《模具设计与制造》教学课件第2章

模具设计与制造•教学重点（冲压模具设计与制造流程图）•冲压工艺的类型、常用材料、常用设备•冲压工艺（冲裁、弯曲、拉深）的变形分析•冲压工艺（冲裁、弯曲、拉深）的工艺性分析•冲压模（冲裁、弯曲、拉深）的设计及典型结构•其他冲压工艺的设计•教学难点•冲压工艺（冲裁、弯曲、拉深）的变形分析•冲压工艺（冲裁、弯曲、拉深）的工艺性分析•冲压模（冲裁、弯曲、拉深）的设计第2章冲压工艺与冲压模设计2.1冲压工艺概述2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.4拉深工艺与拉深模设计2.5其他冲压工艺第2章冲压工艺与冲压模设计2.1冲压工艺概述2.1.1冲压工艺的特点•（1）能冲压出其他加工工艺难以或无法加工的复杂形状的零件，如一些薄壳零件。•（2）冲压零件的尺寸精度高，尺寸精度与模具的精度有关，而一般模具的制造精度高，因此冲压零件的尺寸比较稳定，互换性好，有的零件不需要进行再加工，就可达到使用要求。•（3）冲压加工生产效率极高，每分钟可以生产上千件的工件。•（4）材料利用率高，工件重量轻，刚度重量比和强度重量比高，冲压能耗小。•（5）冲压生产操作简单，易于实现机械及自动化。•（6）冲压加工中所用的模具一般比较复杂，生产周期长，成本较高，最适合批量较大的生产。对于单件、小批量生产，冲压工艺受到一定限制。2.1冲压工艺概述2.1.2冲压工艺的类型2.1冲压工艺概述2.1.3冲压常用材料2.1冲压工艺概述2.2.4冲压常用设备1、曲柄压力机1）压力机的分类2）曲柄压力机的结构3）曲柄压力机的主要技术参数2、摩擦压力机1）摩擦压力机的结构2）摩擦压力机的特点3、液压机1）液压机的工作原理2）液压机的特点3）液压机的主要技术参数4、冲压设备的选择要根据冲压工艺的性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择。2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.1冲裁变形分析2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.2冲裁件的工艺性分析1、形状尺寸的工艺性冲裁件最小圆角半径单位：mm凸出悬臂和凹槽的最小宽度单位：mm2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.2冲裁件的工艺性分析1、形状尺寸的工艺性冲孔的最小尺寸单位：mm2、精度和粗糙度要求的工艺性2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.3冲裁主要参数设计1、冲裁间隙的确定1)冲裁间隙对冲裁工艺的影响2)冲裁间隙的确定(1)理论确定法冲裁间隙系数(2)经验确定法2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.3冲裁主要参数设计2、凸、凹模刃口尺寸的计算1)刃口尺寸的计算原则(1)落料时，先确定凹模刃口尺寸，以凹模为基准，凹模刃口基本尺寸取接近于工件的最小极限尺寸(2)冲孔时，先确定凸模刃口尺寸，以凸模为基准，凸模刃口的基本尺寸取接近于工件的最大极限尺寸2)刃口尺寸的计算方法(1)凸模与凹模分开加工冲孔时落料时2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.3冲裁主要参数设计2、凸、凹模刃口尺寸的计算例2-1如下图所示的垫圈，材料为Q235，厚度t=3mm，试分别计算冲裁时凸、凹模的刃口尺寸及公差。2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.3冲裁主要参数设计2、凸、凹模刃口尺寸的计算(2)凸模与凹模配合加工冲孔时凸模落料时凹模形状复杂的冲裁工件2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.3冲裁主要参数设计2、凸、凹模刃口尺寸的计算例2-2加工如下图所示的工件，材料为45号钢，厚度t=2mm,试计算冲裁时凸、凹模的刃口尺寸及公差。2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.3冲裁主要参数设计3、冲裁力的计算1)冲裁力的计算2)卸料力、推件力和顶件力的计算2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.3冲裁主要参数设计3、冲裁力的计算3)总冲压力的计算总冲压力的计算要根据模具的结构而定，常用冲裁模计算公式如下：2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.3冲裁主要参数设计3、冲裁力的计算4)压力中心的计算2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.3冲裁主要参数设计4、排样与搭边1)排样分类2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.3冲裁主要参数设计4、排样与搭边2)搭边2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.3冲裁主要参数设计4、排样与搭边3)条料宽度的计算条料宽度的计算公式如下：以上一些数值可查阅相关手册获得2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.3冲裁主要参数设计4、排样与搭边4)送料步距及材料利用率材料的利用率计算公式如下2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.4冲裁模零(部)件设计1、冲裁模的分类及结构1）冲裁模分类按工序性质：落料模、冲孔模、切断模、切口模、剖切模、整修模、精冲模按工序组合程度：单工序模、复合膜、级进模2）冲裁模结构2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.4冲裁模零(部)件设计2、工作零件设计1）凸模设计(1)凸模的结构形式(2)凸模的固定方法(3)凸模长度的确定(4)凸模的材料2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.4冲裁模零(部)件设计2、工作零件设计2）凹模设计(1)凹模的结构形式(2)凹模厚度及凹模壁厚的确定凹模厚度凹模壁厚K为凹模厚度系数b为冲裁件最大外形尺寸(3)凹模的材料及固定方法2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.4冲裁模零(部)件设计3、定位零件设计1）挡料销固定挡料销活动挡料销2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.4冲裁模零(部)件设计3、定位零件设计2）导正销3）侧刃4）导料板与导料销2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.4冲裁模零(部)件设计4、卸料装置与推、顶件装置设计1）卸料装置刚性卸料装置弹性卸料装置2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.4冲裁模零(部)件设计4、卸料装置与推、顶件装置设计2）推、顶件装置1—模柄；2—打料杆；3—打料板；4—打料销；5—推件器；6—凹模弹性推件装置1—顶件块；2—顶杆；3—托板；4—橡胶顶件装置2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.4冲裁模零(部)件设计4、卸料装置与推、顶件装置设计3）弹性元件的选用与计算(1)弹簧的选用与计算(2)橡皮垫的选用与计算5、导向零件设计1）导板2）导柱和导套2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.2.4冲裁模零(部)件设计6、固定零件设计1）模柄2）上、下模座3）凸模固定板4）垫板2.2冲裁工艺与冲裁模设计冲裁模一般设计流程2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.1弯曲变形分析1、弯曲变形过程2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.1弯曲变形分析2、弯曲变形特点应力状态宽板（B/t＞3）窄板（B/t＜3）长度方向σ1：内区受压，外区受拉厚度方向σ2：内外均受压应力宽度方向σ3：内外侧压力均为零长度方向σ1：内区受压，外区受拉厚度方向σ2：内外均受压应力宽度方向σ3：内区受压，外区受拉两向应力三向应力应变状态宽板（B/t＞3）窄板（B/t＜3）长度方向ε1：内区压应变，外区拉应变厚度方向ε2：内区拉应变，外区压应变宽度方向ε3：内区拉应变，外区压应变长度方向ε1：内区压应变，外区拉应变厚度方向ε2：内区拉应变，外区压应变宽度方向ε3：内外区近似为零三向应变两向应变2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.1弯曲变形分析3、弯曲件的回弹1）影响回弹的主要因素(1)材料的力学性能材料的力学性能对回弹值的影响1、3－退火软钢2-软锰黄铜4-经冷变形硬化的软钢(2)弯曲件的形状2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.1弯曲变形分析3、弯曲件的回弹1）影响回弹的主要因素(3)相对弯曲半径r/t(5)模具间隙(4)弯曲角(6)弯曲方式2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.1弯曲变形分析3、弯曲件的回弹2）回弹值的确定(1)r/t＜5自由弯曲时的回弹式中，Δαx为弯曲角为x的回弹角；Δα为弯曲角为900的回弹角；α为工件的弯曲角(2)r/t≥10自由弯曲时的回弹式中，rp为凸模的圆角半径(mm)；r为弯曲件的圆角半径(mm)；σs为材料的屈服极限(Mpa)；E为材料的弹性模量(Mpa)；t为材料厚度(mm)；βp为凸模圆弧中心角(度)；β为弯曲件弯曲中心角(度)。9090xPPsPrrEtrrr312.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.1弯曲变形分析3、弯曲件的回弹3）控制回弹的措施(1)从弯曲件结构设计方面采取控制措施(2)从工艺方面采取控制措施(3)从模具结构方面采取控制措施改变凸模形状减小回弹补偿回弹2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.2弯曲工艺性分析1、弯曲半径弯曲半径要大于材料允许的最小弯曲半径，对于厚的板料，可在圆角处先开槽再弯曲。一般弯曲件的弯曲半径也不宜过大，以免出现大的回弹量，从而影响弯曲件的质量。2、弯曲件直边高度一般弯曲件的直边高度H2t，如果H2t，则可在弯曲部位压槽后再弯曲（见右图）或者适当增加弯边高度，弯曲后再将多余部分去除。2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.2弯曲工艺性分析3、防止弯曲件在交界处开裂当工件的弯曲处于宽窄的交界位置时，为了避免因应力集中使弯曲件在交界处开裂，交界线到弯曲线距离l应大于弯曲半径r，如右图所示。4、弯曲件弯曲件孔边距离当弯曲带孔的板料时，为了防止弯曲时会使孔发生变形，孔边缘到弯曲线的距离不能太小，一般当t2mm时，a≥t；当t≥2mm时，a2t；当b50mm时，a2.5t；当b50mm时，a≥3t。5、弯曲件板料边缘有缺口对于此类弯曲件，可在缺口处留连接带，等弯曲成型后再将其去除，这样可避免弯曲时在缺口处出现叉口的现象，影响弯曲件的质量。2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.3弯曲主要参数设计1、弯曲件展开长度计算1）中性层位置的确定ρ为中性层半径，mm；r为弯曲件内侧的弯曲半径，mm；χ为中性层位移系数，见下表；t为板料的厚度，mm。tr2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.3弯曲主要参数设计1、弯曲件展开长度计算2）具有圆角半径的弯曲件展开长度计算式中，l为弯曲件的展开长度，mm；l1，l2，…，ln为第1~n个直线部分长度，mm；α1，α2，…，αn为第1~n个弯曲部分的弯曲角，度；r1，r2，…，rn为第1~n个弯曲半径，mm；χ为中性层位移系数；t为板料的厚度，mm2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.2.3弯曲主要参数设计1、弯曲件展开长度计算3）无圆角半径的弯曲件展开长度计算无圆角半径或者相对弯曲半径r/t0.5的弯曲件的展开长度等于各直线部分长度与各弯曲处的长度和.l=(l1+l2+l3……+ln)+Knt式中，l为弯曲件的展开长度，mm；l1，l2，…，ln为第1~n个直线部分长度，mm；K为系数，一般单角弯曲时K为0.48~0.50，双角弯曲时K为0.45~0.80，多角弯曲时K为0.25，塑性大的金属K为0.125；n为弯曲的数目；t为板料的厚度，mm2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.3弯曲主要参数设计2、弯曲力的计算1）自由弯曲时的弯曲力V形自由弯曲时的经验公式为U形自由弯曲时的经验公式为式中，F为弯曲力(N)；K为安全系数，取K=2.3；b为弯曲件的宽度(mm)；t为板料的厚度(mm)；σb为材料的强度极限(Mpa)；r为弯曲半径(mm)。trKbtFb26.0trKbtFb27.02.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.3弯曲主要参数设计2、弯曲力的计算2）校正弯曲力式中，F为弯曲力(N)；A为校形面在冲压方向的投影面积(mm2)；Fq为单位面积上的校形压力(Mpa)(见下表)单位：Mpa3）弯曲压力机额定压力的确定qAFF2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.3弯曲主要参数设计3、最小相对弯曲半径的确定在保证外层不拉裂的前提下，所能弯曲的最小的r/t值即为最小相对弯曲半径rmin/t。影响最小相对弯曲半径的主要因素：1）材料的力学性能2）弯曲中心角3）板料表面与断面质量4）板料的厚度5）折弯方向常用材料的最小相对弯曲半径值2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.4典型弯曲模类型及结构1、V形弯曲模1－模柄2－销3－凸模4－顶杆5－定位板6－弹簧7－凹模2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.4典型弯曲模类型及结构2、U形弯曲模1－模柄；2－销；3－凸模；4－顶板；5－定位板；6－凹模；7－下模座；2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.3.4典型弯曲模类型及结构3、Z形弯曲模1－活动凸模；2－