沖壓工藝與模具設(shè)計思考與練習(xí)參考答案(第2版)

1、沖壓工藝與模具設(shè)計（2 版思考與練習(xí)參考答案思考與練習(xí) 1什么是沖壓加工？沖壓加工常用的設(shè)備和工藝裝備是什么？答：沖壓加工是在室溫下利用安裝在壓力機(jī)上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和性能的零件的壓力加工方法。常用的設(shè)備一般有機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)、剪切機(jī)和彎曲校正機(jī)。沖壓模具是沖壓加工所用的工藝裝備。得的？答：沖壓工藝與其它加工方法相比，有以下特點： 用冷沖壓加工方法可以得到形狀復(fù)雜、用其它加工方法難以加工的工件，如薄板薄殼零件等。沖壓件的尺寸精度是由模具保證的，因此，尺寸穩(wěn)定，互換性好。 材料利用率高、工件重量輕、剛性好、強度高、沖壓過程耗能少。因此，工

2、件的成本較低。 操作簡單、勞動強度低、生產(chǎn)率高、易于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。 沖壓加工中所用的模具結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，生產(chǎn)周期較長、成本較高。沖壓加工是一種制件質(zhì)量較好、生產(chǎn)效率高、成本低，其它加工方法無法替代的加工工藝。汽車覆蓋件、飯盒、不銹鋼茶杯等是通過落料拉深工序完成； 墊圈是通過落料沖孔工序完成；電腦主機(jī)箱外殼是通過落料沖孔、翻邊成形等彎曲工序完成。簡單敘述曲柄壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理。結(jié)構(gòu)組成：工作機(jī)構(gòu)（曲柄滑塊機(jī)構(gòu)） 、傳動系統(tǒng)（帶傳動和齒輪傳動等機(jī)構(gòu)） 、操縱系統(tǒng)（離合器、制動器及其控制裝置） 、能源系統(tǒng)（電動機(jī)和飛輪） 、支承部件（床身。盡管曲柄壓力機(jī)有各種類型，但其工作原理和基本

3、組成是相同的。如圖 1-2 所示的開1-6 5 的能量和運動通過帶傳動傳給中間傳動軸，再由齒輪傳動傳給曲軸9，連桿10 塊 11 1 工件。簡單敘述如何選擇沖壓設(shè)備。答：沖壓設(shè)備的選擇直接關(guān)系到設(shè)備的安全以及生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命和生- 1 -思考與練習(xí)參考答案產(chǎn)成本等一系列重要問題。沖壓設(shè)備的選擇主要包括設(shè)備的類型和規(guī)格參數(shù)兩個方面的選擇。 沖壓設(shè)備類型的選擇主要根據(jù)所要完成沖壓工序的性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求等來選擇沖壓設(shè)備的類型。 沖壓設(shè)備規(guī)格的選擇（壓料力等思考與練習(xí) 2板料沖裁時，其斷面有何特征？影響沖裁件斷面質(zhì)量的因素有哪些？答：過程所得的沖裁件的斷面并不

4、是光滑平直的。觀察實際沖裁件的剪切斷面可以發(fā)現(xiàn)，在整個斷面上形成了四個特征區(qū)：圓角帶，光亮帶，斷裂帶，毛刺。影響沖裁件斷面質(zhì)量的因素有：材料性能的影響材料塑性好，沖裁時裂紋出現(xiàn)得較遲，材料被剪切的深度較大所得斷面光亮帶所占的比例就大，圓角也大。模具間隙的影響沖裁時，斷裂面上下裂紋是否重合，與凸、凹模間隙值的大小 有關(guān)。當(dāng)凸、凹間隙合適時，凸、凹模刃口附近沿最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生的裂紋在沖裁過中能會合，制件的斷面質(zhì)量較好。當(dāng)間隙過大或過小時，都會使上、下裂紋不能重合，響斷面質(zhì)量。模具刃口狀態(tài)的影響模具刃口狀態(tài)對沖裁過程中的應(yīng)力狀態(tài)及制件的斷面質(zhì)量 有較大影響當(dāng)刃口磨損成圓角時擠壓作用增大所以制件塌角

5、帶和光亮帶增大同時使沖裁斷面上產(chǎn)生明顯的毛刺。當(dāng)凸、凹刃口磨鈍后，即使間隙合理也會在制件上產(chǎn)生毛 刺。答：沖裁間隙對沖裁件斷面質(zhì)量有決定性影響。如間隙過大，凸模產(chǎn)生的裂紋相對于凹模產(chǎn)生的裂紋將向里移動一個距離。剪切斷面圓角加大，光亮帶的高度縮短，斷裂帶的高度增加，錐度也加大并有明顯的拉長毛刺，沖裁件可能產(chǎn)生穹彎現(xiàn)象。如間隙過小，凸模產(chǎn)生的裂紋將向外移動一個距離。上、下裂紋不重合，產(chǎn)生第二次剪切，從而在剪切面上形成了略帶倒錐的第二個光亮帶。在第二個光亮帶下面存在著潛伏的裂紋。由于間隙過小，板料與模具的擠壓作用加大，最后被分離時，沖裁件上有較尖銳的擠出毛刺。沖裁間隙對于沖裁件精度也有很大的影響。當(dāng)

6、間隙適當(dāng)時，在沖裁過程中，板料的變形區(qū)在比較純的剪切作用下被分離，沖裁后的回彈較小，沖裁件相對于凸模和凹模尺寸的偏差也較小。沖裁間隙過大，則沖裁力就會減小，模具的磨損減小，延長模具的使用壽命；沖裁間隙過小，則沖裁力就會加大，縮短模具的使用壽命。- 2 -沖壓工藝與模具設(shè)計（第 2 版）確定沖裁工藝方案的依據(jù)是什么？沖裁工藝的工序組合方式根據(jù)什么來確定？ 數(shù)量、順序、組合方式以及其他輔助工序的安排。沖壓工藝方案如何確定，首先應(yīng)在工藝分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沖裁件的生產(chǎn)批量、尺寸精度的高低、形狀復(fù)雜程度、材料的厚薄、沖模制造條件與沖壓設(shè)備條件等多方面的因素，擬訂出多種可能的不同工藝方案，然后對各種工藝方

7、案進(jìn)行分析與研究，比較其綜合的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果，從中選擇一個合理的沖壓工藝方案。概括起來，確定工藝方案的主要原則是保證沖裁件質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)性和安全性。沖裁工藝的工序組合方式應(yīng)根據(jù)工件的形狀、尺寸、精度等要求對各工序進(jìn)行必要的分析和計算，然后比較，確定最佳的工序數(shù)量和順序，且保證后一道工序不影響前道工序的加工精度。題圖 2-1 計算條料寬度和材料利用率。材料：08F料厚：2mm題圖2-1底板解：排樣方法：有廢料的直排；搭邊值：查表可知，工件間a 為 1.2mm，側(cè)面a1為 1.5mm ；條料寬度：52.80mm ；0.5材料利用率：72.1%。（計算略） 5- 3 -思考與練習(xí)參考答案（計算略）材料：

8、10料厚：1.5mm（距長直邊的距離）（距下底邊的距離）什么情況？答：模具有兩種制造方法。一種是凸模與凹模分別加工，成批制造，可以互換。另一種是凸模與凹模配合加工，先加工基準(zhǔn)件，然后非基準(zhǔn)件按基準(zhǔn)件配作，加工后的凸模與凹模不能互換。有高精度的模具加工設(shè)備。配合加工常用于形狀復(fù)雜或板料較薄的沖裁件。2-2所示墊片零件，材料為Q235并確定沖裁凸、凹模的刃口尺寸和計算沖裁力。材料： Q235料厚：1.2mm題圖2-2墊片（計算略） 可以分別加工。- 4 -沖壓工藝與模具設(shè)計（第 2 版） 落料：凸模 79.8000.0259.8200.02mm；凹 模 79.930.030沖孔：凸模 16.045

9、00mm，mm。 16.1710.030mm。沖裁力：201.8KN如題圖2-3 所示硅鋼片零件，材料為D42 硅鋼板，厚度為0.35mm法制造模具，試確定落料凸、凹模刃口尺寸。材料：D42料厚：0.35mm題圖2-3硅鋼片（計算略）落料以凹模為基準(zhǔn)，凹模磨損后尺寸增大的是：A 12001mm， A2 9600.26mm ，A3 1600.12mm ，A4320mm0.70凹模磨損后尺寸減小的是： B 32 0.18 mm0凹模磨損后尺寸不變的是：C 600mm0.20計算后落料凹模刃口尺寸為119.8050.065 mm95.8270.057 mm15.880.03 mm31.650.125

10、 mm0- 5 -00032.13500.045mm59.90.025mm思考與練習(xí)參考答案凸模尺寸按凹模實際尺寸配作，保證雙面間隙為0.0250.032。思考與練習(xí) 3答： 板料彎曲變形區(qū)的應(yīng)力情況：切向應(yīng)力：外層受拉，內(nèi)層受壓徑向應(yīng)力：變形區(qū)金屬層之間相互擠壓產(chǎn)生徑向應(yīng)力，應(yīng)力由表面向里面逐漸遞增， 表面為零，中性層最大寬度方向應(yīng)力：窄板寬度方向應(yīng)力為零。寬板外層為拉應(yīng)力，內(nèi)層為壓應(yīng)力 板料彎曲變形區(qū)的應(yīng)變情況：切向應(yīng)變：外層為拉應(yīng)變，內(nèi)層為壓應(yīng)變寬度方向與厚度方向產(chǎn)生的應(yīng)變與切向方向相反，但對寬板，其寬度方向的應(yīng)變?yōu)榱惆辶蠌澢鷷r的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)板寬內(nèi)外側(cè)內(nèi)側(cè)外側(cè)影響彎曲回彈的因素有哪些？采

11、取什么措施能減小彎曲回彈？答：影響彎曲回彈的因素： 材料的力學(xué)性能 s /E 大。- 6 -沖壓工藝與模具設(shè)計（第 2 版） 相對彎曲半徑 相對彎曲半徑r /t 越小，回彈值越小。 彎曲件角度 彎曲件角度越U 越多，由于各部分的回彈相互牽制，故回彈就越小。一般彎曲U 形件比V 形件的回彈小。減小彎曲回彈的措施： 彎曲件的合理設(shè)計。 采取補償措施，抵消彎曲回彈變形。響？答：板料彎曲時的變形程度用相對彎曲半徑r/t 來表示。影響極限變形程度的因素： 材料的力學(xué)性能（塑性越好，伸長率值愈大，變形程度越大） 彎曲件角度（彎曲件角度越大，最小相對彎曲半徑越?。?板寬的影響（窄板比寬板的變形程度大）（塑性

12、差，彎曲變形程度也?。ㄓ忻痰倪吘壏旁趶澢鷧^(qū)內(nèi)側(cè)，使最小相對彎曲半徑減小一些） 折彎方向（彎曲件的彎曲線與板料的纖維方向垂直時，不易彎裂，最小相對彎曲半徑的數(shù)值就小。）彎曲過程中引起坯料偏移的原因有哪些？可以采取哪些措施來防止偏移？答：彎曲過程中引起坯料偏移的原因： 制件的形狀不對稱造成偏移； 制件的結(jié)構(gòu)不對稱造成偏移； 彎曲模的結(jié)構(gòu)圓角不對稱、間隙不對稱導(dǎo)致偏移；安排彎曲件的彎曲工序順序時要注意什么？答：安排彎曲件的彎曲工序順序時應(yīng)注意： 對于形狀簡單的彎曲件，如 V U 形、Z 曲成形。 對于批量大而尺寸較小的彎曲件，應(yīng)盡可能采用復(fù)合?；蚨喙の患夁M(jìn)模。 需多次彎- 7 -3-1 所示彎曲

13、件的坯料長度。思考與練習(xí)參考答案a）b）題圖3-1彎曲件（計算略）（a） L 63.99mm（b） L 40.16mm73-2 08 鋼，t=1mm s =196Mpa，E=186000Mpa確定凸模的工作部分尺寸。題圖3-2工件（計算略）r11.628mm，11 87.1208102- 8 -沖壓工藝與模具設(shè)計（第 2 版）思考與練習(xí) 4圓筒形零件拉深時，坯料變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)是怎樣的？形區(qū)) 在凸緣部分產(chǎn)生徑向拉應(yīng)力1，產(chǎn)生切向壓應(yīng)力3，產(chǎn)生厚向壓應(yīng)力2。其應(yīng)變狀態(tài)為徑向拉應(yīng)變1 3 2 （過渡區(qū)） 徑向受拉產(chǎn)生拉應(yīng)力 1 和拉應(yīng)變1 ，切向受壓產(chǎn)生壓應(yīng)力3 與壓應(yīng)變3 ，厚度方向產(chǎn)生壓

14、應(yīng)力2 。這時 1 的值最大，其相應(yīng)的拉應(yīng)變1 （傳力區(qū)） 這部分只承受單向拉應(yīng)力1 （1 2 。凸模圓角部分（過渡區(qū)） 這部分承受徑向拉應(yīng)力 1 和切向拉應(yīng)力3 的作用，同時厚度方向形成較大的壓應(yīng)力 2 ，其應(yīng)變狀態(tài)與筒壁部分相同，但其壓應(yīng)變2 引起的變薄現(xiàn)象比筒壁部分嚴(yán)重得多。筒底部分 它受到徑向和切向兩向拉應(yīng)力1 與3 ，其應(yīng)變?yōu)槠矫娣较虻睦瓚?yīng)變1 和3 和厚度方向的壓應(yīng)變2 。分別說明拉深工序中坯料的哪個部位容易起皺或拉裂？原因何在？如何防止？ 量問題。凸緣區(qū)起皺是由于切向壓應(yīng)力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生皺折，傳力區(qū)的拉裂是由于拉應(yīng)力超過材料的抗拉強度引起板料斷裂。為了防止起皺，在生產(chǎn)實踐

15、中通常采用壓邊圈，并可利用壓邊力的合理控制來提高拉深時允許的變形程度。要防止筒壁的拉裂，一方面要通過改善材料的力學(xué)性能，提高筒壁抗拉強度；另一方面是通過正確制定拉深工藝和設(shè)計模具，合理確定拉深變形程度、凹模圓角半徑、合理改善潤滑條件等，以降低筒壁傳力區(qū)中的拉應(yīng)力。影響極限拉深系數(shù)的因素有哪些？極限拉深系數(shù)對拉深工藝有何意義？答影響極限拉深系數(shù)的主要因素 材料的力學(xué)性能 材料的屈強比s / b 愈小材料的伸長率 愈大，對拉深愈有利。 板料的相對厚度t / D相對厚度t/ D愈大，有利于減小極限拉深系數(shù)。 模具結(jié)構(gòu)采用壓邊圈并施加合理的壓邊力對拉深有利，可以減小極限拉深系數(shù)。采用合適的凸、凹模圓角

16、半徑與凸、凹模間隙可以減小極限拉深系- 9 -思考與練習(xí)參考答案（特別是圓角入口處）模工作表面，則不必做得很光滑，也不需要潤滑，有利于減小極限拉深系數(shù)。拉深系數(shù)可用來表示拉深過程中的變形程度，拉深系數(shù)值愈小，說明拉深前后直徑差別越大，亦即該道工序拉深變形程度愈大。有凸緣圓筒形件的拉深與無凸緣圓筒形件的拉深其本質(zhì)區(qū)別是什么？答：有凸緣圓筒形件拉深時，坯料凸緣部分材料不是全部進(jìn)入凹?？诓砍蔀橥脖冢菍⑴髁贤咕壍囊徊糠植牧侠氚寄?，當(dāng)凸緣外徑由坯料直徑D d 時，拉深即告結(jié)束。因此，拉深成形過程和工藝計算與無凸緣圓筒形件的差別主要是首t次拉深。無凸緣圓筒形件拉深變形程度是用拉深系數(shù)m d / D

17、表示的，對有凸緣圓筒形件而言，單憑m 1就不能正確反映其變形程度，因為即使是同一個m 會隨凸緣直徑d 或拉深高度h變化，當(dāng)d 愈接近dh愈大時，由凸緣拉入凹模的材料tt愈多，其變形程度愈大；反之，當(dāng) d Dh愈小時，由凸緣拉入凹模的材料愈少，t其變形程度愈小。因此，有凸緣圓筒形件的拉深變形程度應(yīng)該用d 或d /dtt來表示。4-1 所示零件拉深凸、凹模工作部分尺寸。材料：08F料厚：1mm材料：10料厚：2mm題 圖4-1 a） 罩殼題圖4-1 b） 軸碗（計算略）（a）D 毛=122.6mmm =0.6=0.802n=2（次）1首次拉深 r r8mmC =1.1mmD 12=72.560mm

18、D 凹 =74.76 0.05 mm1110.0310- 10 -沖壓工藝與模具設(shè)計（第 2 版）最后拉深 r r6mmC2=1.0mmD =580mmD =60 0.05 mm凹2凸220.0320（b）D 毛=83.6mmm=0.718n=1（次）r5.5mm6mmC=1.9mmD 凹=61.8650.05 mmD =58.0650mm凸凹00.034-2 所示外罩零件的拉深次數(shù)，計算各工序件尺寸。材料：08料厚：2mm題圖4-2外罩（計算略）m1=0.50m2=0.76m3=78m4=0.80d1=50mmd2=38mmd3=29mmd4=23mmh1=34.6mmh1=38.5mmh1

19、=48.5mmh1=60mm凸1r=8mmr凸 2=5mmr凸 3=4mmr凸4=3mm凸1凹凹r=10mmr凹凹1=8mmr凹1凹=5mmr凹1凹=3mm1思考與練習(xí) 5區(qū)別？答：圓孔翻邊其變形區(qū)在內(nèi)孔和外圓之間的環(huán)形部分，變形區(qū)材料沿切向伸長，愈靠近孔口伸長愈大，接近于單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，切向應(yīng)變是三個主應(yīng)變中最大的主應(yīng)變。徑向變形很小，徑向尺寸略有減少。豎邊的壁厚有所減薄，尤其在孔口處，減薄較為嚴(yán)重。- 11 -圓孔翻邊的主要危險在于孔口邊緣被拉裂。思考與練習(xí)參考答案（忽略板厚方向的應(yīng)力縮口與拉深工序在變形特點上有何相同與不同之處？答：縮口變形主要是管坯口部受兩向切向壓應(yīng)力作用而使直徑減小

20、，厚度與高度都略有增加。因而在縮口工序中毛坯變形區(qū)容易沿切向產(chǎn)生失穩(wěn)起皺。圓筒形拉深時凸緣區(qū)受徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力作用坯料不斷被拉入凹模中成為筒壁，最后得到圓筒件。相同之處是都可能在切向壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生失穩(wěn)起皺現(xiàn)象。 3分別列舉幾種翻孔件、翻邊件、脹形件和縮口件的應(yīng)用實例。 翻邊件：汽車門外板；客車腳踏門壓鐵；客車中墻板；固定套等。 脹形件：發(fā)動機(jī)的噴管；罩蓋；摩托車油箱等?？s口件：彈殼；氣瓶；摩托車前叉內(nèi)支承管；自行車車架立管等。整形模的結(jié)構(gòu)與前道工序的成形模有何區(qū)別？答：經(jīng)過沖裁、彎曲和拉深等基本工序制成的毛坯或半成品常需再進(jìn)一步加工才能符合要求。其目的是消除穹彎、回彈及所有不符合制件需

21、要的多余變形，提高制件的形狀與尺寸精度，減少不平度。另一類是對毛坯或半成品的某些部位按某種特定方式繼續(xù)成形。整形工序一般安排在工件沖壓過程中的最后位置。整形模的結(jié)構(gòu)與前道工序的成形?；鞠嗨?，但工作部分的定形尺寸精度高，表面粗糙度值要求更低，圓角半徑和間隙值都較小。用鋼模壓制如題圖 5-1 08 =32%， b=380Mpa。材料： 08料厚：1mm題圖5-1半圓罩（計算略）該零件能一次起伏成形。- 12 -沖壓工藝與模具設(shè)計（第 2 版）沖壓力為 403.15 KN。（見題圖5-h 6，t=0.8mm，=294Mpa。試通過分析計算，判斷能否一道工序直接翻邊成形。若能，試計b算翻邊力，設(shè)計凸

22、模，并確定凸、凹模間隙。若不能，則說明應(yīng)采用什么方法成形？尺寸Dh件號零件1408零件2352材料：H62料厚：0.8mm題圖5-2導(dǎo)筒（計算略） 因為HmaxH1，零件 1 可以由坯料一次翻邊成形，其翻邊力為10658.4N。 因為 HmaxH2，零件 2 不能由坯料一次翻邊成形。而應(yīng)該預(yù)先拉深，然后在此拉深件的底部沖孔，再翻邊。5-3 所示，材料為鋁。試判斷是否可以一次脹形，并計算脹形力。- 13 -思考與練習(xí)參考答案題圖5-3脹形工件（計算略）F pA（N）p b2tdmax（Mpa）取 120Mpa則F=10399.68N=10.4KNb思考與練習(xí) 6沖模裝配后進(jìn)行試沖的目的是什么？答

23、：沖模裝配后進(jìn)行試沖的目的在于：鑒定模具的質(zhì)量、驗證該模具生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量是否符合要求，確定該模具能否交付生產(chǎn)使用。幫助確定產(chǎn)品的成形條件和工藝規(guī)程。幫助確定成形零件工件形狀、尺寸及用料標(biāo)準(zhǔn)。幫助確定工藝和模具設(shè)計中的某些尺寸。通過調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，積累經(jīng)驗，有助于進(jìn)一步提高模具設(shè)計和制造水平。壓力機(jī)的安全操作規(guī)程是哪些？答：遵守機(jī)械的一般安全技術(shù)操作規(guī)程。裝模前必須檢查模具閉合高度，閉合高度在允許范圍內(nèi)方能裝模，調(diào)整好滑塊上下行程，使其保持在規(guī)定的安全范圍內(nèi)。裝上模時，要對準(zhǔn)模柄孔，以免滑塊下落時啃壞孔緣。模板面積不宜過小，以免壓塌上?？?。使用頂料時，兩邊拉桿長度要調(diào)整一致，不得歪斜。開車前，必須檢查各裝置是否完好，模具緊固螺