冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)課件

1、冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 1 本章內(nèi)容：本章內(nèi)容： 沖壓基本工序、沖壓術(shù)語、沖模標(biāo)準(zhǔn)和塑 性變形基本知識；常見沖壓設(shè)備及工作原 理、選用原則；沖壓成形基本原理和規(guī)律； 常見沖壓材料等 。 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 2 學(xué)習(xí)目的與要求： 1.掌握沖壓和沖模概念、沖壓工序和沖模分類； 2 .了解常用沖模術(shù)語以及沖模標(biāo)準(zhǔn)； 3.掌握屈服準(zhǔn)則、塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、體積不變條件、 硬化規(guī)律、卸載彈性恢復(fù)規(guī)律和反載軟化現(xiàn)象、最小阻力 定律等沖壓成形基本規(guī)律； 4.了解沖壓成形性能與機(jī)械性能關(guān)系，認(rèn)識常見沖壓材料； 5.認(rèn)識常見沖壓設(shè)備，掌握選用原則等。 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 3 重點(diǎn)： 沖壓成形基本概念、沖壓

2、設(shè)備及選 用、沖壓成形基本規(guī)律及應(yīng)用、沖壓成 形性能與機(jī)械性能關(guān)系、 沖模術(shù)語和 標(biāo)準(zhǔn)。 難點(diǎn)： 沖壓成形基本規(guī)律、沖壓成形性 能與機(jī)械性能關(guān)系。 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 4 1.1 冷沖壓基本工序與冷沖模冷沖壓基本工序與冷沖模 1.1.1 冷沖壓基本工序冷沖壓基本工序 根據(jù)材料的變形特點(diǎn)分：分離工序、成形工序。 分離工序分離工序：指該道沖壓工序完成后，材料變形部分的 應(yīng)力達(dá)到了該材料破壞應(yīng)力b的 數(shù)值，造成材料斷裂而 分離。如沖孔、落料、切斷、切邊等工序。 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 5 變形工序：變形工序： 指該道沖壓工序完成后，材料變形部分的應(yīng)力超 過了該材料屈服應(yīng)力s的數(shù)值但未達(dá)到破壞應(yīng)力b的

3、 數(shù)值，從而使材料產(chǎn)生塑性變形，并且改變了材料原 有的形狀和尺寸。如彎曲、拉深、翻邊、脹形等工序。 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 6 1.1.2 冷沖模冷沖模 1 .沖模術(shù)語：沖模術(shù)語：重點(diǎn)介紹常用術(shù)語。 2 .沖模分類：沖模分類： （1）根據(jù)工藝性質(zhì)分類： 沖裁模、沖裁模、彎曲模、拉深摸、成形模彎曲模、拉深摸、成形模等。 （2）根據(jù)工序組合程度分類： 單工序模、復(fù)合模單工序模、復(fù)合模、級進(jìn)模、級進(jìn)模 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 7 單工序模；復(fù)合模；級進(jìn)模 ；自動模 ；精沖模 ；模 架；工作零件 ；凸模 ；凹模 ；凸凹模鑲件 ；拼塊 ； 定位零件；定位銷；定位板；擋料銷； 導(dǎo)正銷；導(dǎo)料 板；定距側(cè)刃；側(cè)刃

4、擋塊；止退鍵；始用擋料銷；打 桿；廢料切斷刀； 彈頂器；導(dǎo)向零件；導(dǎo)柱；導(dǎo)套； 上模座；下模座；墊板；模柄；浮動模柄；斜楔；滑 塊；沖模壽命；送料方向等。 1 .沖模術(shù)語沖模術(shù)語 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 8 2 .沖模零件分類沖模零件分類 工藝零件工藝零件：該類零件直接參與完成沖壓工藝過程并和坯料直接 發(fā)生作用。包括工作零件(凸模、凹 模、凸凹模)，定位零 件(擋料銷和導(dǎo)正銷、導(dǎo)料板、定位銷和定位板、側(cè)壓板、 側(cè)刃)，壓料、卸 料及出件零部件(卸料板、壓邊圈、頂件 器、推件器)。 結(jié)構(gòu)零件結(jié)構(gòu)零件：該類零件不直接參與完成沖壓工藝過程，也不和坯 料直接發(fā)生作用，只是對模具完成工 藝過程起保證作用和

5、 對模具的功能起完善作用。包括導(dǎo)向零件(導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo) 板、導(dǎo)筒)，固 定零件(上模座、下模座、模柄、凸模固定 板、凹模固定板、墊板、限位固定裝置)，緊固件以及其他 零件(螺釘、銷釘、鍵、斜楔、滑塊等)。 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 9 1.1.3 模具標(biāo)準(zhǔn)化模具標(biāo)準(zhǔn)化 1 .意義意義 2 .體系體系 3 .沖模標(biāo)準(zhǔn)沖模標(biāo)準(zhǔn) 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 10 1.2.1 1.2.1 主應(yīng)力與主應(yīng)變主應(yīng)力與主應(yīng)變 應(yīng)力：內(nèi)力在物體截面上分布的密集程度即稱為應(yīng)力， 應(yīng)力又可分為正應(yīng)力和切 應(yīng)力，分別用和來表示。 應(yīng)變：物體內(nèi)部微小平行六面體的變形稱為應(yīng)變。 點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)：是指坯料內(nèi)每一點(diǎn)的應(yīng)力狀況，即該點(diǎn) 上

6、所作用的應(yīng)力的大小、數(shù)目與方向 。 點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)：點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)通過單元體的變形來表示； 應(yīng)變是變形體由應(yīng)力引起的。 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 11 點(diǎn)的主應(yīng)力狀態(tài) 主應(yīng)力圖主應(yīng)變圖 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 12 1.2.2 1.2.2 塑性與變形抗力塑性與變形抗力 塑性：塑性： 表示材料塑性變形能力。它是指固體材料在外力作用下發(fā)生永久 變形而不破壞其完整性能力。 塑性指標(biāo)：塑性指標(biāo)： 衡量金屬塑性高低的參數(shù)。常用塑性指標(biāo)為延伸率和斷面收縮 率。 %100 %100 0 0 0 0 F FF L LL k k 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 13 1.2.2 1.2.2 塑性變形的影響因素塑性變形的影響因素 1

7、.1.變形溫度對塑性變形的影響變形溫度對塑性變形的影響 2.2.變形速度對金屬塑性的影響變形速度對金屬塑性的影響 3.3.應(yīng)力狀態(tài)對塑性變形的影響應(yīng)力狀態(tài)對塑性變形的影響 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 14 主應(yīng)力對金屬塑性影響排序 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 15 1.2.3 超超塑性成形塑性成形 超超塑性：塑性：在特定的條件下，拉伸金屬試樣時，其 變形抗力大大地降低，而伸長率超過100%。 方式：方式：1.細(xì)晶超塑性 2.相變超塑性 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 16 1.2.4 金屬塑性變形基本規(guī)律金屬塑性變形基本規(guī)律 彈塑性變形共存規(guī)律 ： 金屬塑性變形階段必然同時伴隨有彈性變形 。 真實(shí)應(yīng)力 -應(yīng)變曲線（

8、硬化曲線）：表示硬化規(guī)律。這種 變化規(guī)律可近似用指數(shù)曲線表示。 =An 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 17 真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線 室溫下幾種金屬的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 18 1.2.4 1.2.4 金屬塑性變形基本規(guī)律金屬塑性變形基本規(guī)律 兩個屈服準(zhǔn)則兩個屈服準(zhǔn)則： 1.屈雷斯加屈服準(zhǔn)則 2.密席斯屈服準(zhǔn)則 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 19 1.2.4 金屬塑性變形基本規(guī)律 塑性變形應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：塑性變形應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系： 1.塑性變形時體積不變規(guī)律 1+2+3 = 0 2.反載軟化現(xiàn)象：卸載后反向加載(比如先拉伸后壓 縮)，彈性模數(shù)E沒有變化;但反向加載時，材料的屈 服點(diǎn)有所降低，我們稱這種

9、現(xiàn)象為反載軟化現(xiàn)象。 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 20 1.2.4 金屬塑性變形基本規(guī)律 塑性變形應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：塑性變形應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系： 3.塑性變形全量理論及應(yīng)用 13 13 32 32 21 21 伸長類變形及破壞形式 壓縮類變形及破壞形式 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 21 1.2.5 變形趨向性及控制變形趨向性及控制 最小阻力定律：變形體的各質(zhì)點(diǎn)總是沿著其最小的 阻力方向移動，稱此為最小阻力定律。 弱區(qū)先變形，變形區(qū)為弱區(qū) 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 22 1.2.5 變形趨向性及控制變形趨向性及控制 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 23 鋼球活座套的沖壓工藝實(shí)例 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 24 1.3.1 1.3.1

10、冷沖壓材料的基本要求冷沖壓材料的基本要求 對沖壓成形性能的要求 對表面質(zhì)量的要求 對材料厚度公差的要求 1.3.2 1.3.2 常用沖壓材料常用沖壓材料 黑色金屬、有色金屬、非金屬材料 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 25 1.3.3 板料沖壓成形性能指標(biāo)板料沖壓成形性能指標(biāo) 1 均勻伸長率 與總伸長率 2 屈強(qiáng)比 3 硬化指數(shù) 4 板厚方向性系數(shù) 5 板平面方向性 1.3.4 板料沖壓成形性能試驗(yàn)方法和指標(biāo)板料沖壓成形性能試驗(yàn)方法和指標(biāo) 1 脹形成形性能試驗(yàn)(又稱杯突試驗(yàn)、愛利克辛試驗(yàn)) 2.拉深 -脹形成形性能試驗(yàn)(又稱福井試驗(yàn)、錐杯試驗(yàn)) 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 26 拉伸試驗(yàn)用試樣 拉伸曲線 冷沖

11、壓工藝與模具設(shè)計(jì) 27 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 28 拉深件的凸耳 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 29 本節(jié)內(nèi)容最好結(jié)合生產(chǎn)及教學(xué)設(shè)備，進(jìn)行 現(xiàn)場教學(xué)。 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 30 1.4.1 1.4.1 剪板機(jī)剪板機(jī)( (剪床剪床) ) 平刃剪床 1上刀片;2板材;3下刀片;4工作臺;5滑塊 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 31 1.4.2 1.4.2 曲柄壓力機(jī)曲柄壓力機(jī) 1.組成組成 2.分類分類 3.規(guī)格型號及主參數(shù)規(guī)格型號及主參數(shù) 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 32 曲柄壓力機(jī) 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 33 曲柄壓力機(jī) 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 34 1.4.3 1.4.3 摩擦壓力機(jī)摩擦壓力機(jī) 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)

12、 35 摩擦壓力機(jī)傳動系統(tǒng) 1-電機(jī);2-傳送帶;3、5-摩擦盤; 4-軸; 6-飛輪;7、10-連桿;8-螺母; 9-螺桿; 11-擋塊;12-滑塊;13-手柄 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 36 1.4.4 1.4.4 油壓機(jī)油壓機(jī) 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 37 1.4.5 1.4.5 壓力機(jī)的選用壓力機(jī)的選用 (一)壓力機(jī)類型的選擇 (二)壓力機(jī)規(guī)格的選擇 1.公稱壓力 2.滑塊行程長度 3.行程次數(shù) 4.工作臺面尺 寸5.滑塊模柄孔尺寸 6.閉合高度 7.電動機(jī)功率的選擇 根據(jù)工序性質(zhì)、生產(chǎn)批量、沖件質(zhì)量等要求進(jìn)行選擇。 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 38 (三)模具的安裝 一般次序： 1.檢查臺面、閉

13、合高度、打料裝置等。 2.根據(jù)沖模的閉合高度調(diào)整壓力機(jī)滑塊的高度， 并分 別固定上、下模部分。 3. 試沖。 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 39 壓力機(jī)許用壓力曲線：壓力機(jī)許用壓力曲線： 沖裁、彎曲時壓力機(jī)的噸位 應(yīng)比計(jì)算的沖壓力大30%左右。 壓力機(jī)的許用壓力曲線 1壓力機(jī)許用壓力曲線;2沖裁工藝沖裁力實(shí)際 變化曲線;3拉深工藝?yán)盍?shí)際變化曲線 滑塊下滑到距下極點(diǎn)某一特定的距離Sp或曲柄旋轉(zhuǎn)到 距下極點(diǎn)某一特定角度時，所產(chǎn) 生的沖擊力稱為壓力機(jī)的公稱壓力。 實(shí)際沖壓力曲線與與壓力 機(jī)許用壓力曲線不同步。 拉深時壓力機(jī)噸位應(yīng)比計(jì) 算出的拉深力大60%100%。 公稱壓力公稱壓力： 冷沖壓工藝與模具設(shè)

14、計(jì) 40 模具閉合高度與裝模高度的關(guān)系模具閉合高度與裝模高度的關(guān)系 指滑塊在下止點(diǎn)時，滑塊底面到工作 臺上平面（即墊板下平面）之間的距離。 指壓力機(jī)的閉合高度減去墊板厚度的 差值。 指沖模在最低 工作位置時，上模座上平面至 下模座下平面之間的距離。 Hmin-H+10HHmax-H-5 壓力機(jī)的閉合高度壓力機(jī)的閉合高度： 壓力機(jī)的裝模高度壓力機(jī)的裝模高度： 模具的閉合高度模具的閉合高度： 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 41 數(shù)控沖床 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 42 偏心壓力機(jī)傳動系統(tǒng) 1-滑塊;2-連桿;3-制動裝置; 4-偏心軸;5-離合器; 6-皮帶輪;7-電機(jī);8-操縱機(jī)構(gòu) 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 4

15、3 曲軸壓力機(jī)傳動系統(tǒng) 1-電機(jī);2-皮帶輪;3、4-齒輪; 5-離合器;6-連桿 7-滑塊 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 44 常用冷沖壓設(shè)備的工作原理和特點(diǎn)常用冷沖壓設(shè)備的工作原理和特點(diǎn) 類 型 設(shè)備名 稱 工作原理特點(diǎn) 機(jī) 械 壓 力 機(jī) 摩擦壓力 機(jī) 利用摩擦盤與飛輪之間相互接 觸并傳遞動力，借助螺桿與螺 母相對運(yùn)動原理而工作。其傳 動系統(tǒng)如圖1.2.1 所示。 結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)超負(fù)荷時， 只會引起飛輪與摩擦盤 之間的滑動，而不致?lián)p 壞機(jī)件。但飛輪輪緣磨 損大，生產(chǎn)率低。適用 于中小型件的沖壓加工， 對于校正、壓印和成形 等沖壓工序尤為適宜。 曲 柄 壓 力機(jī) 利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，電機(jī)通過皮帶 輪及齒輪帶動曲軸傳動，經(jīng)連桿使滑塊作直 線往復(fù)運(yùn)動。曲柄壓力機(jī)分為偏心壓力機(jī)和 曲軸壓力機(jī)，二者區(qū)別主要在主軸，前者主 軸是偏心軸，后者主軸是曲軸。偏心壓力機(jī) 一般是開式壓力機(jī)，而曲軸壓力機(jī)有開式和 閉式之分