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1、2018/10/20,1,模具设计与制造,张荣清 主 编,(第二版),2018/10/20,2,绪论,模具是工业之母 模具是“效益放大器” 模具是美国工业大基石 模具是进入富裕社会的动力,2018/10/20,3,第一章 冲压模具设计与制造基础,冲压成形产品示例一日常用品,2018/10/20,4,塑料制品模具,2018/10/20,5,电器产品模具,2018/10/20,6,汽车模具,2018/10/20,7,电子产品模具,2018/10/20,8,1.1 冲压成形特点与分类 1.1.1冲压成型的特点,第1章 冲压成形概述,冲压成形：在压力机上通过模具对板料金属（或非金属）加压，使其产生分离
2、或塑性变形，从而得到具有一定形状、尺寸和性能要求的工件的加工方法,图1.1 冲压过程简图,2018/10/20,9,冲压成形的特点：,（1）可以获得其他加工方法不能或难以加工的形状复杂的零件。 （2）尺寸精度稳定，一致性好。 （3）材料利用率高，属于少、无切屑加工。 （4）可以利用金属材料的塑性变形提高工件的强度、刚度。 （5）生产率高，操作简便，易于实现自动化。 （6）模具使用寿命长、生产成本低。,2018/10/20,10,冷冲压可以分成四个基本工序。 (1) 冲裁：使板料分离来获得制件的工序。 (2) 弯曲：使板料由平变弯来获得制件的工序。 (3) 拉深：使平板料变成开口壳体制件的工序。
3、 (4) 成形：使板料或其他形状的半成品的局部产生凸凹变形的工序。,1.1.2冲压工序分类,2018/10/20,11,1.1.2冲压工序分类,（1）分离工序,2018/10/20,12,2018/10/20,13,2018/10/20,14,2018/10/20,15,1.2 冲压成形的基本理论 1.2.1塑性、塑性变形与塑性条件,塑性：固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。,金属材料的塑性与柔软性概念不同。柔软性是物质变形抗力的标志。,2018/10/20,16,1.2.2影响塑性变形的主要因素： （1）金属的成分和组织结构：金属的组织结构取决于它的化学成分。 组成金属主
4、要元素的晶格类别、杂质的性质、数量及分布状况、晶粒大小、方向及形状都与化学成分有关。 一般来说，组成金属的元素越少（如纯金属和固溶体），塑性越好；滑移系统数量愈多，力学性能越一致；晶界强度越大，塑性越好。,2018/10/20,17,固溶体：是指溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的合金相。这种组元称为溶剂，其它的组元即为溶质。工业上所使用的金属材料，绝大部分是以固溶体为基体的，有的甚至完全由固溶体所组成。例如，广泛用的碳钢和合金钢，均以固溶体为基体相，其含量占组织中的绝大部分。,2018/10/20,18,2018/10/20,19,金属中主要有三种晶格是体心立方晶格，面心立方晶格，密排六
5、方晶格,2018/10/20,20,（2）外部条件：变形温度、变形速度和应力状态。,随着变形温度的升高塑性会提高。,室温附近的加工称为冷加工。 再结晶温度以上的加工称为热加工。 稍高于常温而低于再结晶温度的加工称为温加工。,锡、铅等低熔点金属材料，再结晶温度接近室温，常温下加工是可看成热加工。 镁、钛等金属，常温时塑性很差，稍高于室温就能进行塑性加工，常在温态下进行,称为温加工。,2018/10/20,21,再结晶就是：当退火温度足够高、时间足够长时，在变形金属或合金的显微组织中，产生无应变的新晶粒再结晶核心。新晶粒不断长大，直至原来的变形组织完全消失,金属或合金的性能也发生显著变化,这一过程
6、称为再结晶。 最低再结晶温度=0.4Tm（K） 其中：Tm-金属的熔点，K-K氏温度,2018/10/20,22,（3）应力状态：,压应力个数越多，数值越大 ，则塑性越好。哪个塑性最好？,2018/10/20,23,大理石在几千个大气压的侧压作用下进行压缩，可获得78%的变形程度；拉伸可得到25%伸长率，并出现颈缩。,三向等压应力称为静水压力（球应力状态），越大，塑性则越好。塑性加工时，尽量利用此特性。,2018/10/20,24,3 塑性条件,Von Mises屈服准则：当某点的等效应力达到某一临界值时，材料就开始屈服。,拉+，压-,2018/10/20,25,1.2.1真实应力应变曲线,1
7、.加工硬化,金属变形过程中随着塑性变形程度的增加，其变形抗力增加，硬度提高，而塑性和塑性指标（、）降低。加工硬化后，不仅使所需变形力增加，还限制了材料进一步变形。,2018/10/20,26,2 真实应力、真实应变的概念,有其不合理性。 由于截面积不断减小，应力也在变化。加工中应以真实应力来表示，大于名义应力。,2018/10/20,27,3 真实应力-应变曲线,C与材料性能有关，n是硬化指标，表1.2,2018/10/20,28,1.2.3 板料力学性能与成形性能的关系,1.屈服强度s：小材料容易屈服，变形抗力小，所需变形力小，易于变形而不易出现起皱，对弯曲变形后回弹也小，即贴模性和定形性也
8、好。,2018/10/20,29,2.屈强比s/ b ：对冲压成形性能影响较大，小说明塑性变形区间大，易产生塑性变形而不易破裂。尤其对拉深件而言，屈强比小，变形区易于变形而不易出现起皱,传力区不易拉裂，有利于提高拉伸变形程度。,2018/10/20,30,3.伸长率 ：试样拉断时总伸长率； 试样开始产生局部集中变形（缩颈）-均匀伸长率； 表示材料产生均匀或塑性变形的能力，决定冲压成形性能；是影响翻孔或扩孔成形的主要因素。,2018/10/20,31,4.硬化指数n和弹性模数E：n大，加工硬化严重，真实应力增大。伸长类变形中，变形抗力增大，使变形趋于均匀，变薄减小，厚度分布均匀，均匀不易产生裂纹
9、。 E大，抗压失稳能力愈强，卸载后回弹小。,2018/10/20,32,5.厚向异性系数 ：由于纤维组织产生，板料的塑性会因方向不同而产生差异塑性各向异性。1,表明板料宽度比厚度易变形，板料不易变薄或增厚，拉深性能好。,2018/10/20,33,6.板平面各向异性系数 ：拉深后口部不齐，出现“凸耳”,会增加了冲压工序（切边）和材料消耗 ：影响冲压件质量.,2018/10/20,34,1.3 冲压常用材料,1.3.1 冲压常用材料的基本要求,1.冲压件的功能要求 一定的强度、刚度、冲击韧性。 有的还要有电磁性、防腐性、耐热性和传热性。,2018/10/20,35,2.冲压工艺要求 伸长率大、屈
10、强比小、弹性模量大、硬化指数高和厚向异性系数大有利于各种冲压成性工作。 化学成分也有影响，C、Si、Mn、S、P增加使塑性降低、脆性增加。 良好的表面质量、均匀的金相组织、较小的材料公差利于冲压。,2018/10/20,36,1.3.2 冲压常用材料及其力学性能,1.黑色金属 （1）普通碳素钢钢板：Q195、Q235等。(2) 优质碳素结构钢钢板：08、08F、10、20等 （3）低合金结构钢钢板：Q345（16Mn）、Q295（09Mn2）等 （4）电工硅钢板：DT1、DT2等 （5）不锈钢板：1Cr18Ni9Ti、1Cr13等,2018/10/20,37,2.有色金属 （1）铜及铜合金：T
11、1、T2、H62、H68等。塑性、导电性、导热性均好。(2) 铝及铝合金：1060、1050A、3A21、2A12等。 较好的塑性、变形抗力小且轻。,2018/10/20,38,3.非金属： 胶木板、橡胶、塑料板、酚醛层压纸胶板(0.53毫米)、酚醛层压布胶板(0.5一3毫米)、云母片、有机玻璃、电工绝缘纸板、石棉橡胶板、毛毡、皮革、复合板,2018/10/20,39,板料规格：710*1420，1000*2000，带料 表面质量：I（高质）、II（较高质）、III（一般） 拉深复杂零件铝镇静钢板：ZF、HF、F 深拉深低碳薄钢板：Z、S、P 供应状态：M（退火）、C（淬火）、 Y（硬态）、Y
12、2（半硬态） 表1.3,2018/10/20,40,1.4冲压设备,1.4.1曲柄压力机,JB23-63压力机外形,机械压力机 第二种变型 开式可倾 630KN,2018/10/20,41,1.曲柄压力机的结构及工作原理,曲柄压力机工作原理,（1）工作机构：曲柄7、连杆9、滑块10.电动机旋转变为滑块的往复直线运动，滑块底平面中心设有模具安装T形槽。滑块上有退料装置，用于退出工件和废料。,1电动机；2小带轮；3大带轮；4小齿轮；5大齿轮；6离合器；7曲轴；8制动器；9连杆；10滑块；11上模；12下模；13垫板；14工作台,2018/10/20,42,（2）传动系统：电动机、带、飞轮、齿轮.把
13、运动能量传递给曲柄滑块机构。 （3）操作系统：空气分配系统、离合器、制动器、电气控制箱。 （4）支承部件：机身、工作台、拉紧螺栓。 气路、润滑、安全保护、气垫、顶料,2018/10/20,43,3.曲柄压力机的技术参数,（1）公称压力（KN),（2）滑块行程,（3）滑块行程次数,（4）闭合高度,（5）工作台尺寸和滑块底面尺寸,（6）模柄孔尺寸 表1.4,2018/10/20,44,1.4.2 液压机,工作平稳、压力大、操作空间大、设备结构简单,1.液压机的结构及工作过程,模具安装在活动横梁4和下梁之间，主缸3带活动横梁对模具加压,液压机结构,2.液压机型号表示方法 YA32-315,1充液罐；2上梁；3主缸及活塞；4运动横梁；5立柱；6下梁；7顶出缸,2018/10/20,45,3 液压机的技术参数,（1）公称压力,（2）最大净空高度H,（3）最大行程S,（4）工作台尺寸（长*宽）,（5）回程力,（6）活动横梁运动速度,（7）允许最大偏心距,（8）顶出器公称压力及行程,
