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高度或采用整个工序来实现。增加光亮带高度的关键是延长塑性变形阶段,推迟裂纹的产生。这可以通过增加金属塑性和减少刃口附近的变形与应力集中来实现。 1.3.4模具间隙
模具间隙是指凸、凹模刃口之间缝隙的距离,用符号c表示,俗称单面间隙。而双面间隙用Z来表示。间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命的影响很大,是冲裁工艺与模具设计中的极其重要的问题。凸、凹模间隙对冲裁件的质量、冲裁力、模具寿命都有很大影响。为此设计模具时一定要选择合理的间隙,便冲裁件的断面质量较好、所需冲裁力小,模具寿命高。但分别从质量、精度、冲裁力等方面的要求各自确定的合理间隙值不相同。生产过程中通常选择一个适当的范围和为合理的间隙。 1.3.5 板料的弯曲
弯曲是将平直的毛坯或半成品,用模具或其他工具弯曲成具有一定角度或一定形状制件的冲压方法。它可分为工具作直线运动的压弯和工具作旋转运动的卷弯及滚压三类。这里采用第一种方法。材料在U形或V形模中弯曲时受力情况,作用力与反作用力之间形成的弯矩,使材料逐渐弯曲成型,但变形区只是在凸模接触之间的圆角部分,在弯矩的作用下,外侧产生拉应变,内侧产生压应变,弯曲成形。在弯曲过程中,板料的弯曲半径r与支点距离s随凸模下行逐渐减小,而在弯曲终了时,板料与凸、凹模完全贴合。当凸模上行后,总希望V形件的弯曲半径r和弯曲角a与模具形状保持一致,但是,由于弯曲变形过程的复杂性往往会伴随产生以下现象。 1.3.5.1弯曲件的弹性回跳
弹性回跳是弯曲成形时常见的现象,弯曲件弹性回跳的结果,其弯曲半径r和弯曲角与模具发生差异,与弯曲件要求的形状和角度不一致。这种差异,将影响板料的弯曲质量。生产实践证明,弯曲件的弹性回跳值,与板料性质、相对弯曲半径r/t(t为板厚)和模具结构等因素有关。当材料相同时,弹性回跳值主要取决于r/t的大小。板料在弯曲过程中随着r/t的不断减小,由弹性变形状态发展到塑性变形状态,最后使板料产生永久变形。变形物体在外力去除后,弹性变形部分会立即消失,产生弹性回复,而板料弯曲时的弹性变形有两种情况:其一是当r/t较大时,板料内外缘表层纤维进入塑性变形状态,而板料中心仍处在弹性变形状态,这是当凸模上升去除外载后,板料将产生弹性回跳;其二是金属塑性变形时总是伴有弹性变形的,所以板料弯曲时,即使内外层纤维全部进入塑性状态,在凸模上升去除外力后,弹性变形消失,也会出现弹性回跳。可见,板料弯曲后的弹性回跳现象总是存在的,只能采取措施尽量减少回跳量,提高弯曲件的质量。减小弹性回跳的措施有很多,主要有:(1)改进
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弯曲件局部结构和选用合适材料,(2)补偿法,(3)校正法,(4)拉弯法。 1.3.5.2 中性层位置的内移
板料弯曲时,外层纤维受拉,内层纤维受压,在拉伸与压缩之间存在着一个既不伸长、也不 压缩的纤维层,称为应变中性层。而毛坯截面上的应力,在外层的拉应力过度到内层压应力时,发生突然变化或应力不连续的纤维层,称为应力中性层。应变中性层用于弯曲件毛坯长度计算,应力中性层用以计算弯曲应力和应力分析。
由应变中性层内移可知,应变中性层处的纤维在弯曲前期的变形时切向压缩,而弯曲后期必然是伸长变形,才能补偿弯曲前期的纤维缩短,使其切向应变为零。而弯曲后期的纤维的伸长变形,一般来说,仅发生在应力中性层的外层纤维上。由此可见,应力中性层在塑性弯曲时也是从板料中间向内层移动的,且内移量比应变中性层还大。
1.3.5.3 弯曲区板料厚度的变薄
板料弯曲时,以中性层为界,外层纤维受拉使厚度减薄,内层纤维受压使板料增厚。在r/t≦4的塑性弯曲时,中性层位置向内移动。内移结果:外层拉伸变薄区范围逐步扩大,内层压缩增厚区范围不断减小,外层的减薄量会大于内层增厚量,从而使弯曲板料厚度变薄。
弯曲时的厚度变薄会影响零件的质量。因此,在拟定弯曲工艺和模具设计时,必须采取有效措施,才能弯制出合乎要求的零件。 1.3.5.4 板料长度的增加
一般弯曲件,其宽度方向尺寸b比厚度方向尺寸大得多,所以弯曲前后的板料厚度b可近似地认为是不变的。但是,由于板料弯曲时中性层位置的向内移动,出现了板厚的减薄,根据体积不变条件,减薄的结果使板料长度l必然增加。相对弯曲半径r/t愈小,减薄量愈大,板料长度的增加也愈大。因此,对于r/t值较小的弯曲件,在计算弯曲件的毛坯长度时,必须考虑弯曲后的板料增长,并通过几次试验,才能得出合理的毛坯展开尺寸。
1.3.5.5 板料横截面的畸变、翘曲和拉裂
相对宽度较小(b/t≦3)的板料弯曲时,外层受拉,引起板料宽度和厚度的收缩;内层受压,使板宽和厚度增加,所以弯曲结果,板料横截面变为梯形,同时内外层发
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生微小的翘曲。相对宽度较大(b/t﹥3)的板料弯曲,宽度方向的伸长和压缩受到限制,材料不易流动,因此,横截面形状变化不大,仍为矩形,仅在端部可能出现翘曲和不平,此外,塑性弯曲时,外缘表层的切向拉应力最大,当外层的合成力超过板料抗拉强σb度时,就会沿着板料折弯线方向。相对弯曲半径r/t愈小,最外层纤维的切向拉裂的可能性 1.4 课题研究的主要内容
1)查阅相关资料,进行调研,熟悉课题。
2)查阅与课题相关的外文文献,翻译英文资料,要求3000字以上。
3) 撰写开题报告,要求3000字以上,主要介绍课题的目的意义、冲压模具的发展概况、课题研究内容、关键问题及解决思路、预期成果、进度安排等。 4) 分析弹簧钢片的图样和技术条件及其工艺性,确定冲压工艺方案。 5) 模具结构形式论证,确定模具总体结构方案。 6) 具体结构及零部件的工艺设计计算。 7) 合理选择冲压设备确定压力机的技术参数。
8) 绘制装配图及零件图,并对关键零件进行必要的刚度和强度校核。 9) 编写15000字以上的毕业设计的说明书。
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第二章 连续模设计
2.1冲压模具的分类和结构型式
模具是冲压生产中主要的工艺装备。冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等与模具结构及其合理设计的关系很大。因此,了解模具结构的各项技术指标,对于模具的设计是十分必要的。冲压工序大致分为两大类:第一类是分离工序,如:板料的剪裂、剪截、冲孔、落料、切口、整修、裁切、冲口等;第二类是变形工序,如:弯曲、缩口、卷边、扭转、拉伸、起伏成形、体积冲压等。
冲模的结构形式很多,可以根据以下特征进行分类:
1) 按冲压的性质分,有落料模、冲孔模、切边模、弯曲模、成形模和翻边模等。
2) 按冲压工序的组合方式分,有单工序的简单模和多工序的复合模,连续模等
3) 按模具的结构型式,根据上、下模导向方式,有无导向模和导板模、导柱模等。根据卸料装置,可分为固定卸料板和弹性卸料板冲模[15]。根据挡料形式,可分为因定挡料钉、活动挡料钉、活动挡料销、导正销和侧刃定距冲模。
冲模的典型结构和特点 1)单工序冲模(亦称单冲模)
这种冲模是在压力机的一次行程中只完成一个冲压工艺工序。一般均以其完成的冲压工艺工序的名称来命名:如只进行冲孔的称之为冲孔模;只进行一次弯曲的称为弯曲模。
2)复合模
该类模具仅一个工位,在压力机的一次行程中能完成两个或两个以上冲压工步,根据这类模具完成的冲压工步的类别,可将其分为:冲裁式复合模、综合式复合模两种[18]。只完成冲裁作业的复合模,最常见的是冲孔—落料复合模。如果连续模诸工位中,除了冲裁作业外,还有拉伸或弯曲、成形任意一个或一个以上变形工步的复合模,通称其为综合式复合模、多工位连续式复合模。
3)级进(连续)模(亦称多工序级进模)这种模具是在压力机一次行程中,在模具的不同工位上,能同时完成两个或两个以上冲压工序。根据连续完成的冲压工序的工艺作业类别又将级进(连续)模分为:多工位级进(连续)冲裁模、多工位复合式级进(连续)模两种。连续模只有冲裁工位的,即只进行冲孔、切口、冲槽、落料等属于冲裁作业的工位,称为多工位级进(连续)冲裁模。如果级进(连续)模诸工位中,除了冲裁作业外,还有拉伸或弯曲、成形:包括翻边、
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冲挤、压印等属于多工位复合式级进(连续)模。 2.2冲压模具设计的步骤和内容
根据冲压件图和以此图编制的全部工艺文件、现场冲压设备使用说明书等进行冲模设计,需要经历的步骤和完成的工作内容如下:
1)模具设计与从制造的角度出发。在确保冲件质量的基础上,从改善制模工艺性、提高模具寿命出发、分析研究冲件的冲压结构工艺性,熟悉冲件图结构、尺寸与形位精度、其他技术要求等。
2)提供冲模设计的有关工艺文件是否齐全,包括:冲压件图、全套冲压工艺文件、冲模设计任务书等。
3)分析冲压工艺的合理性。排样图、变形过程图及冲模结构选型是否先进、恰当、经济合理。
4)核算冲压力,含冲压附加压力,诸如:卸料力、顶件力、卸件力、废料切断刀、拉深压边力、弹压卸料板压料力、弹性元件的弹力等。根据计算总压力选用设备的合理性、冲模装夹是否困难,压力机的形程、闭合高度、压力行程曲线能否满足工艺施工要求,排样图中搭边与沿边值以及排样方法是否合理,工步顺序及工位布置是否合适等。
若冲裁力过大,或超过现在压力机的吨位,就必须采取措施降低冲裁力。一般采用如下几中方法:
(1)材料加热红冲
材料加热后,抗剪强度大大地降低,比而降低冲裁力。但材料加后产生氧化到,故此法一般只适用于厚板或工件表面质量及精度要不高的零件[19]。
(2)在多凸模冲模中将凸模作阶梯形布置
即将凸模制成不同高度,便各凸模冲裁力的最大值不同时出现,这样就能降低总的冲裁力。特别是在几个凸模直径相差悬殊、彼此距离又很近的情况下,采用阶梯形布置还能避免小直径凸模由于承受材料流动的挤压力而产生折断或倾斜的。凸模间的高度差取决于材料厚度。
(3)用斜刃口模具冲裁
用普通的平刃口模具冲裁时,其整个刃口平面都同时接触板料,帮在冲裁大型或厚板工件时,冲裁力往往很大。若将尺平面做成与轴线成一个角度,冲裁时刃口就不是同时切入,而是逐步冲切材料,这就等于减少了剪切断面面积,因而能降低冲裁力。
5)最后按确定的冲模类型,规定冲模总体结构,提出采用典型设计组合、冲模零部件标准及有关设计要求。就冲裁模而言,对单工序模、冲裁复合模、多
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