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冲裁变形过程分为弹性变形、塑性变形和断裂分离三个阶段。
在五金精密模具冲压中,冲裁是利用模具内的凸模和凹模板料产生分离的一种冲压工序。它包括落料、冲孔、切断、修边、切舌、剖切等多种工序,但一般来说,冲裁主要是指落料和冲孔工序。落料是指用模具冲压沿封闭轮廓曲线冲切,冲下部分为制件。
弹性变形阶段。凸模接触板料后开始加压,板料在凸、凹模的作用下产生弹性压缩、拉伸、弯曲、挤压等变形。此阶段以材料内的应力达到弹性极限为止。在该阶段,凸模下的材料略呈弯曲状,凹模上的板料向上翘起,凸、凹模之间的间隙越大,则弯曲与翘起的程度也越大。
塑性变形阶段。随着凸模继续压入板料,压力增加,当材料内的应力状态满足塑性条件时,开始产生塑性变形,进入塑性变形阶段。随凸模挤入板料深度的增大,塑性变形程度增大,变形区材料硬化加剧,冲裁变形抗力不断增大。
断裂分离阶段。凸模继续下压,使刃口附近的变形区的应力达到材料的破坏应力,在凹、凸模刃的侧面变形区先后产生裂纹。已形成的上、下裂纹逐渐扩大,并沿最大切应力方向向材料内层延伸,直至两裂纹相遇,板料被剪断分离,冲裁过程结束。
冲模间隙及其对工件质量的影响:
通常冲模间隙是指双边值,即凹模与凸模刃口尺寸之差。当间隙值变化时,冲裁件的断面形状也随之变化:如间隙合理,上、下面出现的裂纹相重合,所得断面光洁、略带斜度;如间隙过小,上、下两裂纹不重合,在其间形成毛刺和层片,并产生两个光亮带。
如间隙过大,对于较薄的钢板会被拉入间隙中,形成拉长的毛刺,对于较厚的钢板则会形成很大的塌角;如间隙分布不均匀,小的一边形成双光亮带,大的一面则形成很大的塌角。
冲裁间隙对于冲裁模的设计与制品质量有什么影响?
1、对断面质量的影响
2、间隙对尺寸精度的影响。由于弹性变形的存在,冲裁结束后出现弹性恢复,使尺寸与凸凹模刃口尺寸产生尺寸偏差,而弹性变形大小与冲裁间隙有直接的关系。
3、间隙对冲裁力的影响冲裁间隙对冲裁力的影晌规律是间隙越小,变形区内压应力成分越大,拉应力成分越小,材料变形抗力增加,冲裁力就越大。反之,间隙越大,变形区内拉应力成分就越大,变形抗力降低,冲裁力就校间隙达材料厚的5%-20%时,冲裁力下降不明显。当双边间隙Z增大到材料厚度的15%-20%时,卸料力为0。
4、间隙对模具寿命的影响由于工件与凸、凹模侧壁之间有磨擦的存在,间隙小,磨擦大,模具寿命短。冲裁过程中,凸模与被冲孔之间凹模与落料件之间均有摩擦,而且间隙越小,摩擦越严重。所以过小的间隙对模具寿命极为不利,而较大的间隙可使凸模与凹模的侧面与材料间的摩擦减小,井能减缓间隙不均匀的影响,从而提高模具的寿命。
5、合理间隙值的确定-间隙的选取要使冲裁达到较好的断面质量、较高的尺寸精度,较小的冲裁力,较高的模具寿命。合理间隙指一个范围值,最大合理间隙,最小合理间隙。间隙的确定是综合考虑上述各个因素的影响,选择一个适当的问隙范围作为合理间隙。其上限为最大合理闻隙,下限为最小合理间隙,即合理间隙指的是一个范围值。在其体设计模具时,根据工件和生产上的具体要求可按下列原则进行选取- (l)当工件的断面质量没有严格要求时,为了提高模具寿命和减小冲裁力,可以选择较大间隙值。 (2)当工件断面质量及制造公差要求较高时应选择较小间隙值。 (3)计算冲裁模刃口尺寸时,考虑到模具在使用过程中的磨损会使刃口间隙增大,应当按Zmin值来计算。确定合理间隙的方法-计算法、经验法、查表法
在冲裁模的设计中,凸凹模间隙的合理选取,是保证模具正常工作、提高冲片质量、延长模具寿命的一个关键因素。理想的间隙应该是板料冲裁断裂时,凸凹模刃口边所产生的裂纹在一条直线上,否则冲片边缘将出现不允许的毛刺,使得刃口粘结严重,磨损加快,进而影响模具的寿命。所以,如何选取合理的凸凹模间隙,是模具设计时不容忽视的问题。
经过多次对0. 5mm 厚硅钢片冲裁的试验,发现间隙值在材料厚度的20 %左右范围内,即间隙值为0. 09~0. 11mm 最为合适。采用这个间隙,可以获得如下效果:
(1) 提高了冲片质量。刃口锋利时毛刺小,冲裁过程中毛刺增长缓慢。
(2) 冲片表面平整度大大改善,特别是相邻孔之间。
(3) 凸凹模侧壁无粘结,减小了卸料力。
(4) 延长了模具寿命。刃磨一次可以保证较的冲次,从而减少刃磨次数,提高了生产效率。放大间隙还可降低模具制造的费用。例如,对于冲裁1. 5mm 厚O8F 冷板,手册推荐的间隙值为0. 15~0. 18mm ,用线切割加工凸凹模无法保证模具的间隙(钼丝直径为0. 12mm) ,因此不得不将凸凹模分别切割,结果既费材料又费工时。当选择较大的间隙时(按料厚的20 %左右) ,则问题迎刃而解,可顺利地一次切割出凸凹模,从而降低模具制造的费用,冲片质量也可保证。
实践证明,合理地放大间隙,可使冲裁质量得到有效的保证,且模具寿命能提高2~3 倍。
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