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圖３．５．３ 沖裁過程 沖裁后的斷面可明顯地區(qū)分為光亮帶、剪裂帶、圓角和毛刺四部分。其中光亮帶具有最好的尺寸精度和光潔的表面，其他三個區(qū)域，尤其是毛刺則降低沖裁件的質量。這四個部分的尺寸比例與材料的性質、板料厚度、模具結構和尺寸、刃口鋒利程度等沖裁條件有關。為了提高沖裁質量，簡化模具制造，延長模具壽命及節(jié)省材料，設計沖裁件及沖裁模具時應考慮： １）沖裁件的尺寸和形狀 在滿足使用要求的前提下，應盡量簡化，多采用圓形、矩形等規(guī)則形狀，以便于使用通用機床加工模具，并減少鉗工修配的工作量。線段相交處必須圓弧過渡。沖圓孔時，孔徑不得小于板料厚度 δ；
沖方孔時，孔的邊長不得小于０．９δ；孔與孔之間或孔與板料邊緣的距離不得小于 δ。２）模具尺寸 沖裁件的尺寸精度依靠模具精度來保證。凸凹模間隙對沖裁件斷面質量具有重要影響，合理的間隙值可按表３．５．１選擇。在設計沖孔模具時，應使凸模刃口等于所要求孔的尺寸，凹噴霧干燥機模刃口尺寸則是孔尺寸加上兩倍的間隙值。設計落料模具時，則應使凹模刃口尺寸為成品尺寸，凸模則減去兩倍的間隙值。表３．５．１ 沖裁模的合理間隙值 材料種類材料厚度 δ／ｍｍ０．１～０．４０．４～１．２１．２～２．５２．５～４．０４．０～６．０黃銅、低碳鋼０．０１～０．０２７％～１０％ δ９％～１２％ δ１２％～１４％ δ１５％～１８％ δ 中、高碳鋼０．０１～０．０５１０％～１７％ δ１８％～２５％ δ２５％～２７％ δ２７％～２９％ δ 磷青銅０．０１～０．０４８％～１２％ δ１１％～１４％ δ１４％～１７％ δ１８％～２０％ δ 鋁及鋁合金（軟）０．０１～０．０３８％～１２％ δ１１％～１２％ δ１１％～１２％ δ１１１％～１２％ δ 鋁及鋁合金（硬）０．０１～０．０３１０％～１４％ δ１３％～１４％ δ１３％～１４％ δ１３％～１４％ δ ·１５５· �。常_壓件的修整 修整工序是利用修整模沿沖裁件的外緣或內(nèi)孔，
切去一薄層金屬，以除去塌角、剪裂帶和毛刺等，從而提高沖裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。只有當對沖裁件的質量要求較高時，才需要增加修整工序。修整在專用的修整模上進行，模具間隙約為０．０００６～０．０１ｍｍ。修整時單邊切除量約為０．０５～０．２ｍｍ，修整后的切面粗糙度Ｒａ值可達１．２５～０．６３μｍ，尺寸精度可達ＩＴ６～ＩＴ７。２．彎曲彎曲是將平直板料彎成一定角度和圓弧的工序，如圖３．５．４所示。彎曲時，坯料外側的金屬受拉應力作用，發(fā)生伸長變形。坯料內(nèi)側金屬受壓應力作用，產(chǎn)生壓縮變形。在這兩個應力—應變區(qū)之間存在一個不產(chǎn)生應力和應變的中性層，其位置在板料的中心部位。當外側的拉應力超過材料的抗拉強度時，將產(chǎn)生彎裂現(xiàn)象。坯料越厚、內(nèi)彎曲半徑ｒ越小，坯料的壓縮和拉伸應力越大，越容易彎裂。為防止彎裂，彎曲模的彎曲半徑要大于限定的最小彎曲半徑ｒｍｎ，通常�。� ｒ＝（０．２５～１）δ。此外，彎曲時，應盡量使彎曲線和坯料纖維方向垂直，不僅能防止彎裂，也有利于提高零件的使用性能。 塑性彎曲和任何的塑性變形一樣，在外加載荷的作用下，板料產(chǎn)生的變形由彈性變形和塑性變形兩部分組成。當外載荷去除后，塑性變形保留下來，而彈性變形部分則要恢復，從而使板料產(chǎn)生與彎曲方向相反的變形，這種現(xiàn)象稱為彈復，又稱回彈，如圖３．５．５所示。彈復后，彎曲角減小（由α變?yōu)?α′），彎曲半徑增大（由ｒ變?yōu)椋?prime;）。彈復的程度通常以彈復角 Δα表示： Δα＝α－α′ 顯然，彈復現(xiàn)象會影響彎曲件的尺寸精度。彈復角的大小與材料的機械性能、彎曲半徑、彎曲角等因素有關。材料的屈服強度越高、彎曲半徑越大 （即彎曲程度越輕），則在整個彎曲過程中，彈性變形所占的比例越大，彈復角
則越大。這就是曲率半徑大的零件不易彎曲成形的道理。此外，在彎曲半徑不變的條件下，彎曲角越大，變形區(qū)的長度就越大，因而，彈復角也越大。 為了克服彈復現(xiàn)象對彎曲零件尺寸的影響，通常采取的措施是利用彈復規(guī)律，增大凸模壓下量，或適當改變模具尺寸，使彈復后達到零件要求的尺寸。此外，也可通過改變彎曲時的應力狀態(tài)，把彈復現(xiàn)象限制在最小的范圍內(nèi)。 ｍｉｎ ３．拉深拉深是利用拉深模使平面板料變?yōu)殚_口空心件的沖壓工序，又稱拉延。拉深可以制成筒形、階梯形、球形及其他復雜形狀的薄壁零件。拉深過程如圖３．５．６所示。原始直徑為Ｄ的板料，經(jīng)拉深后變成內(nèi)徑為ｄ的杯形零件。凸 ·１５６· 圖３．５．４ 彎曲過程 圖３．５．５ 彎曲時的彈復現(xiàn)象 １—彈復前；２—彈復后凹模刃口尺寸 模壓入過程中，伴隨著坯料變形和厚度的變化。拉深件的底部一般不變形，厚度基本不變。其余環(huán)形部分坯料經(jīng)變形成為空心件的側壁，厚度有所減小。側壁與底之間的過渡圓角部位被拉薄最嚴重。拉深件的法蘭部分厚度有所增加。拉深件的成形是金屬材料產(chǎn)生塑性流動的結果，坯料直徑越大，空心件直徑越小，變形程度越大。 拉深件最容易產(chǎn)生的缺陷是拉裂和起皺。拉裂產(chǎn)生的最危險的部位是側壁與底的過渡圓角處。為使拉深過程正常進行，必須把底部和側壁的拉應力限制在不使材料發(fā)生塑性變形的限度內(nèi)，而環(huán)形區(qū)內(nèi)的徑向拉應力，則應達到和超過材料的屈服極限，并且，任何部位的應力總和都必須小于材料的強度極限，否則，就會造成如圖３．５．７ａ所示的拉穿缺陷。起皺是拉深時坯料的法蘭部分受到切向壓應力的作用，使整個法蘭產(chǎn)生波浪形的連續(xù)彎曲現(xiàn)象。環(huán)形變形區(qū)內(nèi)的切向壓應力很大，很容易使板料產(chǎn)生如圖３．５．７ｂ所示的皺褶現(xiàn)象，從而造成廢品。為此，必須采取以下措施： １）拉深模具的工作部分，必須加工成圓角。圓角半徑ｒ＝１０δ，ｒ＝（０．６～１）ｒ；凹
凸凹 ２）控制凸模和凹模之間的間隙Ｚ＝（１．１～１．５）δ。間隙過小，容易擦傷工件表面，降低模具壽命。３）正確選擇拉深系數(shù)。板料拉深時的變形程度通常以拉深系數(shù)ｍ表示：ｍ＝ｄ／Ｄ式中�。�———拉深后的工件直徑；Ｄ———坯料直徑�！ ±钕禂�(shù)越小，拉深件直徑越小，變形程度越大，越容易產(chǎn)生拉裂廢品。拉深系數(shù)一般不小于０．５～０．８，塑性好的材料可取下限值。 ４）為了減少由于摩擦引起的拉深件內(nèi)應力的增加及減少模具的磨損，拉深前要在工件上涂潤滑劑。５）為防止產(chǎn)生皺折，通常都用壓邊圈將工件壓住。壓邊圈上的壓力不宜過大，能壓住工件不致起皺即可。４．成形成形是使板料或半成品改變局部形狀的工序，包括壓肋、壓坑、脹形、翻邊等。（１）壓肋和壓坑（包括壓字，壓花）是壓制出各種形狀的凸起和凹陷的工序。采用的模具有剛模和軟模兩種。圖３．５．８所示是用剛模壓坑。與拉深不同，此時只有沖頭下的這一小部分金屬在拉應力作用下產(chǎn)生塑性變形，其余部分的金屬并不發(fā)生變形。圖３．５．９所示是用軟模壓肋，軟模是用橡膠等柔性物體代替一半模具。這樣，可以簡化模具制造，沖制形狀復雜的零件。但軟模塊使用壽命低，需經(jīng)常更換。此 ·１５７· 圖３．５．６ 拉深過程 １—沖頭；２ —壓板；３—凹模
