冲压成形的基本理论演示幻灯片

第一章冲压成形的基本理论,1,第一章冲压成形的基本理论,1冲压工序分类1.1断裂分离工序断裂分离工序是在冲压过程中使冲压零件与板料沿一定轮廓线相互分离的工序，如切断、冲孔、落料等。1.2塑性成形工序塑性成形工序是材料在不破裂的条件下产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和精度要求的零件，如弯曲、拉深、涨形、翻边、缩口等,2,第一章冲压成形的基本理论,1.1.1常用冲压基本工序一、落料六、弯曲二、冲孔七、拉深三、修边八、涨形四、切口九、缩口五、剖切十、卷圆,3,第一章冲压成形的基本理论,一、落料落料是在平板的毛坯上沿封闭轮廓进行冲裁，余下的就是废料。落料常用于工件的首工序。,4,第一章冲压成形的基本理论,二、冲孔冲孔是以落料件或其他成形件为工序件，完成各种形状孔的冲孔冲裁加工。,5,第一章冲压成形的基本理论,三、修边修边是指对成形件边缘进行冲裁，以获得工件要求的形状和尺寸,6,第一章冲压成形的基本理论,四、切口如图所示，在材料上将局部材料切开并弯成一定的角度，但不与主体完全分离，称为切口，也可称为冲切成形,7,第一章冲压成形的基本理论,五、剖切如图所示，将已成形的立体形状工序件分割为两件，称为剖切。,8,第一章冲压成形的基本理论,六、弯曲如图所示，用将平板毛坯压弯成一定角度或将已弯件作进一步成形。如：压弯、卷边、扭曲等。,9,第一章冲压成形的基本理论,七、拉深如图所示，将平板毛坯压延成空心件，或使空心毛坯作进一步变形。,10,第一章冲压成形的基本理论,八、涨形如图所示，从空心件内部施加径向压力使局部直径涨大.例如：不锈钢茶壶、水杯等等。,11,第一章冲压成形的基本理论,九、缩口如图所示，在空心件外部施加压力，使局部直径缩小，例如：不锈钢杯盖、罐类产品等,12,第一章冲压成形的基本理论,十、卷圆如图所示，用卷圆模具使空心件的边缘向外卷成圆弧边缘，例如：罐类产品,13,第一章冲压成形的基本理论,右图为一套简易的开料模，我们通过此动画更加形象深刻地认识开料冲压模具，看清模具是如何运作。,14,第一章冲压成形的基本理论,右图为一套简易的拉深模，我们通过此动画更加形象深刻地认识拉深模具，看清模具是如何运作。,15,第一章冲压成形的基本理论,1.1.2冲裁变形分析一、冲裁变形过程（一）弹性变形阶段（二）塑性变形阶段（三）断列分离阶段,16,第一章冲压成形的基本理论,二、冲裁时的受力分析（一）、冲裁时板料所受的外力由于凸模与凹模之间有一定的距离，使得板料在受到凸模与凹模正压力作用的同时还受到弯矩的作用，板料的变形不可能是纯剪切，还要产生有害的弯曲变形。（图1-10）板料的弯曲变形对模具刃口的侧面产生挤压作用，反过来，凸模与凹模刃口的侧面对板料产生反挤作用，形成对板料剪切面的侧压力,17,第一章冲压成形的基本理论,（二）、冲裁时变形区地应力状态冲裁时板料最大的塑性变形集中在以凸模与凹模刃口连线为中线的纺锤形区域内。（图1-11）图a表示初始冲裁时的变形区由刃口向板料中心逐渐扩大，截面呈纺锤形。材料的塑性越好、硬化指数大，则纺锤形变形区的宽度将越大。图b表示变形区随着凸模切入板料深度的增加面逐渐缩小，但仍保持纺锤形。其周围己变形的材料比初始冲裁时己被严重加工硬化了，因此冲裁断面存在加工硬化现象。,18,第一章冲压成形的基本理论,冲裁时板料的应力状态（图1-12）简述：A点和B点均受压应力，C点和D点均受拉应力。变形区分为四个应力区（图1-12）凸模和凹模端面靠近刃口区域为压应力区；凸模和凹模侧面靠近刃口区域为拉应力区。,19,第一章冲压成形的基本理论,二、冲裁时裂纹的生成与发展冲裁件沿冲裁轮廓的周边总要残留下有害的毛刺，落料件的毛刺在凸模一侧，冲孔件的毛刺在凹模一侧。毛刺截面呈三角形，带有尖锋，并高出板平面，常成为冲裁件的主要质量问题。,20,第一章冲压成形的基本理论,三、冲裁件断面的形状冲裁件断面可以分成明显的四部分：塌角，光亮带，断裂带和毛刺。塌角：也称为圆角带。光亮带b：也称为剪切面。断裂带c：也称为撕裂带。毛刺d：也称为披峰。,21,第一章冲压成形的基本理论,冲裁件断面的形状,22,第二章冲压设备简介,1.剪板机剪板机是剪切方法使板料分离的冲压设备按传动形式分为机械剪板机和液压剪板机。,23,第二章冲压设备简介,2.压力机压力机是一种能使滑块作往复运动，并按所需方向给模具施加压力的机器，是冲压的基本设备。按其床身结构不同有开式和闭式两种压力机。图示为台湾金锋开式压力机，闭式压力机最大吨位达40000kN压力机使用千万、万千要注意安全！,24,第二章冲压设备简介,3.送料装置冲压送料装置由料架，校平，送料三大类。主要作用是将冲压材料校平和自动进给送料。一般分为气动式，伺服送料机，数控送料机等。,25,第三章冲压常用材料,冲压材料是影响零件质量和模具寿命的重要因素。目前,可冲压的材料不仅有低碳钢，而且还有不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金等。一般以含碳量0.25%及抗拉强度小于650N/mm的材料为主。例如冷轧钢SPCC(JIS)或1010(SAE)。对金属材料的冲压性能要求：1具有良好的机械性能及较大的变形能力。金属材料的机械性能是指抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度塑性应变比。2具有理想的金相组织结构金相组织是材料的微观质量特征。它的主要标志是:渗碳体或碳化物的球化程度。,第一节冲压材料的性能要求,26,第三章冲压常用材料,1.1.冲压材料性能（参考值见下表）：,27,第三章冲压常用材料,28,第三章冲压常用材料,加工硬化值(n)不锈钢板的引伸成形要分几次加工才能达到产品形状，在引伸加工过程中会使材料产生硬化现象，这种现象一般称为加工硬化。加工硬化之生成原因为材料承受一塑性变形后，在于同方向施加负荷力将使其降伏点上升，从而增加必要的变形抵抗以对抗塑性变形之再产生。降伏点是超越弹性变形区域而产生永久变形的初始点，由拉伸试验知，是荷重不增加而伸展行为仍进行的点。加工硬化系数之高低意味著什么现象呢？n值高的材料会发生下列的行为:(1)继续进行加工会造成材料硬化、伸长量减少而使加工不易。(2)继续进行加工将会抑制局部变形，得到一致的变形。n值低的材料会发生下列的行为:继续进行加工会引起局部的变形，弱的部份甚至破断。因此，伸长类成形要求板材具有较大的n值。塑性应变比（r）它是表示板材各向异性性能的参数。由于板材在制造过程中要经历轧制与退火等工艺，结果使板材形成结晶方位趋于一致的织构组织，在宏观上表现为各向异性，即在不同的方向上板材的性能有一定的差异。在生产中用r值来表示板材的各向异性，其值等于对数应变表示的宽度应变b与厚度方向应变t之比，即:r=b/t=ln(b/b0)/ln(t/t0)r值主要影响拉深性能，板材的r值大，它的拉深性能也好。,29,硬度(Hardness)一般说来，硬度越低，塑性越好。但是，材料的硬度偏高，若碳化物球化率在90%以上，也能得到良好的冲裁面。反之，材料的硬度偏低，但球化不充分，也会使冲裁面撕裂。因此，硬度是判断是否适合剪切的宏观指标，而金属组织(碳化物的均匀性和球化程度)是判断是否适合冲裁的微观指标。球化度(Spheroidizing)低碳钢的组织是以软的铁素体为基体与少量的珠光体组成。而珠光体是铁素体与渗碳体的细密的混合物，其中渗碳体含量占12%。铁素体具有很好的塑性，而渗碳体则硬而脆。从同一含碳量的材料来看，通过随着碳化物的球化，可提高塑性而改善冲裁面的质量。注：什么是球化退火?目的在于使网状二次渗碳体及珠光体中的层状渗碳体发生球化变成粒状的渗碳体，降低材料硬度，改善切削加工性，并为淬火作好准备。由于珠光体本身较硬，而且由于网状二次渗碳体的存在，更增加了钢的硬度和脆性。这不仅给切削加工带来困难，而且还会引起淬火时产生变形和开裂。时效割裂在对某些板材（如不锈钢板与黄铜板等）进行拉深成形时，由于拉深时形成的残余应力的作用，在拉深后会在圆筒形件的侧壁产生纵向开裂现象。这种开裂现象可能在脱模后立即产生，也可能在放置一段时间之后，或在冲压件使用过程当中发生，故称为时效割裂。,第三章冲压常用材料,30,圆筒深引伸试验（LDR值）圆筒深引伸试验法是评估金属薄板深引伸性试验法中最基本的方法之一。此试验之目的在于求得金属材料的引伸界限比（LimitDrawingRatio,简称LDR），LDR值越大表示该材料具有越好的引伸性。LDRD/dp，其中：D表示胚料直径，dp表示冲头（引伸制品）直径。LDR值与塑性应变比r值呈正向关系，即r值大的材料其深引伸性也较佳。锥皿试验（CCV值）锥皿试验法是评估金属薄板（厚度0.51.6mm）成形性试验法中最基本的方法之一。CCV值可作为深引伸与拉伸之复合成形性之评估试验，其与加工硬化值系及塑性应变比有密切关系。,第三章冲压常用材料,31,第三节：常用钢材牌号介绍,3.1日本钢材（JIS系列）的牌号中普通结构钢主要由三部分组成：第一部分表示材质，如：S（Steel）表示钢，F（Ferrum）表示铁；第二部分表示不同的形状、种类、用途，如：P(Plate)表示板，T（Tube）表示管，K(Kogu)表示工具；第三部分表示特征数字，一般为最低抗拉强度。如：SS400第一个S表示钢(Steel)，第二个S表示“结构”（Structure），400为下限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为400MPa的普通结构钢。3.2SPHC首位S为钢Steel的缩写，P为板Plate的缩写，H为热Heat的缩写，C商业Commercial的缩写，整体表示一般用热轧钢板及钢带。3.3SPHD表示冲压用热轧钢板及钢带。3.4、SPHE表示深冲用热轧钢板及钢带。3.5、SPCC表示一般用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国Q195-215A牌号。其中第三个字母C为冷Cold的缩写。需保证抗拉试验时，在牌号末尾加T为SPCCT。3.6、SPCD表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL（13237）优质碳素结构钢。,第三章冲压常用材料,32,3.7、SPCE表示深冲用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL（5213）深冲钢。需保证非时效性时，在牌号末尾加N为SPCEN。冷轧碳素钢薄板及钢带调质代号：退火状态为A，标准调质为S，1/8硬为8，1/4硬为4，1/2硬为2，硬为1。表面加工代号：无光泽精轧为D，光亮精轧为B。如SPCC-SD表示标准调质、无光泽精轧的一般用冷轧碳素薄板。再如SPCCT-SB表示标准调质、光亮加工，要求保证机械性能的冷轧碳素薄板。3.8、JIS机械结构用钢牌号表示方法为：S+含碳量+字母代号（C、CK），其中含碳量用中间值100表示，字母C：表示碳K：表示渗碳用钢。如碳结卷板S20C其含碳量为0.18-0.23%。,第三章冲压常用材料,33,第三章冲压常用材料,第四节常用冲压材料介绍4.1热轧钢热轧钢是一种优质碳素结构钢，含碳量约0.100.15，属于低碳钢。冲压用的热轧钢有下列三种：(1)、SPHC是热轧钢的代表钢种。(2)、SPHD与SPHC相比，其拉伸性较佳。(3)、SPHE与SPHC相比，其拉伸性更佳。分类及性能介绍：,34,第三章冲压常用材料,4.2冷轧钢冷轧钢亦是一种优质碳素结构钢，含碳量约0.080.12，属于低碳钢。冲压用的冷轧钢有下列三种：(1)、SPCC是冷轧钢的代表钢种。(2)、SPCD与SPCC相比，其拉伸性较佳。(3)、SPCE与SPCC相比，其拉伸性更佳。分类及性能介绍：,35,第三章冲压常用材料,36,第三章冲压常用材料,37,第三章冲压常用材料,4.3不锈钢不锈钢是指含铬量达到11%以上高合金钢，其主要的特征是耐腐蚀性及耐热性，具有不锈性与表面光辉性。在冲压成形中应用的不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢以及马氏体不锈钢。铁素体不锈钢的冲压性能接近于冷轧钢板，在这种不锈钢板生产过程中也可利用热轧、冷轧与退火的方法获得织构组织，使r值达到1.21.8左右，因此具有良好的拉深性能。但是它的硬化指数约为0.2左右，伸长率约为0.250.3左右，均小于奥氏体不锈钢，所以它的伸长类冲压成形性能较差。不锈钢具有下列特性：(1)硬度及抗拉强度高于软钢板的2倍(2)热传导性不佳，热膨胀系数大(3)深引伸加工会产生时效割裂(4)表面容易被模具刮伤不锈钢牌号表示的含义：SUS*CSP,38,第三章冲压常用材料,分类及性能介绍：,39,第三章冲压常用材料,40,第三章冲压常用材料,41,第三章冲压常用材料,4.4铜及铜合金铜及铜合金依其制造方法可分为伸铜材（展伸铜）及铸造材两大类；铜及铜合金之代表性特征如下:(1)热传导性好，导电性佳；(2)切削加工性好；(3)具有非磁性功能；(4)低温下不产生脆化现象；(5)耐腐蚀；(6)弹性好；(7)色调美观，易镀锡；,42,第三章冲压常用材料,分类及性能介绍：,43,第三章冲压常用材料,44,第三章冲压常用材料,4.5、铝及铝合金铝及铝合金材料依其制造成形过程可分为伸展材及铸造材两大类。伸展材料又有热处理合金与非热处理合金之区别，主要在于控制材料强度的方法不同。非热处理合金是以调整冷加工程度大小来控制材料的强度，一般而言，冷加工程度越高则材料强度越高。热处理合金是以淬火、时效处理等热处理手段来获得所需要的强度。基本特征：(1)：美丽的外观(2)：强度重量比大(3)：优良的加工性(4)：综合性佳(5)：耐蚀性(6)：低温特性(7)：导电性佳(8)：热传导性佳(9)：反射性佳(10)：非磁性(11)：无毒性(12)：回收分类：,45,第三章冲压常用材料,各位数字所代表的含义：第一位数：表示主要添加合金元素1：纯铝2：主要添加合金元素为铜3：主要添加合金元素为锰或锰与镁4：主要添加合金元素为矽5：主要添加合金元素为镁6：主要添加合金元素为矽与镁7：主要添加合金元素为锌与镁8：不属于上列合金系的新合金第二位数：表示原合金中主要添加合金元素含量或杂质成分含量经修改的合金0：表示原合金1：表示原合金成分经第一次修改2：表示原合金成分经第二次修改第三及第四位数：纯铝：表示纯度亦即最低含铝量合金：表示个别合金的代号“”后面的Hn或Tn表示加工硬化的状态或热处理状态的炼度符号Hn：表示非热处理合金的炼度符号Tn：表示热处理合金的炼度符号,46,第三章冲压常用材料,分类及性能介绍：,47,第三章冲压常用材料,4.6、马口铁STPE马口铁，是电镀锡低碳薄钢板的俗称，英文缩写为SPTE，早期称洋铁(TinPlate)，因为中国第一批洋铁是於清代中叶自澳门(Macau)进口，澳门当时音译“马口”，故中国人一般称之为马口铁。是指两面镀有商业纯锡的冷轧低碳薄钢板或钢带,又叫镀锡铁.-锡（Sn）和铁（Fe）的合金，其中Sn是镀层,锡主要起防止腐蚀与生锈的作用-它将钢的强度和成型性与锡的耐蚀性、锡焊性和美观的外表结合于一种材料之中，具有耐腐蚀、无毒、强度高、延展性好的特性,一般料厚不超过0.6mm。-广泛应用于食品、饮料、油脂、化工、涂料、油漆、喷雾罐、瓶盖及遮蔽磁干扰的遮片零件。,48,第三章冲压常用材料,4.7、带PE膜马口铁STPE/T-是一种无锡薄板,节省了锡资源,符合马口铁的发展方向。-极易生锈,表面涂了一层极薄的PE保护膜,具有防静电功能。,49,第四章冲压模具简介,（一）冲压模具1、模具模具是一种专用工具，用于装在各种压力机上，通过压力把金属或非金属材料制出所需另件的形状制品，这种专用工具即统称模具。2、模具的分类模具分类方法很多，常使用的有：按模具结构形式分类，如单工序模，复式冲模等；按使用对象分类，如汽车覆盖件模具、电机模具等；按加工材料性质分类，如金属制品用模具，非金属制用模具等；按模具制造材料分类，如硬质合金模具等；按工艺性质分类，如拉深模、粉末冶金模、锻模等。这些分类方法中，有些不能全面地反映各种模具的结构和成形加工工艺的特点，以及它们的使用功能。冲压工艺是通过冲压模具来实现的，汽车车身片件主要是通过冲模生产的。按工序性质可分为落料模、冲孔模、切断模、整修模、弯曲模、拉深模、成形模等。3、模具的结构凡是模具，无论其结构形式如何，一般都是由固定和活动两部分组成。固定部分是用压铁、螺栓等紧固件固定在压力机的工作台面上、称下模；活动部分一般固定在压力机的滑块上，称上模。上模随着滑块作上、下往复运动，从而进行冲压工作。在切边模中凸模或凹模刃口小块剥落的现象称为崩刃。试模是指模具装配完成后进行的试验性冲压，以考核模具性能及冲压件质量。相互配合的凸模和凹模相应尺寸的差值或其间的空隙称为间隙。冲模在工作位置下极点时上模座上平面和下模座平面的距离称为闭合高度。,50,第四章冲压模具简介,1.上模座2.冲头固定垫板3.沖頭固定板4.卸料垫板5.卸料板6.下模板7.下模垫板8.副导柱9.导套10.定位针11.冲头12.导套13.下模镶件14.卸料板螺栓15.彈簧16.卸料板导套17.定位浮升销18.材料(备注:零件编号2,4,7有时仅部份使用或全不使用),51,第四章冲压模具简介,模具,上模,下模,52,第四章冲压模具简介,模柄,上模座,冲头固定板,固定垫板,下模板,下模座,下模垫板,卸料墊板,卸料板,模脚,53,第四章冲压模具简介,內部零件图(一),异形冲头,导柱,侧刃,折弯冲头,引导冲针,54,第四章冲压模具简介,浮升销,引导顶料销,下模镶块,螺柱,下模垫板,下模座,垫腳,下模板,折弯镶块,导套,下托板,定位销孔,內部零件图(二),55,第四章冲压模具简介,模具分类,按加工体分:单发型,依次传送型,转移型,机器人型.按工序分:冲裁模,弯曲模,拉深模,成型模,压印模,冷挤压模.按工艺分:单冲模,连续模,复合模.按导向结构分:敞开模,导柱模,导板模.其它:刀模(用來冲制纸、布、皮革等材料),可变万能模(用来制作样品等或小量工艺非特別严格的产品加工).,56,第四章冲压模具简介,1.单发型每道工序都有独立的模具，模具是被单独使用的。由操作人员将材料装入、取出，一台冲压机上只装一个模具，由一人来操作完成作业。有关材料的装入与取出，通用机使用多间接的教学用机器手，专用机使用固定的程序机器手，以此达到节省人力、节省能源的目的。单发型模具(QDC),单发工序实例,57,第四章冲压模具简介,单冲模,58,第四章冲压模具简介,复合模,59,2依次传送型将复数的工序等距离地排放在单一的模具内部。通过传送装置冲压机每旋转一次向前推进一定的距离，并将工件依次送至下一道工序。材料采取连续供应的方式，机器的运转也是连续且自动的，因此多数情况下，加工工件下线时已是完成了全部加工的完成品了。材料采用卷材，通过展卷机、校平器、供卷机等设备连续供应。依次传送型模具依次传送型的实例,第四章冲压模具简介,60,第四章冲压模具简介,连续模,61,模具常见部件介绍1.模柄作用：架模时使模具能快速在冲床上定位。材质：S45C（45号钢）2.上模座作用：缓解压力机冲击力，增加模具高度。材质：A3钢3.固定垫板作用：增大冲头受力面积，缓解冲击力，增加模具高度。材质：S45C（45号钢）热处理：依需要HRC4548,第四章冲压模具简介,62,模具常见部件介绍4.冲头固定板作用：固定模具冲头。材质：S45C（45号钢）5.卸料垫板作用：增大受力面积，缓解冲击力材质：S45C（45号钢）热处理：HRC45486.卸料板作用：为冲头顺利进入下模提供精密的定位。材质：SKD11D2热处理:HRC5860,第四章冲压模具简介,63,模具常见部件介绍7.下模板作用：冲裁，折弯，成型产品。材质：SKD11D2热处理:HRC58608.下模垫板作用：增大受力面积，缓解冲击力材质：S45C（45号钢）热处理：HRC45489.下模座作用：缓解压力机冲击力，增加模具高度。材质：A3钢,第四章冲压模具简介,64,模具常见部件介绍10.模脚作用：缓解压力机冲击力，增加模具高度。材质：A3钢11.冲头作用：冲裁板料或折弯成型板材以获得需要的形状。材质：SKD11D2热处理:HRC586012.导柱导套作用：为上下模顺利工作提供精密导向作用。材质：S45C(45号钢)调质处理,第四章冲压模具简介,65,1、冲压件常见缺陷的判断以及处理方法、预防措施对于外板件，要求较高,不能有明显的缺陷.内板件主要不能出现开裂、暗裂，对于拉深件，应首先检查压力点是否清晰，然后检查是否有暗裂，然后用手摸、用油石推。1)凸凹不平判断方法：手摸、用油石推，用眼睛看。推荐用油石推，亮点为凸起，暗点为凹陷。原因：如发现不平，应检查模具内是否有沙粒等异物，处理办法：如有沙粒，应用擦模纸将模具擦拭干净。2)开裂（暗裂）判断方法：用眼睛检查拉深件的转角处等材料变形较大的地方，应翻过反面来检查。原因：可能是模具拉伤、压边力偏大。处理办法：检查工件是否拉伤严重，适当降低压边力。,第五章产品质量,66,1、冲压件常见缺陷的判断以及处理方法、预防措施对于外板件，要求较高,不能有明显的缺陷.内板件主要不能出现开裂、暗裂，对于拉深件，应首先检查压力点是否清晰，然后检查是否有暗裂，然后用手摸、用油石推。1)凸凹不平判断方法：手摸、用油石推，用眼睛看。推荐用油石推，亮点为凸起，暗点为凹陷。原因：如发现不平，应检查模具内是否有沙粒等异物，处理办法：如有沙粒，应用擦模纸将模具擦拭干净。2)开裂（暗裂）判断方法：用眼睛检查拉深件的转角处等材料变形较大的地方，应翻过反面来检查。原因：可能是模具拉伤、压边力偏大。处理办法：检查工件是否拉伤严重，适当降低压边力。,第五章产品质量,67,3)起皱判断方法：用眼睛看原因：压边力小处理办法：适当增加压边力。4)毛刺判断方法：用眼睛看原因：凸凹模间隙大。处理办法：修模5)孔偏判断方法：上检具检查，与样件比较。原因：工件没摆好，模具定位装置问题。处理办法：如工件摆正后仍孔偏，应报告班长，通知修模。,第五章产品质量,68,6)少孔判断方法：与样件比较。原因：冲头断掉。处理办法：立即停止生产并立即报告班长，通知修模。7)孔变形判断方法：用眼睛看。原因：冲头