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1、精冲和棒料剪切的剪切性能的对比试验研究摘要 本文介绍了调查的剪切行为的精冲和棒料剪切过程通过他们的实验性能。在这项研究中，个人的一套模具的设计和制作进行实验，对每种类型的金属切削加工。为了调查剪切行为及影响切割操作过程中的现象，一些设备被租用用来研究一些主要参数，也就是表面光洁度，硬度分布等。此外，宏观的测量也被用来完成研究其他参数，如缝隙和断裂。在过程中，所有数值数据收集通过试验是基于奥甘和梅勒提出的数据优化测量系统1。因此，预计将获得可靠的结果，它会使人们能够判断哪一种能产生更好的质量和更便宜的零部件。1998埃尔塞维尔科技有限公司版权所有。 关键词：精冲；剪裁；金属成型；剪切；剪切质量1
2、.简介 众所周知，精冲和棒料剪切过程是高效和经济的金属切削加工生产精密部件和坯料塑性变形。他们被广泛的应用在冶金产业和制造业。这两种切割过程已经被许多研究人员深入探讨研究 15 ，然而比较研究的剪切行为及影响切割操作过程中对产品的质量，如间隙，表面光洁度和刃口平行尚未开展。因此，本文调查的主要是针对精冲和棒料剪切剪过程和产品质量进行的。 精冲技术在20世纪五十年代在德国和瑞士得到了发展，现在它已经被全世界的制造业所采用。精冲设备的基本原理过程如图1所示。在精冲过程中，材料主要受到三个方向上的力，即冲压机的冲力Pp,通过齿圈压板边上的力Pv和平衡力PJ。 图1.精冲受力图 棒料剪切的原理过程如下
3、图2所示，是一种高效的方法特别对于棒料和型材的剪切机理。切削表面质量取决于这些操作参数如刀片间隙，材料，切割刀片的速度，压边力和轴向力 图2.棒料剪切受力图2.对于这种方法的质量评估为了评估和比较精冲和棒料剪切的切割表面质量，一种被称作数字优化的测量系统被用于这项研究中。该测量系统具有几种优势。首先，该参数值后每个对象的价值，都是通一对应的。其次，它是一个无量纲量的绝对值的特征值横截面尺寸的标本被自动取消了。在图3，C代表模具辊的高度；J代表塑性剪切带的宽度；dmax代表最高，dmin代表最低D代表正常通常的剪切范围，u代表偏离角剪切面。图4代表在精冲方面数字优化的情况。在这里，hg代表的高度
4、模辊，而hf和hs代表高度的断裂和塑性剪切，u代表剪切边的偏差角。从图3和图4得出，fc = (D c )/D 代表冲模的滚筒速比；fj = (D j )/D代表了剪切面的高度比率；ff = (D c j )/D代表了断裂的高度比率；fu = (90 u )/90代表剪切边的角偏差率。相关的变量的精冲表示为H = D, hr = c and hs = j. 图3.棒料剪切在数据优化理论中 图4.冲模在数据优化理论中3.试验步骤3.1精冲选定的材料是低碳钢（冷轧板）与试样厚度为4.5毫米。一个实验参数，采用的是模具间隙。不同的间隙，0.3，0.5，0.7和1%的材料厚度被用于这项研究。冲裁力Pp
5、 为60吨，压边力Pv 25吨，平衡力为10 t。为进一研究压边力对水平分量的影响，采用剥离板和无齿圈压板来进行试验。3.2 棒料剪切本研究采用的模具间隙棒料剪切和精冲是一样的。这个标本是冷拔钢棒直径8毫米。实验上采用35吨常规机械压力机。4.结果与讨论4.1切削表面的结果分析图5表示精冲和棒料剪切的模具滚筒比率fc。如下面数据所示，由于大的压边力和平衡力被外漏在精冲中，精冲产生的模具比在棒料剪切中的要小一些。 图5模具棍比间隙图在图6中，在剪切表面高度比率 显示无论怎样改变精冲的模板间隙始终以V型环投影呈现，它可以产生更好更干净的表面。图6也显示，剪切面高度比fj在棒料剪切和精冲在没有V型环
6、的投影中有所提高当模具或间隙增大时。这表明，加持力的水平分力Pv在精冲形成过程中对于塑性变形是一个关键性的因素。 图6 结果显示断裂比率和剪切表面高度比率呈现相反的情况如图7所示。这意味着在剪切过程中剪切表面的三分之二是断裂部位当刀片间隙为零时，当刀片间隙继续增加的话情况则更严重。 图7 另一个关键因素是需要额外的工作在钣金剪切表面类似的情况。如图8所示精冲过程中能够生产和维持一个稳定的平行的剪切表面。此外，在棒料剪切过程中在剪切表面产生了严重的偏差角度比率。当刀片间隙增大时，角偏差也会增大。因此，在棒料剪切过程中表面裂缝的百分比需要加以控制来减少二次加工，尽量减少剪切产品费用。（图9和10）
7、 图8 为了比较两种切削过程在论文中，建立了一个巨大的检查样本。详细的剪切断裂表面可以通过对不同模具以及刀片间隙范围在0.3 1.0% 的材料厚度进行分别研究。在图9和图10中的照片显示了两种切削的清晰过程现象。在图9（1）显示的坯料样本在精冲有齿圈压板的情况下对剥离板。它表明一个明确的干净平滑的没有任何裂缝的剪切表面。图9(2)显示的坯料样本在没有齿圈压板的情况下对剥离板，当模具距离增大时裂缝的高度会扩大；虽然它显示了一个有意义的裂缝区域，它仍能保持较好的直线切割面和一个较小模辊，图10显示了棒料剪切后的样本。它表明一个不光滑的表面和大面积剪切断裂。当刀片间隙增大时，光滑剪切带变小而粗糙的断
8、裂带的大小增加在一定程度上。微观的测试样本实验结果和数据优化系统的分析结果是一致的。因此，从上面的信息，这表明，测量系统，数据优化系统是一个功能强大的方法在切削实验现象的研究中。此外，它还是对一个有力的评价工具对于不同的切削操作。 图9（1） 图9（2） 图104.2 . 硬度分布 对于精冲和棒料剪切的硬度测量位置选择沿着剪切边垂直的方向从边缘的最高点的一半表面进行。总共选择了七个测量位置分别在0.1、0.2、0.3、0.6、0.9、1.2和5毫米从剪切边开始。一些位置远离切割边缘0.1毫米被选定为硬度测量沿着平行的方向切割边缘。在这里，共七个位置在在棒料剪切中，同样的在精冲中也选择了五个位置
9、。具有齿圈压板的精冲实验见过如图11和13.待添加的隐藏文字内容2 图11 图11表明，在不同的位置有着不同的硬度。这是容易理解的，在剪切中压边力Pv始终伴随着齿圈压板材料的塑性变形。由此产生的硬度值在剪切边缘的值接近原材料的两倍。同时，当冲裁间隙变小时坯料的硬度值只有一点点的提高。结果表明，较小的模具间隙和较大的压边力会更有益的和能够提高切割质量。 在硬度测量中棒料剪切的和精冲的几乎差不多，但是在精冲中硬度变化在不同的刀片间隙不同。这是清楚地在图12中表明，最大的硬度值大概是原始硬度的1.4倍。 图12 然而，对于切割表面的硬度分布试样提供了一个在整个切割过程中明确的图片硬度变化。图13表明
10、在精冲中使用齿圈压板的情况。当冲头进一步穿透试样，压边力和平衡力保持不变可以控制材料的流动在整个切割过程中，这样使材料的塑性变形和其硬度值稳步上升，没有突然的上升和下降。由于这样做了，一个光滑平整的没有任何断裂区域的剪切表面因此无需再进行其它的二次处理加工。 图13 图14表明在硬度的分布在试样中棒料剪切和精冲过程在开始时候基本上类似。但是，当进一步移动刀片在试样中，会很快的发生塑性变形和断裂。维式硬度在310到320之间。在这发生之后，剪切表面和试样的硬度不再增加在剩余的操作过程中。 图145.结论总结（1）实验表面应用质量概念的数字优化系统比较精冲和棒料剪切是合乎事实情理的。这结果可以被用来进行比较分析数据参数和实验结果中获得的这些切削操作。 （2）在精冲中，在整个切割过程中由于压边力一直受着齿圈压板起模板的作用，所以切割表面质量很好。然而，在棒料剪切过程中，由于缺少一个额外的力和精冲过程一样，所以造成了棒料剪切的表面质量在相同的模具和刀片间隙下不如精冲的质量好。 （3）棒料剪切技术仍然是一种经济高效的生产金属坯料和零件的方式，精冲的机理的应用提供了，轴向力在棒料剪切中的应用。2这只是一种推测可以提高剪切产品的剪切表面质量。 鸣谢特别在此感谢香港理工大学的工业中心和精冲技术中心，特别感谢他们的协助和实验研究的帮助。