教学课件·《塑性成形工艺与模具设计(第3版)

1、第一章 冲压工艺概述 冲压工艺特点冲压工艺分类冲压技术的发展冲压工艺用材料冲压设备返回普通冲压现场第一节 冲压工艺特点自动冲压现场冲压制品冲压是由设备和模具完成其加工过程的，需具备三个要素：冲床(设备）、模具、原材料。冲压的优点：(1) 材料利用率高，一般可达70%85%，有的高达95%;(3) 尺寸精度高，互换性好;(4) 可得到重量轻，刚性好，强度大的零件;(5) 生产率高，操作简单，便于实现机械化和自动化;(6) 不需要加热，可以节省能源，且表面质量好;(7) 大量生产时，产品成本低。(2) 可得到其它加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的零件，如薄壳拉深件;冲压的缺点：模具制造复杂、周

2、期长模具制造费用高传统加工方法和手段及传统模具材料 如采用低熔点合金材料制造模具采用快速原型制造技术制造模具采用经济模具。 但随着先进的模具加工技术及非传统意义上的模具材料的出现，这种缺点也可逐渐被克服。 由此可见，冲压能集优质、高效、低能耗、低成本于一身，这是其它加工方法无法与之相比拟的，因此冲压的应用十分广泛，如汽车，拖拉机行业中，冲压件占6070%，仪器仪表占到6070%，还有日常生活中的各种不锈钢餐具等等。从精细的电子元件，仪表指针到重型汽车的覆盖件和大梁以及飞机蒙皮等均需冲压加工。小结：第二节 冲压工艺分类一、按变形性质分类（一）分离工序 被加工材料在外力作用下产生变形，当变形区材料

3、受到的剪切应力达到材料的抗剪强度，材料便产生剪切而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件。这些冲压工序统称为分离工序，如剪切、冲孔、落料、切口、剖切等。 表1-2 分离工序表1-2 分离工序（续） 被加工材料在外力作用下仅产生塑性变形，从而得到一定形状和尺寸的零件，这些加工方法统称为成形工序，如弯曲、拉深、翻孔、缩口、胀形等。 （二）成形工序表1-3 成形工序二、按基本变形方式分类冲裁弯曲拉深成形三、按工序组合形式分类 单工序冲压 复合冲压 级进冲压一、冲压成形工艺与理论研究二、冲压加工自动化与柔性化三、冲压技术的数字化与信息化四、先进板料成形技术的发展与应用第三节 冲压技术的发展第四节 冲压工艺

4、用材料一、冲压对板料的基本要求二、板料力学性能与冲压成形性能的关系三、常用冲压材料及其力学性能一、冲压对板料的基本要求1、对力学性能的要求 一般来说，伸长率大、屈强比小、弹性模数大、硬化指数高和厚向异性系数大有利于各种冲压成形工序。2、对化学成分的要求 钢中的碳、硅、锰、磷、硫等元素的含量增加，就会使材料的塑性降低、脆性增加，导致材料冲压成形性能变坏。3、对金相组织的要求 材料可处于退火状态，也可处于淬火状态或硬态。使用时可根据产品对强度要求及对材料成形性能的要求进行选择。4、对表面质量的要求 材料表面应光滑，无氧化皮、裂纹、划伤等缺陷。一、冲压对板料的基本要求5、对材料厚度公差的要求 在一些

5、成形工序中，凸、凹模之间的间隙是根据材料厚度来确定的。厚度公差分：A（高级）、B（较高级）、和C（普通级）3种。 二、板料力学性能与冲压成形性能的关系 板料对冲压成形工艺的适应能力称为板料的冲压成形性能。板料的冲压成形性能，应包括抗破裂性、贴模性和定形性等几个方面。1. 贴模性是指板料在冲压过程中取得与模具形状一致性的能力，成形过程中发生的起皱、塌陷等缺陷，均会降低零件的贴模性。2. 定形性是指零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。影响定形性的主要因素是回弹。二、板料力学性能与冲压成形性能的关系3. 贴模性和定形性是决定零件形状和尺寸精度的重要因素。但由于材料抗破裂性差，会导致零件严重破坏，且

6、难于修复，因此在目前冲压生产中，主要用抗破裂性作为评定板料冲压成形性能的指标。4. 对板料冲压成形性能影响较大的力学性能指标有以下几项：屈服极限、屈强比、伸长率、硬化指数、厚向异性系数。 冲压最常用的材料是金属板料，有时也用非金属板料，金属板料分黑色金属和有色金属两种。 1. 黑色金属板料按性质可分为：（1）普通碳素钢钢板 如Q195、Q235等。（2）优质碳素结构钢钢板 常用牌号有：08、08F、10、20等。（3）低合金结构钢板 常用Q345、Q295等。（4）电工硅钢板 如DT1、DT2等。（5）不锈钢板 如1Crl8N19Ti，1Cr13等。三、常用冲压材料及其力学性能2. 有色金属常

7、用的有色金属有铜及铜合金（如T1、T2、H62、H68等）、铝及铝合金（如1060、1050A、3A21、2A12等）。3. 非金属材料有胶木板、橡胶、塑料板等。三、常用冲压材料及其力学性能第五节 冲压设备 一、冲压设备类型的选择 二、主要部件的结构和作用 三、压力机型号和技术参数 冲压设备选用是冲压工艺设计过程中的一项重要内容。必须根据冲压工序的性质、冲压力（包括压料力、卸料力等）、变形功、模具结构形式、模具的闭合高度和轮廓尺寸以及生产批量、生产成本、产品质量等因素，结合单位现有设备条件进行。 根据所要完成的冲压工艺的性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求等来选定设备类型。 1、

8、开式曲柄压力机刚度不如闭试压力机，降低了模具寿命和冲件的质量，成本低，可三向操作。 2、 闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能两个方向操作、适于大中型冲压件的生产。 3、 双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件的生产。 一、冲压设备类型的选择4 液压机没有固定的行程，不会因板材厚度超差而过载，全行程中压力恒定。 5 高速压力机或多工位自动压力机适于大批量生产。 6 肘杆式精压机刚度大、滑块行程小，在行程下死点位置停留时间长。 一、冲压设备类型的选择二、主要部件的结构和作用机械压力机的工作机构一般都采用曲柄连杆机构。曲柄压力机一般由以下部分组成：1. 工作机构2. 传动

9、系统由电动机、皮带、飞轮、齿轮等组成。 3. 操纵系统包括空气分配系统、离合器、制动器、电气控制箱等。 4. 支承部件机身、工作台、拉紧螺柱等都是支承部件。 5. 辅助系统包括气路系统和润滑系统。 6. 附属装置 图1-3 曲柄压力机工作原理图图1-4 打料横杆打料过程简图二、主要部件的结构和作用图1-3 曲柄压力机工作原理图图1-4 打料横杆打料过程简图三、压力机型号和技术参数（一）曲柄压力机的型号按照JGQ200384型谱，曲柄压力机的型号用汉语拼音字母、英文字母和数字表示。例如JB2363型号的意义是：第一个字母为类的代号，“J”表示是机械压力机。第二个字母代表同一型号产品的变型顺序号，

10、“B”表示第二种变型产品。第三、四个数字为列、组代号，“2”代表开式双柱压力机，“3”代表可倾机身的。横线后的数字代表主参数，一般用压力机的公称压力作为主参数。 三、压力机型号和技术参数（二）通用曲柄压力机的技术参数1公称压力F 2公称压力行程SF 3滑块行程S 4滑块行程次数n 5最大装模高度H及装模高度调节量H6工作台板及滑块底面尺寸 7喉深C 8模柄孔尺寸31第二章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺性分析冲裁件质量及影响因素冲裁模间隙凸、凹模刃口尺寸的计算排样冲裁工艺力的确定冲裁工艺设计冲裁模的类型与结构冲模主要零件的设计及标准的选用冲裁模结构设计精密冲裁工艺与模具设计返回冲裁的概念：冲裁：利

11、用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。包括落料、冲孔、切口、切边、剖切、整修、精密冲裁等。基本冲裁工序：落料和冲孔。 落料与冲孔均是利用模具使板料的一部分与另一部分沿一封闭的轮廓线相分离。 落料的目的是得到封闭轮廓线以内的部分。 冲孔的目的是得到封闭轮廓线以外的部分。落料冲孔冲裁分类： 根据冲裁变形机理的不同，冲裁可分为：普通冲裁精密冲裁本章主要讨论普通冲裁第一节 冲裁工艺分析一、冲裁变形过程二、板料受力情况 一、冲裁变形过程1.弹性变形阶段2.塑性变形阶段3.断裂分离阶段模具间隙合适时，冲裁变形过程可分为： (一)冲裁变形过程冲头刚接触板料的初始阶段，板料只发生弹性变形。 1

12、.弹性变形阶段 初始塌角（圆角） 材料翘曲2.塑性变形阶段更大的塌角塑性剪切光亮带内部应力达到极限刃口附近出现微裂纹3.断裂分离阶段 产生粗糙而带有锥度的断裂带 毛刺形成（二）冲裁时的变形区 冲裁变形区位于上、下刃口连线的纺锤形区图2-2 冲裁变形区1凸模 2毛坯 3凹模 4变形区二、板料受力情况 图2-3 冲裁时作用于板料上的力 1-凸模 2-板材 3-凹模 凸、凹模之间间隙存在，产生弯矩。 图2-4 冲裁力曲线第二节 冲裁件质量及影响因素一、冲裁件断面特征二、冲裁件的尺寸大小三、影响冲裁件断面质量的因素一、冲裁件断面特征4.塌角带a：刃口附近的材料产生弯曲和拉伸变形。3.光亮带b：塑性剪切

13、变形。质量最好的区域。2.断裂带c：裂纹形成及扩展的结果。1.毛 刺d：间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。正常间隙下，冲裁件断面由四个部分组成：二、冲裁件的尺寸大小小的部分尺寸对于凸模尺寸；大的部分尺寸对于凹模尺寸。三、影响冲裁件断面质量的因素断面的光亮带越宽、断裂带越窄、圆角及毛刺越小， 断面质量越好质量最好的部分：光亮带图2-5 冲裁区冲裁断面状况1毛刺 2断裂带3光亮带4圆角带影响冲裁件断面质量的因素()材料性能的影响：塑性越好，断面质量越好。()模具间隙的影响间隙过小，出现二次剪裂，产生第二光亮带。间隙过大，出现二次拉裂，产生二个斜度。间隙合适，断面质量好。间隙偏小，断面质量较

14、好。当凹模刃口磨钝时，则会在冲孔件的孔口下端产生毛刺；当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。()模具刃口钝利情况的影响当凸模刃口磨钝时，则会在落料件上端产生毛刺；凹模磨钝凸、凹模均磨钝第三节 冲裁模间隙一、间隙对冲裁过程的影响二、合理间隙值的确定一、间隙对冲裁工作的影响 1.间隙对零件质量的影响 提高断面质量的关键在于推迟裂纹的产生，以增大光亮带宽度，其主要途径就是减小间隙。此外间隙又是影响尺寸精度的主要因素。冲孔件落料件2.间隙对冲裁力的影响 间隙增大，冲裁力降低。 间隙减小，冲裁力增大。 在间隙合理情况下，冲裁力最小。 间隙对卸料力、推件力或顶件力的影响比较显著。3.间隙

15、对模具寿命的影响 冲裁过程中，模具的失效形式一般有： 磨损、崩刃、变形、胀裂、断裂等 过小的间隙加剧刃口的磨损； 间隙小，落料件或废料往往梗塞在凹模洞口，导致凹模胀裂。 间隙过大，毛刺增大，卸料力增大，刃口磨损加大。 二、合理间隙值的确定 考虑到模具制造偏差和磨损，生产中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙。即最小合理间隙Zmin，和最大合理间隙Zmax。 设计与制造新模具时应采用最小合理间隙值。 确定凸、凹模合理间隙的方法有： 理论确定法 查表确定法。1、理论确定法 确定依据：保证上、下裂纹重合，以获得良好的冲裁断面。从图中直角三角形关系可确定间隙Z。即式中 h0产生裂纹时凸模压入板料 的深

16、度（mm）；t 材料厚度（mm）； 裂纹方向与垂线间的夹角（）；Z=2（t-h0）tg=2t(1-h0/t) tg2、查表确定 间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关。 但由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同，以及生产条件的差异，在生产实践中就很难有一种统一的间隙数值，各种资料中所给的间隙值并不相同，有的相差较大，选用时应按使用要求分别选取。 书中表2-1、表2-2第四节 凸、凹模刃口尺寸计算 一、凸、凹模刃口尺寸计算原则二、刃口尺寸计算方法一、凸、凹模刃口尺寸计算原则 1.计算冲裁凸、凹模刃口尺寸的依据为： 冲裁变形规律，即落料件尺寸与凹模尺寸相等，冲孔尺寸与凸模尺寸相同。 零件的尺

17、寸精度。 合理的间隙值。 磨损规律。 冲模的加工制造方法。 2.计算刃口尺寸原则。（1）保证冲出合格的零件 冲孔时，以凸模为基准，间隙取在凹模上；落料时，以凹模为基准，间隙取在凸模上。 （2）保证模具有一定的使用寿命 考虑到冲裁时凸凹模的磨损，在设计时： 对基准件刃口尺寸在磨损后增大的，其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的数值。 对基准件刃口尺寸在磨损后减小的，其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的数值。（3）考虑冲模制造修理方便、降低成本 为使新模具的间隙值不小于最小合理间隙，一般凹模公差标注成+d，凸模公差标注成-p二、刃口尺寸计算方法 刃口尺寸计算方法与模具加工方法有关，模

18、具加工方法常见的有两种： 分别加工法 配合加工法两种模具加工方法比较1.冲孔模具刃口尺寸计算 零件孔的尺寸d0+，根据上述原则，首先确定基准件凸模刃口尺寸dp，再加上Zmin便是凹模刃口尺寸。 （一）凸模与凹模分开加工2.落料模具刃口尺寸计算 零件外径尺寸为D0-，根据上述原则，先确定基准件凹模刃口尺寸Dd，再减去Zmin便是凸模刃口尺寸。 为保证凸、凹模之间具有合理间隙，必须满足下列条件： p+d Zmax-Zmin。 若出现p+d Zmax-Zmin且大得不多时，凸、凹模公差按公式确定： p0.4(Zmax-Zmin) d0.6(Zmax-Zmin) 如果出现p+d Zmax-Zmin时，

19、则应采用凸、凹模配合加工法。 磨损系数x材料厚度t/mm非圆形工件x值圆形工件x值10.750.50.750.5工 件 公 差 /mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.5040.300.310.590.600.300.30（二）凸模与凹模配合加工 （1）变小的尺寸（A类） 这类尺寸就是前面所述冲孔基准件凸模尺寸，A1p、A2p应按下式计算： Ap=(A +x)0-p （2）增大的尺寸（B类） 这类尺寸在冲孔凸模上相当于落料基准件凹模尺寸，Bp应按式下式计算： Bp=(B -x)0+p 1.冲孔

20、应以凸模为基准，然后配作凹模。根据磨损规律，分三种情况： 冲孔件冲孔凸模刃口（3）无变化的尺寸（C类）这类尺寸可分为以下三种情况：当孔的尺寸为C-0+时 Cp=( C+0.5)p /2 当孔的尺寸为C0-时 Cp=( C-0.5)p /2 当孔的尺寸为C 时 Cp= C p /2 冲孔件凸模刃口2.落料 应以凹模为基准件，然后配作凸模。根据磨损规律，分三种情况：（1）变大的尺寸（A类） 这类尺寸就是落料基准件凹模尺寸，A1d 、A2d应按下式计算： Ad=(A -x)0+d （2）变小的尺寸（B类） 这类尺寸在落料凹模上相当于冲孔基准件凸模尺寸，B1d 、B2d应按下式计算： Bd=(B +

21、x) 0-d 落料件落料凹模刃口（3）无变化的尺寸（C类）这类尺寸也可分为以下三种情况：当制件的尺寸为C0+时 Cd=( C + 0.5)d /2 当制件的尺寸为C 0-时 Cd=( C - 0.5)d /2 当制件的尺寸为C 时 Cd= C d /2 式中 Ad、Bd、Cd凹模刃口尺寸（mm）；d凹模公差（mm）；当标注形式为+d（或-d）时，d=/4，当标注形式为d时，p=/8=/4。 第五节 排样 一、排样的意义和材料利用率二、排样形式的确定三、搭边和条料宽度的确定一、排样的意义和材料利用率（一）排样的意义 意义就在于保证用最低的材料消耗和最高的劳动生产率得到合格的零件。排样:冲裁件在条

22、料、带料或板料上的布置方法叫排样。一个进距内的材料利用率为: （二）材料利用率 指零件的实际面积与所用材料面积的百分比。一张板上总的材料利用率为： 废料的形式材料面积包括零件实际面积与废料面积。废料分为两类，1结构废料 是由零件的形状特点产生的废料。一般不能改变2. 工艺废料 是由零件之间和零件与条料侧边之间的废料，以及料头、料尾所产生的废料。图2-12 废料分类1料头 2工艺废料 3结构废料 4料尾改善零件结构的示例改进前改进后 二、排样形式的选择（一）排样的分类 （1）有废料排样 沿零件全部外形冲裁，零件周边都留有剩料。 （2）少废料排样 沿零件部分外形切断或冲裁，只局部有剩料。 （3）无

23、废料排样 除料头料尾外无任何剩料。有废料排样少废料排样无废料排样（二）排样形式的选择 影响排样形式的主要因素有：1零件的形状2零件的断面质量、精度 3材料利用率 4冲模结构 与模具寿命 5操作的方便与安全 6生产率 三、搭边和条料宽度的确定搭边：指排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下 的剩料。 （一）搭边的作用 用于定位；补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；提高模具寿命。搭边值的确定原则：满足作用的前提下取最小值，具体的可查阅相关的设计资料，如书中表2-5（二）条料的宽度 确定条料宽度的原则是：最小条料宽度要保证冲裁时零件周围有足够的搭边值

24、；最大条料宽度能在导料板间送进，并与导料板间有一定的间隙。条料宽度的大小还与模具是否采用侧压装置或侧刃有关。 （1）有侧压装置时，条料始终靠左边的导尺送进条料宽度为： B 0-=（D +2a+）0- 导尺间距： S=B+c1D+2 a +c1 （2）无侧压装置时，条料理想的送进基准是零件的中心线条料宽度为：B-0=D+2(a +）+c10- 导尺间距： S=B+c1D+2(a +c1) (3)模具采用侧刃定距时条料宽度为： B-0=D+2a+nb1=D+1.5a+nb1 导尺间距： S=D+1.5a+nb1+2c1 S1=D+1.5a+2c1 第六节 冲裁工艺力的确定 一、冲裁力的计算二、降低

25、冲裁力的方法三、卸料力及推件力的计算平刃冲模的冲裁力可按下式计算： 冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力。它是随凸模行程而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。 一、冲裁力的计算 F=KLt 式中: F冲裁力（N） L零件剪切周长（mm） t材料厚度（mm） 材料抗剪强度（MPa） K系数。一般取K=1.3。为了简便，也可用材料的强度极限b（MPa），按下式估算冲裁力： F=Ltb 1阶梯凸模冲裁二、降低冲裁力的方法2.斜刃冲裁板料加热后，抗剪强度明显下降，从而降低了冲裁力。3.加热冲裁 三、卸料力及推件力的计算卸料力：从凸模上卸下箍着的料所需要的力。推件力：将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出

26、所需要的力。顶件力：逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力。 F卸= K卸F F推= K推F F顶= K顶F式中 F冲裁力（N）； K卸、K推、K顶分别为卸料力、推件力、顶件系数冲裁总压力的计算:1、采用刚性卸料装置和下出料方式 F总= F冲 F2、采用弹性卸料装置和下出料方式 F总= F冲 F卸+F推3、采用弹性卸料装置和上出料方式 F总= F冲 F卸+F顶 第七节 冲裁工艺设计一、冲裁件的工艺性二、冲裁工艺方案的确定一、冲裁件的工艺性 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。 （一）冲裁件的结构工艺性 （1）形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线； （2）圆角半径：尽量避免税角，严禁

27、尖角； （3）凸出和凹入的尺寸：尽可能避免过长的悬臂和窄槽； （4）冲孔直径不宜太小； （5）孔间距、孔边距不能过小。 （二）冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求对于普通冲裁件，其经济精度不高于ITll,冲孔件比落料件高一级。 如果工件精度高于上述要求，则需在冲裁后整修或采用精密冲裁。 （三）冲裁件的尺寸基准 冲裁件的尺寸基准应尽可能 和制模时的定位基准重合，以避免产生基准不重合误差。孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上，切不要与参加变形的部位联系起来。错误正确二、冲裁工艺方案的确定 在工艺分析的基础上，从结构、精度、尺寸、批量等方面综合考虑，需解决：基本冲压工序基本冲压工序

28、的组合冲裁顺序的安排单工序冲裁：在冲床的一次行程中，只能完成 一道冲压 工序复合冲裁：只有一个工位，并在压力机的一次 行程中，同时完成两道或两道以上的冲压工序。级进冲裁：在压力机一次行程中，在送料方向 连续排列的多个工位上同时完成多道冲压工序。（一）冲裁工序的组合与之对应的模具分别是单工序冲裁模、复合冲裁模和级进冲裁模简单模、复合模、级进模比较 因素 类型生产批量尺寸精度形状大小制造、安装、成本安全性复合模中、大批量高中、小型高差级进模中、大批量较高中、小型较高较好简单模小批量低无要求低较好（二）冲裁顺序的安排1.级进冲裁的顺序安排 1）先冲孔（缺口或工件的结构废料），最后落料或切断， 将工件

29、与条料分离。 2）采用定距侧刃时，侧刃切边工序一般安排在前，与首次 冲孔同时进行，以便控制送料进距，采用两个定距侧刃 时，也可安排成一前一后。 3）套料级进冲裁，按由里向外的顺序。 2.多工序冲裁件用单工序冲裁时的顺序安排: 1）先落料使坯料与条料分离，再冲孔或冲缺口。 2）冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔后冲小孔。 第八节 冲裁模的类型与构造一、冲裁模分类二、冲模结构分析一、冲裁模分类 二、冲模结构分析 （一）单工序模下出件单工序落料模观看二维动画观看三维动画图2-28 单工序落料模1、8、11螺钉 2凹模 3档料销 4卸料板 5固定板6垫板 7上模座9模柄 10圆柱

30、销 12凸模 13导套 14导柱 15导料板 16下模座上出件单工序落料模图2-29 弹性卸料的落料模1凹模 2卸料板 3凸模 4顶料板 5固定板 6橡皮 7卸料螺钉 8导料销 9挡料销模具的零件分类(根据功用的不同可分为) 又称连续模或跳步模，是指在压力机一次行程中， 在送料方向连续排列的多个工位上同时完成多道冲压工序的模具（二） 级进模观看二维动画观看三维动画导正销与挡料销联合定距级进模图2-30 冲孔落料级进模 1下模座 2凹模固定板 3落料凹模 4档料销 5卸料板 6凸模固定板7垫板 8上模座 9螺钉 10落料凸模 11导正销 12模柄 13圆柱销14、17冲孔凸模 15圆柱销 16导

31、套 18冲孔凹模 19导柱 20螺钉21圆柱销 22挡料销侧刃定距级进模图2-31 侧刃定距级进模1凹模 2导料板 3螺钉 4导正销 5落料凸模 6冲孔凸模 7侧刃 8卸料螺钉 9凸模固定板 10橡皮 11卸料板 12侧刃档块侧刃定距级进模观看二维动画观看三维动画（三） 复合模 是指只有一个工位，并在压力机的一次行程中，同时完成两道或两道以上的冲压工序的模具。 倒装复合模 正装复合模倒装式复合模观看二维动画观看三维动画图2-32 倒装复合模1卸料板 2活动档料销 3推件块 4推杆 5推板 6打杆 7模柄 8螺钉 9、10冲孔凸模 11凸凹模 12落料凹模 13卸料螺钉 14固定板正装式复合模观

32、看二维动画观看三维动画图2-33 正装复合模1落料凹模 2顶件块 3、4冲孔凸模 5、6推杆 7打板 6止转螺钉9凸凹模 10弹压卸料板 11顶杆正、倒装复合模比较切边冲孔复合模 第九节 冲模主要零件的设计及标准的选用 一、模具零件的分类二、冲模标准化的意义三、工作零件的设计与标准的选用四、 定位零件五、压料及出件零件六、固定与紧固零件七、导向零件一、模具零件的分类(1)工艺结构零件：工作零件：凸模、凹模、凸凹模、侧刃定位零件：导料板、挡料销、导正销等卸料及推件零件：卸料板、推件块、顶件块、废料切断刀 (2)辅助结构零件：导向零件：导柱、导套、导板固定零件：固定板、垫板、模柄、上模座、下模座、

33、螺钉、 销钉等二、冲模标准化的意义 冲模部分标准名称及代号三、工作零件的设计与标准的选用 （一）凸模 （1）凸模结构型式凸模的结构型式很多，主要分为圆截面式、等截面式、护套式、快换式四种。 （2）凸模的长度 当采用固定卸料板时，凸模长度按下式计算：L=h1+h2+h3+h附加 当采用弹性卸料板时，凸模长度按下式计算：Lh1+h2+t+h（3）凸模的固定形式 （4）凸模强度核算 1）承压应力校验 2)失稳弯曲应力校验（二）凹模 （1）刃口形式（2）凹模的固定型式 （3）凹模外形和尺寸的确定 圆形凹模可由冷冲模国家标准或工厂标准中选用。非标准凹模按经验公式计算：凹模高 H=Kb (15mm)凹模壁

34、厚 c =(1.52)H (3040mm) （三）凸凹模 复合模中，至少有一个凸凹模。凸凹模的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸，因此从强度考虑，壁厚受最小值限制。（四）凸模、凹模的镶块结构 1）刃口尖角处因机械加工困难，淬火易破裂，可在尖角处分段。 2）凸出或凹进的易磨损部分应单独做成一块，以便于加工和更换。3）圆弧部分应单独做成一块，接合点离圆弧与直线相交处约45mm（对小型冲模），或57mm（对大型冲模）。4）如有对称线，应沿对称线分开。5）如果凸、凹模都采用镶拼，则凸、凹模镶块的结合线应错开1mm。6）镶块的结合线不宜太长，一般为1215mm (1）镶块的分块原则: （

35、2）镶块的紧固 1）框套热压法： 多用于圆形镶块模 2）框套螺钉紧固法： 多用于中小镶块模。 3）直接以螺钉、销钉紧固： 一般用于中、大型镶块模上 四、 定位零件 毛坯在模具中的定位有两个内容：在送料方向上的定位，用来控制送料的进距，通常称为挡料。在与送料方向垂直方向上的定位，通常称为送进导向。 作用：确定送进模具中的毛坯在模具中的准确位置（一）定位件主要有定位板和定位销，利用毛坯的外形或内孔进行定位外形定位内孔定位（二）导料件 主要指导料板、导料销和侧压板标准结构导料板非标准结构导料板导料销:一般至少需设两个，并位于条料的同侧，为标准结构侧压装置（三）挡料件 挡料销 圆头挡料销钩形挡料销 固

36、定挡料销始用挡料销回带式挡料销弹顶挡料销 活动挡料销作用是:控制条料送进模具的距离，即控制进距的.常见的结构有挡料销，侧刃等。(1)固定挡料销圆头固定挡料销钩形固定挡料销（2）活动挡料销弹簧弹顶挡料销回带式活动挡料销（3）始用挡料销（4）定距侧刃 在级进模中，为了限定条料送进距离，在条料侧边冲切出一定形状缺口的工作零件。（5）导正销 主要用于级进模中条料的精确定位。是标准件，材料推荐选用9Mn2V ，选用依据是预冲孔的孔径d。 导正销 导正销导正原理 导正销位置尺寸: h=D+a C=D/2+ a +d/2+0.1mm C=D/2+ a -d/2-0.1mm五、压料及出件零件 （一）打料及推件

37、装置 刚性推件装置弹性推件装置根据推件力的来源不同有：刚性推件装置的推件原理推板的形式推板（二）卸料装置根据卸料力的来源不同分为：弹性卸料装置刚性卸料装置废料切断刀（拉深件切边时卸料用） 作用是卸下箍在凸模或凸凹模外面的制件或废料。（1）弹性卸料装置由卸料板、弹性元件和卸料螺钉三部分组成（2）刚性卸料装置由一块板(称为卸料板）组成，利用螺钉、 销钉直接固定在凹模上（3）废料切刀主要用于拉深件的切边或大型件落料时的卸料（三）顶件装置六、固定与紧固零件 （一）模架由上模座、下模座、导柱、导套组成 根据导柱导套的配合不同，标准模架有：滑动导向模架滚动导向模架后侧导柱模架中间导柱模架对角导柱模架四角导

38、柱模架根据导柱导套位置的不同对角导柱模架后侧导柱模架中间导柱模架四角导柱模架中间导柱圆形模架滑动导向铸铁模架（GB/T 2851-2008)滚动导向铸铁模架 （GB/T 2852-2008)（二）模柄压入式模柄旋入式模柄凸缘模柄浮动模柄选用原则：压力机的模柄孔直径常用的标准模柄有： a) 压入式模柄b) 旋入式模柄c) 凸缘模柄d)浮动模柄有标准件，分矩形和圆形2种。（三）固定板模具中是否采用垫板，取决于两个条件：凸模固定端面对模座产生的单位压力超出 模座允许承受的压力，此时需要加垫板， 即： p=P/F压上模中采用刚性推件装置需要在模座中加 工孔 （四）垫板螺钉直径的选用 （五）螺钉和销钉

39、螺钉是紧固模具零件用的，冲模中多采用内六角头或圆头螺钉。螺钉主要承受拉应力，其尺寸及数量一般根据经验确定，选用46个，要按位置具体布置而定。 圆柱销起定位作用，圆柱销承受一般的错移力。一般圆柱销用两个，对称布置。七、导向零件 （一）导柱和导套 滑动导柱导套滑动导柱和导套的装配滚珠导柱导套滚珠导柱导套的装配图2-65 滚珠导柱、导套l导套 2上模座 3滚珠 4滚珠夹持圈 5导柱 6下模座（二）导板导向 导板就是刚性卸料板，不同的是，导板与凸模之间采用的是H7/h6间隙配合，为保证导板起导向作用，导板应与凸模有足够的接触长度，其厚度H一般取：H=（0.81）H凹（H凹为凹模厚度） 同时保证在模具的

40、整个工作过程中（含模具回程），凸模与导板孔始终不脱离。八、冲模零件的材料选用第十节 冲裁模结构设计一、冲模设计的一般程序二、模具压力中心的确定三、冲模闭合高度的确定一、冲模设计的一般程序1、收集资料 产品零件图，产品生产批量，工艺路线单，工艺规程卡和模具设计任务书。2、工艺分析 分析工件的冲压工艺性 3、确定冲压工艺方案 4、工艺计算5、确定冲模的结构型式 开始模具工作原理图，然后绘制模具总装图，根据模具总装图再绘制模具零件图。6、考虑到模具调整、使用、维护及模具搬运、存放和安全等方面的措施。 单工序冲裁模的典型结构与模具总体设计尺寸关系图 二、模具压力中心的确定 冲模压力中心 ：冲压力合力的

41、作用点。 形状对称的冲裁件，其压力中心位于冲裁轮廓的几何中心上。复杂形状工件或多凸模冲裁件的冲裁压力中心，可按力矩平衡原理进行解析计算。冲直线段时，其压力中心位于线段中点。冲裁圆弧段时，其压力中心按下式计算。1.多凸模冲裁时的压力中心计算1）按比例将各凸模的轮廓画出2）建立直角坐标系xoy3）求出每个凸模的重心坐标（xi，yi）4）计算各凸模的冲切长度Li5）计算压力中心坐标xc、yc2.单凸模冲压复杂形状冲裁件压力中心计算1）按比例将冲裁工件的冲裁轮廓画出。2）建立直角坐标系xoy。3）将冲裁件的冲裁轮廓分解为若干直线段和圆弧段L1、L2、 L3Ln等基本线段。4）计算各基本线段的长度及其重

42、心到坐标轴x、y的距离y1、y2、y3yn和x1、x2、x3xn。5）计算压力中心坐标xc、yc。三、冲模闭合高度的确定 冲模的闭合高度：是指模具在最低工作位置时，上模座的上顶面与下模座的下底面间的距离H。压机的封闭高度：是指滑决在下极点位置时，滑块下端面至垫板上端面间的距离。当连杆调至最短时为压机的最大封闭高度Hmax；连杆调至最长时为最小封闭高度Hmin。冲模的闭合高度应介于压机的最大封闭高度及最小封闭高度之间，应满足下式：Hmax-5mmHHmin10mm 第十一节 精密冲裁工艺与模具设计一、精冲工艺特点二、精冲材料三、精冲零件的工艺性四、精冲力的计算五、精冲模设计要点六、精冲模具结构及

43、特点1、凸凹模间隙小，凹模刃口带有圆角；2、多了齿圈压板与顶出器；3、剪切区内的金属处于三向压应力状态，消除了该区内的拉应力，提高了材料的塑性，从根本上防止了普通冲裁中出现的弯曲、拉伸和撕裂现象；4、材料受纯剪切力作用，其剪切面光洁、平整。一、精冲工艺特点图2-69 精冲模工作部分的组成1凸模2齿圈压板 3板料4凹模 5顶出器齿圈压板精冲过程图2-70 精冲工艺过程1顶出器 2凹模 3板料 4齿圈压板 5凸模二、精冲材料1、一般以含碳量小于0.35及b小于650MPa的钢材应用较广。2、含碳量高的碳钢及铬、镍、钼含量低的合金钢，经过球化退火处理后能有扩散良好的球状渗碳体组织，也可获得良好的精冲

44、效果。3、有色金属中纯铜、黄铜（含铜量高于63）、铝青铜（含铝量低于10）、纯铝及软态的铝合金均能精冲。铅黄铜塑性差不适于精冲。常见的精冲材料三、精冲零件的工艺性（1）精冲件的形状（2）圆角半径（3）槽宽和悬臂（4）环宽（5）孔径和孔边距（6）齿轮模数（7）半冲孔相对深度 四、精冲力的计算 精冲过程是在压边力、反压力和冲裁力三者同时作用下进行的 ，因此这里需要计算这些力的大小。（1）冲裁力 （2）压边力 （3）反压力（4）总压力 五、精冲模设计要点精冲模与普通冲裁模相比，具有以下特点：（1）刚性和精度要求较高。（2）要有精确而稳定的导向装置，保证凸、凹模同心，间隙均匀。（3）严格控制凸模进入凹

45、模的深度，以免损坏模具工作部分。（4）模具工作部分应选择耐磨、淬透性好、热处理变形小的材料。（5）要考虑模具工作部分的排气问题，以免影响顶出器的移动距离。（一） 凸、凹模间隙表2-21 凸模和凹模的双面间隙（Z/t100%）材料厚度t/mm外形间隙（%）内形间隙（%）dtd=t5td5t0.512.52112.52122.510.53210.541.70.750.561.70.50.5（二）凸模和凹模刃口尺寸计算 （三）齿圈压板齿圈压板精冲模齿圈的齿形齿圈的分布（四）排样与搭边精冲搭边值比普通冲裁的要大，以便于齿圈压板压边六、精冲模具结构及特点（一）活动凸模式 精冲模图2-74 活动凸模式结构

46、1一上工作台 2上柱塞 3凸模 4凹模5齿圈压板6凸凹模 7凸凹模座 8下工作台 9滑块10凸凹模拉杆 （二）固定凸模式精冲复合模 图2-75 固定凸模式结构1上柱塞 2上工作台 3、4、5顶杆 6顶料杆 7凸模 8齿圈压板 9凹模10推板11凸模 12顶杆 13下顶板 14顶块 15下工作台 16下柱塞（三）简易精冲模图2-76 简易精冲模1凹模 2凸模 3顶板 4齿圈压板第三章 弯曲工艺与模具设计弯曲变形分析宽板弯曲时的主应力值和应力中性层的位置弯曲件应变中性层的位置及弯曲毛坯长度的计算最小相对弯曲半径弯曲力的计算弯曲回弹 弯曲工艺设计弯曲模的类型与结构弯曲模工作部分的设计返回弯曲是将板料

47、、棒料、管料和型材等弯曲成一定形状及角度的零件的成形方法。弯曲的概念：弯曲件的加工型式a) 模具弯曲 b) 折弯 c) 拉弯 d)滚弯 e）滚压一、弯曲变形过程二、弯曲变形分析三、变形区的应力应变状态四、弯曲变形程度五、弯曲现象及弯曲中的问题第一节 弯曲变形分析一、弯曲变形过程1. 弯曲过程板料的V形和U形弯曲是最基本的弯曲变形，板料在弯曲过程中的受力情况及弯曲过程如下图所示。弯曲中板料受力情况1凸模；2凹模弯曲过程二、弯曲变形分析网格试验 弯曲后弯曲前宽板弯曲窄板弯曲2、弯曲毛坯的横截面变化情况3、弯曲变形区的变形特点工件分成了直边和圆角两个部分，变形主要发生在圆角部分，圆角是弯曲变形的主要

48、变形区。变形区变形不均匀：外区切向受拉伸长；内区切向受压缩短，出现应变中性层变形前后长度不发生变化的金属层。变形区厚度变薄，t/t1，变薄程度与r 的大小有关。横截面的变化：宽板不变，窄板内区变宽、外区变窄。三、变形区的应力应变状态板料弯曲内部的应力状态a)弹性弯曲 b)弹塑性弯曲 c)塑性弯曲弯曲变形区的应力应变状态四、弯曲变形程度r/t表示弯曲变形程度大小。r/t越小，弯曲变形程度越大，有一最小相对弯曲半径rmin/t（1）回弹 弯曲件的回弹值与板料性能、相对弯曲半径rt以及模具结构等因素有关，是弯曲工艺和弯曲模具设计首要问题之一。（2）弯裂 相对弯曲半径越小，最外层纤维拉裂的可能性越大，

49、因此必须合理选择相对弯曲半径rt。（3）变薄 rt越小，厚度的变薄越严重。板料的变薄会影响弯曲件的使用性能，所以制订工艺和设计模具时应采取防止变薄的措施。（4）长度增加 对于r/t较小的弯曲件,应考虑到这种增长效果，正确的毛坯长度可通过多次试验获得。五、弯曲现象及弯曲中的问题 一、无硬化塑性弯曲二、考虑硬化弯曲时的主应力分布第二节 宽板弯曲时的主应力值和应力中性层的位置一、无硬化塑性弯曲 rt很小时，整个断面全部进入塑性状态，由于变形程度很大，板料厚向应力已不容忽视。现假定弯曲材料不产生加工硬化（即认为材料的屈服应力与变形程度无关）。一、无硬化塑性弯曲（一）外区的三个主应力（取微元体如图3-7

50、所示） =-1.155sln(R) （3-7） =1.155s1-ln(R) （3-8） B=1.155s0.5-ln(R) （3-9）图3-7 弯曲微元体上的作用力（二）内区的三个主应力 =-1.155sln(r) （3-10） =-1.155s1+ln(r) （3-11） B=1.155s0.5+ln(r) （3-12）按应力公式求得板料剖面上三个主应力的分布规律如图3-8所示。 （三）应力中性层位置 由主应力分布图可以看出，在某一纤维层上（曲率为 处）应力是不连续的，、B有突变现象，为一高峰，这个应力不连续的纤维层即为应力中性层。 应力中性层的半径可以根据该层上内外区径向应力相等的条件求

51、得，即由式（3-7）和式（3-10）可得：ln(R)=ln(r)进而得：图3-8 弯曲主应力分布二、有硬化弯曲的主应力分布 在冷变形条件下，硬化使屈服应力增加，由于沿厚度变形量是变化的，所以沿厚度屈服应力的增加也将是变化的。1. 考虑硬化弯曲时，分析应力分布采用如下假设：1）在变形终了时，垂直于中心层的断面相对应力中性层上的各点发生转动；2）毛坯对于压缩和拉伸硬化效果相同；3）弯曲时纵向变形的硬化效果与单向压缩或拉伸时线性变形的硬化效果相同。二、有硬化弯曲的主应力分布2. 根据这些假定，得出考虑加工硬化的应力公式：拉伸区：=-1.1550+0.5Dln(R/02)ln(R/) =1.15501

52、-ln(R/)+0.5D2ln(/0)-ln(R/02)ln(R/) 压缩区：=-1.1550+0.5Dln02/(r)ln(/r) =-1.15501+ln(/r)+0.5D2ln(0/)+ln(02/r)ln(r/) 一、应变中性层的位置二、弯曲件毛坯长度的计算第三节 弯曲件应变中性层的位置及弯曲毛坯长度的计算一、应变中性层的位置图3-9 板料弯曲状态应变中性层：指弯曲变形前后长度保持不变的金属层。或弯曲变形区切向应变为零的金属层。弯曲前后体积相等：将 ,Rr+t代人上式加以整理，得:系数和x0值见表3-1。简写成：二、弯曲件毛坯长度的计算（一）圆角半径较大的弯曲件（r0.5t，见图3-1

53、0）展开长度等于弯曲件直线部分的长度和圆弧部分的长度之和：当90时 图3-10 单角弯曲毛坯长度（二）无圆角半径或圆角半径很小时的弯曲（r0.5t ）根据弯曲前后材料体积不变原则确定。并考虑弯曲时圆角变形区板厚的变薄（见图3-11）。计算公式如下：n为弯角数，n=1，K=0.480.5；n=2，K=0.450.8；n2，K =0.25。图3-11 无圆角半径的弯曲（三）铰链卷圆弯曲毛坯长度可按下式近似计算： r/t =0.52.2时，X=0.500.76。图3-12 铰链一、最小相对弯曲半径的概念 二、影响最小相对弯曲半径rmin/t的因素三、最小弯曲半径rmint的确定第四节 最小相对弯曲半

54、径一、最小相对弯曲半径的概念最小相对弯曲半径：指板料弯曲时最外层纤维濒于拉裂时的弯曲半径与板料厚度的比值。 在最大应变 中,不拉裂时的r/t就是弯曲半径的最小值。r/t表示弯曲变形程度大小。r/t越小，弯曲变形程度越大，有一最小相对弯曲半径rmin/t（1）材料的力学性能 材料的塑性越好，弯曲半径越小。（2）板料的纤维方向 当弯曲件的折弯线与板料纤维方向相垂直时，rmin/t值最小；当两者平行时，rmin/t值最大。在同一零件上具有不同的弯曲时，应尽可能使弯曲线与纤维方向夹角不小于30。 二、影响最小相对弯曲半径rmin/t的因素（3）板料的表面质量和侧边质量 表面质量和侧面切口质量较差的板料

55、，允许变形程度较小，即rmin/t值较大。（4）零件的弯曲角 靠近圆角附近的直边材料也参与弯曲变形，有利于降低rmin/t 。弯曲角越小，效应越明显。 （5）板料的厚度 薄料比厚料可有更小的r/t。二、影响最小相对弯曲半径rmin/t的因素三、最小弯曲半径rmint的确定 根据板材塑性指标求最小弯曲半径值时，其中的max和max为板料单向拉伸试验得出，而实际弯曲的许用max比单向拉伸试验值max大得多，故按塑性指标求得的rmint与实际值有一定的差距。生产中的最小相对弯曲半径，一般查表选取。 第五节 弯曲力的计算 弯曲力是拟订板料弯曲加工工艺和选择弯曲加工设备的重要依据，因此要进行计算。板料弯

56、曲时开始是弹性弯曲，然后是变形区内外层纤维首先进入塑性状态，并逐渐向板厚中心扩展的自由弯曲，最后是凸、凹模与板料相互接触并压实零件的校正弯曲。各阶段的弯曲力不同，图3-16表示了弯曲力与弯曲行程变化关系。图3-15 弯曲力的变化曲线1弹性弯曲阶段 2自由弯曲阶 3校正弯曲阶段 第五节 弯曲力的计算一、弯曲力矩的计算二、弯曲力的计算三、弯曲时压力机压力的确定一、弯曲力矩的计算1. 假设条件将弯曲的立体应力状态简化为只有切向应力作用的单向应力状态，切向应力与应变之间的关系与单向拉伸状态下的应力应变关系完全一致。且近似地用弹性弯曲理论来处理塑性弯曲问题。2. 计算不考虑硬化时，弯曲时的弯矩： M =

57、bt2s /4 （3-32）式（3-32）对弯矩的处理，表示在整个弯曲过程弯曲力矩不随弯曲变形的加大而发生变化。但实际上在冷弯时，板料会发生冷作硬化，因而弯矩往往会增大。二、弯曲力的计算1. 模具对板料的外弯矩为FL（见图3-2），在无硬化时FL=bt2s /4。于是弯曲力为： F=bt2s /（4L） （3-33）2. 生产中常按经验公式对弯曲力进行近似计算。3. 对于设有顶件装置或压料装置的弯曲模，顶件力或压料力Q值可按自由弯曲力F1的3080%选取，即： Q=（0.30.8）Fl （3-34）二、弯曲时压力机压力的确定对于有弹性顶件装置的自由弯曲： F压机（1.11.2）（F1+Q）对于

58、有弹性压料装置的自由弯曲： F压机（1.11.2）（F1+Q）对于校正性弯曲： F压机（1.11.2）F2式中F压机压力机公称压力（N）第六节 弯曲回弹一、回弹的表现形式二、影响回弹的因素三、减小回弹的措施一、回弹的表现形式1. 回弹概念 弯曲件从模具中取出后，发生了弯曲角和弯曲半径与模具不一致的现象，称为弯曲回弹。弯曲件的回弹大小可以用弯曲件的曲率变化量K 和角度变化量来表示。2. 回弹量的计算（1）曲率回弹量K : 弯曲件回弹后的曲率半径:（2）弯曲角回弹量:（3）K与的关系: 弯曲件卸载前后的变化量 二、影响弯曲件回弹量的因素1材料的力学性能 回弹角的大小，与材料的屈服极限成正比，与弹性

59、模量E成反比。2相对弯曲半径r/t r/t越大，变形程度越小，回弹就大。3弯曲方式 在无底凹模内作自由弯曲,这种弯曲方式的回弹量最大。4弯曲角 弯曲角越大，表示弯曲变形区的长度越大，在相同的变形情况下，回弹值也越大。5工件形状 U形件的回弹由于两侧边受限制而小于V形件。6其它影响因素 板料与模具表面的摩擦（如较小的模具间隙Z/t）。 V形弯曲过程及回弹 材料力学性能对回弹的影响三、减小回弹的措施减小回弹也是弯曲工艺、弯曲模具所要获得的主要目的。1. 改进弯曲件的设计，合理选材 1）尽量避免选用过大的r/t。2）尽量选用屈服极限小、硬化指数小、弹性模量大的板料进行弯曲。设计加强筋减少回弹2. 采

60、取适当的弯曲工艺，改变变形区的应力应变状态。1）采用校正弯曲代替自由弯曲。2）采用拉弯工艺 3）对冷作硬化的材料须先退火，使其屈服点s 降低。对回弹较大的材料，必要时可采用加热弯曲。3. 合理设计弯曲模1）采用补偿法 根据弯曲件的回弹趋势，修正弯曲凸模或凹模工作部分的形状及尺寸。2）把凸模或凹模的局部做成凸起形状，改变弯曲变形区外侧受拉、内侧受压的应力状态，使变形区变为三向受压状态 。3）软模法 用橡胶或聚氨脂软凹模代替金属凹模，用调节凸模压入软凹模深度的方法控制弯曲回弹。 弯曲件的工艺性，是指弯曲制件的形状、尺寸、精度要求、材料选用及技术要求等是否符合弯曲变形规律的要求。良好工艺性可简化弯曲