2.1沖裁變形分析

如圖所示的工件圖，如果生產(chǎn)批量較大，采用沖壓生產(chǎn)中的沖裁工藝就是一種經(jīng)濟(jì)合理的生產(chǎn)工藝方法。復(fù)習(xí)：什么是沖裁？

圖2.1.1所示零件的外形尺寸可以通過沖裁中的落料工序獲得，而上面的孔，則是通過沖裁工序中的沖孔工序獲得。2.1.1沖裁變形過程分析

板料的沖裁變形過程的三個(gè)階段1、彈性變形階段2、塑性變形階段3、斷裂分離階段

1、彈性變形階段

凸模對(duì)板料施壓，使材料產(chǎn)生彈性變形。板料稍微被擠入凹模洞口，凸模下面的材料略有彎曲，凹模上的板料略微上翹，如右圖所示。但內(nèi)部應(yīng)力沒有超過彈性極限。

2、塑性變形階段

當(dāng)凸模繼續(xù)壓入，板料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，板料開始產(chǎn)生塑性剪切變形。凸模切入板料并將下部板料擠入凹模孔內(nèi)，形成光亮的剪切斷面。同時(shí)，因凸、凹模間存在間隙，故伴隨著彎曲與拉伸變形。隨著凸模的不斷壓入，最后在凸模和凹模的刃口附近，材料就產(chǎn)生微小裂紋，塑性變形階段結(jié)束。

2、塑性變形階段當(dāng)凸模繼續(xù)壓入，板料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，板料開始產(chǎn)生塑性剪切變形。凸模切入板料并將下部板料擠入凹?？變?nèi)，形成光亮的剪切斷面。同時(shí)，因凸、凹模間存在間隙，故伴隨著彎曲與拉伸變形。隨著凸模的不斷壓入，最后在凸模和凹模的刃口附近，材料就產(chǎn)生微小裂紋，塑性變形階段結(jié)束。塑性變形階段3、斷裂分離階段

當(dāng)板料的應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限后，凸模繼續(xù)施壓，在板料與凸模接觸刃口偏上處于板料與凹模的接觸面偏下處分別產(chǎn)生裂紋。當(dāng)裂紋逐漸擴(kuò)展并最終重合時(shí)，板料就被拉斷分離，如右圖所示。沖裁力與沖裁凸模行程的關(guān)系

沖裁力---凸模行程曲線

圖中AB段相當(dāng)于沖裁的彈性變形階段，凸模接觸材料后，載荷急劇上升，當(dāng)凸模刃口一旦擠入材料，即進(jìn)入塑性變形階段后，載荷的上升就緩慢下來，如BC段所示。雖然由于凸模擠入材料使承受沖裁力的材料面積減小，但只要材料加工硬化的影響超過受剪面積減小的影響，沖裁力就繼續(xù)上升，當(dāng)兩者達(dá)到相等影響的瞬間，沖裁力達(dá)最大值，即圖中的C點(diǎn)。此后，受剪面積的減少超過了加工硬化的影響，于是沖裁力下降。凸模繼續(xù)下壓，材料內(nèi)部的微裂紋迅速擴(kuò)張，沖裁力急劇下降，如圖CD段所示，此為沖裁的斷裂階段。沖裁時(shí)作用于板料上的力FP1、FP2——凸模、凹模對(duì)板料的垂直作用力；

F1、F2——凸模、凹模對(duì)板料的側(cè)壓力；μFP1、μFP2——凸模端面與板料間摩擦力；μF1、μF2——凸模、凹模側(cè)面與板料間的摩擦力。2.1.2沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素沖裁件斷面特征如圖2.1.5所示，它由圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺四部分組成。1、沖裁件斷面特征的形成1、沖裁件斷面特征的形成（1）圓角帶的形成主要是當(dāng)凸模刃口剛壓入板料時(shí)，刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長變形，材料被帶進(jìn)模具間隙的結(jié)果。

（2）光亮帶的形成發(fā)生在塑性變形階段，當(dāng)刃口切入金屬板料后，板料與模具側(cè)面擠壓而形成的光亮垂直的斷面。通常占全斷面的1/2~1/3。

（3）斷裂帶的行程是在斷裂階段形成，是由于刃口處產(chǎn)生的微裂紋在拉應(yīng)力的作用下，不斷擴(kuò)展而形成的撕裂面，其斷面粗糙，具有金屬本色，且?guī)в行倍取?/p>

（4）毛刺的形成是由于在塑性變形階段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度時(shí)，刃口正面材料被壓縮，刃尖部分處于高靜水壓應(yīng)力狀態(tài)，使微裂紋的起點(diǎn)不會(huì)在刃尖處發(fā)生，而是在模具側(cè)面距刃尖不遠(yuǎn)的地方發(fā)生，在拉應(yīng)力的作用下，裂紋加長，材料斷裂而產(chǎn)生毛刺。在普通沖裁中毛刺是不可避免的。沖裁斷面的四個(gè)特征區(qū)域，在整個(gè)斷面上所占的比例，隨材料的性能、厚度、模具沖裁間隙、刃口狀態(tài)及摩擦等條件的不同而變化。在四個(gè)特征區(qū)中，光亮帶的質(zhì)量最佳。

2、沖壓材料的性質(zhì)對(duì)斷面質(zhì)量的影響

對(duì)于塑性較好的材料，沖裁時(shí)裂紋出現(xiàn)得較遲，因而材料剪切的深度較大，所以得到的光亮帶所占比例大，圓角和拱彎較大，斷裂帶較窄。而塑性差的材料，當(dāng)剪切開始不久材料便被拉裂，光亮帶所占比例小、圓角小、拱彎小，而大部分是帶有斜度的粗糙斷裂帶。

3、模具沖裁間隙大小對(duì)斷面質(zhì)量的影響當(dāng)間隙過小時(shí)，如右圖所示，在斷面上形成第二光亮帶，該光亮帶中部有殘留的斷裂帶(夾層)。光亮帶寬度增加，圓角、毛刺、斜度翹曲、拱彎等弊病都有所減小，工件質(zhì)量較好，但斷面的質(zhì)量也有缺陷，像中部的夾層等。

當(dāng)間隙過大時(shí)，如圖c）所示，上、下裂紋仍然不重合。因變形材料應(yīng)力狀態(tài)中的拉應(yīng)力成分增大、材料的彎曲和拉伸也增大，材料容易產(chǎn)生微裂紋，使塑性變形較早結(jié)束。所以，光亮帶變窄，剪裂帶、圓角帶增寬、毛刺和斜度較大，拱彎翹曲現(xiàn)象顯著，沖裁件質(zhì)量下降。

當(dāng)間隙適中時(shí)，上、下裂紋會(huì)合成一條線。盡管斷面有斜度，但斷面較平直，圓角和毛刺均不大，有較好的綜合斷面質(zhì)量。這種間隙是設(shè)計(jì)選用的合理間隙，圖2.1.6b所示。4、模具刃口狀態(tài)對(duì)斷面質(zhì)量的影響2.1.3沖裁模具的間隙

沖裁單面間隙是指凹模橫向尺寸dd和凸模刃口橫向尺寸dp的差值的一半，常稱沖裁間隙。用c表示。間隙值的大小，將影響沖裁時(shí)上、下形成的裂紋會(huì)合；還會(huì)影響變形應(yīng)力的性質(zhì)和大小。

什么是沖裁間隙？1、

間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響

模具精度與沖壓件精度的關(guān)系

沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)基本尺寸的差值。差值越小，精度就越高。2、間隙對(duì)模具壽命的影響

當(dāng)沖裁間隙比較大時(shí)，凸模與毛坯之間的摩擦減小，因此模具的壽命較高。

3、間隙對(duì)沖裁工藝力的影響

沖裁間隙大，沖裁時(shí)材料變形區(qū)的拉應(yīng)力成分較大，從而使得沖裁力減小，卸料力也減小，但當(dāng)間隙太大時(shí)，沖裁件斷面的毛刺高度增加，又會(huì)增大沖裁工藝力。5、沖裁間隙的確定理論確定法依據(jù)：沖裁時(shí)上下裂紋重合經(jīng)驗(yàn)確定法方法：查表（最常用）沖裁是在壓力機(jī)上利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工藝。沖裁所用的模具稱為沖裁模。沖孔是指沿著封閉輪廓線沖切板料，獲得所需要孔的沖裁工藝。

落料同樣是沿著封閉輪廓線沖切板料，從板料上沖下所需形狀