《材料成形工艺 第2版 教学课件 ppt 作者 夏巨諶 张启勋 主编 第八章 冲压工艺及冲模设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料成形工艺 第2版 教学课件 ppt 作者 夏巨諶 张启勋 主编 第八章 冲压工艺及冲模设计（106页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、材料成形工艺,第八章 冲压工艺及冲模设计,第一节 概 述 第二节 冲 裁 第三节 弯 曲 第四节 拉 深 第五节 冲压模具设计 第六节 冲压工艺及模具设计实例,第一节 概 述,一、冲压加工的特点及其应用 二、冲压工艺的分类 三、板料冲压性能的试验方法 四、板料的成形极限 五、冲压加工自动化与柔性化,一、冲压加工的特点及其应用,冲压加工与其他加工方法相比，在技术和经济方面有如下特点：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。 2)由于利用模具加工，所以可获得其他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。
2、 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。 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。,二、冲压工艺的分类,表8-1 冲压工艺的分类,三、板料冲压性能的试验方法,(1)j与 均匀伸长率j是指试样拉深变形开始产生缩颈时的伸长率；是拉深试验中试样破坏时的总伸长率。 (2)屈强比s/b 屈强比对于材料冲压性能是一个极为重要的参数。 (3)硬化指数n 随着塑性变形程度的增加，材料的塑性指标降低，强度指标上升，这种现象称为加工硬化。 (4)板厚方向性系数r 板厚方向性系数r也称为r值，
3、是指板料试样拉深时，宽度方向应变b与厚度方向应变t之比，所以也称为塑性应变比。,三、板料冲压性能的试验方法,(5)板平面方向性(凸耳参数) 板料由于冶炼、轧制的原因，在板平面不同方向上的材料性能有差别，板料的这种特性称为板平面方向性。,三、板料冲压性能的试验方法,图8-1 板料的拉深试验 a)拉深试验用的试样 b)拉 深应力应变曲线,四、板料的成形极限,图8-2 板料的成形极限图,五、冲压加工自动化与柔性化,为了适应大批量、高效生产的需要，在冲压模具和设备上广泛应用了各种自动化的进、出料机构。对于大型冲压件，例如汽车覆盖件，专门配置了机械手或机器人，这不仅大大提高了冲压件的生产品质和生产率，而
4、且也增加了冲压工作和冲压工人的安全性。在中小件的大批量生产方面，现已广泛应用多工位级进模、多工位压力机及高速压力机。在小批量多品种生产方面，正在发展柔性制造系统(FMS)。为了适应多品种生产时不断更换模具的需要，已成功地发展了一种快速换模系统，现在换一副大型冲压模具，仅需68min即可完成。此外，近年来，集成制造系统(CIMS)也正被引入冲压加工系统，出现了冲压加工中心，并且使设计、冲压生产、零件运输、仓储、品质检验以及生产管理等全面实现自动化。,第二节 冲 裁,一、普通冲裁 二、精密冲裁,第二节 冲 裁,图8-3 垫圈,一、普通冲裁,1.冲裁过程的分析 2.冲裁件质量 3.冲裁模间隙 4.凸
5、模与凹模刃口尺寸的确定 5.冲裁力的计算及降低冲裁力的方法。 6.材料利用率,1.冲裁过程的分析,(1)弹性变形阶段 凸模与材料接触后，使材料压缩并产生拉深和弯曲弹性变形，此时，材料内应力没有超过材料的弹性极限。 (2)塑性变形阶段 当凸模继续下压，材料内部的应力值达到屈服点时开始产生塑性流动、剪切变形，同时还伴随有金属的拉深和弯曲。 (3)断裂分离阶段,1.冲裁过程的分析,图8-4 冲裁过程,(3)断裂分离阶段,图8-5 冲裁时剪切区受力状态 1凸模 2板料 3凹模,2.冲裁件质量,1)光亮带的形成，是在冲裁过程中模具刃口切入材料后，材料与模具刃口侧面挤压而产生塑性变形的结果。 2)断裂带是
6、在冲裁过程的最后阶段，材料剪断分离时形成的区域，是模具刃口附近裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面。 3)圆角形成的原因，是当模具压入材料时刃口附近的材料被牵连变形的结果，材料塑性越好，则圆角带越大。 4)毛刺是在冲裁过程中出现微裂纹时形成的，随后已形成的毛刺被拉长，并残留在冲裁件上。,2.冲裁件质量,图8-6 冲裁件切断面特征 a)落料件 b)冲孔件,冲件表面质量 图8-7 影响冲件表面质量的主要因素,2.冲裁件质量,冲件尺寸精度 图8-8 影响冲件尺寸精度的主要因素,2.冲裁件质量,3.冲裁模间隙,表8-2 普通冲裁断面的近似粗糙度值,3.冲裁模间隙,图8-9 间隙对冲裁件断面质量的影
7、响 a)间隙过小 b)间隙适中 c)间隙过大,3.冲裁模间隙,表8-3 普通冲裁断面允许的毛刺高度(单位：mm),4.凸模与凹模刃口尺寸的确定,(1)决定模具刃口尺寸及制造公差 (2)冲模的加工方式 有凸、凹模分别加工和配合加工两种，其刃口尺寸计算和模具制造公差的标注也不相同。 (3)计算和确定落料模和冲孔模刃口尺寸及其公差 以图8-10所示冲模刃口尺寸为例。,(3)计算和确定落料模和冲孔模刃口尺寸及其公差,图8-10 冲模刃口尺寸关系,5.冲裁力的计算及降低冲裁力的方法。,(1)冲裁力的计算 计算冲裁力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。 (2)降低冲裁力的方法 冲压生产中，由于设备条
8、件以及减少振动、噪声的需要，可以采用以下几种常用方法来降低冲裁力。,图8-11 斜刃冲模与阶梯凸模 a)斜刃冲模 b)阶梯凸模,5.冲裁力的计算及降低冲裁力的方法。,6.材料利用率,图8-12 冲裁废料类型 1结构废料 2工艺废料,二、精密冲裁,1.整修 2.光洁冲裁 3.齿圈压板冲裁(俗称精冲法),1.整修,(1)切掉余量整修法 切掉余量整修法与切削加工相似，整修质量受整修次数、整修余量以及整修模具结构等因素的影响。 (2)挤光整修法 对于塑性较好、材料厚度较大的工件，可以采用挤光原理进行整修。,1.整修,图8-13 整修工艺 a)、b)切掉余量整修 c)挤光整修,2.光洁冲裁,(1)小间隙
9、圆角刃口冲裁 如图8-14所示，设计模具时，将冲裁凸、凹模间隙采用小间隙，落料的凹模和冲孔的凸模带椭圆角或小圆角刃口。 (2)负间隙冲裁 如图8-15所示，负间隙是指落料凸模直径大于凹模直径，一般负间隙c为(0.050.3)t，圆形件约为(0.10.2)t。,图8-14 小间隙圆角刃口冲裁,(1)小间隙圆角刃口冲裁,表8-4 模具圆角半径(单位：mm),图8-15 负间隙冲裁,(2)负间隙冲裁,3.齿圈压板冲裁(俗称精冲法),图8-16 V形环齿圈压板精密冲裁,第三节 弯 曲,一、弯曲变形分析与工艺计算 二、弯曲变形的回弹,第三节 弯 曲,图8-17 各种典型弯曲零件举例,第三节 弯 曲,图8
10、-18 弯曲变形区切向力分布 a)平板毛坯的弯曲变形 b)弹性弯曲 c)弹-塑性弯曲 d)纯塑性弯曲 e)无硬化纯塑性弯曲,一、弯曲变形分析与工艺计算,1.板料弯曲变形分析 2.弯曲工艺计算及弯曲件质量分析,1.板料弯曲变形分析,图8-19 弯曲时毛坯横截面形状的变化 a)弯曲变形 b)窄板 c)宽板,2.弯曲工艺计算及弯曲件质量分析,(1)弯曲力的计算 弯曲力是弯曲工艺设计和选择设备、设计模具的重要依据。 (2)弯曲件毛坯长度的确定 弯曲毛坯尺寸通常按应变中性层的长度计算。 (3)最小相对弯曲半径 在保证弯曲毛坯外层纤维不发生破坏的条件下，弯曲件内表面所能达到的最小圆角半径称为最小弯曲半径r
11、min；最小弯曲半径与毛坯厚度之比，称为最小相对弯曲半径rmin/t。,图8-20 弯曲示意图 a)、b)自由弯曲 c)、d)校正弯曲,2.弯曲工艺计算及弯曲件质量分析,图8-21 单角弯曲件,2.弯曲工艺计算及弯曲件质量分析,二、弯曲变形的回弹,1.弯曲件回弹量的分析与计算 2.提高弯曲件精度的方法,1.弯曲件回弹量的分析与计算,(1)材料的力学性能 从前述公式可以看到，弯曲件回弹角与材料屈服点成正比，与材料弹性模量成反比。 (2)相对弯曲半径r/t 当r/t越大时，弯曲毛坯的塑性变形程度不大，而弹性变形相对比较大，则弯曲件的回弹量增大；当r/t越小时，弯曲毛坯外层的切向应变越大，此时的塑性
12、变形程度和弹性变形也同时增加，但由于弯曲毛坯塑性变形量很大，弹性变形占总变形量的比例相应地很小，所以弯曲件的回弹量也很小。 (3)弯曲角 弯曲角越大，弯曲变形区越长，即r越大，弯曲件回弹的值越大，使弯曲件回弹角增大；但对曲率半径的回弹没有影响。,1.弯曲件回弹量的分析与计算,(4)弯曲方式 自由弯曲时，弯曲件的约束小，回弹量大；当采用校正弯曲时，由于塑性变形程度大，形状冻结性好，弯曲回弹量减小。 (5)弯曲件形状 弯曲件形状复杂时，弯曲变形状态不一样，回弹方向也不一致，由于材料内部相互牵制，使弹性变形很难恢复，从而减小弯曲件回弹量。,1.弯曲件回弹量的分析与计算,图8-22 弯曲变形的回弹,2
13、.提高弯曲件精度的方法,(1)改进弯曲件局部结构和选用合适材料 利用弯曲毛坯不同形状回弹方向互相牵制、抵消的特点，对弯曲零件增加加强肋或改进局部结构，提高制件的刚性是减少弯曲回弹的有效措施(图8-23)。 (2)补偿法 在分析计算弯曲件回弹值之后，可以对弯曲模具工作部分的形状进行修正。 (3)校正法 在生产中将弯曲凸模做成局部突起的形状，使弯曲变形力集中作用在材料弯曲变形区，同时采用有底凹模，这样，使板厚方向承受很大的压力，改变弯曲变形区内、外层应力状态，成为三向受压，对变形区进行整形，使弯曲件校正，迫使其达到形状冻结效果(图8-25)。,图8-23 改进弯曲件局部结构,(1)改进弯曲件局部结
14、构和选用合适材料,(2)补偿法,图8-24 补偿法 a)中心单角补偿 b)侧面单角补偿 c)、d)双角补偿,图8-25 校正法 a)中部凸起校正 b)两边凸起校正,(3)校正法,第四节 拉 深,一、圆筒形件拉深变形与力学分析 二、圆筒形件拉深工艺,第四节 拉 深,图8-26 拉深过程应力与应变状态,一、圆筒形件拉深变形与力学分析,1.无压边圈的拉深 2.有压边圈的拉深,1.无压边圈的拉深,图8-27 凸缘变形区应力分布,2.有压边圈的拉深,当使用压边圈进行拉深时，圆筒直壁传力区所受拉应力除了凸缘变形所需的应力max之外，还包括由压边力FQ在凸缘变形区表面产生的摩擦阻力m、毛坯通过凹模圆角时产生
15、弯曲、校直变形的应力WZ和摩擦阻力。,二、圆筒形件拉深工艺,1.圆筒形件质量分析 2.拉深系数和拉深次数 3.拉深件毛坯尺寸的确定,1.圆筒形件质量分析,板料性能、毛坯尺寸和变形区应力状态对拉深工艺和产品质量有很大的影响。拉深成形中最容易出现的问题是起皱和拉裂。对于板料性能，如屈强比(s/b)越小，拉深就越有利，因为材料屈服点s小，有利于塑性流动，材料抗拉强度b越大，则不易拉断破裂。一般认为屈强比(s/b)0.65，伸长率28%的材料有较好的拉深性能。材料的相对厚度t/D对拉深过程的影响主要反映在抗失稳性能上，t/D越大，抗失稳能力越强。当t/D达到某值之后，则可以不需要或少需压边力，拉深力也
16、随之降低。当t/D较小时，由于变形区外边缘的切向压应力很大，往往会产生失稳而出现起皱。,2.拉深系数和拉深次数,图8-28 圆筒形件 拉深毛坯计算,3.拉深件毛坯尺寸的确定,圆筒形拉深件采用圆形毛坯进行拉深。为了简化毛坯计算，可以忽略拉深过程中板料厚度的变化。根据金属塑性变形体积不变条件，拉深毛坯尺寸直接按拉深前后毛坯和拉深零件面积相等的原则进行计算。,第五节 冲压模具设计,一、冲模的基本形式 二、冲模的主要零件与凸凹模设计 三、冲模的设计步骤与设计要点,第五节 冲压模具设计,图8-29 导板式简单冲裁模 1凸模 2导板 3凹模,一、冲模的基本形式,(1)简单模 模具在一次冲程中，只完成一道工序，称为简单模或单工序模。 (2)复合模 模具在一次冲程中，在模具同一位置上同时完成两道以上的工序，称为复合模。 (3)连续模 模具在一次冲程中，在模具不同位置，同时完成两道以上的工序，称为连续模或级进模，也可以称为跳步模、步进模(见图)。,(1)简单模,图8-30 导柱式简单冲裁模 1导柱 2导套 3挡料销,
