冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)課程

1、 冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 第一章第一章 沖壓加工概述與沖壓設(shè)備沖壓加工概述與沖壓設(shè)備1.1 沖壓加工概述沖壓加工概述1.1.1 冷沖壓的概念冷沖壓的概念 冷沖壓是在常溫下利用沖模在沖壓設(shè)備上對(duì)材料（板冷沖壓是在常溫下利用沖模在沖壓設(shè)備上對(duì)材料（板料）施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形，以獲得所需要的零料）施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形，以獲得所需要的零件形狀和尺寸。冷沖壓工藝建立在金屬塑性變形的基礎(chǔ)上件形狀和尺寸。冷沖壓工藝建立在金屬塑性變形的基礎(chǔ)上，是一種先進(jìn)的金屬加工方法。，是一種先進(jìn)的金屬加工方法。1.1.2 冷沖壓工序的分類冷沖壓工序的分類1.1.2.1 分離工序分離工序 分離工序是將沖壓件或毛

2、坯沿一定的輪廓進(jìn)行斷裂分分離工序是將沖壓件或毛坯沿一定的輪廓進(jìn)行斷裂分離加工，以獲得所需要的零件形狀和尺寸，又稱為沖裁工離加工，以獲得所需要的零件形狀和尺寸，又稱為沖裁工序。序。 分離工序種類：落料、沖孔、切斷、切邊、剖切、切分離工序種類：落料、沖孔、切斷、切邊、剖切、切舌等舌等。1.1.2.2 成形工序成形工序 成形工序是在材料不發(fā)生破壞的前提下使毛坯發(fā)生塑成形工序是在材料不發(fā)生破壞的前提下使毛坯發(fā)生塑性變形，以獲得所需要的零件形狀和尺寸。性變形，以獲得所需要的零件形狀和尺寸。 成形工序種類：彎曲、拉深、翻邊、脹形、起伏成形成形工序種類：彎曲、拉深、翻邊、脹形、起伏成形、縮口、擴(kuò)口、旋壓、校

3、形等。、縮口、擴(kuò)口、旋壓、校形等。 1.1.2.3 沖壓工藝方案沖壓工藝方案 沖壓工藝方案是在分析沖壓件工藝性的基礎(chǔ)上，確定沖壓工藝方案是在分析沖壓件工藝性的基礎(chǔ)上，確定沖壓工序性質(zhì)、工序數(shù)目、工序順序、工序組合及其它輔沖壓工序性質(zhì)、工序數(shù)目、工序順序、工序組合及其它輔助工序，即確定沖壓件的工藝路線。正確的工藝路線對(duì)于助工序，即確定沖壓件的工藝路線。正確的工藝路線對(duì)于沖壓件質(zhì)量、生產(chǎn)效率、模具設(shè)計(jì)制造和經(jīng)濟(jì)成本具有重沖壓件質(zhì)量、生產(chǎn)效率、模具設(shè)計(jì)制造和經(jīng)濟(jì)成本具有重大意義。大意義。1.1.3 冷沖壓工藝的特點(diǎn)及應(yīng)用冷沖壓工藝的特點(diǎn)及應(yīng)用1.1.3.1 冷沖壓工藝的特點(diǎn)冷沖壓工藝的特點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)：

4、、優(yōu)點(diǎn)：1）冷沖壓是金屬薄板成形的重要工藝方法；）冷沖壓是金屬薄板成形的重要工藝方法；2）冷沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定、互換性好；）冷沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定、互換性好；3）材料利用率高、成本較低；）材料利用率高、成本較低；4）工藝操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高；）工藝操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高；5）適合于成批、大量零件生產(chǎn)。）適合于成批、大量零件生產(chǎn)。2、缺點(diǎn)：、缺點(diǎn)：1）模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高；）模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高； 2）一般不適于單件、小批量零件生；）一般不適于單件、小批量零件生； 3）工作環(huán)境有待改善提高。）工作環(huán)境有待改善提高。1.1.3.2 冷沖壓工藝的應(yīng)用冷沖壓工藝的應(yīng)用 冷沖壓工藝具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械

5、制造、電子冷沖壓工藝具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械制造、電子電器等各行各業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在汽車、拖電器等各行各業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器、儀表、電子產(chǎn)品和日用品的生拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器、儀表、電子產(chǎn)品和日用品的生產(chǎn)中占據(jù)十分重要的地位，有的產(chǎn)品其沖壓件的數(shù)量約占產(chǎn)中占據(jù)十分重要的地位，有的產(chǎn)品其沖壓件的數(shù)量約占工件總數(shù)的工件總數(shù)的7080%以上。以上。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)由金屬薄板制成的沖壓產(chǎn)品的需求隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)由金屬薄板制成的沖壓產(chǎn)品的需求量將會(huì)越來(lái)越大，因此，學(xué)習(xí)、研究和發(fā)展冷沖壓技術(shù)，對(duì)我國(guó)量將會(huì)越來(lái)越大，因此，學(xué)習(xí)、研究和發(fā)展冷

6、沖壓技術(shù)，對(duì)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展和民族振興具有極大的意義。制造業(yè)的發(fā)展和民族振興具有極大的意義。1.1.4 冷沖壓工藝的發(fā)展冷沖壓工藝的發(fā)展1、工藝分析計(jì)算方法現(xiàn)代化、工藝分析計(jì)算方法現(xiàn)代化 采用有限變形的彈塑性有限元等先進(jìn)的算法，對(duì)復(fù)雜成形件采用有限變形的彈塑性有限元等先進(jìn)的算法，對(duì)復(fù)雜成形件的成形過(guò)程進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析和計(jì)算機(jī)仿真模擬，以預(yù)測(cè)某一工的成形過(guò)程進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析和計(jì)算機(jī)仿真模擬，以預(yù)測(cè)某一工藝方案對(duì)零件成形的可行性及可能發(fā)生的問(wèn)題。從根本上改變了藝方案對(duì)零件成形的可行性及可能發(fā)生的問(wèn)題。從根本上改變了傳統(tǒng)的依賴經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試驗(yàn)及修改，才能轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)的模式。傳統(tǒng)的依賴經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試驗(yàn)及修

7、改，才能轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)的模式。2、模具設(shè)計(jì)制造現(xiàn)代化、模具設(shè)計(jì)制造現(xiàn)代化 大力開(kāi)展模具大力開(kāi)展模具CAD/CAM技術(shù)的研究和應(yīng)用，已有許多成熟的模技術(shù)的研究和應(yīng)用，已有許多成熟的模具具CAD/CAM一體化軟件應(yīng)用于模具的設(shè)計(jì)及制造，使設(shè)計(jì)者盡一體化軟件應(yīng)用于模具的設(shè)計(jì)及制造，使設(shè)計(jì)者盡可能將時(shí)間和精力用于創(chuàng)新開(kāi)發(fā)?？赡軐r(shí)間和精力用于創(chuàng)新開(kāi)發(fā)。3、冷沖壓生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化、冷沖壓生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化 大力推進(jìn)沖壓工藝中的送料、沖壓、取件甚至裝配等生產(chǎn)環(huán)大力推進(jìn)沖壓工藝中的送料、沖壓、取件甚至裝配等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的機(jī)械化和自動(dòng)化研究和應(yīng)用，使生產(chǎn)率得到極大的提高。節(jié)的機(jī)械化和自動(dòng)化研究和應(yīng)用，使生產(chǎn)率

8、得到極大的提高。4、適應(yīng)多品種、小批量的市場(chǎng)需求、適應(yīng)多品種、小批量的市場(chǎng)需求 研究和發(fā)展新的成形工藝、簡(jiǎn)易模具、通用組合模具、數(shù)控研究和發(fā)展新的成形工藝、簡(jiǎn)易模具、通用組合模具、數(shù)控沖壓設(shè)備和沖壓柔性制造系統(tǒng)沖壓設(shè)備和沖壓柔性制造系統(tǒng)，使沖壓工藝適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代快使沖壓工藝適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代快和生產(chǎn)批量小的現(xiàn)代市場(chǎng)的特點(diǎn)和生產(chǎn)批量小的現(xiàn)代市場(chǎng)的特點(diǎn)。 5、不斷改進(jìn)板料的沖壓成形性能、不斷改進(jìn)板料的沖壓成形性能 實(shí)踐證明，研制和生產(chǎn)高性能的沖壓鋼板比改進(jìn)沖壓實(shí)踐證明，研制和生產(chǎn)高性能的沖壓鋼板比改進(jìn)沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)更具有現(xiàn)實(shí)意義。隨著現(xiàn)代沖壓技術(shù)的發(fā)工藝和模具結(jié)構(gòu)更具有現(xiàn)實(shí)意義。隨著現(xiàn)代沖壓技

9、術(shù)的發(fā)展，成形鋼板的工藝性能和表面質(zhì)量將會(huì)成為制約沖壓工展，成形鋼板的工藝性能和表面質(zhì)量將會(huì)成為制約沖壓工藝進(jìn)步的瓶頸。藝進(jìn)步的瓶頸。1.2 沖壓設(shè)備沖壓設(shè)備1.2.1 曲柄壓力機(jī)的基本組成曲柄壓力機(jī)的基本組成1、工作機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu) 即為曲柄連桿機(jī)構(gòu)，由曲軸、連桿、滑塊組成即為曲柄連桿機(jī)構(gòu)，由曲軸、連桿、滑塊組成，是壓力機(jī)完成工作的主要機(jī)構(gòu)。沖模的上模固定在滑塊，是壓力機(jī)完成工作的主要機(jī)構(gòu)。沖模的上模固定在滑塊上。上。2、傳動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng) 包括電動(dòng)機(jī)、帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)，其包括電動(dòng)機(jī)、帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)，其作用是將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和能量按照一定要求傳給工作機(jī)構(gòu)作用是將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和能

10、量按照一定要求傳給工作機(jī)構(gòu)。其中帶輪又稱飛輪，能夠使壓力機(jī)在整個(gè)工作周期里負(fù)。其中帶輪又稱飛輪，能夠使壓力機(jī)在整個(gè)工作周期里負(fù)荷均勻，能量得以充分利用。荷均勻，能量得以充分利用。3、操縱系統(tǒng)、操縱系統(tǒng) 由空氣分配系統(tǒng)、制動(dòng)器、離合器和電氣控制由空氣分配系統(tǒng)、制動(dòng)器、離合器和電氣控制箱等組成。壓力機(jī)的工作是通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的。箱等組成。壓力機(jī)的工作是通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的。4、支承部件、支承部件 包括床身、工作臺(tái)、拉緊螺栓等部分。床身是包括床身、工作臺(tái)、拉緊螺栓等部分。床身是壓力機(jī)的基礎(chǔ)，保證設(shè)備所要求的精度、強(qiáng)度和剛度。床壓力機(jī)的基礎(chǔ)，保證設(shè)備所要求的精度、強(qiáng)度和剛度。床身上固定有工作臺(tái)，

11、用于安裝沖模的下模。身上固定有工作臺(tái)，用于安裝沖模的下模。 5、輔助系統(tǒng)、輔助系統(tǒng) 包括氣路系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)。包括氣路系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)。6、附屬裝置、附屬裝置 包括過(guò)載保護(hù)、氣墊、滑塊平衡裝置、移動(dòng)工包括過(guò)載保護(hù)、氣墊、滑塊平衡裝置、移動(dòng)工作臺(tái)、快速換模和監(jiān)控裝置等。作臺(tái)、快速換模和監(jiān)控裝置等。1.2.2 曲柄壓力機(jī)的主要結(jié)構(gòu)類型曲柄壓力機(jī)的主要結(jié)構(gòu)類型1、按床身結(jié)構(gòu)分、按床身結(jié)構(gòu)分 分為開(kāi)式壓力機(jī)和閉式壓力機(jī)兩種。分為開(kāi)式壓力機(jī)和閉式壓力機(jī)兩種。 開(kāi)式壓力機(jī)開(kāi)式壓力機(jī) 床身前、左和右三個(gè)方向是敞開(kāi)的，操床身前、左和右三個(gè)方向是敞開(kāi)的，操作和安裝模具很方便，便于自動(dòng)送料。但由于床身呈作和安裝模具很

12、方便，便于自動(dòng)送料。但由于床身呈C字字型，剛性較差。當(dāng)沖壓力較大時(shí)，床身易變形，影響模具型，剛性較差。當(dāng)沖壓力較大時(shí)，床身易變形，影響模具壽命，因此只適用于中、小型壓力機(jī)。壽命，因此只適用于中、小型壓力機(jī)。 閉式壓力機(jī)閉式壓力機(jī) 床身兩側(cè)封閉，只能前后送料，操作不床身兩側(cè)封閉，只能前后送料，操作不如開(kāi)式的方便。但機(jī)床剛性較好，能承受較大的沖壓力，如開(kāi)式的方便。但機(jī)床剛性較好，能承受較大的沖壓力，適用于一般要求的大、中型壓力機(jī)和精度要求較高的輕型適用于一般要求的大、中型壓力機(jī)和精度要求較高的輕型壓力機(jī)。壓力機(jī)。 2、按滑塊行程是否可調(diào)分、按滑塊行程是否可調(diào)分 分為曲軸壓力機(jī)和偏心壓力機(jī)兩分為曲軸

13、壓力機(jī)和偏心壓力機(jī)兩種。種。 曲軸壓力機(jī)曲軸壓力機(jī) 壓力機(jī)行程較大且不能調(diào)節(jié)，但曲軸受壓力機(jī)行程較大且不能調(diào)節(jié)，但曲軸受力結(jié)構(gòu)合理，負(fù)荷均勻，可制造大行程和大噸位壓力機(jī)。力結(jié)構(gòu)合理，負(fù)荷均勻，可制造大行程和大噸位壓力機(jī)。 偏心壓力機(jī)偏心壓力機(jī) 壓力機(jī)行程較小且能適當(dāng)調(diào)節(jié)，但由于壓力機(jī)行程較小且能適當(dāng)調(diào)節(jié)，但由于偏心軸受力結(jié)構(gòu)的關(guān)系，因此只適用于中、小型壓力機(jī)。偏心軸受力結(jié)構(gòu)的關(guān)系，因此只適用于中、小型壓力機(jī)。 3、按連桿的數(shù)目分、按連桿的數(shù)目分 可分為單點(diǎn)、雙點(diǎn)和四點(diǎn)壓力可分為單點(diǎn)、雙點(diǎn)和四點(diǎn)壓力機(jī)。機(jī)。4、按滑塊數(shù)目分、按滑塊數(shù)目分 可分為單動(dòng)、雙動(dòng)和三動(dòng)壓力機(jī)可分為單動(dòng)、雙動(dòng)和三動(dòng)壓力機(jī)。

14、5、按傳動(dòng)方式分、按傳動(dòng)方式分 可分為上傳動(dòng)和下傳動(dòng)壓力機(jī)。可分為上傳動(dòng)和下傳動(dòng)壓力機(jī)。6、按工作臺(tái)結(jié)構(gòu)分、按工作臺(tái)結(jié)構(gòu)分 可分為可傾式、固定式和升降可分為可傾式、固定式和升降臺(tái)式。臺(tái)式。1.2.3 曲柄壓力機(jī)工作部分的結(jié)構(gòu)及調(diào)整曲柄壓力機(jī)工作部分的結(jié)構(gòu)及調(diào)整1.2.3.1 壓力機(jī)工作部分的結(jié)構(gòu)壓力機(jī)工作部分的結(jié)構(gòu)J23-40B壓力機(jī)工作部分的結(jié)構(gòu)如左圖所示：壓力機(jī)工作部分的結(jié)構(gòu)如左圖所示： 1）連桿滑塊機(jī)構(gòu)）連桿滑塊機(jī)構(gòu) 由曲軸、連桿、調(diào)節(jié)螺桿、由曲軸、連桿、調(diào)節(jié)螺桿、滑塊組成，是壓力機(jī)完成工作的主要機(jī)構(gòu)。其中滑塊組成，是壓力機(jī)完成工作的主要機(jī)構(gòu)。其中滑塊用來(lái)安裝上模。滑塊用來(lái)安裝上模。 2

15、）工作臺(tái)）工作臺(tái) 是壓力機(jī)的工作平臺(tái)，用來(lái)安裝下是壓力機(jī)的工作平臺(tái)，用來(lái)安裝下模模 3）工作空間）工作空間 位于滑塊下底面和工作臺(tái)上表面位于滑塊下底面和工作臺(tái)上表面之間，是安裝模具和進(jìn)行工作的主要空間。之間，是安裝模具和進(jìn)行工作的主要空間。 4）打料機(jī)構(gòu)）打料機(jī)構(gòu) 由橫桿和止動(dòng)桿組成。是沖壓的由橫桿和止動(dòng)桿組成。是沖壓的輔助機(jī)構(gòu)，和模具配合進(jìn)行工作。輔助機(jī)構(gòu)，和模具配合進(jìn)行工作。 1.2.3.2 連桿滑塊結(jié)構(gòu)的調(diào)整連桿滑塊結(jié)構(gòu)的調(diào)整連桿滑塊機(jī)構(gòu)剖面如下圖所示：連桿滑塊機(jī)構(gòu)剖面如下圖所示：1）連桿由連桿體和調(diào)節(jié)螺桿組成，通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)螺桿可改變）連桿由連桿體和調(diào)節(jié)螺桿組成，通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)螺桿可改變連

16、桿的長(zhǎng)度，進(jìn)而改變壓力機(jī)的工作空間。連桿的長(zhǎng)度，進(jìn)而改變壓力機(jī)的工作空間。2）滑塊上設(shè)置模柄夾持機(jī)構(gòu)用來(lái)安裝上模，通過(guò)鎖緊螺釘將）滑塊上設(shè)置模柄夾持機(jī)構(gòu)用來(lái)安裝上模，通過(guò)鎖緊螺釘將上模鎖緊固定。上模鎖緊固定。3）連桿和滑塊體通過(guò)保險(xiǎn)塊連接，可預(yù)防因沖壓過(guò)程中意外）連桿和滑塊體通過(guò)保險(xiǎn)塊連接，可預(yù)防因沖壓過(guò)程中意外的負(fù)荷過(guò)載而導(dǎo)致設(shè)備或模具的損壞。的負(fù)荷過(guò)載而導(dǎo)致設(shè)備或模具的損壞。 3 模具在壓力機(jī)上的工作過(guò)程模具在壓力機(jī)上的工作過(guò)程 模具在壓力機(jī)上的工作過(guò)程大致分為：模具在壓力機(jī)上的工作過(guò)程大致分為： 1）條料送進(jìn)和定位）條料送進(jìn)和定位 2）沖壓過(guò)程）沖壓過(guò)程 3）卸料、推件過(guò)程）卸料、推件過(guò)

17、程 4）取出制件）取出制件 為了從上模中打下工件或廢料，壓力機(jī)的滑塊中為了從上模中打下工件或廢料，壓力機(jī)的滑塊中裝有打料裝置，在滑塊的矩形橫向孔中，放有橫桿。裝有打料裝置，在滑塊的矩形橫向孔中，放有橫桿。當(dāng)滑塊回程，橫桿與床身上的止動(dòng)桿相碰時(shí)，即可通當(dāng)滑塊回程，橫桿與床身上的止動(dòng)桿相碰時(shí)，即可通過(guò)上模中的推桿和推件塊將工件或廢料從上模中推下過(guò)上模中的推桿和推件塊將工件或廢料從上模中推下。調(diào)節(jié)止動(dòng)桿的長(zhǎng)度，便可控制打料行程。調(diào)節(jié)止動(dòng)桿的長(zhǎng)度，便可控制打料行程。1.2.4 曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)是反映一臺(tái)壓力機(jī)的工藝壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)是反映一臺(tái)壓力

18、機(jī)的工藝能力，所能加工零件的尺寸范圍和生產(chǎn)率等指標(biāo)，也能力，所能加工零件的尺寸范圍和生產(chǎn)率等指標(biāo)，也是模具設(shè)計(jì)中選擇沖壓設(shè)備、確定模具結(jié)構(gòu)的重要依是模具設(shè)計(jì)中選擇沖壓設(shè)備、確定模具結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。據(jù)。1、 1、 公稱壓力公稱壓力 公稱壓力公稱壓力是指壓力機(jī)曲柄旋轉(zhuǎn)到離下止點(diǎn)前某一是指壓力機(jī)曲柄旋轉(zhuǎn)到離下止點(diǎn)前某一特定角度特定角度 a（稱為公稱壓力角，一般小于（稱為公稱壓力角，一般小于300）時(shí)）時(shí)，滑塊上所容許的最大工作壓力。，滑塊上所容許的最大工作壓力。 在沖壓生產(chǎn)中，必須使沖壓工序工藝力在沖壓生產(chǎn)中，必須使沖壓工序工藝力行程曲行程曲線不超出壓力機(jī)的許用壓力曲線，如左圖所示。線不超出壓力機(jī)的

19、許用壓力曲線，如左圖所示。 2、滑塊行程、滑塊行程 滑塊行程是指滑塊從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的距離。滑塊行程是指滑塊從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的距離。對(duì)于曲柄壓力機(jī)，其值即為曲柄半徑的兩倍。對(duì)于曲柄壓力機(jī)，其值即為曲柄半徑的兩倍。 在沖壓生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)模具結(jié)構(gòu)、零件高度尺寸和生在沖壓生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)模具結(jié)構(gòu)、零件高度尺寸和生產(chǎn)率等因素來(lái)選擇所需行程的壓力機(jī)。產(chǎn)率等因素來(lái)選擇所需行程的壓力機(jī)。3、滑塊每分鐘行程次數(shù)、滑塊每分鐘行程次數(shù) 是指滑塊每分鐘往復(fù)的次數(shù)。滑決每分鐘行程次數(shù)的是指滑塊每分鐘往復(fù)的次數(shù)?；瑳Q每分鐘行程次數(shù)的多少，關(guān)系到生產(chǎn)率的高低。一般壓力機(jī)行程次數(shù)都是固多少，關(guān)系到生產(chǎn)率的高低。一

20、般壓力機(jī)行程次數(shù)都是固定的。定的。4、閉合高度、閉合高度 壓力機(jī)的閉合高度是指滑塊在下止點(diǎn)時(shí)，滑塊底面到壓力機(jī)的閉合高度是指滑塊在下止點(diǎn)時(shí)，滑塊底面到工作臺(tái)面的高度。模具的閉合高度應(yīng)小于壓力機(jī)的最大閉工作臺(tái)面的高度。模具的閉合高度應(yīng)小于壓力機(jī)的最大閉合高度。合高度。5、壓力機(jī)工作臺(tái)面尺寸、壓力機(jī)工作臺(tái)面尺寸 壓力機(jī)工作臺(tái)面尺寸應(yīng)大于沖模的最大平面尺寸。一壓力機(jī)工作臺(tái)面尺寸應(yīng)大于沖模的最大平面尺寸。一般工作臺(tái)面尺寸每邊應(yīng)大于模具下模座尺寸般工作臺(tái)面尺寸每邊應(yīng)大于模具下模座尺寸5070mm，以便于安裝固定模具用的螺釘和壓板。以便于安裝固定模具用的螺釘和壓板。125 曲柄壓力機(jī)的型號(hào)與規(guī)格曲柄壓力機(jī)

21、的型號(hào)與規(guī)格 壓力機(jī)的型號(hào)是按鍛壓機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)的類、列、組編制的壓力機(jī)的型號(hào)是按鍛壓機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)的類、列、組編制的。如：。如：JB23 100A 其中其中 J 表示鍛壓機(jī)械的類別，表示鍛壓機(jī)械的類別，J為機(jī)械式壓力機(jī)；為機(jī)械式壓力機(jī)； B 表示壓力機(jī)的變型次數(shù)（次要參數(shù)與基本型號(hào)不表示壓力機(jī)的變型次數(shù)（次要參數(shù)與基本型號(hào)不同）；同）； 2 表示列別；表示列別； 3 表示組別；表示組別； 100 表示壓力機(jī)的公稱壓力（表示壓力機(jī)的公稱壓力（1000千牛）；千牛）； A 表示壓力機(jī)的改進(jìn)次數(shù)（結(jié)構(gòu)、性能等的改進(jìn)）。表示壓力機(jī)的改進(jìn)次數(shù)（結(jié)構(gòu)、性能等的改進(jìn)）。 本節(jié)中的本節(jié)中的JB2340B型是機(jī)械式曲柄壓

22、力機(jī)，屬于第型是機(jī)械式曲柄壓力機(jī)，屬于第2列第列第3組，為開(kāi)式雙柱可傾式壓力機(jī)，公稱壓力組，為開(kāi)式雙柱可傾式壓力機(jī)，公稱壓力400千牛千牛，經(jīng)過(guò)第，經(jīng)過(guò)第2次變形和第次變形和第2次改進(jìn)。次改進(jìn)。 各種壓力機(jī)的規(guī)格參數(shù)可參照有關(guān)沖壓設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。各種壓力機(jī)的規(guī)格參數(shù)可參照有關(guān)沖壓設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。1.3 練習(xí)思考題練習(xí)思考題1、談一談冷沖壓的概念及其工藝特點(diǎn)？、談一談冷沖壓的概念及其工藝特點(diǎn)？2、試?yán)L制一實(shí)際沖壓零件的形狀簡(jiǎn)圖，分析其由哪幾道工序、試?yán)L制一實(shí)際沖壓零件的形狀簡(jiǎn)圖，分析其由哪幾道工序沖壓制成，并敘述各工序的主要變形特點(diǎn)？沖壓制成，并敘述各工序的主要變形特點(diǎn)？3、結(jié)合具體事例談一談自己對(duì)冷沖

23、壓技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地、結(jié)合具體事例談一談自己對(duì)冷沖壓技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位及其發(fā)展的認(rèn)識(shí)？位及其發(fā)展的認(rèn)識(shí)？4、比較開(kāi)式偏心壓力機(jī)和閉式曲軸壓力機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合、比較開(kāi)式偏心壓力機(jī)和閉式曲軸壓力機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合？5、解釋、解釋JC2363、J23100B壓力機(jī)規(guī)格的含義？壓力機(jī)規(guī)格的含義？ 第二章第二章 金屬塑性成形的基本概念金屬塑性成形的基本概念 2.1 塑性變形的物理性質(zhì)塑性變形的物理性質(zhì)2.1.1 塑性變形的概念塑性變形的概念2.1.1.1 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)1）晶體和多晶體）晶體和多晶體 從金屬學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，所有的固態(tài)金屬都是晶體。工從金屬學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，所有的固態(tài)金屬都是晶體。工業(yè)

24、上常用的金屬中，最常見(jiàn)的晶格結(jié)構(gòu)有面心立方結(jié)構(gòu)、業(yè)上常用的金屬中，最常見(jiàn)的晶格結(jié)構(gòu)有面心立方結(jié)構(gòu)、體心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)。體心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)。 晶體中由原子組成的平面稱為晶面，由原子組成的直晶體中由原子組成的平面稱為晶面，由原子組成的直線稱為晶向。每種晶格不同晶面上的原子密度和不同晶向線稱為晶向。每種晶格不同晶面上的原子密度和不同晶向上的原子間距是不同的，這就導(dǎo)致了金屬晶體不同方向上上的原子間距是不同的，這就導(dǎo)致了金屬晶體不同方向上的性質(zhì)差異，這是結(jié)晶物質(zhì)的特點(diǎn)，也是金屬各向異性的的性質(zhì)差異，這是結(jié)晶物質(zhì)的特點(diǎn)，也是金屬各向異性的根源。根源。 工業(yè)上用于塑性成形的金屬和合金都是多晶

25、體。多晶工業(yè)上用于塑性成形的金屬和合金都是多晶體。多晶體中每個(gè)晶粒都是各向異性的，但大量結(jié)晶方位互不相同體中每個(gè)晶粒都是各向異性的，但大量結(jié)晶方位互不相同的晶粒聚集在一起，在宏觀上使金屬各個(gè)方向呈現(xiàn)出大體的晶粒聚集在一起，在宏觀上使金屬各個(gè)方向呈現(xiàn)出大體相同的性質(zhì)，稱為偽同向性。相同的性質(zhì)，稱為偽同向性。 了解晶體結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)是了解金屬及合金塑性變形的了解晶體結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)是了解金屬及合金塑性變形的基礎(chǔ)?；A(chǔ)。 2）晶體的缺陷）晶體的缺陷 晶體缺陷是指實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中和理想的晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶體缺陷是指實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中和理想的晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)發(fā)生偏差的區(qū)域。根據(jù)晶體缺陷的幾何形態(tài)特征，一般將發(fā)生偏差的區(qū)域。

26、根據(jù)晶體缺陷的幾何形態(tài)特征，一般將之分成三大類：之分成三大類：a）點(diǎn)缺陷）點(diǎn)缺陷 如空位、間隙原子、溶質(zhì)原子。如空位、間隙原子、溶質(zhì)原子。b）線缺陷）線缺陷 如位錯(cuò)。如位錯(cuò)。c）面缺陷）面缺陷 如晶界、相界、孿晶界、堆垛層錯(cuò)。如晶界、相界、孿晶界、堆垛層錯(cuò)。 在晶體中，缺陷隨著各種條件的改變而不斷變化，它在晶體中，缺陷隨著各種條件的改變而不斷變化，它們可以產(chǎn)生、發(fā)展、運(yùn)動(dòng)和交互作用，而且能合并和消失們可以產(chǎn)生、發(fā)展、運(yùn)動(dòng)和交互作用，而且能合并和消失。晶體缺陷對(duì)金屬的許多性能有很大的影響，特別是對(duì)塑。晶體缺陷對(duì)金屬的許多性能有很大的影響，特別是對(duì)塑性、強(qiáng)度、擴(kuò)散等有著決定性的作用。性、強(qiáng)度、擴(kuò)散

27、等有著決定性的作用。2.1.1.2 塑性變形塑性變形1）塑性變形）塑性變形 金屬受外力作用就會(huì)發(fā)生變形，表現(xiàn)為形狀、尺寸、金屬受外力作用就會(huì)發(fā)生變形，表現(xiàn)為形狀、尺寸、體積等的變化。變形力去除后，能恢復(fù)原狀的變形稱為彈體積等的變化。變形力去除后，能恢復(fù)原狀的變形稱為彈性變形；不能恢復(fù)原狀的永久變形稱為塑性變形。除脆性性變形；不能恢復(fù)原狀的永久變形稱為塑性變形。除脆性材料外，大部分固體材料變形時(shí)都呈現(xiàn)出明顯的彈性變形材料外，大部分固體材料變形時(shí)都呈現(xiàn)出明顯的彈性變形階段和塑性變形階段。階段和塑性變形階段。 彈性變形時(shí)，金屬內(nèi)原子的位置發(fā)生變化，表現(xiàn)為原彈性變形時(shí)，金屬內(nèi)原子的位置發(fā)生變化，表現(xiàn)為

28、原子間距有微小的改變，從而引起了體積的變化。此時(shí)，原子間距有微小的改變，從而引起了體積的變化。此時(shí)，原子的穩(wěn)定平衡狀態(tài)遭到破壞，作用在物體上的外力和企圖子的穩(wěn)定平衡狀態(tài)遭到破壞，作用在物體上的外力和企圖使原子恢復(fù)到最小勢(shì)能位置的原子間反作用力相平衡，這使原子恢復(fù)到最小勢(shì)能位置的原子間反作用力相平衡，這種反作用力稱為內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力就稱為應(yīng)力。種反作用力稱為內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力就稱為應(yīng)力。 當(dāng)金屬所受外力較大時(shí)，使原子偏離其穩(wěn)定平衡位置當(dāng)金屬所受外力較大時(shí)，使原子偏離其穩(wěn)定平衡位置超過(guò)某一數(shù)值，外力去除后原子就不會(huì)再回到其原來(lái)位置超過(guò)某一數(shù)值，外力去除后原子就不會(huì)再回到其原來(lái)位置，而是停

29、留在鄰近的穩(wěn)定平衡位置上，發(fā)生了永久性變形，而是停留在鄰近的穩(wěn)定平衡位置上，發(fā)生了永久性變形，這種變形稱為塑性變形。，這種變形稱為塑性變形。 作用在變形體上的外力去除后，原子也可能既未回到作用在變形體上的外力去除后，原子也可能既未回到原來(lái)的穩(wěn)定平衡位置，也未轉(zhuǎn)移到新的穩(wěn)定平衡位置上去原來(lái)的穩(wěn)定平衡位置，也未轉(zhuǎn)移到新的穩(wěn)定平衡位置上去，則原子仍處于受力狀態(tài)，此時(shí)原子所受的內(nèi)力稱為殘余，則原子仍處于受力狀態(tài)，此時(shí)原子所受的內(nèi)力稱為殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力經(jīng)常帶來(lái)不利影響，但在清除殘余應(yīng)力的應(yīng)力。殘余應(yīng)力經(jīng)常帶來(lái)不利影響，但在清除殘余應(yīng)力的過(guò)程中，金屬也要發(fā)生一定的變形。過(guò)程中，金屬也要發(fā)生一定的變形。2

30、）塑性變形的主要方式）塑性變形的主要方式 研究表明，再結(jié)晶溫度以下晶體的塑性變形主要通過(guò)研究表明，再結(jié)晶溫度以下晶體的塑性變形主要通過(guò)晶內(nèi)滑移和孿動(dòng)兩種方式進(jìn)行，其中以晶內(nèi)滑移變形為主晶內(nèi)滑移和孿動(dòng)兩種方式進(jìn)行，其中以晶內(nèi)滑移變形為主。在晶體內(nèi)部，一定的晶面和一定的晶向組成一個(gè)滑移系。在晶體內(nèi)部，一定的晶面和一定的晶向組成一個(gè)滑移系。當(dāng)其它條件相同時(shí)，晶體的滑移系愈多，則滑移時(shí)可能。當(dāng)其它條件相同時(shí)，晶體的滑移系愈多，則滑移時(shí)可能出現(xiàn)的滑移空間位向愈多，金屬的塑性就愈好。出現(xiàn)的滑移空間位向愈多，金屬的塑性就愈好。 實(shí)際觀察表明，晶體的滑移變形就是在切應(yīng)力的作用實(shí)際觀察表明，晶體的滑移變形就是在

31、切應(yīng)力的作用下通過(guò)滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的。一個(gè)位錯(cuò)移到晶體表下通過(guò)滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的。一個(gè)位錯(cuò)移到晶體表面形成一個(gè)原子間距的滑移量。同一個(gè)滑移面上許多位錯(cuò)面形成一個(gè)原子間距的滑移量。同一個(gè)滑移面上許多位錯(cuò)移到晶體表面便形成明顯的滑移線。許多滑移線聚集在一移到晶體表面便形成明顯的滑移線。許多滑移線聚集在一起便形成滑移帶，這種滑移帶一般可在光滑的拉伸變形金起便形成滑移帶，這種滑移帶一般可在光滑的拉伸變形金屬試樣表面上觀察到，如上圖所示。屬試樣表面上觀察到，如上圖所示。 多晶體的變形，由于還存在著晶粒之間的相對(duì)滑動(dòng)和多晶體的變形，由于還存在著晶粒之間的相對(duì)滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，這種晶粒之間的變形稱為晶

32、間變形。所以多晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)，這種晶粒之間的變形稱為晶間變形。所以多晶體的變形實(shí)質(zhì)上是晶內(nèi)變形和晶間變形綜合作用的結(jié)果。變形實(shí)質(zhì)上是晶內(nèi)變形和晶間變形綜合作用的結(jié)果。 2.1.1.3 塑性變形對(duì)塑性成形工藝的影響塑性變形對(duì)塑性成形工藝的影響 在金屬塑性變形的過(guò)程中，材料的性能和組織狀態(tài)都在金屬塑性變形的過(guò)程中，材料的性能和組織狀態(tài)都會(huì)發(fā)生變化，對(duì)沖壓成形工藝和制件質(zhì)量有相當(dāng)大的影響會(huì)發(fā)生變化，對(duì)沖壓成形工藝和制件質(zhì)量有相當(dāng)大的影響。常見(jiàn)問(wèn)題如下：。常見(jiàn)問(wèn)題如下：1、制件表面質(zhì)量的下降、制件表面質(zhì)量的下降 粗晶粒的板料在沖壓變形的過(guò)程中，由于晶粒之間的粗晶粒的板料在沖壓變形的過(guò)程中，由于晶粒之間的相

33、對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)使制件表面呈現(xiàn)出凹凸不平的所謂相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)使制件表面呈現(xiàn)出凹凸不平的所謂“桔皮桔皮”現(xiàn)現(xiàn)象。對(duì)于光亮表面的細(xì)晶粒板料，亦會(huì)因表面出現(xiàn)大量的象。對(duì)于光亮表面的細(xì)晶粒板料，亦會(huì)因表面出現(xiàn)大量的滑移線和滑移帶而導(dǎo)致表面質(zhì)量明顯下降?；凭€和滑移帶而導(dǎo)致表面質(zhì)量明顯下降。2、應(yīng)變硬化現(xiàn)象、應(yīng)變硬化現(xiàn)象 在沖壓成形的過(guò)程中，隨著變形程度的提高，材料的在沖壓成形的過(guò)程中，隨著變形程度的提高，材料的變形阻力增大，強(qiáng)度和硬度升高，而塑性、韌性下降，這變形阻力增大，強(qiáng)度和硬度升高，而塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化（又稱為加工硬化）。金屬應(yīng)變硬化種現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化（又稱為加工硬化）。金屬應(yīng)變硬化的

34、原因目前還不能妥善解釋，一般是認(rèn)為由于塑性變形使的原因目前還不能妥善解釋，一般是認(rèn)為由于塑性變形使位錯(cuò)大量增殖，位錯(cuò)之間以及位錯(cuò)與其它缺陷間的交互作位錯(cuò)大量增殖，位錯(cuò)之間以及位錯(cuò)與其它缺陷間的交互作用導(dǎo)致進(jìn)一步滑移的臨界應(yīng)力提高，而出現(xiàn)用導(dǎo)致進(jìn)一步滑移的臨界應(yīng)力提高，而出現(xiàn)“硬化硬化”現(xiàn)象。現(xiàn)象。硬化會(huì)阻礙進(jìn)一步的塑性變形，不利于工序的進(jìn)行。但也硬化會(huì)阻礙進(jìn)一步的塑性變形，不利于工序的進(jìn)行。但也有有利的一面，如在大變形工序中能阻止板料局部過(guò)分變有有利的一面，如在大變形工序中能阻止板料局部過(guò)分變薄而提早破壞；另外如拉絲等一些工藝正是利用了硬化的薄而提早破壞；另外如拉絲等一些工藝正是利用了硬化的現(xiàn)

35、象。現(xiàn)象。3、殘余應(yīng)力的影響、殘余應(yīng)力的影響 由于變形不均勻，晶粒內(nèi)部和晶粒之間的原子未能到由于變形不均勻，晶粒內(nèi)部和晶粒之間的原子未能到達(dá)穩(wěn)定平衡位置，變形結(jié)束后，原子仍處于受力狀態(tài)，作達(dá)穩(wěn)定平衡位置，變形結(jié)束后，原子仍處于受力狀態(tài)，作為殘余應(yīng)力，保留在材料或制件內(nèi)部。在使用的過(guò)程中，為殘余應(yīng)力，保留在材料或制件內(nèi)部。在使用的過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)發(fā)生變形甚至開(kāi)裂，帶來(lái)了有害的影響。會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)發(fā)生變形甚至開(kāi)裂，帶來(lái)了有害的影響。 4、板料性能的各向異性、板料性能的各向異性 板材軋制時(shí)，材料內(nèi)的各晶粒沿其變形最大的方向伸長(zhǎng)，另外材料中的夾雜物、區(qū)域偏析及第二相等也沿著變形方向被拉長(zhǎng)。當(dāng)變形程度很大

36、時(shí)，則顯著伸長(zhǎng)，形成所謂的纖維組織。如果變形程度大到一定的數(shù)值，多晶體內(nèi)各個(gè)晶粒的位向會(huì)因滑移面的轉(zhuǎn)向而逐漸趨向一致，形成變形織構(gòu)。 一般地，當(dāng)金屬的變形量達(dá)到10-20%時(shí)，材料性能的取向現(xiàn)象便可以達(dá)到可以察覺(jué)的程度；當(dāng)變形量達(dá)到80-90%時(shí)，板材的性能，尤其是機(jī)械性能將呈現(xiàn)明顯方向性，稱為各向異性各向異性。如不經(jīng)處理，用這樣的板材生產(chǎn)沖壓制件，會(huì)給制件的形狀和尺寸精度帶來(lái)較大的不利影響。如拉深制件在加工中會(huì)出現(xiàn)沿口不齊的“突耳”現(xiàn)象，如左圖所示。2.1.2 影響塑性變形的主要因素影響塑性變形的主要因素2.1.2.1 塑性與變形抗力的概念 塑性塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破

37、壞其完整性的能力。塑性可用材料在不破壞條件下能獲得的塑性變形的最大值來(lái)評(píng)定，其值與變形條件有關(guān)。 變形抗力變形抗力（強(qiáng)度）是指金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形的能力，其大小也與變形的條件有關(guān)。 塑性和變形抗力是兩個(gè)不同的概念。塑性是從變形量的角度反映了材料塑性變形能力的大?。欢冃慰沽t是從變形力的角度反映了材料塑性變形的難易程度。 金屬材料的變形抗力和塑性是兩個(gè)很重要的力學(xué)性能，決定了材料沖壓成形的工藝性能，同時(shí)又是材料的重要使用性能。在不同的條件下，其影響因素以及控制機(jī)理構(gòu)成了塑性成形工藝的重要理論基礎(chǔ)。2122 影響塑性變形的主要因素1、金屬成份與組織的影響、金屬成份與組織的影響 通常工

38、業(yè)用金屬都是合金。合金元素與基體金屬的結(jié)合有固溶體、化合物和中間相?；衔锖椭虚g相是屬電子鍵結(jié)合，原子間結(jié)合力強(qiáng)，表現(xiàn)出的變形抗力大而塑性差。固溶體，特別是置換式固溶體，并不改變基體金屬的晶格型式，只是使晶格略有畸變，因而變形抗力和塑性與基體金屬并無(wú)顯著差別。因此，從塑性成形工藝的要求來(lái)說(shuō)，加入的元素應(yīng)能和基體金屬形成固溶體，且數(shù)量要控制在形成固溶體所能容納的溶解度以下，以避免生成化合物。另外雜質(zhì)的數(shù)量和分布形態(tài)對(duì)金屬材料的塑性成形性能的影響也是極大的。 一般沖壓鋼板的碳含量小于0.1%，常用的沖壓鋼板C0.08%，優(yōu)質(zhì)沖壓鋼板C0.04%，超深沖鋼板（IF鋼）則達(dá)到C 0，3 = 0，屬平面

39、應(yīng)力狀態(tài)。利用全量理論公式分析可以判斷變形區(qū)的變形情況，這時(shí)，1 = 2 = -3/2，在拉應(yīng)力作用方向?yàn)樯扉L(zhǎng)變形，而在厚度方向?yàn)閴嚎s變形。由此可見(jiàn)，脹形變薄是比較顯著的。4）當(dāng)毛坯變形區(qū)三向受壓時(shí)，利用全量理論公式分析可知在最大壓應(yīng)力3方向上的變形一定是壓縮變形，而在最小壓應(yīng)力1方向上的變形必為伸長(zhǎng)變形。由上述分析可知，判斷毛坯變形區(qū)在哪個(gè)方向伸長(zhǎng)，在哪個(gè)方向縮短，不能僅依據(jù)應(yīng)力的性質(zhì)來(lái)決定，而是要根據(jù)主應(yīng)力的差值才能判定。當(dāng)變形區(qū)內(nèi)拉應(yīng)力的絕對(duì)值最大時(shí)，此方向必為伸長(zhǎng)變形，變形區(qū)板料會(huì)減薄；當(dāng)變形內(nèi)壓應(yīng)力的絕對(duì)值最大時(shí)，此方向必為壓縮變形，變形區(qū)板料會(huì)增厚。2.2.5 薄板成形問(wèn)題分析方法

40、（薄板成形問(wèn)題分析方法（*）薄板成形問(wèn)題分析是以金屬塑性變形的基本規(guī)律屈服準(zhǔn)則和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為基礎(chǔ)的。分析的目的是通過(guò)對(duì)各種成形過(guò)程中薄板的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、分布和變化規(guī)律的揭示，使我們更為深入地認(rèn)識(shí)和掌握薄板成形問(wèn)題的特點(diǎn)和規(guī)律，探求和發(fā)展更為經(jīng)濟(jì)、有效的成形方法。薄板成形的實(shí)際問(wèn)題層出不窮，分析計(jì)算的方法也多種多樣。而工程問(wèn)題的求解，往往并不片面地強(qiáng)調(diào)方法的嚴(yán)謹(jǐn)，追求過(guò)高的精度，更重要的是簡(jiǎn)單便利、行之有效，但必須建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上。 薄板成形問(wèn)題的眾多分析求解方法中，主應(yīng)力法和塑性材料力學(xué)法運(yùn)用得比較廣泛，實(shí)際效果也很好。2.2.5.1 主應(yīng)力法主應(yīng)力法也稱為切取微體法，這種方法以求解薄板材

41、料變形區(qū)各個(gè)主應(yīng)力的分布規(guī)律為目標(biāo)，并根據(jù)問(wèn)題的需要，在已求得的主應(yīng)力分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步求出主應(yīng)變分布、成形力、變形能等其它問(wèn)題。其解題方法的基本過(guò)程如下：1）針對(duì)薄板成形的特點(diǎn)，合理提出一些簡(jiǎn)化假設(shè)。常用假設(shè)如：薄板均勻連續(xù)各向同性，或在板面內(nèi)為各向同性，只有厚向異性存在；變形過(guò)程近似為簡(jiǎn)單加載，采用應(yīng)變?nèi)坷碚摚缓雎员“宓暮裣驊?yīng)力，認(rèn)為薄板變形處于平面應(yīng)力狀態(tài)；忽略摩擦對(duì)應(yīng)力、應(yīng)變主軸方向的影響；薄板平面內(nèi)應(yīng)力沿板厚均勻分布；忽略其它一些次要因素對(duì)變形過(guò)程的影響等。2）為了簡(jiǎn)化計(jì)算，以應(yīng)力、應(yīng)變主軸作為坐標(biāo)軸。薄板塑性變形問(wèn)題的分析計(jì)算，目前能夠取得明確答案的（即解析解），只有軸對(duì)

42、稱問(wèn)題，這類問(wèn)題的主軸方向極易確定。對(duì)于薄板成形的軸對(duì)稱問(wèn)題，主軸方向?yàn)椋呵邢?、徑向和厚向?其次，根據(jù)各個(gè)成形工序薄板的變形特點(diǎn)，分析判斷主軸方向應(yīng)力、應(yīng)變分量的性質(zhì)及存在與否，確定各個(gè)分量代數(shù)值的大小順序。3）從薄板變形區(qū)內(nèi)切取任一微體，根據(jù)微體的靜力平衡條件，建立未知主應(yīng)力與點(diǎn)的坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系。4）建立薄板變形區(qū)內(nèi)任一微體的塑性變形方程，由變形的幾何關(guān)系、應(yīng)力、應(yīng)變之間的物理關(guān)系以及最大主應(yīng)變max的幾何特點(diǎn)，將未知主應(yīng)力再表示為點(diǎn)的坐標(biāo)的另一函數(shù)關(guān)系。通常這一函數(shù)關(guān)系的形式為：如假設(shè)材料為理想塑性體，則應(yīng)力強(qiáng)度為一與變形程度無(wú)關(guān)的常數(shù)，這樣求得了問(wèn)題的結(jié)果后，可根據(jù)實(shí)際情況再加以修正。

43、5）利用邊界條件，聯(lián)立求解以上諸方程，即可獲得應(yīng)力、應(yīng)變的解析解。6）以此解析解為基礎(chǔ)，可進(jìn)而求得其它有關(guān)力、能、變形的結(jié)果。2.2.5.2 塑性材料力學(xué)法 塑性材料力學(xué)法著眼于薄板材料變形區(qū)內(nèi)的某一特定點(diǎn)，通過(guò)解析法或試驗(yàn)法求出此點(diǎn)的應(yīng)變分量，再由應(yīng)變分量得出各個(gè)應(yīng)力分量。這種方法能夠避免繁雜甚至不可解決的數(shù)學(xué)運(yùn)算，在生產(chǎn)中便于推廣運(yùn)用。在非軸對(duì)稱的、比較復(fù)雜的成形問(wèn)題分析中，大都運(yùn)用這一方法進(jìn)行分析、研究工藝參數(shù)和變形條件對(duì)薄板成形過(guò)程的影響。其解題方法的基本過(guò)程如下：1）根據(jù)問(wèn)題的需要，首先定出所要研究的點(diǎn)的部位，采用解析計(jì)算法或者試驗(yàn)測(cè)量法，求出此點(diǎn)的主應(yīng)變分量1、2、3。解析計(jì)算法為

44、：分析變形過(guò)程中研究點(diǎn)所在部位的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，確定該點(diǎn)變形主軸方向，由薄板變形前后的幾何關(guān)系以及體積不變條件，分析計(jì)算出主應(yīng)變分量。試驗(yàn)測(cè)量法為：在薄板坯料表面印刷坐標(biāo)網(wǎng)格，一般為圓形網(wǎng)格。對(duì)薄板坯料進(jìn)行變形試驗(yàn)。變形后，圓形網(wǎng)格成為橢圓形網(wǎng)格，測(cè)量橢圓形網(wǎng)格長(zhǎng)、短軸的長(zhǎng)度（橢圓的長(zhǎng)、短軸方向即為主應(yīng)變方向），按照實(shí)際應(yīng)變的定義和體積不變條件，即可計(jì)算出研究點(diǎn)的三個(gè)主應(yīng)變分量大小。2）根據(jù)三個(gè)主應(yīng)變，按應(yīng)變強(qiáng)度的定義確定研究點(diǎn)的應(yīng)變強(qiáng)度i。3）由材料的一般性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，確定研究點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度i。4）利用薄板厚向應(yīng)力為零的條件，并根據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系式計(jì)算出板面內(nèi)的主應(yīng)力分量。 5）在獲得上述結(jié)果

45、的基礎(chǔ)上，即可根據(jù)問(wèn)題的需要，求得其它有關(guān)力、能、變形的結(jié)果。2.3 板料的沖壓成形性能板料的沖壓成形性能2.3.1 沖壓成形性能的概念沖壓成形性能的概念板料對(duì)各種沖壓成形方法的適應(yīng)能力，稱為板料的沖壓成形性能。板料在成形過(guò)程中可能出現(xiàn)兩種失穩(wěn)現(xiàn)象，一種是板料在拉應(yīng)力作用下局部出現(xiàn)縮頸或斷裂，稱為拉伸失穩(wěn)；另一種是板料在壓應(yīng)力作用下出現(xiàn)起皺，稱為壓縮失穩(wěn)。板料失穩(wěn)之前可能達(dá)到的最大變形程度叫成形極限。成形極限分為總體成形極限和局部成形極限。總體成形極限反映板料失穩(wěn)前總體尺寸可以達(dá)到的最大變形程度。而局部成形極限則反映板料失穩(wěn)前局部尺寸可以達(dá)到的最大變形程度。如復(fù)雜制件成形時(shí)，局部的極限應(yīng)變即屬

46、于局部成形極限。由于復(fù)雜制件變形的不均勻性，各處變形差異很大，因此用局部成形極限來(lái)描繪制件上各點(diǎn)的變形程度?？偟膩?lái)說(shuō)，成形極限愈高，則板料的沖壓成形性能愈好。這樣的板料便于沖壓加工，生產(chǎn)率高，成本低，容易得到高質(zhì)量的沖壓制件。板料的沖壓成形性能是一個(gè)綜合性的概念，它包括了材料的抗破裂性、貼模性和定形性等。抗破裂性抗破裂性可用板料在各種沖壓成形工藝中的成形極限來(lái)衡量。如極限拉伸系數(shù)、極限脹形系數(shù)、極限翻邊系數(shù)等都與材料的抗破裂性有關(guān)。板料的沖壓成形性能愈好，板料的抗破裂性也愈好，其成形極限就愈高。 板料的貼模性貼模性是指板料在沖壓成形中取得與模具形狀一致性的能力。由于各方面因素的影響，板料在沖壓

47、成形中會(huì)發(fā)生起皺、翹曲、塌陷和鼓起等缺陷，使貼模性降低。板料的定形性定形性是指零件脫模后保持其在模具內(nèi)既得形狀的能力。影響定形性的諸因素中，由于彈塑性共存現(xiàn)象而帶來(lái)的彈性回復(fù)（簡(jiǎn)稱回彈）是主要因素，制件脫模后，常因回彈過(guò)大而產(chǎn)生較大的形狀誤差。板料的貼模性和定形性是決定制件形狀尺寸精度的重要因素。研究和提高板料的貼模性和定形性，對(duì)提高沖壓件質(zhì)量尤其是汽車覆蓋件等大而復(fù)雜制件的成形質(zhì)量有較大的意義。這方面的研究及其試驗(yàn)方法在發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家已經(jīng)取得較好的進(jìn)展，工藝應(yīng)用比較成熟，汽車覆蓋件等大而復(fù)雜制件的質(zhì)量很高。我國(guó)亦在“七五”期間將“薄板成形性能研究”列為國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)多年的攻關(guān)研究，

48、在薄板成形性能的基礎(chǔ)理論及檢測(cè)評(píng)定方法、提高薄板成形性能的冶金生產(chǎn)工藝與技術(shù)、充分發(fā)揮和合理使用薄板成形性能的方法與途徑等方面取得了一系列研究成果，但總體水平和發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家相比仍有較大的差距。目前我國(guó)在沖壓生產(chǎn)和板料生產(chǎn)中，仍然用抗破裂性作為評(píng)定板料沖壓成形性能的主要指標(biāo)。即除了制件形狀、沖壓工藝、模具、設(shè)備及操作等諸因素外，板料性能的影響十分重要，尤其對(duì)復(fù)雜和精密成形件的影響更為顯著。很多事實(shí)表明，大力提高板材的沖壓成形性能比單純提高沖壓工藝及模具技術(shù)更具有現(xiàn)實(shí)意義。 2.3.2 沖壓成形性能的試驗(yàn)方法沖壓成形性能的試驗(yàn)方法現(xiàn)在有很多種板料沖壓成形性能的試驗(yàn)方法，概括起來(lái)，可以分為間接試驗(yàn)和

49、直接試驗(yàn)兩類。1、間接試驗(yàn)間接試驗(yàn)方法有拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、金相試驗(yàn)等，尤其是拉伸試驗(yàn)簡(jiǎn)單易行。雖然試驗(yàn)時(shí)試樣的受力情況和變形特點(diǎn)與實(shí)際沖壓變形有一定的差別，但研究表明，這種試驗(yàn)?zāi)軓牟煌嵌确从嘲宀牡臎_壓成形性能，因此板材的拉伸試驗(yàn)是一種很重要的試驗(yàn)方法。2、直接試驗(yàn)直接試驗(yàn)也稱模擬試驗(yàn)，是直接模擬某一類實(shí)際成形方式來(lái)成形小尺寸的試樣。由于應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)基本相同，故試驗(yàn)結(jié)果能更確切的反映這類成形方式下板料的沖壓成形性能。直接試驗(yàn)方法有多種，常用有以下兩種：1）脹形成形性能試驗(yàn)2）拉深成形性能試驗(yàn)其它直接試驗(yàn)方法還有彎曲、擴(kuò)孔、拉深一脹形復(fù)合成形性能試驗(yàn)等，具體試驗(yàn)方法可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。此外，生產(chǎn)中

50、為了解決一些具體問(wèn)題，例如為了分析材料的流動(dòng)與變形方式，以便確定合理的毛坯形狀和尺寸、修改模具、改進(jìn)潤(rùn)滑或提出改進(jìn)零件設(shè)計(jì)的建議等，常利用應(yīng)變分析網(wǎng)格法來(lái)進(jìn)行更為直接的工藝試驗(yàn)。這種方法的實(shí)質(zhì)是：在毛坯表面預(yù)先作出一定尺寸的小圓圈或小方格的密集網(wǎng)格，壓制成形后，觀察測(cè)定網(wǎng)格的變形，以此作為分拆零件變形情況的根據(jù)。此法對(duì)于成形復(fù)雜的關(guān)鍵零件，有直接的實(shí)用價(jià)值。 2.3.3 板料的基本沖壓性能板料的基本沖壓性能拉伸試驗(yàn)所得到的表示材料力學(xué)性能的指標(biāo)與沖壓成形性能有密切的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，板料的強(qiáng)度指標(biāo)越高，產(chǎn)生相同變形量所需的力就越大；塑性指標(biāo)越高，成形時(shí)所能承受的極限變形量就越大；剛性指標(biāo)越高，成

51、形時(shí)抗失穩(wěn)起皺的能力就越大。對(duì)板料沖壓成形性能影響較大的力學(xué)性能指標(biāo)有以下幾項(xiàng)：1、屈服強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度s屈服強(qiáng)度s小，材料容易屈服，則變形抗力小，產(chǎn)生相同變形所需變形力就小，并且屈服強(qiáng)度小，當(dāng)壓縮變形時(shí)，因易于變形而不易出現(xiàn)起皺，對(duì)彎曲變形則回彈小，即貼模性與定形性均好。2、屈強(qiáng)比、屈強(qiáng)比s/b屈強(qiáng)比小說(shuō)明s值小而b值大，即容易產(chǎn)生塑性變形而不易產(chǎn)生拉裂，也就是說(shuō)，從產(chǎn)生屈服至拉裂有較大的塑性變形區(qū)間。尤其是對(duì)壓縮類變形中的拉深變形而言，具有重大影響，當(dāng)變形抗力小而強(qiáng)度高時(shí)，變形區(qū)的材料易于變形不易出現(xiàn)起皺，而傳力區(qū)的材料又有較高強(qiáng)度而不易出現(xiàn)拉裂，有利于提高拉深變形程度。我國(guó)冶金標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用

52、于拉深最復(fù)雜零件的深拉深用ZF級(jí)鋼板，其屈強(qiáng)比不大于0.66。 3、伸長(zhǎng)率、伸長(zhǎng)率拉伸實(shí)驗(yàn)中，試樣拉斷時(shí)的伸長(zhǎng)率稱總伸長(zhǎng)率或簡(jiǎn)稱伸長(zhǎng)率。而試樣開(kāi)始產(chǎn)生局部集中變形（縮頸時(shí)）的伸長(zhǎng)率稱均勻伸長(zhǎng)率u。u表示板料產(chǎn)生均勻的或穩(wěn)定的塑性變形的能力，它直接決定板料在伸長(zhǎng)類變形中的沖壓成形性能，從實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證，大多數(shù)材料的翻孔變形程度都與均勻伸長(zhǎng)率成正比。可以得出結(jié)論：即伸長(zhǎng)率（或均勻伸長(zhǎng)率）是影響翻孔或擴(kuò)孔成形性能的最主要參數(shù)。4、硬化指數(shù)、硬化指數(shù)n單向拉伸硬化曲線可寫成，其中指數(shù)n即為硬化指數(shù)，表示在塑性變形中材料的硬化程度。n大時(shí)，說(shuō)明在變形中材料加工硬化嚴(yán)重，真實(shí)應(yīng)力增加大。板料拉伸時(shí)，整個(gè)變

53、形過(guò)程是不均勻的，先是產(chǎn)生均勻變形，然后出現(xiàn)集中變形，形成縮頸，最后被拉斷。在拉伸過(guò)程中，一方面材料斷面尺寸不斷減小使承載能力降低，另一方面由于加工硬化使變形抗力提高，又提高了材料的承載能力。在變形的初始階段，硬化的作用是主要的，因此材料上某處的承載能力，在變形中得到加強(qiáng)。變形總是遵循阻力最小定律，即“弱區(qū)先變形”的原則，變形總是在最弱面處進(jìn)行，這樣變形區(qū)就不斷轉(zhuǎn)移。因而，變形不是集中在某一個(gè)局部斷面上進(jìn)行，在宏觀上就表現(xiàn)為均勻變形，承載能力不斷提高。但是根據(jù)材料的特性，板料的硬化是隨變形程度的增加而逐漸減弱，當(dāng)變形進(jìn)行到一定時(shí)刻，硬化與斷面減小對(duì)承載能力的影響，兩者恰好相等，此時(shí)最弱斷面的承

54、載能力不再得到提高，于是變形開(kāi)始集中在這一局部區(qū)域進(jìn)行， 不能轉(zhuǎn)移出去、發(fā)展成為縮頸，直至拉斷?？梢钥闯觯?dāng)n值大時(shí)，材料加工硬化嚴(yán)重，硬化使材料強(qiáng)度的提高得到加強(qiáng)，于是增大了均勻變形的范圍。對(duì)伸長(zhǎng)類變形如脹形，n值大的材料使變形均勻，變薄減小，厚度分布均勻，表面質(zhì)量好，增大了極限變形程度，零件不易產(chǎn)生裂紋。5、厚向異性系數(shù)、厚向異性系數(shù) 由于板料軋制時(shí)出現(xiàn)的纖維組織等因素，板料的塑性會(huì)因方向不同而出現(xiàn)差異，這種現(xiàn)象稱塑性各向異性塑性各向異性。厚向異性系數(shù)是指單向拉伸試樣寬度應(yīng)變和厚度應(yīng)變的比值，即式中 -厚向異性系數(shù)；b、t寬度、厚度方向的應(yīng)變。厚向異性系數(shù)表示板料在厚度方向上的變形能力，值

55、越大，表示板料越不易在厚度方向上產(chǎn)生變形，即不易出現(xiàn)變薄或增厚。值對(duì)壓縮類變形的拉深影響較大，當(dāng)值增大，板料易于在寬度方向變形，可減小起皺的可能性，而板料受拉處厚度不易變薄，又使拉深不易出現(xiàn)裂紋，因此值大時(shí)，有助于提高拉深變形程度。板料在軋制時(shí)形成纖維組織，各向力學(xué)性能不均勻，所以值在不同方位也不一樣。因此常取板料方向（板料軋制方向）、橫向和45方向的試件所得數(shù)據(jù)的平均值作為厚向異性指標(biāo)，用表示： 6、板平面各向異性指數(shù)、板平面各向異性指數(shù)板料在不同方位上厚向異性系數(shù)不同，造成扳平面內(nèi)各向異性。用表示：越大，表示板平面內(nèi)各向異性越嚴(yán)重，拉深時(shí)在零件端部出現(xiàn)不平整的凸耳現(xiàn)象，就是材料的各向異性造

56、成的，它既浪費(fèi)材料又要增加一道修邊工序。2.3.4 冷沖壓工藝常用材料冷沖壓工藝常用材料2.3.4.1 沖壓對(duì)板料的基本要求沖壓對(duì)板料的要求首先要滿足對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)要求，如強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能指標(biāo)要求，還有一些物理化學(xué)等方面的特殊要求，如電磁性、防腐性等；其次還必須滿足沖壓工藝的要求，即應(yīng)具有良好的沖壓成形性能。為滿足上述兩方面的要求，沖壓工藝對(duì)板料的基本要求如下：1、對(duì)力學(xué)性能的要求板料力學(xué)性能對(duì)沖壓成形性能有著密切的關(guān)系，力學(xué)性能的指標(biāo)很多，其中尤以伸長(zhǎng)率（）、屈強(qiáng)比（s/b）、彈性模數(shù)（E）、硬化指數(shù)（n）和厚向異性系數(shù)（）影響較大。一般來(lái)說(shuō)，伸長(zhǎng)率大、屈強(qiáng)比小、彈性模數(shù)大、硬化指數(shù)高和厚

57、向異性系數(shù)大有利于各種沖壓成形工序。2、對(duì)化學(xué)成分的要求 板材的化學(xué)成分對(duì)沖壓成形性能影響很大，如在鋼中的碳、硅、錳、磷、硫等元素的含量增加，就會(huì)使材料的塑性降低、脆性增加，導(dǎo)致材料沖壓成形性能變壞。一般低碳沸騰鋼容易產(chǎn)生時(shí)效現(xiàn)象，拉深成形時(shí)出現(xiàn)滑移線，這對(duì)汽車覆蓋件是不允許的。為了消除滑移線，可在拉深之前增加一道輥壓工序，或采用加入鋁和釩等脫氧的鎮(zhèn)靜鋼，拉深時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)時(shí)效現(xiàn)象。鋁鎮(zhèn)靜鋼08Al按其拉深質(zhì)量分為三級(jí)：ZF（最復(fù)雜）用于拉深最復(fù)雜零件，HF（很復(fù)雜）用于拉深很復(fù)雜零件，F(xiàn)（復(fù)雜）用于拉深復(fù)雜零件。其它深拉深薄鋼板按沖壓性能分：Z（最深拉深）、S（深拉深）、P（普通拉深）三級(jí)。3

58、、對(duì)金相組織的要求由于對(duì)產(chǎn)品的強(qiáng)度要求與對(duì)材料成形性能的要求，材料可處于退火狀態(tài)（或軟態(tài)）（M），也可處于淬火狀態(tài)（C）或硬態(tài)（Y）。使用時(shí)可根據(jù)產(chǎn)品對(duì)強(qiáng)度要求及對(duì)材料成形性能的要求進(jìn)行選擇。有些鋼板對(duì)其晶粒大小也有一定的規(guī)定，晶粒大小合適、均勻的金相組織拉深性能好，晶粒大小不均易引起裂紋，深拉深用冷軋薄鋼板的晶粒為68級(jí)。過(guò)大的晶粒在拉深時(shí)產(chǎn)生粗糙的表面。此外，在鋼板中的帶狀組織與游離碳化物和非金屬夾雜物，也會(huì)降低材料的沖壓成形性能。 4、對(duì)表面質(zhì)量的要求材料表面應(yīng)光滑，無(wú)氧化皮、裂紋、劃傷等缺陷。表面質(zhì)量高的材料，成形時(shí)不易破裂，不易操傷模具，零件表面質(zhì)量好。優(yōu)質(zhì)鋼板表面質(zhì)量分3組：組（高

59、質(zhì)量表面）、組（較高質(zhì)量表面）、組（一般質(zhì)量表面）。 5、對(duì)材料厚度公差的要求在一些成形工序中，凸、凹模之間的間隙是根據(jù)材料厚度來(lái)確定的，尤其在校正彎曲和整形工序中，板料厚度公差對(duì)零件的精度與模具壽命會(huì)有很大的影響。厚度公差分：A（高級(jí)）、B（較高級(jí)）、和C（普通級(jí)）三種。2.3.4.2 常用沖壓材料沖壓最常用的材料是金屬板料，有時(shí)也用非金屬板料，金屬板料分黑色金屬和有色金屬兩種。黑色金屬板料按性質(zhì)可分為：1、普通碳素鋼鋼板如 Q195、Q235等。2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板 這類鋼板的化學(xué)成分和力學(xué)性能都有保證。其中碳鋼以低碳鋼使用較多，常用牌號(hào)有：08、08F、10、20等，沖壓性能和焊接性能

60、均較好，用以制造受力不大的沖壓件。3、低合金結(jié)構(gòu)鋼板常用的如 Q345（16Mn）、Q295（09Mn2），用以制造有強(qiáng)度要求的重要沖壓件。4、電工硅鋼板如 DT1、 DT2。5、不銹鋼板如 1Cr18NigTi，1Cr13等，用以制造有防腐蝕防銹要求的零件。有色金屬常用的有銅及銅合金，牌號(hào)有T1、T2、H62、H68等，其塑性、導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性均很好。還有鋁及鋁合金，常用的牌號(hào)有1060、1050A、3A21、2A12等，有較好塑性，變形抗力小且輕。 非金屬材料有膠木板、橡膠、塑料板等。沖壓用材料最常用的是板料，常見(jiàn)規(guī)格如 710mm * 1420mm和 1000mm * 2000mm等。大量