五金冲压连续模具設計講義 講師：金牛SEKOU 2024/2/14 目錄 沖孔模設計 復合模設計 成形模設計 結束語 2024/2/14 2 沖孔模結構 沖裁是利用模具使板料產生分離的沖壓工序﹐主要包括落料與沖孔。 從板料沖下所需形狀的零件(或毛坯)的工藝稱落料﹐在工件上沖出所需形狀的孔的工藝稱沖孔。 用于沖裁加工工藝的模具稱為沖孔模。 利用它可以沖出零件或是為彎曲﹑拉深﹑成形等后續工步准備坯料。 定義 2024/2/14 3 沖孔模結構 定義 廢料 工件 落料 沖孔 工件 廢料 2024/2/14 4 沖孔模結構 變形特點 整個沖裁過程可分為三個階段﹕彈性變形階段﹑塑性變形階段和剪裂階段。 彈性變形階段﹕由于凸模所施加的壓力﹐材料產生彈性彎曲并略有擠入凹模刃口,如下圖。 2024/2/14 版權所有�癫坏脧椭� 5 沖孔模結構 變形特點 塑性變形階段﹕材料受力已超過彈性限度﹐這時凸模擠入材料﹐同時材料也擠入凹模﹐由于材料反抗凸模及凹模的擠入﹐產生彎矩M。 2024/2/14 版權所有�癫坏脧椭� 6 沖孔模結構 變形特點 剪裂階段﹕靠近凹模刃口邊的材料所受應力先達到材料的抗剪強度﹐凹模刃邊材料發生裂紋﹐此時凸模刃邊材料尚處于塑性狀態﹐凸模繼續擠入材料(圖a)。接著﹐凸模刃邊的材料也產生了裂紋﹐當凸模與凹模單面間隙z/2合適時﹐從凸模和凹模分別出現的剪裂紋擴展重合而使沖裁件與材料分離(圖b)。分離后﹐凸模繼續移動將沖裁件推入凹模(圖c) 。 2024/2/14 版權所有�癫坏脧椭� 7 沖孔模結構 變形特點 a b c 2024/2/14 8 沖孔模結構 沖裁力曲線 右圖所示為沖Q235樣品時的沖裁力曲線。其中AB段為彈性變形區域﹐即第一階段﹔ BC為塑性變形﹐并開始發生裂紋﹐即第二階段﹔C點沖裁力最大﹐以后剪變位繼續增加﹐壓力下降﹐至D點﹐材料完全破壞。由D至E點﹐沖頭繼續下行﹐用以克服摩擦力和將沖下部分向凹模推進﹐即第三階段。 2024/2/14 9 沖孔模結構 沖裁斷面 M—毛面 G—光面R—塌角 沖裁所得的表面﹐如 右圖所示﹐在沖出孔 的上部﹐有些微圓角 稱塌角﹐接著是由剪 切形成的光亮光面﹐ 最后是撕裂形成的毛 面。而在廢料上﹐也 有類似的三部分﹐只 是分布位置的上下次 序相反。 2024/2/14 版權所有�癫坏脧椭� 10 沖孔模結構 沖裁斷面與間隙 I型 間隙很大 R很大 a很大 拉毛很大 II型 間隙較大 R較大 a正常 拉毛正常 III型 間隙適中 R減小 a正常 拉毛正常 IV型 間隙較小 R減小 a正常 拉毛及正常 V型 間隙很小 R很小 a很小 拉毛及擠毛增大 2024/2/14 版權所有�癫坏脧椭� 11 沖孔模結構 沖裁斷面與間隙 上頁圖顯示了不同間隙下的沖裁斷面變化情況﹐間隙從I型斷面到V型斷面逐步減小。III型斷面的間隙適中。這種斷面分光面和毛面兩部分﹐并帶有塌角R和毛刺。毛刺由拉應力產生﹐稱拉毛。毛面部分有斜度a。 II型斷面的塌角R較III型有所增加﹐斜度a基本不變﹐拉毛仍正常。 間隙如再擴大(I型斷面)﹐則塌角R及斜度a顯著增加﹐拉毛也增大﹐伴隨工件變形。 2024/2/14 版權所有�癫坏脧椭� 12 沖孔模結構 沖裁斷面與間隙 IV型斷面的塌角R較III型減少﹐但斜度與III型相差無几。由于間隙的縮小﹐在毛面中間出現光點﹐毛刺中等﹐除拉毛外﹐并有壓縮應力產生的擠毛。 V型斷面的塌角R極小﹐几乎沒有斜度﹐有兩層相互間隔的光面和毛面﹐毛刺(拉毛和擠毛)有所增加﹐擠毛高度和模具刃口的鋒利程度有關﹐刃口越鋒利﹐擠毛高度越小。 2024/2/14 版權所有�癫坏脧椭� 13 沖孔模結構 沖裁斷面與間隙 2024/2/14 版權所有�癫坏脧椭� 14 沖孔模結構 沖裁斷面與間隙 上頁表為低碳鋼沖裁斷面與沖裁間隙的關系。 R與G的和約等于材料斷裂前凸模進入材料的深度。 對于I型斷面﹐工件或廢料上的光面可能窄而不規則﹐甚至無光面。 IV型光面帶光點。 V型光面有兩層﹐中間夾有毛面。 IV毛面帶粗糙面。 V型毛面分兩層﹐中間夾有光面。 擠毛高度與模具刃口鋒利程度有關。 2024/2/14 版權所有�癫坏脧椭� 15 沖孔模結構 間隙與沖裁力 間隙越小﹐沖裁力越大﹐而增大沖裁間隙﹐則可以減小沖裁力。 當間隙合理時﹐上下裂紋重合﹐最大剪切力較小。 而間隙過小時﹐材料所受力矩和拉應力減小﹐壓應力增大﹐材料不易產生撕裂﹐上下裂紋不重合又產生二次剪切﹐使沖裁力增大。 間隙較大時﹐材料所受力矩和拉應力增大﹐材料易于剪裂分離﹐故最大沖裁力有所減小。 2024/2/14 版權所有�癫坏脧椭� 16 沖孔模結構 間隙與精度 沖件精度是指沖件實際尺寸與基本尺寸間的差值﹐差值越小﹐精度越高。 當間隙較大時﹐材料受拉伸作用變大﹐沖裁完畢后﹐因材料的彈性恢復﹐沖件尺寸向實體方向收縮﹐即落料件尺寸小于凹模尺寸﹐沖孔件的孔徑大于凸模尺寸。 而間隙較小時﹐材料的彈性恢復使落料件的尺寸增大﹐而沖孔的孔徑變小。 沖件的尺寸變化量大小還與材料性能﹑厚度﹑軋制方向﹑沖件形狀等因素有關。模具制造精度及刃口狀態也會影響沖件質量。 2024/2/14 版權所有�癫坏脧椭� 17 沖孔模結構 間隙與模具壽命 在沖裁過程中﹐模具刃口處所受的壓力非常大﹐使模具刃口與材料接觸面間出現局部附著現象﹐產生附著磨損。其磨損量與接觸壓力﹐相對滑動距離成正比﹐與材料 的屈服強度成反比﹐是模具磨損的主要形式。 當間隙較小時﹐接觸壓力會增大﹐摩擦距離增長﹐摩擦發熱嚴重﹐導致模具加劇磨損﹐使模具與材料間產生粘結現象﹐還會引起刃口的壓縮疲勞破壞﹐使之崩刃。 而間隙較大時﹐材料彎曲拉伸相對增加﹐模具刃口端面的正壓力增大﹐容易產生崩刃或塑性變形﹐使磨損加劇。 2024/2/14 版權所有�癫坏脧椭� 18