垫片冷冲压工艺及模具设计

垫片冷冲压工艺及模具设计内容摘要：

板料被剪切的深度较大，光亮带所占比例大， 毛刺、 圆角和穹弯也较大，而断裂带则窄一些。 塑性差的材料与上述现象相反。 ⑵ 模具间隙的影响 如图 24所示。 在影响冲裁件质量的诸多因素中，间隙是主要因素。 因 为 断面质量与裂纹的走向有关，而裂纹走向与间隙有关。 间隙大小关系剪切时附加变化的大小，也决定着在凸、凹模刃口附近板料 产生的上、下裂纹是否重合。 只有 当 凸、凹模间隙适当时，裂纹才重合，此时零件断面斜度很小，并且 毛刺小、 比较平直光滑，无裂纹分层，稍不平坦，断面质量比较满意。 当间隙过大时，凸模刃口处的裂纹较正常间隙向里错开一段距离，上、下裂纹也不重合，而裂纹之间的材料产生第二次拉裂，零件断面出现两个斜度，这时材料的弯曲与拉深大，拉应力大，材料的塑性变形阶段结束较早，致使光亮带较窄，圆角与斜度较大，穹弯厉害，毛刺大。 这时如果料厚，则形成的圆角较大。 料薄，将形成很大的拉长毛刺。 当间隙过小时，凸模刃口附近的裂纹比正常的间隙时向外错 开了一段距离，上、下裂纹产生后，各自进入凸、凹模端面的压应力区而停止发展，不重合。 并且上、下裂纹之间的材料随凸模继续下压将产生第二次剪切，出现第二次光亮带。 在两个光亮带之间产生断裂带，或者呈现断续的小光斑，在冲裁件端面出现挤长的毛刺，但容易去除，由于间隙小，弯曲、拉深小，裂纹产生晚，光亮带变宽，而且零件穹弯小，断面斜度和圆角小，只要中间撕裂不是很深，仍可应用。 西南大学本科毕业论文 (设计 ) 12 图 24 间隙大小对制件断面质量的影响 The infcuence of whieh the size of gap offeets the crosssection a)间隙过小 b)间隙合适 c)间隙过大 1凸模 2材料 3凹模 4断裂带 5光亮带 6圆角带 当模具间隙不均匀时，在间隙不合理处将出现毛刺，断面质量差。 因此模具设计制造与安装时必须保证间隙均匀。 ⑶ 模具和设备的情况 模具导向装置具有较高精度，压力机滑块导向精度可靠，则可保证 冲裁时间隙合理，冲裁件断面质量就好。 ⑷ 模具刃口钝利情况的影响 当模具刃口磨损成圆角变钝时，刃口与材料接触的面积增加，应力集中效应减轻，挤压作用大，光亮带宽 ，但裂纹发生点要由刃口侧面想上移动，毛刺高度加大，即使间隙合理，也会产生毛刺。 凸模磨钝，落料件产生毛刺；凹模磨钝，冲孔件产生毛刺。 如果凸、凹模都钝，则落料件和孔都出现毛刺 [13]。 影响尺寸精度的因素 冲裁件的尺寸精度，是指冲裁件实际尺寸的差值（δ），差值越小，则冲裁件精度高。 这个差值包括两方面： 一是冲裁件相对于凸、凹模尺寸的偏差 ； 一是模具本身的制造、磨损引起的偏差。 引起零件尺寸产生误差的因素主要是 冲裁后材料的弹性回复， 凸、凹模的制造精度，以及操作的偶然因素（如定位不准、材料性能不稳定等）。 ① 模具的制造精度 由于 冲孔件等于凸模尺寸， 落料件尺寸等于凹模尺寸，因此模具的尺寸、公差必西南大学本科毕业论文 (设计 ) 13 须根据零件的尺寸要求来定，否则得不到所要求的零件。 如果 模具的制造精度高，在其他条件相同时，冲裁件的精度也高。 冲裁模具制造与冲压件精度的关系如表 21所示。 一般模具精度要比零件精度高 2～ 4 级。 表 21 模具精度与冲裁件精度关系表 The relations of mold precision and blanking precision 模具的 弹性变形 和 磨损 对冲裁件的尺寸精度也有影响，且影响到模具 间隙及材料的应力状态。 因此模具 变形量 及 磨损 对零件的质量起综合性影响。 冲裁次数及落料件尺寸变化的关系如图 25所示。 模具开始使用时，由于磨损的剧增，零件尺寸变化比较剧烈。 以后随冲裁次数增加，磨损稳定，零件尺寸逐渐变大。 而对于冲孔件，在经过模具磨损稳定阶段后零件尺寸将逐渐变小。 计算模具刃口时应考虑模具磨损及弹性变形对冲裁件尺寸精度的影响。 冲裁中要注意及时返修模具。 图 25 冲裁件尺寸与冲裁次数的关系 The relations of bcanting size and bcanking times ② 模具制造精度一定时，影响尺寸精度的因素 模具制造精度一定时，落料件的尺寸不会与凹模孔尺寸完全相等，冲出的孔也不会与凸模刃口尺寸完全相同，因冲裁后材料的挤压、拉深、穹弯变形都要产生恢复，从而引起误差，这时的偏差值为： 西南大学本科毕业论文 (设计 ) 14 落料 δ = 零件外形实际尺寸 凹模尺寸 冲孔 δ = 零件孔实际尺寸 – 凸模尺寸 偏差值可能是正的，也可能是负的。 影响这个偏差值的因素有凸、凹模的间隙、材料性质、零件形状与尺寸等，其中间隙值起主导作用。 冲压工艺对被加工材料的要求 用于冲压 加工的材料，除了要满足产品对材料所要求的性能之外，还必须满足冲压加工对材料的要求。 否则，冲压工艺不能顺利完成。 冲压工艺对材料的要求主要有：材料的尺寸精度及表面质量；材料的冲压加工性等。 ⑴ 材料的尺寸精度 主要是材料的厚度尺寸公差。 冲压板材的厚度公差必须控制在一定范围，因为冲压模具设计时，材料厚度往往是一个重要的基本参数。 如果实际生产时材料的厚度波动太大，有可能使加工力剧 增或者工件破裂，冲压工业不能顺利进行，还可能损坏模具或机床，所以必须通过检验控制材料厚度公差。 ⑵ 材料的表面状态 被加工材料的表面也影 响冲压加工的模具寿命及成型极限。 通常要求冲压材料表面无损伤、无缺陷、无氧化皮等。 而且由于板材的表面粗糙度也影响拉深工艺等的成型。 所以要根据不同的要求选择表面状态适当的材料。 ⑶ 材料的冲压加工性 材料的冲压加工性是指材料必须具有适合于冲压加工的性能。 板料的冲压加工性包括冲剪性、成型性和定形性等方面。 冲剪性是指板料适应各种分离加工的能力；成型性是指板料适应各种成型加工过程的能力；定型性是指板料成型加工结束，外载荷卸去以后，能保持其获得的形状的能力。 对冲压件工艺性的 基本要求 冲压件 的尺寸精度等级可 以达到 IT6（或 IT7）级，精度等级越低其冲压加工越困难。 除了尺寸精度要求合理外，要求冲压件的结构工艺性好。 冲压件的结构的几何形状。 显然，其几何形状越简单、越容易冲压出来，则其结构工艺性越好。 因此要求：原材料的选定不仅要能满足冲压件的 刚度 与 强度 要求，还应该要有良好的冲压性能。 这是由于每一种板材都有自己的 机械性能、 化学成分以及与冲压性能密切相关的特征性能。 在生产实际中经常出现这种情况，一个冲压件的加工能否高质量的完成，直接西南大学本科毕业论文 (设计 ) 15 取决于板材的冲压性能。 所以，有必要根据冲压变形的 要求 与 特点 ，正确地选用原材料。 压力加工 是一种冷变形加工方法，它与热变形加工方法最本质的区别是：有冷变形加工硬化效应。 因此，应该成分利用这个特征，尽量选择软而塑性好的，避免过厚的金属材料。 ⑴ 当对产品零件要求重量轻而强度、刚度高时，可采用加强筋形式及翻边、卷圆等工序来达到要求。 ⑵ 合理排样，尽量做到无废料或少废料，有时还应考虑一种工件的废料能为另一种工件所利用，在排样下料时称为“套裁”。 ⑶ 尽量用廉价材料代替贵重材料。 ⑷ 尽量满足冲压加工中各种工序的相应结构要求。 ⑸ 须统一并减少所用材料的牌号、规格和厚度，且提倡用国产板材。 冲裁工作的排样 排样的意义和材料的利用率 冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。 同一零件可采用不同的排样形式。 排样的方式不同，材料的利用程度不同。 排样合理就能用同样的材料冲出更多的零件来，降低材料消耗。 材料的经济利用是一个重要问题，特别对贵重的有色金属。 大批量生产时，在冲裁件的成本中，材料费用一般占 60%以上。 因此，排样的合理与否将影响到材料的经济利用、 生产率、模具结构与寿命、 冲裁质量、生产操作方便与安全等。 排样的意义就在于保证用 最高的劳动生产率 和 最低的材料消耗 得到合格的零件 [16]。 排样是否合理，经济性是否好，可用材料利用率来衡量。 材料利用率η是指零件的实际面积 A0与所用材料面积 A 的百分比。 材料面积 A 包括零件实际面积与废料面积。 提高材料利用率的途径是减少废料面积。 由零件的形状特点产生的废料叫结构废料。 一般不能改变，但可利用大尺寸的结构废料冲制小尺寸的零件。 而由 料头、料尾所产生的废料 ，以及 零件之间和零件与条料侧边之间的废料 叫工艺废料。 要提高材料利用率，主要应从减少工艺废料着手，即设计合适的板料规格及合理的裁料法（减少料头、料尾），利用废料冲制小件。 在不影响设计要求的情况下，改善零件 的结构。 排样形式的确定 排样按材料利用情况分为有废料排样、少废料排样和无废料排样。 按冲裁件在条西南大学本科毕业论文 (设计 ) 16 料上的布置方式，排样可分为：直排、单行排、多行排、斜排 、对头斜排 、对头直排等。 一种冲裁件，可有多种排样形式。 排样时必须选择一个合理的排样形式。 影响排样形式的因素如下： ① 零件的形状 零件的合理排样与其形状有密切关系。 ② 零件的断面质量、精度要求 当零件的断面质量和尺寸精度要求较高且形状复杂时，应采用有废料排样的形式。 ③ 冲模结构 有废料排样的冲模结构比较复杂。 少、无废料排样冲裁多 用连续模、导板模，当零件孔与外形相对位置公差很紧时，可用复。