第7章 冲压工艺及冲模设计

—59—第十六上次课程回顾：第六节闭式模锻工艺及模具设计特点一、闭式模锻工艺的特点二、常见闭式模锻锻件及成形工步选择三、闭式模锻变形过程及目模锻力的计算四、闭式模锻模具的设计特点第七节精密模锻工艺的特点及应用一、精密模锻工艺的特点二、精密模锻的应用—60—问题？1同开式模锻相比，闭式模锻有哪些优点？2试说明分流降压腔的作用及设置原则。—61—1同开式模锻相比，闭式模锻有哪些优点？锻件几乎不产生飞边，模锻斜度更小甚至为零，若用可分凹模闭式模锻还可锻出垂直于锻击方向的孔或凹坑，材料利用率平均提高20%左右；变形金属处于更加强大的三向压力状态，有利于提高金属材料的塑形和产品的力学性能；可分凹模闭式模锻常常可减少甚至取消制坯工步，省去切边和辅助工序，生产率平均可提高25-50%。2试说明分流降压腔的作用及设置原则。分流降压腔的作用是减轻模膛负荷，提高模具使用寿命，而且还有利于降低下料精度的苛刻要求。（1）分流降压腔的位置应选择在模膛最后充满的部位，确保模膛完全充满后多余金属才分流；（2）多余金属分流时在模膛内所产生的压力比模膛刚充满时所产生的压力没有增加或增加很少，以免增加总的模锻力和加快模膛的磨损。—62—第五章内容回顾：第五章模锻工艺及锻模设计第一节毛坯加热与锻件冷却一、毛坯加热方法二、锻件冷却方法第二节锻件分类及锻件图设计一、锻件的分类二、表示模锻件复杂程度的参数三、锻件图的设计第三节开式模锻的变形特征及终锻与预锻模膛设计一、开式模锻的变形特征二、终锻模膛设计三、预锻模膛设计第四节制坯工步的选择及模膛设计一、圆饼类锻件制坯工步选择二、长轴类锻件制坯工步选择三、制坯模膛的设计第五节锻模结构的设计一、锤锻模结构设计二、热模锻压力机锻模结构设计三、螺旋压力机上模锻锻模设计特点四、切边与冲孔模的设计第六节闭式模锻工艺及模具设计特点一、闭式模锻工艺的特点二、常见闭式模锻锻件及成形工步选择三、闭式模锻变形过程及目模锻力的计算四、闭式模锻模具的设计特点第七节精密模锻工艺的特点及应用一、精密模锻工艺的特点二、精密模锻的应用—63—第六章内容回顾：第六章其它体积金属塑性成形工艺第一节挤压成形工艺一、挤压的基本方法、特点及应用范围二、冷挤压时金属流动规律及挤压力的计算三、冷挤压工序设计及工艺参数的确定四、冷挤压模具设计要求第二节等温锻造工艺一、等温锻造工艺特点及应用二、等温锻造模具设计要点第三节粉末冶金锻造一、粉末冶金锻造的特点及应用二、行星齿轮预制坯与锻造—64—问题？1什么叫挤压？简述冷挤压、热挤压的特点和应用范围。2什么叫等温锻造？它与常规锻造方法有何不同之处？3什么叫热模具锻造？—65—1什么叫挤压？简述冷挤压、热挤压的特点和应用范围。是在挤压冲头的强大压力和一定的速度条件作用下，迫使毛坯金属从凹模型腔中挤出，从而获得所需的挤压件的方法。冷挤压：（1）降低原材料消耗，材料利用率高达70%-80%（2）在冷挤压中，毛坯金属处于三向压应力状态，有利于提高金属材料的塑形，经挤压后金属材料的晶粒组织更加细小而密实；（3）金属流线不被切断加上所产生的加工硬化特性，可使冷挤压件的强度大为提高；（4）可获得高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。应用范围：用于低碳钢、低合金钢和有色金属零件的生产。热挤压：（1）由于毛坯加热至一般热模锻的始锻温度，材料的变形抗力大为降低。（2）由于加热时产生氧化、脱碳和热胀冷缩大等缺陷，必然降低产品的尺寸和表面质量。应用范围：有色金属及其合金、低碳钢、中碳钢，而且也可以成形高碳钢、高合金结构钢、不锈钢、工模具钢、耐热钢等。它一般用于锻造毛坯精化和预成形。2什么叫等温锻造？它与常规锻造方法有何不同之处？等温锻造：模具与毛坯保持在同一恒定温度的锻造方法。（1）为防止毛坯的温度散失，等温锻造时模具和毛坯要保持在相同的恒定温度下，这一温度介于冷锻温度与热锻温度之间的一个中间温度，或对某些材料而言，等于热锻温度；（2）考虑到材料在等温锻造时具有一定的粘性，即对应变速率的敏感性，等温锻造的变形速度很低。3什么叫热模具锻造？模具温度稍低于毛坯温度的锻造工艺。—66—第七章冲压工艺及冲模设计冲压成型技术康俊远编著第一节概述（板料、冷）冲压：通过模具对板料施加压力或拉力使其塑形成形，或对板料施加剪切力使板料分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法。一、冲压加工的特点及其应用技术、经济方面特点：1冲压件的尺寸精度由模具来保证，所以制品质量稳定，互换性好，在一般情况下可以直接满足装配和使用要求。此外，在冲压加工过程中由于材料经过塑形变形，金属内部组织得到改善，机械强度有所提高，所以，冲压件具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑美观等特点。2由于利用模具加工，所以可获得其它加工方法所不能或难以制造的壁薄、质量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件。3冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量切削金属，所以它不但节能，而且节约金属。冲压加工的材料利用率一般可达70%-85%，所以冲压件呈批量生产时其成本比较低，经济效益较高。4对于普通压力机每分钟可生产几十件制品，而高速压力机每分钟可生产几百上千件，所以它是一种高效率的加工方法。缺点：噪声、振动。—67—二、冲压工艺分类分离工序：落料、冲孔和剪切等。成形工序：弯曲、拉伸、翻孔、翻边、胀形、缩口等。主要介绍：冲裁（落料与冲孔）、弯曲和拉伸。—68——69—三、板料冲压性能的试验方法板料的冲压性能：板料对冲压的适应能力、可成形能力。板料冲压性能的试验方法可分为间接试验和直接试验两类方法。间接试验：GB228-2010金属材料拉伸试验1j与2屈强比bs/3硬化指数n4板厚方向系数（塑形应变比）00lnlnttbbrtb，4245900rrrr5板平面方向性（凸耳参数）2245900rrrr—70—四、板料的成形极限成形极限：板料在发生失稳之前可以达到的最大变形程度。建立成形极限图的方法：GB/T15825-2008—金属薄板成形性能与试验方法GB/T5028-2008—金属材料、薄板和薄带拉伸应变硬化指数的测定五、冲压加工自动化与柔性化FMS（FlexibleManufactureSystem）柔性制造系统：是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystems）集成制造系统：是通过计算机硬软件。并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术。将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。CAE（ComputerAidedEngineering）板料成形过程的数值模拟：指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。—71—第二节冲裁冲裁：利用模具使材料分离的一种冲压工序，它主要是指落料和冲孔工序。一、普通冲裁1冲裁过程分析—72——73—2冲裁件质量冲裁件切断面可以明显地区分为四个部分：光亮带、断裂带、圆角、毛刺。落料件冲孔件3冲裁模间隙—74—4凸模与凹模刃口尺寸的确定冲裁模合理间隙是由凸模和凹模的刃口工作尺寸及公差来保证的。5冲裁力的计算及降低冲裁力的方法bKLtF（1）材料加热冲裁（红冲）（2）多凸模阶梯布置冲裁（3）斜刃口模具冲裁6材料利用率—75—二、精密冲裁普通冲裁获得的工件尺寸精度在IT11以下，表面粗糙度一般为aR25-12.5，光亮带所占比例不大，断面具有斜度，只能满足一般产品的普通要求。1整修IT6-IT7，表面粗糙度一般为aR1.6-0.82光洁冲裁小间隙圆角刃口冲裁负间隙冲裁3齿圈压板冲裁（俗称精冲裁）—76—第三节弯曲弯曲：将各种金属毛坯弯成具有一定角度、曲率和形状的加工方法。压弯机、折弯机、滚弯机等。—77—一、弯曲变形分析与工艺计算1板料弯曲变形分析弹性弯曲、弹-塑性弯曲、纯塑性弯曲应力中性层：从毛坯外层的切向拉应力过渡到内层的压应力，中间有一层金属其切向应力为零或应力不连续，通常将这一中间层称为应力中性层。应变中性层：弯曲变形时，毛坯外层受切向拉应力作用产生伸长变形，内层受压应力作用产生压缩变形，而中间必然有一层金属长度不变，这层金属称为应变中性层变薄系数01tt弯曲时毛坯横截面形状的变化—78—2弯曲工艺计算及弯曲件质量分析弯曲力的计算（1）自由弯曲力V形弯曲trCbtFb26.0U形弯曲trCbtFb27.0（2）校正弯曲力AqF（3）弯曲件毛坯长度的确定——通常按应变中性层的长度计算)(18021KtrLLL（4）最小相对弯曲半径tr/min最小弯曲半径与毛坯厚度之比—79—二、弯曲变形的回弹1弯曲件回弹量的分析与计算弯曲回弹：从弯曲变形过程分析中可以看到，材料塑形变形必然伴随有弹性变形，当弯曲工件所受外力卸载后，塑形变形保留下来，弹性变形部分恢复，结果是弯曲件的弯曲角、弯曲半径与模具尺寸不一致，这种现象称为弯曲回弹。弯曲角回弹量的计算公式K002提高弯曲件精度的方法（1）改变弯曲件局部结构和选用合适材料（2）补偿法（3）校正法——整形，形状冻结—80—第四节拉深拉深：将毛坯通过模具制成开口空心零件的冲压工艺方法。一、圆筒形件拉深变形与力学分析—81—1无压扁圈的拉深2有压边圈的拉深—82—二、圆筒形件拉深工艺1圆筒形件质量分析起皱、拉裂、凸耳、残余应力。2拉深系数和拉深次数拉深系数Ddm拉深比dDmK1极限拉深系数：对于每一种材料，其塑形变形程度都会有一定的极限，因而每一种材料的拉深系数必然会有一个最小界限值，称为极限拉伸系数。—83—3拉深件毛坯尺寸的确定)(48)2(2)2(22rHdrrdrrdD—84—第五节冲压模具的设计在冲压过程中，冲模的作用除了决定产品形状、尺寸外，还要传递和承受成形力，因此，对冲模的研究主要在模具的结构、精度、刚度、强度和模具寿命，以及模具效率、成本等几个方面。使冲模具有高效率、高精度和高寿命的特点始终是模具技术发展的方向。一、冲模的基本形式1简单模2复合模3连续模—85—二、冲模的主要零件与凸凹模设计1冲模的主要零件GB/T14662-2006冲模技术条件2冲裁模的凸凹模设计—86—3弯曲模的凸凹模设计4拉伸模的凸凹模设计—87—三、冲模的设计步骤与设计要点1冲模的设计步骤（1）冲压件的工艺分析（2）制定冲压件工艺方案（3）工艺计算（4）设计绘制模具总装配图和非标准零件图（5）模具合理分析（6）编写设计计算说明书2冲模设计要点（1）冲模结构形式的确定（2）冲模压力中心与封闭高度的确定—88—第六节冲压工艺及模具设计实例（自学）习题1，2，4，5，6