冲压模具设计——第三章.ppt
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1、简介: 冲裁是最基本的冲压工序。 本章是本课程的重点之一。 在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上,介绍冲裁工艺计算、工艺方案制定。 涉及冲裁变形过程分析、冲裁件质量及影响因素、间隙确定、刃口尺寸计算原则和方法、排样设计、冲裁力与压力中心计算等。,1冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素; 2刃口尺寸计算原则和方法; 3冲裁工艺性分析与工艺方案制定;,重点与难点:,1了解冲裁变形规律、冲裁件质量及影响因素; 2掌握冲裁模间隙确定、刃口尺寸计算、排样设计、冲裁力计算等设计计算方法。 3掌握冲裁工艺性分析与工艺设计方法;,目的与要求:,冲裁模:,冲裁:,利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的
2、一种冲压工序。,1、基本工序:落料和冲孔。包括切口、修边等 2、范畴:包括板料加工中利用模具产生分离的 一切工序,即板料分离工序的总称。 3、落料、冲孔变形机理是一样的。 但因所取不同,模具设计原则不一样。,冲裁工序所使用的模具。它是冲裁过程必不可少的工艺装备。 特点:凸、凹模刃口锋利,间隙小。 分类: 普通冲裁模、精密冲裁模,第一节 冲裁过程分析,第二节 冲裁件的质量分析,第三节 冲裁间隙,第四节 凸模与凹模工作部分尺寸的计算,第五节 冲裁力,第六节 冲裁工件的排样,本章内容,第一节 冲裁过程分析,一、冲裁变形区力学分析,1、板料受力,冲裁时作用于板料上的力 1-凸模 2-板材 3-凹模,四
3、对力: Fp1、Fp2模具对板的垂直作用力 F1、F2模具对板的侧压力 Fp1、 Fp2 模具端面与板料间的摩擦力 F1、 F2 模具侧壁与板料间的摩擦力 一个力矩:由于凸、凹模间隙存在,产生弯矩。 弯曲使变形不均匀,刃口处受力最大,2、变形区应力状态(无卸料板压紧板料时), 1径向应力, 2 切向应力, 3 轴向应力 A: 凸模下压引起轴向拉应力3(+),弯曲与凸模侧压致径向压应力1(-), 切向为弯曲引起的压应力与侧压引起的拉应力的合成应力 2(-)。 B:模具下压与板弯曲引起三向压应力 C:板料纤维方向 1(+),轴向 3(-) D:凹模挤压致 3(-),板弯曲致 1(+) 2(+) E
4、:轴向拉应力 3(+),合成应力 2(+) 1(+)。,间隙正常、刃口锋利情况下,冲裁变形过程按凸模行程 可分为三个阶段:,二、冲裁变形过程,1弹性变形阶段 变形区内部材料应力小于屈服应力 。,2塑性变形阶段 变形区内部材料应力状态满足塑性条件或屈服条件。,3断裂分离阶段 变形区内部材料应力大于强度极限。,裂纹首先产生在凹模刃口侧面的板料中,继而在凸模刃口侧面处产生,上、下裂纹扩展相遇而聚合,大致沿最大剪应变速度方向发展,材料分离,冲裁件质量:,第二节 冲裁件的质量分析,垂直、光洁、毛刺小,图纸规定的公差范围内,外形满足图纸要求;表面平直,即拱弯小,指断面质量、尺寸精度和形状误差。,1、冲裁件
5、断面组成与表面质量,断面的形成、组成与特征,圆角带(塌角)a:,刃口压入时附近的材料产生弯曲和伸长变形。,光亮带b:,塑性剪切变形。表面光滑,断面质量最好的区域。 决定孔或落料件的尺寸,断裂带c:,裂纹形成及扩展形成的撕裂面。断面粗糙,有斜度。,毛刺区d:,由于间隙存在,裂纹产生不在刃尖,毛刺不可避免。此外,间隙不正常、刃口不锋利,还会加大毛刺。,表面质量,垫圈的落料与冲孔 a)落料 b)冲孔,落料冲孔复合模 1-下模板 2-卸料螺钉 3-导柱 4-固定板 5-橡胶 6-导料销 7-落料凹模 8-推件块 9-固定板 10-导套 11-垫板 12、20-销钉 13-上模板 14-模柄 15-打杆
6、 16、21-螺钉 17-冲孔凸模 18-凸凹模 19-卸料板 22-挡料销,冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况 a)冲孔件 b)落料件,毛刺,断裂带,光亮带,塌角,冲裁变形过程,2、冲裁件断面质量的影响因素,(1) 材料性能的影响,(2) 模具间隙的影响,间隙小,出现二次剪裂,产生第二光亮带,间隙大,出现二次拉裂,产生二个斜度,(3) 模具刃口状态的影响,当凸模刃口磨钝时,则会在落料件上端产生毛刺;,当凹模刃口磨钝时,则会在冲孔件的孔口下端产生毛刺;,当凸、凹模刃口同时磨钝时,则冲裁件上、下端都会产生毛刺。,a、b、d大,c小,3、冲裁件尺寸精度及其影响因素,冲裁件的尺寸精度: 指冲裁件
7、的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差。,影响因素:,该差值包括两方面的偏差: 一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差; 二是模具本身的制造偏差。,(1)冲模的制造精度(零件加工和装配) (2)材料的性质 (3)冲裁间隙 (4)冲裁件的形状 (5)模具结构,第三节 冲裁间隙,一、间隙的重要性,冲裁间隙Z: Z=DA-dT,指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸dT的差值。亦称双面间隙,用Z表示。 Z/2称为单面间隙,通常用c表示。 c= (DA-dT)/2,1、间隙对冲裁件质量的影响,间隙的大小与分布的均匀性是影响冲裁件质量的主要因素。,1)间隙对冲裁断面质量的影响 间隙小,材料弯曲与拉应力,
8、裂纹较晚产生光亮带,出现二次剪裂,产生第二光亮带; 间隙大,材料弯曲与拉应力,裂纹较早产生光亮带,塌角、剪裂带 间隙合适,上下裂纹与最大切应力方向一致、重合,断面平直、光洁,毛刺 断面质量较好。为合理冲裁间隙。,2)间隙对尺寸精度的影响 间隙大,材料弯曲与拉应力工件脱模后弹性恢复: 孔尺寸 凸模尺寸; 落料尺寸 凹模尺寸 间隙小,材料受凸凹模挤压力脱模后弹性恢复: 孔尺寸 凸模尺寸; 落料尺寸 凹模尺寸,3)间隙对工件弯曲度的影响 材料受弯矩作用变形时产生弯曲脱模后工件残留有一定的弯曲度 间隙大,冲压件曲率半径 工件弯曲严重,2、间隙对冲裁力的影响,间隙小,材料受拉应力,压应力冲裁力,且产生裂
9、纹后冲裁力不是急剧下降。 间隙增大,冲裁力有一定程度的降低,但影响不是很大。 间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大,卸料力和推件力都将减小。 间隙合适,上下裂纹与最大切应力方向一致、重合产生裂纹后剪切力急剧下降。,小间隙将使磨损增加,甚至使模具与材料之间产生粘结现象,并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏。,为了延长模具寿命,在保证冲裁件质量的前提下,1)采用适当或较大的间隙值; 2)减缓间隙不均匀的影响; 3)采用小间隙时必须提高模具硬度与光洁度、精度; 4)改善润滑条件,减少磨损。,3、间隙对模具寿命的影响,模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。,失效原因:磨损、
10、变形、崩刃、折断和胀裂。,二、冲裁模间隙值的确定,从使用角度:iii)对尺寸精度和断面垂直度要求高的工件,取较小合理间隙。 iv)对尺寸精度和断面垂直度要求不高的工件,以降低冲裁力、提高模具寿命为主,取较大的合理间隙。,从设计角度: i)考虑到生产过程中的磨损使间隙变大,在设计与制造新模具时应采用最小合理间隙 Zmin ii)材料愈硬愈厚,所需合理间隙值愈大,确定原则:,1)理论确定法以保证变形时上下裂纹重合为基础,2)经验确定法(查表3-3、3-4),2. 确定方法:,较小间隙值高精度要求时 较大间隙值精度要求不高 Z= f(t,或) 非唯一性:不同的国家、不同的行业, 根据各自工件设计精度
11、要求和制造业的 水平不同,有不同的经验表格与数据,间隙对剪切裂纹与断面质量的影响 a)间隙过小 b)间隙合理 c)间隙过大,凸、凹模刃口磨钝时毛刺的形成情况,第四节 凸模和凹模工作部分尺寸的计算,1冲裁件的断面都带有锥度。 光亮带是测量和使用部位,落料件的光亮带处于大端尺寸,冲孔件的光亮带处于小端尺寸;且落料件的大端(光面)尺寸等于凹模尺寸,冲孔件的小端(光面)尺寸等于凸模尺寸。,2凸模轮廓越磨越小,凹模轮廓越磨越大,结果使间隙越用越大。,一、凸、凹模刃口尺寸计算原则,生产实践发现的规律:,1、先确定基准件 落料:以凹模为基准,间隙取在凸模上; 冲孔:以凸模为基准,间隙取在凹模上。,2、考虑冲
12、模的磨损规律 设计落料模时,凹模刃口磨损工件尺寸。凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸; 设计冲孔模时,凸模刃口磨损工件孔尺寸。凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。 模具磨损预留量与工件制造精度有关。,计算原则:,3、冲裁(设计)间隙一般选用最小合理间隙值Zmin。,4、选择模具刃口制造公差时,要考虑工件精度与模具精度的关系,即要保证工件的精度要求,又要保证有合理的间隙值。 一般冲模精度较工件精度高23级; 对未注工件公差尺寸: 非圆形工件:零件按IT14级处理,冲模取 IT11级 圆形工件:零件按IT910级处理,冲模取 IT67级,5、工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造公
13、差原则上都应按“入体”原则标注为单向偏差。但对于磨损后无变化的尺寸,一般标注双向偏差()。,(加工/测量方法),1、凹模、凸模分开加工特点,二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法,具有互换性、制造周期短,但合理间隙范围不易保证,需提高加工精度,增加制造难度。 圆形、简单形状多用分开加工方法。,合理间隙范围易保证,无互换性、制造周期长。 复杂形状多用配合加工方法。 配合件以合理间隙ZminZmax配作。,2、凹模、凸模配合加工特点,模具刃口计算、标注原则,1、凹模、凸模分开加工,分别计算凹、凸模刃口尺寸 分别标注凹模、凸模刃口尺寸与制造公差。,只标注模具基准件(工件外形凹模;或工件孔凸模)的刃口尺寸与制
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