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塑性变形理论与车身材料
第4章塑性变形理论与车身材料
金属塑性变形理论是车身冲压件压力加工的基础理论,掌握塑性变形的基本知识,可正确判断应力应变状态,分析工件成形,合理设计工艺;也有助于分析产品质量问题,改进工艺。
金属塑性变形的基本理论包括变形板料内各点的应力状态、应变状态以及产生塑性变形时各应力之间及应力应变之间的关系等。
4.1冲压塑性变形的概述
4.1.1塑性变形概念
材料的变形分为弹性变形和塑性变形。
外力去除后能恢复原状态的变形称为弹性变形,不能恢复原状态的变形称为塑性变形。
金属材料是一种兼具弹、塑性的材料,在变形力作用下,既能产生弹性变形,又能从弹性变形发展到塑性变形。
当塑性变形发展到一定程度时,材料就会发生破坏。
从微观看,固体金属由晶体组成,原子在晶体所占的空间内有序排列。
在没有外力作用时,金属中原子处于稳定的平衡状态,金属物体具有一定的形状与尺寸。
若施加外力,会破坏原平衡状态,造成原子排列畸变(图4-1),引起
金属形状与尺寸的变化。
若除去外力,金属中原子立即恢复到
原来稳定平衡的位置,原子排列畸变消失,金属完全恢复了自己的原始形状和尺寸,这样的变形称为弹性变形[图4-1(b)]。
继续增加外力,原子排列的畸变程度
增加,移动距离大于受力前的原子间距
离,晶体中一部分原子相对于另一部分产
生较大的错动[图4-1(c)]。
外力除去以
后,原子间的距离虽然仍可恢复原状,但
错动的原子不能再回到原始位置图4-l(d)],金属的形状和尺寸也发生了永久改变。
这种在外力作用下产生不可恢复的永久变形称为塑性变形。
因此,在塑性变形条件下,总变形既包括塑性变形,也包括弹性变形。
4.1.2塑性变形的基本形式
(1)单晶体塑性变形
单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生两种方式进行。
滑移是晶体一部分沿一定的晶面相对于另一部分作相对移动。
孪生是晶体一部分相对另一部分,对应于一定的晶面(孪晶面),绕一定方向发生转动的结果。
如图4-l所示。
金属的临界孪生剪切应力比临界滑移剪切应力大得多,只有在滑移过程遇阻时,晶体才发生孪生。
孪生后由于晶体转至新位向,有利于滑移,使金属的变形能力提高。
滑移和孪生两者往往交替进行。
(2)多晶体塑性变形
多晶体塑性变形包括晶内变形和晶问变形两种情况。
金属都是多晶体,其由大小、形状、位向都不完全相同的晶粒组成。
单就一个晶粒来说,其晶内塑性变形方式与单
晶体相同。
多晶体在受到外力作用时,各晶粒的变形先后、变形量均不一致。
多晶体塑性变形后会引起纤维组织晶粒沿最大
变形方向伸长,形成纤维状的晶粒组织,即纤维
组织。
4.2冲压塑性变形的基本理论
4.2.1材料应力应变状态
研究材料的应力状态应从点的应力状态入手。
(1)点的应力状态
假设在变形物体内部任取一个微量六面单元体,该单元表示点的应力状态,可取相互垂直表面上的应力来表示,沿坐标方向可将这些应力分解为九个应力分量,其中包括三个正应力和六个剪应力,如图4-3(a)所示。
由于单元体处于静力平衡状态,故单元体各轴的合力距为零,可得出互相垂直平面上的剪应力互等,τxy=τyx,τyz=τzy,τzx=τxz。
因此若已知三个正应力和三个剪应力,那么该点的应力状态就可以确定了。
(2)点的主应力
由于坐标系所取的方位不同,这六个应力和分量的大小也不一样。
可以证明,对任何一种应力状态,总存在某一方位的坐标系,使得单元体各表面上只有正应力而无剪应力,如图4-3(b)所示。
这时,三个坐标轴就称为主轴,三个坐标轴的方向就称为主方向,而三个正应力就叫主应力,一般按其代数值大小依次为σ1、σ2和σ3,即σ1≥σ2≥σ3.除主平面不存在剪应力之外,单元
体其他力向上均存在剪应力,与主平面成45o截面上的剪应力达到极值时,称为主剪应力。
σ1≥σ2≥σ3时,最大剪应力为τmax=|(σ1-σ3)/2|,最大剪应力与材料的塑性变形关系很大。
一般情况下单元体的三个主方向都有主应力存在,称为三向应力状态。
板料大多数成形工序,沿板料厚度方向的厚向应力σt与其他两个垂直方向的主应力即径向应力σρ、切向应力σθ比较,往往很小,可以忽略不计,如拉深、翻孔和胀形变形,这种应力状态称为平面应力状态或两向应力状态。
平面问题的分析比三向应力分析简单,这为研究冲压成形分析提供了方便。
三个主应力中有两个为零,只在一个方向有应力,称为单向应力状态。
如在板料的内孔边缘和外形边缘是自由表面,则径向应力σρ为零,而板料大多数成形的厚向应力σt也为零,故此处为单向应力状态。
(3)点的主应变
应力产生应变。
应变也具有与应力相同的表现形式,单元体上的应变也有正应变与剪应变,总可以找到一组坐标轴,使单元体各表面上剪应力为零,这样坐标轴称为应变主轴,滑应变主轴方向上的正应力称为主应变,主应变也有三个,分别为ε1、ε2和ε3,按代数值排列ε1≥ε2≥ε3。
4.2.2三向应力塑性变形条件
当物体中某点处于单向应力状态时,只要该向应力达到材料的屈服极限,即可由弹性状态进入塑性状态。
而对于复杂的三向应力状态,就不能仅限于根据某应力分量来判断该点是否屈服,还要考虑其他应力分量的作用。
只有当各个应力分量之间符合一定的关系时,该点才开始屈服。
这种关系就称为塑性变形条件,或称屈服准则。
(1)最大剪应力理论
法国工程师屈雷斯加通过对金属挤压进行研究,于1864年提出:
任意应力状态下,只要最大剪应力达到某临界值,材料就屈服。
这就是最大剪应力理论,表达为:
(4-1)
即:
最大剪应力理论,虽然形式简单,与实验结果基本相符,用于分析板料成形问题也有足够的精度,但三个主应力中忽略了中间主应力σ2的作用,理论上未免有些欠缺。
(2)形状改变比能理论
德国力学家密席斯于1913年提出另一屈服准则,指出“当某点的等效应力达到某一临界值时,材料就开始屈服”。
可表达为:
即:
(4-2)
试验表明,对绝大多数金属材料,密席斯准则比屈雷斯加准则更接近实验数据。
实际上,最大剪应力理论与形状改变比能理论之间差别很小,对有两个主应力相等的应力状态,两个准则完全一致。
为了使用上的方便.密席斯准则可写成类似屈雷斯加准则的形式:
σ1-σ3=βσs(4-3)
式中,β为与σ2有关的系数,1.0≤β≤1.55,平均值l.1,体现了中间主应力的影响。
4.2.3真实应力、真实应变概念
(1)真实应力
应力是指单位面积上的内力。
设P为试件横截面上的拉力,F0为试件初始面积。
在单向拉伸试验过程中,试件横截面上的拉应力有两种计箅方法。
1考虑横截面面积的变化
σ0=P/F0(4-4)
σ0称为条件应力。
即只有当变形不大时才能用这种方法近似计算。
②考虑横截面面积的变化材料拉伸属于大变形,拉伸过程中,试件横截面会明显缩小,如仍按F0计算就会出现明显的误差,必须按瞬间的实际横截面积F来计算应力σ=P/F,这样求得的σ称为真实应力。
材料刚开始屈服时的应力称为初始屈服应力。
随着塑性变形量的增多,材料会逐渐发生硬化,屈服应力会逐渐增高。
习惯上将真实应力表示的每一瞬间的实际屈服应力直接称为该瞬间的“真实应力”,它反映了材料的塑性变形能力。
(2)真实应变
在拉伸试验时,试样的轴向应变常以试样的相对伸长(或条件应变)δ表示;
δ=△l/l0=(l1-l0)/l0(4-5)
式中l0——试样原始标距的长度;
l1——拉伸后标距的长度;
由于δ不能真实地反映试样大变过程中的瞬时变形及变形的积累过程,于是又引入真实应变的概念。
拉伸过程中,某瞬间的真实应变(即应变增量)为:
dε=dl/l(4-6)
式中l——试样的瞬时长度;
dl——瞬时长度改变量。
当试样从l0拉伸至l1时,总的真实应变为
(4-7)
真实应变在正确反映瞬间变形的基础上,真实地反映了塑性变形的累积过程。
4.2.4塑性变形时体积不变定律
实践证明.塑性变形时物体主要发生形状改变,而体积的变化很小,可以忽略不计。
设长方体试样的原始长、宽、厚为l0、b0、t0,在均匀塑性变形后成为l、b、t,根据体积不变条件,有
(4-8)
等式两边取对数得
(4-9)
由上式可见,三个主应变分量之和等于零,即
ε1+ε2+ε3=0(4-10)
这就是塑性变形体积不变定律,它反映了三向主应变值之间的关系。
根据体积不变定律可知:
塑性变形时,只可能有三向应变状态和平面应变状态,而不可能有单向应变状态。
在平面应变状态时(若ε2=0),,另外两个应变绝对值必然相等、符号相反,ε1=-ε3。
4.2.5塑性应力应变关系理论
物体受力产生变形,所以应力与应变之间存在某种关系,物体在弹性变形阶段,应力与应变之间的关系是线性的、可逆的,弹性变形是可以恢复的,一点的应变
状态仅仅取决于该点的应力状态,而与经历的变形过程无关。
而塑性
变形时应力应变关系是非线性的、不可逆的,应力应变不能简单叠加。
如图4-4所示为单向拉伸应力与应变关系曲线。
材料屈服后,应力应变不再是线性关系,加载时,应力应变关系沿ABC曲线变化,而在C点卸载时,应力应变沿CD线变化。
卸载后,再加载时,应力应变沿DC线上升,而与初始加载所经历的OABC路线不同,变形过程是不可逆的。
且在同一个应力σ时,因为加载历史不同,应变也不同,可能是ε’,也可能是ε”。
因此在塑性变形时,应变不仅与应力大小有关,新且与加载历史有着密切关系。
一般来说,塑性变形时,应力σ与应变ε之间不存在对应关系,为了建立物体受力与变形之间的关系,只能在加载过程中某个微量时间间隔dt来研究应力与应变增量之间的关系,称增量理论。
(1)增量理论
其表达式为:
(4-11)
式中dε1、dε2,dε3——主应变增量。
增量理论计算难度很大,为了简化计算,在简单加载情况下,可得出全增量理论。
所谓简单加载,是指在加载过程中所有应力接同一比例增加。
简单加载时,三个应力主轴的方向不会改变。
(2)全增量理论
设平均应力值σm=(σ1+σ2+σ3)/3
全增量理论表达式为:
(4-12)
即主应变与偏应力成正比,或写成
(4-13)
即应变差与应力差比值。
在板料成形中,要求严格满足简单加载条件是不现实的。
实践证明;工程问题的分析计算,只要近似满足简单加载条件,使用全增量理论是允许的,这将大大简化分析计算的过程。
例:
单向拉伸时,三个主应力分别为σ1=σs;σ2=σ3=0,平均应力σm=σs/3,三个主应变ε1=εi,ε2=ε3。
由体积不变定律ε1+ε2+ε3=0,可得ε2=ε3=--εi/2。
则三个偏应力之比为(σs-σs/3):
(-σs/3):
(-σs/3)=2:
(-1):
(-1),等于三个主成变的比值,正好符合全增量理论。
(3)全增量理论的应用
全增量理论为材料应力状态、应变状态的分析提供指导。
利用全增量理论可以得出以下
结论。
①由式(4-12)可知,判断某个方向的应变是伸长还是缩短,并不是看这个方向受拉还是受压,而是看该方向的偏应力σ1-σm是正还是负,或者说看该方向的应力值是大于还是小于平均应力值。
②当ε2=0时,称为平面变形,由式(4-13)可以得出σ2=(σ1+σ3)/2。
宽板弯曲就属于这种情况。
就应力而言,宽板弯曲是三向应力,故是立体的。
③当σ1=σ2=σ3时.由式(4-13)和体积不变条件εl+ε2+ε3=0,可得εl=ε2=ε3=0,也就是说,当材料上的三个主应力相等,即三向等拉伸或等压时,材料不产生塑性变形,仅有弹性变形。
④当σ1>0且σ2=σ3=0时.材料受单向拉伸应力作用,利用式(4-13)可得ε1>0且ε2=ε3=(1/2)ε1,,也就是说,当单向拉伸时,在拉应力作用方向上为伸长变形,其余两个方向为压缩变形,且为伸长变形之半。
翻孔变形材料的边缘属此类。
⑤当σ1=σ2>0且σ3=0时,由式(4-13)得ε1=ε2>0和ε3=-2ε1=-2ε2,即材料受两向等拉时,拉应力方向上为拉伸变形。
而在材料厚度方向为压缩变形,其值为伸长变形的两倍。
平板材料胀形时的中心部分就是双向等拉应力状态。
4.3板料冲压成形性能
4.3.1成形极限、性能
(1)板料成形极限
板料对冲压成形工艺的适应能力称为板料冲压成形性能。
板料在成形过程中可能出现两种失稳现象:
一种是拉伸失稳,即板料在拉应力作用下局部出现缩颈或断裂;另一种是压缩失稳,即板料在压应力作用下出现起皱。
板料在失稳之前可以达到的最大变形程度叫成形极限。
成形极限分为总体成形极限和局部成形极限。
总体成形极限反映板料失稳前尺寸可以达到的最大变形程度,如极限拉伸系数、极限胀形高度和极限翻边(孔)系数等。
这些极限系数通常作为规则形状板料零件工艺设计的重要依据。
局部成形极限则反映板料失稳前局部尺寸可以达到的最大变形程度,如复杂零件成形时,局部极限应变属于局部成形极限,由于复杂零件变形的不均匀性,板料各处变形差异很大,因此必须用局部成形极限来描述板料各点变形程度。
成形极限越高,说明板料冲压性能越好。
(2)冲压成形性能
材料的性能对冲压成形性能具有重要影响,尤其对复杂和精密成形零件的影响尤为显著。
板料冲压成形性能包括抗破裂性、贴模性和定形性等。
①破裂性由于板料抗破裂性差,会导致零件严重损坏,难以修复而无法使用,因而目前冲压生产中,主要是用抗破裂性作为评价冲压成形的指标。
②贴模性板料的贴模性是指板料在冲压成形中取得与模具形状一致的能力。
成形中产生起皱、塌陷和鼓包等缺陷,均会降低贴模性。
③定形性定形性是指零件脱模后保持在模内既得形式的能力。
影响定形性的主要因素是回弹,造成零件脱模后有较大的形状和尺寸误差。
以抗破裂性作为评价冲压成形的指标来描述板料局部各点变形程度,工程上常采用成形极限图。
成形极限图是判断和评定薄板料成形性能的最为简便和直观的方法。
4.3.2成形极限图及其应用
(1)成形极限图的概念
成形极限图用来表金属薄板在变形过程中,在板平面内两个主应变的联合作用下,厚度发生减薄时,可以获得的最大应变量。
半平面内的两个主应变的任意组合,只要落在成形极限图中的成形极限曲线之上,薄板料变形时就会发生破裂;反之是安全的。
一种材料有一种成形极限曲线,一般由试验获得。
成形极限曲线试验数据分散,则形成为一定宽度的条带,称为临界区。
变形如位于临界区,表明此处的薄板料有濒临破裂的危险,如图4-5所示。
由此可见,成形极限图是判断和评定薄板料成形性能最为简便和直观的方法,是解决薄板料冲压成形问题的一个非常有效的工具。
(2)成形极限图的绘制
成形极限图既可在实际冲压生产中积累数据确定,也
可通过试验方法来建立。
试验常用胀形法进行。
试验前,在板料表面用化学腐蚀法作直径一般为2.5~
5.0mm的小圆坐标网(图4-5),试验时,将球形凸模压入
板料直至出现裂纹,然后取出板料,在离裂纹最近的完整
网格上测量小圆变形后的椭圆的尺寸。
计算出椭圆的长、
短轴应变,即可得出此点的极限应变。
通过改变板料的形状和尺寸及润滑方式等,可得出极
限变形情况下不同椭圆的长、短轴应变。
当取得足够的试
验数据后,依椭圆的长轴应变δ1为纵坐标、椭圆的短轴应变δ2为横坐标,即可画出成形极限图(图4-6)。
(3)成形极限图的应用
成形极限图可以用来评定板料的局部成形性能,成形极限图的应变值越高,板料的局部成形性能越好,将成形极限图与应变分析的网格法结合起来可分析解决许多生产实际问题。
1模具的调试中,解决零件局部拉裂问题。
如图4-6所示,当局部应变值出现在破裂区,则可用减少长轴应变δ1或加大短轴应变δ2绝对值的办法,使局部应变进入成形区。
可以采用调整压料力、改变润滑条件、改变毛坯尺寸、调整凹模圆角半径以及是否采用拉深筋等办法,来调整拉深材料流人凹模的变形阻力,以减少应变δ1。
对于双向拉应变(图中第一象限),应加大短轴方向的变形阻力,以加大应变δ2。
对于压拉应变(图中第二象限),应减少短轴方向的变形阻力,使短轴方向压缩应变δ2易于产生,达到增加δ2(即增加δ2的绝对值)的目的。
例如对双向拉应变,可在短轴应变方向减少凹模圆角半径、加大毛坯尺寸或进一步加拉伸筋,以达到加大短轴应变的目的,从而提高局部成形性能。
②提高复杂冲压件的成形质量。
汽车覆盖件起皱可以通过加大压料力、合理设置拉伸筋以及调整毛坯尺寸来解决,但是必须以零件不破裂为前提。
图4-6所示A点的应变状态,要用减小短轴方向应变的办法,使A点成变移至B点,从而进入安全区,这一措施也有利于解决起皱问题,使起皱和拉裂问题在双拉应变条件下得到统一,为解决复杂成形零件局部不裂条件下的防皱创造了有利条件,提高了复杂零件的成形质量。
第5章冲裁分离工艺
冲裁工艺是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。
它包括冲孔、落料、修边、切口等冲压工序。
冲裁既可以直接冲制出成品零件,也可为其他成型工序准备坯料或在已成形的零件上进行修边、切口和冲孔等工作。
冲裁只要是指落料和冲孔工序。
从板料上冲下所需的零件或毛坯叫落料[图5-1(a)],在工件上冲出所需形状的孔叫冲孔[图5-1(b)]。
在冲裁工艺中,按材料分离形式,冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁。
以裂纹破坏形式实现分离称为普通冲裁,以塑性变形实现分离称为精密冲裁。
在汽车车身冲压成形中,一般为普通冲裁。
5.1冲裁板料分离过程
5.1.1冲裁分离过程
冲裁是冲压工艺中的分离工序。
在冲裁过程中,在压力机压力作用下凸模逐步下降时,板料从弹性变形开始经塑性变形直至全部分离,完成冲裁。
冲裁过程见表5-l。
(1)分离过程
①弹性变形阶段由于凸模加压于板料,使板料产生弹性压缩、弯曲和拉伸等变形,板料底面相应部分材料略挤入凹模洞口内。
此时,凸模下的板料略有下弯,凹模上的板料略有上翘。
间隙越大,下弯和上翘越严重。
在这一阶段中,板料内部的应力没有超过弹性极限,当凸模卸载后,板料立即恢复原状。
②塑性变形阶段当凸模继续压入、板料内的应力达到屈服极限时,板料开始产生塑性剪切变形。
凸模切入板料并将下部板料挤入凹模孔内,形成光亮的剪切断面。
同时因凸、凹模间存在间隙,伴随着弯曲与拉伸变形。
随着凸模的继续压入,板料的变形程度不断增加,同时硬化加剧,变形抗力也不断上升。
最后在凸模和凹模的刃口附近、达到极限应变与应力值时,板料就产生上下微小裂纹。
③断裂分离阶段凸模继续施压板料,上下微裂纹沿最大剪应变方向向材料内分别延伸,若间隙设计合理,上下裂纹则相遇重合,板料分离。
由于开裂的结果,断面上形成一个粗糙的区域。
当凸模再下行,凸模将冲落部分全部挤入凹模洞口,冲裁过程到此结束。
(2)冲裁力变化分析
图5-2为冲裁时冲裁力与凸模行程曲线。
图中AB段是冲裁的弹性变形阶段,凸模接触材料后,载荷急剧上升。
当凸模刃口挤入材料,即进入塑性变形阶段后,载荷的上升斜率逐渐变小,如BC段所示。
由于凸模挤入材料使承受冲裁力的材料受剪面积减小,而材料加工硬化的影响大于受剪面积减小的影响,冲裁力仍继续上升,当两者的影响达到相等的瞬间,冲裁力达最大值,即图中的C点。
此后,受剪面积的减小超过了加工硬化的影响,于是冲裁力下降。
凸模继续下压,材料内部的微裂纹迅速扩张,冲裁力急剧下降。
如图中CD段所示,此为冲裁的断裂阶段。
5.1.2冲裁件断面特征
(1)三个特征区
由于冲裁分离的特点,冲裁出的工件断面明显地分为三个特征区,即圆角带、光亮带和断裂带(图5-3)。
①圆角带圆角带是凹模刃口压入板料时,刃口附近板料产生变形的结构。
一般软材料比硬材料的圆角大。
影响圆角带大小的因素除材料外,还有工件轮廓形状以及凸凹模间隙等。
②光亮带光亮带是板料塑性剪切变形时,在毛坯中的一部分相对另一部分移动中,模具刃口侧面将断面压平而形成的光亮垂直面。
通常,光亮带占整个断面的l/3,又是极端尺寸,故光亮带是尺寸测量基准。
塑性好的材料,其光亮带大。
光亮带的大小与凸凹模间隙及模具刃口的磨损程度等加工条件有关。
③断裂带断裂带是由刃口处的微小裂纹在拉应力作用下不断扩展形成的撕裂面,断面粗糙,出现毛刺,且有斜度。
塑性差的材料,其断裂带大。
圆角带、光亮带和断裂带三大部分所占比例随板
料的力学性能、凸凹模间隙、模具结构等的不同而变化。
要想提高冲裁断面的光洁度和尺寸精度,可通过增加光亮带的高度或采用整修工序来实现。
增加光亮带高度的关键是延长塑性变形的阶段、推迟裂纹产生,这可以通过增加金属的塑性和减少刃口附近的变形与应力集中来实现。
在材料确定的情况下,冲裁模间隙是影响光亮带的高度的关键因素。
(2)冲裁件尺寸确定
孔的尺寸以孔最小尺寸为衡量标准,落料以轮
廓最大尺寸为衡量标准。
若不计弹性变形的影响,
可以近似认为(图5-3):
落料尺寸=凹模尺寸
冲孔尺寸=凸模尺寸
这两个关系式,是计算落料、冲孔模的凸模和
凹模刃口尺寸的重要依据。
5.1.3影响冲裁件断面质量的因素
(1)材料性能
塑性较好的材料,冲裁时裂纹出现的时刻较迟,因而材料剪切的深度较大。
所以得到的光亮带所占比例大,圆角大,穹弯大,断裂带较窄。
塑性差的材料,当剪切开始不久材料便被拉裂,光亮带所占比例小,圆角小,穹弯小,而大部分是有斜度的粗糙断裂带。
(2)凸凹模间隙
由图5-4可以看出,工件上裂纹形成的圆直径与凸模直径相近,工件下裂纹形成的圆直径与凹模直径相近。
如间隙台适,上下出现的裂纹相互重合,则断面光洁,略带斜度[图5-4(b)];如间隙过小,上下两面裂纹不重合,隔着一定的距离,相互平行,最后在其间形成毛刺和层片,并产生两个光亮带[图5-4(a)];如间隙过大,对于薄料会使材料拉入间隙中,形成拉长的毛刺,对于厚料会形成塌角[图5-4(c)];如间隙分布不均,则小的一边会形成光亮带,大的一边形成很大的塌角。
(3)模具刃口状态
刃口状态对冲裁过程中的成力状态有较大影响。
当模具刃口磨损成圆角时,挤压作用增大,
则冲裁件的圆角和光亮带增大。
钝的刃口,即使间隙选择合理,在冲裁件上也将产生较大毛刺。
凸模钝时,落料件产生毛刺;凹模钝时,冲孔件产生毛刺。
5.2冲裁模间隙
5.2.1冲裁模间隙对制件、模具等的影响
冲裁间隙是凸、凹模刃口工作部分尺寸之差,Z表示双面间隙,c表示单面间隙。
冲裁间隙是保证合理冲裁的重要工艺参数,它对冲裁件的断面质量、尺寸精度起着决定性作用,对模具寿命、冲裁力、卸料力和顶料力等都有较大影响。
(1)对冲裁件质量的影响
如间隙合适,上下裂纹相互重合;如间隙过小,上下两面裂纹不重合;如间隙过大,对于薄料会形成拉长的毛刺,对于厚料会形成塌角;如间隙分布不均,则一边形成光亮带,一边形成塌角。
(2)对冲裁件尺寸的影响
间隙较小时,落料尺寸大于凹模尺寸;冲孔尺寸小于凸模尺寸。
间隙较大时,落料尺寸小于凹模尺寸;冲孔尺寸大于凸模尺寸。
(3)对冲模寿命的影响
冲裁时,板料对凸模和凹模刃口产生侧压力N1和N2(图5-5)。
间隙小,侧压力加大,摩
擦力μN1和μN2也增大,刃口磨损加剧,寿命下降;间隙偏大,坯料弯曲相应增大,刃口断面上的压力分布不均匀,容易崩刃或产生塑性变形,降低使用寿命。
(4)对各种力的影响
间隙增大时,冲裁力有一定程度的减小,卸料力和推料
力也随之降低;反之,间隙减小时,各种力均随之增加。
5.2.2合理间隙的概念及其确定
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