第3.4章-板料冲压课件

1、4.1 冲压成形特点与分类,一、冲压成形,冲压成形是指在压力机上通过模具对板料（金属或非金属）加压，使其产生分离或塑性变形，从而得到一定形状、尺寸和性能要求的零件的加工方法，它属于塑性加工方法之一。 这种方法又称为冷冲压或板料冲压。,冲压模具设计 是实现冲压工艺的核心,4.2 冲压成形特点与分类,二、冲压成形的特点,1、可以获得其他加工方法不能加工或难以加工的形状 复杂的零件，如汽车覆盖件等。 2、冲压生产的零件的尺寸精度主要是靠冲压模具来保 证的，加工出的冲压零件质量稳定，一致性好，具 有“一模一样”的特性。 3、材料的利用率高，属于少、无切屑加工。 4、可以利用金属材料的塑性变形来提高工件

2、的强度。 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。,4.2 冲压成形特点与分类,三、冲压工序的分类,p b,pReL,按照变形性质,4.2 冲压成形特点与分类,4.2 冲压成形特点与分类,4.3 影响冲压变形的因素,塑性是指固体材料在外力作用下发生永久变形，而不破坏起完整性的能力。 在成形工序中，总希望被冲压的材料具有良好的塑性。,固体材料,永久变形,保持完整性,塑 性,在同一变形条件下，不同 材料具有不同的塑性。 同一材料在不同的变形条 件下又会有不同的塑性。,一、塑性,1.3 影响冲压变形的因素,柔软性只是物质变形抗力的标志，它与金属的塑性没有直接的关系。 柔软性

3、好的材料不一定塑性好；同样，塑性好的材料不一定是柔软的。,2、影响塑性变形的因素 主要有两个方面：内部和外部的因素 （1）内部：金属材料本身的特性，如：化学成分、金相组织等； （2）外部：指外部条件，如：变形温度、变形速度等。 一般来讲，金属的元素越少（如纯金属）、变形温度越高，其塑性越好。,1、金属的塑性和柔软性概念不同,一、塑性,4.3 影响冲压变形的因素,二、加工硬化,在金属变形过程中，随着塑性变形过程的增加，其变形抗力增加，硬度提高，而塑性降低，这种现象称为加工硬化。,三、板料的力学性能,一般只研究板料的下屈服强度ReL，屈强比ReL/Rm，伸长率A，弹性模量等。 一般地，板料的屈服强

4、度越小，屈强比越小，伸长率越大，弹性模量越大，其冲压成形性能就越好。,4.4 冲压常用材料,黑色金属,金 属 材 料,非金属材料,有色金属,普通碳素钢：Q235 优质碳素结构钢：08、10 低合金结构钢：Q345 电工硅钢：DT1、DT2，俗称硅钢片 不锈钢：1Cr18Ni9Ti,铜及铜合金：T1、T2、H62、H68 铝及铝合金：2A12 、1060,胶木 橡胶 塑料 石棉 毛毡,常用冲压材料,绝缘垫片,冲压生产常用的是条料、带料。,板料,条料,剪板机,4.4 冲压常用材料,4.5 冲压设备,一、压力机的分类,4.5 冲压设备,1、按驱动滑块力的种类分类,压 力 机,机械压力机,气压压力机,

5、液压压力机,最常用 速度快，行程短,常 用 速度慢，行程长,不常用,4.5 冲压设备,摩擦压力机,曲柄压力机,电机通过带 和齿轮带动 曲轴旋转， 曲轴通过连 杆 带动滑块 沿导轨作上 下往复运动， 带动模具实 施冲压。,从电机到 飞轮，通 过摩擦传 动幅来传 递运动和 动力。,冲床,4.5 冲压设备,2、按滑块个数分类,单动压力机,三动压力机,双动压力机,压力机只有一个滑块,由内、外两个滑块，外滑块用于压边，内滑块用于拉深，又称拉深压力机。,在双动拉深压力机的工作台上增加一个气垫，气垫可进行局部拉深。,压 力 机,4.5 冲压设备,3、按机身结构分类,开式压力机,闭式压力机,床身为C型，工作台

6、三面敞开，便于前后、左右送料。刚性差，用于1000KN以下的小型压力机。,床身左右封闭，只有前后两面敞开，刚度好，精度高，1000KN以上的大、中型压力机多采用。,压 力 机,4.5 冲压设备,三、曲柄压力机技术参数,1、公称压力 2、滑块行程 3、装模高度 4、工作台尺寸 5、漏料孔尺寸 6、模柄孔尺寸 7、滑块底面尺寸 ,4.6 冲裁工艺,冲制垫圈,冲制外形属于落料工序 冲制内形属于冲孔工序,冲孔工序,落料工序,一、冲裁工艺,1、冲裁工序分类（例）,4.6.1 冲裁概念,2、冲裁模结构示意图,冲裁过程演示,一、冲裁工艺,1下模座；2，15销；3凹模；4销套；5导柱；6导套； 7上模座；8卸

7、料板；9橡胶；10凸模固定板；11垫板； 12卸料螺钉；13凸模；14模柄；15，16，17螺钉,4.6.2 普通冲裁机理,一、冲裁变形过程,1、弹性变形阶段,2、塑性变形阶段,3、断裂阶段,一、冲裁变形过程,1、弹性变形阶段,现象：凸模下面的板料略有 弯曲，凹模上面的板 料开始上翘，若卸去 凸模压力，板料能够 恢复原状，不产生永 久变形。,只到弹性变形的极限，没有塑性变形。Ps,一、冲裁变形过程,2、塑性变形阶段,现象：凸模和凹模都 切入板料，形 成光亮的剪切 断面。,发生塑性剪切变形，形成光亮带，但没有产生分离，没有裂纹，还是一个整体。ps,一、冲裁变形过程,3、断裂阶段,板料的内应力达到

8、强度极限，在凸模、凹模的刃口接触处，产生微小裂纹。p,在应力作用下， 裂纹不断扩展。,当上、下裂纹汇合时，板料发生分离,断裂分离,裂纹延伸,产生裂纹,二、冲裁件的断面特征,冲孔件断面特征,1、塌角区 2、光亮带 3、断裂带 4、毛 刺,冲裁过程演示,又称圆角区，弹性变形时产生，塑性变形时定形。 塑性剪切变形时产生。 冲裁时产生裂纹及裂纹扩展后形成的。 又称环状毛刺，是由于断面的撕裂而产生的。,二、冲裁件的断面特征,1、塌角区 2、光亮带 3、断裂带 4、毛 刺,落料件断面特征,倒装式复合冲裁模,动画演示,一、拉深工艺,4.7 拉深工艺,拉深是指利用模具将平板毛坯冲压成开口空心 零件或进一步改变

9、开口空心零件形状和尺寸的 工艺，是冷冲压工艺中重要的工艺方法之一。,1、拉深,拉深,拉深,平板毛坯拉深,一、拉深工艺,4.7.1 拉深工艺,1、拉深,使用的材料为金属材料。,压边圈。,一、拉深工艺,拉深件的形状很多，常见的有： （1）旋转体类 （2）盒形类 （3）不对称形状类,2、拉深件的形状,4.1 拉深工艺,一、拉深工艺,3、拉深工艺分类,（1）按壁厚的变化情况分,一般拉深,变薄拉深,（工件壁厚不变）,（工件壁厚变薄）,（2）按使用毛坯的形状分,首次拉深,以后各次拉深,（使用平板毛坯）,（以开口空心件为毛坯）,中间各次拉深,最后一次拉深,4.1 拉深工艺,二、拉深变形分析,以最常见的圆筒形

10、件的拉深为例进行分析。,1、在拉深过程中存在金属的塑性流动,二、拉深变形分析,2、拉深网格试验,现象及原因分析,1、筒底的网格基 本上保持不变。 这说明筒底的 金属没有明显 的流动，基本 上不变形。,二、拉深变形分析,2、拉深网格试验,现象及原因分析,2、拉深前等距离的同心圆， 拉深后变成与筒底平行 的、距离不等的水平圆 周线，且越往上部，间 距增加得越大。即： a1a2a3a4a5 这说明越靠近外部，多 余的金属量越大金属的 径向流动量越大。,二、拉深变形分析,2、拉深网格试验,现象及原因分析,3、拉深前等角度的辐射 线，拉深后变成了等 距离、相互平行、垂 直于筒底的平行线。 这说明金属有切

11、向缩 小的应变，且越往外 部，应变量越大。,二、拉深变形分析,4.2 拉深变形过程,2、拉深网格试验,现象及原因分析,4、拉深前筒壁上的扇 形网格，拉深后变 成矩形网格。,一、起皱,4.7.2 拉深件的起皱与破裂,拉深件的起皱与破裂是拉深过程中最主要的质量问题。,在拉深时，凸缘材料存在着切向压应力，当压应力大到一定程度时，板料切向将因失稳而拱起，这种现象称为起皱。,一、起皱,1、产生起皱的原因,切向压应力3过大 。,一、起皱,2、首先起皱的部位,起皱首先发生在平面 凸缘部分的最外缘。 因为这里的变形量最 大，受到的切向压应 力3也最大。,一、起皱,3、防止起皱的措施,主要是减小切向压应力3的影

12、响。,在拉深模结构上加压边圈，对 平面凸缘施压厚度方向上的压 应力2，以防止拱起。 减小变形程度，减小3的大小。 （如：降低拉深件的高度） 加大板料厚度，降低3的影响。,2,二、破裂,起皱并不表示板料变 形达到了极限，因为通过 加压边圈等措施后变形程 度仍然可以提高。 随着变形程度的提高， 变形力也相应提高，当变 形力大于传力区（筒壁） 的承载能力时，拉深件则 被拉破。,二、破裂,1、破裂的原因,径向拉应力1过大,1s 断面变薄,1b 制件被拉破,1径向拉应力 s 屈服强度 b 抗拉强度,二、破裂,2、破裂的位置,在危险断面处,在凸模圆角部位的金属承载能 力很低，但因为凸模的摩擦作 用，一般不

13、会发生破裂。,筒壁与筒底圆角相切处稍靠上 的位置，板料的厚度最薄，我 们通常称此断面为危险断面。,二、破裂,3、防止破裂的措施,主要是减小径向压应力1的影响。,增大凹模圆角半径和进行合理地润滑，以降低所 需的径向拉应力1。 增大凸模的粗糙度，以增大毛坯与凸模表面的摩 擦力，阻碍毛坯变薄，防止破裂。 减小压边力，以降低所需的拉深力。,（1）各次的拉深系数,第1次拉深 m1d1 / D 第2次拉深 m2d2 / d1 第3次拉深 m3d3 / d2 第n次拉深 mndn / dn-1,（2）总的拉深系数,三、拉深系数,一、首次拉深模,4.7.3 拉深模典型结构,带压边装置的首次拉深模,落料拉深复合

14、模,二、以后各次拉深模,一、弯曲工艺,4.8 弯曲工艺,是指把金属坯料弯曲成一定角度或形状的过 程，是冲压生产中应用较广泛的一种工艺。,弯曲工艺可用于制造大型结构零件，也可以用于生产中小型机器及电子仪器仪表用零件。,1、弯曲,生活中的弯曲零件,用模具成形的弯曲零件,2、弯曲方法,弯曲的 方法很 多，有 压弯、 折弯、 滚弯、 拉弯等。,重点：在压力机上进行的压弯工艺,一、弯曲变形过程,4.8.2 弯曲变形过程,1、弯曲变形过程,凸模下移，接触毛坯,条料弯曲，进入凹模,凸模、毛坯、凹模 三者形状吻合,一、弯曲变形过程,2、弯曲工序分类,弯曲工序,自由弯曲 当凸模、毛坯、凹模三者吻合后，凸模不再下

15、压。,校正弯曲 当凸模、毛坯、凹模三者吻合后，凸模继续下压，对弯曲部分进行校正。,二、弯曲变形分析,采用网格法研究弯曲变形情况。,二、弯曲变形分析,1、弯曲变形区的位置,弯曲圆角部分的网格发生 了显著的变化，原来的正方形网格变成了扇形。 靠近圆角部分的直边有少量变形。 其余直边部分的网格仍保持原状，基本上没有变形。,弯曲变形主要发生在弯曲圆角区，即弯曲带中心角范围内。,4.8.3 弯曲模典型结构,一、V 形件弯曲模 二、U 形件弯曲模 三、帽形件弯曲模 四、Z 形件弯曲模 五、圆形件弯曲模 六、其它典型结构,包括：,一、V 形件弯曲模,V形件弯曲模,结构简单，在压力机上安装 调整方便。 对材料

16、的厚度公差要求不严。 可实现校正弯曲，弯曲件的 回弹小，平面度好。,两直边长度相差不大的V形 弯曲件。,特点：,适用：,二、U 形件弯曲模,1、一般U 形件弯曲模,有回弹现象，工件一 般不会包紧在凸模上， 一般不需要卸料装置。 两竖边无法得到校正， 回弹量较大。,结构特点：,2、闭角弯曲模,（1）使用回转凹模结构,使用回转凹模的闭角弯曲模,先将毛坯弯曲成U形， 再弯曲成闭角形状。 工件从凸模侧向取出。 侧形靠凸模压动回转 凹模镶块成形，压力 大，可弯曲成形较厚 的材料。,三、Z 形件弯曲模,Z 形件弯曲模,四、圆形件弯曲模,3.3 弯曲模典型结构,1、大圆弯曲模,（1）大圆一次弯曲成形,大圆一次弯曲模,先弯曲成U形，再弯曲成圆形。,上部依然得不 到有效的校正。,五、圆形件弯曲模,3.3 弯曲模典型结