冲压工艺及模具设计试题及答案试卷

冲压工艺及模具设计试题及答案试卷适用专业：材料成型及控制工程、模具设计与制造考试时长：120分钟总分：100分一、填空题（每空1分，共20分）冷冲压工艺是利用安装在压力机上的_对板材施加外力，使之产生_或____，从而获得具备指定尺寸、形状与性能的零件的塑性加工方法。冲裁变形过程依据材料受力状态与变形特征可依次划分为_、_、____三个连续阶段。冲裁间隙是影响冲裁质量的核心参数，当间隙过小时，冲裁断面会出现_、_的典型特征，同时卸料力、推件力会显著____。弯曲件产生回弹的根本原因是塑性变形过程中伴随的_在卸载后恢复，影响回弹幅值的核心因素包括_、____、相对弯曲半径r/t。无凸缘圆筒形件拉深时，毛坯的_区域是主要变形区，该区域的主要失稳形式为_，拉深过程中最易发生拉裂的危险断面位于____位置。多工位级进模中常用的定距零部件包括_、_、侧刃三类，其中适用于高速自动冲压、可连续控制步距的定距零件为____。冲模卸料装置分为刚性卸料与弹性卸料两类，其中_卸料装置适用于厚板、硬料冲压，对冲件平整度要求较低的工况；_卸料装置可在冲裁过程中提供压料力，适用于薄板、软料及平整度要求高的零件冲压。精密冲裁工艺获得全光亮带冲裁断面的三个核心工艺条件为_、_、凹模采用小圆角刃口并配合反向顶件力。二、单项选择题（每题2分，共20分）下列冷冲压工序中，属于分离工序的是（）A.圆筒形件拉深B.平板坯料翻孔C.板料冲裁落料D.型材压弯普通冲裁件的断面四个特征区域中，质量最优、尺寸精度最高的区域是（）A.圆角带B.光亮带C.断裂带D.毛刺区当冲裁间隙大于合理间隙值时，冲裁件的尺寸精度会出现以下哪种变化（）A.落料件尺寸大于凹模刃口尺寸B.落料件尺寸小于凹模刃口尺寸C.冲孔件孔径尺寸大于凸模刃口尺寸D.冲孔件孔径尺寸与凸模刃口尺寸完全一致弯曲工艺设计中，为防止弯曲件外侧产生弯裂缺陷，必须保证工件的相对弯曲半径满足以下哪个要求（）A.大于材料允许的最小相对弯曲半径B.小于材料允许的最小相对弯曲半径C.等于材料厚度值D.不小于5倍材料厚度值圆筒形件拉深过程中，下列措施无法有效抑制凸缘起皱缺陷的是（）A.增设弹性压边圈施加合适压边力B.适当增大拉深系数降低变形程度C.减小凹模入口处的圆角半径D.在材料塑性允许范围内适当提高坯料厚度与无导向敞开式冲裁模相比，采用导柱导套导向的冲裁模最突出的工艺优势是（）A.结构简单，制造维护成本低B.凸凹模间隙均匀稳定，模具寿命高，冲件精度一致性好C.可适应厚度大于10mm的厚板冲压工况D.安装时无需调整压力机闭合高度若需在一副模具的同一工位同时完成落料、冲孔两道工序，且要求冲件平面度好、孔与外形位置精度高，生产批量较大时应优先选用（）A.多工位级进模B.导板导向简单模C.倒装式复合模D.无导向简单模弯曲件工艺设计时，当相对弯曲半径r/t接近材料最小相对弯曲半径时，弯曲线与板材轧制纤维方向的合理布置方式为（）A.弯曲线与纤维方向平行布置B.弯曲线与纤维方向垂直布置C.弯曲线与纤维方向成45°夹角布置D.布置方向无特殊要求拉深模凸、凹模工作间隙的取值主要依据以下哪个参数确定（）A.材料厚度及厚度公差B.拉深件总高度C.凸模公称直径D.压边装置的压边力与普通碳素工具钢模具相比，采用硬质合金作为凸凹模材料的冲模最突出的特点是（）A.材料成本低，加工工艺简单B.刃口耐磨性好，刃磨寿命高，适合超大批量生产C.韧性优异，抗冲击载荷能力强D.无需热处理即可达到使用硬度三、判断题（每题1分，共10分，正确打√，错误打×）冷冲压工艺仅适用于金属薄板材料加工，无法加工纸板、塑料板等非金属板材。（）冲裁过程中，无论凸模刃口磨钝还是凹模刃口磨钝，都会在冲件对应位置产生超出允许范围的粗大毛刺。（）弹性卸料装置的卸料力大小仅与冲压材料厚度有关，与弹性元件的刚度、预压缩量无关联。（）弯曲变形过程中，材料中性层的长度在弯曲前后保持基本不变，因此弯曲件毛坯展开长度以中性层长度为计算依据。（）拉深系数是表征拉深变形程度的核心参数，拉深系数越小，说明拉深变形程度越小，越不易出现拉裂、起皱等成形缺陷。（）凸凹模是复合模的核心工作零件，同时具备落料凸模与冲孔凹模（或冲孔凸模与落料凹模）的双重刃口功能。（）采用侧刃定距的级进模中，侧刃的公称切边长度与步距公称尺寸完全相等即可，无需考虑磨损余量与制造公差。（）圆孔翻孔的变形程度用翻孔系数表征，翻孔系数越小，说明孔边缘的切向伸长变形程度越大，越容易出现边缘拉裂缺陷。（）冲模的闭合高度是指模具处于最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面的垂直距离，模具安装时必须保证其闭合高度介于压力机最大闭合高度与最小闭合高度之间。（）校正弯曲工艺中，校正压力越大则弯曲回弹量越小，因此生产中应尽可能选用最大校正力以完全消除回弹。（）四、简答题（每题5分，共20分）简述冲裁间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命及冲裁工艺力的影响规律。简述弯曲回弹的主要影响因素，列举生产中减小回弹的常用工艺与模具措施。简述圆筒形件拉深工艺中影响极限拉深系数的主要因素。对比简单模（单工序模）、复合模、级进模三类冲模的工艺特点与适用生产场景。五、工艺分析与计算题（共15分）某无凸缘圆筒形拉深件采用08F冷轧钢板生产，料厚t=1mm，零件内孔直径d=50mm，内部总高度h=35mm，底部内圆角半径r=3mm，零件未注公差按IT14级，采用平端面压边圈拉深。已知冲压手册中无凸缘圆筒形件修边余量Δh=2mm（对应h/d=0.7区间），08F钢首次拉深极限拉深系数取值为：t/D×100=2时[m1]=0.50，t/D×100=1.5时[m1]=0.52，t/D×100=1时[m1]=0.55；第二次拉深极限拉深系数[m2]=0.75（t/D≥1时）；无凸缘圆筒形件毛坯直径按中线尺寸的等面积公式计算：D=dm2+4dmH某落料冲孔零件采用Q235钢板生产，料厚t=2mm，落料外形为80mm×60mm的矩形，零件几何中心位置有一个直径φ20mm的通孔，零件尺寸公差按IT14级，年生产批量10万件。请完成以下工艺与模具设计分析：（1）选用合理的模具结构类型并说明选型依据；（2）明确该模具落料、冲孔刃口尺寸的计算原则；（3）列出该模具的核心零部件组成及各部分功能。参考答案一、填空题模具；塑性变形；分离弹性变形阶段；塑性变形阶段；断裂分离阶段双层光亮带；毛刺薄而高；增大弹性变形；材料力学性能（屈服强度、弹性模量）；弯曲角度（或模具间隙、工件形状）凸缘（法兰）；起皱；凸模圆角与直壁段交接处挡料销；导正销；侧刃刚性；弹性极小的冲裁双边间隙；V形齿圈压板提供三向压应力状态二、单项选择题1.C2.B3.B4.A5.C6.B7.C8.B9.A10.B三、判断题1.×2.√3.×4.√5.×6.√7.×8.√9.√10.×四、简答题冲裁间隙的影响规律可从四个维度说明：（1）对断面质量的影响：间隙合理时，凸、凹模刃口处产生的上下裂纹基本重合，断面光亮带占料厚的1/3左右，毛刺小、圆角带窄、断面锥度小；间隙过小时，上下裂纹向对方刃口外侧错开，裂纹间材料被二次剪切，形成双层光亮带，毛刺薄而高，断面垂直度好但挤压力大；间隙过大时，材料受拉伸作用显著，光亮带占比缩小，断裂带粗糙、锥度大，圆角带宽、毛刺厚且难以去除。（2）对尺寸精度的影响：间隙合理时，冲裁后材料的弹性恢复量小，落料件尺寸接近凹模刃口尺寸、冲孔件尺寸接近凸模刃口尺寸，精度稳定；间隙过小时，材料受径向挤压作用，落料件回弹后尺寸大于凹模尺寸，冲孔件回弹后孔径小于凸模尺寸，尺寸偏差增大；间隙过大时，材料受径向拉伸作用，落料件回弹后尺寸小于凹模尺寸，冲孔件回弹后孔径大于凸模尺寸，精度下降。（3）对模具寿命的影响：间隙过小时，刃口侧压力急剧增大，磨损加剧，易出现刃口啃伤、胀裂问题，寿命大幅降低；间隙合理时，刃口受力均匀，磨损速率低，寿命最高；间隙过大时，材料弯曲应力增大，刃口易受冲击崩损，寿命同样会下降。（4）对工艺力的影响：间隙小于合理值时，材料剪切挤压力增大，冲裁力、卸料力、推件力均随之升高；间隙增大到合理区间后，冲裁力略有降低，但间隙过大导致毛刺增大时，卸料力会出现反向升高。（1）回弹的核心影响因素：一是材料力学性能，材料屈服强度越高、弹性模量越小、加工硬化速率越快，回弹量越大；二是相对弯曲半径r/t，r/t越大，变形区弹性变形占比越高，回弹量越大；三是弯曲工艺参数，弯曲角度越大、模具间隙越大、变形约束越弱，回弹量越大；四是工件形状，形状复杂的弯曲件因各部位变形相互约束，回弹量小于简单V形、U形件。（2）减小回弹的措施：工艺层面，优先选用屈服强度低、弹性模量大的板材，弯曲前对硬料进行退火软化处理；采用校正弯曲替代自由弯曲，对变形区施加足够的法向压力；对于r/t大、回弹显著的零件采用拉弯工艺，弯曲时施加轴向拉力使断面全厚度进入塑性变形状态，减小弹性恢复。模具结构层面，根据预先测算的回弹值对凸模角度、圆角进行补偿；将凸模端面设计为局部凸起结构，集中施压于弯曲变形区；对于薄板弯曲采用聚氨酯软凹模结构，消除模具间隙带来的回弹。影响极限拉深系数的核心因素包括：（1）材料力学性能：材料塑性越好、硬化指数n值越高，极限拉深系数越小，允许的变形程度越大；（2）毛坯相对厚度t/D：相对厚度越大，坯料抗失稳起皱能力越强，极限拉深系数越小；（3）压边条件：采用刚度合适的压边装置、施加合理压边力可有效抑制起皱，降低极限拉深系数；（4）模具参数与润滑：凸凹模圆角半径取值合理、工作表面粗糙度低、采用工艺润滑可减小材料流动阻力，降低极限拉深系数；但圆角半径过大时会减小压边接触面积，反而易引发起皱，使极限拉深系数升高；（5）拉深次数：首次拉深时坯料未产生加工硬化，塑性好，极限拉深系数小于后续拉深，后续拉深因材料加工硬化变形抗力升高，极限拉深系数逐次增大。三类模具的特点与适用场景为：（1）简单模：即单工序模，单次压力机行程仅完成一道冲压工序，结构简单、制造周期短、成本低，但冲件精度低、生产效率低、多次定位误差大、操作安全性差；适用于小批量生产、大型零件冲压、新产品试制、精度要求低的零件加工。（2）复合模：单次压力机行程中在同一工位完成两道及以上冲压工序，核心零件为凸凹模；冲件位置精度高、平面度好，无多次定位的步距误差，生产效率较高，但模具结构复杂、制造精度要求高，凸凹模壁厚受结构强度限制；适用于中大批量生产、尺寸中小型、位置精度要求高的薄料冲件或拉深-冲孔复合类零件，尤其适合孔与外缘位置精度要求高的零件。（3）级进模：单次压力机行程中在不同工位依次完成多道冲压工序，条料连续送进配合定距装置实现连续生产；生产效率极高、操作安全性好、易实现自动化高速冲压，可加工形状复杂的多工序零件，但模具结构复杂、制造周期长、成本高、对定距精度要求严格；适用于大批量生产的中小型复杂零件，可适配高速压力机的自动化生产线。五、工艺分析与计算题（1）毛坯直径计算：首先确定计算参数，根据题目给定条件，计入修边余量后的计算高度H=h+Δh=35+2=37mm；换算中线尺寸，料厚t=1mm，零件中线直径dm=d+t=50+1=51mm，底部圆角中线半径rm=r+t/2=3+0.5（1）模具类型选型：选用倒装式落料冲孔复合模。选型依据：首先，零件年生产批量10万件属于中大批量生产，敞开式简单模效率低、精度差，无法满足批量与精度要求；多工位级进模结构复杂、制造成本高，该零件形状简单、工序数量少，采用级进模经济性不足；复合模可在同工位一次完成落料、冲孔工序，冲件孔与外形的位置精度高、平面度好，生产效率满足批量要求；经核算，凸凹模最小壁厚为(60-20)/2=20mm，远大于t=2mm时复合模凸凹模的最小允许壁厚3.5mm，凸凹模强度满足要求；倒装式结构采用上模安装落料凹模、下模安装凸凹模，配合弹性卸料与刚性推件装置，操作方便、出件顺畅，适配t=2mm的Q235钢板冲压工况。

（2）刃口尺寸计算原则：冲裁刃口尺寸遵循“落料以凹模为基准、冲孔以凸模为基准，考虑磨损方向、合理配置间隙与公差”的原则：①落料工序：落料件外形尺寸由凹模刃口决定，因此先计算落料凹模刃口尺寸，根据凹模磨损后尺寸增大的规律，将零件外形公差带配置在凹模刃口公差带靠近下偏差的位置，落料凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配作，保证双边冲裁间隙Z=0.24~0.30mm（t=2mmQ235钢的合理间隙范围）。②冲孔工序：冲孔件内孔尺寸由凸模刃口决定，因此先计算冲孔凸模刃口尺寸，根据凸模磨损后尺寸减小的规律，将零件内孔公差带配置在凸模刃口公差带靠近上偏差的位置，冲孔凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸配作，保证同样的合理冲裁间隙；刃口制造公差取IT6~IT7级，满足零件IT14级的精度要求。（3）模具核心零部件组成：分为工艺零件与结构零件两类：①工艺零件：包括落料凹模（上模安装，落料工序的刃口零件）、冲孔凸模（上模安装，冲孔工序的刃口零件）、凸凹模（下模安装，外刃为落料凸模、内刃为冲孔凹模，为复合模核心工作零件）、弹性卸料板（下模安装，冲压完成后卸下箍在凸凹模上的条料，同时冲压时提供压料力防止板料翘曲）、导料板（下模安装，引导条料沿送料方向精