單模簡單模: 結構簡單、容易制結構簡單、容易制造、成本低；模具依造、成本低；模具依靠壓力機滑塊導向，靠壓力機滑塊導向，沖件精度不高。沖件精度不高。 無導向簡單模無導向簡單模 圖圖9-34 導板式簡單沖裁模導板式簡單沖

19、裁模1凸模 2導板 3凹模 導板模比無導向導板模比無導向模導向精度高，模具模導向精度高，模具壽命長，但制造比較壽命長，但制造比較復雜，一般適用于形復雜，一般適用于形狀簡單、尺寸不大的狀簡單、尺寸不大的沖裁件。沖裁件。 導板式簡單沖裁模導板式簡單沖裁模 圖圖9-35 導柱式簡單沖裁模導柱式簡單沖裁模1導柱 2導套 3擋料銷 模具輪廓尺寸大，制造工藝復雜，但導向可靠、導向精度高，模具壽命長，適合于大量和成批的沖件生產。 導柱式簡單沖裁模導柱式簡單沖裁模2 2復合模復合模 模具在一次沖程中，在模具同一位置上同時完成兩道以上的工序，稱為復合模。圖9-36沖制墊圈零件復合模3連續模連續模 模具在一次沖程

20、中，在模具不同位置，同時完成兩道以上的模具在一次沖程中，在模具不同位置，同時完成兩道以上的工序，稱為連續?；蚣夁M模，也可以稱為跳步模、步進模。工序，稱為連續?；蚣夁M模，也可以稱為跳步模、步進模。圖9-37 連續模2 2、沖模的主要零件、沖模的主要零件 沖模的主要零件分類沖模的主要零件分類 組成沖模的主要零件，根據其功用可以分為兩大類： 工藝結構零件 輔助結構零件 工工 藝藝 結結 構構 部部 分分 輔輔 助助 結結 構構 部部 分分工作零件 定位零件壓料、卸料及出件零件導向零件固定零件緊固及其它零件 凸模 凹模 凸凹模 擋料銷和 導正銷 導料板 定位銷、 定位板 側壓板 側刃 卸料板 壓邊圈

21、頂件器 推件器 導柱 導套 導板 導筒上、下模座模柄凸、凹模固定板墊板限制器 螺釘 銷釘 鍵 其它表表 沖模主要零件分類沖模主要零件分類 沖裁模的凸模和凹模沖裁模的凸模和凹模圖9-38 沖裁凸模的主要結構形式常見的沖裁凸模結構形式如圖9-38所示: 凸模的長度根據工藝方法和結構形式進行確定，當采用剛性卸料板和導尺時，凸模長度為： 式中: H1固定板厚度； H2卸料板厚度； H3 導尺厚度； H 附加長度: 包括凸 模進入凹模的深度 （0.51mm），總修磨量（10 15 mm），凸模處于最低工作位置時卸料板到凸模固定板之間的 安全距離（1520mm）。對于細長凸?；蛲鼓嗝娉叽缧《髁虾芎竦那?/p>

22、況下，必須進行承壓能力和抗失穩能力的校核。圖9-39 凸模長度的確定 凸模長度的確定凸模長度的確定HHHHL321 幾種常見的沖裁凹模形式幾種常見的沖裁凹模形式: :圖9-40 凹?？卓谛问?凹模孔口參數凹模孔口參數 生產中常采用經驗公式對凹模高度和凹模壁厚進行 計算設計。圖9-41所示凹模尺寸計算公式為：凹模高度： (15mm)凹模壁厚： (3040mm) 式中:b 沖裁件最大外 形尺寸 K 系數，可查表 。圖圖9-41 凹模尺寸的確定凹模尺寸的確定Kbh hc)25 . 1 (二二 沖模設計要點及步驟沖模設計要點及步驟1 1、沖模總體形式的確定、沖?？傮w形式的確定在確定模具結構形式時，必須

23、進行以下幾方面設計：1）模具類型：簡單模、連續模、復合 模等。2）操作方式：手工操作，自動化操 作，半自動化操作。3）進出料方式和原材料的定位方式。4）壓料與卸料方式：壓料或不壓料， 彈性或剛性卸料等。5）模具精度：模具加工精度、合理的 導向方式和模具固定方法等。 2 2、沖模的壓力中心、沖模的壓力中心 沖壓力合力的作用點稱為模具的壓力中心。 要求：壓力中心與機床滑塊中心重合。 壓力中心的確定： 1 簡單形狀工件的壓力中心： 凡是質量分布均勻,具有中心對稱形狀和封閉沖裁輪廓的沖件,其壓力中心與重心相重合。此時的壓力中心均位于工件輪廓圖形的幾何中心。 2 2復雜形狀工件的壓力中心：復雜形狀工件的壓力中心： 力學定理：力學定理：諸分力對某軸力矩之和等于其合力對同軸之矩。 niiniiinnnFxFFFFxFxFxFX11212211.niiniiinnnFyFFFFyFyFyFY11212211.圖9-42 沖模壓力中心的確定三、沖模的封閉高度三、沖模的封閉高度 沖模封閉高度沖模封閉高度：指模具在最低工作位時，下模座的下平面 至上模座的上平面之間的距離。圖9-43 沖模的封閉高度 模具的封閉高度H應該介于壓力機的最大封閉高度Hmax及最小封閉高Hmin之間。取: Hmax5mmHHmin+10mm四、沖模的設計步