冲裁是利用冲模使板料的一部分沿一定的轮廓形状与另一部分分离的工序。经过冲裁以后,板料被分为带孔的部分和冲落的部分。若冲裁的目的在于获得一定形状和尺寸的内孔,这种冲裁称为冲孔若冲裁的目的在于获得具有一定外形轮廓和尺寸的零件,这种冲裁称为落料。落料和冲孔的性质完全相同,但冲裁的目的不同,确定模具工作部分尺寸时,应分别加以考虑。冲压生产中,金属材料的塑性变形过程是在常温下进行的,随着变形程度的增加,其强度指标屈服点和抗拉强度仇等和硬度是随之增大的,与此同时,其塑性指标伸长率、断面收缩率平和冲击韧度等下降,金属的这种现象就是加工硬化。金属材料的组成部分,金相组织和变形条件变形温度、应变速率和变形程度对加工硬化有很大的影响。由于加工硬化,金属材料的塑性成形过程中的变形抗力是不断增加的,变形抗力是金属对其自身发生塑性变形外力的抵抗能力,即金属在每一时刻的屈服点饥是不同的。在确定各种冲压工艺参数、分析变形部分的应力应变时,都必须考虑由于加工硬化而引起的变形抗力的变化。
加工硬化对许多冲压成形工艺都有较大的负面影响如加工硬化使变形力增大,限制了毛坯的进一步变形而降低了极限变形程度有时为了消除前工序的加工硬化以提高本工序的成形极限,甚至要增加退火工序以消除硬化又如孔边缘部分的材料硬化在翻边变形时容易引起开裂。但是,硬化有时对变形是有利的,如伸长类变形时,变形区的硬化能够使变形趋向均匀,增大极限变形程度。因此,在处理冲压生产实际问题,确定各种工艺参数,分析毛坯变形区的受力状况时,必须研究和掌握材料的硬化规律以及对它们的冲压成形工艺的影响。
板料冲压成形时,毛坯不同处的应力状态和应变状态不同,只有应力状态满足塑性条件的区域才会产生塑性变形,其它区域则不会产生塑性变形。因此,可以把毛坯分成变形区和非变形区。变形区为毛坯内达到塑性条件的区域,非变形区为毛坯内没有达到塑性条件的区域。根据非变形条件的受力与变形情况,又可以进一步划分为已经经历过塑性条件的已变形区,待要参与变形的待变形区域和全部冲压过程中都不参与变形的不变形区,当非变形区承受力的作用时,即是传力区。
各种冲压成形的实质就是毛坯的变形区在外力的作用下产生变形的过程,确定变形区的受力情况和变形特点,是研究各种冲压成形及其变形规律的主要依据。
分析研究冲压成形过程,需要从本质上揭示变形区的应力—应变特征及变化规律,进而确定冲压工艺和成形参数。
板料的冲裁过程通常简单地分为弹性变形、塑性变形及断裂分离三个阶段。由于冲裁件的冲裁轮廓线多为封闭曲线,在板料的冲裁过程中,沿此封闭曲线的切线方向,变形受到板料的相互牵制,故可近似地认为板料切线方向的变形为零。因为曲线上的任一微段都可以近似地看作是一微段圆弧,直线可近似地看作半径无限大的圆弧,所以用圆形冲裁件为例进行冲裁机理分析与试验研究所得到的结论,可以推广应用于任意形状的冲裁件。冲裁时,冲模的凸模与凹模组成一对锋利的刃口,板料置于凹模上,凸模逐步下降迫使板料产生变形,直至分离。
这个过程大致分为三个阶段：
弹性变形阶段
凸模下行接触板料,开始迫使板料发生弹性压缩及弯曲,并略微挤入凹模洞口。最后,随着凸模继续压入,材料的内应力达到弹性极限。
塑性变形阶段
凸模继续下降,压力不断增加,当应力达到屈服极限后,材料发生拉伸和弯曲塑性变形,并在凸凹模刃口处产生了应力集中。此阶段一直进行到凸凹模刃口附近的材料出现微裂为止。、
剪切断裂阶段
当凸模继续下降时,应力达到板料的剪切强度,冲模刃口附近的材料微裂纹便不断向板料内部扩展,在冲模间隙合理的情况下,上、下裂纹接通,材料断开而分离。此后若凸模继续下降,分离后的材料便从凹模中被推出。
