技術(shù)資料 Bearing Technology

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沖壓軸承知識(shí):沖壓工藝

1．冷沖壓通常指在室溫下利用沖壓模具在壓力機(jī)作用下對(duì)村料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形，從而得到所需特定制件的加工方法。

2．冷沖壓加工工序：a.分離工序：高于強(qiáng)度極限。

b.變形工序：介于屈服極限與強(qiáng)度極限之間。

基本工序：a.沖裁：落料、沖孔、切斷、切邊、剖切、切舌

b.彎曲：壓彎、卷邊

c.拉伸

d.成開(kāi)：翻邊、縮口、脹形、起伏

3．曲柄壓力機(jī)組成：床身、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、離合器、制動(dòng)器、上模緊固裝置、滑塊位置調(diào)節(jié)裝置、打料裝置、導(dǎo)軌、安全塊、漏料也。

4．曲枘壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：

a.公稱(chēng)壓力（噸位）：指壓力機(jī)曲柄轉(zhuǎn)到離下止點(diǎn)一定角度（公稱(chēng)壓力角，30^o）時(shí)，滑塊上容許的最大工作壓力。公稱(chēng)壓力>實(shí)際所需的沖壓力

b.滑塊行程：滑塊從上止點(diǎn)到上止點(diǎn)的距離。

c.壓力機(jī)裝模高度：滑塊移動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，滑塊底平面到工作的墊板上平面的高度。

最小裝模高度<模具閉合高度<最大裝模高度

5．其他壓力機(jī)

偏心壓力機(jī)：滑塊行程可變

開(kāi)式曲柄壓力機(jī)：機(jī)床前、左、右三個(gè)敞開(kāi)呈C字形中小型壓力機(jī)采用。

閉式曲柄壓力機(jī)：只能通過(guò)前后方向送料（大中型）

單點(diǎn)、雙點(diǎn)和四點(diǎn)壓力機(jī)：由一個(gè)、兩個(gè)或四個(gè)連桿同步驅(qū)動(dòng)滑塊。

二、

1．三向應(yīng)變相加=0、體積不變

2．彈塑性共存定律

三、

1．沖孔：封閉曲線(xiàn)以外為制件

落料：封閉曲線(xiàn)以?xún)?nèi)為制件

2．沖裁變形過(guò)程的三個(gè)階段：

a.彈性變形階段。

b.塑性變形階段

c.分離階段

3．沖裁斷面四部分：圓角帶、光亮帶、斷裂帶、毛刺。

4．沖裁間隙：沖裁模凸、凹模刃口之間的尺寸差。

a.間隙對(duì)零件質(zhì)量的影響：

間隙過(guò)?。憾吻肮?、第二光亮帶。落料件心寸增大、沖孔件孔徑減小

間隙過(guò)大：二次拉裂、斷面出現(xiàn)兩個(gè)斜度。沖孔件尺寸增大、落料件尺寸減小

b.間隙對(duì)沖裁力的影響：

意味隙增大沖裁力一定和度上減小，但間隙增大當(dāng)適當(dāng)，否則零件毛刺增大，卸料力、頂件力增大，刃口磨損增大。

C.間隙對(duì)模具壽命的影響：

模具的失效形式：磨損、崩刃、變形、脹裂、斷裂等。

適當(dāng)大的間隙可延長(zhǎng)模具壽命。

5．影響沖裁件尺寸精度的因素主要有：

模具的制造精度、沖裁模間隙、材料性質(zhì)、沖裁件形狀

6．排樣方式：有廢料排樣、少?gòu)U料排樣、無(wú)廢料排樣

7．搭邊：排樣中相鄰兩個(gè)工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料。

搭邊作用：補(bǔ)償定位誤差和保持條料有一定的強(qiáng)度和剛度，防止由于條料的寬度誤差，送進(jìn)步距誤差，送料歪料等而沖裁出殘缺廢品、保證送料的順利進(jìn)行，保證制件質(zhì)量。

影響搭邊值大小的因素：

材料的力學(xué)性能、材料的厚度增大搭邊值增大、工件的形狀和尺寸、排樣的形式及送料擋料方式。

8．降低沖裁力措施：a.階梯沖裁（先沖大孔）b.斜刃沖裁（沖孔時(shí)凸模斜、落料時(shí)凹模斜）c.加熱沖裁d.增大沖裁間隙

9．凸、凹模配作加工，模具間隙由配作保證，可放大基準(zhǔn)件的制造公差。

10．沖裁模按工序性質(zhì)分為：落料模、沖孔模、切口模、剖切模、切邊模

按工序組合方式：a.單工序模（簡(jiǎn)單模）：一個(gè)行程一個(gè)沖裁工序

b.連續(xù)模（級(jí)進(jìn)模。跳步模）：一次行程，不同位置同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上工序

c.復(fù)合模：同一位置完成兩個(gè)或兩個(gè)以上

按導(dǎo)向方式：無(wú)導(dǎo)向模、導(dǎo)板模、導(dǎo)柱模、導(dǎo)筒模等

11．常見(jiàn)的定位零件：擋料銷(xiāo)、定位銷(xiāo)、導(dǎo)正銷(xiāo)、側(cè)刃和導(dǎo)料尺（導(dǎo)尺）等。

12．卸料結(jié)構(gòu)是用于將條料、廢料從凸模上卸下的裝置，分固定料裝置、彈壓卸料裝置。

固定卸料裝置：卸料力大，卸料可靠，但沖裁時(shí)坯料得不到壓緊，用于較硬、較厚且精度不高的工件沖裁。

彈壓卸料裝置：對(duì)卸料力要求較大，卸料力由彈性組件提供，卸料力一般較小，可采用剛彈性結(jié)合的卸料裝置。

四、

1．彎曲變形特點(diǎn)：

a.彎曲變形主要發(fā)生在彎曲帶中心角范圍內(nèi)，以外直邊部分越遠(yuǎn)，變形越小。

b.應(yīng)變中性層：靠近凹模外側(cè)纖維切向受拉伸長(zhǎng)，靠近凸模內(nèi)側(cè)纖切向受壓縮，在拉伸與壓縮之間有一個(gè)既不伸長(zhǎng)也不縮短的中間纖維層，稱(chēng)為應(yīng)變中性層。

c.相對(duì)彎曲斗徑r/t越小，彎曲變形程度增大，由于體體積不變，變形區(qū)的變薄使板料長(zhǎng)度略有增加。

d.變形區(qū)的斷面：內(nèi)層受壓縮，寬度增加

內(nèi)層受拉伸，寬度減小。

2．彎曲變形時(shí)的應(yīng)變狀態(tài)：

a.長(zhǎng)度方向（切向）：外側(cè)伸長(zhǎng)應(yīng)變，內(nèi)側(cè)壓縮應(yīng)變

b.厚度方向（徑向）：根據(jù)塑性變體積不變

板料外側(cè)：厚度方向?yàn)閴嚎s應(yīng)變

板料內(nèi)側(cè)：厚度方向?yàn)樯扉L(zhǎng)應(yīng)變

c.寬度方向（軸向）：

窄板（b/t<=3）：外側(cè)壓縮應(yīng)變，內(nèi)側(cè)伸長(zhǎng)應(yīng)變

寬板（b/t>3）：外側(cè)、內(nèi)側(cè)應(yīng)變近似為零

3．彎曲變形的應(yīng)力狀態(tài)：

a.寬板彎曲是三維應(yīng)力狀態(tài)、平面應(yīng)變狀態(tài)

b.窄板彎曲是平面應(yīng)力狀態(tài)、三維應(yīng)變狀態(tài)

4．影響最小相對(duì)彎曲半徑的因素：

a.材料力學(xué)性能：塑性增大，斷后伸長(zhǎng)率減小，最小相對(duì)彎曲半徑減小

b.彎曲帶中心角減小，彎曲半徑減小

c.板料的熱處理狀態(tài)：退火板材塑性好，Rmin/t減小

d.板料的邊緣及表面狀況：應(yīng)去除大毛刺，將毛刺較小的一面朝向彎曲凸模

e.板料的彎曲方向：

折彎線(xiàn)與纖維組織方向垂直，Rmin/t最小

折彎線(xiàn)與纖維組織方向平行，Rmin/t最大

當(dāng)彎曲件具有兩個(gè)折彎線(xiàn)且相互垂直時(shí)，應(yīng)使折彎線(xiàn)與纖維方向保持45^o角度

5．彎曲回彈：板料常溫下彎曲由彈塑性變形兩部分組成卸載后，彈性變形完全消失，塑性變形完全保留下來(lái)，使彎曲件的彎曲半徑與彎曲角發(fā)生變化。

6．影響回彈量的因素：

a.材料力學(xué)性能：回彈大小與材料屈服強(qiáng)度成正比與彈性模量E成反比

b.相對(duì)彎曲半徑r/t：回彈隨r/t增大而增大

因?yàn)?，?dāng)r/t增大時(shí)，彎曲變形強(qiáng)度減小，其中塑性變形和彈性變形成分均減小，但總變形中彈性變形所占比例增，這也是大曲彎半徑難以彎曲成形的原因。

c.彎曲工件的形狀：U形比V形回彈小,-1-1-回彈小于U形

d.模具間隙：：根據(jù)塑性變體積不變模單邊間隙Z/2增大，回彈增大，Z/2<t時(shí)，處于擠壓狀態(tài)，可能產(chǎn)生負(fù)回彈。

e.彎曲力：彎曲力增大，回彈減小

7．減小回彈量的措施：

1改善制件結(jié)構(gòu)，提高材料塑性

a.彎曲處壓出加強(qiáng)盤(pán)b.盡量選彈性模量E大而屈服極限低的材料c.硬材料或冷件硬化材料先退火。

2采用正確的彎曲工節(jié)

a.采用校正彎曲b.采用拉彎工藝 c.采用端部加壓彎曲

3改善模具結(jié)構(gòu)、補(bǔ)償回彈

8．板料彎曲時(shí)，中性層長(zhǎng)度不變

五、拉伸

1．拉伸時(shí)，徑向受拉應(yīng)力，切向受壓應(yīng)力

材料徑向相對(duì)向處流動(dòng)（向開(kāi)口方向流動(dòng)）

2．拉伸過(guò)程主要破壞形式：

a.凸緣起皺b.底部處圓旬相接處板料破裂

3．起皺是一種塑性變形失穩(wěn)現(xiàn)象

起皺原因：壓應(yīng)力所帶來(lái)壓桿失穩(wěn) ，變形區(qū)的應(yīng)力不均勻和剪應(yīng)力作用。

4．起皺的形式：a.外皺：壓力圈下凸緣材料的起皺b.內(nèi)皺：其他位置的起皺

5．對(duì)于圓筒形件：起皺主要是由于凸縛的切向壓應(yīng)力超過(guò)了板材臨界壓應(yīng)力引導(dǎo)起壓桿失穩(wěn)。

6．材料性能：a.塑性應(yīng)彎比越大越好b.板材硬化指數(shù)n越大拉深性能越好

7．拉伸系數(shù)m m=d/D表示拉伸時(shí)的變形程度。m減小變形程度增大，起皺趨向增大

8．毛坯尺寸計(jì)算時(shí)按面積相等原則。

9．防止起皺措施： a.采用便于調(diào)節(jié)壓邊力的壓邊裝置b.采用錐形凹模c.采用拉伸筋d.采用反拉伸。

10．拉伸件產(chǎn)生拉裂的根本的原因在于筒壁下端與外圓角相接處，即危險(xiǎn)截面處的應(yīng)變過(guò)大導(dǎo)致壁厚過(guò)分變薄，無(wú)法承受最大拉應(yīng)力所致。

11．較小的拉伸系數(shù)m意味著拉伸變形程度較大可以減小拉伸次數(shù)，但同時(shí)便壁厚變薄程度增大，破裂更容易

12．回轉(zhuǎn)體拉伸件毛坯尺寸的確定：板料的形狀和尺寸必須滿(mǎn)足金屬流動(dòng)現(xiàn)象，一般確定原則是：板料形狀和沖件形狀相似，拉伸件表面積與板料表面積相等。

13．位伸系數(shù)總是小于1，且其值越小，變形程度越大。

14．寬凸緣筒形件的拉伸系數(shù)取決于凸緣的相對(duì)直徑d凸/d，拉伸件的相對(duì)高度h/d和相對(duì)圓角半徑r/d。

如果拉伸件的相對(duì)寬度h/d小于表中的h/d則可一次拉伸成形，否則，需多次拉伸。

15．a.為避免危險(xiǎn)斷面處破裂，第一次拉伸就應(yīng)使凸緣直徑達(dá)到最終值。b.為了使后次拉伸凸緣直徑保持不變，首次拉入凹模的板料應(yīng)比制件最后實(shí)際所需板料多3%-5%（拉伸次數(shù)多取上限，拉伸次數(shù)少取下限）以上為寬凸緣圓向形件拉伸應(yīng)遵循的規(guī)律。

16．對(duì)于中小型制件（d凸<200mm）采用減小筒部直徑增加筒部高度達(dá)到最終尺寸，一般在最后增加一道整形工序?qū)χ萍巍?span lang="EN-US">

17．對(duì)于大型制件（d凸>200mm），經(jīng)過(guò)第二次拉伸，在凸緣根部和圓筒底部形成有很大圓角半徑的半成品，以后各道工序中，高度基本保持不變。

18．對(duì)于半球形件，根據(jù)拉伸系數(shù)的定義其拉伸系數(shù)為m=0.707，是一個(gè)與零件直徑無(wú)關(guān)的常數(shù)，并大于圓筒形件的極限拉伸系數(shù)。

19．對(duì)于盒形件拉伸時(shí)：

a.圓角拉伸時(shí)，材料向直邊流動(dòng)，并隨圓角半徑增大面增大

b.前幾道工序?yàn)閳A筒拉伸

高、方形制件多次拉伸時(shí)無(wú)拉成橢圓。

20．橡皮壓邊裝置及彈簧壓邊裝置通常只適用于淺拉伸。

九、成形工藝

1．內(nèi)孔翻邊：把預(yù)先在平面上加工的圓孔周邊翻起擴(kuò)大，使之成為具有一定高度的直壁孔部的成形工藝，又稱(chēng)翻孔。

2．內(nèi)孔翻邊變形機(jī)理：翻邊成形時(shí)，材料的切向拉伸為主要變形材料的轉(zhuǎn)移主要靠厚度的變薄來(lái)補(bǔ)償。

3．影響翻邊系數(shù)（翻邊前孔徑 do/翻邊后D）因素：

a.材料種類(lèi)及其力學(xué)性能：材料塑性越好極限翻邊系數(shù)越小。

b.預(yù)制孔的孔口狀態(tài)：如采用沖孔后直接翻邊，應(yīng)將沖孔后帶有毛刺的一側(cè)放在里層。

翻邊從下向上

c.材料的相對(duì)厚度（t/D越大翻邊系數(shù)越小

d.凸模形狀：球形錐形、拋物線(xiàn)形的凸模比圓柱平底凸模小。

4．脹形：指的是在板料或制件的局部施加壓力，使變形區(qū)內(nèi)的村料在拉應(yīng)力作用下，厚度變薄表面積增大，以獲得具有凸起或凹進(jìn)曲面幾何形狀制件的成形工藝。

5．脹形破裂總是發(fā)生在材料厚度變薄最大的部位

6．縮n工藝的主要問(wèn)題：防止起皺和彎曲變形采用支承。

7．當(dāng)制件表面單面不許有壓痕時(shí)，可采用一面平板一面齒板的校平模。

8．按照旋壓前后材料壁厚的變化與否旋壓分為不變薄旋壓和變薄旋壓。

9．旋壓變形特點(diǎn)：旋壓時(shí)，沿軸線(xiàn)運(yùn)動(dòng)趕棒在旋轉(zhuǎn)的坯料面上形成螺旋形的碾壓接觸軌跡。使接觸點(diǎn)處的板料毛坯在趕棒接觸力的作用下產(chǎn)生局部塑性變形。同時(shí)，毛坯還在趕棒壓力作用下沿加壓方向倒伏。

板料的沖壓成形性能

板料對(duì)各種沖壓成形加工的適應(yīng)能力稱(chēng)為板料的沖壓成形性能。具體地說(shuō)，就是指能否用簡(jiǎn)便地工藝方法，高效率地用坯料生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)沖壓件。沖壓成形性能是個(gè)綜合性的概念，它涉及到的因素很多，其中有兩個(gè)主要方面：一方面是成形極限，希望盡可能減少成形工序；另一方面是要保證沖壓件質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。下面分別討論。

一、成形極限

在沖壓成形中，材料的最大變形極限稱(chēng)為成形極限。對(duì)不同的成形工序，成形極限應(yīng)采用不同的極限變形系數(shù)來(lái)表示。例如彎曲工序的最小相對(duì)彎曲半徑、拉深工序的極限拉深系數(shù)等等。這些極限變形系數(shù)可以在各種沖壓手冊(cè)中查到，也可通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得。

依據(jù)什么來(lái)確定極限變形系數(shù)呢？這要看影響成形過(guò)程正常進(jìn)行的因素是哪些。沖壓成形時(shí)外力可以直接作用在毛坯的變形區(qū)（例如脹形），也可以通過(guò)非變形區(qū)，包括已變形區(qū)（例如拉深）和待變形區(qū)（例如縮口、擴(kuò)口等），將變形力傳給變形區(qū)。因此，影響成形過(guò)程正常進(jìn)行的因素，可能發(fā)生在變形區(qū)，也可能發(fā)生在非變形區(qū)。歸納起來(lái)，大致有下述幾種情況：

1.屬于變形區(qū)的問(wèn)題

伸長(zhǎng)類(lèi)變形一般是因?yàn)槔瓚?yīng)力過(guò)大，材料過(guò)度變薄，局部失穩(wěn)而產(chǎn)生斷裂，如脹形、翻孔、擴(kuò)口和彎曲外區(qū)等的拉裂。壓縮類(lèi)變形一般是因?yàn)閴簯?yīng)力過(guò)大，超過(guò)了板材的臨界應(yīng)力，使板材喪失穩(wěn)定性而產(chǎn)生起皺，如縮口、無(wú)壓邊圈拉深等的起皺。

2.屬于非變形區(qū)的問(wèn)題

傳力區(qū) 承載能力不夠：非變形區(qū) 作為傳力區(qū)時(shí) ，往往由于變形力超過(guò)了該傳力區(qū)的承載能力而使變形過(guò)程無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。也分為兩種情況：

1)拉裂或過(guò)度變??；例如拉深是利用已變形區(qū)作為拉力的傳力區(qū)，若變形力超過(guò)已變形區(qū)的抗拉能力，就會(huì)在該區(qū)內(nèi)發(fā)生拉裂或局部嚴(yán)重變薄而使工件報(bào)廢。

2)失穩(wěn)或塑性鐓粗：例如擴(kuò)口和縮口工序是利用待變形區(qū)作為壓力的傳力區(qū)，若變形力超過(guò)了管坯的承載能力，待變形區(qū)就會(huì)因失穩(wěn)而壓屈，或者發(fā)生塑性鐓粗變形。

非傳力區(qū)在內(nèi)應(yīng)力作用下破壞：非變形區(qū)不是傳力區(qū)時(shí)，由于變形過(guò)程中金屬流動(dòng)的不均勻性，也可能產(chǎn)生過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力而使之破壞。根據(jù)發(fā)生問(wèn)題的部位不同，可分為：

1)待變形區(qū)拉裂或起皺：例如在盒形件的后續(xù)拉深工序中，待變形區(qū)金屬流入變形區(qū)的速度不一致，靠直邊部分流入速度快，角部金屬流入速度慢。在這兩部分金屬的相互影響下，直邊部分容易發(fā)生拉裂，角部則容易沿高度方向壓屈起皺。

2)已變形區(qū)拉裂或起皺：如薄壁件反擠時(shí)，若金屬?gòu)淖冃螀^(qū)流到已變形區(qū)的速度不均勻，則速度快的部位易因受附加壓應(yīng)力而起皺，速度慢的部位易受附加拉應(yīng)力的作用而開(kāi)裂。

綜上所述，不論是伸長(zhǎng)類(lèi)還是壓縮類(lèi)變形，不論問(wèn)題發(fā)生在變形區(qū)還是非變形區(qū)，其失穩(wěn)形式無(wú)非兩種類(lèi)型：受拉部位發(fā)生縮頸斷裂，受壓部位發(fā)生壓屈起皺。為了提高沖壓成形極限，從材料方面來(lái)看，就必須提高板材的塑性指標(biāo)和增強(qiáng)抗拉、抗壓的能力。

二、成形質(zhì)量

沖壓零件不但要求具有所需形狀，還必須保證產(chǎn)品質(zhì)量。沖壓件的質(zhì)量指標(biāo)主要是厚度變薄率、尺寸精度、表面質(zhì)量以及成形后材料的物理力學(xué)性能等。

金屬在塑性變形中體積不變。因此，在伸長(zhǎng)類(lèi)變形時(shí)，板厚都要變薄，它會(huì)直接影響到?jīng)_壓件的強(qiáng)度，故對(duì)強(qiáng)度有要求的沖壓件往往要限制其最大變薄率。

影響沖壓件尺寸和形狀精度的主要原因是回彈與畸變。由于在塑性變形的同時(shí)總伴隨著彈性變形，卸載后會(huì)出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，導(dǎo)致尺寸及形狀精度的降低。沖壓件的表面質(zhì)量主要是指成形過(guò)程中引起的擦傷。產(chǎn)生擦傷的原因除沖模間隙不合理或不均勻、模具表面粗糙外，往往還由于材料粘附模具所致。例如不銹鋼拉深就很容易有此問(wèn)題。

板料沖壓成形性能試驗(yàn)

一、板料沖壓成形性能試驗(yàn)方法

板料沖壓性能試驗(yàn)方法通常分為三種類(lèi)型：力學(xué)試驗(yàn)、金屬學(xué)試驗(yàn)（統(tǒng)稱(chēng)間接試驗(yàn)）和工藝試驗(yàn)（直接試驗(yàn)）。其中常用的力學(xué)試驗(yàn)有簡(jiǎn)單拉伸試驗(yàn)和雙向拉伸試驗(yàn)，用以測(cè)定板料的力學(xué)性能指標(biāo)；金屬學(xué)試驗(yàn)用以確定金屬材料的硬度、表面粗糙度、化學(xué)成分、結(jié)晶方位與晶粒度等；工藝試驗(yàn)也稱(chēng)模擬試驗(yàn)，它是用模擬生產(chǎn)實(shí)際中的某種沖壓成形工藝的方法測(cè)量出相應(yīng)的工藝參數(shù)。例如 Swift的拉深試驗(yàn)測(cè)出極限拉深比 LDR ； T ZP試驗(yàn)測(cè)出對(duì)比拉深力的 T 值； Erichsen 試驗(yàn)測(cè)出極限脹形深度 Er 值；K.W.I擴(kuò)孔試驗(yàn)測(cè)出極限擴(kuò)孔率λ等。下面僅對(duì)板材簡(jiǎn)單拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行介紹。

(二)板材拉伸試驗(yàn)

板材的拉伸試驗(yàn)也叫做單向拉伸試驗(yàn)或簡(jiǎn)單拉伸試驗(yàn)。應(yīng)用拉伸試驗(yàn)方法，可以得到許多評(píng)定板材沖壓性能的試驗(yàn)值，所以應(yīng)用十分普遍。

由于試驗(yàn)?zāi)康牟煌?，板材沖壓性能評(píng)價(jià)用的拉伸試驗(yàn)方法和所得到的試驗(yàn)值均與為評(píng)定材料強(qiáng)度性能的拉伸試驗(yàn)有所不同。簡(jiǎn)單介紹如下：

圖1 拉伸實(shí)驗(yàn)試樣