分析冲裁变形过程，剪切区受力与应力分析

图11-4 冲裁变形过程

1.冲裁过程

冲裁过程包括弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂三个阶段。当凸模下降到接触板料时，凸模开始对板料加压，板料开始产生弹性压缩、弯曲、拉伸等复杂变形，如图11-4a所示，且稍微压入凹模模腔口；随着凸模下压，模具刃口压入料板，使板料变形区的应力达到塑性变形条件时，产生塑性变形，如图11-4b所示，在塑性变形的同时伴有纤维的弯曲与拉伸；随着塑性变形程度的不断增加，变形区材料硬化加剧，变形抗力不断上升，当板料内的应力达到抗拉强度后，在板料上与凸、凹模刃口接触的部位先后产生微裂纹，如图11-4c所示；随着凸模的继续下压，已产生的上下裂纹将沿最大切应力方向不断地向板料内部扩展，当上下裂纹重合时，板料便被剪断分离，如图11-4d所示。这样凸模将分离的材料推入凹模洞口，冲裁变形过程便结束。

2.剪切区受力与应力分析

图11-5所示为无压紧装置冲裁时板料的受力情况。因凸凹模之间存在间隙，当凸模下降至与板料接触时，板料就受到凸、凹模端面的垂直作用力，这种作用力不在一条直线上，所以形成弯矩，使板料产生弯曲。由于板料与模具接触区域狭小，凸、凹模作用于板料的垂直压力分布不均匀，向模具刃口方向急剧增大。

冲裁时，由于板料弯曲的影响，其剪切区的应力状态很复杂，且与变形过程有关。其剪切区应力状态如图11-6所示，σ₁为径向应力，σ₂为切向应力，σ₃为轴向应力。

图11-5 冲裁时作用于板料上的力(www.xing528.com)

1—凸模 2—板料 3—凹模

图11-6 冲裁变形区的应力状态

3.冲裁件断面特征区

冲裁件的断面有三个特征区，即圆角带、光亮带和断裂带，如图11-7所示。圆角带是由于纤维弯曲和拉伸所致。软材料比硬材料的圆角大。光亮带是在侧压力作用下切刃相对板料滑移的结果，一般占全断面的1/2～1/3。断裂带是微裂纹在拉应力作用下扩展所形成的撕裂面，断面粗糙，且有一定斜度。零件断面各带的大小随模具间隙、模具结构和刃口状态等因素不同而变化。

图11-7 冲裁件断面