冲裁过程工艺分析优化

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：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。塌角塌角也称为圆角带，是由于冲裁过程中刃口附近的材料被牵连拉入变形的结果。

1.冲裁变形过程及剪切区的应力状态

（1）冲裁变形过程冲裁时板料的变形具有明显的阶段性，由弹性变形过渡到塑性变形，最后产生断裂分离。

1）弹性变形阶段（见图4-1a）。凸模接触板料后开始加压，板料在凸、凹模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。

2）塑性变形阶段（见图4-1b）。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，直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段结束，此时冲裁变形抗力达到最大值。

3）断裂分离阶段（见图4-1c、d、e）。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、凸模刃口侧面的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。

（2）剪切区的应力状态根据试验的结果，冲裁时，板料最大的塑性变形集中在以凸模与凹模刃口连线为中线的纺锤形区域内，如图4-2所示。

图4-1 冲裁变形过程

a）弹性变形阶段 b）塑性变形阶段 c）、d）、e）断裂分离阶段

图4-2 冲裁板料的变形区

a）初始冲裁 b）切入板料 1—变形区 2—已变形区

图4-2a表示初始冲裁时的变形区由刃口向板料中心逐渐扩大，截面呈纺锤形。材料的塑性越好，硬化指数越大，则纺锤形变形区的宽度将越大。

图4-2b表示变形区随着凸模切入板料深度的增加而逐渐缩小，但仍保持纺锤形，其周围已变形的材料被严重加工硬化了。纺锤形内以剪切变形为主，特别是当凸模与凹模的间隙较小时，纺锤形的宽度将减小。但由于冲裁时板料的变形受到材料的性质、凸模与凹模的间隙、模具刃口变钝的程度等因素的影响，不可能只产生剪切变形，还有弯曲变形，而弯曲又将使板料产生受拉与受压两种不同的变形，因此冲裁变形区的应力状态是十分复杂的。图4-3所示为冲裁时板料的应力状态。