冲压模具基础培训课件

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1、1.3 冲压模具,按其用途可将模具分为：冷冲压模、塑料模、压铸模、锻模、粉末冶金模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、铸造用金属模等。按成形原理又可分为冲裁模和型腔模两大类。 冲裁模的分类 按工序性质分 有落料模、冲孔模、切边模、切断模、剖切模、整修模、精冲模、拉深模、弯曲模、翻边模等等。,1 冲压工艺基础,a) 落料模,b) 冲孔模,c) 剪切模,d) 修边模,e) 切口模,f) 剖切模,图1-1 冲裁模常见结构,1 冲压工艺基础,（2）弯曲模 将坯料弯曲成一定形状的模具。,1上模板；2凸模；3压边圈；4定位板；5凹模； 6凹模固定板；7下模板,图1-2 弯曲模,1 冲压工艺基础,（3）拉深模 将平板

2、料变成一定形状的空心件的模具（如图1-3）。,图1-3 拉深模,1 冲压工艺基础,按导向装置分 有无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、导筒模等。 按卸料装置分: 刚性卸料板和弹性卸料板冲模。 按挡料或定位方式分: 固定挡料销、活动挡料销、导正销和侧刃冲模。 按制造凸、凹模的材料分： 钢质冲模、硬质合金冲模、橡皮冲模、锌基合金冲模等。,按工序的组合分 有单工序模和多工序模。多工序模又分为连续模和复合模等。,1 冲压工艺基础,按送料、出件等方法分： 手动模、半自动模、自动模等。 按轮廓尺寸分：大型模、中型模、小型模。,1 冲压工艺基础,1.4 冲压模具常用材料 1.4.1 模具材料在模具工业中

3、的地位 模具材料是模具制造的基础，模具材料和热处理技术对模具的使用寿命、精度和表面粗糙度起着重要的甚至决定性的作用。因此，根据模具的使用条件合理选用材料，采用适当的热处理和表面工程技术以便充分发挥模具材料的潜力,1 冲压工艺基础,模具材料使用性能的好坏直接影响模具的质量和使用寿命； 模具材料的工艺性能将影响模具加工的难易程度、模具加工的质量和加工成本。 因此，在模具设计时，除设计出合理的模具结构外，还应选用合适的模具材料及热处理工艺，才能使模具获得良好的工作性能和较长的使用寿命。,1.4.2 冲模材料的要求和选用原则,1、冲压对模具材料的要求 (1)冲裁模具 具有高的耐磨性、冲击韧性以及耐疲劳

4、断裂性能。 (2)弯曲模具 具有高的耐磨性和断裂抗力 (3)拉深模具 具有高的硬度和耐磨性，凹模工作表面粗糙度比较低。,2、模具用材料 冲模所用材料主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、锌基合金、低熔点合金、环氧树脂、聚氨酯橡胶等。冲模中凸、凹模等工作零件主要为模具钢。 3、模具材料选用时还应考虑以下因素： (1)模具的工作条件 (2)模具结构因素 (3)模具的工作性质 (4)模具的加工手段 (5)热处理要求,4、冲模材料的选用原则 (1)根据模具种类及其工作条件，选用的材料要满足使用要求，应具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐冲击性、耐疲劳性。 (2)根据冲压材料和冲压件生产批量选用材料。

5、(3)满足加工要求，应具有良好的加工工艺性能，淬透性好、热处理变形小。 (4)满足经济性要求,1 冲压工艺基础,1.4.3 冲压模具常用材料及热处理要求 1.4.3.1 凸、凹模常用材料及热处理要求。,表1-5 凸、凹模常用材料及热处理（一）,1 冲压工艺基础,表1-5 凸、凹模常用材料及热处理（二）,1 冲压工艺基础,1.4.3.2 冲模一般零件的材料和热处理：,表1-6 冲模常用一般零件的材料及热处理要求（一）,1 冲压工艺基础,表1-6 冲模常用一般零件的材料及热处理要求,1 冲压工艺基础,表1-7 常用冷变形模具钢的预热和加热规范,1 冲压工艺基础,1.5 冲压常用材料 1.5.1 冲

6、压工艺对材料的要求 选择冲压用材料时，首先应满足冲压件的使用要求。一般来说，对于机器上的主要冲压件，要求材料具有较高的强度和刚度；电机电器上的某些冲压件，要求有较好的导电性和导磁性；汽车、飞机上的冲压件。要求有足够的强度，并尽可能减轻重量；化工容器要求耐腐蚀等等。所以不同的使用要求就决定了应选用不同的材料。但从冲压工艺考虑，材料还应满足冲压工艺要求，以保证冲压过程顺利完成。,(1) 冲压件的功能要求 对于分离工序，要求板料具有一定的塑性。对于成形工序，要求板料应具有良好的抗破裂性、贴模性和定形性,(2) 冲压工艺的要求 良好的塑性要求 良好的表面状态 材料的厚度应符合国家标准 材料化学成分的要

7、求,1 冲压工艺基础,对冲压所用材料的要求有： （a）良好的塑性要求 冲压性能是指板料对各种冲压加工方法的适应能力。冲压加工方法是以金属为塑性的加工方法，因此，要求材料具有良好的塑性。 对变形工序，塑性好，要求材料允许的变形程度大，则可以减少冲压工序次数及中间退火次数。对于分离工序，也要求一定的塑性，同时要求材料的屈服极限稍高一些，以利于冲裁后获得较高的断面质量。 材料塑性的高低，常用延伸率()、屈服强度常用s来表示。强度极限常用b来表示。,（b）良好的表面质量 表面质量好的材料，冲压时工件不易破裂，废品减少；模具不易擦伤寿命提高，而且制件的表面质量好。所以一般要求冲压材料表面光洁、平整，无氧

8、化皮、裂纹、锈斑、划痕等缺陷。 （c）符合国标规定的厚度公差 模具间隙是按材料厚度来确定的，所以材料厚度公差应符合国家规定的标准。否则厚度公差太大，将影响工件质量，并可能导致损坏模具和设备。 (d)材料化学成分的要求 根据零件的使用要求进行选择,1.5.2 冲压变形的理论基础,一、金属塑性变形的概念,冲压件的成形过程是板料发生塑性变形的过程。,塑性变形：变形力去除后，不能恢复原状的变形,金属的塑性变形： 当金属体受力较大，迫使原子偏离原来的稳定平衡位置，而达到邻近的稳定平衡位置，变形力去除后，原子就不再回到其原来位置，而是停留在邻近的稳定平衡位置上，因而变形就成为不可恢复的永久变形。,二、影响

9、塑性及变形抗力的主要因素,（1） 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。,影响金属塑性的因素包括两个方面：,金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等； 变形时的外部条件，如变形温度、变形速度以及变形方式等,1. 影响塑性及变形抗力的主要因素,反映了金属在外力作用下抵抗塑性变形的能力。,（2）变形抗力：,影响变形抗力的因素：,金属的内部性质 变形条件(即变形温度、变形速度和变形程度),塑性和变形抗力是两个不同的概念。通常说某种材料的塑性好坏是指受力以后临近破坏时的变形程度的大小，而不是指变形抗力的大小。 变形抗力是从力的角度反映塑性变形的难易程度。,塑性和变形抗力的区别

10、：,2. 对金属塑性变形的影响因素,成分和组织,变形温度（随着温度的升高，塑性增加，变形抗力降低）,a）随着温度的升高，发生了回复与再结晶,b） 温度升高，临界剪应力降低，滑移系增加,c） 新的塑性变形方式热塑性的产生。,d） 温度升高导致晶界的切变抗力显著降低， 晶界易于滑动,主要原因,变形速度（单位时间内的变化量）,a）高速时，位错更快的运动，金属晶体的临界剪应力升高，塑性降低,b）变形速度低，变形体吸收的变形能可转化为热能，使变形体温度升高，使金属软化。,应力应变状态,3、点的应力状态 (1)应力状态图 在变形物体中取出一个微小正六面体，用该单元体上相互垂直的三个面上的九个应力分量来表示

11、其所受的应力，这种图称为应力状态图。,(2)主应力图 单元体上只有正应力而无切应力，则此应力状态图称为主应力图。 主应力图（九种） 2种单向的， 3种双向的， 4种三向的,(3)球应力状态 若三个主应力的大小都相等（ ），即称为球应力状态。 (4)静水压力 三向等压应力称为静水压力。 在静水压力作用下的金属塑性将提高，静水压力越大，塑性提高越多，这种现象称为静水压效应。,(5)平均应力 单元体上3个正应力的平均值。即,(5) 等效应力 （应力强度）,4. 点的应变状态,点的应变状态也是通过单元体的变形来表示的。点的应变状态也是一个张量。当采用主轴坐标系时，单元体就只有3个主应变分量 和 ，而没

12、有剪应变分量。用主轴坐标系表示的应变状态简图称为主 应变图。,拉深变形 主要表现为压缩类成形特点。 如圆筒形工件拉深时的变形区或非轴对称制件拉深时的变形区内局部,应力简图：,胀形变形 属伸长类成形。 如平板毛坯或中空毛坯胀形时的变形区、翻边成形时的变形区,应力简图：,缩口变形 属压缩类成形。 如空心毛坯缩口时的变形区,应力简图：,剪切变形 接近与压缩类成形。 如非轴对称制件成形时变形区内某局部,应力简图：,弯曲变形 应力与变形在厚度方向上分布不均。 如各种弯曲工序和各种成形工序中毛坯与模具曲面或圆角接触的部位。,应力简图：,三、应力应变曲线（硬化曲线）,加工硬化 金属在变形过程中随着变形程度的

13、增加，变形抗力增加，硬度提高，塑性降低的现象称为加工硬化。,1、应力应变曲线（硬化曲线）,用载荷与试棒初始截面的比值来表示,塑性变形,弹性变形回复,低碳铡拉伸应力应变曲线,真实应力 材料开始塑性变形时的应力称为屈服应力。一般金属材料在塑性变形过程中产生硬化，屈服应力不断变化，这种变化着的实际屈服应力就是真实应力（亦称变形抗力）。,2、真实应力应变曲线（加工硬化曲线）,用应变和真实应力制成的真实应力应变曲线又称为加工硬化曲线，表示材料变形抗力与变形程序的关系曲线。,2、真实应力应变曲线（加工硬化曲线）,在冲压生产中硬化曲线常用指数曲线表示，其数学表达式为：,与材料性能有关的系数,硬化指数,2、真

14、实应力应变曲线（加工硬化曲线）,n越大，表示变形过程中，材料变形抗力随变形程度的增加而迅速增长，同时不易出现 局部的集中变形和破坏，有利于增大伸长类零件成形时的变形极限。,不同C和n值的硬化曲线：,四、金属塑性变形的基本规律 1、金属屈服条件 材料受单向拉伸时，单向拉伸应力达到材料的屈服极限该质点即屈服；多向应力状态时，当各应力分量之间符合一定的关系时，质点进入塑性状态，这种关系称为屈服条件或屈服准则，也称为塑性条件或塑性方程。,工程中常用的屈服条件为：,最大主应力、最小主 应力和屈服应力 应力状态系数，其值在11.155之间。,屈雷斯加（H.Tresca）屈服准则:,米塞斯（Miss）屈服准

15、则:,2、应力应变关系 (1)增量理论 认为应力状态确定的不是塑性应变分量的全量而是它的瞬时增量。 (2)全量理论 认为在简单加载条件下，塑性变形的每一瞬间，主应变差与主应力差成比例。,为非负比例系数，是一个与材料性质和变形程度有关的函数，而与变形体所处的应力状态无关。,通过对塑性变形时应力应变关系的分析，可得出以下结论： 应力分量与应变分量符号不一定一致 某方向应力为零其应变不一定为零 在任何一种应力状态下，应力分量的大小次序与应变分量的大小次序是相对应的，即 ，则有 若有两个应力分量相等，则对应的应变分量也相等，即 ，则有,3、反载软化现象 反向加载时，由拉伸改为压缩，材料的屈服应力较拉伸

16、时的屈服应力有所降低。,反载软化曲线,4、最小阻力定律 当金属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻力最小的方向移动。 在冲压加工中，板料在变形过程中总是沿着阻力最小的方向发展。,方板拉深试验最小阻力定律试验,冲压成形正确控制金属流动的方法：,在需要金属流动的地方减少阻力，使其顺利流动，达到成形目的。,5、体积不变定律 金属塑性变形时，发生形状变化，而体积变化很小，一般可忽略不计。,限流,开流,在成形过程中，变形区和传力区或者说弱区和强区在一定条件下可以互相转化，改变某些条件就可以实现对变形趋向性的控制，其措施如下：,改变毛坯各部分的相对尺寸,改变模具工作部分的几何形状和尺寸。 如下图，增大凸模的圆角半径R凸，减小凹模的圆角半径R凹，翻边阻力减小，拉深阻力增