冲压工艺基础冲裁工艺与冲裁模

模具设计与制造授课人:李胜Tel:13825733586短号:786848Email:[e-mail][e-mail]教学参考用书1.田光辉，林红旗﹒《模具设计与制造》﹒北京大学出版社，2012年出版2.翁其金，徐新成﹒《冲压工艺及冲模设计》﹒机械工业出版社机械专业主干专业课程课程性质：机械专业的一门主干专业技术课，是一门实践性、综合性很强的课程。课程情况总体简介模具设计与制造模具发展概况:我国古代模具技术已达到较为先进的水平我国现代模具行业发展迅猛，2014年模具销售额约2000亿元，最近几年，中国模具销售额年复合增长15%。2014年中国模具产业产值约1.8万亿,居世界之首。(2014年中国GDP63.65万亿。)距今约4000年前的巴蜀三星堆文物模具设计与制造模具：——是指利用其本身特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。在现代工业生产中，70%-80%的工业产品需要使用模具加工。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。美国工业界认为：模具是美国工业的基石日本工业界认为：模具是促进社会繁荣的动力国外将模具比喻为“金钥匙”、“进入富裕社会的原动力”。模具工业是我国国民经济的基础产业，是技术密集的高技术行业。模具是制造过程中的重要工艺装备。模具设计与制造专业人才是制造业紧缺人才。现代模具分类第1篇冲压成形工艺与模具设计第2篇塑料成形工艺与模具设计第3篇模具制造技术总目录第1章冲压工艺基础第2章冲裁工艺与冲裁模第3章弯曲工艺与弯曲模第4章拉深工艺与拉深模第1篇目录第一章概述第二章冷冲压变形基础第三章冲裁第四章弯曲第五章拉深总目录第一章概述内容简介：本章讲述冲压工艺及冲压模具的基础知识。涉及冲压和冲模概念、冲压工序和冲模分类；常见冲压设备及工作原理。第一章概述一冷冲压的特点和应用冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需要零件(俗称冲压件或冲件)的一种压力加工方法。第一章概述加工对象：主要是金属板材加工依据：板材冲压成形性能（主要是塑性）加工设备：主要是压力机加工工艺装备：冲压模具1.基本概念冲压模具：在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模,冷冲模,五金模）。冲压加工的重要性•根据考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了大约1000亿元（未包括港、澳、台的统计数字。）各类冲压模具的生产能力。•在模具工业总产值中,冲压模具约占50%,塑料模具约占33%,铸造模约占10%,其它模约占7%。•航空航天、机械、电子信息、交通、兵器、日用电器及轻工等产业都广泛应用冲压加工。•据粗略统计,(1)在汽车制造业中有60%-70%采用冲压工艺制成;(2)在机电及仪器﹑仪表生产中也有60%-70%采用冲压工艺制成;(3)在电子产品中,冲压件的数量约占零件总数的85%以上;(4)占世界钢产量60%-70%以上的板材、管材以及其它型材,其中大部分是经过冲压制成成品的。冲压成形产品示例一——日常用品冲压成形产品示例二——高科技产品汽车覆盖件飞机蒙皮冲压产品生产流程：•冲压工艺及冲模设计就是根据冲压零件的形状、尺寸、精度及技术要求，制定冲压加工方案，设计冲压模具的过程。冲压模具设计与制造包括冲压工艺设计、模具设计与模具制造三大基本工作。冲压工艺设计是冲模设计的基础和依据。冲模设计的目的是保证实现冲压工艺。冲模制造则是模具设计过程的延续，目的是使设计图样，通过原材料的加工和装配，转变为具有使用功能和使用价值的模具实体。第一章概述冷冲压生产现场第一章概述一、冲压与冲模概念合理的冲压工艺先进的模具高效的冲压设备冲压生产的三要素曲柄压力机工作原理:通过曲柄连杆机构,将电机的旋转运动转变为滑块的直线往复运动。开式固定台曲柄压力机冲压设备按床身结构形式可分为：开式压力机：床身为C型，工作台三面敞开，便于前后、左右送料。刚性较差，用于1000KN以下的小型压力机。闭式压力机：床身左右封闭，只有前后两面敞开，刚度好，精度高，1000KN以上的大、中型压力机多采用。第一章概述曲轴压力机传动系统1-电机2-皮带轮3、4-齿轮5-离合器6-连杆7-滑块•1、冲压设备类型的选择•冲压设备类型的选择主要是根据冲压工艺特点和生产率、安全操作等因素来确定的。•在中小型冲压件生产中，主要选用开式压力机；•在需要变形力大的冲压工序（如冷挤压等），应选择刚性好的闭式压力机；2、冲压设备规格的选择•１）公称压力（吨位）的确定•公称压力（额定压力）是指滑块离下死点前某一特定距离Ｓp或特定角度αp时，滑块上所允许承受的最大作用力。•2）行程次数的选择•行程次数是指滑块每分钟往复运动的次数，它主要根据所需生产率、操作的可能性和允许的变形速度等来确定。•3）工作台面尺寸的选择•工作台面（或工作垫板）尺寸一般应大于模具底座各边５０～７０mm；•其孔眼尺寸应大于工件或废料尺寸，以便漏料。５）闭合高度的选择•压力机的闭合高度是指滑块在下死点位置时，滑块下端面到工作台上表面的距离。闭合高度减去垫板厚度的差值，称压力机的装模高度。没有垫板的压力机，其装模高度与闭合高度相等。•模具的闭合高度是指工作行程终了时，模具上模座顶面到下模座底面之间的距离。•选择压力机时，应使模具的闭合高度介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间（图１－11），一般应满足：•(Ｈmax－H１)－５≥Ｈ≥（Ｈmin－Ｈ１）＋１０•式中Ｈmax—最大闭合高度，连杆调到最短时；•Hmin—最小闭合高度，连杆调到最长时，压力机闭合高度，Hmin=Hmax－L1•H1—压力机工作垫板厚度•(Hmax-H1)—压力机最大装模高度•(Hmin-H1)—压力机最小装模高度•H—模具的闭合高度•L1—连杆调节长度模具与压力机的相关尺寸(1)优点:1)生产率高,操作简便;2)无需切削加工,节省能源,节省原材料;3)产品尺寸稳定、互换性好;4)产品壁薄、质量轻、刚度好,可以加工成形状复杂的零件。(2)缺点:1)模具要求高、制造复杂、周期长、制造费用昂贵，不适合于生产批量较小的场合;2)噪声较大;危害:听力下降,甚至耳聋;脑血管功能紊乱,头痛,失眠,焦躁,烦躁等.来源:噪声来自电机的转动，传动系中皮带与皮带轮的摩擦、齿轮的碰撞，离合器的作用，冲头打击工件等。改进措施:在阻断噪声传播方面，可以在各种噪声源附近安装各种遮声板、隔声板、吸声板。现在又出现了新的主动消声技术，它在对噪声进行频谱分析的基础上，利用主动产生的与其频谱相同而相位相反的另一噪声对其进行抵消，从而取得近乎完全消声作用。3)有一定危险性.危险性:冲压断指。改进措施:双按钮操作;使用光电保护装置;使用气压装置,使装取工件在模具外进行,做到手不入模;在模具上挖出放手空间,用手在此空间送取工件;在模具设计上,使加工工件一部分在模具外面,供人手送取工件等。冲压工序的分类第一章概述根据材料的变形特点分：分离工序：分离工序、成形工序冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限σb，使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分离工序主要有冲孔和落料等。第一章概述成形工序：冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限σs，但未达到强度极限σb，使材料产生塑性变形，从而成形零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。冲压工序的分类（续）分离工序：是在冲压过程中使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序。落料(blanking)将材料沿封闭轮廓分离,被分离下来的部分大多是平板形的零件或工序件。冲孔(piercing,punching)将废料沿封闭轮廓从材料或工序件上分离下来,从而在材料或工序件上获得需要的孔•切断(cutting-off)将材料沿敞开轮廓分离,被分离的材料成为零件或工序件。•切舌(lancing)将材料局部而不是完全分离,并使被局部分离的部分达到工件所要求的一定位置,不再位于分离前所处的平面上。•切边(trimming)利用冲模修切成形工序件的边缘,使之具有一定形状和尺寸。•剖切用剖切模将成形工序件一分为二,主要用于不对称零件的成双成组冲压成形之后的分离。•整修(shaving)沿外形或内形轮廓切去少量材料,从而降低断面粗糙度,提高断面垂直度和零件尺寸精度。•精冲(fineblanking)用精冲模冲出尺寸精度高,断面光洁且垂直的零件。成形工序:毛坯在不被破坏的条件下产生塑性变形，形成所要求的形状和尺寸精度的制件。•弯曲(bending)用弯曲模使材料产生塑性变形,从而弯成一定曲率﹑一定角度的零件.它可以加工各种复杂的弯曲件。•卷边(curling)将工序件边缘卷成接近封闭圆形,用于加工类似铰链的零件。•拉弯在拉力与弯矩共同作用下实现弯曲变形,使坯料的整个弯曲横断面全部受拉应力作用,从而提高弯曲件精度。•扭弯将平直或局部平直工序件的一部分相对另一部分扭转一定角度。•拉深(drawing)将平板形的坯料或工序件变为开口空心件,或把开口空心工序件进一步改变形状和尺寸成为开口空心件。•变薄拉深将拉深后的空心工序件进一步拉深,使其侧壁减薄,高度增大,以获得底部厚度大于侧壁的零件。•翻孔(burring)沿内孔周围将材料翻成竖边,其直径比原内孔大。•翻边(flanging)沿外形曲线周围翻成侧立短边。•胀形(bulging)将空心工序件或管状件沿径向往外扩张,形成局部直径较大的零件。•起伏依靠材料的伸长变形使工序件形成局部凹陷或凸起。•扩口将空心工序件或管状件口部向外扩张,形成口部直径较大的零件。•缩口缩径将空心工序件或管状件口部或中部加压使其直径缩小,形成口部或中部直径较小的零件。•校平整形校平是将拱弯或翘曲的平板形零件压平以提高其平直度;整形是依靠材料的局部变形,少量改变工序件形状和尺寸,以保证工件的精度。•旋压用旋轮使旋转状态下的坯料逐步成形为各种旋转体空心件。第二章冷冲压变形基础•第一节冷冲压变形的基本原理概述•固体材料受到外力作用,如果发生形状和尺寸的变化,这种现象称为变形。•弹性变形:变形力去除后,能恢复原状的变形。•塑性变形:变形力去除后,不能恢复原状的变形。•加工硬化:在金属塑性变形过程中,金属的性能和组织都会发生变化,随着变形程度的增加,变形阻力增大,强度和硬度升高,而塑性和韧性下降。1.变形温度对于大多数金属,总的影响趋势是:随着温度的升高,塑性增加,变形抗力下降。温度升高导致金属内部各种物理-化学状态的变化,这些变化包括:回复与再结晶;原子动能增加;金属的组织﹑结构发生变化;扩散蠕变机理起作用;晶间滑移作用增强。由于金属和合金的种类繁多,温度变化引起的物理-化学状态的变化各不相同,所以温度对各种金属和合金塑性及变形抗力的影响规律也各不相同。碳钢塑性随温度变化2.应变速率应变速率是指单位时间内应变的变化量。一般来说,由于塑性变形需要一定的时间来进行,因此应变速率太大,塑性变形来不及在塑性变形体中充分扩展和完成,导致塑性下降。应变速率也有使金属塑性增加的一面,温度效应在此间起了很大的作用。对冷变形而言,一般随着应变速率的增加,开始时塑性略有下降,以后由于温度效应的增强,塑性会有较大的回升。图2-2应变速率对变形抗力的影响示意图1—高速2—低速•1)对于形状简单的小零件,因为变形程度小,一般可以不考虑速度因素。•2)对于大型复杂零件的冲压成形,宜用低速压力机。•3)对于应变速率比较敏感的材料,如不锈钢、耐热合金、钛合金等,加载速度不宜超过0.25m/s。•应力状态对金属塑性的影响:压应力个数越多﹑数值越大时,金属表现出的塑性越好;相反,拉应力个数越多﹑数值越大时,金属表现出的塑性越差。•应变状态对金属的塑性也有一定的影响:在主应变状态中,压应变的成分越多,拉应变的成分越少,越有利于材料塑性的发挥;反之,越不利于材料塑性