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五金模具設計:核心要點提練在這里!
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沖裁模是利用模具使板材分離的沖壓工序,包括落料、沖孔、切口、修邊等工序。(圖1)

1.沖裁過程:

沖裁即是分離工序,工件受力時必然從彈、塑性變形開始,以斷裂告終。當凸模下降接觸板料,板料即受到凸、凹模壓力而產生彈性變形,隨著凸模下壓,模具刃口壓入材料,內應力狀態滿足塑性變形條件時,產生塑性變形,沖件塑性變形從刃口開始,隨著切刃的深入,變形區向板料的深度方向發展、擴大,直到在板料的整個厚度方向上產生塑性變形,板料的一部分相對于另一部分移動。

2.沖裁零件的斷面形狀及分析:

如下圖所示,由于沖裁變形的特點,使沖出的工件斷明顯地分成三特征區,即圓角帶、光亮帶與斷裂帶。圓角帶、光亮帶與斷裂帶三部分在沖裁件斷面上所占的比例隨材料的機械性能、凸與凹模間隙、模具結構等不同而變化。要想提高沖裁件切面的光潔程度與尺寸精度,可通過增加光亮帶的高度或采用整修工序來實現。

3.沖裁間隔:

模具間隙系指凸、凹模刃口間縫隙的距離,間隙對沖裁件質量、沖裁力、模具壽命的影響很大。影響沖裁件質量的因素有:凸、凹模間隙大小及分布的均勻性,模具刃口狀態、模具結構與制造精度,材料性質等,其中間隙值大小與均勻程度是主要因素。

1)沖裁間隔值對沖裁質量的影響  間隙過小時,將產生二次剪切,制件斷面的中部留下撕裂面。而兩頭為光亮帶,在端面出現擠長的毛刺。毛刺雖有所增長,但易去除,且制件穹彎小,斷面垂直。間隙過大時,材料的彎曲與拉伸增大,材料易被撕裂,致使制件光亮帶減小,毛刺大而厚,難以去除。間隙在一定范圍內[z=(14~24%)t]變化時,毛刺高度小,且變化不大,這稱為毛刺穩定區,可供選擇合理間隙值時參考。

2)間隙對尺寸精度的影響 當凸、凹模間隙較大時,材料所受拉伸作用增大,沖裁完后因材料的彈性恢復使落料尺寸小于凹模尺寸,沖孔孔徑大于凸模直徑。在間隙較小時,由于材料受凸、凹模擠壓力大,故沖裁完后,材料的彈性恢復使落料件尺寸增大,沖孔孔徑變小,此外,尺寸變化量的大小還與材料性質、厚度、軋制方向等因素有關。軟鋼的彈性變形量較小,沖裁后的彈性恢復量也就小,硬鋼的彈性恢復量較大。

3)間隔對沖裁力的影響 間隙Z減小,則Fmax增大。其原因是間隙小,材料所受拉應力減小,壓應力增大,材料不易產生撕裂,故使沖裁力Fmax增大。

4)間隔對模具壽命的影響 沖裁凸、凹模的損壞有磨損、崩刃和折斷等形式。間隔減少,模具磨損加快,容易崩刃和折斷,減短模具壽命。

4.沖裁件間隔的確定:

理論計算法  由裂紋重合形成幾何三角形計算。

經驗確定法  軟材料: T

                     T=1~3mm      Z=(10~15%)T

                     T=3~5mm     Z=(15~25%)T

硬材料:T

                           T=1~3mm      Z=(11~17%)T

                                   T=3~5mm      Z=(17~25%)T

5.沖裁凸、凹模刃口尺寸計算原則: 

沖孔件以凸模為準,在凹模放沖裁間隔,而凸模以工件尺寸和公差要求計算。落料以凹模為準,在凸模放沖裁間隔,而凹模以工件尺寸和公差要求計算。(如下圖所示)

6.沖裁件排樣:

沖裁件在條料或板料上的布置方法叫排樣。合理的排樣能提高材料的利用率。下面兩種排樣比較:

7.沖裁件工藝性:(如下圖表所示)

沖裁件的形狀應能符合材料合理排樣,減少廢料。

沖裁件各直線或曲線連接處宜有適當的圓角。

沖裁件凸出或凹入部分寬部不宜太小,并應避免過長的懸臂與狹槽。

沖孔時,由于受到凸模強度的限制,孔的尺寸不宜過小,其數值與孔的形狀、材料的機械性能,材料的厚度有關。

沖裁件的孔與孔之間、孔與邊緣之間的距離受模具強度和沖裁質量的限制,其值不能過小。

在彎曲件或拉深件上沖孔時,其孔壁與工件直壁之間的距離不能過小。

8.沖裁件常見問題及解決方案:

沖裁件毛刺出現及解決方法,在沖裁過程中,由于凸凹模之間間隙的不合理性會出現毛刺或凸凹模在沖壓過程中有磨損現象,其間隙會增大,從而出現毛刺,所以在設計沖裁模時根據材料厚度、性能合理選取凸凹模間隙。