CN100382912C - 板金冲裁工艺 - Google Patents

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Abstract

一种板金冲裁工艺，其通过对普通冲裁过程中的冲裁间隙、冲切余量、压料力及冲模刀口结构的合理选取及设计来得到高精度断面质量的冲裁件。本冲裁工艺可通过一次粗加工及一次或数次精加工完成，粗冲时，各参数值可与普通冲裁工艺取值相同或相近，精冲时，单边冲裁间隙取小于或等于0.5T%，其中T为材料厚度，需进行数次精冲时，各精冲过程的总单边冲切余量之和大于或等于粗冲时冲裁件所产生的塌角宽度，精冲模具刀口底部设有一角度θ及一段与该角度相切的弧形缺口，以防止切削余量的累积，精冲压料力取10.0MPa至30MPa之间。

Description

板金冲裁工艺
【技术领域】
本发明是关于一种板金冲裁工艺，特别是指一种利用普通冲裁原理即可得到高精度断面质量的板金冲裁工艺。
【背景技术】
传统的板金冲裁工艺对板料进行冲孔或切边加工时是利用普通冲裁模具对板料进行冲裁，如图1所示，由普通冲裁工艺所得冲裁件断面一般由塌角1、光亮带2、撕裂带3及毛刺4四部分组成，其中光亮带2的多少决定了冲裁件断面质量的高低。
在冲裁过程中，影响冲裁件断面质量的因素主要有：凸凹模冲裁间隙、切削余量、压料装置的压料力以及冲裁模具结构。间隙过小时，上模下压将在冲裁件上下裂纹中间产生二次剪切，冲裁件断面的中部留下撕裂面，端面出现挤长的毛刺；间隙过大时，拉应力增大，材料易被撕裂，致使冲裁件光亮带减小，塌角及断裂斜度都增大。冲切余量过大，模具冲头在下行过程中，材料所受拉应力较大，材料断面底部会产生少量的撕裂带，冲切余量过小，则粗切时所留下的撕裂带不能切除干净，会导致产品断面产生“麻点”现象。普通冲裁工艺中，如图2所示，模具刀口为平底，在模具冲切过程中切削余量将逐渐累积，导致切削力增大，使产品断面底部产生撕裂带及毛刺。压料力的大小对冲裁件断面质量的影响也不容忽视，如图3所示，压料力过小时，在模具工作过程中，将导致材料在拉应力的作用下发生水平滑移，工作完成后，产品断面会产生微小的塌角；如图4所示，如果压料力过大，材料会发生过大的弹性甚至弹塑性变形，工作完成后，压力释放，材料会产生收缩的现象，产品尺寸出现偏差，并且由于冲床工作速度的不均匀性，将导致断面有横向细纹产生。
通过普通冲裁工艺所得冲裁件，其断面光亮带2仅占整个断面的40％左右，冲裁件表面粗糙度Ra值为12.5～6.3。对于断面精度要求较高的零件，该冲裁方法达不到要求。若需得到断面质量较高的冲裁件，一般需采用精密冲裁，但是，采用精密冲裁需引进精冲设备及技术，该设备价格昂贵，增加了产品的制造成本。另外一种解决方法是利用数控机床对冲裁件工作端面进行机加工，以得到高精度断面质量的冲裁件，但是，数控机床同样价格昂贵，不但制造成本高，且只能单件加工，不能实现自动化批量生产，生产效率低，无法满足工厂高产能的需求。
因此，针对以上各生产方式的缺点，有必要对现有冲裁工艺进行改进，提供一种可得到高精度断面质量的低成本高效率的冲裁工艺。本发明在普通冲裁工艺的基础上对影响冲裁件断面质量的各因素进行改进，提供了一种利用普通冲裁原理即可得到高精度断面质量的板金冲裁工艺，采用该工艺可大幅提高冲裁件断面的光亮带，得到高精度断面质量的冲裁件。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种利用普通冲裁方法即可得到高精度断面质量的板金冲裁工艺。
本发明的目的是通过下列技术方案实现的：一种板金冲裁工艺，可通过对普通冲裁过程中的冲裁间隙、冲切余量、压料力及冲模刀口结构的合理选取及设计来得到高精度断面质量的冲裁件。本冲裁工艺可通过一次粗加工及一次或数次精加工完成，粗冲时，各参数值可与普通冲裁工艺取值相同或相近，精冲时，单边冲裁间隙取小于或等于0.5T％，其中T为材料厚度，需进行数次精冲时，各精冲过程的总单边冲切余量之和大于或等于粗冲时冲裁件所产生的塌角宽度，精冲模具刀口底部设有一角度θ及一段与该角度相切的弧形缺口，以防止切削余量的累积，精冲压料力取10.0MPa至30MPa之间。
本发明板金冲裁工艺的优点在于：利用普通冲裁原理，通过对模具冲裁间隙、模具刃口、切削余量及压料力等因素的合理设计及选择，可得到断面光亮带接近100％的冲裁件。不但节省了购买精密冲裁设备及数控加工机床的高成本，还保证了产品的生产率，适合现代化工厂高效高产低成本的发展趋势。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1为普通冲裁工艺所得冲裁件断面示意图。
图2为普通冲裁工艺中模具刀口结构示意图。
图3为普通冲裁工艺中压料力过小时的材料状态图。
图4为普通冲裁工艺中压料力过大时的材料状态图。
图5为本发明冲裁工艺中模具刀口结构示意图。
图6为本发明冲裁工艺所得冲裁件断面示意图。
【具体实施方式】
本发明板金冲压工艺是通过对冲裁间隙、冲切余量、压料力及凸模刀口结构的合理选取及设计来得到高精度断面质量的冲裁件。其不仅适用于厚度为2mm至12mm的铝材及铜材，也适用于含碳量小于0.15％的低碳钢材料的冲孔及切边过程。
为了保证冲裁件的断面光洁度，尽量减少冲裁间隙、切削余量、压料力等因素对冲裁件断面质量的影响，可先对冲裁件进行一次粗加工，再进行一次或数次精加工。在粗加工中，各参数值可与普通冲裁工艺中各参数值相同或相近。
冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响很大，要得到高质量断面的冲裁件，合理冲裁间隙的选择至关重要。当单边冲裁间隙取0.5T％时(T为材料厚度)，可大幅减小冲裁件的撕裂带，将光亮带提高到整个断面的95％以上，基本满足冲裁件断面的高精度要求，当冲裁间隙取0.33T％时，对于厚度为3mm的板料，可得到光亮带2.8mm，且冲裁间隙越小，所得冲裁件光亮带越高，本发明最终将精冲间隙减小至≤0.5T％。
另外，在精冲过程中，冲切余量的多少也对冲裁件断面质量有很大影响。为了提高产品的断面质量，尽量提高光亮带在断面中所占比重，应将粗切时冲裁件顶部的塌角完全去除，根据粗切时所留下的塌角宽度b，可将精冲过程分为一个或多个制程进行，分次切除塌角，且材料越厚的冲裁件，精冲制程越长，其取值原则为：随着制程的增加，冲切余量a逐渐减小，且各制程冲切余量的总和大于或等于粗切时所留塌角宽度b。用公式表示即为：
b≤a1+a2+......+an且a1＞a2＞......＞an，其中n为精冲次数。
除以上所述因素外，冲裁模具刀口结构的合理设计对冲裁件断面质量的提升也有很大帮助。要减小冲裁过程中的切削力，提高冲裁件断面质量，必须减小切削余量的产生并使切削余量顺利排出，如图5所示，本发明利用车刀前倾角原理，在精冲模具冲切刀口底部设计一角度θ和一段与该角度相切的弧形缺口，使切削余量5可沿该弧形缺口顺利排出，防止切削余量5累积，彻底避免在产品断面底部产生撕裂带和毛刺，得到较高的光亮带。精冲模具刀口底部的角度θ的大小及切削余量的多少与冲裁件断面质量有很大关系，该两参数选的是否恰当，将直接影响到冲裁件的断面精度。其取值原则是：在能够均匀切除前工站所留冲裁余量的前提下，切削余量越少，断面质量越好，当冲裁件厚度增加使切削余量增大时，要保证高品质的断面，角度θ也应适当增大。但为保证模具刀口的强度，角度θ不宜过大，当θ取25度或35度时，均可减小切削余量的产生，防止切削余量的累积。通常该角度θ值取在8度至45度之间。
为保证冲裁件的尺寸及形状精度，在冲裁过程中压料装置的压料力选取也至关重要。在粗切时，压料力可与普通冲裁工艺相同或相近，本发明中，粗冲压料力取为10MPa，精冲压料力取为10MPa至30MPa之间，可避免出现材料滑移或产生塌角等现象。
经过对上述各个因素的多次验证与分析，得出以下结论：要得到高精度断面质量的冲裁件，可对冲裁件进行多次加工，首先进行粗加工，即按与普通冲裁工艺相同或相近的参数取值，去除冲裁件外部较大部分的余料，获得产品的毛坯，然后逐渐减小冲裁间隙及切削余量，适当增大压料力，在合理的参数范围内逐次进行精加工，可得到如图6所示接近100％的光亮带2′，其表面粗糙度Ra值可达0.31。现通过以下两组实验数据对本工艺作进一步说明：
针对材料为AL5052 H32，料厚为3mm的冲裁件，发明人采取了如下的合理参数：
  制程工艺   下料   精修
  单边间隙   1％T   0.5％T
  单边冲切余量   6.0mm   0.24mm
  刀刃角度   --   25°
  压料力   10.0MPa   25～30MPa
可得到光亮带达100％的高品质冲裁断面。
在另一实施方式中，材料仍为AL5052 H32，料厚为6.5mm，发明人利用同样冲裁原理，采用如下工艺参数，也取得成功。
  制程工艺   下料   精修1   精修2   精修3
  单边冲切余量   10.0mm   2.0mm   0.6mm   0.3mm
  单边间隙   0.5％T   0.3％T   0.3％T   0.3％T
  刀刃角度   --   35°   35°   35°
  压料力   10.0MPa   10.0MPa   25～30MPa   25MPa

Claims (5)

1.一种板金冲裁工艺，是利用普通冲裁原理，对高韧性低硬度材料冲裁件进行一次或数次冲裁，其特征在于：通过对普通冲裁工艺中冲裁间隙、冲切余量、压料力及冲模刀口结构的合理选取及设计，对板料进行一次粗冲及至少一次精冲，以得到高精度断面质量的冲裁件，精冲时，冲裁单边间隙取小于或等于0.5T％，其中T为材料厚度，进行数次精冲时，各精冲过程的总单边冲切余量之和大于等于粗冲时冲裁件所产生的塌角宽度，精冲模具刀口底部设有一角度θ及一段与该角度相切的弧形缺口，精冲压料力取10.0MPa至30MPa之间。
2.如权利要求1所述的板金冲裁工艺，其特征在于：所述高韧性低硬度材料为铝材、铜材或含碳量低于0.15％的低碳钢。
3.如权利要求1所述的板金冲裁工艺，其特征在于：所述精冲模具刀口底部的角度θ取8度至45度之间，当切削余量增大时，角度相应增大。
4.如权利要求2所述的板金冲裁工艺，其特征在于：所述铝材、铜材厚度为2mm至12mm。
5.如权利要求4所述的板金冲裁工艺，其特征在于：当材料厚度增大时，所述冲裁过程可进行数次精冲，且每次精冲时模具的单边冲切余量逐次减小。
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