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钣金模具成型及工艺讲解 内容简介 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冲压模具设计与制造实例 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 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 一 冲压与冲模概念 1 基本概念 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 一 冲压与冲模概念 1 基本概念 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 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 一 冲压与冲模概念 1 基本概念 2 冲压成形加工特点 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 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 冲压成形产品示例一 日常用品 2 冲压成形加工特点 续 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 根据材料的变形特点分 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 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 1 冲模的分类 三 冲模 冲裁模 弯曲模 拉深模 成形模等 2 根据工序组合程度分类 单工序模 复合模 级进模 1 根据工艺性质分类 2 冲模组成零件 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 结构零件 工艺零件 三 冲模 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 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工艺设计 模具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 四 冲模设计与制造的要求 冲模设计与制造场景 冲模制造 多工位精密级进模 冲压成形产品示例一 日常用品 第二章冲裁工艺与冲裁模设计 第一节概述 分类 冲裁模 冲裁 利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序 冲裁所使用的模具叫冲裁模 它是冲裁过程必不可少的工艺装备 凸 凹模刃口锋利 间隙小 普通冲裁 精密冲裁 第二节冲裁变形过程分析 一 冲裁变形时板材变形区受力情况分析 四对力 冲裁时作用于板料上的力1 凸模2 板材3 凹模 了解和掌握冲裁变形规律 有利于冲裁工艺与冲裁模设计 控制冲裁件质量 凸 凹模间隙存在 产生弯矩 间隙正常 刃口锋利情况下 冲裁变形过程可分为三个阶段 二 冲裁变形过程 1 弹性变形阶段变形区内部材料应力小于屈服应力 2 塑性变形阶段变形区内部材料应力大于屈服应力 凸 凹模间隙存在 变形复杂 并非纯塑性剪切变形 还伴随有弯曲 拉伸 凸 凹模有压缩等变形 3 断裂分离阶段变形区内部材料应力大于强度极限 裂纹首先产生在凹模刃口附近的侧面 凸模刃口附近的侧面 上 下裂纹扩展相遇 材料分离 冲裁件质量 三 冲裁件质量及其影响因素 垂直 光洁 毛刺小 图纸规定的公差范围内 外形满足图纸要求 表面平直 即拱弯小 指断面状况 尺寸精度和形状误差 三 冲裁件质量及其影响因素 1 冲裁件断面质量及其影响因素 断面特征 圆角带a 刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形 光亮带b 塑性剪切变形 质量最好的区域 断裂带c 裂纹形成及扩展 毛刺区d 间隙存在 裂纹产生不在刃尖 毛刺不可避免 此外 间隙不正常 刃口不锋利 还会加大毛刺 第三章弯曲工艺与弯曲模设计 第一节概述 弯曲方法 弯曲模 将板料 型材 管材或棒料等按设计要求弯成一定的角度和一定的曲率 形成所需形状零件的冲压工序 弯曲所使用的模具 弯曲方法可分为在压力机上利用模具进行的压弯以及在专用弯曲设备上进行的折弯 滚弯 拉弯等 生活中的弯曲件 用模具成形的弯曲件之一 之二 V形弯曲是最基本的弯曲变形 一 弯曲变形过程 1 弯曲变形时板材变形区受力情况分析 变形区主要在弯曲件的圆角部分 板料受力情况如图所示 2 弯曲变形过程 自由弯曲 校正弯曲 弹性弯曲 塑性弯曲 弯曲效果 表现为弯曲半径和弯曲中心角的变化 减小 二 塑性弯曲变形区的应力 应变 窄板 B t 3 弯曲后坐标网格变化 宽板 B t 3 内区宽度增加 外区宽度减小 原矩形截面变成了扇形 横截面几乎不变 仍为矩形 内区中性层外区 二 塑性弯曲变形区的应力 应变 应力状态 宽板 B t 3 窄板 B t 3 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 相对弯曲半径 r t 三 变形程度及其表示方法 弯曲中心角为 表示板料弯曲变形程度的大小 1 中性层的内移 四 板料弯曲的变形特点 变形区板料厚度变薄和长度增加 细而长的板料弯曲后的纵向翘曲与窄板弯曲后的剖面畸变 管材 型材弯曲后的剖面畸变 最小弯曲半径rmin 在板料不发生破坏的条件下 所能弯成零件内表面的最小圆角半径 常用最小相对弯曲半径rmin t表示弯曲时的成形极限 其值越小越有利于弯曲成形 五 最小弯曲半径 1 影响最小弯曲半径的因素 材料的力学性能 材料表面和侧面的质量 弯曲线的方向 弯曲中心角 第四章拉深工艺与拉深模设计 第一节概述 拉深 又称拉延 是利用拉深模在压力机的压力作用下 将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法 它是冲压基本工序之一 可以加工旋转体零件 还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件 拉深 不变薄拉深 变薄拉深 拉深模 拉深模特点 结构相对较简单 与冲裁模比较 工作部分有较大的圆角 表面质量要求高 凸 凹模间隙略大于板料厚度 拉深所使用的模具 圆筒形件是最典型的拉深件 一 拉深变形过程 二 拉深变形过程及特点 1 变形现象 一 拉深成形时板料的受力分析 平板圆形坯料的凸缘 弯曲绕过凹模圆角 然后拉直 形成竖直筒壁 变形区 凸缘 已变形区 筒壁 不变形区 底部 底部和筒壁为传力区 一 拉深变形过程 二 拉深变形过程及特点 续 2 金属的流动过程 工艺网格实验 材料转移 高度 厚度发生变化 3 拉深变形过程 外力 凸缘产生内应力 径向拉应力 1 切向压应力 3 凸缘塑性变形 径向伸长 切向压缩 形成筒壁 直径为 高度为 的圆筒形件 H D d 2 拉深单元变形动画 1 凸缘部分 二 拉深过程中坯料内的应力与应变状态 拉深过程中某一瞬间坯料所处的状态 应力分布图 2 凹模圆角部分 3 筒壁部分 4 凸模圆角部分 5 筒底部分 坯料各区的应力与应变是很不均匀的 拉深成形后制件壁厚和硬度分布 三 拉深件的起皱与拉裂 拉深过程中的质量问题 主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂 凸缘区起皱 传力区拉裂 由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲 由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂 1 凸缘变形区的起皱 主要决定于 一方面是切向压应力 3的大小 越大越容易失稳起皱 另一方面是凸缘区板料本身的抵抗失稳的能力 凸缘宽度越大 厚度越薄 材料弹性模量和硬化模量越小 抵抗失稳能力越小 最易起皱的位置 凸缘边缘区域 起皱最强烈的时刻 在Rt 0 7 0 9 R0时 防止起皱 三 拉深件的起皱与拉裂 2 筒壁的拉裂 主要取决于 一方面是筒壁传力区中的拉应力 另一方面是筒壁传力区的抗拉强度 当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时 拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处 危险断面 产生破裂 防止拉裂 一方面要通过改善材料的力学性能 提高筒壁抗拉强度 另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具 降低筒壁所受拉应力 第五章其它成形工艺与模具设计 第一节概述 在冲压生产中 通过板料的局部变形来改变毛坯的形状和尺寸的冲压成形工序 统称为其它冲压成形工序 应用这些工序可以加工许多复杂零件 伸长类成形 如胀形和圆内孔翻孔 成形极限主要受变形区过大拉应力而破裂的限制 压缩类成形 如缩口和外缘翻凸边 成形极限主要受变形区过大压应力而失稳起皱的限制 当坯料外径与成形直径的比值 时 其成形完全依赖于直径为 的圆周以内金属厚度的变薄实现表面积的增大而成形 胀形的变形区 一 胀形的变形特点 起伏成形俗称局部胀形 可以压制加强筋 凸包 凹坑 花纹图案及标记等 1 压加强筋 二 平板坯料的起伏成形 简单的起伏成形零件 其极限变形程度可按下式近似确定 若零件的加强筋超过极限变形程度时 可以采用多次成形的方法 压制加强筋所需的冲压力 可用下式近似计算 空心坯料的胀形 三 空心坯料的胀形 刚性模具胀形 软模胀形 轴向压缩和高压液体联合作用的胀形 俗称凸肚 它是使材料沿径向拉伸 将空心工序件或管状坯料向外扩张 胀出所需的凸起曲面 如壶嘴 皮带轮 波纹管等 三 空心坯料的胀形 2 胀形的变形程度 常用胀形系数 表示 和坯料伸长率 三 空心坯料的胀形 3 胀形的坯料尺寸计算 坯料直径 坯料长度 式中 变形区母线长度 坯料切向拉伸的伸长率 切边余量 一般取 10 20 三 空心坯料的胀形 4 胀形力的计算 胀形时 所需的胀形力 可按下式计算 胀形单位面积压力 可用下式计算 胀形变形区实际应力 近似估算时取 式中 材料的抗拉强度 第三节翻边 翻边 在模具的作用下 将坯料的孔边缘或外边缘冲制成竖立边的成形方法 1 圆孔翻边 圆孔翻边的变形特点与变形程度 一 内孔翻边 变形程度 极限翻边系数 翻边后竖边边缘的厚度 可按下式估算 1 圆孔翻边 一 内孔翻边 翻边的工艺计算 1 平板坯料翻边的工艺计算 预冲孔直径d 竖边高度H 或 极限高度 1 圆孔翻边 一 内孔翻边 翻边的工艺计算 2 先拉深后冲底孔再翻边的工艺计算 先拉深后翻边的高度h 预制孔直径 或 翻边的极限高度 拉深高度 1 圆孔翻边 一 内孔翻边 翻边力的计算 用圆柱形平底凸模翻边时 可按下式计算 用锥形或球形凸模翻边的力略小于上式计算值 1 圆孔翻边 一 内孔翻边 翻边模工作部分的设计 翻边凹模圆角半径可取该值等于零件的圆角半径 翻边凸模圆角半径应尽量取大些 以便有利于翻边变形 凸 凹模单边间隙 2 0 75 0 85 圆孔翻边凸模的形状和主要尺寸 1 圆孔翻边 一 内孔翻边 翻边模工作部分的设计 翻边凹模圆角半径可取该值等于零件的圆角半径 翻边凸模圆角半径应尽量取大些 以便有利于翻边变形 凸 凹模单边间隙 2 0 75 0