模具设计与制造基础.doc

第一章 冲压模具设计基础 1 冲压 定义 室温下利用压力机通过模具对板料加压，使其产生塑性变形或者分离，从而获得一定形状，尺寸和性能的零件。 特点： 优点 低耗，高效，低成本，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型性能 缺点 模具的设计制造周期长，费用高，噪音振动，只适宜大批大量的生产 模具定义：制造一定数量产品的模型和工具 2 冲压加工的基本工序 有分离工序和成型工序 3 塑性： 材料在外力的作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。和自身性质，变形方式，变形条件有关，变形的本质是原子间距离的变化 变形抗力 金属抵抗变形的能力，反映材料发生变形的难易程度 4 应力状态 三向应力相等时为球应力状态 三向等压应力状态为静水压力 5 金属塑性变形时，遵守体积不变定理，三向应变之和为零 6塑性变形最小阻力定律： 如果变形物体各质点有向各个方向流动的可能，则变形物体内每个质点将沿阻力最小的方向的物体 7 屈服条件 A 屈雷斯加屈服条件 材料中最大剪应力达到某一定值时，就开始屈服，这一定值与应力状态无关，值为屈服极限的一半 B密席丝屈服条件 当某点的等效应力达到某一定值时，材料就开始屈服，这一定值为屈服极限 增量理论和全量理论 8 冲压材料的工艺要求：A应具有良好的塑性 B 光洁平整的表面状态 C 厚度公差符合国家标准 9 冲压常用设备 有曲柄压力机，摩擦压力机，液压机 常用的曲柄压力机有 偏心冲床，曲轴冲床， 其主要技术参数有 公称压力，滑块行程，滑块行程次数，还有工作台尺寸，滑块地面尺寸 冲模材料的选用原则 根据模具种类及工作条件 根据冲压材料和冲压件的生产批量 满足加工要求 满足经济性要求 模具制造特点 形状复杂，精度要求高；加工难度大 12冲压三要素：合理的冲压工艺；先进的模具；高效的冲压设备 第二章 冲裁工艺及冲裁模的设计 1冲裁是利用冲裁模是板料产生分离的冲压工艺，包括落料，冲孔，切口，切边，剖切等工序 落料 从板料上冲下所需形状的零件 冲孔 在工件上冲出所需形状的孔 2 冲裁变形的过程，可分为三个阶段 弹性变形阶段 塑性变形阶段 断裂分离阶段 3 冲裁件的断面特征 在断面上可分为圆角带，光亮带，断裂带，毛刺四个部分 A断裂带是由刃口处的微裂纹在拉应力的作用下不断扩展而形成的撕裂面，是冲裁件断面粗糙，有斜度 B毛刺是因为微裂纹产生的位置不是正对刃口，而是在刃口附近的侧面上，加上凸凹模之间的间隙以及刃口不锋利等原因，是金属拉断形成毛刺儿残留在冲裁件上。 光亮带是塑剪变形时，在毛料一部分相对另一部分移动的过程，凸凹模侧压力将在毛料压平而形成光亮垂直的断面。增加光亮带的关键是延长塑性变形阶段，推迟裂纹的产 生，可通过增加金属的塑性和减少凹模刃口附近的应力集中实现 4 冲裁间隙 冲裁模凸凹模之间的间隙 A 冲裁间隙对冲裁件质量的影响 1 对断面质量的影响 间隙过小时，断面特征是中间留下撕裂面，两头呈光亮带，并在断面出现挤长的毛刺；过大时，凸模刃口附近裂纹较正常 间隙时向里错开一段距离，材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，材料易被撕裂，冲裁件的光亮带减小，圆角带与断裂带斜度都增大，毛刺大且厚。 2对尺寸精度的影响 间隙较大时，材料所受的拉伸作用增大，冲裁完后因材料的弹性回复使落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸；过小时，由于材料挤压作用大，冲裁完后，材料的弹性回复使落料件尺寸增大（可能将凹模胀裂），冲孔尺寸减小 B间隙对冲裁力的影响 间隙很小时，冲裁力必然很大，随着间隙的增大，冲裁力将降低 C 间隙对模具寿命的影响 间隙小，冲裁力及摩擦力增大，使刃口所受的应力增大，造成刃口变形与断面磨损加剧，甚至崩刃；较大时，可使凸模与凹模侧面及材料间的摩擦减 小，减缓间隙不均匀的不利影响，提高模具的寿命。 4 间隙值的确定 A理论确定法 依据是上下裂纹的重合以便获得良好的断面， （），（ 刚产生裂纹时凸模压入材料的深度 ，裂纹与垂线间的夹角 板料厚度） 经验确定法 落料件尺寸和冲孔件尺寸都是以光亮带尺寸为准的，落料件上的光亮带尺寸等于凹模的刃口尺寸，冲孔时的光亮带尺寸等于凸模的刃口尺寸。 凸凹模尺寸计算的原则 设计落料模时，因落料件尺寸等于凹模刃口尺寸，故应先确定凹模刃口尺寸，间隙取在凸模上，考虑磨损，凹模刃口的基本尺寸应取工件尺寸 公差范围内的较小尺寸，凸凹模之间则取最小的合理间隙值 设计冲孔模时，应孔尺寸等于凸模的刃口尺寸，故应先在确定凸模的刃口尺寸，间隙取在凹模上，考虑磨损 ，凸模的刃口基本尺寸取工件公差范围内的较大尺寸，凸凹模之间的间隙取最小合理值 凸凹模的制造公差，应考虑配合原则，落料件取负公差，冲孔件取正偏差。 尺寸计算的方法有 凸模与凹模分开加工（用于圆形 简单形状） 冲孔 先确定凸模的刃口尺寸，凸模刃口基本尺寸接近或等于工件孔德最大尺寸，再增大凹模的刃口尺寸以保证最小合理间隙，凸模制造取负偏差，凹模制造取正偏差， ， ，分别为冲孔凸模和凹模的尺寸，d孔的基本尺寸，是工件的制造公差，min最小合理间隙 B落料 先确定凹模刃口尺寸，其基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模刃口尺寸以保证最小合理间隙Zmin，Dd=D-xa,Dp=Dd-Zmin，Dp,Dd分别为落料件的凸模 和凹模尺寸，a工件的制造公差 ，D落料件的基本尺寸，Zmin最小合理间隙,x 磨损系数 凸模与凹模配合加工（形状复杂或薄板料） 冲裁力 冲裁时，材料对凸模的最大抵抗力 从凸模上卸下紧箍这的板料叫做卸料，所需的力为卸料力 顺着冲裁方向将卡在凹模洞口内的板料推出叫做推件，所需的力叫推件力 将卡在凹模洞口的板料逆着冲裁方向顶出，叫顶件，所需的力叫顶件力 00降低冲裁力的方法 材料加热红冲 在多凸模的冲模中，将凸模做阶梯型布置 用斜刃口模具冲裁 排样 冲裁件在条料或板料上的布置方法 分为有废料排样（保证冲裁件的精度和质量，冲裁模的寿命较高，但材料的利用率低） 少废料排样和无废料排样（和有废料的相反） 搭边 排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料 作用是补偿定位误差，保证冲出合格的零件 冲裁模结构 有简单模（无导向简单冲裁模，导板式简单冲裁模，导柱式简单冲裁模），级进模（一幅模具上完成多道工序，减少模具和设备的数量，提高生产效率，但 结构复杂，制造麻烦，要解决的是条料的准确定位问题），复合膜（一次送料定位可同时完成几个工序） 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性 B 冲模中的零件 挡料销 分为固定挡料销和活动挡料销 定距侧刃 长方形侧刃（定位欠准确），成型侧刃（定位准确），尖角形侧刃（废料少，操作麻烦，生产率低） 冲模的压力中心 冲裁力合力的作用点。为了保证冲模正确和平衡的工作，冲模的压力中心必须通过摸柄而合压力机的滑块中心线重合 第三章 弯曲工艺及弯曲模设计 弯曲的基本过程 自由弯曲，向凹模靠近，与凸模三点接触，对直边反向弯曲，校正 弯曲变形的特点 变形区主要在弯曲件的圆角部分 扇形变形区内，在靠近凸模的附近板料受挤压，在靠近凹模的附近受拉伸，其间存在中性层对于宽板，弯曲后横断面仍保持矩形，对于窄板，弯曲后原矩形断面变成了扇形D当相对弯曲半径较小时，弯曲变形区中的板料在弯曲后产生厚度变薄的现象。 弯曲件的回弹 定义；当弯曲件的变形结束后，由于弹性回复，外层发生收缩，内层发生伸长，工件的弯曲角和弯曲半径发生变化，所得工件与模具的形状尺寸不一致的象 形式：弯曲半径 弯曲角的增大 影响因素： 材料的机械性能（和材料的屈服强度反比，与弹性模数正比）变形程度（愈大，变形程度愈小，回弹角愈大） 弯曲角（愈大则回弹角愈大）弯曲 方式工件形状（形件的回弹小于形件的）模具间隙（间隙大则回弹愈大）弯曲线长度（线愈长，则回弹愈大） 减小回弹的措施 ：工件设计方面的措施工艺方面的措施 模具结构方面的措施 弯曲模工作部分的设计 主要指凸凹模的圆角半径和凹模的深度，对形件的弯曲则还有凸凹模之间的间隙及模具的横向尺寸 第四章 拉深工艺及拉深模的设计 拉深 定义：利用模具是平面毛料变成开口的空心零件的冲压工艺方法 过程：外力凸缘产生内力凸缘塑性变形 特点：结构相对简单，与冲模相比有较大的圆角，表面质量要求高，凸凹模间隙大于冲裁模间隙且稍大于板料间隙 （拉深时毛料的环形部分是变形区，而底部不参与变形区） 起皱 定义：由于切向压应力的作用，凸缘部分板料产生受压失稳，在凸缘的整个周围产生浪形的连续弯曲；防止措施是采用压边圈。最易起皱的部位是凸缘的边缘区域 拉裂筒壁传力的拉应力大于筒壁拉力区的抗拉强度时，底部圆角与筒壁相接触的部位产生裂纹 3拉深系数 m=d/D d拉深后零件的直径，D毛料直径 其值表示了拉深前后毛料直径的变化量，如果零件要求的拉深系数值大于极限拉深系数值，则所给零件可以一次拉深成形， 否则必须多次拉深。 拉深次数 表示孔的变形量和最大变形量之间的关系 第五章 其他冲压工艺及模具的设计 1 缩口 将预先拉深好的圆筒形件或管件毛料通过缩口模具将其口部直径缩小的一种成形工序；在缩口变形的过程中，材料主要受切向的压应力，防止失稳是缩口工艺的主要问题 胀形 通过模具使空心件或管状毛料向外扩张，胀出所需的凸起曲面，特点是材料受切向和母线方向的拉伸 2 翻边 将工件的孔边缘或外边缘在模具的作用下翻出竖立或一定角度的直边；分为内孔翻边和外缘翻边 内孔翻边的主要问题是材料边沿被拉裂，其条件取决于变形程度的大小，用翻边系数m表示 ,m=d/D ，d 翻边前孔径 D翻边后孔径；当一次难以直接翻边成形时，就先拉深，再在拉深件的底部冲孔翻边 2冷挤压 定义：在常温条件下，利用模具以一定的速度对金属施加很大的压力，使金属产生塑性变形，从而获得所需形状 尺寸和性能的零件的一种塑性成形方法 工艺过程： 先将经处理的毛料放在凹模内，借助凸模的压力使金属处于 三向受压应力 的状态下产生塑性变形，通过凹模的下通孔或凸模与凹模的环形间隙将金属挤出 分类： 正挤压（金属的流动方向和凸模的运动方向相同），反挤压，复合挤压（金属向凸模运动的方向和相反方向同时流动） 3多工位级进模的特