《冷冲模具设计》《塑料模具设计》PPT课件.ppt

模具设计专业主干专业课程 模具技术 主讲人 郭军伟 冷冲模具设计 塑料模具设计 1 模具设计专业主干专业课程 授课学时 54学时 课程任务 1 了解常见冲压工序的变形规律 2 认识模具成形工艺方法 冷冲模的典型结构 及其加工方法与手段 3 掌握常用冷冲模的设计方法 4 具备进行常用零件的相应模具设计的能力 课程性质 模具设计专业的一门主干专业技术课 是一门实践性 综合性很强的课程 课程情况总体简介 2 目录 冷冲模具第一章冲压工艺及冲压模第二章冲裁工艺及冲裁模第三章弯曲工艺及弯曲模第四章拉深工艺及拉深模具第五章典型冲压模具结构图例 3 第一章冲压工艺及冲压模 第一节冲压模具概述第二节板材塑性变形及其基本规律第三节冲压工艺对材料的要求第四节常用冲压设备复习思考题 4 第一节冲压模具概述 冷冲压的概念 冷冲压是在室温下 利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力 使其产生分离或塑性变形 从而获得所需零件的一种压力加工方法 冲压 室温下压力机模具材料分离或塑性变形 冲压生产场景 5 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 冷冲压的概念 6 图1 1冷冲压加工的三要素 冷冲压的概念 7 一 冲压加工的特点 冷冲压加工与其它加工方法相比 无论在技术方面 还是在经济方面 都具有许多独特的优势 优点主要有 1 冷冲压是由模具保证冲压件的尺寸公差与形状精度的 且所用的原材料多是表面质量好的板料或带料 所以产品尺寸稳定 互换性好 2 冷冲压所获得的零件一般无需进行切削加工 因而是一种节省能源 节省原材料的少 无切削加工方法 8 3 冷冲压产品壁薄 质量好 刚度好 可以加工尺寸范围较大 形状较复杂的零件 如小到钟表的秒针 大到汽车的覆盖件等 4 冷冲压生产依靠冲模和冲压设备完成加工 其生产率高 操作方便 易于实现机械化 自动化 对于普通压力机 每台每分钟可生产几件到几十件冲压件 而高速冲床每分钟可生产数百件甚至千件以上冲压件 由于冷冲压生产具有上述优点 因此在批量生产中应用十分广泛 一 冲压加工的特点 9 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 冲压模具的应用 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 冲压模具也有缺点 冲模与冲压件有 一模一样 的关系 冲模没有通用性 产品性能受制于模具 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 适用于批量生产 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 冲压模具的应用 13 冲模设计与制造场景 冲模设计 冲模制造 14 多工位精密级进模 15 二 冲压模具的类型 1 根据工艺性质分类 1 冲裁模 沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具 如落料模 冲孔模 切断模 切口模 切边模等 2 弯曲模 使平板坯料沿着直线 或弯曲线 产生弯曲变形 从而获得一定角度和形状的工件的模具 3 拉深模 把平板料制成开口空心件 或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具 4 成型模 把坯料或工序件按凸 凹模的形状直接复制成型 而材料本身仅产生局部塑性变形的模具 如胀形模 缩口模 扩口模 翻边模和整形模等 16 图1 2几种常见冲模的结构简图 a 冲裁模 b 弯曲模 c 拉深模 d 成型模 17 2 根据工序组合程度分类 1 单工序模 一般只有一对凸 凹模 在压力机的一次行程中 只完成一道冲压工序的模具 2 复合模1 2 只有一个工位 在压力机的一次行程中 在同一工位上同时完成两道或两道以上工序的模具 3 级进模 在毛坯的送进方向上 具有两个或更多的工位 在压力机的一次行程中 在不同的工位上逐次完成两道或两道以上工序的模具 18 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 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 19 根据材料的变形特点分 分离工序 分离工序 成形工序 使板料按一定的轮廓线分离而获得一定形状 尺寸和切断面质量的冲压件 俗称冲裁件 的工序 主要包括冲孔 落料 切断等 三 冲压加工的基本工序 20 成形工序 坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序 主要包括弯曲 拉深 翻边 胀形等 冲压工序的具体分类及特点见表1 1和表1 2 21 表1 1分离工序 22 表1 2成型工序 23 表1 2成型工序 24 复习思考题 课本第10页 第1题 25 模具工业是国民经济的基础工业 是高技术行业 模具设计与制造技术水平的高低 是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一 模具在日本被誉为 进入富裕社会的原动力 在德国被称为 金属加工业中的帝王 26 我国模具工业发展十分迅速 1996 2007年间 模具产值年平均增速在14 左右 由上可见 模具技术是先进制造技术的重要代表 模具工业是高新技术产业的一个重要组成部分 模具工业又是高新技术产业化的重要领域 模具设计与制造专业人才是制造业紧缺人才 27 本次课结束 28 29 30 31 第二节板材塑性变形及其基本规律 一 应力 应变曲线 32 万能材料试验机 33 图1 3拉伸试验用的试样 34 二 塑性变形体积不变定律 35 一 工艺对材料的要求冲压所用的材料 不仅要满足使用要求 还应满足冲压工艺要求和后续加工要求 如切削加工 电镀 焊接等 冲压工艺对材料的基本要求主要是 1 对冲压成型性能的要求 对于成型工序 为了有利于冲压变形和制件质量的提高 材料应具有塑性好 屈强比小 弹性模量高 板厚方向性系数大 板平面方向性系数小等性能 第三节冲压工艺对材料的要求 36 2 对材料公差的要求 材料的厚度公差应符合国家规定标准 因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料 所以材料厚度公差太大 不仅直接影响制件的质量 还可能导致模具和冲床的损坏 3 对表面质量的要求 材料的表面应光洁平整 无分层和机械性质的损伤 无锈斑 氧化皮及其它附着物 表面质量好的材料 冲压时不易破裂 不易擦伤模具 工件表面质量也好 37 二 材料的规格和种类 冲压生产中最常用的材料是金属材料 分黑色金属和有色金属两种 有时也用非金属材料 黑色金属主要有普通碳素结构钢 优质碳素结构钢 合金结构钢 碳素工具钢 不锈钢 电工硅钢等有色金属有纯铜 黄铜 青铜 铝等非金属材料有纸板 胶木板 橡胶板 塑料板 纤维板和云母等 38 冲压用金属材料的供应状态一般是各种规格的板料或带料 板料的尺寸较大 可用于大型零件的冲压 也可将板料按排样尺寸剪裁成条料后用于中 小型零件的冲压 带料有各种规格的宽度 展开长度可达几十米 成卷状供应 适用于大批量生产的自动送料 材料厚度很小时也是做成带料供应 39 表1 3冲压常用金属材料的力学性能 40 表1 3冲压常用金属材料的力学性能 41 第四节常用冲压设备 一 压力机的分类及代号 锻压机械基本型号是由一个汉语拼音字母和几个阿拉伯数字组成的 字母代表锻压机械的大类 称为类别 同一类锻压机械中分为若干列 称为列别 由第一个数字之后的数字代表锻压机械的主要规格 第二位数字与规格部分的数字以一短横线 隔开 42 在类 列 组和主要规格完全相同 只是次要参数不同的锻压机械 按变型处理 即在原型号的字母后加一个字母A B C 等 依次表示为第一 第二 第三 次变型 例如JA31 160A曲柄压力机的型号意义是 43 型号表示方法说明如下 第一个字母J为类代号 用汉语拼音字母表示 在锻压设备中 与曲柄压力机有关的有5类 机械压力机 线材成型自动机 锻机 剪切机和弯曲校正机 见表1 5 44 表1 5锻压机械类别代号 45 第二个字母代表同一型号产品的变型顺序号 凡主参数与基本型号相同 但其它某些基本参数与基本型号不同的 称为变型 用字母A B C 表示 46 第三 第四个数字代表主参数 前面一个数字代表 列 后一个数字代表 级 每类锻压设备分为10列 每列分为10组 47 横线后面的数字代表主参数 一般用压力机的标称压力作为主参数 型号中的标称压力用工程单位制的 tf 表示 转化为法定单位制的 kN 时 应把此数乘以10 48 最后一个字母代表产品的重大改进顺序号 凡型号已确定的锻压机械 若结构和性能上与原产品有显著不同 则称为改进 用字母A B C 表示 有些锻压设备紧接列 级代号后面还有一个字母 代表设备的通用特性 例如J21G 20中的 G 代表 高速 J92K 250中的 K 代表 数控 49 二 偏心冲床 50 图1 12J31 315型压力机工作原理图 51 三 曲轴冲床 52 图1 9JB23 63型压力机结构图 53 图1 10JB23 63型压力机运动原理图 54 四 曲柄压力机的主要技术参数公称压力 指滑块离下止点前某一特定距离或曲柄旋转到离下止点前某一特定角度 滑块上所允许的最大作用力 例如J35 315型压力机的公称压力为3450kN 它是指滑块离下止点前10 5mm或者曲柄旋转到离下止点前20 时 滑块上所允许的最大作用力 公称压力是压力机的主要参数 我国压力机的公称压力已经系列化 55 滑块行程 指滑块从上止点到下止点所经过的距离 其大小随工艺用途和公称压力的不同而不同 例如 冲裁用的曲柄压力机行程较小 拉深用的压力机行程较大 行程次数 指滑块每分钟从上止点到下止点 然后再回到上止点所往复的次数 一般小型压力机和用于冲裁的压力机行程次数较多 大型压力机和用于拉深的压力机行程次数较少 56 闭合高度 指滑块在下止点时 滑块下平面到工作台上平面 即垫板下平面 的距离 当闭合高度调节装置将滑块调整到最上位置时 闭合高度最大 称为最大闭合高度 将滑块调整到最下位置时 闭合高度最小 称为最小闭合高度 闭合高度从最大到最小可以调节的范围 称为闭合高度调节量 模具闭合高度与装模高度的关系 57 装模高度 当工作台面上装有工作垫板 并且滑块在下止点时 滑块下平面到垫板上平面的距离为装模高度 在最大闭合高度状态时的装模高度为最大装模高度 在最小闭合高度状态时的装模高度为最小装模高度 装模高度与闭合高度之差为垫板厚度 58 工作台面尺寸 压力机工作台面 或垫板平面 的长 宽尺寸一般应大于模具下模座尺寸 且每边留出60 100mm 以便于安装固定模具 当冲压件或废料从下模漏料时 工作台孔尺寸必须大于漏料件尺寸 对于有弹顶装置的模具 工作台孔还应大于弹顶器的外形尺寸 偏心压力机传动系统 59 滑块模柄孔尺寸 滑块上模柄孔的直径应与模具模柄直径一致 模柄孔的深度应大于模柄夹持部分长度 电动机的功率 一般在保证了冲压工艺力的情况下 压力机的电机功率是足够的 但在某些施力行程较大的情况下 也会出现压力足够而功率不够的现象 此时必须对压力机的电机功率进行校核 保证电机功率大于冲压时所需的功率 60 压力机的精度 主要是指压力机在静态情况下 所测得的压力机应达到的各种精度指标 称为静态精度 它主要包括 工作台的平面度 滑块下平面的平面度 工作台面同滑块下平面的平行度 滑块行程同工作台面的垂直度 滑块中心孔和滑块行程的平行度等 61 五 压力机的选择原则 1 冲压设备类型的选择 冲压设备类型主要根据所要完成的冲压工艺性质 生产批量 冲压件的尺寸大小和精度要求等来选择 1 对于中 小型冲裁件 弯曲件或拉深件等 主要选用开式机械压力机 开式压力机虽然刚度不高 在较大冲压力的作用下 床身的变形会改变冲模间隙分布 降低模具寿命和冲压件表面质量 但是由于它提供了极为方便的操作条件等特点 所以目前仍是中小型冲压件生产的主要设备 62 2 对于大 中型冲压件 多选用闭式机械压力机 包括一般用途的通用压力机和专用的精密压力机 双动或三动拉深压力机等 其中薄板冲裁或精密冲裁时 选用精度和刚度较高的精密压力机 大型复杂拉深件生产中 应尽量选用双动或三动压力机 可使所用模具结构简单 调整方便 双动闭式拉深压力机 63 3 在小批量生产中 多采用液压机或摩擦压力机 液压机没有固定的行程 不会因为板料厚度的变化而超载 与机械压力机相比具有明显的优点 因此特别适合大型厚板冲压件的生产 64 液压机 但液压机的速度低 生产效率不高 而且冲压件的尺寸精度有时受到操作因素的影响而不十分稳定 液压机的结构简单 造价低廉 不易发生超载破坏等特点 因此在小批量生产中常用来弯曲大而厚的弯曲件 65 摩擦压力机图 66 4 在大批量生产或形状复杂件的大量生产中 应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机 67 2 冲压设备规格的确定 在冲压设备的类型选定以后 应该进一步根据冲压件的尺寸 模具的尺寸和冲压力来确定设备的规格 1 所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力 即