沖裁是利用沖模使板料的一部分沿一定的輪廓形狀與另一部分分離的工序。經過沖裁以后,板料被分為帶孔的部分和沖落的部分。若沖裁的目的在于獲得一定形狀和尺寸的內孔,這種沖裁稱為沖孔若沖裁的目的在于獲得具有一定外形輪廓和尺寸的零件,這種沖裁稱為落料。落料和沖孔的性質完全相同,但沖裁的目的不同,確定模具工作部分尺寸時,應分別加以考慮。沖壓生產中,金屬材料的塑性變形過程是在常溫下進行的,隨著變形程度的增加,其強度指標屈服點和抗拉強度仇等和硬度是隨之增大的,與此同時,其塑性指標伸長率、斷面收縮率平和沖擊韌度等下降,金屬的這種現象就是加工硬化。金屬材料的組成部分,金相組織和變形條件變形溫度、應變速率和變形程度對加工硬化有很大的影響。由于加工硬化,金屬材料的塑性成形過程中的變形抗力是不斷增加的,變形抗力是金屬對其自身發生塑性變形外力的抵抗能力,即金屬在每一時刻的屈服點饑是不同的。在確定各種沖壓工藝參數、分析變形部分的應力應變時,都必須考慮由于加工硬化而引起的變形抗力的變化。
加工硬化對許多沖壓成形工藝都有較大的負面影響如加工硬化使變形力增大,限制了毛坯的進一步變形而降低了極限變形程度有時為了消除前工序的加工硬化以提高本工序的成形極限,甚至要增加退火工序以消除硬化又如孔邊緣部分的材料硬化在翻邊變形時容易引起開裂。但是,硬化有時對變形是有利的,如伸長類變形時,變形區的硬化能夠使變形趨向均勻,增大極限變形程度。因此,在處理沖壓生產實際問題,確定各種工藝參數,分析毛坯變形區的受力狀況時,必須研究和掌握材料的硬化規律以及對它們的沖壓成形工藝的影響。
板料沖壓成形時,毛坯不同處的應力狀態和應變狀態不同,只有應力狀態滿足塑性條件的區域才會產生塑性變形,其它區域則不會產生塑性變形。因此,可以把毛坯分成變形區和非變形區。變形區為毛坯內達到塑性條件的區域,非變形區為毛坯內沒有達到塑性條件的區域。根據非變形條件的受力與變形情況,又可以進一步劃分為已經經歷過塑性條件的已變形區,待要參與變形的待變形區域和全部沖壓過程中都不參與變形的不變形區,當非變形區承受力的作用時,即是傳力區。
各種沖壓成形的實質就是毛坯的變形區在外力的作用下產生變形的過程,確定變形區的受力情況和變形特點,是研究各種沖壓成形及其變形規律的主要依據。
分析研究沖壓成形過程,需要從本質上揭示變形區的應力—應變特征及變化規律,進而確定沖壓工藝和成形參數。
板料的沖裁過程通常簡單地分為彈性變形、塑性變形及斷裂分離三個階段。由于沖裁件的沖裁輪廓線多為封閉曲線,在板料的沖裁過程中,沿此封閉曲線的切線方向,變形受到板料的相互牽制,故可近似地認為板料切線方向的變形為零。因為曲線上的任一微段都可以近似地看作是一微段圓弧,直線可近似地看作半徑無限大的圓弧,所以用圓形沖裁件為例進行沖裁機理分析與試驗研究所得到的結論,可以推廣應用于任意形狀的沖裁件。沖裁時,沖模的凸模與凹模組成一對鋒利的刃口,板料置于凹模上,凸模逐步下降迫使板料產生變形,直至分離。
這個過程大致分為三個階段：
彈性變形階段
凸模下行接觸板料,開始迫使板料發生彈性壓縮及彎曲,并略微擠入凹模洞口。最后,隨著凸模繼續壓入,材料的內應力達到彈性極限。
塑性變形階段
凸模繼續下降,壓力不斷增加,當應力達到屈服極限后,材料發生拉伸和彎曲塑性變形,并在凸凹模刃口處產生了應力集中。此階段一直進行到凸凹模刃口附近的材料出現微裂為止。、
剪切斷裂階段
當凸模繼續下降時,應力達到板料的剪切強度,沖模刃口附近的材料微裂紋便不斷向板料內部擴展,在沖模間隙合理的情況下,上、下裂紋接通,材料斷開而分離。此后若凸模繼續下降,分離后的材料便從凹模中被推出。
