第三單元下料課題二沖裁課題一剪切課題三氣割及數(shù)控切割課題一剪切一、剪切設(shè)備1.常用的剪切機械（1）龍門式斜口剪床子課題1機械剪切龍門式斜口剪床（2）橫入式斜口剪床橫入式斜口剪床（3）圓盤剪床圓盤剪床（4）振動剪床振動剪床（5）聯(lián)合剪沖機床

聯(lián)合剪沖機床（6）液壓傳動剪板機

液壓閘式剪板機（7）數(shù)控剪板機數(shù)控剪板機2.剪切機械的簡單分析（1）剪切機械的類型和技術(shù)性能可根據(jù)結(jié)構(gòu)形式初步判斷剪切機械屬于哪種類型，再對其型號所表示的意義做詳細了解。（2）剪切機械的傳動關(guān)系分析剪切機械的傳動關(guān)系時，通常要利用其傳動系統(tǒng)圖。首先要在圖中找出原動件和工作件的位置，然后按照原動件→傳動件→工作件的順序找出各部件間的聯(lián)系，從而了解整個系統(tǒng)的傳動關(guān)系。Q11-20×2000型龍門式斜口剪床傳動系統(tǒng)圖1—齒輪2—制動器3—離合器4—帶輪5—電動機6—導(dǎo)軌7—上剪刃8—滑塊9—曲軸（3）剪切機械的操縱原理剪切機械的操縱機構(gòu)主要是控制離合器，制動器的動作。分析剪床的操縱原理，就是要分析踩下腳踏開關(guān)后，操縱機構(gòu)如何使離合器、制動器動作，從而完成一個工作循環(huán)。這種分析通常利用操縱機構(gòu)示意圖進行，若能在分析過程中與剪床上操縱機構(gòu)的實際工作狀況相對照，則更有助于理解。Q11-20×2000型龍門式斜口剪床操縱機構(gòu)示意圖1—凸輪2—回復(fù)杠桿3—主控制軸4、7—連桿5—離合杠桿6—重力錘8—啟動軸9—起落架10—電磁鐵11—腳踏開關(guān)12—剪床主軸（4）剪切機械的工藝裝備為滿足剪切工藝的需要，剪切機械通常設(shè)置一些簡單的工藝裝備。如圖所示為一般龍門式斜口剪床的工藝裝備情況。一般龍門式斜口剪床的工藝裝備情況1—前擋板2—床面3—壓料板4—柵板5—剪床滑塊6—上刀片7—板料8—后擋板9—螺桿10—床身11—下刀片二、剪切加工基礎(chǔ)知識冷作工在生產(chǎn)中使用較多的是圖所示的斜口剪。1.剪切過程及剪斷面狀況的分析剪切時，材料置于上、下剪刃之間，在剪切力的作用下，材料的變形和剪切過程如圖所示。斜口剪剪切過程在剪刃刃口開始與材料接觸時，材料處于彈性變形階段。當上剪刃繼續(xù)下降時，剪刃對材料的壓力增大，使材料發(fā)生局部的塑性彎曲和拉伸變形（特別是當剪刃間隙偏大時）；同時，剪刃的刃口也開始壓入材料，形成塌角區(qū)和光亮的塑剪區(qū)，這時在剪刃刃口附近金屬的應(yīng)力狀態(tài)和變形是極不均勻的。隨著剪刃壓入深度的增大，在刃口處形成很大的應(yīng)力和變形集中。當此變形達到材料極限變形程度時，材料出現(xiàn)微裂紋。隨著剪裂現(xiàn)象的擴展，上、下刃口產(chǎn)生的剪裂縫重合，使材料最終分離。如圖所示為材料剪斷面，它具有明顯的區(qū)域性特征，分為塌角、光亮帶、剪裂帶和毛刺四個部分。塌角的形成是當剪刃壓入材料時，刃口附近的材料被牽連拉伸變形的結(jié)果；光亮帶是由剪刃擠壓切入材料時形成的，表面光滑、平整；剪裂帶則是在材料剪裂分離時形成的，表面粗糙，略有斜度，不與板面垂直；而毛刺是在出現(xiàn)微裂紋時產(chǎn)生的。增大光亮帶，減小塌角、毛刺，進而提高剪斷面質(zhì)量的主要措施是增大剪刃刃口的鋒利程度，剪刃間隙取合理間隙的最小值，并將材料壓緊在下剪刃上等。材料剪斷面1—塌角2—光亮帶

3—剪裂帶4—毛刺2.斜口剪剪切受力分析根據(jù)上圖所示的斜口剪剪刃的幾何形狀和相對位置，材料在剪切過程中的受力分析如圖所示。材料在剪切過程中的受力分析3.斜口剪剪刃的幾何參數(shù)（1）剪刃斜角j（2）前角γ（3）后角α（4）剪刃間隙s剪刃合理間隙的范圍4.剪切力的計算（1）平口剪床剪切力的計算平口剪床的剪切力可按下式計算：式中F——剪切力，N；

K——折算系數(shù)；

A——剪斷面面積，mm2；

τ——板料抗剪強度，MPa；

b——板料的寬度，mm；

t——板厚，mm。折算系數(shù)K主要是考慮實際剪切中剪刃的磨損和間隙、材料的厚度及力學(xué)性能的波動等因素對剪切力的影響，通常取K=1.2～1.3。（2）斜口剪床剪切力的計算斜口剪床的剪切力可按下式計算：式中K——折算系數(shù)，K取1.2～1.3；

t——板厚，mm；

τ——板料抗剪強度，MPa；

j——剪刃斜角，（°）。三、剪切加工對鋼材質(zhì)量的影響1.窄而長的條形材料，經(jīng)剪切后將產(chǎn)生明顯的彎曲和扭曲復(fù)合變形，剪切后必須進行矯正。此外，如果剪刃間隙不合適，那么剪斷面粗糙并帶有毛刺。2.在剪切過程中，切口附近金屬受剪切力的作用而發(fā)生擠壓、彎曲復(fù)合變形，由此而引起金屬的硬度、屈服強度提高，塑性下降，使材料變脆，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化。硬化區(qū)域的寬度與下列因素有關(guān)。（1）鋼材的力學(xué)性能。（2）鋼板的厚度。（3）剪刃間隙s。（4）剪刃斜角

。（5）剪刃的鋒利程度。（6）壓緊裝置的位置與壓緊力。一、剋切工具剋切工具主要包括上剋子、下剋子。下剋子可根據(jù)實際情況利用廢剪刃片或鋼軌加工而成，如圖所示。子課題2剋切（含打大錘訓(xùn)練）下剋子a）廢剪刃片b）用鋼軌制成的下剋子上剋子1—前面2—后面3—錘擊端二、剋子的使用性能要求1.要有較高的硬度和耐磨性2.要有良好的韌性3.要有一定的使用壽命三、剋子的淬火方法剋子的淬火是按照熱處理工藝中的淬火工藝要求來進行的。淬火時，首先將剋子加熱到800℃左右，然后在水中快速冷卻，完成淬火操作，緊接著進行回火，其目的是消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織并提高韌性，以滿足剋子的使用性能要求。課題二沖裁一、沖裁過程分析沖裁時，材料置于凸模、凹模之間，在外力作用下，凸模、凹模產(chǎn)生一對剪切力（剪切線通常是封閉的），材料在剪切力作用下被分離，如圖所示。沖裁的基本原理與剪切相同，只不過是將剪切時的直線切削刃改變成封閉的圓形或其他形式的切削刃而已。沖裁過程中材料的變形情況及斷面狀態(tài)與剪切時大致相同。子課題1沖裁模具設(shè)計沖裁1—凸模2—板料3—凹模4—沖床工作臺第一階段為彈性變形階段。第二階段為塑性變形階段。第三階段為斷裂分離階段。裁變形過程a）彈性變形階段b）塑性變形階段c）、d）斷裂分離階段二、沖裁模具設(shè)計

1.沖裁模具結(jié)構(gòu)（1）凸模和凹模。（2）定位裝置。（3）卸料裝置（包括出料零件）。（4）導(dǎo)向裝置。（5）裝夾、固定裝置。簡單沖裁模1-模柄2-上模板3-導(dǎo)套4-導(dǎo)柱5、7-壓板6-下模板8-凹模9-定位銷10-凸模11-導(dǎo)料板12-卸料板2.沖裁模具間隙沖裁模具間隙沖裁模具的初始間隙（雙面）mm3.凸模與凹模刃口尺寸的確定（1）落料時，因為落料件的光面尺寸與凹模刃口尺寸相等或基本一致，所以應(yīng)先確定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸為基準。（2）沖孔時，因為孔的光面尺寸與凸模刃口尺寸相等或基本一致，所以應(yīng)先確定凸模刃口尺寸，即以凸模刃口尺寸為基準。沖裁件尺寸與凸模、凹模尺寸的關(guān)系規(guī)則形狀（圓形、方形）沖裁凸模、凹模的制造公差mm磨損系數(shù)X落料、沖孔時各部分尺寸及公差的分布狀態(tài)a）落料b）沖孔一、沖床1.沖床的分類沖床的分類方式有多種，主要有按滑塊驅(qū)動力不同劃分、按滑塊運動方式劃分和按滑塊驅(qū)動機構(gòu)劃分等幾種方式。若按滑塊驅(qū)動力不同來劃分，沖床有機械式和液壓式兩種。子課題2板料環(huán)形沖裁2.沖床的結(jié)構(gòu)曲軸沖床a）外形b）工作原理圖1—制動器2—曲軸3—離合器4—大帶輪5—電動機6—拉桿.7—腳踏板8—工作臺9—滑塊10—導(dǎo)軌11—連桿3.沖床的技術(shù)性能參數(shù)（1）沖床的噸位與額定功率（2）沖床的閉合高度（3）滑塊的行程（4）沖床工作臺面尺寸4.新型沖床（1）數(shù)控沖床數(shù)控沖床a）液壓式數(shù)控沖床b）電伺服式數(shù)控沖床c）機械式數(shù)控沖床（2）精密沖裁沖床齒圈壓板精密沖裁原理1—凸模2—V形齒圈壓板3—被沖板料4—頂桿5—凹模6—下模座FC—沖裁力FY—壓料力FD—反頂壓力（頂件力）F'Y—齒圈產(chǎn)生的壓料分力自動高速沖床二、沖裁力1.沖裁力的概念沖裁力的大小是選擇沖壓設(shè)備能力和確定沖裁模強度的一個重要依據(jù)。沖裁力是沖裁時凸模沖穿板料所需的壓力。在沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進入板料的深度（凸模行程）而變化的。沖裁力變化曲線影響沖裁力的主要因素是材料的力學(xué)性能、厚度、沖裁件輪廓周長及沖裁間隙、刃口鋒利程度與表面粗糙度等。綜合考慮上述影響因素，平刃沖裁模的沖裁力可按下式計算：式中F——沖裁力，N；

K——系數(shù)；

L——沖裁件周長，mm；

t——材料厚度，mm；

τ——材料抗剪強度，MPa。系數(shù)K是考慮實際生產(chǎn)中的各種因素而給出的一個修正系數(shù)。2.降低沖裁力的方法（1）采用斜刃口沖模斜刃口沖模的配置形式a）、b）落料c）、d）、e）沖孔f）切口（2）采用階梯沖模（3）采用加熱沖裁金屬材料在加熱狀態(tài)下的抗剪強度會顯著降低，因此采用加熱沖裁能降低沖裁力。用階梯沖模三、沖裁加工的一般工藝要求

1.沖裁件的工藝性沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖裁工藝的適用性，即沖裁加工的難易程度。良好的沖裁工藝性，是指在滿足沖裁件使用要求的前提下，能以最簡單、最經(jīng)濟的沖裁方式加工出來。工藝性良好的沖裁件，所需要的工序數(shù)少、容易加工，同時節(jié)省材料，所需的模具結(jié)構(gòu)也簡單，使用壽命也長。另外，工藝性良好的沖裁件，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，出現(xiàn)的廢品少。沖裁件的工藝性主要包括沖裁件的結(jié)構(gòu)與尺寸、精度與斷面粗糙度、材料三個方面。2.合理排樣排樣是指沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。排樣是否合理，將直接影響材料的利用率、沖裁件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率、沖模結(jié)構(gòu)與使用壽命等。因此，排樣是沖壓工藝中一項重要的、技術(shù)性很強的工作。沖裁加工時的合理排樣，是降低生產(chǎn)成本的有效途徑。合理排樣是在保證必要搭邊值的前提下，盡量減少廢料，最大限度地提高原材料的利用率，如圖所示。排樣3.搭邊值的確定搭邊是指排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料邊緣之間留下的工藝廢料。搭邊雖然是廢料，但在沖裁工藝中卻有很大的作用：可以補償定位誤差和送料誤差，保證沖裁出合格的零件；增加條料剛度，方便條料送進，提高生產(chǎn)效率；避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙，提高模具使用壽命。搭邊值的大小要合理。搭邊值過大時，材料的利用率低；搭邊值過小時，達不到在沖裁工藝中的作用。在實際確定搭邊值時，主要考慮以下因素。（1）材料的力學(xué)性能。（2）沖裁件的形狀與尺寸。（3）材料的厚度。（4）送料及擋料方式。（5）卸料方式。4.可能沖裁的最小尺寸零件沖裁加工部分的尺寸越小，則所需沖裁力也越小。但尺寸過小時，將造成凸模單位面積上的壓力過大，使其強度不足。零件沖裁加工部分的最小尺寸與零件的形狀、板厚t及材料的力學(xué)性能有關(guān)。采用一般沖模，在軟鋼料上所能沖出的最小尺寸為：圓形零件最小直徑=t；矩形零件最小短邊=0.8t；方形零件最小邊長=0.9t；長圓形零件兩直邊最小距離=0.7t。課題三氣割及數(shù)控切割氧乙炔焰氣割是冷作工常用的一種下料方法。氣割與機械切割相比具有設(shè)備簡單、成本低、操作靈活方便、機動性好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。氣割可切割較大厚度范圍的鋼材，并可實現(xiàn)空間任意位置的切割，所以在金屬結(jié)構(gòu)制造及維修中，氣割得到了廣泛的應(yīng)用。尤其對于本身不便移動的大型金屬結(jié)構(gòu)，應(yīng)用氣割更能顯示其優(yōu)越性。氣割的主要缺點是勞動強度大，薄板氣割時容易引起工件變形，切口冷卻后硬度極高，不利于切削加工等，而且對切割材料有選擇性。子課題1氣割一、氣割的過程及條件氣割是利用氣體火焰的熱能將工件待切割處加熱到一定溫度后，噴出高速切割氧氣流，使待切割處金屬燃燒實現(xiàn)切割的方法。氧乙炔焰氣割就是根據(jù)某些金屬加熱到燃點時，在氧氣流中能夠劇烈氧化（燃燒）的原理實現(xiàn)的。金屬在氧氣中劇烈燃燒的過程就是金屬切割的過程。1.氣割的過程氧乙炔焰氣割的過程，由以下三個階段組成。（1）金屬預(yù)熱。（2）金屬燃燒。（3）氧化物被吹除。2.氣割的條件（1）金屬材料的燃點必須低于其熔點。（2）燃燒生成的金屬氧化物的熔點應(yīng)低于金屬本身的熔點，同時流動性要好。（3）金屬燃燒時，能放出大量的熱，而且金屬本身的導(dǎo)熱性要差。二、氣割設(shè)備及工具1.氧氣瓶2.乙炔瓶3.氧氣減壓器4.橡膠軟管5.割炬三、手工氣割工藝規(guī)范1.預(yù)熱火焰能率火焰能率的大小，應(yīng)根據(jù)工件厚度恰當?shù)剡x擇。2.氧氣壓力氧氣壓力應(yīng)根據(jù)工件厚度、割嘴孔徑和氧氣純度選定。3.氣割速度氣割速度必須與切口整個厚度上金屬的氧化速度一致。4.預(yù)熱火焰氧乙炔焰氣割時的預(yù)熱火焰，根據(jù)氧氣和乙炔的混合比不同，分為碳化焰、氧化焰、中性焰三種。氣割采用的是氧氣和乙炔比例適中、火焰中兩種氣體均無過剩的中性焰或輕微氧化焰，在切割過程中要隨時觀察和調(diào)整火焰，以防止發(fā)生碳化焰。中性焰的溫度沿軸線分布的情況如圖所示，其最高溫度可達3000℃左右，且對高溫金屬氧化或碳化作用極小。中性焰的溫度分布手工氣割有關(guān)工藝規(guī)范的確定可參考表。手工氣割有關(guān)工藝規(guī)范的確定四、氣割的機械化和自動化1.半自動氣割機2.仿形氣割機3.光電跟蹤仿形氣割機子課題2數(shù)控切割數(shù)控切割機是自動化的高效火焰切割設(shè)備。由于采用計算機控制，因此使切割機具備割炬自動點火、自動升降、自動穿孔、自動切割、自動噴粉劃線、切口自動補償、割炬任意程序段自動返回、動態(tài)圖形跟蹤顯示等功能。數(shù)控切割機具有鋼板自動套料、切割零件的自動編輯功能，整張鋼板所有零件的切割全部自動完成。下表為數(shù)控切割機的主要技術(shù)參數(shù)。數(shù)控切割機的主要技術(shù)參數(shù)一、數(shù)控切割工作原理所謂數(shù)控（NC），其全稱是數(shù)字程序控制。數(shù)控切割就是根據(jù)被切割零件的圖樣和工藝要求，編制成以數(shù)碼表示的程序，輸入到設(shè)備的數(shù)控裝置或控制計算機中，以控制氣割器具按照給定的程序自動地進行氣割，以切割出合格零件的工藝方法。數(shù)控切割機的工作流程如圖所示。數(shù)控切割機的工作流程圖1.編制數(shù)控切割程序要使數(shù)控切割機按預(yù)定的要求自動完成切割加工，首先要把工件的切割順序、切割方向及有關(guān)參數(shù)等信息，按一定格式記錄在切割機所需要的輸入介質(zhì)（如磁盤）上，然后再輸入切割機數(shù)控裝置，經(jīng)數(shù)控裝置運算變換后控制切割機的運動，從而實現(xiàn)零件的自動加工。從零件圖樣到獲得切割機所需控制介質(zhì)的全過程稱為切割程序編制。2.數(shù)控切割氣割時，編制好的數(shù)控切割程序通過輸入裝置被讀入專用計算機中，專用計算機根據(jù)輸入的切割程序計算出氣割頭的走向和應(yīng)走的距離，并以一個個脈沖向自動切割機構(gòu)發(fā)出工作指令，控制自動切割機構(gòu)進行點火、鋼板預(yù)熱、鋼板穿孔、切割和空行程等動作，從而完成整張鋼板上所有零件的切割工作。二、數(shù)控切割機的組成數(shù)控切割機的組成如圖所示，其組成可以概括為控制裝置和執(zhí)行機構(gòu)兩大部分。數(shù)控切割機的組成1.控制裝置（1）輸入裝置（2）數(shù)控裝置2.執(zhí)行機構(gòu)（1）驅(qū)動系統(tǒng)（2）機械系統(tǒng)（3）氣割系統(tǒng)三、數(shù)控切割運動軌跡的插補原理數(shù)控機床若按運動方式分類，可分為點位控制系統(tǒng)、直線控制系統(tǒng)和輪廓