《模具设计与制造 教学课件 ppt 作者 杨占尧 第５章 冲压加工基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模具设计与制造 教学课件 ppt 作者 杨占尧 第５章 冲压加工基础（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第章 冲压加工基础,学习目的与要求 掌握冲压加工与冲压模具的概念 熟悉冲压加工的基本工序 了解金属塑性变形的基本概念 了解金属塑性条件 熟悉冲压与冲压模具常用材料 熟悉曲柄压力机和液压机的原理与组成,5.1 冲压加工的分类、特点及应用,5.1.1 冲压加工与冲压模具的概念 冲压加工是现代机械制造业中先进、高效的加工方法之一，它是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压加工是少无切削加工的一种主要形式。由于冲压加工通常是在室温下进行加工，所以常常成为冷冲压。又由于它的加工材料主要是板料，所以又称为板料加工。冲压不但可以加工金属
2、材料，还可以加工非金属材料。,在冲压加工中，将材料加工成冲压零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具或冷冲模。冲压模具在实现冲压加工中是必不可少的工艺装备，没有符合要求的冲压模具，冲压加工就无法进行；没有先进的冲压模具，先进的冲压工艺就无法实现。冲模设计是实现冷冲压加工的关键，一个冲压零件往往要用几副模具才能加工成形。,5.1.2 冲压加工的特点 和其它的加工方法（如机械加工）相比，冲压成形具有以下一些特点： 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，如汽车覆盖件、车门等。 2. 由于尺寸精度主要由模具来保证，所以加工出的零件质量稳定，一致性好， 具有“一模一样”的特征
3、。 3. 冲压加工是少无切削加工的一种，部分零件冲压直接成型，无需任何再加工，材料利用率高。,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、易于实现自动化。 6. 模具使用寿命长，生产成本相对低。 7. 冲压加工操作简便，但具有一定的危险性，生产中应注意安全。 由于以上特点，冲压生产被广泛用于汽车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表以及飞机、国防、日用工业等部门。,5.1.3 冲压加工的基本工序 由于冲压件的形状、尺寸和精度不同，因此，冲压所采用的工序种类各异。据其变形特点，可以分为以下两大类。 分离工序：使板料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压件（俗称
4、冲裁件）的工序。分离工序主要包括冲孔、落料、切边等工序。 成形工序：材料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得的一定形状、尺寸和精度冲压件的加工工序。成形工序主要包括弯曲、拉深、翻边、胀形、缩口等。 常用的冲压工序见表1.1。,表5-1 常用的冲压工序,此外，为了提高劳动生产率，常将两个以上的基本工序合并成一个工序，如落料拉深、 切断弯曲、冲孔翻边等，称为复合工序。在生产实际中，对于批量生产的零件绝大部分是采用复合工序。,5.2 板料塑性变形及其基本规律,冲压件的冲压成形过程，实质上是板料的塑性变形过程。关于塑性变形的基本理论，在有关塑性加工力学的著作中已有详尽、系统的论述，这里只对有关理论做简单
5、描述，而不再做细致的讨论。,5.2.1 金属塑性变形的基本概念,1.塑性 塑性是金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。它反映了金属的变形能力，是金属的一种重要的加工性能。塑性的大小可以用塑性指标来评定。如拉伸实验时塑性指标可以用延伸率和断面收缩率来表示。金属的塑性不是固定不变的，它受金属的组织、变形温度、变形速度、制件尺寸等因素的影响。,2.塑性变形 物体在外力的作用下产生变形，取消外力后，物体不能恢复到原始的形状与尺寸，这样的变形称为塑性变形。 3.变形抗力 变形抗力是指金属抵抗形状变化和残余变形的能力。变形抗力反映了材料塑性变形的难易程度。一般来说，塑性好，变形抗力
6、低，对冲压变形是有利的，但不能说某种材料塑性好，变形抗力就一定低。材料进行冷挤压时，在三向压应力作用下表现出很好的塑性，但冷挤压力同样也很大。,4.应力 在外力的作用下，物体内各质点之间会产生相互作用的力，称为内力。单位面积上的内力叫做应力。应力有正应力和剪应力，正应力用表示，剪应力用表示。应力的单位一般用MPa。 5.应变 当物体受外力和内力作用时，要发生变形。表示物体变形大小的物理量称为应变。与应力一样，应变也有正应变和剪应变。正应变用表示，剪应变用表示。,6.点的应力状态 材料内每一点的受力情况，通常称为点的应力状态。点的应力状态通过在该点所取的单元体上相互垂直的各个表上的应力来表示，如
7、图5-1（a）所示。一般可沿坐标方向将这些力分解为九个应力分量，其中包括三个正应力和六个剪应力，如图5-1（b）所示。 7.主应力 对任何一种应力状态，总是存在这样一组坐标系，使得单元体各表面只出现正应力。而没有剪应力，如图5-1（c）所示。这三个正应力称为主应力，分别用、表示。当应力0时称为拉应力，当应力0时称为压应力。,图5-1 点的应力状态,返回,实验证明，应力状态对金属的塑性影响很大，压应力的数目越多，数值越大，金属的塑性越好，拉应力的数目越多，数值越大，金属的塑性就越差,8.主应变与主应变图 变形体内存在应力必定伴随应变，点的应变状态也是通过单元体来表示的。与应力状态相似，也可以用应
8、变状态图来表示点的应变状态，同样，也可以找到一组坐标系，使得单元体各表面只出现主应变分量、而没有切应变分量，如图5-2（a）所示。一种应变状态只有一级主应变。其可能的应变状态仅有三种，如图5-2（b）所示。,应变状态对金属塑性有很大的影响。由实践可知，单向压缩得到的变形程度比单向拉伸大得多，三向压应力状态的挤压比二向压缩一向拉伸的拉丝能发挥更大的塑性。应力状态中的压应力个数多、压应力大，则塑性好；反之，压应力个数少、压应力小，甚至存在拉应力，则塑性就差。这是因为材料的裂纹与缺陷在拉应变的方向易于暴露和发展，沿着压应变的方向则不易暴露和发展。,图5-2 主应变状态图,返回,5.2.2 应力-应变
9、曲线,图5-3是低碳钢拉伸试验下的条件应力-应变曲线。从图中看出，材料在应力达到初始屈服极限时开始塑性变形，此时，应力不太增加的情况下能产生较大的变形，图上出现一个平台，这一现象称为屈服。经过一段屈服平台后，应力就开始随着应变的增大而上升(如图中cGb曲线)。如果在变形中途(如图中G处)卸载，应力应变将沿GH直线返回，使弹性变形(HJ)回复而保留其塑性变形(oH)。若对试件重新加载，这时曲线就由H出发，沿HG直线回升，进行弹性变形，直到G点才开始屈服，以后的应力应变就仍按GbK曲线变化。可见G点处应力是试样重新加载时的屈服应力。,图5-3 低碳钢拉伸试验下的应力一应变曲线,返回,如果重复上述卸
10、载、加载过程，就会发现，重新加载时的屈服应力由于变形的逐次增大而不断地沿Gb曲线提高，这表明材料在逐渐硬化。材料的加工硬化对板料的成形影响很大，不仅使变形力增大，而且限制毛料的进一步变形。例如拉深件进行多次拉深时，在后次拉深之前一般要进行退火处理，以消除前次拉深产生的加工硬化。但硬化有时也是有利的，如在伸长类成形工艺中，能减少过大的局部变形，使变形趋向均匀。,为了实用上的需要，必须把应力一应变曲线用数学式表示出来。但是，由于各种材料的硬化曲线具有不同的特点，用同一个数学式精确地把它们表示出来是不可能的，目前常用的几种硬化曲线的数学表达式都是近似的。例如应力-应变曲线的线性表达式为： =0+F
11、（5-1） 式中 近似的屈服极限，也是硬化直线在纵坐标轴上的截距； F 硬化直线的斜率，称为硬化模数，它表示材料硬化强度的大小。,5.2.3 塑性变形体积不变定律,实践证明，在物体的塑性变形中，变形前的体积等于变形后的体积，这就是金属塑性变形体积不变定律。它是以后我们进行变形工序中毛坯尺寸计算的依据。用公式表示为： 1 + 2 + 3 =0 （5-2）,5.2.4 塑性变形最小阻力定律,在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，当变形体的质点有可能沿不同方向移动时，则每个质点沿最小阻力方向移动，这就是最小阻力定律。坯料在模具中变形，其最大变形将沿最小阻力的方向。最小阻力定律在冲压工艺中
12、有十分灵活和广泛的应用，能正确指导冲压工艺及模具设计，解决实际生产中出现的质量问题。,5.2.5 塑性条件,所谓塑性条件就是在单向应力状态下，如果拉伸或压缩应力达到材料的屈服点便可以屈服，从弹性状态进入塑性状态。但对复杂应力状态就不能仅仅根据一个应力分量来判断一点是否已经屈服，而要同时考虑各应力分量的综合作用。那么，在复杂应力状态下，各应力分量之间符合某种关系时，才能同单向应力状态下确定的屈服点等效，从而使物体从弹性状态进入塑性状态，此时，应力分量之间的这种关系就称为塑性条件，或称为屈服准则。,塑性条件必须经过实验验证。经过实践考验并为大家公认的塑性条件有两种：屈雷斯加（H.Tresca）屈服
13、准则和密西斯（Von Mises）屈服准则。 1.屈雷斯加屈服准则 1864年法国工程师屈雷斯加（H.Tresca）认为：材料中最大剪应力达到一定值时开始屈服，即屈雷斯加屈服准则，其数学表达式为： （5-3） （5-4） 式中： 材料的屈服极限。,2.密西斯（Von Mises）屈服准则 1913年德国学者密西斯（Von Mises）提出：在一定的变形条件下，无论变形物体所处的应力状态如何，只要其三个主应力满足以下条件，材料便开始屈服，即密西斯屈服准则，其数学表达式为：,（5-5）,5.2.6 应力与应变的关系,物体受力产生变形，所以应力与应变之间一定存在某中关系。当物体产生弹性变形时，应力与
14、应变之间的关系是线形的、变形过程是可逆的，其变形可以恢复，与物体的加载过程无关，应力与应变之间的关系可以通过广义虎克定律来表示。但物体进入塑性变形后，其应力与应变的关系就不同了。在单向受拉或受压时，应力与应变关系可以用硬化曲线来表示，然而在受到双向或三向应力作用时，变形区的应力与应变关系相当复杂。研究表明，简单加载（加载过程中只加载不卸载，且应力分量之间按一定比例递增）时，塑性变形的每一瞬间，主应力与主应变之间存在以下关系：,也可表示为：,（5-6）,（5-7）,式中，C为非负数的比例常数。在一定条件下，C只与材料性质及变形程度有关，而与物体所处的应力状态无关，故C值也可由单向拉伸实验求出。
15、上述物理方程又称为塑性变形时的全量理论。,5.3 冲压常用材料,5.3.1 冲压加工对材料的要求 冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求，还应当满足冲压工艺的要求和冲压后的加工要求（如切削加工、电镀、焊接等）。冲压工艺对材料的基本要求是： 1. 良好的塑性 对于冲压成形工序，为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应该具有良好的塑性。对于分离工序，塑性好的材料可以得到较好的断面质量。对变形工序，塑性好，材料允许的变形程度大，可以减少冲压工序次数及中间退火次数。,2. 良好的表面质量 冲压时一般要求冲压材料表面光洁、平整，无氧化皮、裂纹、锈斑、划痕等缺陷。表面质量好的材料，冲压时工件不易破
16、裂，废品较少；模具不易擦伤，寿命提高，而且制件的表面质量好。 3. 符合国家标准的厚度公差 材料的厚度公差应符合国家标准规定，一定的模具间隙适应于一定厚度的材料，厚度公差太大，将影响工件质量，并可能损伤模具和设备。,5.3.2 冲压加工常用材料及其力学性能 冲压加工常用的材料包括金属材料和非金属材料两类，金属材料又分为黑色金属和有色金属两类。 常用的黑色金属材料有： （1）普通碳素钢钢板 如 Q195、Q235等。 （2）优质碳素结构钢钢板 如 08、08F、10、 20等。 （3）低合金结构钢板 如 Q345（16Mn）、 Q295（09Mn2）等。 （4）电工硅钢板 如 DT1、DT2。 （5）不锈钢板 如 1Cr18Ni9Ti、1Cr13等。,常用的有色金属有铜及铜合金，牌号有T1、T2、H62、H68等，其塑性、导电性与导热性均很好；还有铝及铝合金，常用的牌号有1060、1050A、3A21、2A12等，有较好的塑性，变形抗力小且轻
