冲压模具设计基础PPT课件.ppt

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 第六章冲压工艺规程的编制 第一篇冲压模具设计基础 1 1 了解冲压加工特点及基本工序 2 了解板料塑性变形及其基本规律 3 掌握冲压成形工艺方法 冲压模具典型结构 4 掌握冲压工艺与模具设计方法 5 了解冲压所用材料及常用设备 冲压模具设计 第一二章 2 第一章冲压模具设计基础 学习目的与要求 1 掌握冲压和冲模概念 冲压工序 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 重点 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 3 1 1冲压加工特点及基本规律 冲压 一 冲压与冲模概念 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 4 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 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 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 5 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 6 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 冲压成形适宜批量生产 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 冲压成形产品示例二 高科技产品 7 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 落料 冲孔 8 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 缩口 胀形 扩口 起伏 校平 整形等 弯曲 拉深 翻边 9 起伏 缩口 胀形 整形 10 冲压成形产品示例一 日常用品 11 冲压成形产品示例二 高科技产品 汽车覆盖件 飞机蒙皮 12 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 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 变形 弹性变形 塑性变形 学习目的与要求 了解金属塑性变形的基本规律 1 2板料塑性变形及其基本规律 延伸率 断面收缩率 13 二 塑性变形的基本规律 14 加工硬化或应变刚现象 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 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 1 硬化规律 硬化曲线的数学表达式 1 线性 2 幂函数 影响因素 金属材料的金相组织成分 化学成分 变形条件 变形速度 变形温度 变形程度 等 15 2 卸载弹性恢复规律和反载软化现象 反载软化曲线 16 3 体积不变定律 金属材料在塑性变形时 体积变化很小 可以忽略不计 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 3种主应变状态图 17 4 最小阻力定律 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 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 18 三 影响变形抗力和塑性变形的主要因素 内部因素 外部条件 金属本身的化学成分 金相组织等 变形速度 变形温度等 化学成分 其中碳对钢板的性能影响最大 含碳量越高塑性就越差 杂质对钢板的塑性也产生不利的影响 金相组织 单相组织比多相组织塑性好 抗力低 变形速度 变形速度快 变形体没有足够的时间进行回复和再结晶 金属的变形抗力增加 塑性降低 目前 常规冲压设备工作速度都较低 对金属变形的性能影响不大 考虑变形速度因素 主要基于零件的尺寸和形状 大型复杂 变形量大且极不均匀的制件 易局部拉裂和起皱 为使塑性变形的扩展 有利于金属流动 宜采用低速的压力机或液压机 变形温度 对塑性影响很大 多数金属随温度升高 塑性增加 变形抗力降低 热蠕变等 19 一 对冲压所用材料的要求满足工件的机械结构性能和冲压性能 工艺要求 1 良好的塑性 2 表面状态良好 3 材料规格标准 二 材料的种类和规格主要是金属板料和非金属板料 一般来说 金属材料既适合成形工序 也适合分离工序 非金属材料一般只适合分离工序 而金属板料又分为黑色金属和有色金属板料 1 3冲压所用材料 了解 20 1 黑色金属板料1 碳素钢钢板 Q195 Q215 Q235B等 2 优质碳素结构钢钢板 08 10 15 20 35 45 50等 主要用于复杂弯曲件和拉深件 深拉深用冷轧薄钢板 08F 08 10 15 20等 按其表面质量分为三组 组 高质量表面 组 较高质量表面 组 一般质量表面 深拉深钢板按冲压性能分为三个级别 Z 最深拉深 S 深拉深 P 普通拉深 钢板生产工艺还分为热轧 冷轧 一般厚度在4mm以下的用热轧或冷轧 4mm以上用热轧 表面状态 各向异性 板料供应状态分软硬两种 21 2 有色金属板料1 黄铜板 带 很好的塑性和较高的强度及抗腐蚀性 焊接性能优良 H68 深拉深 H62 冲裁 弯曲和浅拉深 2 铝板 带 塑性很好 比重小 导电性良好 主要用于仪表面板及各种罩壳 支架等零件 L2 L3 L5等 3 非金属板料 有纸板 胶木板 塑料板 纤维板 冲压用材料大部分是各种规格的板料 带料 条料 块料 板料 尺寸较大 可用于大型零件的冲压 也可裁剪为条料后用于中小零件的冲压 从有关国家标准中即可查出按不同材料 不同厚度出厂的板料的宽X长尺寸 目前多是钢卷 提货时开平 但宽度一定 22 带料 也称卷料 不同宽度和长度 一般宽度在300mm以下 长度几十米以上 主要适合大批量生产的自动送料 块料 适用于小批量生产和价值昂贵的有色金属的冲压 棒材 一般适合于挤压 切断 成形等工序 例 冲压工艺文件中用如下方式标注钢板牌号1 0 1000 1500 GB T708 1988A20 S GB T13237 1991含义 20号钢 料厚1 0 料宽1000 料长1500的钢板 轧制精度A级 表面精度 级 拉深精度S级 深拉深钢 规格性能 23 1 4冲压常用设备 一 备料用设备主要是剪板机 震动剪 火焰气割机 等离子切割机等 Q11X6 2000剪板机 24 二 冲压设备目前主要使用较多的有曲柄压力机 摩擦压力机 液压机 水压机和闸压床等还有数控 高速冲床 冲压加工中常用的压力机见下表 压力机按其结构形式和使用条件不同 分为若干系列和若干组别 25 26 曲柄压力机 27 数控冲床 28 曲柄压力机包括各种结构的偏心冲床和曲柄冲床 其基本工作机构都是曲柄连杆机构 由曲轴或偏心轮将主轴的旋转运动转变为压力机滑块的往复运动 完成冲压工作 按床身结构分开式和闭式两种 1000KN以下多为开式 偏心冲床曲柄运动示意 29 液压机 用液压油为传动介质 水压机 用水为传动介质的是水压机主要用于热锻和大型冲件 例 JA31 16AJ 机械压力机 A 参数与基本型号不同的第一种变型 3 第三列 1 第一组 16 标称压力为160KN A 结构和性能在原型基础上作了第一次改性 30 液压机 31 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 32 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 33 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 校平的时候需要压力大 容易过载 常用这种压力机 34 三 冲压设备的选用 一 压力机类型的选择 根据工序性质 生产批量 冲件质量等要求进行选择 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 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 35 压力机许用压力曲线 压力机许用压力 冲裁力实际变化 拉深力实际变化 实际冲压力曲线与与压力机许用压力曲线不同步 冲裁 弯曲时压力机的吨位应比计算的冲压力大30 左右 拉深时压力机吨位应比计算出的拉深力大60 100 36 压力机的闭合高度Hmin Hmax 指滑块在下止点 上止点 时 滑块底面到工作台上平面 即垫板下平面 之间