第一章沖壓成形概述ppt課件

1、模具設計課程主講人 楊拓宇安徽科技學院 工學院電子教案 目錄第一章 沖壓成型概述 第二章 沖裁工藝與沖裁模第三章 彎曲工藝與彎曲模第四章 拉深工藝與拉深模第五章 其它成形工藝與模具設計第六章 塑料與塑料成形工藝 第七章 塑料注塑模設計 緒論一、什么是模具：一、什么是模具： 模具是工業(yè)生產的重要工藝裝備。 它是以其自身的特殊形狀，通過一定的方式使原材料成形的工藝裝備 。二、模具的分類。 按成形的對象和方式來分，模具大致可以分為三類： 金屬板料成形模具，如冷沖壓模； 金屬體積成形模具，鍛造模具、粉末冶金模具等； 非金屬材料成形模具，塑料模具、玻璃模具、陶瓷模具緒論三、模具工業(yè)的地位、作用、現狀：三

2、、模具工業(yè)的地位、作用、現狀： 位置：模具工業(yè)在我國已經成為國民經濟發(fā)展的重要基礎工業(yè)之一 ；是現代工業(yè)生產的重要工藝裝備；是工業(yè)中的基礎產業(yè)。 現狀：模具標準化，專業(yè)化，商品化水平低；大型，精細，復雜，長壽命模具少，自動化水平低。緒論四、模具技術發(fā)展的趨勢：四、模具技術發(fā)展的趨勢：1.全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術；計算機技術的普及已經具備普及CAD/CAM/CAE的條件。2不斷提高模具標準化程度；能有效提高模具通用性和互換性，降低成本，縮短制造周期；3優(yōu)質材料及先進表面處理技術的應用，提高模具使用壽命；緒論4模具制造技術的發(fā)展，高效、快速、精密化；快速原型制造技術為傳統(tǒng)方法的1/3

3、(時間)1/4本錢） 5逆向工程技術：快速、正確地把復雜的實物復制出來，同時也可以通過實物制造模具進行復制，是今后我國重要發(fā)展方向。6模具研磨拋光的自動化，智能化。第一章 沖壓成形概述內容簡介：內容簡介： 本章講述沖壓模具設計的基礎知識。 涉及沖壓和沖模概念、沖壓工序和沖模分類；沖壓成形基本原理和規(guī)律；沖壓成形性能及常見沖壓材料；種類、性能、選用原則及熱處理方法；模具制造特點、模具零件加工方法及應用；常見沖壓設備及工作原理、選用原則等。第一節(jié) 沖壓成形特點與分類沖壓成形：沖壓成形：一、沖壓成形特點第一章 沖壓成形概述1.基本概念沖壓生產場景室溫下，在壓力機上通過模具對板料金屬非金屬）加壓，使其

4、產生分離或塑性變形，從而得到具有一定外形、尺寸和性能要求的零件的加工方法，又叫冷沖壓或板料沖壓。第一章 沖壓成形概述加工對象：主要金屬板材加工依據：板材沖壓成形性能主要是塑性）加工設備：主要是壓力機加工工藝裝備：沖壓模具第一節(jié) 沖壓成形特點與分類一、沖壓成形特點沖壓成形沖壓模具：沖壓模具：在沖壓加工過程中，將材料加工成零件或半成品的成形裝備，稱為沖壓模具俗稱沖模）。 2基本特點與其它加工方法相比）第一章 沖壓成形概述 1) 1)可以得到形狀復雜，用其他方法不能或難以加工的工件；可以得到形狀復雜，用其他方法不能或難以加工的工件； 2 2尺寸精度由模具來保證，所以質量穩(wěn)定，一致性好；尺寸精度由模具

5、來保證，所以質量穩(wěn)定，一致性好； 3 3材料利用率高，屬于少、無切削加工；材料利用率高，屬于少、無切削加工； 4 4可以利用金屬材料的塑性變形提高工件的強度、剛度；可以利用金屬材料的塑性變形提高工件的強度、剛度；（剛度是指物體在外力作用下抵抗變形的能力，剛度越高，物體表現的越（剛度是指物體在外力作用下抵抗變形的能力，剛度越高，物體表現的越“硬硬”。 對不同的東西來說，剛度的表示方法不同，比如靜態(tài)剛度、動態(tài)剛度、環(huán)剛度等。對不同的東西來說，剛度的表示方法不同，比如靜態(tài)剛度、動態(tài)剛度、環(huán)剛度等。 一般來說，剛度的單位是牛頓一般來說，剛度的單位是牛頓/ /米，或者牛頓米，或者牛頓/ /毫米，毫米，

6、表示產生單位長度形變所需要施加的力。表示產生單位長度形變所需要施加的力。 ）第一節(jié) 沖壓成形特點與分類一、沖壓成形特點2基本特點第一章 沖壓成形概述 5) 5)生產率高，操作簡便；易于實現自動化；生產率高，操作簡便；易于實現自動化； 6 6模具壽命長，生產成本低。模具壽命長，生產成本低。 7 7沖壓加工是制造業(yè)中最常用的一種材料成形加工方法。沖壓加工是制造業(yè)中最常用的一種材料成形加工方法。第一節(jié) 沖壓成形特點與分類一、沖壓成形特點第一章 沖壓沖壓成形概述沖壓成形產品示例一日常用品第一章 沖壓成形概述沖壓成形產品示例二高科技產品汽車覆蓋件飛機蒙皮二、沖壓工序分類 第一章 沖壓成形概述根據材料的變

7、形特點分：第一節(jié) 沖壓成形與模具技術概述分離工序：分離工序：分離工序、成形工序被加工材料在外力作用下，因剪切使材料發(fā)生斷裂從而產生分離，形成一定形狀和尺寸的零件。分離工序主要有剪裁、沖孔、落料、切邊等。 第一章 沖壓成形概述成形工序：成形工序：被加工材料在外力作用下，發(fā)生塑性變形，從而得到具有一定形狀和尺寸的零件。如彎曲、拉深、翻邊等。 二、沖壓工序分類第一節(jié) 沖壓成形與模具技術概述第二節(jié) 沖壓成形的基本理論塑性：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)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。生永久變形而不破壞其完整性能力。 一、塑性

8、、塑性變形與塑性條件塑性指標：塑性指標： 衡量金屬塑性高低的參數。常用的塑性指標為延伸率衡量金屬塑性高低的參數。常用的塑性指標為延伸率和和斷面收縮率斷面收縮率。 第一章 沖壓成形概述%100%1000000FFFLLLkk1 1、定義、定義變形：塑性變形、彈性變形。變形：塑性變形、彈性變形。第二節(jié) 沖壓成形的基本理論塑性變形：作用于物體的外力去除之后，物體并不能完全恢復塑性變形：作用于物體的外力去除之后，物體并不能完全恢復到自己原來的形狀和尺寸的現象。到自己原來的形狀和尺寸的現象。一、塑性、塑性變形與塑性條件變形抗力：金屬塑性變形時，反作用在運動著的工具表面上的變形抗力：金屬塑性變形時，反作用

9、在運動著的工具表面上的單位壓力；也就是材料的抗變形能力。單位壓力；也就是材料的抗變形能力。變形抗力變形抗力設備功率設備功率模具負載模具負載 模具磨損模具磨損模具模具壽命壽命。第一章 沖壓成形概述1 1、定義、定義第二節(jié) 沖壓成形的基本理論 1)金屬的成分和組織結構 ：金屬的組織結構取決于它的化學成分。一般來說，組成金屬的元素越少如純金屬和固溶體）塑性越好；滑移系數量越多，力學性能趨近一致，晶界強度越大，塑性越好。 2變形溫度：溫度升高塑性會提高。室溫附近叫冷加工；再結晶溫度以上的加工稱為熱加工；高于常溫而低于再結晶溫度的加工稱為溫熱加工。一、塑性、塑性變形與塑性條件 2、影響塑性變形的主要因素

10、第一章 沖壓成形概述主要有兩方面： 一是金屬本身，包括晶格類型、化學成分和金相組織等。 二外部條件，包括變形溫度、變形速度和應力狀態(tài)。 3)應力狀態(tài)：一、塑性、塑性變形與塑性條件 2、影響塑性變形的主要因素第一章 沖壓成形概述第二節(jié) 沖壓成形的基本理論為了全面、完整地描述變形區(qū)內各點的受力和變形情況 。（應力正應力、剪應力） 通常是圍繞該點取出一個微小正六面體即所謂單元六面體），用該單元體上三個相互垂直面上的九個應力分量來表示。已知該九個應力分量，則過此點任意切面上的應力都可求得。 點的應力狀態(tài)a任意坐標系 b主軸坐標系 第一章 沖壓成形概述第一章 沖壓成形概述一、塑性、塑性變形與塑性條件 2

11、、影響塑性變形的主要因素3)應力狀態(tài)： 如果在圖中只有正應力而無切應力，則此圖稱為主應力圖；在塑性變形過程中可能出現九種主應力狀態(tài)如圖1.3所示）。 主應力圖中壓應力數越多，數值越大，則塑性越好。如下圖所示的主應力狀態(tài)中第1種塑性最好，第7種塑性最差。第二節(jié) 沖壓成形的基本理論15364275a3a第一章 沖壓成形概述第二節(jié) 沖壓成形的基本理論主應力圖及對塑性的影響第一章 沖壓成形概述一、塑性、塑性變形與塑性條件 2、影響塑性變形的主要因素 主應力中壓應力成分越多，金屬越不易破壞，塑性越好；相反，拉應力成分越多，金屬越易破壞，塑性越差。靜水壓力：1=2=3；稱為靜水壓力球應力狀態(tài)） 靜水壓力越

12、大，則越有利于塑性的發(fā)展，塑性越好。第二節(jié) 沖壓成形的基本理論第一章 沖壓成形概述一、塑性、塑性變形與塑性條件 2、影響塑性變形的主要因素卡爾曼壓縮實驗圖1.4所示） 1912年卡爾曼Von.Karman對大理石和紅砂石的著名壓縮實驗，揭示了通常認為是脆性材料的石料在三向壓應力下卻能產生塑性變形的事實。 除了進行軸向壓縮外，還對試樣施加側向壓力甘油壓入試驗腔內使之受三向壓應力。 第二節(jié) 沖壓成形的基本理論第一章 沖壓成形概述一、塑性、塑性變形與塑性條件 2、影響塑性變形的主要因素卡爾曼壓縮實驗 試驗結果表明，在只有軸向壓力作用下，大理石和紅砂石顯示完全脆性，而在軸向及側向壓力同時作用下，卻表現

13、出一定的塑性大約8%） 。 側壓力越大時，變形所需要的軸向壓力也越大，塑性也越高。第二節(jié) 沖壓成形的基本理論第一章 沖壓成形概述P壓力柱塞試樣試驗腔室高壓液體第一章 沖壓成形概述第二節(jié) 沖壓成形的基本理論第二節(jié) 沖壓成形的基本理論一、塑性、塑性變形與塑性條件 3、塑性條件 資料或某點開始屈服時，各個應力分量之間的關系稱為塑性條件或屈服準則。 當物體中某點處于單向應力狀態(tài)時，只要該點s材料就開始屈服，即該點進入塑性狀態(tài)。 可是對于復雜的三向應力狀態(tài)，就不能僅根據一個應力分量來判斷該點是否達到塑性狀態(tài)，而要同時考慮其它應力分量的作用。第一章 沖壓成形概述第二節(jié) 沖壓變形理論基礎3、塑性條件兩個著名

14、屈服準則一、塑性、塑性變形與塑性條件 第一章沖壓成形概述1864年法國工程師屈雷斯加H.Tresca提出：任意應力狀態(tài)下只要最大剪切應力達到臨界值，材料就開始屈服?？杀硎緸椋?max=1-3/2=s/2或1-3=s第二節(jié) 沖壓變形理論基礎3、塑性條件一、塑性、塑性變形與塑性條件 第一章沖壓成形概述 1913年德國學者密席斯Von Mises提出另一塑性條件對此進行修正：當某點的等效應力i達到某臨界值，材料就開始屈服。表達式如下：si21323222121第二節(jié) 沖壓變形理論基礎式中： i-等效應力； 1、 2 、 3-三個主應力； s-屈服強度一、塑性、塑性變形與塑性條件 3、塑性條件第一章沖

15、壓成形概述當1=2時，即中間主應力等于最大主應力時 上式變?yōu)闉?-3=s當2=3時，即中間主應力等于最小主應力時 上式變?yōu)闉?-3=s當2=1/2(1+3)時，即中間主應力等于最大主應力與最小主應力的平均值時 上式變?yōu)闉?-3=11.15s第二節(jié) 沖壓變形理論基礎綜合上述三種情況，塑性條件可以簡化為； 1-3=s 式中為中間主應力2 對s的影響系數，=11.15.在應力分量未知的情況下， 取近似平均值1.1。一、塑性、塑性變形與塑性條件 3、塑性條件第一章沖壓成形概述第二節(jié) 沖壓變形理論基礎1、加工硬化二、真實應力應變曲線 第一章沖壓成形概述第二節(jié) 沖壓變形理論基礎2、真實應力-應變二、真實應

16、力應變曲線 第一章沖壓成形概述第二節(jié) 沖壓變形理論基礎2、真實應力-應變：相對應變、真實應變二、真實應力應變曲線 第一章沖壓成形概述0/ll 相第二節(jié) 沖壓變形理論基礎2、真實應力-應變：相對應變、真實應變二、真實應力應變曲線 第一章沖壓成形概述0002100%100%lll相10002100%50%2lll 相2第二節(jié) 沖壓變形理論基礎2、真實應力-應變：相對應變、真實應變二、真實應力應變曲線 第一章沖壓成形概述/ddl l00lld llInll第二節(jié) 沖壓變形理論基礎2、真實應力-應變：相對應變、真實應變二、真實應力應變曲線 第一章沖壓成形概述現用真實應變計算上例，則有：01020.69

17、lInl0200.692lInl第二節(jié) 沖壓變形理論基礎3、真實應力-應變曲線二、真實應力應變曲線 第一章沖壓成形概述不同C和n值的硬化曲線如圖1.5所示：硬化指數對板料成形性能有著重要的影響第二節(jié) 沖壓變形理論基礎三、板料力學性能與成形性能的關系第一章沖壓成形概述 定義：定義：板料成形性能：就是板料對沖壓成形工藝的適應能力。板料成形性能：就是板料對沖壓成形工藝的適應能力。板料成形過程中可能出現兩種失穩(wěn)現象：板料成形過程中可能出現兩種失穩(wěn)現象： 拉伸失穩(wěn)：板料在拉應力的作用下局部出現縮頸或斷裂的現象。拉伸失穩(wěn)：板料在拉應力的作用下局部出現縮頸或斷裂的現象。 壓縮失穩(wěn)：板料在壓應力的作用下出現的

18、起皺現象。壓縮失穩(wěn)：板料在壓應力的作用下出現的起皺現象。 成形極限：板料在失穩(wěn)之前可以達到的最大變形程度。成形極成形極限：板料在失穩(wěn)之前可以達到的最大變形程度。成形極限越高，表示板料的沖壓成形性能越好。限越高，表示板料的沖壓成形性能越好。第二節(jié) 沖壓變形理論基礎三、板料力學性能與成形性能的關系第一章沖壓成形概述 板料的單向拉伸試驗是確定其機械性能的簡單而常用的實驗方法。 一般而言，它提供的機械性能指標，可以用來定性地評估材料的沖壓成形性能。重要指標如下： 1、強度指標屈服強度s和屈強比s/b：假設 s 和s/b小，則表示允許的塑性變形區(qū)域大，成形過程穩(wěn)定性好，斷裂危險性小，有利于提高極限變形程

19、度、減少工序數目，且回彈也小。第二節(jié) 沖壓變形理論基礎三、板料力學性能與成形性能的關系第一章沖壓成形概述 2、塑性指標伸長率： 是在拉伸試驗中試樣開始產生局部集中變形縮頸的延伸率，稱均勻伸長率。它表示板料產生均勻變形或穩(wěn)定的塑性變形的能力。而一般沖壓成形都是在板料的均勻變形范圍內進行的，故直接影響板料伸長類變形的沖壓性能。 3、剛性指標硬化指數n和彈性模量E：當n值大時，表示加工硬化嚴重，變形大的地方材料強度提高得多，從而防止此處過早破壞，有利于工件變形厚度均勻、提高極限變形程度。 彈性模量越大，材料抗壓失穩(wěn)能力越強，回彈愈小。第二節(jié) 沖壓變形理論基礎三、板料力學性能與成形性能的關系第一章沖壓

20、成形概述4、厚向異性指數r：rb/t，寬度和厚度方向的應變； r表示了材料在厚度方向上的變形能力。越大，表示材料越不易在厚度方向上產生變形，即不易出現變薄或增厚，有利于提高極限變形程度。 5、板平面各向異性指數r：由于板料軋制時出現的纖維組織等因素，板料的塑性會因方向不同而出現差異，這種現象稱為板料的塑性各向異性。 r(r0+r90-2r45)/2。 第二節(jié) 沖壓變形理論基礎三、板料力學性能與成形性能的關系第一章沖壓成形概述 由于材料在不同方位上各向異性系數不同，在板平面內各向變形差異較大。 r越大，表示板平面內各向異性越嚴重，變形不易均勻。如拉深時易在零件口部出現不平整的凸耳現象，既浪費材料

21、又要增加一道修邊工序。第三節(jié) 沖壓常用材料一、沖壓常用材料的基本要求第一章沖壓成形概述 沖壓用材料的基本要求主要有兩方面：1、沖壓件的功能要求：強度、剛度、沖擊韌性； 特殊要求：電磁性、防腐性、傳熱性、耐熱性。2、沖壓工藝要求：沖壓用材料必須具有良好的沖壓工藝性能；伸長率大、屈強比小、彈性模量大硬化指數高、厚向異性系數大有利于沖壓成形 同時化學成分、表面質量、均勻的金相組織 、較小的厚度公差，都對沖壓成型有一定的影響。第三節(jié) 沖壓常用材料二、沖壓常用材料及其力學性能第一章沖壓成形概述1、常用沖壓材料種類：金屬和非金屬材料； 金屬材料：有色金屬和黑色金屬材料 有色金屬：銅及銅合金； 鋁及鋁合金。

22、 黑色金屬：低合金結構鋼、 普通碳素鋼 優(yōu)質碳素結構鋼 電工硅鋼 不銹鋼 非金屬：膠木板、橡膠、塑料板第三節(jié) 沖壓常用材料二、沖壓常用材料及其力學性能第一章沖壓成形概述2、常用材料規(guī)格：710mm*1420mm和1000mm*2000mm； 表面質量：高質量表面、較高質量表面、 一般質量表面 材料拉伸性能： 鋁鎮(zhèn)靜鋼分為：ZF最復雜、HF很復雜、F復雜 低碳薄板分為：ZS最深拉深、S深拉深、P普通拉深 供貨狀態(tài)分：M退火、C淬火、Y硬態(tài)、Y2半硬態(tài)3、力學性能 見表1.3 第三節(jié) 模具材料選用 不同沖壓方法，其模具類型不同，模具工作條件有差異，對模具材料的要求也有所不同。 沖模工作零件主要長期

23、承受沖擊和摩擦等。一、沖壓對模具材料的要求第一章沖壓成形概述第三節(jié) 模具材料選用二、沖模材料的選用原則第一章沖壓成形概述1.根據模具種類及其工作條件，選用材料要滿足使用要求，應具有較高的強度、硬度、耐磨性、耐沖擊、耐疲勞性等；2.根據沖壓材料和沖壓件生產批量選用材料；3.滿足加工要求，應具有良好的加工工藝性能，便于切削加工，淬透性好、熱處理變形小；4.滿足經濟性要求。 第三節(jié) 模具材料選用 沖壓模具所用材料主要有碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鑄鋼、硬質合金、鋼結硬質合金以及鋅基合金、低熔點合金、環(huán)氧樹脂、聚氨酯橡膠等。沖壓模具中凸、凹模等工作零件所用的材料主要是模具鋼，常用的模具鋼包括碳素工具鋼、合金工

24、具鋼、軸承鋼、高速工具鋼、基體鋼、硬質合金和鋼結硬質合金等可參見GB/T6992019、GB/T12981986、GB/T12992000、JB/T58261991、JB/T58251981、JB/T58271991等）。三、沖模常見材料及熱處理要求第一章沖壓成形概述第三節(jié) 模具材料選用 模具零件加工常見熱處理方法有退火、調質、淬火、回火、滲碳、氮化等。 根據零件及要求不同，熱處理工序安排 也不同。三、沖模常見材料及熱處理要求第一章沖壓成形概述第四節(jié) 沖壓設備及選用機械壓力機以Jxx表示其型號）一、常見沖壓設備第一章沖壓成形概述液壓機以Yxx表示其型號）摩擦壓力機曲柄壓力機數控沖床油壓機水壓機

25、 工作原理與特點：如表1.2.1所示第四節(jié) 沖壓設備及選用一曲柄壓力機以Jxx表示其型號） 1、工作原理：（如圖1.8所示）： 電動機1通過皮帶、齒輪帶動曲軸7旋轉，曲軸通過連桿帶動滑塊10沿導軌作上下往復運動。一、常見沖壓設備第一章沖壓成形概述 結構組成：任務、傳動、操作、支撐和輔助機構1工作機構：由曲柄7、連桿9和滑塊10組成； 將電機主軸的旋轉運動變?yōu)榛瑝K的往復直線運動。第四節(jié) 沖壓設備及選用一曲柄壓力機以Jxx表示其型號）一、常見沖壓設備第一章沖壓成形概述 結構組成：任務、傳動、操作、支撐和輔助機構2傳動機構：由電機、皮帶、飛輪和齒輪組成； 將電機主軸的運動和能量按照一定的要求傳給曲柄

26、滑塊機構。3操作系統(tǒng)：包括空氣分配系統(tǒng)、離合器、制動器、電器控制箱。4支撐部件：機身、工作臺、拉緊螺栓等。5輔助機構：氣路、潤滑系統(tǒng)、安全保護等第四節(jié) 沖壓設備及選用一曲柄壓力機 2、曲柄壓力機的型號： J B 23 - 63 第一個字母J 表示機械壓力機 第二個字母B 表示第二種變形產品 2表示開式雙柱壓力機、 3代表可傾機身 63表示公稱壓力噸或630KN）一、常見沖壓設備第一章沖壓成形概述第四節(jié) 沖壓設備及選用一、常見沖壓設備一曲柄壓力機 3、曲柄壓力機的技術參數：設計模具時的主要依據第一章沖壓成形概述1.公稱壓力：滑塊或曲柄到下死點時，最大的工作壓力2.滑塊行程：滑塊從上死點到下死點所

27、走的距離。3.滑塊行程次數：空載時，滑塊每分鐘上下往復運動的次數。5.工作臺面尺寸和滑塊底面尺寸：與模具尺寸及安裝有關。6.模柄孔尺寸：應與模柄尺寸相互協調。4.裝模高度閉合高度）：下死點時滑塊下表面到工作墊板上表面的距離； 封閉高度： 下死點時，滑塊下表面到工作臺上表面的距離。第四節(jié) 沖壓設備及選用二液壓機：特點，工作平穩(wěn)、壓力大、操作空間大，設備結構簡單 1、工作原理：（如圖1.9所示）： 主缸3帶動活動橫梁4對模具加壓；工作結束主缸3回復，打開模具。 頂出缸7可將工件頂出。一、常見沖壓設備第一章沖壓成形概述2、液壓機型號： Y A 32 - 315 Y表示壓力機 A表示產品的變形順序號

28、32表示四柱液壓機 315表示公稱壓力噸）第四節(jié) 沖壓設備及選用一、沖壓設備的選用第一章沖壓成形概述1.公稱壓力： 名義上液壓機最大的工作壓力2.最大凈空距：活動橫梁在上線位置時，工作臺上表面到活動橫梁 下表面的距離。3.最大行程： 活動橫梁能移動的最大距離。4.工作臺尺寸：工作臺上可以利用的有效尺寸5.回程力： 由回程缸或活塞下腔工作面來實現。6.活動橫梁運動速度滑塊速度）： 分為工作行程速度、空行程速度；回程速度 一液壓機 3、液壓機的技術參數：第四節(jié) 沖壓設備及選用一、沖壓設備的選用第一章沖壓成形概述8.頂出器公稱壓力及行程：按照工藝要求設定。7.允許最大偏心距：工件變形阻力接近公稱壓力是允許的最大偏心值。一液壓機 3、液壓