螺旋管是利用模具使板料或工序件的材料產生相互分離的沖壓工序,包括落料、沖孔、切斷、切邊、切口、剖切等。落料和沖孔是最典型的沖裁工序沖裁是沖壓加工的基礎工序,幾乎所有沖壓件的生產都包含沖裁工序。根據變形機理不同,沖裁可分為普通沖裁和精密沖裁兩大類。普通沖裁使材料在產生裂紋的條件下實現分離,而精密沖裁是使材料以塑性變形的方式實現分離。本章僅講述普通沖裁工藝及模具。31沖裁變形分析31.1沖裁變形過程沖裁工作時,凸、凹模分別固定于上、下模,它們都具有鋒利的刃口并保持合理、均勻的間隙,坯料則置于下模表面。當上模隨壓力機滑塊下行時,凸模刃口沖穿坯料而進入凹模,從而使材料分離,得到與沖裁刃口截面相同的沖裁件輪廓。
由于凸模與凹模之間存在間隙,使凸模、凹模施加于板料的力F、F產生一個力短M(實際上,即使間隙為零甚至負間隙,在刃口施加壓力下,刃口兩側的材料在被剪切前必然相互作用而產生拉應力,其水平分量對等效料厚的材料便施加了一個力矩),力矩使板料發生翹曲、彎曲,模貝與板料僅在刃口附近的狹小區域內保持接觸。
而螺旋管作用于板料的垂直壓力呈不均勻分布,隨著向模具刃口靠近而急劇增大坯料的翹曲是沖裁加工所不期望的,翹曲的程度與沖裁間隙的大小和坯料的剛度有關,因此,剛度較差的板料沖裁時都應有壓料裝置,使材料的變形局限于上、下刃口連線附近的較小區域。沖裁變形區的應力應變狀態十分復雜,這里不作詳細的分析,沖裁斷面看,可以判定變形區材料在平面內有兩種變形趨勢,即:由于力矩的作用發生彎曲,在拉應力o作用下產生的伸長變形;由于側壓力Fpx Fa的作用,在壓應力σ作用下產生的壓縮變形,二者方向相反,最終結果視沖裁間隙的大小而定沖裁斷面,沖裁斷面由四部分組成,即塌角、光面(光亮帶)、毛面(斷裂帶)和毛刺。
塌角a:該區域的形成是當模具刃口壓入材料時,刃口附近的材料產生彎曲和伸長變形,材料被拉入模具間隙的結果。
光面b:該區域發生在塑性變形階段,當刃口切入材料后,材料在剪切應力τ和壓應力σ作用下而形成的垂直光亮斷面,通常占斷面高度的1/3~1/2.塑性好的材料光面區域大,同時還與沖裁間隙及刃口磨損程度等加工條件有關毛面c:該區域是在斷裂階段形成的,是由刃口附近的微裂紋在拉應力作用下不斷擴展而形成的撕裂面。其斷面粗糙,且向材料體內傾斜,因此對一般應用的沖裁件并不影響其使用性能。塑性差的材料,其毛面區域也較大。
毛刺d:該區域形成于塑性變形階段后期,它是由于裂紋的起點不在刃口頂點,而是在刃口附近的側面上而形成的。
在普通螺旋管中毛刺是不可避免的,但間隙合適時毛刺的高度較小,易于去除沖裁斷面的光面是沖裁件的測量和使用的基準,而塌角、毛面和毛刺則對沖裁件的使用和美觀起負面作用。四個特征區域在整個斷面上的比例,主要受材料的力學性能、沖裁間隙和刃口狀態的影響對于塑性較好的材料,沖裁時塑性剪切持續的時間較長,裂紋岀現得較遲,因而光面所占的比例大,毛面較小,但是塌角、毛刺也較大。而對于塑性差的材料,情況則相反。沖裁變形要求凸、凹模刃口鋒利,當模具刃口磨損成圓角時,擠壓作用増大,沖裁件的塌角和光面増大,并且即使間隙合理也會產生較大的毛刺。實踐表明,凸模磨鈍后,落料件的毛刺更大;凹模磨鈍后,沖孔件的毛刺更大。沖裁間隙是影響沖裁斷面質量的重要因素,下面將詳細分析其具體影響32沖裁間隙沖裁間隙是指螺旋管之間的間隙。凸模與凹模單側的間隙稱為單面間隙,用Z/2表示,兩側可隙之和稱為雙面間隙,用Z表示。