冲压工艺及模具设计（第一章 冲压工艺基础 .ppt）

null冲压工艺基础 冲压工艺基础 第一章冲压工艺基础冲压工艺基础1.1 冲压工艺的分类、特点及应用 1.2 冲压模具 1.3 冲压模具常用材料 1.4 冲压常用材料 1.5 冲压设备与选用 冲压工艺基础冲压工艺基础1.1 冲压工艺的分类、特点及应用 1.1.1冷冲压加工 冲压加工是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一，它是利用各种压力机和安装在压力机上的模具使材料在常温或高温状态下进行分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的一种方法称为冲压加工。冲压加工是少无切削加工的一种主要形式。 冲压工艺基础冲压工艺基础1.1.2 冲压加工的特点 （1）借助压力机的压力利用模具能获得壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件，这些零件用其他的方法难以加工甚至无法加工； （2）冲压加工的零件精度高、尺寸稳定，具有良好的互换性； （3）冲压加工是少无切削加工的一种，部分零件冲压直接成型，无需任何再加工，材料利用率高； （4）生产效率高，生产过程易实现机械化和自动化； （5）操作简单，便于组织生产。 冲压工艺基础冲压工艺基础1.1.3 冲压加工的基本工序 由于冲压件的形状、尺寸和精度不同，因此，冲压所采用的工序种类亦各异。据其变形特点，可以分为两大类： 一类是分离工序，主要包括切断、冲裁、切口、切边等。其特点是板料所受外力超过抗剪强度，使其一部分与另一部分相互分离。冲压工艺基础冲压工艺基础 另一类是变形工序，主要包括弯曲、拉深、成形等。其特点是板料受力超过屈服极限，小于强度极限，使其产生塑性变形得到一定形状。 此外，为了提高劳动生产率，常将两个以上的基本工序合并成一个工序，如落料拉延、切断弯曲、冲孔翻边等，这称为复合工序。在生产实际中，对于批量生产的零件绝大部分是采用复合工序。 冲压工艺基础冲压工艺基础1.1.3.1 分离工序 分离工序是指材料在冲压力作用下，应力超过材料的强度极限，使材料发生剪断或局部剪裂，制件或坯料沿一定的轮廓相分离的冲压工序。分离工序主要为剪切或冲裁工序。常见分离工序见表1-1。 表1-1 分离工序 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-1 分离工序（续） 冲压工艺基础冲压工艺基础1.1.3.2 成形工序 成形工序是指坯料依靠模具在压力机作用下，使应力超过坯料的屈服极限，坯料经过塑性变形后，使其成为所要求形状的加工工序。成形工序主要为弯曲、拉深、成形等工序。常见成形工序见表1-2。 表1-2 成形工序（一） 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-2 成形工序（二） 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-2 成形工序（三） 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-2 成形工序（四） 冲压工艺基础冲压工艺基础1.2 冲压模具 由于冲压模具的种类繁多，结构各异。按其用途可将模具分为：冷冲压模、塑料模、压铸模、锻模、粉末冶金模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、铸造用金属模等。按成形原理又可分为冲裁模和型腔模两大类。 冲裁模的分类 按工序性质分 有落料模、冲孔模、切边模、切断模、剖切模、整修模、精冲模等。 按工序的组合分 有单工序模和多工序模。多工序模又分为连续模和复合模等。 冲压工艺基础冲压工艺基础 按导向装置分 有无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、导筒模等。 按卸料装置分 有刚性卸料板和弹性卸料板冲模。 按挡料或定位方式分 有固定挡料销、活动挡料销、导正销和侧刃冲模。 按制造凸、凹模的材料分 有钢质冲模、硬质合金冲模、橡皮冲模、锌基合金冲模等。冲压工艺基础冲压工艺基础 按送料、出件等方法分 有手动模、半自动模、自动模等。 按轮廓尺寸分 有大型模、中型模、小型模。 （1）冲裁模 将一部分材料与另一部分材料分离或部分分离的模具。下面列举几种一般中小型企业常见的冲裁模结构简图。 冲压工艺基础冲压工艺基础a) 落料模 b) 冲孔模 c) 剪切模 d) 修边模 e) 切口模 f) 剖切模 图1-1 冲裁模常见结构 冲压工艺基础冲压工艺基础（2）弯曲模 将坯料弯曲成一定形状的模具。 1—上模板；2—凸模；3—压边圈；4—定位板；5—凹模； 6—凹模固定板；7—下模板 图1-2 弯曲模 冲压工艺基础冲压工艺基础 （3）拉深模 将平板料变成一定形状的空心件的模具（如图1-3）。 图1-3 拉深模冲压工艺基础冲压工艺基础（4）冷挤模 1—下模座 2、15、16、19—螺钉 3—垫板 4—顶杆 5—导柱 6—导套 7—上模座 8—导向套 9—限位块 10—压杆 11—凸模 12—垫板 14、17、20、26—柱销 18—凸模固定板 21—导套 22—导柱 23—预应力套 24—凹模 25—凹模镶块 27—弹顶板 28—橡皮 29—螺母 30—双头螺杆 31—推杆 32—下垫板 图1-4 冷挤模 冲压工艺基础冲压工艺基础1.3 冲压模具常用材料 1.3.1 模具材料在模具工业中的地位 模具材料是模具制造的基础，模具材料和热处理技术对模具的使用寿命、精度和表面粗糙度起着重要的甚至决定性的作用。因此，根据模具的使用条件合理选用材料，采用适当的热处理和表面 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 技术以便充分发挥模具材料的潜力． 冲压工艺基础冲压工艺基础 根据模具材料的性能特点选用合理的模具结构，根据模具材料的特性采用相应的维护措施等是十分重要的，只有这样，才能有效地稳定和提高模具的使用寿命，防止模具的早期失效。 模具材料使用性能的好坏直接影响模具的质量和使用寿命；模具材料的工艺性能将影响模具加工的难易程度、模具加工的质量和加工成本。因此，在模具设计时，除设计出合理的模具结构外，还应选用合适的模具材料及热处理工艺，才能使模具获得良好的工作性能和较长的使用寿命。 冲压工艺基础冲压工艺基础1.2.2 冲模材料的选用原则 制造冲压模具用的材料有：灰铸铁、铸钢、钢、钢结硬质合金、硬质合金、低熔点合金、塑料、聚氨酯橡胶等。 正确选用模具材料对于模具寿命和模具制造成本及模具总成本都有直接关系，在选择模具材料时应充分考虑以下几点： 冲压工艺基础冲压工艺基础 （1）冲压零件的生产批量。对于大批量生产的零件，其模具材料应采用质量较好的、能保证模具耐用度的材料。反之，对于生产批量小则采用较便宜、耐用度较差的材料。 （2）根据被冲裁零件的性质、工序种类及冲模零件的工作条件和作用来选择模具材料。如冲模工作零件的工作条件，是否有应力集中，冲击载荷等，这就要求所选用的模具材料具有较高的强度和硬度、高耐磨性以及足够的韧性；导向零件要求耐磨性和较好的韧性，一般常采用低碳钢，表面渗碳淬火。 冲压工艺基础冲压工艺基础 （3）根据冲压件的尺寸、形状和精度要求来选材。一般来说，对于形状简单、冲压件尺寸不大的模具，其工作零件常用高碳工具钢制造，形状较复杂、冲压件尺寸较大的模具，其工作零件选用热处理变形较小的合金工具钢制造；而冲压件精度很高的精密冲模的工作零件，常选用耐磨性较好的硬质合金等材料制造。 （4）根据我国模具材料的生产与供应情况，兼顾本单位材料状况与热处理条件。 冲压工艺基础冲压工艺基础1.2.3 冲压模具常用材料及热处理要求 1.2.3.1 凸、凹模常用材料及热处理要求。 表1-5 凸、凹模常用材料及热处理（一） 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-5 凸、凹模常用材料及热处理（二） 冲压工艺基础冲压工艺基础1.2.3.2 冲模一般零件的材料和热处理： 表1-6 冲模常用一般零件的材料及热处理要求（一） 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-6 冲模常用一般零件的材料及热处理要求 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-7 常用冷变形模具钢的预热和加热规范 冲压工艺基础冲压工艺基础1.3 冲压常用材料 1.3.1 冲压工艺对材料的要求 选择冲压用材料时，首先应满足冲压件的使用要求。一般来说，对于机器上的主要冲压件，要求材料具有较高的强度和刚度；电机电器上的某些冲压件，要求有较好的导电性和导磁性；汽车、飞机上的冲压件。要求有足够的强度，并尽可能减轻重量；化工容器要求耐腐蚀等等。所以不同的使用要求就决定了应选用不同的材料。但从冲压工艺考虑，材料还应满足冲压工艺要求，以保证冲压过程顺利完成。 冲压工艺基础冲压工艺基础 对冲压所用材料的要求有： （1）良好的冲压性能 冲压性能是指板料对各种冲压加工方法的适应能力。冲压加工方法是以金属为塑性的加工方法，因此，要求材料具有良好的塑性。 对变形工序，塑性好，要求材料允许的变形程度大，则可以减少冲压工序次数及中间退火次数。对于分离工序，也要求一定的塑性，同时要求材料的屈服极限稍高一些，以利于冲裁后获得较高的断面质量。 材料塑性的高低，常用延伸率(δ)、屈服强度常用σs来表示。强度极限常用σb来表示。 冲压工艺基础冲压工艺基础（2）良好的表面质量 表面质量好的材料，冲压时工件不易破裂，废品减少；模具不易擦伤．寿命提高，而且制件的表面质量好。所以一般要求冲压材料表面光洁、平整，无氧化皮、裂纹、锈斑、划痕等缺陷。 （3）符合国标规定的厚度公差 模具间隙是按材料厚度来确定的，所以材料厚度公差应符合国家规定的标准。否则厚度公差太大，将影响工件质量，并可能导致损坏模具和设备。 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-8 冲压常用材料的力学性能（一） 1.4.2 金属材料 冲压工艺基础冲压工艺基础 表1-8 冲压常用材料的力学性能（二） 冲压工艺基础冲压工艺基础 表1-8 冲压常用材料的力学性能（三） 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-9 有色金属的力学性能（一） 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-9 有色金属的力学性能（二） 冲压工艺基础冲压工艺基础1.4.3 非金属材料 表1-10 非金属材料的力学性能（一） 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-10 非金属材料的力学性能（二） 冲压工艺基础冲压工艺基础1.5 冲压设备与选用 1.5.1 曲柄压力机 1.5.1.1 主要技术参数 曲柄压力机的主要技术参数综合反映设备的工艺能力相适用范围，以及有关生产率等指标。主要包括如下内容： （1）公称压力 曲柄压力机的公称压力是指滑块离下死点前某一特定距离或曲柄旋转到离下死点前某一特定角度时，滑块上所许可承受的最大作用力(这个特定的距离常称为公称压力行程，特定的角度称为公称压力角)。超过公称压力行程或公称压力角的范围时，滑块上所能承受的作用力都低于公称压力。 冲压工艺基础冲压工艺基础 公称压力在我国已经系列化。如630kN、1000kN、1600 kN、2500kN、3150kN、4000kN、6300kN……。 （2）滑块行程 滑块行程指滑块从上死点到下死点的距离。某些曲柄压力机的行程是可调节的，从而满足不同类型模具的需要。 （3）滑块行程次数(min-1) 滑块行程次数是指滑块每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点所往复的次数。 冲压工艺基础冲压工艺基础 （4）闭合高度和装模高度 闭合高度是指滑块在下死点时，滑块底面到工作台上表面的距离。当连杆调节装置将滑块调到下死点的最高位置（连杆调到最短）时，闭合高度达到最大，称最大闭合高度；当连杆调节装置将滑块调到下死点最低位置（连杆调到最长）时，闭合高度达到最小，称最小闭合高度。两者之差为闭合高度调节量。 装模高度是指滑块在下死点时，滑块底面到工作台垫板表面的距离。闭合高度与装模高度之差为垫板的厚度。曲柄压力机上的垫板工作时一般不拆下。 冲压工艺基础冲压工艺基础 （5）工作台（垫板）、滑块底面尺寸 曲柄压力机工作台（垫板）、滑块底面尺寸主要影响模具的安装以及废料、工件的排出。一般小型压力机是通过模柄与压力机滑块相连的。大中型压力机垫板和滑块底面设置有T型槽固定模具。 1.5.1.2主要技术规格 （1）开式压力机主要技术参数 ①开式压力机外型见图1-5。冲压工艺基础冲压工艺基础1－电动机；2－小带轮；3－大带轮；4－小齿轮；5－大齿轮；6－离合器；7－曲轴；8－制动器；9－连杆；10－滑块；11－上模；12－下模 13－垫板；14－工作台；15－机身 图1-5 JB23-63压力机结构图与运动原理图 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-11 开式压力机的基本参数（一） ② 开式压力机的基本参数见表1-11。 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-11 开式压力机的基本参数（二） 冲压工艺基础冲压工艺基础 (2)闭式压力机主要技术参数 ①闭式压力机的外型见图1-6。 1—小带轮；3—大带轮；4—制动器；5—离合器；6—小齿轮1；7—大齿轮；8—小齿轮2；9—偏心齿轮；10—芯轴；11—机身；12—连杆；13—滑块；14—垫板；18—气垫 图1-6 J31—315压力机结构图 冲压工艺基础冲压工艺基础②闭式压力机参数见表1-12和表1-13。 表1-12 闭式单点压力机技术参数 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-13 闭式双点压力机技术参数 冲压工艺基础冲压工艺基础1.5.1.3 压力机型号的选取 设计模具时合理选择压力机的规格型号，使设计的模具与设备有一个合理的匹配关系，这样可提高模具的使用寿命，保证模具的安装可靠性，提高产品质量、生产率和模具寿命。在选择压力机规格型号时，主要注意如下方面： （1）公称压力 压力机的公称压力与模具成形工艺力、辅助工艺力之间应符合下列关系： 一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于成形工艺力和辅助工艺力总和的1.3倍； 冲压工艺基础冲压工艺基础 刚度对成形影响较大时，压力机的公称压力应大于或等于成形工艺力和辅助工艺力总和的3倍； 总之，选用压力机时冲压的力——行程曲线要落在压力机滑块许用负荷曲线范围内。 图1-7 压力机滑块许用负荷曲线 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-14 不同装模方式的特点及校核公式 冲压工艺基础冲压工艺基础注： ——压力机的最大封闭高度，mm； ——压力机的最小封闭高度，mm； ——压力机的电板厚度，mm； ——模具的闭合高度，mm； ——等高块的厚度，mm。 (2)闭合高度 压力机的闭合高度、装模高度应与模具的闭合高度相匹配，高度校核公式参见表1-14。 冲压工艺基础冲压工艺基础 3）滑块行程 在保证完成冲压工序的前提下，压力机的行程要力求保持模具导向部分不致相互脱离。导板模的凸模与导板、滚珠导向模架的导柱、保持圈与导套不允许脱开，为此应采用行程较小或滑块行程可调节的压力机。 成形工件高度较大时，为便于取件，宜选择行程较大的压力机。拉伸时，滑块行程应大于拉伸件高度的2倍，主要是便于拉深厚的脱料。 4）工作台与滑块底面尺寸 模具下模座的平面尺寸应小于压力机工作台垫板尺寸，以便固定下模座。模具的模柄尺寸、上模座的安装固定部位与压力机滑块的模柄孔尺寸、滑块底面T形槽尺寸相适应。 冲压工艺基础冲压工艺基础1.5.2 其他冲压设备 1.5.2.1 摩擦压力机 摩擦压力机适用于中、小型件的校正模、压印模和成形模。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。其缺点是飞轮轮缘磨损大，生产率比曲柄压力机低。 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-15 双盘式摩擦压力机技术参数 冲压工艺基础冲压工艺基础1.5.2.2 双动拉深压力机 双动压力机适用于大量生产大型、较复杂拉深件的拉深模。模具结构简单，压料可靠，容易调节。 表1-16 底传动双动拉深压力机主要技术规格(一） 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-16 底传动双动拉深压力机主要技术规格(二） 冲压工艺基础冲压工艺基础1.5.2.3液压机 液压机适用于小批生产大型厚板件的弯曲模、拉深模、成形模和校平模。它不会因为板材的厚度超差而过载，特别对于深拉深件的加工，具有明显的优点。 冲压工艺基础冲压工艺基础表1-17 液压机技术规格 冲压工艺基础冲压工艺基础1.5.3 冲压设备的选用 冲压设备的选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用与安全，也关系到冲压工艺过程能否顺利完成以及保证产品质量、模具寿命、生产效率和成本等一系列重要问题。一般根据冲压工序性质、冲压力的大小、模具结构型式、模具闭合高度和轮廓尺寸以及生产批量等因素，结合本单位的设备实际情况合理选择设备类型和吨位。 冲压工艺基础冲压工艺基础确定压力机规格时，一般应遵循以下原则： 1．压力机的公称压力不小于冲压工序所需的压力。当进行弯曲或拉深时，其压力曲线应位于压力机滑块许用负荷曲线的安全区内，如图1-7。 2．压力机滑块行程应满足工件高度上能获得所需尺寸，并在冲压后能顺利地从模具上取出工件。 3．压力机的闭合高度、工作台尺寸和滑块尺寸等应满足模具的正确安装。尤其是压力机的闭合高度应与冲模的闭合高度相适应。 模具的闭合高度H0是指上模在最低的工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面的距离。 冲压工艺基础冲压工艺基础 我国目前生产的大多数压力机连杆长短能调节，也就是说压力机的闭合高度能调节，压力机就有最大闭合高度Hmax和最小闭合高度Hmin两个参数。 为了避免连杆调节过长，螺纹接触面积过小而被压坏。如果模具闭合高度实在太小，可在压力机台面上加一个磨平的垫板，一般工厂都预先制作了用于解决该类问题的通用垫板（注：设计该通用垫板时，要保证垫板上下表面平行度在压力机要求的精度范围内）。 4．压力机的滑块行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求。