冲压件成形原理大揭秘:工艺分类及冲裁变形过程详解

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冲压件成形加工的基本原理是利用压力机和模具对板材、带材、管材以及型材等材料进行外力作用,促使这些材料发生塑性变形或实现分离,最终形成具有特定形状和尺寸的工件,即冲压件。

工艺类别上,冲压工艺主要依据其制作过程进行划分,具体可细分为分离工序和成形工序两大主要类型。

冲裁工序作为分离环节,主要作用在于将板材按照既定轮廓切割成冲压件,并确保切割后的断面质量达到规定标准。该工序具体包括:落料、冲孔、剪切、切口、切边以及剖切等步骤。

冲裁时板料的变形过程

变形过程:

模具间隙正常时,金属材料的冲裁过程可分三个阶段:

1)弹性变形阶段

板材在受力后会出现弹性压缩、弯曲以及拉伸等形态变化。当材料承受外力影响时,其形状或尺寸会发生改变,若这种改变能够自行恢复,则称之为弹性变形。

2)塑性变形阶段

当板料的应力攀升至屈服点时,它便开始出现塑性剪切形变。这种形变指的是材料在受到外力作用后,即便外力消失,也无法恢复的那部分变化。

3)断裂分离阶段

已成形的裂纹沿最大应变速度方向向材料内延伸,呈楔形状发展

冲裁后板料断面分为四个部分

成形过程涉及对板材进行塑性变形处理,确保其形状和尺寸符合要求,同时保证材料本身不受损害。

成形操作包括弯曲、卷圆、扭曲、拉深、变薄拉深、翻边(如孔的翻边、边缘翻边)、缩口、扩口、形成起伏、卷边、涨形、旋压、整形、校平、压印以及挤压(分为正挤压、反挤压和复合挤压)。

冲压件设计注意事项

冲裁冲压件的冲压工艺性

冲裁件的形状设计应追求简洁与对称,以减少排样过程中的废料。在拐角处理上,应尽量避免使用尖锐的角度,而应采用适当的圆角设计。

2).冲孔最小孔径 (冲孔时孔径不宜太小)最小尺寸如下表

冲裁件的结构尺寸(如孔径、孔距等)必须考虑材料的厚度。

3). 最小孔间距 和孔边距

冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小。

4). 凸出悬臂和凹槽的最小宽度

弯曲件的冲压工艺性

弯曲工序涉及对材料施加压力,使其产生塑性变形,进而塑造出特定角度的形状。这一过程既可在配备模具的欧通压力机上实施,亦能在专门的弯曲机或弯曲设备中完成。

根据加工材料的种类,弯曲可以分为板料弯曲、管料弯曲、型材弯曲以及棒料弯曲等多种类型;而根据弯曲成形所使用的设备差异,又可以细分为折弯、滚弯、拉弯和辊弯等不同方法。

弯曲件加工的精度受到众多因素的影响,包括弯曲件所用材料的力学特性和厚度、模具的设计与精度、工序的数量及其执行顺序,以及弯曲件自身的形状和尺寸。对于精度要求较高的弯曲件,必须对材料厚度的公差进行严格把控。通常情况下,一般弯曲件的尺寸经济公差等级应控制在IT13级以下,通过增加整形等工序,可将公差等级提升至IT11级。

弯曲过程

弯曲加工涉及运用V形模具结构对V形件进行弯曲处理。其中,凸模1与凹模2的设计与工件的内、外轮廓相吻合。在外力作用,比如力机滑块的运动,推动凸模下降的过程中,位于凸模和凹模之间的板材便会被弯曲成所需的工件形状。

弯曲分为两种类型:一种是自由弯曲,它指的是当凸模、板料和凹模三者完全贴合后,就不再继续施加压力;另一种是校正弯曲,这种弯曲在自由弯曲的基础上,需要额外涂抹并继续施加压力,从而让工件经历一次塑性变形,以此来降低弯曲件在弯曲后的回弹现象。

在材料弯曲过程中,若弯曲的圆角半径过大,超出材料的最大承受强度,便可能导致材料出现裂纹甚至断裂,因此必须注意避免使用过小的弯曲圆角半径。

R角的尺寸不宜超过材料厚度的1.5倍。若R角过大,弯曲后其回弹现象会较为显著。

弯曲部件的弯曲幅度不宜过长,而且H值也不宜过小,尤其是当材料厚度t超过2毫米时,若h值过小(务必注意),将导致弯曲变得极为困难,且难以制造出形状精确的零件。

在弯曲件弯曲至90°角的过程中,为了确保成型顺利,需确保弯曲件的直边高度h超过2倍厚度t。当高度h等于1.3倍厚度t减去2倍厚度t时,应将弯曲半径R调整至接近0,或者采用压凹槽等特殊弯曲技术,具体操作可参考下方的图示。

设计弯曲件的弯曲线时,应尽量避免将其置于宽度发生急剧变化的位置(参照图中所示),这样做可以防止材料出现撕裂现象。

若必须在宽度变化显著的位置进行设计,那么在此处提前制作工艺孔或工艺槽是可行的。

对于那些带有孔洞的弯曲部件,若孔洞恰好在弯曲区域附近,那么在弯曲过程中,孔洞很可能会发生形变。

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解决措施:使这些孔分布在变形区域之外。

如下图对于弯曲件,从孔边到弯曲半径R中心的距离取为:当t

若弯曲件由宽度和窄度两部分构成,那么其过渡区域的长度L应大于或等于半径R,具体可参考下方的图示。

在对称件进行弯曲操作时,左右两侧的弯曲半径需保持相同,这样做是为了确保在弯曲作业中力分布均匀,避免滑动现象的发生,具体可参考下方的示意图。

在设计弯曲件的过程中,考虑到弯曲部分与整体冲压件的形状均不规整,因此,有必要在冲压件上设定基准孔或基准边,并标注相应的公差基准。

例如,在处理面、边、孔等要素时,应尽量避免将基准点设定在难以测量的区域,比如空间的中心点或难以确定的元素,具体可参考下方的图示。

在设计弯曲部件的过程中,必须注意在材料进行折弯之前,其展开的长度(或方向)是否具备充足的空间(即两片材料之间的距离需大于t)。

拉伸件的冲压工艺性

1)拉深概念

通过模具对平板毛坯进行冲压,可制作出各式各样的开口空心部件,亦或是将现有的开口空心部件进一步加工,改变其形状和尺寸,从而形成新的空心件,这种方法属于冲压加工范畴。

拉深工艺分类

1)按壁厚变化情况分:

① 一般拉深(工件壁厚不变)

② 变薄拉深(工件壁厚变薄)

2)按使用的毛坯的形状分:

① 第一次拉深(使用平板毛坯)

② 以后的各次拉深(以开口空心件为毛坯)

3)拉深变形过程:

4)拉深过程中毛坯各部分变化 :

① 平面凸缘部分(主要变形区)

② 凹模圆角部分(过渡区)

③筒壁部分(变形区)

④ 凸模圆角部分(过渡区)

⑤ 筒底部分(小变形区)

缩孔、翻边、膨胀的成形介绍

冲压件结构设计要点

1、避免直角,圆弧过渡

2、孔与孔,孔与边,孔与弯曲处之间有足够距离

3、弯曲半径不能过小,折弯高度适宜

4、薄板可以通过加强筋方式提高刚度和强度

5、注意板料的纤维方向

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