冲压模具设计与制造基础.ppt

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1、内容提要内容提要 本章内容包括：冲压和冲模概念、冲压工序和冲模分类；常见冲压设备及工作原理、模具与压力机的关系；冲压成形性能及常见冲压材料；模具材料种类、性能、选用原则及热处理方法；模具制造特点、模具零件加工方法及应用等。第一章 冲压工艺及模具设计第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础1.1 冲压成形与模具技术概述一、基本概念冲压成形在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具冲压模具在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。二、冲压工序的分类1.分离工序2.成形工序MD&MM

2、D&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础分离工序冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限b，使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分离工序主要有剪裁和冲裁等。MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础成形工序成形工序冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限s，但未达到强度极限b，使材料产生塑性变形，从而成形零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础三、冲模1.冲模的分类 按工艺性质分冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模等。按工序组合分单工序模、复合模、级进模2.冲模零件工艺零件工艺零件直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触，包括：凸

3、模、凹模、定位零件、卸料与压料零件等结构零件结构零件不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模具功能起完善作用，包括：导向零件、紧固零件、标准件及其它零件等MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础四、冲模设计与制造的主要内容1.冲压产品生产流程（冲压）产品设计冲压成形工艺设计冲压模具设计冲压产品生产冲模制造MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础2.冲压模具设计与制造的内容冲

4、压工艺设计冲压工艺设计、模具设计模具设计与模具制造模具制造。冲压工艺设计冲模设计的基础和依据。冲模设计实现冲压工艺。冲模制造则是模具设计过程的延续，目的是使设计图样，通过原材料的加工和装配，转变为具有使用功能和使用价值的模具实体。MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础1.2 冲压设备及选用（工艺设计内容之一）一、常见冲压设备机械压力机（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数控冲床油压机水压机 曲柄压力机MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础数控冲床MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础摩擦压力机传动系统1-电机 2-传送

5、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 MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础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MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础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 MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础油压机MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础类型设备名称工作原理特点机械压

6、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。其传动系统如图1.2.1 所示。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。曲柄压力机分为偏心压力机和曲轴压力机，二者区别主要在主轴，前者主轴是偏心轴，后者主轴是曲轴。偏心压力机一般是开式压力机，而曲轴压力机有开式和闭式之分。偏心压力机和曲轴压力机的传动系统如图1.2.2 和图1.2.3

7、所示。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、行程次数都比较高，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。工作原理与特点MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础二、冲压设备规格的选择1.公称压力2.滑块行程3.行程次数4.工作台面尺寸5.滑块模柄孔尺寸6.闭合高度公称压力公称压力：压力机许用压力曲线：压力机许用压力曲线：冲裁、

8、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(0.050.07滑块行程)或曲柄旋转到距下极点某一特定角度时，所产生的冲击力称为压力机的公称压力。实际冲压力曲线与与压力机许用压力曲线不同。拉深时压力机吨位应比计算出的拉深力大60%100%。MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础压力机的闭合高度压力机的闭合高度：压力机的装模高度压力机的装模高度：模具的闭合高度模具的闭合高度：理论上为理论上为：实际上为实际上为：模具与压力机的关系模具与压力机的关

9、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。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-H1HHmaxH1 Hmin-H10HHmax-H5 MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础H模具闭合高度；Hmin压力机的最小闭合高度；Hmax压力机的最大闭合高度；H垫板厚度；M连杆调节量；HminH压力机的最小装模高度；Hmax-H压力机的最大装模高度。MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础1.3 板料成形理论简介塑性成形平面应力问题及其解法（应力、应变及其分布、成形载荷）1.平面

10、应力状态2.屈服准则（屈服条件）3.主应力法(切块法)4.有限元法1 1-3 3=(1=(11.155)1.155)S SMD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础点的应力状态a）任意坐标系 b）主轴坐标系 MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础9种主应力状态图平面应力状态MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础1.4 板料及其成形性能1.硬化模型2.硬化指数3.各向异性与塑性应变比4.延伸率5.屈强比（sb）6.弹性模量E7.成形极限图(FLD)MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础1.5

11、模具材料选用 不同冲压方法，其模具类型不同，模具工作条件有差异，对模具材料的要求也有所不同。冲模工作零件主要长期承受冲击和摩擦等。表1.4.1是不同模具工作条件及对模具工作零件材料的性能要求。一、冲压对模具材料的要求MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础二、冲模材料的选用原则1.根据模具种类及其工作条件，选用材料要满足使用要求，应具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐冲击、耐疲劳性等；2.根据冲压材料和冲压件生产批量选用材料；3.满足加工要求，应具有良好的加工工艺性能，便于切削加工，淬透性好、热处理变形小；4.满足经济性要求。MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础 冲压模

12、具所用材料主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、钢结硬质合金以及锌基合金、低熔点合金、环氧树脂、聚氨酯橡胶等。冲压模具中凸、凹模等工作零件所用的材料主要是模具钢，常用的模具钢包括碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢、高速工具钢、基体钢、硬质合金和钢结硬质合金等（可参见GB/T6991999、GB/T12981986、GB/T12992000、JB/T58261991、JB/T58251981、JB/T58271991等）。三、冲模常见材料及热处理要求MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础 常用模具钢的性能比较见表1.4.2。常用冷作模具钢国内、外牌号对照见表1.4.3。模具工作零件

13、的常用材料及热处理要求见表1.4.4。模具一般零件的常用材料及热处理要求见表1.4.5。模具零件加工常见热处理方法有退火、调质、淬火、回火、渗碳、氮化等。根据零件及要求不同，热处理工序安排 也不同。见表1.4.6、表1.4.7。MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础1.6

14、模具加工MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础模具制造主要有三项工作：（1）模具工作零件的制造（2）配购通用、标准件及进行补充加工（3）进行模具装配和试模其中，模具工作零件的制造和模具装配是重点。二类工具：模具加工、装配中需要的专用工具，如非标准铰刀、量规，靠模，检验样板。1.6 模具加工1.形状复杂，加工精度高；2.模具材料性能优异，硬度高，难加工；3.模具生产批量小，大多具有单件生产的特点，应多采用少工序、多工步的加工方案，即工序集中的方案；不用或少用专用工具加工；4.模具制造完成后均需调整和试模。一、模具制造特点冲模是专用的工艺装备，冲模制造属于单件生产。制造特点：MD&M

15、MD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础模具制造正由劳动密集技术密集依靠手工技巧依靠高效、高精度的数控切削机床、电加工机床机械加工时代机、电结合加工以及其它特殊加工时代 现代模具制造集中了制造技术的精华,体现了先进制造技术，已成为技术密集型的综合加工技术。一、模具制造特点（续）MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础包括：二、模具零件加工方法其中：2.特种加工是对机械加工的重要补充，但也需要用机械加工的方法进行预加工。机械加工、特种加工1.机械加工是主要加工方法，配以钳工操作，可实现整套模具的制造。MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础（一）模具零件的毛坯选择凸、

16、凹模等工作零件：二、模具零件加工方法（续）模座、大型模具零件：垫板、固定板等零件：不同方法得到的毛坯，其加工余量不同。锻件铸件型材上的切割件MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础二、模具零件加工方法（续）（二）模具零件的机械加工常用机械加工方法在模具零件加工中的应用如表1.5.1所示。主要有车、刨、铣、镗、磨等。现在数控技术都应用在这些加工方法中，甚至有多轴联动、复合加工。常用机械加工方法可能到的尺寸精度和表面粗糙度如表1.5.2表1.5.3所示。常见外圆表面、平面和孔的加工方案见表1.5.11.5.6所示。MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一

17、章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础二、模具零件加工方法（续）（三）模具零件的电加工电火花加工电火花加工、电火花线切割加工电火花线切割加工 在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电腐蚀作用，对工件进行加工的一种工艺方法，它是不断放电蚀除金属的过程。1.电火花加工MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础局限性：（三）模具零件的电加工(续）1.电火花加工(续）只能用于加工

18、金属等导电材料；需要制作成形电极；加工速度一般较慢，为了提高加工速度，一般要事先用机械加工方法对零件进行预加工；存在电极损耗，影响加工精度；最小角部半径有限制，一般电火花加工加工能得到的最小角部半径等于放电间隙。二、模具零件加工方法（续）MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础二、模具零件加工方法（续）2.电火花线切割加工 电火花线切割加工和电火花成形加工的原理相同。线切割加工时，是用连续移动的电极丝作为工具电极代替电火花加工中的成形电极，其加工原理、特点及应用如表1.5.11所示。MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础（三）模具零件的电加工(续）MD&MMD&M第一

19、章 冲压工艺及模具设计与制造基础模具零件常用精加工方法比较如表1.5.13所示。二、模具零件加工方法（续）（四）模具零件常用精加工方法比较 MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础技术上要先进、经济上要合理技术上要先进、经济上要合理三、模具零件加工工艺规程的编制 模具零件加工工艺规程制定的一般步骤和所包含的基本内容见表1.5.14所示。由于模具零件的加工多属于单件生产，一般都制定以工序为单位，简单明了的工艺规程。MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础MD&MMD&M第一章 冲压工艺及模具设计与制造基础本章思考题本章思考题冲压工序和冲模分类压力机规格参数压力机的许用压力曲线与冲压（冲裁、拉深等）工艺力曲线的关系板料成形性能指标、方法及其作用