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模具设计含精度 一冷冲压工艺概念A. 冷冲压的定义是建立在金属塑性变形的基础上，在常温下利用冲模和冲压设备对材料施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得一定形状，尺寸和性能的工件。B. 冷冲模的定义是冲压加工中将材料（金属或非金属）加工成工件或半成品的一种工艺设备。C. 冷冲压工艺特点 靠模具与冲压设备加工完成的过程，生产率高，操作简单，便于实现机械化和自动化。 冲压产品的尺寸由模具保证，质量稳定，不需要再经机械加工即可使用。 冷冲压不需要加热，是一种节能的加工方法。 在冲压过程中材料表面不受破坏。 冷冲压是集表面质量好，重量轻，成本低于一身的加工方法，在现代工业生产中应用广泛二 冷冲压工序分类1. 冲压工序的分类：分离工序，塑料成形工序。 分离工序：是使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序。 例如：落料，冲孔，切边，切口，剖切，整修等。 塑性成形工序：是材料在不破裂的条件下产生塑性变形的工序，从而获得一定形状，尺寸和精度要求的零件。 例如：弯曲，卷边，拉深，起伏成形，翻边，胀形，缩口，整形等。 2 . 模具的分类：单工序模，级进模（连续模），复合模。 单工序模：在冲压一次形成过程中，只能完成一个冲压工序的模具。 级进模（连续模）：在冲压的一次行程过程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。 复合模：在冲压的一次行程过程中，在同一工位上完成两道或两道以上冲压工序的模具。 三冲压模具分类 根据模具完成冲压工序的内容不同，结构和类型不同，模具分类方法有三种l 按完成工序特征分，模具分为：冲裁模，弯曲模，拉深模，成形模等l 按模具的导向形式分，模具分为：无导向模具，导板，导柱，导套导向模具。l 按模具完成的冲压内容分，模具可分为：单工序模具，组合工具模具（复合模和级进模）。 四：典型的模具组成不同的冲压零件，不同的冲压工序所使用的模具也不一样，但模具的基本结构组成，按其功能用途大致分为六部分组成。 工作零件直接对坯料、板料进行冲压加工的冲模零件，如凸模，凹模，图凹模。 定位零件确定条料或坯料在冲模中正确位置零件。如定位板，定位销，挡料销，导正销，导料板，侧刃。 卸料及压料零件将冲切后的零件或废料从模具中卸下来的零件。如卸料板，推件装置，顶件装置，压边圈。 导向零件用以确定上下模的相对位置，保证运动导向精度的零件。如导柱，导板，导套，导筒。 支撑零件将凸模、凹模固定在上、下模上，以及将上下模固定在压力机上的零件。如上、下模座、模柄、凸、凹模固定板、垫板。 连接零件（紧固及其他零件）-把模具上所有零件连接成一个整体的零件。如螺钉、销钉、限位器弹簧、橡胶垫和其他。 五常见冲压材料 1.常见冲压材料一般有两种 （1），金属材料适合于成形工序和分离工序。如钢，铜，铝，镁，镍，钛，各种贵重金属及各种合金。 （2），非金属-适合于分离工序。如各种纸板，纤维板，塑料板，皮革，胶合板等。 2.冲压材料的规格及发展 （1），常见的金属冲压材料：板料，带料。 特点：足够的长度，可以提高材料的利用率，带料开卷后需要整平。 适用：大批量生产的自动送料。 （2），新型冲压材料：高强度钢板，耐腐蚀钢板，双相钢板，涂层板及复合板材。 六模具材料的选用原则及考虑因素 1.模具材料的选用原则： （1），要有足够的使用性能。 （2），良好的工艺性能。 （3），合理的经济性能。 2.选用模具材料应考虑的因素 （1），模具的工作条件：如模具的受力状态，工作温度，腐蚀性等 （2），模具的工作性质。 （3），模具结构因素：如模具的大小，形状，各部件的使用，使用性能。 （4），模具的加工手段。 （5），热处理要求。 七 .冲裁工艺及冲裁模具的设计1. 冲裁定义l 冲裁是使材料一部分相对另一部分发生分离，是冲压加工方法中的基础工序l 落料若冲裁的目的是为获取有一定形状轮廓和尺寸的冲落部分，剩余的带孔部分为废料，称为落料工序l 冲孔若冲裁的目的是为获取一定形状和尺寸的内孔，冲落部分称为废料，带孔部分称为工件，称为冲孔工序，2. 冲裁变形过程a) 弹性变形b) 塑性变形c) 断裂分离3. 断裂分析a) 塌角带（圆角带）：其大小与材料塑性和模具间隙有关。b) 光亮带（剪切带）：光亮且垂直于断面，普通冲裁约占整个断面的13 12以上c) 断裂带粗糙且有锥度d) 毛刺成竖直环状是模具拉挤的结果4. 间隙对断面质量的影响i. 选用中等间隙（普通冲裁合理间隙）：材料在凸凹模刃口处产生的上下裂纹相互重合于同一位置，冲裁件断面光亮带区域较大，而塌角和毛刺区域较小，断裂锥度适中，零件表面较平整，冲裁件断面质量较好。ii. 选用较小间隙：冲裁件断面光亮带增加，塌角，毛刺，断裂带均减小，如果间隙过小，会使上下两裂纹不重合行成第二条光亮带毛刺拉长，冲裁件断面质量较差。iii. 选用较大的间隙：冲裁件断面带出现较大的断裂带，使光亮带变小，毛刺和锥度较大，塌角增加，断面质量更差。5. 冲裁模设计与有关计算a) 冲裁件工艺指工件在冲裁加工中的难易程度。b) 排样冲裁件在板料或条料上的布置方式。c) 搭边指冲裁时制件与制件之间，制件与条（板）料边缘之间的余料。d) 压料中心指冲压力合力的作用点e) 冲压力是冲裁力卸料力推件力和顶料力的总和。i. 冲裁力冲裁过程中凸模对板料的压力，随凸模行程ii. 卸料力是将箍在凸模上的材料卸下所需的力。iii. 推件力是将落料件顺着冲裁方向从凹模洞口推出所需的力iv. 顶料力是将落料件逆着冲裁方向顶出凹模刃口时所需的力6. 排样方法a) 从废料角度上分：有废料排样少废料排样无废料排样b) 按制件在材料上的排列形式分：直排法、斜排法、对排法混合排法、多排法和冲裁搭边法7. 搭边值得确定a) 搭边值的大小决定于制件的形状、材质、料厚及板料的下料方法，其大小影响材料的利用率一般由经验确定或查表。 七.弯曲1.弯曲模的基础。 弯曲：是使材料产生塑性变形，将平直板材或管材等型材的毛坯或半成品，放在模具中进行弯曲，得到一定角度或形状的加工方法。回弹：弯曲变形后，弯曲件的形状大小均不一样，这种现象称为回弹。回弹的影响因素：l 材料的力学性能。屈服强度越大，弹性模量越小，回弹量越大。及与屈服强度6s成正比，与弹性模量E成反比。l 弯曲角Q。弯曲角越大，回弹角越大，但弯曲角对曲率半径的回弹没有影响。l 相对弯曲半径Rt。相对弯曲半径越小，回弹值越小。l 弯曲方式及模具结构。校正弯曲比自由弯曲回弹量小，弯曲件的形状对回弹影响很大，如U形件回弹量比V形件回弹量小。l 弯曲力。弯曲力越大，回弹值越小。l 模具间隙。间隙值越大，回弹值越大。2. 回弹的表现形式回弹的大小一般是用角度回弹量与曲率回弹量来表示 （1），角度回弹量Q=Q0 Q Q为模具的角度。 Q0 弯曲后的实际角度。 （2），曲率回弹量p=p0-p p为凸模半径 p0弯曲后的实际曲率半径。最小弯曲半径：在保证坯料外表面纤维不发生破坏的前提下，弯曲件能够弯曲成的内表面最小的圆角半径。最小弯曲半径的影响因素1. 材料的力学性能。材料的塑性越好，最小弯曲半径越小。2. 弯曲中心角（a）。弯曲中心角越大，最小弯曲半径越小。3. 板料的纤维方向与弯曲线夹角的影响。弯曲时弯曲线垂直于纤维方向比平行时的效果要好，即垂直时弯曲不易开裂。4. 弯曲件宽度。相对宽度越大其应变强度越大，反之越小。5. 弯曲件板料厚度。一般板料厚度越大，最小弯曲半径越大。6. 板料表面与断面质量的影响。板料表面和断面质量较差时，其最小弯曲半径值越大3提高弯曲件质量的措施1) .减小回弹的方法。补偿法，校正法，拉弯工艺，正确选择弯曲件结构。 2) . 弯曲件开裂。选择塑性好的材料，毛坯表面的质量要好，弯曲时排样要注意板料或卷料的压轧方向。 3) .偏移。模具结构上采用压料装置，采用定位板，定位销，工艺方案要合理。 4) .底部不平。采用顶料板，在弯曲时合理加大定料力。 5) .表面擦伤。清洁工作表面，采用合理的表面粗糙值。采用合理的圆角半径及凸模与凹模的间隙。 4.保证弯曲件质量的基本原则u 正确制定冲压工艺方案。1) 选择合理的下料和制坯方式。2) 注意板料（卷料，条料）的轧制方向和毛刺的正，反面。3) 正确确定毛坯展开尺寸。4) 弯曲工艺方案的制定应充分考虑弯曲件尺寸标注方式，注意带孔弯曲件的冲压工序安排。5) 尽量减少弯曲次数，提高弯曲件精度。 6) 增加整形与校平工序。u 模具设计，制造与日常维护。1) 定位装置必须准确，可靠。2) 合理安排与设置强力压料装置。3) 合理设计模具的结构，减小回弹。4) 合理确定凸凹模间隙，凹模圆角半径及深度之间的关系。 5.多部位弯曲模l 弯曲应变中性层位置的确定a) 中性层是确定弯曲件毛坯长度的依据在变形程度较小时，一般是位于板厚的中间，当变形量增大时塑性变形成份增至很多，则中性层位置内移，使外层拉伸区大于内层压缩区。板料厚度变薄，毛坯总长度增大。相对变曲半径越小，中性层内移越大，板料变薄越严重。b) 中性层位置确定的计算公式p=R+Kt p中性层半径 R弯曲件内弯半径 K中性层系数 t板料厚度l 弯曲件毛坯尺寸计算1. 有圆角半径弯曲（R0.5t的弯曲） L=L1+L2+（R+Kt）a L为弯曲件展开长度 A为圆角区的展开长度 a为弯曲圆角区的中心角度2. 无圆角半径弯曲（R10）,且精度有较高要求时，应考虑回弹影响，将凸模半径R凸适当修正。2. 凹模圆角半径：圆角半径不能过小，以免擦伤工件表面，影响冲模寿命。凹模圆角半径大小与板料进入凹模的深度、弯边高度和板料厚度有关。一般板料厚度选取 t4 (mm) R=2t3. 凹模深度：凹模深度过小，弯曲毛坯的两边自由长度太长，弯曲件弹复太大、不平直；凹模深度过大，凹模增大，成本过大，且压力机行程也要增大。故选取要合理4. 模具间隙l V形弯曲模的凸、凹模间隙是靠调整压力机的闭合高度控制的，设计时可以不考虑。l U形弯曲模应选择合适的间隙，间隙过小，会使工件弯曲厚度变薄，降低凹模寿命，增大弯曲力；间隙过大，则回弹大，降低工件精度。U形件弯曲模的凸凹模单边间隙计算一般可以按下式。弯曲有色金属 ：Z2=tmin+nt 弯曲黑色金属：Z2=t(1+n) Z2为凸凹模单面间隙 tmin为最小板料厚度（mm） n为间隙系数l 凸凹模横向尺寸计算i. 凸凹模工作部位尺寸计算原则：a) 零件标注外形尺寸时，则模具是以凹模为基准件，间隙取在凸模上。b) 零件标注內形尺寸时，相反。i. 零件