《冲压模具设计与制造》课件-第一章冲压模具设计与制造基础.ppt

模具设计与制造专业主干专业课程 模具设计与制造专业主干专业课程 授课学时：80学时 课程任务：1.了解常见冲压工序的变形规律； 2.认识冲压成形工艺方法、冲压模具典型结构 、冲 压模具加工方法与手段； 3.掌握冲压工艺与模具设计方法、冲压模具制 造工艺设计方法； 4.具备进行中等复杂冲压零件的冲压工艺编制 、冲模设计、冲模制造工艺编制的能力。 课程性质：模具设计与制造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 高职高专系列配套电子教案 目录 第一章 冲压模具设计与制造基础 第二章 冲裁工艺与冲裁模设计 第三章 弯曲工艺与弯曲模设计 第四章 拉深工艺与拉深模设计 第五章 其它成形工艺与模具设计 第六章 多工位级进模的设计 第七章 典型冲压模具零件制造与装配 第八章 冲压模具设计与制造实例 总目录 第一章 冲压模具设计与制造基础 内容简介： 本章讲述冲压模具设计与制造的基础知识。 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、选用原则；冲压成形基本原理和规律；冲 压成形性能及常见冲压材料；模具材料种类、性能、选用原 则及热处理方法；模具制造特点、模具零件加工方法及应用 等 。 第一章 冲压模具设计与制造基础 学习目的与要求： 1掌握冲压和冲模概念、冲压工序和冲模分类； 2认识常见冲压设备，掌握选用原则； 3掌握屈服准则、塑性变形时应力应变关系、体积不变条 件、硬化规律、卸载弹性恢复规律和反载软化现象、最小阻 力定律等冲压成形基本规律； 4了解冲压成形性能与机械性能关系，认识常见冲压材料 ； 5了解常见模具材料，掌握选用原则； 6认识模具制造特点，掌握模具零件加工方法。 第一章 冲压模具设计与制造基础 冲压成形基本概念、冲压设备及选用、冲压成形基本规 律及应用、冲压成形性能与机械性能关系、常见模具材料及 选用、常用模具零件加工方法及应用。 重点： 难点： 冲压成形基本规律、冲压成形性能与机械性能关系、模 具零件加工方法及应用。 第一节 冲压成形与模具技术概述 冲压： 一、冲压与冲模概念 第一章 冲压模具设计与制造基础 1.基本概念 冲压生产场景 室温下 压力机 模具 材料 分离或塑性变形。 第一章 冲压模具设计与制造基础 加工对象：主要金属板材 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 第一节 冲压成形与模具技术概述 一、冲压与冲模概念 1.基本概念（续） 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 ）。 第一章 冲压模具设计与制造基础 第一节 冲压成形与模具技术概述 一、冲压与冲模概念 1.基本概念（续） 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 第一章 冲压模具设计与制造基础 特别强调：冲压模具重要性 冲模一种特殊工艺装备。 冲模与冲压件有 “一模一样”的关系。冲模没有通用 性。 冲模是冲压生产必不可少的工艺装备，决定着产品的质量 、效益和新产品的开发能力。 冲模的功能和作用、冲模设计与制造方法和手段，决定了 冲模是技术密集、高附加值型产品。 第一节 冲压成形与模具技术概述 一、冲压与冲模概念 1.基本概念（续） 2冲压成形加工特点 第一章 冲压模具设计与制造基础 低耗、高效、低成本 “一模一样”、质量稳定、高一致性 可加工薄壁、复杂零件 板材有良好的冲压成形性能 模具成本高 所以，冲压成形适宜批量生产。 第一节 冲压成形与模具技术概述 一、冲压与冲模概念 冲压加工是制造业中最常用的一种材料成形加工方法。 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 2冲压成形加工特点（续） 第一节 冲压成形与模具技术概述 一、冲压与冲模概念 冲压成形产品示例二高科技产品 二、冲压工序的分类 第一章 冲压模具设计与制造基础 根据材料的变形特点分： 第一节 冲压成形与模具技术概述 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b ，使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分 离工序主要有剪裁和冲裁等。 第一章 冲压模具设计与制造基础 成形工序：冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限s， 但未达到强度极限b，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。 二、冲压工序的分类（续） 第一节 冲压成形与模具技术概述 1.冲模的分类 三、冲模 冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模等。 第一章 冲压模具设计与制造基础 （2）根据工序组合程度分类： 单工序模、复合模、级进模 第一节 冲压成形与模具技术概述 （1）根据工艺性质分类： 2.冲模组成零件 第一章 冲压模具设计与制造基础 冲模通常由上、下模两部分构成。组成模具的零件主要有两类： 结结构零件： 工艺艺零件： 三、冲模（续） 第一节 冲压成形与模具技术概述 直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触 ，包括：工作零件、定位零件、卸料与压料零 件等； 不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接 触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对 模具功能起完善作用，包括：导向零件、紧固零 件、标准件及其它零件等. 冲压产品生产流程： 四、冲模设计与制造的要求 第一章 冲压模具设计与制造基础 第一节 冲压成形与模具技术概述 （冲压）产品设计 冲压成形工艺设计 冲压模具设计冲模制造 冲压产品生产 相互影响 相互关联 冲模设计与制造流程图 冲压模具设计与制造包括冲压压工艺设计艺设计、模具设计设计与模具 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 冲压模具设计与制造基础 四、冲模设计与制造的要求（续） 第一节 冲压成形与模具技术概述 冲模设计与制造必须有系统观统观 点，必须考虑企业实际情况 和产品生产批量，在保证产品质量的前提下，寻求最佳的技术术 经济经济 性。 片面追求生产效率、模具精度和使用寿命必然导致成本的 增加，只顾降低成本和缩短制造周期而忽视模具精度和使用寿 命必然导致质量的下降。 第一章 冲压模具设计与制造基础 四、冲模设计与制造的要求（续） 第一节 冲压成形与模具技术概述 1.我国冲压技术现状 技术落后、经济效益低。 主要原因：冲压基础理论与成形工艺落后； 模具标准化程度低； 模具设计方法和手段、模具制造工艺及设备落后； 模具专业化水平低。 所以，结果导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等 方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。 五、冲压技术现状与发展方向 第一章 冲压模具设计与制造基础 第一节 冲压成形与模具技术概述 第一章 冲压模具设计与制造基础 2.冲压技术发展方向 产品市场变化：技术发展： 牵引 推动 冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规 机械加工技术向以计算机辅助设计（cad）、数控切削加工、数 控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（cad/cam）技术转变 。 五、冲压技术现状与发展方向（续） 第一节 冲压成形与模具技术概述 多品种、少批量，更新换代速度快计算机技术、制造新技术 (1)冲压成形理论及冲压工艺 加强理论研究，开展cae技术应用。 开发和应用冲压新工艺。 第一章 冲压模具设计与制造基础 满足产品开发在满足产品开发在t(time)t(time)、q(quality)q(quality)、 c(cost)c(cost)、 s(service)s(service)、e(environment)e(environment)的要求。的要求。 五、冲压技术现状与发展方向（续） 第一节 冲压成形与模具技术概述 2.冲压技术发展方向 第一章 冲压模具设计与制造基础 (2)模具先进制造工艺及设备 五、冲压技术现状与发展方向（续） 第一节 冲压成形与模具技术概述 2.冲压技术发展方向（续） 数控化、高速化、复合化加工技术 先进特种加工技术 精密磨削、微细加工技术 先进工艺装备技术 数控测量 效率和质量是制造业的永恒主题。 第一章 冲压模具设计与制造基础 (3)模具新材料及热、表处理 提高使用性能,改善加工性能 ，提高寿命。 (4)模具cad/cam技术 二、三维相结合的数字化设计技术与数字化制造技术。 模具行业是最早应用cad/cam技术的行业之一。 (5)快速经济制模技术 加快模具的制造速度，降低模具生产成本。适应小批 量试制。 (6)先进生产管理模式 并行工程思想、标准化、专业化生产。 五、冲压技术现状与发展方向（续） 第一节 冲压成形与模具技术概述 2.冲压技术发展方向（续） 第一章 冲压模具设计与制造基础 模具工业是国民经济的基础工业，是高技术行业。模 具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造 水平高低的重要标志之一。 模具在日本被誉为“进入富裕社会的原动力”、在德国被 称为“金属加工业中的帝王”。 模具设计与制造专业人才 是制造业紧缺人才。 五、冲压技术现状与发展方向（续） 第一节 冲压成形与模具技术概述 第一章 冲压模具设计与制造基础 我国模具工业发展十分迅速，19962002年间，模具 产值年平均增速在14%左右。 由上可见，模具技术是先进制造技术的重要代表，模 具工业是高新技术产业的一个重要组成部分，模具工业 又是高新技术产业化的重要领域。 五、冲压技术现状与发展方向（续） 第一节 冲压成形与模具技术概述 总 结 第一章 冲压模具设计与制造基础 冲压与冲模概念 冲压工序的分类 冲模的分类 冲模设计与制造要求 冲压技术现状与发展方向 冲模重要性 第一节 冲压成形与模具技术概述 第一章 冲压模具设计与制造基础 冲模设计与制造场景 冲模设计 冲模制造 第一章 冲压模具设计与制造基础 多工位精密级进模 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 第一章 冲压模具设计与制造基础 冲压成形产品示例二 高科技产品 汽车覆盖件 飞机蒙皮 第一章 冲压模具设计与制造基础 数控高速铣削加工 高效 、高精度 、高的表面质量 、可加工高硬材料 第一章 冲压模具设计与制造基础 五轴车铣中心 多轴联动、复合加工 五轴加工中心 第一章 冲压模具设计与制造基础 慢走丝线切割技术 加工精度可达到1.5m， 加 工表面粗糙度ra0.10.2m。 第一章 冲压模具设计与制造基础 精密坐标磨床 成型磨床数控光学曲线磨床 精密磨削、微细加工技术 第一章 冲压模具设计与制造基础 3r装夹系统（统一工艺基准定位系统）应用 先进工艺装备技术 第一章 冲压模具设计与制造基础 三坐标数控测量 第一章 冲压模具设计与制造基础 第一章 冲压模具设计与制造基础 第一章 冲压模具设计与制造基础 复习上次课内容 1.冲压、冲模 第一章 冲压模具设计与制造基础 2.冲压工序及冷冲模的分类 3.冲模设计与制造的要求 第二节 冲压设备及选用 第一章 冲压模具设计与制造基础 建议本次课采用现场教学。 第二节 冲压设备及选用 机械压力机（以jxx表示其型号） 一、常见冲压设备 第一章 冲压模具设计与制造基础 液压机（以yxx表示其型号） 摩擦压力机 曲柄压力机 数控冲床 油压机 水压机 工作原理与特点：如表1.2.1所示 第二节 冲压设备及选用 （一）压力机类型的选择 二、冲压设备的选用 第一章 冲压模具设计与制造基础 （二）压力机规格的选择 1.公称压力 2.滑块行程长度 3.行程次数 4.工作台面尺寸 5.滑块模柄孔尺寸 6.闭合高度 7.电动机功率的选择 根据工序性质、生产批量、冲件质量等要求进行选择。 第二节 冲压设备及选用 三、模具的安装 第一章 冲压模具设计与制造基础 一般次序： 1.检查台面、闭合高度、打料装置等。 2.根据冲模的闭合高度调整压力机滑块的高度， 并分别固 定上、下模部分。 3. 试冲。 第二节 冷冲压设备及选用 本章思考与练习题3 作业布置： 第一章 冲压模具设计与制造基础 第一章 冲压模具设计与制造基础 公称压力： 压力机许用压力曲线： 冲裁、弯曲时压力机的吨 位应比计算的冲压力大30%左 右。 压力机的许用压力曲线 1压力机许用压力曲线 2冲裁工艺冲裁力实际 变化曲线 3拉深工艺拉深力实际变化曲线 滑块下滑到距下极 点某一特定的距离sp或曲柄旋转 到距下极点某一特定角度时 ，所产生的冲击力称为压力机 的公称压力。 实际冲压力曲线与与压力 机许用压力曲线不同步。 拉深时压力机吨位应比计 算出的拉深力大60%100%。 第一章 冲压模具设计与制造基础 压力机的闭合高度： 压力机的装模高度： 模具的闭合高度： 理论上为： 实用上为： 模具闭合高度与装模高度的关系 指滑块在下止点时，滑块底面到工作 台上平面（即垫板下平面）之间的距离。 指压力机的闭合高度减去垫板厚度的 差值。 指冲模在最低工作位置时，上模座上平面 至下模座下平面之间的距离。 hmin-h1hhmaxh1 hmin-h10hhmax-h5 第一章 冲压模具设计与制造基础 曲柄压力机 第一章 冲压模具设计与制造基础 数控冲床 第一章 冲压模具设计与制造基础 摩擦压力机传动系统 1-电机 2-传送带 3、5-摩擦盘 4-轴 6-飞轮 7、10-连杆 8-螺母 9-螺杆 11-挡块 12-滑块 13-手柄 第一章 冲压模具设计与制造基础 偏心压力机传动系统 1-滑块 2-连杆 3-制动装置 4-偏心轴 5-离合器6-皮带轮 7-电机 8-操纵机构 第一章 冲压模具设计与制造基础 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 第一章 冲压模具设计与制造基础 油 压 机 第一章 冲压模具设计与制造基础 表1.21 常用冷冲压设备的工作原理和特点 类 型 设备名 称 工作原理特点 机 械 压 力 机 摩擦压 力机 利用摩擦盘与飞轮之间相互 接触并传递动力，借助螺杆 与螺母相对运动原理而工作 。其传动系统如图1.2.1 所示 。 结构简单，当超负荷 时，只会引起飞轮与 摩擦盘之间的滑动， 而不致损坏机件。但 飞轮轮缘磨损大，生 产率低。适用于中小 型件的冲压加工，对 于校正、压印和成形 等冲压工序尤为适宜 。 曲柄压 力机 利用曲柄连杆机构进行工作，电机通过皮 带轮及齿轮带动曲轴传动，经连杆使滑块 作直线往复运动。曲柄压力机分为偏心压 力机和曲轴压力机，二者区别主要在主轴 ，前者主轴是偏心轴，后者主轴是曲轴。 偏心压力机一般是开式压力机，而曲轴压 力机有开式和闭式之分。偏心压力机和曲 轴压力机的传动系统如图1.2.2 和图 1.2.3所示。 生产率高，适用 于各类冲压加工 高速冲 床 工作原理与曲柄压力机相同，但其 刚度、精度、行程次数都比较高， 一般带有自动送料装置、安全检测 装置等辅助装置。 生产率很高，适用 于大批量生产，模 具一般采用多工位 级进模。 液 压 机 油压机 水压机 利用帕斯卡原理，以水或油为工作 介质，采用静压力传递进行工作， 使滑块上、下往复运动。 压力大，而且是静 压力，但生产率低 。适用于拉深、挤 压等成形工序。 复习上次课内容 如何选择冲压设备？ 第一章 冲压模具设计与制造基础 第三节 冲压变形理论基础 塑性： 表示材料塑性变形能力。它是指固体材料在外力作用下发 生永久变形而不破坏其完整性能力。 一、塑性变形的基本概念 塑性指标： 衡量金属塑性高低的参数。常用塑性指标为延伸率和断 面收缩率。 第一章 冲压模具设计与制造基础 变形： 弹性变形、塑性变形。 第三节 冲压变形理论基础 金属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸发生变化 ，而且其内部的组织和性能也将发生变化。一般会产生加工硬 化或应变刚现象： 二、塑性变形对金属组织和性能的影响 金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和硬度逐渐 增加，而塑性和韧性逐渐降低； 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料产生各向 异性； 由于变形不均，会在材料内部产生内应力，变形后作为残 余应力保留在材料内部。 第三节 冲压变形理论基础 1点的应力与应变状态 为了全面、完整地描述变形区内各点的受力和变形情况 。 三、塑性力学基础 应力正应力、剪应力 第一章 冲压模具设计与制造基础 应力状态： 主应力状态 类似有应变状态的概念。一般认为金属材料在塑性变形时体积 不变， 因此主应变状态图只有三种。 通常是围绕该点取出一个微小（正）六面体（即所谓 单元体），用该单元体上三个相互垂直面上的九个应力分量来 表示。已知该九个应力分量，则过此点任意切面上的应力都可 求得。 塑性变形可能出现九种主应力状态。 第三节 冲压变形理论基础 2金属的屈服条件 三、塑性力学基础（续） 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 屈服塑性状态，主要取决于两方面的因素： （1）在一定的变形条件（变形温度和变形速度）下材料的物理 机械性质转变的根据； （2）材料所处的应力状态转变的条件。 单向应力状态： =s 一般应力状态：1-3=s 第三节 冲压变形理论基础 3金属塑性变形时的应力应变关系 三、塑性力学基础（续） 弹性变形阶段：应力与应变之间的关系是线性的、可逆的 ，与加载历史无关； 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 塑性变形阶段：应力与应变之间的关系则是非线性的、 不可逆的，与加载历史有关。 第三节 冲压变形理论基础 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 （1）应力分量与应变分量符号不一定一致，即拉应力不一定 对应拉应变，压应力不一定对应压应变； （2）某方向应力为零其应变不一定为零； （3）在任何一种应力状态下，应力分量的大小与应变分量的大 小次序是相对应的，即123，则有123。 （4）若有两个应力分量相等，则对应的应变分量也相等，即 若12，则有12。 几点讨论结论 3金属塑性变形时的应力应变关系（续） 三、塑性力学基础（续） 第三节 冲压变形理论基础 1硬化规律 四、金属塑性变形的一些基本规律 加工硬化： 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 硬化曲线： =an 塑性降低，变形抗力提高。能提高变形均匀性。 实际应力曲线或真实应力曲线。表示硬化规律。 这种变化规律可近似用指数曲线表示。 第三节 冲压变形理论基础 2卸载弹性恢复规律和反载软化现象 四、金属塑性变形的一些基本规律（续） 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 反载软化曲线 第三节 冲压变形理论基础 3体积不变条件 四、金属塑性变形的一些基本规律（续） 金属材料在塑性变形时，体积变化很小，可以忽略不计。 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，可证明满足： 1 +2 + 3 = 0 第三节 冲压变形理论基础 4最小阻力定律 四、金属塑性变形的一些基本规律（续） 在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，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。 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 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。这就是塑性变形中的最小阻力定律。 弱区先变形，变形区为弱区 第三节 冲压变形理论基础 4最小阻力定律（续） 四、金属塑性变形的一些基本规律（续） 控制变形的趋向性： 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 措施： （1）材料本身的特性 开流 和 限流 冲压工序的性质 （2）板料的应力状态工艺参数 模具结构参数（如凸模、凹模工作 部分的圆角半径，摩擦和间隙等。 第三节 冲压变形理论基础 1冲压成形性能 五、冲压材料及其冲压成形性能 材料的冲压成形性能： 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 材料的冲压性能好 成形极限高 成形质量好 便于冲压加工 冲压成形性能是一个综合性的概念 成形极限高 成形质量好 材料对各种冲压加工方法的适应能力 。冲压加工的依据。 第三节 冲压变形理论基础 2冲压成形性能的试验方法 五、冲压材料及其冲压成形性能（续） 间接试验和直接试验 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 3板料的机械性能与冲压成形性能的关系 板料的强度指标越高，产生相同变形量的力就越大； 塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大； 刚度指标越高，成形时抵抗失稳起皱的能力就越大。 不同冲压工序对板料的机械性能的具体要求有所不同。 第三节 冲压变形理论基础 4冲压材料 五、冲压材料及其冲压成形性能（续） （1）对冲压材料的要求 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 b对材料厚度公差的要求 c对表面质量的要求 a对冲压成形性能的要求 （2）常用冲压材料 黑色金属、有色金属、非金属材料 本章思考与练习题5 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 第三节 冲压变形理论基础 作业布置： 点的应力状态 a）任意坐标系 b）主轴坐标系 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 9种主应力状态图 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 3种主应变状态图 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 金属的应力-应变图 1-实际应力曲线 2-假象应力曲线 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 硬化曲线 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 方板拉深试验 最小阻力定律试验 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 变形趋向性对冲压工艺和影响 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 环形毛坯的变形趋向 （）变形前的模具与毛坯（）拉深（）翻边（）胀形 第一章 冷冲压模具设计与制造基础 复习上次课内容 1.简述金属的屈服条件、硬化规律、卸载弹性恢复规律和反 载软化现象、最小阻力定律。 第一章 冲压模具设计与制造基础 2.简述冲压成形中的变形趋向性及其控制。 3.冲压成形性能的概念。 4.冲压工艺对材料的基本要求。 第四节 模具材料选用 不同冲压方法，其模具类型不同，模具工作条件有差异， 对模具材料的要求也有所不同。 冲模工作零件主要长期承受冲击和摩擦等。表1.4.1是不同 模具工作条件及对模具工作零件材料的性能要求。 一、冲压对模具材料的要求 第一章 冲压模具设计与制造基础 第四节 模具材料选用 二、冲模材料的选用原则 第一章 冲压模具设计与制造基础 1.根据模具种类及其工作条件，选用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、耐疲劳性等； 2.根据冲压材料和