第1章-冲压工艺基础知识课件

模具设计广东工业大学程永奇E-mail:Y.Q.Cheng@163.com–冲压工艺与模具设计概述授课学时：34学时课程任务：1.了解常见冲压成形；2.认识冲压成形工艺方法及模具典型结构；3.掌握冲压工艺及模具设计方法；4.具备进行中等复杂冲压零件的工艺编制、模具设计能力。模具设计基础–冲压工艺与模具设计第1章冲压工艺基础知识第2章冲压工艺理论知识第3章冲裁工艺与模具设计第4章弯曲工艺与模具设计第5章拉深工艺与模具设计第6章成形工艺与模具设计第7章冲压模具设计方法及设计实例第8章多工位级进冲压工艺与模具设计第9章汽车覆盖件成形工艺与模具第10章精密冲压工艺与模具设计第11章数控冲压工艺与模具目

录第1章冲压工艺基础知识内容简介本章讲述冲压工艺与模具设计的基础知识。了解冲压的应用，能根据冲压件的结构特征初步判断所需的基本冲压工序。熟悉冲压材料的种类及供应规格。熟悉常用冲压设备的类型及适应工艺。冲压成形基本概念、冲压设备及选用、常见模具材料及选用。重点：第1章冲压工艺基础知识第1节冲压工艺特点及应用第2节冲压工艺的分类第3节冲压材料第4节冲压设备第5节冲模常用标准第1章冲压工艺基础知识第6节冲压技术的现状与发展1.1.1冲压的概念冲压生产场景冲压是指在常温下靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件的加工方法。冲压生产的产品称为冲压件，冲压所用的模具称为冲压模具，简称冲模。1.1冲压工艺特点及应用2.冲压生产的三要素合理的冲压工艺先进的模具高效的冲压设备冲压生产的三要素1.1冲压工艺特点及应用热冲压1.冲压加工特点①可获得其他加工方法不能加工或难以加工的薄壁、形状复杂的零件，如汽车覆盖件等。②

质量稳定、一致性好，具有“一模一样”的特性。③材料利用率高，属于少、无切削加工。④可利用金属材料的塑性变形来提高工件的强度。板材具有良好的冲压成形性能⑤生产率高，易实现自动化生产。⑥模具使用寿命长，生产成本低。所以，冲压成形适宜批量生产。1.1冲压工艺特点及应用1.1.2冲压的特点及应用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1.1冲压工艺特点及应用冲压成形产品示例一——日常用品1.1冲压工艺特点及应用冲压成形产品示例二——高科技产品汽车覆盖件飞机蒙皮1.1冲压工艺特点及应用1.按变形性质分类：分离工序：分离工序、成形工序板料在压力作用下，其压力超过材料的抗剪强度而沿一定轮廓线断裂成制件的工序（或使板料上工件部分的材料与其他部分相分开,并获得一定断面质量的加工方法）。分离工序通常又称冲裁，主要有切断、落料、冲孔、切舌、切边、剖切。见P3表1-1

1.2冲压工艺的分类成形工序：板料在压力作用下，其应力超过屈服强度σs，但未达到抗剪强度而产生塑性变形，从而获得一定形状和尺寸制件的工序（是在毛坯材料不被破坏的条件下使其产生塑性变形，以获得所需工件形状和尺寸精度的加工方法）。主要有弯曲、拉深、起伏、翻边、缩口、胀形等。见P4表1-2

1.2冲压工艺的分类从本质上看各种冲压成形过程就是毛坯变形区在力的作用下产生变形的过程，所以毛坯变形区的受力情况和变形特点是决定各种冲压变形性质的主要依据。根据毛坯变形区的应力与应变特点，可以把冲压变形概括为两大类：伸长类变形和压缩类变形。2.按变形区受力性质分类1.2冲压工艺的分类伸长类变形：当作用于毛坯变形区内的最大应力、应变为正值时的冲压变形，如胀形、翻边与弯曲外侧变形等。这种成形主要是靠材料的伸长和厚度的减薄来实现。其极限变形参数主要决定于材料的塑性，并且可以用板材的塑性指标直接或间接地表示。压缩类变形：当作用于毛坯变形区内的最大应力、应变为负值时的冲压变形，如拉深凸缘变形区、弯曲内侧变形等。这种成形主要是靠材料的压缩与增厚来实现。其极限变形参数，通常都受毛坯传力区的承载能力限制，有时受变形区或传力区的失稳起皱限制。1.2冲压工艺的分类因两类冲压变形极限变形参数确定的基础不同，所以影响极限变形参数的因素和提高极限变形参数的途径和方法也不一样。1.2冲压工艺的分类1）单工序冲压2）复合工序冲压3）级进冲压1.2冲压工艺的分类3.按工序组合形式分类冲压材料是冲压加工三要素之一。冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的性能要求，还应满足冲压工艺要求和冲压后续加工要求（如切削加工、焊接、电镀等）（1）对冲压材料的要求b．对材料厚度公差的要求（分高级、较高级、普通级）c．对表面质量的要求（划伤、缩孔、麻点、断层、扭曲等分高质量、较高质量、一般质量）a．对冲压成形性能的要求（2）常用冲压材料

冲压最常用的材料是金属板料，也有部分非金属板料。1.3冲压材料（伸长率、屈强比、弹性模量、硬化指数、厚度异性指数等）

1．冲压成形性能（1）材料的冲压成形性能材料的冲压性能好成形极限高成形质量好便于冲压加工冲压成形性能是一个综合性的概念抗破裂性定形型

指材料对各种冲压加工方法的适应能力。冲压加工的依据。1.3冲压材料贴模性（2）板料冲压成形性能指标1.屈服极限σs

屈服极限σs小，材料容易变形，则变形抗力小，所需变形力小。2.屈强比屈服极限σs与强度极限σb之比即σs/σb。3.均匀伸长率与总伸长率拉伸试验中，试样拉断时的伸长率称为总伸长率δ（简称伸长率）。而试样开始产生局部集中变形时（颈缩时）的伸长率称为均匀伸长率δu。伸长率是影响翻边或扩孔成形性能的主要参数。1.3冲压材料4.硬化指数n

表示材料在塑性变形中的硬化程度。n

大，材料在变形中加工硬化，真实应力增大。5.弹性模量E

弹性模量E越大，材料抗压失稳能力越强，卸载后回弹越小，冲压件质量越高。1.3冲压材料拉伸试验用试样

拉伸曲线

1.3冲压材料6.板厚方向性系数

由于钢锭结晶和板材轧制时出现纤维组织等原因，板料的塑性会因方向不同而出现差异，这种现象称为板料的塑性各向异性。厚度方向的各向异性用厚度异性指数γ表示，其表达式为：γ＝εb/εt式中，εb、εt—试样宽度和厚度方向的应变。

当γ＞1时，宽度方向较厚度方向容易变形，即板料不易变薄或增厚。1.3冲压材料7.板平面方向性

板料轧制后，在板平面内也出现各向异性即各方向力学性能和物理性能均不同。板平面各向异性用板平面各向异性指数△γ表示，其表达式为：△γ=（γ0°＋γ90°－2γ45°）/2式中，γ0°、γ90°、γ45°—与板料轧制纤维方向成0°、90°、45°试样的厚度异性指数。△γ越大，表示板平面内的各向异性越严重。如拉伸件拉伸后出现“凸耳”。1.3冲压材料1.3冲压材料

一般来说，伸长率大、屈强比小、弹性模量大、硬化指数高和厚度异性指数大有利于各种冲压成形工序。拉深件的凸耳

1.3冲压材料（3）板料冲压成形性能试验方法

1.胀形成形性能试验(又称杯突试验、爱利克辛试验)2.拉深-胀形成形性能试验(又称福井试验、锥杯试验)(间接试验和直接试验)1.3冲压材料1.3冲压材料3．板料的机械性能与冲压成形性能的关系板料的强度指标越高，产生相同变形量的力就越大；塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大；刚度指标越高，成形时抵抗失稳起皱的能力就越大。

不同冲压工序对板料的机械性能的具体要求有所不同。1.3冲压材料1.3冲压材料常用冲压材料有金属材料和非金属材料。金属材料又分为黑色金属及其合金和有色金属及其合金。常用黑色金属及其合金有：碳素结构钢优质碳素结构钢低合金高强度钢电工硅钢板不锈钢1.3冲压材料常用有色金属及其合金有：铜及铜合金铝及铝合金镁合金、钛合金等。非金属材料有胶木板、橡胶、塑料板等。冲压常用金属材料供应规格：钢带、钢板、纵切钢带等。1.3冲压材料冲压材料的下料方法剪板机下料圆盘剪床下料其他下料方法剪板机(剪床)

平刃剪床

1—上刀片;2—板材;3—下刀片;4—工作台;5—滑块

机械压力机（以Jxx表示其型号）液压机（以Yxx表示其型号）摩擦压力机曲柄压力机双动压力机、三动压力机、工位压力机、弯曲机、精冲压力机、高速压力机、数控冲床等。油压机水压机工作原理与特点偏心压力机曲轴压力机一、常见冲压设备1.4冲压设备摩擦压力机传动系统1-电机2-传送带3、5-摩擦盘4-轴6-飞轮7、10-连杆

8-螺母9-螺杆11-挡块12-滑块13-手柄

1.4冲压设备曲柄压力机1.4冲压设备曲柄压力机1.4冲压设备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1.4冲压设备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

1.4冲压设备油压机1.4冲压设备数控冲床1.4冲压设备1.4冲压设备类型设备名称工作原理特点机械压力机摩擦压力机

利用摩擦盘与飞轮之间相互接触并传递动力，借助螺杆与螺母相对运动原理而工作。结构简单，当超负荷时，只会引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，而不致损坏机件。但飞轮轮缘磨损大，生产率低。适用于中小型件的冲压加工，对于校正、压印和成形等冲压工序尤为适宜。曲柄压力机利用曲柄连杆机构进行工作，电机通过皮带轮及齿轮带动曲轴传动，经连杆使滑块作直线往复运动。生产率高，适用于各类冲压加工。高速冲床工作原理与曲柄压力机相同，但其刚度、精度、行程次数都较高，一般带有自动送料装置、安全检测装置等辅助装置。生产率很高，适用于大批量生产，模具一般采用多工位级进模。液压机油压机水压机利用帕斯卡原理，以水或油为工作介质，采用静压力传递进行工作，使滑块上、下往复运动。压力大，而且是静压力，但生产率低。适用于拉深、挤压等成形工序。（一）压力机的基本技术参数1.4冲压设备二、冲压设备的选用（二）压力机类型的选择（一）压力机的基本技术参数1.公称压力2.滑块行程3.滑块行程次数4.工作台面尺寸和滑块底面尺寸5.滑块模柄孔和漏料孔尺寸6.闭合高度7.电动机功率的选择1.4冲压设备公称压力Fp：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α(曲柄压力机一般为25°~30°)时，所产生的最大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%。1.4冲压设备滑块行程s：滑块行程次数：

指滑块上、下极点间的距离。对于曲柄压力机其值等于两倍曲柄的长度。它与加工制件h0的最大高度有关。

指滑块空载时，每分钟上下往复运动的次数。有负载时，实际滑块行程次数小于空载次数。1.4冲压设备工作台面尺寸：滑块底面尺寸：

工作台面尺寸应大于冲模的相应尺寸，一般情况下，应大于下模座尺寸50～70mm，为固定下模留下足够的空间。

上模座的平面尺寸一般不应该超过滑块底面尺寸。1.4冲压设备滑块模柄孔尺寸：

模柄直径应略小于滑块内模柄安装孔的直径，模柄的长度应小于模柄孔的深度。1.4冲压设备漏料孔尺寸：

在自然漏料的模具中，工作台面上的漏料孔直径要保证能漏料。压力机的闭合高度：压力机的装模高度：模具的闭合高度：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。当连杆可调且调至最短时，达到最大值，用Hmax表示。反之，为最小值，用Hmin表示。它们的差值称为闭合高度调节量。

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－H1Hmin-H１＋10≤H≤Hmax-H１－51.4冲压设备（二）压力机类型的选择曲柄压力机适用于落料模、冲孔模、弯曲模、拉深模。液压压力机适用于小批量生产大型厚板的弯曲模、拉深膜、成形模和校平模。摩擦压力机适用于中小型件的校正模、压印模和成形模。双动压力机适用于大量生产大型、较复杂拉深件的拉深模。多工位压力机适用于同时安装落料、冲孔、压花、弯曲、拉深、切边等多副模具，不宜用于连续模。弯曲机适用于小型复杂的弯曲件生产。精冲压力机适用于精冲模。高速压力机适用于连续模。数控冲床主要用于带多种尺寸规格孔型的板冲件加工。根据工序性质、生产批量、冲件质量等要求进行选择。1.4冲压设备

技术落后、经济效益低。主要原因：①冲压基础理论与成形工艺落后；

②模具标准化程度低；

③模具设计方法和手段、模具制造工艺及设备落后；

④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。1.6冲压技术的现状与发展一、我国冲压技术现状产品市场变化：技术发展：牵引推动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。多品种、少批量，更新换代速度快计算机技术、制造新技术二、冲压技术发展方向1.6冲压技术的现状与发展(1)冲压成形理