第1章冷冲压模具设计PPT课件.ppt

1 第一篇冷冲压模具设计 东北大学现代设计与分析研究所 1 2 模具的种类 1 3 第一讲冲压模具设计基础 东北大学现代设计与分析研究所 1 4 1 1冲压加工特点及基本工序 一 冲压与冲模概念 冲压是在室温下 利用安装在压力机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 加工对象 主要金属板材 加工依据 板材冲压成形工艺 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 1 5 1 1冲压加工特点及基本工序 一 冲压与冲模概念 冲压产品在电子 汽车 电机等机械工业和国防工业以及日常生活用品方面有广泛的应用 1 6 1 1冲压加工特点及基本工序 一 冲压与冲模概念 续 1 7 1 1冲压加工特点及基本工序 二 冲压加工的特点 冲压加工现场视频 冲模与冲压件有 一模一样 的关系 冲模没有通用性 优点 1 在压力机的简单冲击下 能获得壁薄 重量轻 刚性好 形状复杂的零件 产品 2 所加工的零件精度较高 尺寸稳定具有良好的互换性 产品 3 冲压加工是无屑加工板料利用率高 料 4 生产率高 生产过程容易实现机械自动化 操作 5 操作简单 便于组织生产 操作 缺点 模具的设计制造周期长 费用高 因此只适宜于大批量的生产 在小批量生产中受到一定限制 1 8 1 1冲压加工特点及基本工序 三 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 1 9 三 冲压工序的分类 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 1 1冲压加工特点及基本工序 1 10 多工位精密级进模 四 冲压模具 冲压模具 通常由上 下模两部分 凸模和凹模 构成 1 1冲压加工特点及基本工序 1 11 四 冲压模具 续 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 1 1冲压加工特点及基本工序 1 12 四 冲压模具 续 冲模的分类 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 1 1冲压加工特点及基本工序 1 13 五 冲压产品生产流程 冲模设计与制造流程图 1 1冲压加工特点及基本工序 1 14 五 冲压产品生产流程 模具零件加工方法 一 模具零件的毛坯选择 凸 凹模等工作零件 模座 大型模具零件 垫板 固定板等零件 锻件 铸件 型材上的切割件 二 模具零件的机械加工 主要采用成型磨 仿形铣床 电火花加工及线切割加工等 1 1冲压加工特点及基本工序 1 15 1 1冲压加工特点及基本工序 五 冲压产品生产流程 续 模具零件加工方法 电火花加工 在一定的介质中 通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电腐蚀作用 对工件进行加工的一种工艺方法 它是不断放电蚀除金属的过程 线切割加工时 是用连续移动的电极丝作为工具电极代替电火花加工中的成形电极 1 16 1 1冲压加工特点及基本工序 五 冲压产品生产流程 续 模具零件检测 1 17 1 1冲压加工特点及基本工序 六 冲压技术现状与发展方向 1 我国冲压技术现状技术落后 经济效益低 主要原因 冲压基础理论与成形工艺落后 模具标准化程度低 模具设计方法和手段 模具制造工艺及设备落后 模具专业化水平低 所以 结果导致我国模具在寿命 效率 加工精度 生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大 1 18 1 1冲压加工特点及基本工序 六 冲压技术现状与发展方向 2 冲压技术的发展1 模具CAD CAM CAE冲压模具设计与制造技术正由手工设计 依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计 CAD 数控切削加工 数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造 CAD CAM 技术转变 2 工艺分析计算现代化3 冲压生产自动化4 经济模具 简易模具加快模具的制造速度 降低模具生产成本 适应小批量生产要求 常用的包括 低熔点合金制模 环氧树脂制模 喷涂成形制模等 5 模具新技术 新工艺 新材料加强理论研究 开发和应用冲压新工艺 研究新冲压材料 1 19 1 1冲压加工特点及基本工序 六 冲压技术现状与发展方向 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 模具设计与制造专业人才是制造业紧缺人才 1 20 1 2冲压板料塑性变形基础 在外力的作用下 金属产生的形状和尺寸变化称为变形 变形分为弹性变形 elasticdeformation 与塑性变形 plasticdeformation 弹性 elasticity 卸载后变形可以恢复特性 可逆性 塑性 plasticity 物体产生永久变形的能力 不可逆性 一 金属塑性变形 拉裂点 1 21 1 2冲压板料塑性变形基础 一 金属塑性变形 1 塑性及塑性指标塑性 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 原因 外力破坏原子间原有的平衡状态 造成原子排列的畸变 引起金属形状和尺寸的变化 塑性指标 常用的塑性指标有 延伸率断面收缩率 1 22 1 2冲压板料塑性变形基础 一 金属塑性变形 2 变形抗力金属抵抗变形的力称为变形抗力 塑性与变形抗力是两个不同的概念 塑性 反映变形的能力 变形抗力 是塑性变形的难易程度 3 影响金属的塑性与变形抗力的主要因素1 化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响2 变形温度对塑性和变形抗力的影响3 变形速度对塑性和变形抗力的影响大型零件易用低速 1 23 1 2冲压板料塑性变形基础 二 塑性变形的力学基础 外力内力模具毛坯零件 毛坯的变形都是模具对毛坯施加外力所引起内力或由内力直接作用的结果 应力就是毛坯内单位面积上作用的内力 应力应理解为一极小面积上的内力与该面积比值的极限 即 全应力 正应力 剪应力 1 24 1 2冲压板料塑性变形基础 1 点的应力状态通常是围绕该点取出一个微小 正 六面体 即所谓单元体 用该单元体上三个相互垂直面上的九个应力分量来表示 已知该九个应力分量 则过此点任意切面上的应力都可求得 对任何一种应力状态来说 总存在这样一组坐标系 使得单元体各表面上只有正应力 而没有切应力 3个正应力称为主应力 由此 可定义单向 平面 三向应力状态 二 塑性变形的力学基础 1 25 1 2冲压板料塑性变形基础 二 塑性变形的力学基础 9种主应力状态图 1 26 1 2冲压板料塑性变形基础 二 塑性变形的力学基础 任何一种应力状态都可以分解成两种应力状态 一种是大小均等于平均应力的三向等应力状态 又称球应力状态 另一种是以各向主应力与平均应力的差值为应力值构成的偏应力状态 球应力状态不能改变物体的形状 只能使其体积发生微小变化 偏应力状态可使物体形状发生改变 1 27 1 2冲压板料塑性变形基础 二 塑性变形的力学基础 2 点的应变状态与点的应力状态一样 当采用主轴坐标系时 单元体就只有3个主应变分量而没有切应变分量 应变的大小可以通过物体变形前后尺寸的变化量来表示 相对应变 实际应变 1 28 1 2冲压板料塑性变形基础 二 塑性变形的力学基础 3种主应变状态图 3 体积不变定律金属塑性变形前后 只有形状的变化 而无体积的变化 三个推论 不论什么应变状态 其中一个主应变的符号与另外两个主应变的符号相反 主应变状态图只可能有三种 已知两个应变就可求第三个应变 1 29 1 2冲压板料塑性变形基础 二 塑性变形的力学基础 4 塑性条件 屈服条件 决定受力物体内质点由弹性状态向塑性状态过渡的条件 称为塑性条件或屈服条件 当物体内某点处于单向应力状态时 只要该向应力达到材料的屈服点 但是对于复杂应力状态 要同时考虑其他应力分量的作用 只有当各个应力分量之间符合一定关系时 该点才开始屈服 1 屈雷斯加 H Tresca 屈服准则 又称最大剪应力准则 2 密席斯 VonMises 屈服准则 又称弹性变形能量准则 1 30 1 2冲压板料塑性变形基础 二 塑性变形的力学基础 5 塑性变形时应力与应变的关系弹性变形阶段 应力与应变之间的关系是线性的 可逆的 与加载历史无关 塑性变形阶段 应力与应变之间的关系则是非线性的 不可逆的 与加载历史有关 增量理论 全量理论 1 31 1 2冲压板料塑性变形基础 二 塑性变形的力学基础 6 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 金属的流动趋势决定了冲压成形的变形趋向性 总的原则 弱区先变形 变形区为弱区 冲压变形的趋向 金属的流动趋势 应力状态 1 32 1 2冲压板料塑性变形基础 二 塑性变形的力学基础 环形毛坯的变形趋向 变形前的模具与毛坯 拉深 翻边 胀形 6 最小阻力定律 冲压成形趋向性的决定因素 1 材料本身的特性 冲压工序的性质 工艺参数 2 板料的应力状态 模具结构参数 如凸模 凹模工作部分的圆角半径 摩擦和间隙等 1 33 1 3冲压设备及选用 一 冲压设备分类 机械压力机 以Jxx表示其型号 液压机 以Yxx表示其型号 容易获得较大的压力和工作行程 主要用来进行深拉深 厚板弯曲 压印 校形等工艺 摩擦压力机 曲柄压力机 油压机 水压机 1 34 1 3冲压设备及选用 二 曲柄压力机的原理 曲柄压力机包括各种结构的偏心冲床和曲轴冲床 其基本工作机构都是曲柄滑块机构 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 1 35 1 3冲压设备及选用 二 曲柄压力机的原理 曲轴冲床的工作原理为 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 制动装置 1 36 1 3冲压设备及选用 三 曲柄压力机的技术参数 压力机许用压力曲线 冲裁 弯曲时压力机的吨位应比计算的冲压力大30 左右 压力机的许用压力曲线1 压力机许用压力曲线2 冲裁工艺冲裁力实际变化曲线3 拉深工艺拉深力实际变化曲线 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 实际冲压力曲线与压力机许用压力曲线不同步 拉深时压力机吨位应比计算出的拉深力大60 100 公称压力 1 37 1 3冲压设备及选用 三 曲柄压力机的技术参数 理论上为 实用上为 模具闭合高度与装模高度的关系 指滑块在下止点时 滑块底面到工作台上平面 即垫板下平面 之间的距离 指压力机的闭合高度减去垫板厚度的差值 指冲模在最低工作位置时 上模座上平面至下模座下平面之间的距离 Hmin H1 H Hmax H1 Hmin H 10 H Hmax H 5 压力机的闭合高度 压力机的装模高度 模具的闭合高度 滑块行程 滑块从上死点到下死点所走的距离 1 38 1 3冲压设备及选用 四 曲柄压力机的选用原则 1 压力机的公称压力不小于冲压工序所需的压力 2 压力机滑块行程应满足工件在高度上能获得所需尺寸 并在冲压后能顺利地从模具上取出工件 3 压力机的闭合高度 工作台尺寸和滑块尺寸等应能满足模具的正确安装 4 压力机的滑块行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求 1 39 1 4冲压所用材料 一 对冲压所用材料的要求 冲压所用材料的要求 不仅要满足工件的技术要求 同时要满足冲压工艺要求 冲压工艺要求包括 1 应具有良好的塑性 2 应具有光洁平整且无缺陷损伤的的表面状态 3 材料的厚度公差应符合国家标准 1 40 1 4冲压所用材料 二 材料的种类和规格 1 黑色金属材料1 碳素钢钢板这类钢板有 Q195 Q215A Q215B Q235A等牌号 2 优质碳素结构钢