《冲压工艺及模具设计》分章习题2Word格式文档下载.docx
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哪些是压缩类变形?
如何划分两类变形。
伸长类变形:
当作用于毛坯变形区的拉应力的绝对值最大时,在这个方向上的变形一定是伸长变形,这种冲压变形为伸长类变形。
压缩类变形:
当作用于毛坯变形区内的压应力的绝对值最大时,在这个方向上的变形一定是压缩变形,这种冲压变形为压缩类变形。
胀形、圆孔翻边、扩口、拉形等。
压缩类变形:
筒形件拉深、缩口等。
10、材料的哪些机械性能对伸长类变形有重大影响?
哪些对压缩类变形有重大影响?
为什么?
对伸长类变形有重大影响的机械性能有:
材料的塑性指标,如伸长率、断面收缩率等;
对压缩类变形有重大影响的机械性能有:
屈服强度、抗拉强度等。
11、当σ1>σ2>σ3时,利用全量理论和体积不变定律进行分析:
⑴当σ1是拉应力时,ε1是否是拉应变?
⑵当σ1是压应力时,是否是压应变?
⑶每个主应力方向与所对应的主应变方向是否一定一致?
(1)是。
当σ1是拉应力时,即有σ1>σ2>σ3>0,毛坯变形区三向受拉,在最大拉应力σ1方向上的变形必为伸长变形,即ε1是拉应变;
(2)不是。
当σ1是压应力时,即有0>σ1>σ2>σ3时,毛坯变形区三向受压,而在最小压应力σ1方向上的变形必为伸长变形,即ε1是拉应变。
(3)否。
拉应力方向不一定是伸长变形,压应力方向不一定是压缩变形,而是要根据主应力的差值才能判定。
12、什么是名义应力、名义应变?
什么是真实应力、真实应变?
它们之间有什么差别。
名义应力:
是指在不考虑几何不连续性(如孔、槽、带等)的情况下,在试样的有效横截面上计算得到的应力。
名义应变:
在名义应力作用下产生的应变。
真实应力:
一般金属材料在塑性变形过程中产生硬化,屈服应力不断变化,这种变化的实际屈服应力就是真实应力。
真实应变:
在拉伸试验时,应变常以试样的相对伸长δ表示,由于δ不能反映试样大变形过程中的瞬时变形及变形的积累过程,于是引入真实应变的概念,表示实际的应变由应变增量Δε逐渐积累而成。
13、选择材料时,除决定其化学成分(牌号)外,还要确定哪些对冲压工艺有重大影响的指标?
还要确定表示板料力学性能的指标,如强度、刚度、塑性等。
第二章冲裁工艺
1、冲裁变形过程分哪三个阶段?
(1)、弹性变形阶段
(2)、塑性变形阶段(3)、断裂阶段
2、剪切断面由哪些区域组成?
圆角带:
塑性变形阶段,刃口进入材料,材料被塑性拉入,断面出现边缘塑性圆角带(约5%);
光亮带:
刃口深入材料,材料产生塑性剪切变形,在凸、凹模侧面压力挤压下,出现塑性光亮带(约1/3);
断裂带:
裂纹扩展,上、下裂纹会合,板材分离,断面出现断裂带(约60%);
毛刺:
由于上、下裂纹不一定正对,断裂后往往被拉出毛刺。
3、试述冲裁间隙的大小与冲裁断面质量的关系。
冲裁加工中,凸、凹模间隙及其分布的均匀程度是决定冲裁断面质量好坏的主要因素。
间隙冲裁间隙过大或过小都将导致上、下两裂纹不能相接重合于一线。
间隙过小时,凸模刃口附近的裂纹比正常间隙时向外错开些,产生了由上、下裂纹包围的部分。
当凸模继续下压时,上、下裂纹中间的部分将被第二次剪切,在断面的中部形成撕裂面,并在断面上形成第二个光亮带,以及在端面出现挤长的毛刺。
间隙过大时,板料所受弯曲与拉伸都增大,材料易被撕裂。
凸模刃口附近的裂纹比正常间隙时向里错开一些,致使光亮带减小,圆角带、断裂带斜度都增大,毛刺粗大难以去除。
此外,若间隙过大,冲裁薄料时会将材料拉入间隙中,形成拉长的毛刺;
冲裁厚料时,则形成很宽的圆角带。
4、试分析影响冲裁件质量的因素。
影响冲裁件质量的因素主要有凸、凹模间隙的大小及其分布的均匀性,材料性质,刃口锋利程度,模具制造精度和冲裁条件等。
5、怎样降低冲裁力?
在允许的范围内,增大间隙值可以使材料所受的力矩与拉应力都增大,材料易产生撕裂分离,因此可以减小冲裁力;
加热冲裁,把材料加热后冲裁,可以大大降低其抗剪强度,从而降低冲裁力;
斜刃冲裁,将凸模或凹模刃口做成斜刃口,整个刃口不是与冲裁件周边同时接触,而是逐步切入,所以可以降低冲裁力;
阶梯冲裁,在多凸模的冲模中,将凸模做成不同高度,采用阶梯布置,可使各凸模冲裁力的最大值不同时出现,从而降低冲裁力。
6、刃口尺寸的计算原则有哪些?
(1)、按冲裁工序特点分:
落料:
工件尺寸取决于凹模尺寸:
先确定凹模尺寸→减去间隙为凸模尺寸。
冲孔:
工件尺寸取决于凸模尺寸:
先确定凸模尺寸→加上间隙为凹模尺寸。
(2)、按刃口磨损规律分:
凹模刃口尺寸变大:
落料凹模刃口尺寸应等于或接近于工件落料最小极限尺寸。
凸模刃口尺寸变小:
冲孔凸模刃口尺寸应等于或接近于工件冲孔最大极限尺寸。
无论落料或冲孔,凸、凹模磨损都使间隙加大,故Z应取最小值Zmin.
(3)、模具刃口制造公差δ分:
高于工件精度(Δ)2~4级,工件IT8~14——模具IT6~9;
或取工件精度Δ的1/3~1/4
7、简述刃口尺寸的计算方法。
(1)、凸、凹模分开加工:
(条件:
形状简单;
满足δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin)
计算方法:
(1)落料:
(D-Δ)先计算凹模尺寸:
D凹=(D-KΔ)+δ凹
减去间隙为凸模尺寸:
D凸=(D-KΔ-Zmin)-δ凸
(1)冲孔:
(d+Δ)先计算凸模尺寸:
d凸=(d+KΔ)-δ凸
加上间隙为凹模尺寸:
d凹=(d+KΔ+Zmin)+δ凹
(1)孔心距:
(Ld)最小极限尺寸Lmin+1/2Δ±
1/2δ凹=(Lmin+1/2Δ)±
1/8Δ
(2)、凸、凹模配合加工:
(当:
形状复杂;
或δ凸+δ凹﹥Zmax-Zmin时,应配合加工。
)
(1)冲孔冲孔模应以凸模为基准件,配制凹模.
①凸模磨损后尺寸减小:
Ap=(A+KΔ)-δ凸
②凸模磨损后尺寸增大:
Bp=(B-KΔ)+δ凹
③凸模磨损后尺寸没有变化:
Ⅰ工件尺寸为正偏差标注C+Δ:
Cp=(C+1/2Δ)±
1/2Tp
Ⅱ工件尺寸为正偏差标注C-Δ:
Cp=(C-1/2Δ)±
Ⅲ工件尺寸为对称偏差标注C±
1/2Δ:
Cp=C±
特点:
间隙值在配制中保证,不需限制
8、如图所示零件,材料为45钢,板厚3mm。
试确定冲裁凸、凹模刃口尺寸,并计算冲裁力。
由表2-2可知,间隙范围为(12%~14%)t,则Zmin=0.36mm,Zmax=0.42mm,Zmax-Zmin=0.06mm.
从表2-6查出尺寸φ8mm的K=0.75,尺寸48mm的K=0.75.
查《公差配合与测量技术》表1-2知:
φ8mm孔为IT10级精度,因尺寸较小,查表2-5凸凹模的制造精度都取IT7级。
则Tp=Td=0.015mm。
Tp+Td=0.03mm<
Zmax-Zmin=0.06mm。
尺寸48为IT9级精度公差值Δ=0.062mm,落料凸、凹模的制造公差按Δ的1/4选取,则Tp=Td=Δ/4=0.016mm,Tp+Td=0.032<
则冲孔工序的凸、凹模尺寸为:
=
落料工序的凸、凹模尺寸:
查相关资料知:
45钢抗切强度为370Mpa,由冲裁力F=KLtτb有:
冲孔力Fk=Kπdktτb=1.3×
3.14×
8×
3×
370=36248N
落料力Ft=Kl2tτb=1.3×
48×
370=3324672N
9、如图所示零件,材料为Q235钢,板厚1mm。
试计算落料凹、凸模刃口尺寸。
查得间隙范围为(7%~10%)t,则Zmin=0.07mm,Zmax=0.10mm,Zmax-Zmin=0.03mm.
尺寸5的公差等级为IT12级,8的公差等级为IT16级,10的公差等级为IT13级,15的公差等级为IT12级,30的公差等级为IT12级,查表2-5凸凹模的制造精度都取IT7级。
为了加工方便,各尺寸处凸、凹模取同一公差值。
取
;
,
对每个尺寸有Tp+Td=0.012mm+0.018mm=Zmax-Zmin=0.03mm,满足间隙值条件。
对尺寸5有:
凹模刃口尺寸:
凸模刃口尺寸:
对尺寸8有:
对尺寸10有:
对尺寸15有:
对尺寸30有:
10、排样设计时要考虑哪些因素?
材料利用率如何计算?
(1)、排样方式
(2)、搭边值:
冲裁件之间及与条料之间用以补偿定位误差的余料
(3)、材料利用率:
工件总面积/条料面积:
η=nA/bl×
100%
11、试述精冲工艺的特点及其适用范围。
精冲工艺是在普通冲裁及基础上发展起来的一种精密冲压加工工艺。
其特点主要有:
①精冲变形区处于三向压应力状态;
②精冲的间隙值小;
③精冲凹模有小圆角;
④精冲材料要求严格;
⑤精冲过程要求良好润滑。
其适用范围有:
小间隙圆角刃口精冲:
也称为光洁冲裁,该方法增强了金属塑性,抑制裂纹产生,金属能很均匀地挤进凹模型孔,形成光亮的冲裁断面;
负间隙冲裁:
该工艺也是光洁冲裁的一种,采用一种凸模大于凹模的特殊结构的精冲模具;
齿圈压板式精冲:
该类型精冲工艺与普通冲裁的主要区别是:
除凹、凸模间隙极小及凹模刃口有圆角外,在模具结构上比普通冲裁模多一个齿圈压板和一个推件板。
第三章弯曲工艺
1、弯曲过程中材料发生了哪些变化?
为什么说弯曲时变形主要是在圆角部分?
主要变化有:
①内区的材料在切向压应力的作用下产生压缩变形,外区的材料在切向拉应力的作用下产生伸长变形;
②坯料内区材料受压缩,因此厚度应增加,但是由于凸模紧压坯料,抑制了厚度方向的增加;
而外区材料受拉,厚度要减薄,因此坯料在整个厚度上增加量小于减小量,厚度在弯曲变形区有变薄现象;
③宽板弯曲时,宽度方向的变形受到限制,材料不易流动,因此横断面形状变化较小,仍为矩形,仅在两端可能出现翘曲;
窄板弯曲时,宽度方向的变形不受限制,矩形断面变成扇形。
弯曲件的变形区主要在圆角部分,因为此处的正方形网目变成了扇形,靠近圆角部分的直边有少量变形,而其余的直边则没有变形,说明弯曲变形主要是在圆角部分。
2、简述弯曲变形的过程。
弹性弯曲→弯曲半径减小→板料与凸模三点接触,内外表层塑性变形→塑性变形由表层向中心扩展→板料与凸凹模吻合,弯曲半径与凸模半经一致。
3、试分析弯曲的应力应变。
窄板、宽板弯曲时的应力应变状态为何有所不同?
(1)、外侧:
受拉应力而伸长变形→导致开裂—弯曲的主要失效
(2)、内侧:
受压应力而收缩变形→导致起皱
窄板弯曲时,变形特点是内、外区应变状态不同,并导致应力状态也不同。
变形区的切向应变是绝对值最大的主应变,在板料厚向与宽向必须产生与切应变符号相反的应变。
外区的切向主应变为拉应变,所以厚向为压应变,宽向也为压应变;
内区的应变符号恰与外区相反。
总的来说,窄板弯曲时是立体应变状态,平面应力状态。
宽板弯曲时,切向和厚向的应变和应力状态与窄板相同。
在宽度方向,由于材料的流动受阻,几乎不产生变形,故内、外区在宽度方向上的应变均为零。
但是按应变状态分析,宽向的外区材料应产生压应变,因受阻力而产生拉应力;
内区材料应产生拉应变,因受阻而产生压应力。
因此,宽板弯曲时是平面应变状态,立体应力状态。
4、什么是应变中性层?
内、外层间长度不变的纤维层,其半径:
ρ=γ+κt(κ:
中性层位移系数0.3-0.5)
5、弯曲的变形程度用什么来表示?
为什么可用它来表示?
极限变形程度受哪些因素的影响?
弯曲变形程度用相对弯曲半径r/t来表示。
因为r/t为弯曲半径与坯料厚度的比值,该值越小,表明弯曲变形程度越大。
6、最小弯曲半径影响因素有哪些?
⑴材料塑性:
材料塑性好,变形量大,rmin小.⑵材料的纤维方向:
板料经轧制,呈各向异性,应使弯曲线与纤维方向垂直.⑶弯曲角:
弯曲时,直边部分纤维将牵制弯曲区受拉状态:
当弯曲角﹤90°
时:
弯曲角愈大,对减小rmin愈有利;
当弯曲角>90°
对减小rmin作用不大。
⑷板材表面质量
7、简述弯曲回弹及产生原因。
当弯曲变形结束卸载后,由于弹性恢复,产生相反弹性应力<
外侧压应力,内侧拉应力>
在外侧压应力,内侧拉应力作用下,使工件弯曲半径与模具尺寸不同—回弹,回弹值的大小用:
角度回弹量Δα,曲率回弹量Δr表示
8、影响回弹的因素有哪些?
⑴材料的机械性能:
与屈服强度σs成正比,弹性模具E成反比(弹性变形拉力)。
⑵弯曲变形量:
相对弯曲半径r/t和弯曲角α小,变形量大,回弹小。
⑶弯曲力:
愈大,回弹愈小。
9、为什么说弯曲中的回弹是一个不能忽略的问题?
试述减小弯曲件回弹的常用措施。
因为弯曲中的回弹使弯曲件形状和尺寸发生变化,降低了弯曲件的精度,是弯曲工艺中不易解决的特殊性问题,因此不能忽略。
减小弯曲件回弹的常用措施有:
①改变弯曲件局部结构、合理选用材料;
②利用回弹规律补偿回弹;
③改变弯曲变形区应力状态校正回弹;
④拉弯工艺;
⑤弯曲工艺措施。
10、怎样校正弯曲?
凸模下底点与工件、凹模刚性接触.校正弯曲力大,压应力区由内区向外区扩展(至全部压应力状态),回弹减小,当力大到一定值时,回弹消失.
11、分别计算下图所示弯曲件的毛坯长度。
(1)L=23+15.5×
2+2π×
(2.5+0.335×
2)/2=63.95mm
(2)L=15+1.5π×
(2+0.56×
2)+3=32.695mm
第四章拉深工艺
1、试分析拉深时凸缘部分应力应变。
切向受压应力σ3:
使凸缘直径逐渐缩小.切应力使凸缘部分可能产生不均匀增厚。
σ3max在凸缘最外缘处。
径向受拉应力σ1:
使凸缘材料进入凹模,完成拉深。
σ1max在凸缘圆角处。
2、简述拉深过程中的起皱及其防止措施。
凸缘部分的切向压应力,使凸缘材料产生不均匀拱起→导致起皱。
防止措施:
采用压边装置(弹性或刚性压边圈)和合适的压边力。
3、简述拉深过程中的开裂及其防止措施。
圆角部分受拉应力和弯曲应力→导致底部圆角上部首先开裂.防止措施:
①控制合理的变形程度②选用合理的凸、凹模间隙及圆角半径③采用中间退火,消除加工硬化④合理润滑(筒底部分不能有润滑,以免底部摩擦力太小而导致筒底材料变薄)。
4、怎样表示拉深变形程度?
拉深系数m用以表示空心零件拉深变形程度,其值用拉深后和拉深前的直径比表示:
m=d/D0拉深系数愈小,变形程度愈大。
当多次拉深时:
m1=d1/D0,m2=d2/d1,·
·
5、什么是极限拉深系数?
圆筒形工件总的拉深系数比极限拉深系数m1小时,为什么用两道或多道工序才能拉成零件?
拉深成形时,工件不被拉裂的最小拉深系数。
实际拉深时,各次拉深系数必需大于极限拉深系数。
影响因素:
①
材料性能:
塑性愈好,m愈小;
②相对厚度t/D:
愈大,愈不易起皱开裂,m愈小。
③
拉深次数:
随拉深次数增加,m变大。
④拉深件形状:
愈复杂,m愈大。
因为每一次的拉深系数mn是该次拉深后工件的直径与上一次拉深后工件的直径之比,当n大于2后,尽管每次的拉深系数都小于极限拉深系数,但总的变形量却超过了极限拉深系数下所能产生的变形量,从而拉成零件。
6、怎样计算和确定旋转体拉深工艺?
(1)、毛坯展开尺寸计算;
(2)、由极限拉深系数m确定拉深次数(3)、再由各次极限拉深系数m1、m2…确定各次最小拉深直径:
d1=m1D。
d2=m2d1…(4)、确定各次拉深直径:
由于最后一次拉深直径应等于工件直径,并小于最后一次拉深的最小拉深直径,其差值,可调整到各次实际拉深直径和拉深系数,以趋合理。
7、圆筒件直径为d,高为h,若忽略底部圆角半径r不计,设拉深中材料厚度不变,当极限拉深系数为m=0.5时,求容许的零件最大相对高度(h/d)为多少?
设毛坯直径为D,则有:
·
①
而底部圆角半径忽略不计,即r=0,得:
②
由①、②得:
h/d=0.75,因为此时是按照一次拉深计算的,因此为最大相对高度。
8、下图所示零件,材料为08钢,板厚1mm,试确定各工序的半成品尺寸。
(1)确定修边余量δ由工件的相对高度
.查表4-1,取δ=3.3mm。
(2)计算毛坯直径d0应用简算公式
,其中H=h+δ-0.43r=49.5+3.3-0.43×
5.5=50.435mm,
则
(3)确定毛坯相对厚度(t/d0)=(1/74)×
100=1.36mm.
(4)确定拉深次数n.由毛坯的相对厚度1.36和工件相对高度
,查表5-3得n=3。
(5)确定各工序的拉深直径尺寸。
由毛坯的相对厚度1.36查表5-2,初定m1=0.53,m2=0.76,m3=0.79,则有:
d1=m1d0=0.53×
74=39.22mm;
d2=m2d1=0.76×
39.22=29.81mm;
d3=m3d2=0.79×
29.24=23.55mm<24mm
(6)确定各工序的底部圆角半径尺寸。
根据前一工序的圆角半径大于后一工序圆角半径,最后一道工序凸模圆角半径等于工件底部圆角半径的原则,
可以取r1=6mm,r2=5.5mm,r3=5mm.
(7)确定各工序的拉深高度尺寸。
将各相应数值带入拉深高度的通式
,得:
9、怎样校核机床电机功率?
拉深时行程较长,耗功较多,需校核电机功率,先计算拉深功:
W=CFmaxH/1000再计算电机功率:
N=(1.2~1.4)nW/6120η1η2
若选用的压力机的电动机功率小于上述计算值,则应另选更大功率的压力机。
10、拉深模设计特点有哪些?
(1)、拉深凸模高度需满足拉深高度,一般需设计出气孔;
(2)、压边圈与毛坯接触面要平整;
(3)、凸模进入凹模深度,弹性元件的行程和压缩量较大;
(4)、落料与拉深复合时,落料凹模磨损大于拉深凸模,应高出2~3mm;
(5)、复杂的拉深件,应先做拉深模,经确定毛坯尺寸后,再做落料模。
11、凸模和凹模圆角半径如何计算?
工作部分尺寸计算?
凸模和凹模圆角半径计算
①凹模圆角半径r凹:
首次拉深凹模圆角半径:
r凹=0.8[(D-d)t]1/2
以后各次拉深,r凹逐渐减小:
r凹n-1=(0.6-0.8)r凹n
②凸模圆角半径r凸:
r凸=(0.7~1)r凹
当最后一次拉深r凸>
工件r底时,应再加整形工序。
凸、凹模工作部分尺寸计算
①
凸﹑凹模尺寸确定:
拉深件标注外尺寸时:
以凹模为基准(D-△);
先确定凹模尺寸:
D凹=(D-0.75Δ)+δ凹
再确定凸模尺寸:
D凸=(D凹-Z)-δ凸=(D-0.75Δ-Z)-δ凸
拉深件标注内尺寸时:
以凸模为基准(d+△);
先确定凸模尺寸:
d凸=(d+0.4Δ)-δ凸
再确定凹模尺寸:
d凹=(d凸+Z)+δ凹=(d+0.4Δ+Z)+δ凹
②
凸﹑凹模制造公差只在最后一道工序中考虑。
12、
压边圈有哪些类型和结构形式?
刚性压边圈用于双动压力机拉深大型拉深件;
弹性压边圈用于一般中、小拉深件(常用)。
压边圈结构形式:
一般拉深时:
平面压边圈;
以后各次拉深:
压边圈尺寸由前次拉深内径确定拉深薄件、大圆角工件、大型覆盖件、半球形件、锥形件:
采用弧形压边圈或加拉深筋。
13、简述凸缘件的拉深特点。
窄凸缘件:
d缘/d=1.1~1.4;
宽凸缘件:
d缘/d>
1.4
窄凸缘筒形件的拉深:
按相同直径拉深步骤拉深成无凸缘筒形件,再压出锥形凸缘,最后一道工序将锥形凸缘压平即成;
无凸缘件高度按窄凸缘件展开尺寸换算;
14、简述盒形件拉深变形的特点。
变形的不均匀性,直边部分变形近似于弯曲。
圆角部分近似于圆筒件拉深.圆角处变形大,是开裂、起皱发生区。
由于直边参与少量变形,则径向拉应力和切向压应力小于圆筒件,开裂、起皱趋势小些,拉深系数可小于相应的园筒形件。
15、拉深盒形件毛坯采用什么形状?
①一次拉成的低盒形件:
直边部分按弯曲计算展开长度,圆角部分按拉深计算展开半径,连接展开线。
②多次拉深成的高盒形件:
拉深量较大,圆角部分有较多材料向直边转移,毛坯形状与平面形状差较大,一般无直边部分。
高方形件采用圆形毛坯,高矩形件毛坯形状有椭圆形和长圆形。
16、简述盒形件拉深工艺过程。
方盒形件毛坯为圆形,各中间工序为圆筒形,最后一次拉深成方盒形;
矩形件先拉成椭圆盒形件,最后一道拉成矩形件。
17、阶梯形件拉深工艺有什么特点?
变形特点与圆筒件基本相同,当阶梯直径差较小,拉深高度较小时,可一次拉成;
不能一次拉出时,拉深次数取决于阶梯数目:
①当阶梯差较小,相邻阶梯直径差dn/dn-1大于筒形件极限拉深系数时,拉深次数等于阶梯数,拉深顺序由大阶梯到小阶梯逐次拉出;
②当阶梯差较大,dn/dn-1小于圆筒件拉深系数时,按有凸缘筒形件的拉深方法拉深,其顺序由小阶梯到大阶梯依次深;
③浅阶梯件:
可首次拉成球面,大圆角筒形件,再用整形方法得到。
18、半球形和抛物线形件拉深工艺特点有哪些?
凸模与材料接触面小,应力
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