第2章__模具的成形设备及工艺基础

1单元（章节）备课笔记首页教师张欢教研组编写日期2011.6.21审批日期教学内容第2章模具的成形设备及工艺基础总课时2目的要求理解各种常用的模具成形设备的特点掌握各种成形设备的加工特点以及分类和组成了解各种典型成形设备的工作原理和选用原则掌握各种典型模具的计算方法以及其成形过程掌握各种典型的成形工艺重点各种成形设备的加工特点以及分类和组成各种典型模具的计算方法以及其成形过程难点各种典型模具的计算方法以及其成形过程章节内容课时分配第一节冲压成形设备及工艺2第二节塑料成型设备及工艺第三节模锻成形设备及工艺第四节压铸成形设备及工艺第五节粉末冶金成形设备及工艺简介第六节第七节第八节2课时授课计划授课日期班别题目第2章模具的成形设备及工艺基础目的要求理解各种常用的模具成形设备的特点掌握各种成形设备的加工特点以及分类和组成了解各种典型成形设备的工作原理和选用原则掌握各种典型模具的计算方法以及其成形过程掌握各种典型的成形工艺重点各种成形设备的加工特点以及分类和组成各种典型模具的计算方法以及其成形过程难点各种典型模具的计算方法以及其成形过程教具课本教学方法讲授报书设计第2章模具的成形设备及工艺基础第一节冲压成形设备及工艺第二节塑料成型设备及工艺第三节模锻成形设备及工艺第四节压铸成形设备及工艺第五节粉末冶金成形设备及工艺简介3教学过程：复习：1、复习模具的概念及分类2、复习常用模具材料及热处理新课：第2章模具的成形设备及工艺基础第一节冲压成形设备及工艺一、冲压概念及其发展趋势1．冲压概念及特点冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，而且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，属于材料成形工程技术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压的三要素，它们之间的相互关系，如图2-1所示。图2-1冲压三要素之间的关系冲压与其他加工方法相比较，具有以下一些特点。（1）在压力机简单冲击下，能够获得其他的加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的制件。（2）加工的制件尺寸稳定、互换性好。（3）材料的利用率高、废料少，且加工后的制件强度高、刚度好、重量轻。（4）操作简单，生产过程易于实现机械化和自动化，生产效率高。（5）在大批量生产的条件下，冲压制件成本较低。但由于模具制造周期长、费用高，因此，冲压加工在小批量生产中受到一定限制。42．冲压发展趋势随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其发展趋势如下。（1）新理论和新工艺。（2）新材料。（3）自动化。（4）标准化及专业化。二、冲压设备的分类、组成及典型设备工作原理冲压是利用压力机和冲模对材料施加压力，使其分离或产生塑性变形，以获得一定形状和尺寸的制品的一种少无切削加工工艺。通常该加工方法在常温下进行，主要用于金属板料成形加工，故又称冷冲压或板料成形。冲压成形在较大批量生产条件下，虽然设备和模具资金投入大，生产要求高，但与其他加工方法（如锻造、铸造、焊接、机械切削加工等）相比较，具有很多优点。1．冲压设备的分类冲压成型设备的类型很多，以适应不同的冲压工艺要求，在我国锻压机械的8大类中，它就占了一半以上。冲压设备的分类如下。（1）按驱动滑块的动力种类可分为：机械的、液压的、气动的。（2）按滑块的数量可分为：单动的、双动的、三动的。（3）按滑块驱动机构可分为：曲柄式、肘杆式、摩擦式。（4）按连杆数目可分为：单连杆、双连杆、四连杆。（5）按机身结构可分为：开式［图2-3（a）］、闭式［图2-3（b）］；单拉、双拉；可倾、不可倾。（6）开式压力机又可分为单柱［图2-3（c）］和双柱压力机［图2-3（a）］。（7）开式压力机按照工作台结构可分为：倾斜式、固定式和升降台式［图2-3（d）］。2．冲压设备的代号我国锻压机械的分类和代号，见表2-1。表2-1锻压机械分类代号序号类别名称汉语简称及拼音拼音代号1机械压力机机jiJ2液压机液yeY3自动锻压机自ziZ4锤锤chuiC5锻机锻duanD6剪切机切qieQ7弯曲校正机弯wanW8其他他taT5按照锻压机械型号编制方法（JB/GQ2003—84）的规定，曲柄压力机的型号用汉语拼音字母、英文字母和数字表示。型号表示方法说明如下。第一个字母为类代号，用汉语拼音字母表示。第二个字母代表同一型号产品的变型顺序号。第三、第四个数字分别为组、型代号。前面一个数字代表“组”，后一个数字代表“型”。最后一个字母代表产品的重大改进顺序号，凡型号已确定的锻压机械，若结构和性能上与原产品有显著不同，则称为改进，用字母A、B、C等表示。有些锻压设备紧接组、型代号后面还有一个字母，代表设备的通用特性，例如J21G—20中的“G”代表“高速”；J92K—250中的“K”代表“数控”。例如：型号为JB23—63A锻压机械的代号说明。J—类代号，机械压力机；B—同一型号产品的变型顺序号，第二种变型；2—组代号；3—型代号；63—主参数，公称压力为630kN；A—产品重大改进顺序号，第一次改进号。3．典型冲压设备的组成及工作原理简介实际生产中，应用最广泛的是曲柄压力机、双动拉深压力机、螺旋压力机和液压机等。（1）曲柄压力机的组成。曲柄压力机一般由工作机构、传动系统、操纵系统、能源系统和支承部件组成，此外还有各种辅助系统和附属装置，如润滑系统、顶件装置、保护装置、滑块平衡装置、安全装置等。图2-4压力机运动原理图1—电动机2—小带轮3—大带轮4—中间传动轴5—小齿轮6—大齿轮7—离合器8—机身9—曲轴10—制动器11—连杆12—滑块13—上模14—下模15—垫板16—工作台6（2）曲柄压力机的工作原理。尽管曲柄压力机类型众多，但其工作原理和基本组成是相同的。开式双柱可倾式压力机的运动原理，如图2-4所示。电动机1的能量和运动通过带传动传递给中间传动轴4，再由齿轮5和齿轮6传动给曲轴9，经连杆11带动滑块12作上下直线移动。因此，曲轴的旋转运动通过连杆变为滑块的往复直线运动。（3）曲柄压力机的主要技术参数。曲柄压力机的技术参数反映了压力机的性能指标。①标称压力Fg及标称压力行程Sg。②滑块行程。如图2-5所示的S，它是指滑块从上止点到下止点所经过的距离，等于曲柄偏心量的2倍。③滑块行程次数。它是指滑块每分钟往复运动的次数。④最大装模高度H1及装模高度调节量H1。装模高度是指滑块在下止点时，滑块下表面的工作台垫板到上表面的距离。图2-5压力机基本参数⑤工作台板及滑块底面尺寸。它是指压力机工作空间的平面尺寸。⑥工作台孔尺寸。工作台孔尺寸L1×B1（左右×前后）、D1（直径），如图2-5所示，为向下出料或安装顶出装置的空间。⑦立柱间距A和喉深C。立柱间距是指双柱式压力机立柱内侧面之间的距离。⑧模柄孔尺寸。模柄孔尺寸d×l是“直径×孔深”，冲模模柄尺寸应和模柄孔尺寸相适应。4．其他类型的冲压设备（1）双动拉深压力机。双动拉深压力机是具有双滑块的压力机。图2-6所示为上传动式双动拉深压力机结构简图，它有一个外滑块和一个内滑块。外滑块用来落料或压紧坯料的边缘，防止起皱，内滑块用于拉深成形；外滑块在机身导轨上作下止点有“停顿”的上下往复运动，内滑块在外滑块的内导轨中作上下往复运动。7（2）螺旋压力机。螺旋压力机的工作机构是螺旋副滑块机构。螺杆的上端连接飞轮，当传动机构驱使飞轮和螺杆旋转时，螺杆便相对固定在机身横梁中的螺母做上、下直线运动，连接于螺杆下端的滑块即沿机身导轨作上、下直线移动，如图2-7所示。（3）精冲压力机。精密冲裁（简称精冲）是一种先进的冲裁工艺，采用这种工艺可以直接获得剪切面粗糙度Ra为3.2～0.8m和尺寸公差达到IT8级的零件，大大提高了生产效率。精冲是依靠V型齿圈压板2、反压顶杆4和冲裁凸模1、凹模5使板料3处于三向压应力状态下进行的，如图2-8所示。（4）高速压力机。高速压力机是应大批量的冲压生产需要而发展起来的。高速压力机必须配备各种自动送料装置才能达到高速的目的。高速压力机及其辅助装置，如图2-10所示。一般在衡量高速时，应当结合压力机的标称压力和行程长度加以综合考虑。（5）双动拉深液压机。双动拉深液压机主要用于拉深件的成形，广泛用于汽车配件、电动机、电器行业的罩形件特别是深罩形件的成形，同时也可以用于其他的板料成形工艺，还可用于粉末冶金等需要多动力的压制成形。三、冲压工艺1．冲裁工艺冲裁是利用模具使板料产生相互分离的冲压工序。冲裁工序的种类很多，常用的有剪裁、冲孔、落料、切边、切口等。但一般来说，冲裁主要是指冲孔和落料。从工序件上冲出所需形状的孔（冲去部分为废料）叫冲孔，从板料上沿封闭轮廓冲出所需形状的冲件或工序件叫落料。（1）冲裁变形特点分析。冲裁工作示意图，如图2-11所示，凸模1与凹模3对板料2进行冲裁，凸模在压力机滑块的作用下下行，对支承在凹模上的板料2进行冲裁，使板料发生变形分离得到工件4。由于使用的压力机运行速度很快，所以冲裁过程瞬时便可完成。图2-11冲裁变形过程示意图1—凸模2—板料3—凹模4—工件8从力学变形的角度看，冲裁过程经历了弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂分离阶段。（2）冲裁件的排样与搭边。①排样。工件在条料上的布置方法叫做冲裁件的排样。排样时应考虑下面两个问题。i材料利用率。力求在相同的材料面积上得到最多的工件，以提高材料利用率，材料利用率用下式计算：式中：K—材料利用率；n—条料上的工件数量；a—单个工件的面积（mm2）；A—条料面积（mm2）。ii生产批量。排样必须考虑生产批量的大小，生产量大时可采用多排式混合排样法，即一次可冲几个工件。这种方法模具结构复杂、成本高，当生产量太小时，就不经济了。常用排样方式见表2-3。②搭边。排样时工件之间及工件与条料之间留下的余料称为搭边。搭边的作用是补偿送料的误差，保证冲出合格的工件；搭边还可以使条料保持一定的刚度，便于送进。搭边值要合理确定。搭边值过大，材料利用率低；搭边值过小，条料易被拉断，使工件产生毛刺，有时还会拉入凸模和凹模的间隙中，损坏刃口。表2–4列出了冲裁时常用的最小搭边值。（3）冲裁件的工艺①冲裁件的形状。冲裁件的形状应简单、对称，便于冲裁排样。冲裁件的内外转角处圆角R＞0.25t（t为材料厚度），圆角R过小或清角、尖角都不利于模具的制造与使用。冲裁件上过长的悬臂和凹槽都会削弱凸模强度及刚度，一般槽宽和槽深数值B不应大于表2-5中所列的数值，悬臂长度l≤5B。②冲裁件的尺寸。冲裁件孔与孔之间和孔与边缘之间的距离、凸模在自由状态下冲的最小孔径都不能过小，否则就会削弱模具强度，会使模具结构复杂化。凸9模在自由状态下冲孔的最小孔径见表2-6；孔距、孔边距可参考图2-13；复合冲裁时凸凹模的最小壁厚可查表2-7。③冲裁件的精度和表面粗糙度。普通冲裁能得到冲裁件的尺寸精度都在IT12～IT10以下，表面粗糙度值Ra大于12.5m。工件边缘的毛刺高度在正常情况下小于0.15mm。冲孔件可比落料件尺寸精度高一级。对于精度要求高的冲裁件，可通过整修或精密冲裁方法获得。（4）冲裁间隙。冲裁间隙是指冲裁模具凸模与凹模之间工作部分的尺寸之差。确定合理间隙值方法如下。①第一种是理论方法。模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常选择一个适当的范围作为合理间隙，如图2-14所示。这个范围的最小值称为最小合理间隙值，最大值称为最大合理间隙值。设计与制造新模具时采用最小合理间隙值。确定合理间隙值的理论方法的依据是保证凸、凹模刃口处产生的裂纹相重合。由图2-15所示中可以得到合理间隙值的计算公式如下：②第