汽车冲压模具设计——冲压模工作部分尺寸如何计算

汽车冲压模具设计——冲压模工作部分尺寸计算

   冲裁：是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、剖切、修边等。用它可以制作零件或为弯曲、拉深、成形等工序准备毛胚。

 冲裁变形机理

1.剪切区力态分析

右图是模具对板料进行冲裁时的情形。

    当凸模下降至与板料接触时，板料受到凸、凹模端面的作用力。由于凸、凹

模之间存在间隙，使凸、凹模施加于板料的力产生一个力矩M,其值等于凸、凹模作用的合力与稍大于间隙的力臂a的乘积。力矩使材料产生弯曲，故模具与板料仅在刃口附近的狭小区域内保持接触，接触面宽度约为板料厚度的0.2～0.4倍。因此，凸、凹模作用于板料的垂直压力呈不均匀分布，随着向模具刃口靠近而急剧增大，该图表明了无压紧装置冲裁时板料的受力情况，其中：

   F1、F5—凸、凹模对板料的垂直作用力；

   F4、F8—凸、凹模对板料的侧压力；

   F3、F6—凸、凹模端面与板料间的摩插力，其方向与间隙大小有关，但一般系指向模具刃口；

   F2、F7—凸、凹模侧面与板料间的摩擦力。

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2.冲裁过程

冲裁既是分离工序，工件受力时必然从弹、塑性变形开始，以断裂告终。当凸模下降接触板料，板料即受到凸、凹模压力而产生弹性变形，由于力矩M的存在，使板料产生弯曲，即从模具表面上挠起。随着凸模下压，模具刃口压入材料，内应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形,变形集中在刃口附近区域。塑性变形从刃口开始，随着切刃的深入，变形区向板料的深度方向发展、扩大，直到在板料的整个厚度方向上产生塑性变形，板料的一部分相对于一部分移动。力矩M将板料压向切刃的侧表面，故切刃相对于板料移动时，这些力将表面压平，在切口表面上形成光亮带。当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，便产生裂纹，裂纹产生后，沿最大剪应变速度方向发展，直至上、下裂纹会合，板料就完全分离。

3.剪切力行程曲线

从曲线可以看出，在变形开始阶段，力增加较慢（此时，毛坯受压，并由切刃嵌入毛坯形成变形区），然后迅速增加（一部分相对于一部分移动的过程）。在切刃深入到一定深度时，虽然承受剪切力的板料面积减少了，但受材料加工硬化的影响，所以力仍缓慢上升。当剪切面积减少与硬化增加两种影响相等时，剪切力达最大值，当剪切面积减小与硬化增加两种影响相等时，剪切力达最大值，以后剪切面积减少的影响超过加工硬化的影响，于是剪切力下降。塑性材料是剪切力达到最大值，然后缓慢下降一段后才发生裂纹，直至断裂，冲裁力急剧下降。这类似于拉伸试验，即塑性材料在应力达到最大剪切应力后，先产生缩颈然后才断裂。而低塑性材料断裂前不出现缩颈。

4.剪切断面分析

    由于冲裁变形的特点，使冲出的工件断面明显地分成四个特征区:即圆

角带、光亮带、断裂带与毛刺。圆角带：是冲裁中刃口刚压入材料时，刃口附近材料产生弯曲和伸长变形的结果，软材料比硬材料的圆角大。影响圆角带（塌角）大小的因素除材料性质以外，还有工件轮廓形状，凸模与凹模的间隙等。

    光亮带：是材料塑性变形时，在毛坯一部分相对一部分移动过程中，模具侧压力将毛坯压平而形成的光亮垂直的断面。通常，光亮带占全断面的1/2～1/3。塑性好的材料，其光亮带大，同时还与凸、凹模间隙及模具刃口的磨损程度等加工条件有关。

    断裂带：是由刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，断面粗糙，且有斜度。塑性差的材料，断裂带大。

    毛刺：毛刺产生与凸、凹模刃口侧面处产生裂纹的时候。毛刺的大小与材料的机械性能、凸凹模间隙及刀口的锐利程度有关。

    要想提高冲裁件切断面的光洁程度与尺寸精度，可通过增加光亮带的高度或采用整修工序来实现。