冷冲压工艺与模具设计.ppt

2,第1章 冲 压 概 论,知识目标认识冲压加工。了解冲压工艺。认识冲压模具。了解冲压材料。了解冲压设备。了解冲压职业岗位群。了解冲压技术的现状与发展。,3,1.1 冲 压 加 工,冲压加工是机械制造中的一种零(工)件成形工艺技术，它是利用冲床的压力和冲压模具的成形能力，在常温下使板材(坯料)被加工成与模具工作型面“一模一样”的零件的一种压力加工方法。在生产实践中，冲压加工也称为冷冲压、钣金冲压或板料冲压。例如，汽车、农机、家电、电子产品、仪器仪表、航空航天、兵器、轻工、建筑五金等行业，冲压件的应用比例已经达到80%以上，如图1.1所示。,4,1.1.1 冲压加工基本原理,材料塑性变形理论是冲压加工的理论基础。冲压加工的过程如图1.2所示，冲压模具的上模安装在可做上下往复运动的冲床滑块上，下模安装在冲床工作台或垫板上。工作时，板料在下模的定位面上通过定位件定位，冲床提供压力带动上模向下运动直至与下模闭合。在这个过程中，冲模工作部件与材料逐渐接触并施压，塑性材料在巨大的外力作用下逐渐发生塑性变形或分离，被加工面最终形成与模具工作面“一模一样”的所需形状与精度的冲件。滑块带动上模向上运动时，模具的出件或卸料装置将已经成形的零件及废料从模具中取出，冲压加工完成。,5,1.1.1 冲压加工基本原理,6,1.1.2 冲压加工特点,1. 技术特点1)对薄壁类状复杂的零件加工具有不可替代性 2)可以利用金属材料的变形特性适当改善零件力学性能3)适合于大批量的板料件加工4)材料和能源消耗少5)普适性差6)模具成本相对较高2. 生产特点1)生产效率高2)生产操作简便3)生产危险性相对较大4)生产空间和噪声相对较大3. 产品特点1)产品质量好2)产品生产成本低3)产品精度不易过高,7,1.2 冲 压 工 艺,机械制造领域的“工艺”是指利用生产工具对各种原材料、半成品进行加工或处理，使之最终成为产品的方法与过程。冲压工艺的内涵即确定采用什么样的方法(工具、设备、参数)、经过怎样的程序，从而安全、经济、优质、高效地生产冲压产品。一套合理的冲压工艺，应该同时兼备冲压生产技术的先进性、冲压生产的经济性和工艺操作的可行性，它不仅是安全、高效地生产合格冲压件的技术保证，也是工程技术人员技术与艺术创新能力的体现。冲压工艺与生产环境密切相关。不同工厂的设备、管理以及工人熟练程度等生产环境不尽相同，即使对于同一种产品而言，不同的工厂制定的工艺可能是不同的，甚至同一个工厂在不同的时期制定的工艺也可能不同。,8,1.2.1 冲压加工基本工序,为了满足冲压产品的多样性，冲压生产中依据冲压生产内容的不同，可以采用不同的冲压工艺。概括起来可以分为分离工艺与成形工艺两大类。 两类工艺按其不同的变形机理又分为许多基本工序，如表1.1和表1.2所示。参见教材P5冲压工艺的分散与组合分为单工序、复合、级进、复合级进四种。(1)单工序冲压：在压力机的一次工作行程中，一套模具只能完成一种冲压基本工序的工艺方式。(2)复合冲压：在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上完成两种以上冲压基本工序的组合方式。(3)级进冲压：在压力机的一次工作行程中，在模具的不同工位上顺序完成两个以上冲压基本工序的组合方式。(4)复合级进冲压 ：在压力机的一次工作行程中，一套模具同时完成复合和级进冲压的组合方式。,9,1.2.2 冲压工艺设计,1. 冲压工艺设计目的和要求2. 冲压工艺设计流程和内容1)资料收集与分析(1)冲压件的零件图及使用要求。(2)冲压件的生产批量。(3)冲压件原材料的尺寸规格、性能及供应状况。(4)冲压设备条件。(5)模具制造条件及水平。2)零件冲压工艺性分析3)冲压工艺方案的确定4)确定冲压模具类型5)冲压设备选择6)编制工艺文件3. 工艺流程再造,10,1.3 冲 压 模 具,冲压模具简称冲模，是冲压加工的专用工艺装备。冲压模具是冲压工艺方案的集中体现，也是冲压工艺实现的重要保证。冲压零件的质量主要取决于冲压模具的质量和精度。有关冲压模具的更多内容和模具设计将在以后几章中逐一学习，本节仅对冲压模具进行简单介绍。,11,1.3.1 冲压模具基本结构,1. 工艺性零件(1)工作零件 (2)定位零件 (3)压料/卸料/出件零件,12,1.3.1 冲压模具基本结构,2. 结构性零件(1)导向零件 (2)支撑零件 (3)紧固零件及其他件,13,1.3.2 冲压模具分类,根据不同的分类标准，冲模可以分为许多种类。生产中常见分类方法与冲模种类如表1.5所示。,14,1.3.3 冲压模具设计流程与内容,1. 冲模总体设计1)总体结构的进一步确定2)操作方式的确定3)送料和出件方式的确定4)压料和卸料方式的确定5)模具精度的确定6)绘制冲模总体结构草图2. 冲模零部件设计3. 绘制冲模装配图、编写冲模设计说明书1)封面2)目录3)正文4)附录,15,1.3.4 冲压模具的生命周期,1. 冲模生命周期曲线2. 冲裁模的失效形式1)初期磨损阶段2)正常磨损阶段3)急剧磨损阶段3. 拉深模的工作条件及失效形式,16,1.3.5 影响冲压模具寿命的因素及提高冲模寿命的措施,1. 影响冲压模具寿命的因素1)模具材料的影响(1)模具材料性能的影响。(2)模具钢材冶金质量的影响。2)模具结构的影响(1)模具工作零件几何形状的影响。(2)模具间隙的影响。(3)结构形式的影响。3)模具制造工艺的影响 (1)锻造工艺的影响。(2)加工工艺的影响。(3)热处理工艺的影响。4)模具工作条件和使用维护的影响 (1)被加工材料的影响。(2)冲压设备特性的影响。(3)润滑条件的影响。,17,1.3.5 影响冲压模具寿命的因素及提高冲模寿命的措施,2. 提高冲模寿命的措施1)合理设计模具2)提高模具制造加工质量3)正确选择模具材料4)采用模具强韧化处理和表面强化处理5)合理使用维护模具,18,1.4 冲压板材和模具材料,冲压加工中使用的材料是冲压加工三要素之一，对冲压加工有重要影响。通常，冲压材料专指冲压零件的坯料，但就冲压加工而言，模具材料与冲压件坯料同样重要。,19,1.4.1 冲压件材料,1. 冲压件材料的成形性能2. 材料的力学性能与冲压成形性能的关系1)屈服极限2)屈强比3)总延伸率与均匀延伸率4)硬化指数5)板厚方向性系数 6)板平面各向异性系数,20,1.4.1 冲压件材料,3. 常用冲压材料及其性能1)冲压件常用的材料(1)黑色金属 (2)有色金属 (3)非金属材料 2)冲压用新材料及其性能(1)高强度钢板。(2)耐腐蚀钢板。(3)双相钢板。(4)涂层板。(5)复合板材。4. 冲压材料选用的一般性要求1)良好的冲压性能 2)良好的表面质量 3)符合国标规定的厚度公差,21,1.4.2 模具工作零件材料,1. 冲压模具工作零件材料的一般要求 1)冲裁模材料的要求2)拉深模具材料的要求3)冷挤压模具材料的要求2. 冲压模具材料的种类及特性,22,1.5 冲 压 设 备,冲压设备为冲压加工提供了模具安装基础及加工所需的动力和运动。在国家机械设备分类中，冲压设备属于锻压机械大类，如表1.12所示。冲压加工中常用的设备有剪切机、机械压力机和液压机。参见教材P36,23,1.5.1 剪切机,1. 剪切机的型号2. 剪切机的工作原理,24,1.5.1 剪切机,3. 剪切机的基本参数1)剪切主参数2)剪切前倾角3)剪切次数4)压料力5)后挡料范围,25,1.5.2 机械压力机,1. 曲柄压力机工作原理与结构曲柄压力机的结构由以下5部分构成。1)传动系统 2)工作机构 3)操纵系统 4)支承部件5)辅助系统,26,1.5.2 机械压力机,2. 曲柄压力机的技术参数曲柄压力机的主要技术参数包括标称压力、滑块行程、滑块行程次数、闭合高度、装模高度、连杆调节长度等，常用曲柄压力机主要技术参数如表1.17表1.19所示。参见教材P441)标称压力2)滑块行程3)滑块行程次数4)闭合高度5)工作台面与滑块底面尺寸6)工作台孔尺寸7)模柄孔尺寸8)立柱间距与喉深,27,1.5.2 机械压力机,3. 曲柄压力机的选用1)类型选择2)规格选择(1)标称压力。(2)滑块行程。(3)行程次数。(4)工作台面尺寸。(5)模柄孔尺寸或滑块底面尺寸。(6)最大闭合高度与调节量。,28,1.5.3 液压机,1. 液压机的工作原理与结构液压机的工作原理是液体静压力传递原理。图1.20所示为液压机工作原理图。,29,1.5.3 液压机,2. 液压机的技术参数液压机的技术参数是选择压力机的依据。液压机的类型不同，其技术参数的项目也不同，常用国产通用液压机的主要技术参数如表1.20所示。参见教材P491)力参数(1)标称压力 (2)工作液压力 (3)最大回程力 (4)最大顶出力 2)运动参数(1)工作活塞与顶出活塞行程速度 (2)工作活塞与顶出活塞最大行程 3)结构参数(1)活动横梁距工作台面距离 (2)立柱中心距离 (3)工作台有效尺寸,30,1.6 冲压加工的理论基础,冲压加工是金属塑性成形的方法之一。金属材料经塑性加工之后，其内部组织会发生变化，性能会得到改善和提高。为了能正确选用压力加工方法、合理设计压力加工成形的零件，必须深入掌握塑性变形实质、规律和影响因素等内容。,31,1.6.1 金属塑性变形的物理基础,1. 单晶体的塑性变形1)滑移 2)孪生 2. 多晶体的塑性变形 3. 位错运动,32,1.6.2 金属塑性变形的力学基础,1. 塑性变形屈服准则1)屈雷斯加屈服准则2)密西斯屈服准则2. 塑性变形的应力与应变关系 (1)应力与应变之间的关系是非线性的。 (2)塑性变形是不可恢复的，是不可逆的关系。 (3)塑性变形时可以认为体积不变。 3. 塑性变形时体积不变的条件,33,1.6.3 塑性变形对金属组织和性能的影响,金属在不同温度下的变形对其组织和性能的影响也不同，金属的塑性变形分为冷变形和热变形两种。在再结晶温度以下的变形称为冷变形，在再结晶温度以上的变形称为热变形，冲压加工属于冷变形。金属在常温下经过塑性变形后，其内部组织将发生以下变化。(1)晶粒沿变形最大的方向伸长。(2)晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力。(3)晶粒间产生碎晶。,34,1.7 冲压技术的现状与发展,1. 模具产品市场占有率明显提高2. 模具产品质量越来越高3. 模具CAD/CAM/CAE应用越来越广泛4. 模具设计与制造能力大幅提高(1)模具产品向大型化、高效率、高精度方向发展。(2)模具设计技术向信息化、集成化、智能化和网络化方向发展。(3)模具制造技术向高精度、高速度和标准化方向发展。(4)冲压设备向机械化、自动化和智能化方向发展。(5)冲压材料向轻型化、复合化、高强化和易冲压方向发展。,35,1.8 冲压职业岗位群,1. 产品开发岗位群1)市场开发岗位(1)获取产品开发信息，分析研究这些信息并形成开发可行性研究报告。(2)对用户实施跟踪服务，完善产品质量，塑造企业形象。2)产品设计岗位(1)对批准实施的开发项目进行工艺和模具设计，完成生产前的技术准备。(2)跟踪生产过程，提供技术支持，收集生产信息，积累生产设计经验。,36,1.8 冲压职业岗位群,2. 产品制造岗位群1)模具与工装制造工艺设计岗位(1)对产品与工装设计进行制造工艺设计，制定生产工艺规程。(2)现场跟踪产品制造过程，提供技术支持，收集生产信息，积累工艺设计经验。2)模具与工装生产制造岗位(1)依据生产任务和生产工艺规程，操作生产设备完成模具与工装零部件生产。(2)依据生产任务和生产工艺规程，操作生产设备完成模具与工装零部件的装配。3)冲压产品生产岗位依据生产任务和冲压生产工艺规程，操作冲压设备和模具完成冲压产品生产。4)模具与冲压产品品质管理岗位(1)现场监督生产中工艺规程执行情况，保证工艺规程的严格实施。(2)检测产品质量，保证合格产品入库。,37,1.8 冲压职业岗位群,3. 产品服务岗位群1)模具维护岗位跟踪模具使用过程，根据实际情况，对模具使用出现的问题实施维修与保养。2)售后服务岗位适时跟踪售后产品，全方位提供产品优质服务。,38,本 章 小 结,冲压加工是机械制造中的一种零(工)件成形工艺技术，特点明显，应用广泛。材料、模具(工艺)、设备是冲压加工的三要素。冲压工件所用的材料通常为具有塑性的金属板材，冲压模具是冲压加工的关键工艺装备，冲压设备提供了模具工作(冲压加工)所需的运动与动力。冲压工艺是指冲压加工时为保证安全、高效、优质生产而制订的具体方法与程序，按照加工内容分为分离和成形两类。金属晶体的内部滑移和晶变是冲压加工的物理基础，物质的应力与应变关系是冲压加工的力学基础。冲压技术的发展包括：模具产品向大型化、高效率、高精度方向发展；模具设计技术向信息化、集成化、智能化和网络化方向发展；模具制造技术向高精度、高速度和标准化发展；冲压设备向机械化、自动化和智能化方向发展；冲压材料向轻型化、复合化、高强化和易冲压方向发展。,39,思考与练习,1.什么是冲压加工？2.冲压加工的特点是什么？3.冲压工艺分类与基本工序是什么？4.什么是冲压工艺设计？5.简述冲压工艺设计的目的与要求。6.简