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1、冲压工艺和模具设计第1页，本讲稿共26页（f)f)加工中的硬化现象引起材料力学性能的改变，加工中的硬化现象引起材料力学性能的改变，使得强度指标（屈服强度、抗拉强度）增大；使得强度指标（屈服强度、抗拉强度）增大；塑性指标（伸长率、断面收缩率）下降。塑性指标（伸长率、断面收缩率）下降。不利不利进一步加工变的困难进一步加工变的困难 有利有利能够减小过大的局部变形，变形趋于平稳、均匀、能够减小过大的局部变形，变形趋于平稳、均匀、增大变形极限，提高材料的强度增大变形极限，提高材料的强度第2页，本讲稿共26页1-3 各种冲压成形方法的力学特点与分类一、冲一、冲压成形成形时的力学特点的力学特点变变 形形 区
2、区 毛坯在力的作用下产生变形毛坯在力的作用下产生变形非变形区非变形区 已经经历过变形的已变形区已经经历过变形的已变形区 尚为参与变形的待变形区尚为参与变形的待变形区 不变形区（传力区）不变形区（传力区）在应力状态下，满足屈服准则的区域内产生塑性变形，没有满足屈服准则的区域不产生塑性变形 第3页，本讲稿共26页1 1、两向受拉的、两向受拉的应力状力状态（胀形、翻孔）形、翻孔）环形毛坯的形毛坯的变形形趋向向（）（）变形前的模具与毛坯（）拉深（）翻形前的模具与毛坯（）拉深（）翻边（）（）胀形形 最大拉应力方向上的变形一定是伸长变形，应力为零的方向上的最大拉应力方向上的变形一定是伸长变形，应力为零的方
3、向上的变形一定是压缩变形。由此判断在两向拉应力作用下的变形会使变形一定是压缩变形。由此判断在两向拉应力作用下的变形会使材料材料边薄边薄。第4页，本讲稿共26页2 2、一拉一、一拉一压，以拉，以拉为主的主的应力状力状态（扩口）口）3 3、一压一拉，以压为主（拉深）、一压一拉，以压为主（拉深）4 4、两向受压（缩口）两向受压（缩口）材料变厚材料变厚材料变厚材料变厚材料变薄材料变薄第5页，本讲稿共26页二，冲压变形的分类二，冲压变形的分类1 1、伸长类变形、伸长类变形当作用在板料变形区的拉应力绝对值大的当作用在板料变形区的拉应力绝对值大的时候，这个方向上一定是伸长变形，板料的成形主要靠材料时候，这个
4、方向上一定是伸长变形，板料的成形主要靠材料的伸长变形和厚度的减薄来实现。的伸长变形和厚度的减薄来实现。2 2、压缩类变形、压缩类变形当作用在板料变形区的压应力绝对值大当作用在板料变形区的压应力绝对值大的时候，这个方向上一定是压缩变形，板料的成形主要靠的时候，这个方向上一定是压缩变形，板料的成形主要靠材料的压缩变形和厚度的增加来实现。材料的压缩变形和厚度的增加来实现。第6页，本讲稿共26页3 3、板料成形中的问题、板料成形中的问题（1 1）传力区是否有足够的强度）传力区是否有足够的强度不被拉裂不被拉裂（2 2）成形区可能会出现的问题）成形区可能会出现的问题 失稳，起皱（压缩变形）失稳，起皱（压缩
5、变形）失稳、拉裂（伸长变形）失稳、拉裂（伸长变形）要使材料成形顺利，必须采取措施，提高极限变形参数，要使材料成形顺利，必须采取措施，提高极限变形参数，防止起皱和拉裂防止起皱和拉裂第7页，本讲稿共26页三，提高成形极限的措施三，提高成形极限的措施1 1、提高伸、提高伸长类成形极限的措施成形极限的措施（1 1）减小）减小变形不均匀程度形不均匀程度伸伸长类变形的拉裂是因形的拉裂是因为局部局部过度度变薄而出薄而出现的，因此的，因此应尽量减小局尽量减小局部的集中部的集中变形，使形，使总的均匀的均匀变形程度增加。形程度增加。A A、如在、如在胀形形时润滑凸模，可使滑凸模，可使变形形趋于平于平稳；B B、采
6、用硬化指数高的材料以防止、采用硬化指数高的材料以防止过分集中的局部分集中的局部变形形（2 2）提高材料的塑性）提高材料的塑性 采用变形前退火，成形中间退火，消除成形过程中形成的硬化，提采用变形前退火，成形中间退火，消除成形过程中形成的硬化，提高成形极限。高成形极限。第8页，本讲稿共26页（3 3）修整毛坯）修整毛坯边缘毛坯毛坯边缘的毛刺。裂的毛刺。裂纹，硬化，硬化层等因素会等因素会导致材料破致材料破裂，因此在成形前裂，因此在成形前对毛坯毛坯清除毛刺，整修清除毛刺，整修边缘，均可减少伸，均可减少伸长类变形的破裂形的破裂现象。象。2 2、提高压缩类极限的措施、提高压缩类极限的措施 压缩类变形的破坏
7、形式主要是压缩类变形的破坏形式主要是传力区受拉失稳破裂传力区受拉失稳破裂和和变形区变形区受压失稳起皱。受压失稳起皱。（1 1）提高传力区承载能力，降低变形区的抗力和摩擦阻力。）提高传力区承载能力，降低变形区的抗力和摩擦阻力。A A、采用、采用弹性凹模拉深弹性凹模拉深和和凸模加热凸模加热拉深，可使成形极限得以拉深，可使成形极限得以提高。提高。第9页，本讲稿共26页（2 2）防止失稳起皱）防止失稳起皱 A A，采用，采用压边圈压边圈 B B、设计具有、设计具有较高抗失稳能力的中间半成品形状较高抗失稳能力的中间半成品形状 C C、采用、采用厚向异性指数大的材料厚向异性指数大的材料 r=r=宽宽/厚厚
8、 （3 3）采用以降低变形抗力为目的的）采用以降低变形抗力为目的的退火退火 A A、以多次拉深的、以多次拉深的中间退火中间退火，其根本作用是提高传力区承载，其根本作用是提高传力区承载能力与变形区变形抗力的比值能力与变形区变形抗力的比值 B B、伸长类变形的、伸长类变形的退火退火是以是以恢复材料的塑性为目的恢复材料的塑性为目的的。的。B、选用用屈屈强比低的材料比低的材料也可以也可以实现承承载能力的提高，能力的提高，变形抗力的形抗力的降低，以达到易于成形的目的。降低，以达到易于成形的目的。第10页，本讲稿共26页第二章第二章 冲裁工艺和冲裁模设计冲裁工艺和冲裁模设计冲裁是利用安装在压力机上的冲裁模
9、冲裁是利用安装在压力机上的冲裁模使材料产生分离使材料产生分离的冲压工序的冲压工序通常包括通常包括落料、冲孔、切口、切边、剖切、切断等。落料、冲孔、切口、切边、剖切、切断等。冲裁模冲裁模落料模、冲孔模，切边模，冲切模等落料模、冲孔模，切边模，冲切模等直接制作零件或者为弯曲，拉深、成形等工艺准备毛坯。直接制作零件或者为弯曲，拉深、成形等工艺准备毛坯。第11页，本讲稿共26页221 1冲裁变形分析冲裁变形分析一、冲裁变形过程一、冲裁变形过程压力作用开始压力作用开始 弹性变形弹性变形1 1、弹性变形阶段、弹性变形阶段 当材料内部的应力没有超过弹性极限时，凸当材料内部的应力没有超过弹性极限时，凸模卸载后
10、，板料立即恢复原状。模卸载后，板料立即恢复原状。塑性变形塑性变形屈服极限屈服极限2 2、塑性变形阶段、塑性变形阶段 板料应力达到屈服极限时，板料开始产生塑性板料应力达到屈服极限时，板料开始产生塑性剪切变形剪切变形第12页，本讲稿共26页裂纹开始裂纹开始断裂分离断裂分离3 3、断裂分离阶段、断裂分离阶段 随着凸模不断压入材料，已形成的微裂随着凸模不断压入材料，已形成的微裂纹沿最大剪应变速度方向向材料内延伸。纹沿最大剪应变速度方向向材料内延伸。合理的间隙合理的间隙既理想状态，上下裂既理想状态，上下裂纹完全重合，板料就被拉断分离。纹完全重合，板料就被拉断分离。第13页，本讲稿共26页二、冲裁件断面质
11、量及其影响因素二、冲裁件断面质量及其影响因素 1 1、断面特征、断面特征 （a a）圆角带）圆角带冲裁过程中，由于纤维的弯曲与拉伸而形成的，软冲裁过程中，由于纤维的弯曲与拉伸而形成的，软材料比硬材料的圆角大。材料比硬材料的圆角大。（b b）光亮带）光亮带塑性变形形成，凸凹模侧塑性变形形成，凸凹模侧压力将毛坯压平而形成光亮垂直的断面，压力将毛坯压平而形成光亮垂直的断面，通常占全部端面的通常占全部端面的1/2 1/2 1/31/3。材料塑性越。材料塑性越好，光亮带所占的比例越大。间隙越大，好，光亮带所占的比例越大。间隙越大，光亮带所占的比例越小。光亮带所占的比例越小。第14页，本讲稿共26页（c
12、c）断裂带）断裂带 刃口处的微裂在拉刃口处的微裂在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，其断面粗糙，具有金属本色且面，其断面粗糙，具有金属本色且带有斜度。带有斜度。（d d）毛刺）毛刺 在拉应力的作用下，裂在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺，裂纹纹加长，材料断裂而产生毛刺，裂纹首先在凹模刃口侧壁产生，继而才在首先在凹模刃口侧壁产生，继而才在凸模刃口侧面产生，所以裂纹形成时，凸模刃口侧面产生，所以裂纹形成时，就在落料件上端留下了毛刺。冲孔件就在落料件上端留下了毛刺。冲孔件下端留下毛刺。下端留下毛刺。第15页，本讲稿共26页 2、材料性能、材料性能对断面断面
13、质量的影响量的影响当材料的塑性当材料的塑性较好好时，冲裁，冲裁时裂裂纹出出现的的较迟，材料被剪切的深，材料被剪切的深度度较大，所得断面光亮大，所得断面光亮带所占比例大，所占比例大，圆角和穹弯也大，断裂角和穹弯也大，断裂带较窄。窄。3 3、模具冲裁间隙大小对断面质量的影响、模具冲裁间隙大小对断面质量的影响 （断裂的产生方式）（断裂的产生方式）（1 1）间隙过小）间隙过小压应力成分增大，拉应压应力成分增大，拉应力成分减小，材料塑性好，裂纹力成分减小，材料塑性好，裂纹 的产生被推的产生被推迟，光亮带厚度增加，其他弊病减少，工件质迟，光亮带厚度增加，其他弊病减少，工件质量较好。但是，上下裂纹不容易重合
14、，形成第量较好。但是，上下裂纹不容易重合，形成第而二个光亮带，中间留有断裂层而二个光亮带，中间留有断裂层第16页，本讲稿共26页（2 2）、间隙过大）、间隙过大增大了拉应力，材料增大了拉应力，材料容易产生裂纹，塑性尽早结束容易产生裂纹，塑性尽早结束 断面光亮带变窄，其它弊病增加，质量断面光亮带变窄，其它弊病增加，质量不理想。不理想。（3 3）、间隙合适时）、间隙合适时上下上下裂纹合成一条线，零件比裂纹合成一条线，零件比较平直，圆角，毛刺、斜较平直，圆角，毛刺、斜度都不大，有较好的综合度都不大，有较好的综合端面质量。端面质量。第17页，本讲稿共26页（4 4）模具刃口状态对断面质量的影响）模具刃
15、口状态对断面质量的影响 刃口越锋利，则光亮带质量越好。刃口越锋利，则光亮带质量越好。凸模较钝时，落料件上毛刺增大凸模较钝时，落料件上毛刺增大 凹模较钝时，冲孔件上毛刺增大凹模较钝时，冲孔件上毛刺增大当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。当模具当模具间隙不均匀隙不均匀时，断面会出，断面会出现不均匀的情况，不均匀的情况，对断面断面的的质量也有影响。量也有影响。第18页，本讲稿共26页2-2 2-2 冲裁模具的间隙冲裁模具的间隙 冲裁间隙冲裁间隙指冲裁模中凹模刃口横向尺寸指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DADA与凸模刃口横向与凸模刃
16、口横向尺寸尺寸dTdT的差值。的差值。冲裁的间隙不仅影响了制件的断面质量，对模具寿冲裁的间隙不仅影响了制件的断面质量，对模具寿命、卸料力，命、卸料力，冲裁力等也有很大的影响。冲裁力等也有很大的影响。一、间隙对冲裁件尺寸精度一、间隙对冲裁件尺寸精度的影响的影响 当完成冲裁以后，由于弹性的当完成冲裁以后，由于弹性的“恢复恢复”使得制件相对与凸凹模使得制件相对与凸凹模尺寸产生偏差。尺寸产生偏差。第19页，本讲稿共26页1 1、当凸凹模间隙较大时、当凸凹模间隙较大时，材料受拉深力的作用，弹性恢复使得工件，材料受拉深力的作用，弹性恢复使得工件向实体方向收缩向实体方向收缩孔变大，落料件变小孔变大，落料件变
17、小 （推料力和卸料力大为减小，甚至为零）（推料力和卸料力大为减小，甚至为零）2 2、当凸凹模间隙较小时、当凸凹模间隙较小时，材料受挤压力的作用，弹性恢复使得工，材料受挤压力的作用，弹性恢复使得工件向实体外方向伸张件向实体外方向伸张孔变小，落料件变大孔变小，落料件变大3 3、当、当C=tC=t（14241424）%时，毛刺高度较小，变化不大，时，毛刺高度较小，变化不大，称为毛刺稳定区。称为毛刺稳定区。4 4、软钢的弹性变形量较小，硬钢的弹性变形量较大。、软钢的弹性变形量较小，硬钢的弹性变形量较大。冲裁件的制件精度也需要模具的制造精度来保证，故冲裁件的制件精度也需要模具的制造精度来保证，故 凸凹模
18、刃凸凹模刃口的制造公差要按照工件的尺寸要求来确定。口的制造公差要按照工件的尺寸要求来确定。第20页，本讲稿共26页模具寿命分为模具寿命分为刃磨寿命刃磨寿命和和模具总寿命模具总寿命。模具失效的原因一般有：模具失效的原因一般有：磨损磨损、变形变形、崩刃崩刃、折断折断和和涨裂涨裂。小间隙将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结小间隙将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃现象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏。刃等异常损坏。所以，为了延长模具寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采用所以，为了延长模具寿命，在保证冲裁件质量
19、的前提下适当采用较大的间隙值较大的间隙值是十分必要的。是十分必要的。一般模具制造精度高于工件一般模具制造精度高于工件2 23 3级级，材料薄的工件其材料薄的工件其精度可以适当的低些。精度可以适当的低些。二、间隙对模具寿命的影响二、间隙对模具寿命的影响第21页，本讲稿共26页三、间隙对冲裁工艺中力的影响三、间隙对冲裁工艺中力的影响1 1、间隙增大、间隙增大拉力增大拉力增大（材料易断）（材料易断）冲裁力减小冲裁力减小 卸料力、推料力减小卸料力、推料力减小 单边间隙为（单边间隙为（5%20%5%20%）t t时，冲裁力下降不会超过时，冲裁力下降不会超过5%5%C=C=（15%25%15%25%）t
20、t时，时，卸料力、推料力几乎等于零卸料力、推料力几乎等于零。但继续增大，则毛刺增大，又引起卸料力、推料力的迅速增大。但继续增大，则毛刺增大，又引起卸料力、推料力的迅速增大。第22页，本讲稿共26页 在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。考虑到在生具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙理间隙 ZminZmin1.1.理论法确定法理论法确定法
21、2.2.经验确定法经验确定法 （表（表2.2.32.2.3）（表）（表2.2.42.2.4）四、四、间隙隙值的确定的确定通常是一个合适的范通常是一个合适的范围，并尽可能采用最小，并尽可能采用最小间隙隙值薄板薄板 6 mm第23页，本讲稿共26页 对模具寿命要求比较高，材料等级高，对模具寿命要求比较高，材料等级高，在合理值范围内取大值。在合理值范围内取大值。对模具寿命要求比较低，材料等级低，对模具寿命要求比较低，材料等级低，在合理值范围内取小值在合理值范围内取小值 高耐磨性材料本身硬度高，耐磨性好，其冲裁力，高耐磨性材料本身硬度高，耐磨性好，其冲裁力，磨损小，一定寿命范围内保证制件精度。磨损小，
22、一定寿命范围内保证制件精度。第24页，本讲稿共26页5 5、冲裁的概念？冲裁、冲裁的概念？冲裁变形形过程分程分为哪几个哪几个阶段？段？裂裂纹在哪个在哪个阶段段产生？首先在什么位置生？首先在什么位置产生？生？6 6、冲裁件的断面分成哪几个特征区？、冲裁件的断面分成哪几个特征区？影响冲裁件断面影响冲裁件断面质量的因素有哪些？量的因素有哪些？7 7、影响冲裁件尺寸精度、形状、影响冲裁件尺寸精度、形状误差的因素有哪些？差的因素有哪些？8 8、间隙的重要性？如何确定合理隙的重要性？如何确定合理间隙隙值？1 1、什么是材料的塑性？、什么是材料的塑性？影响金属塑性影响金属塑性变形的主要因素有哪些？形的主要因
23、素有哪些？2 2、什么叫静水、什么叫静水压力？力？静水静水压力力对金属的塑性有什么影响？金属的塑性有什么影响？3 3、伸、伸长类变形的特点？形的特点？提高伸提高伸长类零件成形极限的措施有哪些？零件成形极限的措施有哪些？4 4、压缩类变形的特点？形的特点？提高提高压缩类零件成形极限的措施有哪些？零件成形极限的措施有哪些？思思 考考 题题第25页，本讲稿共26页成形零件成形零件 凸模和凹模凸模和凹模 直接使制件成形的零件，冲裁时要求刃口锋利，凸凹模横向尺寸之差（间直接使制件成形的零件，冲裁时要求刃口锋利，凸凹模横向尺寸之差（间隙）均匀隙）均匀。定位零件定位零件挡料销、导料板挡料销、导料板 确定条料
24、在模具中的正确位置，对条料起定距、引导作用，进行断定位和侧确定条料在模具中的正确位置，对条料起定距、引导作用，进行断定位和侧定位定位。卸料及压料零件卸料及压料零件 不同种类的冲模有不同的卸料及压料方式。不同种类的冲模有不同的卸料及压料方式。常用的弹压卸料板，往往起到压料和卸料的作用常用的弹压卸料板，往往起到压料和卸料的作用导向零件导向零件 导柱、导套等导柱、导套等 保证模具各部分相对运动处于良好状态的零件，保证模具各部分相对运动处于良好状态的零件，对于大型工件在尺寸要求不高时，可省略。对于大型工件在尺寸要求不高时，可省略。支撑零件支撑零件上下模座，凸凹模固定板，模柄、垫板等上下模座，凸凹模固定板，模柄、垫板等 固定凸凹模，并使之与压力机连接的基础零件固定凸凹模，并使之与压力机连接的基础零件垫板的作用垫板的作用紧固及其他零件紧固及其他零件把模具各部分零件联结起来，加以紧固，定位的零件把模具各部分零件联结起来，加以紧固，定位的零件（正式的模具图应该为模具在闭合状态，在起模的临界状态）（上下模具不决定工件的精度，其装配精度决定了工件的制造精度）冲裁模的组成冲裁模的组成1，成形零件，成形零件2、定位零件、定位零件3、卸料及压料零件、卸料及压料零件4、支撑零件、支撑零件5、导向件、导向件6、紧固及其他零件、紧固及其他零件第26页，本讲稿共26页