《模具设计与制造》教学课件第2章.ppt

模具设计与制造,教学重点（冲压模具设计与制造流程图）冲压工艺的类型、常用材料、常用设备冲压工艺（冲裁、弯曲、拉深）的变形分析冲压工艺（冲裁、弯曲、拉深）的工艺性分析冲压模（冲裁、弯曲、拉深）的设计及典型结构其他冲压工艺的设计教学难点冲压工艺（冲裁、弯曲、拉深）的变形分析冲压工艺（冲裁、弯曲、拉深）的工艺性分析冲压模（冲裁、弯曲、拉深）的设计,第2章冲压工艺与冲压模设计,2.1冲压工艺概述2.2冲裁工艺与冲裁模设计2.3弯曲工艺与弯曲模设计2.4拉深工艺与拉深模设计2.5其他冲压工艺,第2章冲压工艺与冲压模设计,2.1冲压工艺概述,2.1.1冲压工艺的特点（1）能冲压出其他加工工艺难以或无法加工的复杂形状的零件，如一些薄壳零件。（2）冲压零件的尺寸精度高，尺寸精度与模具的精度有关，而一般模具的制造精度高，因此冲压零件的尺寸比较稳定，互换性好，有的零件不需要进行再加工，就可达到使用要求。（3）冲压加工生产效率极高，每分钟可以生产上千件的工件。（4）材料利用率高，工件重量轻，刚度重量比和强度重量比高，冲压能耗小。（5）冲压生产操作简单，易于实现机械及自动化。（6）冲压加工中所用的模具一般比较复杂，生产周期长，成本较高，最适合批量较大的生产。对于单件、小批量生产，冲压工艺受到一定限制。,2.1冲压工艺概述,2.1.2冲压工艺的类型,2.1冲压工艺概述,2.1.3冲压常用材料,2.1冲压工艺概述,2.2.4冲压常用设备1、曲柄压力机1）压力机的分类2）曲柄压力机的结构3）曲柄压力机的主要技术参数2、摩擦压力机1）摩擦压力机的结构2）摩擦压力机的特点3、液压机1）液压机的工作原理2）液压机的特点3）液压机的主要技术参数4、冲压设备的选择要根据冲压工艺的性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择。,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.1冲裁变形分析,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.2冲裁件的工艺性分析1、形状尺寸的工艺性冲裁件最小圆角半径单位：mm凸出悬臂和凹槽的最小宽度单位：mm,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.2冲裁件的工艺性分析1、形状尺寸的工艺性冲孔的最小尺寸单位：mm2、精度和粗糙度要求的工艺性,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.3冲裁主要参数设计1、冲裁间隙的确定1)冲裁间隙对冲裁工艺的影响2)冲裁间隙的确定(1)理论确定法冲裁间隙系数(2)经验确定法,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.3冲裁主要参数设计2、凸、凹模刃口尺寸的计算1)刃口尺寸的计算原则(1)落料时，先确定凹模刃口尺寸，以凹模为基准，凹模刃口基本尺寸取接近于工件的最小极限尺寸(2)冲孔时，先确定凸模刃口尺寸，以凸模为基准，凸模刃口的基本尺寸取接近于工件的最大极限尺寸2)刃口尺寸的计算方法(1)凸模与凹模分开加工冲孔时落料时,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.3冲裁主要参数设计2、凸、凹模刃口尺寸的计算例2-1如下图所示的垫圈，材料为Q235，厚度t=3mm，试分别计算冲裁时凸、凹模的刃口尺寸及公差。,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.3冲裁主要参数设计2、凸、凹模刃口尺寸的计算(2)凸模与凹模配合加工冲孔时凸模落料时凹模形状复杂的冲裁工件,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.3冲裁主要参数设计2、凸、凹模刃口尺寸的计算例2-2加工如下图所示的工件，材料为45号钢，厚度t=2mm,试计算冲裁时凸、凹模的刃口尺寸及公差。,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.3冲裁主要参数设计3、冲裁力的计算1)冲裁力的计算2)卸料力、推件力和顶件力的计算,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.3冲裁主要参数设计3、冲裁力的计算3)总冲压力的计算总冲压力的计算要根据模具的结构而定，常用冲裁模计算公式如下：,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.3冲裁主要参数设计3、冲裁力的计算4)压力中心的计算,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.3冲裁主要参数设计4、排样与搭边1)排样分类,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.3冲裁主要参数设计4、排样与搭边2)搭边,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.3冲裁主要参数设计4、排样与搭边3)条料宽度的计算条料宽度的计算公式如下：以上一些数值可查阅相关手册获得,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.3冲裁主要参数设计4、排样与搭边4)送料步距及材料利用率材料的利用率计算公式如下,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.4冲裁模零(部)件设计1、冲裁模的分类及结构1）冲裁模分类按工序性质：落料模、冲孔模、切断模、切口模、剖切模、整修模、精冲模按工序组合程度：单工序模、复合膜、级进模2）冲裁模结构,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.4冲裁模零(部)件设计2、工作零件设计1）凸模设计(1)凸模的结构形式(2)凸模的固定方法(3)凸模长度的确定(4)凸模的材料,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.4冲裁模零(部)件设计2、工作零件设计2）凹模设计(1)凹模的结构形式(2)凹模厚度及凹模壁厚的确定凹模厚度凹模壁厚K为凹模厚度系数b为冲裁件最大外形尺寸(3)凹模的材料及固定方法,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.4冲裁模零(部)件设计3、定位零件设计1）挡料销固定挡料销活动挡料销,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.4冲裁模零(部)件设计3、定位零件设计,2）导正销,3）侧刃4）导料板与导料销,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.4冲裁模零(部)件设计4、卸料装置与推、顶件装置设计1）卸料装置刚性卸料装置弹性卸料装置,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.4冲裁模零(部)件设计4、卸料装置与推、顶件装置设计2）推、顶件装置,1模柄；2打料杆；3打料板；4打料销；5推件器；6凹模弹性推件装置,1顶件块；2顶杆；3托板；4橡胶顶件装置,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.4冲裁模零(部)件设计4、卸料装置与推、顶件装置设计3）弹性元件的选用与计算(1)弹簧的选用与计算(2)橡皮垫的选用与计算5、导向零件设计1）导板2）导柱和导套,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,2.2.4冲裁模零(部)件设计6、固定零件设计1）模柄2）上、下模座3）凸模固定板4）垫板,2.2冲裁工艺与冲裁模设计,冲裁模一般设计流程,2.3弯曲工艺与弯曲模设计,2.3.1弯曲变形分析1、弯曲变形过程,2.3弯曲工艺与弯曲模设计,2.3.1弯曲变形分析2、弯曲变形特点,应力状态,宽板（B/t3）,窄板（B/t3）,长度方向1：内区受压，外区受拉,厚度方向2：内外均受压应力,宽度方向3：内外侧压力均为零,长度方向1：内区受压，外区受拉,厚度方向2：内外均受压应力,宽度方向3：内区受压，外区受拉,两向应力,三向应力,应变状态,宽板（B/t3）,窄板（B/t3）,长度方向1：内区压应变，外区拉应变,厚度方向2：内区拉应变，外区压应变,宽度方向3：内区拉应变，外区压应变,长度方向1：内区压应变，外区拉应变,厚度方向2：内区拉应变，外区压应变,宽度方向3：内外区近似为零,三向应变,两向应变,2.3弯曲工艺与弯曲模设计,2.3.1弯曲变形分析3、弯曲件的回弹1）影响回弹的主要因素(1)材料的力学性能材料的力学性能对回弹值的影响1、3退火软钢2-软锰黄铜4-经冷变形硬化的软钢(2)弯曲件的形状,2.3弯曲工艺与弯曲模设计,2.3.1弯曲变形分析3、弯曲件的回弹1）影响回弹的主要因素,(3)相对弯曲半径r/t,(5)模具间隙,(4)弯曲角,(6)弯曲方式,2.3弯曲工艺与弯曲模设计,2.3.1弯曲变形分析3、弯曲件的回弹2）回弹值的确定(1)r/t5自由弯曲时的回弹式中，x为弯曲角为x的回弹角；为弯曲角为900的回弹角；为工件的弯曲角(2)r/t10自由弯曲时的回弹式中，rp为凸模的圆角半径(mm)；r为弯曲件的圆角半径(mm)；s为材料的屈服极限(Mpa)；E为材料的弹性模量(Mpa)；t为材料厚度(mm)；p为凸模圆弧中心角(度)；为弯曲件弯曲中心角(度)。,2.3弯曲工艺与弯曲模设计,2.3.1弯曲变形分析3、弯曲件的回弹3）控制回弹的措施(1)从弯曲件结构设计方面采取控制措施(2)从工艺方面采取控制措施(3)从模具结构方面采取控制措施改变凸模形状减小回弹补偿回弹,2.3弯曲工艺与弯曲模设计,2.3.2弯曲工艺性分析1、弯曲半径弯曲半径要大于材料允许的最小弯曲半径，对于厚的板料，可在圆角处先开槽再弯曲。一般弯曲件的弯曲半径也不宜过大，以免出现大的回弹量，从而影响弯曲件的质量。2、弯曲件直边高度一般弯曲件的直边高度H2t，如果H50mm时，a3t。5、弯曲件板料边缘有缺口对于此类弯曲件，可在缺口处留连接带，等弯曲成型后再将其去除，这样可避免弯曲时在缺口处出现叉口的现象，影响弯曲件的质量。,2.3弯曲工艺与弯曲模设计,2.3.3弯曲主要参数设计1、弯曲件展开长度计算1）中性层位置的确定为中性层半径，mm；r为弯曲件内侧的弯曲半径，mm；为中性层位移系数，见下表；t为板料的厚度，mm。,2.3弯曲工艺与弯曲模设计,2.3.3弯曲主要参数设计1、弯曲件展开长度计算2）具有圆角半径的弯曲件展开长度计算式中，l为弯曲件的展开长度，mm；l1，l2，ln为第1n个直线部分长度，mm；1，2，n为第1n个弯曲部分的弯曲角，度；r1，r2，rn为第1n个弯曲半径，mm；为中性层位移系数；t为板料的厚度，mm,2.3弯曲工艺与弯曲模设计,2.2.3弯曲主要参数设计1、弯曲件展开长度计算3）无圆角半径的弯曲件展开长度计算无圆角半径或者相对弯曲半径r/tFZ=F+Q式中，Pe为压力机的公称压力(N)；F为拉深力(N)；Q为压边力(N)；FZ为总冲压力(N)，如采用复合拉深模，FZ还包括其他的力。在选择压力机时，不能仅仅只考虑总的冲压力，应查阅压力机的许用压力曲线图，保证总冲压力的曲线位于压力机许用载荷曲线之下，否则，压力机处于超载状态下工作，易降低压力机的精度和使用寿命。一般可以按照下面的公式来选用压力机吨位。浅拉深时深拉深时Pe（2.61.8）FZPe（1.82.0）FZ,2.4拉深工艺与拉深模设计,2.4.4常用拉伸模及结构1、首次拉伸模1）无压边装置的首次拉伸模1下模座2凹模3定位板4凸模,2.4拉深工艺与拉深模设计,2.4.4常用拉伸模及结构1、首次拉伸模2）有压边装置的首次拉伸模1下模座2凹模3定位板4压边圈5弹簧6凸模固定板7上模座8模柄9凸模10卸料螺钉,2.4拉深工艺与拉深模设计,2.4.4常用拉伸模及结构2、后次拉伸模1）无压边装置的后次拉伸模1下模座2凹模固定板3凹模4定位板5凸模固定板6上模座7垫板8凸模,2.4拉深工艺与拉深模设计,2.4.4常用拉伸模及结构2、后次拉伸模2）有压边装置的后次拉伸模1下模座2凸模固定板3定位圈4定程杆5凹模6凸模7打料盘8上模座9打料杆10卸料螺钉,2.4拉深工艺与拉深模设计,2.4.4常用拉伸模及结构3、落料拉伸复合模1下模座2落料凹模3压边圈4拉深凸模5固定卸料板6凸凹模7上模座8模柄9打料杆10定位板11打料块12顶件杆,2.5其他冲压工艺,2.5.1翻边利用模具将工件的孔边缘或外边缘翻成竖直边的成形工艺叫翻边，翻边分为对孔进行翻边的内缘翻边（或称为翻孔）和对外边缘进行翻边的外缘翻边。1、内缘翻边1）圆孔翻边（1）圆孔翻边变形特点（2）圆孔翻边系数翻边系数为翻边前孔直径与翻边后孔直径的比值，即K=d/D。影响翻边系数的主要因素有：材料的力学性能材料的相对厚度t/d凸模的形状孔的断面质量,2.5其他冲压工艺,2.5.1翻边1、内缘翻边1）圆孔翻边（3）圆孔翻边工艺设计平板冲底孔后翻边底孔直径d翻边高度h最大翻边高度hmax当工件要求的翻边高度hhmax时，则工件不能一次完成翻边工艺，此时可采用多次翻边、加热翻边、先拉深后在底部冲底孔再翻边等工艺。,2.5其他冲压工艺,2.5.1翻边1、内缘翻边1）圆孔翻边（3）圆孔翻边工艺设计拉深后冲底孔再翻边翻边高度h最大翻边高度hmax底孔直径d,2.5其他冲压工艺,2.5.1翻边1、内缘翻边2）非圆孔翻边（1）非圆孔翻边变形特点（2）非圆孔翻边系数非圆孔翻边与半径相同的圆孔翻边相比，可以采用较小的翻边系数K，估算公式为K=K/180式中，K为非圆孔翻边系数；K为圆孔极限翻边系数；为圆弧段中心角(度)。低碳钢的非圆孔极限翻边系数可查表。,2.5其他冲压工艺,2.5.1翻边1、内缘翻边3）翻边力的计算圆孔翻边力F一般不大，采用普通圆柱形平底凸模翻孔时的翻边力为F=2.1(D-d)ts采用球头凸模翻边时的翻边力可比用圆角平台凸模降低50%左右，计算公式为F=2.2KfDdtb式中，d为翻边前底孔直径(mm)；D为翻边后孔的直径(mm)；t为板料的厚度(mm)；s为材料的屈服压力(Mpa)；b为材料的抗拉强度(Mpa)；Kf为翻边力系数，见右表；,2.5其他冲压工艺,2.5.1翻边2、外缘翻边1）伸长类翻边伸长类翻边的变形程度用翻边系数Ks表示，Ks=b/(R-b)式中，b为毛坯需要翻边的宽度；R为翻边线的曲率半径；常用材料的极限翻边系数可查表获得2）压缩类翻边压缩类翻边的变形程度用翻边系数Ky表示Ky=b/(R+b)式中，b为毛坯需要翻边的宽度；R为翻边线的曲率半径；,2.5其他冲压工艺,2.5.2胀形1、平板坯料的胀形1）平板坯料的胀形特点2）平板坯料的胀形程度胀形的变形程度校核公式为=（l-l0）/l0(0.70.75)式中，为截面最大相对伸长变形；l为胀形后变形区截面长度(mm)；l0为胀形前变形区截面长度(mm)；为材料的许用伸长率；系数0.70.75可视胀形形状而定，如半圆形加强筋可取较大值，梯形加强筋取较小值,2.5其他冲压工艺,2.5.2胀形1、平板坯料的胀形3）胀形冲压力的计算采用刚性凸模对平板毛坯进行胀形所需的冲压力F为F=KLtb式中，L为胀形区周边长度(mm)；t为板料的厚度(mm)；b为材料的抗拉强度(Mpa)；K为系数，一般取K=0.71，对窄而深的局部胀形K取较大值，宽而浅的胀形K取较小值。若在曲柄压力机上压制厚度小于2.5mm、成型面积小于200mm2的小工件的加强筋和压筋时，同时兼作校正工序，则所需冲压力为F=KSt2式中，S为成型区的面积(mm2)；t为板料的厚度(mm)；K为系数(N/mm4)，对于钢为200300N/mm4，对于铜、铝为150200N/mm4。,2.5其他冲压工艺,2.5.2胀形1、空心坯料的胀形1）空心坯料胀形的变形过程胀形变形程度常用胀形系数K表示K=Dmax/d式中，Dmax为胀形后工件的最大直径(mm)；d为胀形前坯料的直径(mm)。胀形系数K与材料许用伸长率关系为=（Dmax-d）/d=K-1,2.5其他冲压工艺,2.5.2胀形1、空心坯料的胀形2）空心坯料胀形毛坯的计算胀形坯料的直径D和展开长度L计算公式为D=dmax/KL=(1+K1)/l+b式中，L为胀形坯料展开长度(mm)；l为变形区母线展开长度(mm)；为坯料许用伸长率；b为切边余量，一般取1020mm；K1为因切向伸长而引起高度缩小所需的留量系数，一般取0.30.43）空心坯料胀形冲压力的计算采用钢性模胀形的胀形冲压力F为单位面积压力p的计算公式为F=pSp=2.15b(2t/dmax)式中，p为胀形所需单位面积压力(Mpa)；S为胀形面积(mm2);t为板料的厚度(mm);dmax为胀形后工件的最大直径(mm)；b为材料的许用抗拉强度(Mpa)；,2.5其他冲压工艺,2.5.2胀形1、空心坯料的胀形4）空心坯料胀形的方法,软性模胀形1外套；2分块凹模；3橡胶；4凸模；,刚性模胀形1下凹模；2拉簧；3分块凸模；4锥形芯块；5上凹模；6坯料；,2.5其他冲压工艺,2.5.2胀形1、空心坯料的胀形4）空心坯料胀形的方法,液压胀形1分块凹模2液体；3凸模,轴向加压的液体胀形1下凹模；2顶轴；3上凸模；4管坯；5工件；,2.5其他冲压工艺,2.5.3缩口缩口的变形程度