鈑金模具成型及工藝講解ppt課件.ppt

1、,鈑金模具成型及工藝講解,內(nèi)容簡介： 第一章 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計(jì) 第三章 彎曲工藝與彎曲模設(shè)計(jì) 第四章 拉深工藝與拉深模設(shè)計(jì) 第五章 其它成形工藝與模具設(shè)計(jì) 第六章 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)例,1,沖壓：,一、沖壓與沖模概念,第一章 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ),1.基本概念,沖壓生產(chǎn)場景,室溫下 壓力機(jī) 模具 材料 分離或塑性變形。,2,加工對(duì)象：主要金屬板材,加工依據(jù)：板材沖壓成形性能（主要是塑性）,加工設(shè)備：主要是壓力機(jī),加工工藝裝備：沖壓模具,一、沖壓與沖模概念,1.基本概念,沖壓模具：,在沖壓加工中，將材料加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為沖壓模具

2、（俗稱沖模）。,3,一、沖壓與沖模概念,1.基本概念,合理的沖壓工藝,先進(jìn)的模具,高效的沖壓設(shè)備,沖壓生產(chǎn)的三要素,4,特別強(qiáng)調(diào)：沖壓模具重要性 沖模一種特殊工藝裝備。 沖模與沖壓件有 “一模一樣”的關(guān)系。沖模沒有通用性。 沖模是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 沖模的功能和作用、沖模設(shè)計(jì)與制造方法和手段，決定了沖模是技術(shù)密集、高附加值型產(chǎn)品。,一、沖壓與沖模概念,1.基本概念,5,2沖壓成形加工特點(diǎn),低耗、高效、低成本 “一模一樣”、質(zhì)量穩(wěn)定、高一致性 可加工薄壁、復(fù)雜零件 板材有良好的沖壓成形性能 模具成本高 所以，沖壓成形適宜批量生產(chǎn)。,一、沖壓與沖

3、模概念,6,沖壓加工是制造業(yè)中最常用的一種材料成形加工方法。,沖壓成形產(chǎn)品示例一日常用品,2沖壓成形加工特點(diǎn)（續(xù)）,一、沖壓與沖模概念,沖壓成形產(chǎn)品示例二高科技產(chǎn)品,7,二、沖壓工序的分類,根據(jù)材料的變形特點(diǎn)分：,分離工序：,分離工序、成形工序,沖壓成形時(shí)，變形材料內(nèi)部的應(yīng)力超過強(qiáng)度極限b，使材料發(fā)生斷裂而產(chǎn)生分離，從而成形零件。分離工序主要有剪裁和沖裁等。,8,成形工序：,沖壓成形時(shí)，變形材料內(nèi)部應(yīng)力超過屈服極限s，但未達(dá)到強(qiáng)度極限b，使材料產(chǎn)生塑性變形，從而成形零件。成形工序主要有彎曲、拉深、翻邊等。,二、沖壓工序的分類,9,1.沖模的分類,三、沖模,沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等。,（

4、2）根據(jù)工序組合程度分類：,單工序模、復(fù)合模、級(jí)進(jìn)模,（1）根據(jù)工藝性質(zhì)分類：,10,2.沖模組成零件,沖模通常由上、下模兩部分構(gòu)成。組成模具的零件主要有兩類：,結(jié)構(gòu)零件：,工藝零件：,三、沖模,直接參與工藝過程的完成并和坯料有直接接觸，包括：工作零件、定位零件、卸料與壓料零件等；,不直接參與完成工藝過程，也不和坯料有直接接觸，只對(duì)模具完成工藝過程起保證作用，或?qū)δ＞吖δ芷鹜晟谱饔?，包括：?dǎo)向零件、緊固零件、標(biāo)準(zhǔn)件及其它零件等.,11,沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)流程：,四、沖模設(shè)計(jì)與制造的要求,（沖壓）產(chǎn)品設(shè)計(jì),沖壓成形工藝設(shè)計(jì),沖壓模具設(shè)計(jì),沖模制造,沖壓產(chǎn)品生產(chǎn),相互影響,相互關(guān)聯(lián),沖模設(shè)計(jì)與制造流程圖

5、,12,沖壓模具設(shè)計(jì)與制造包括沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)與模具制造三大基本工作。 沖壓工藝設(shè)計(jì)是沖模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)。 沖模設(shè)計(jì)的目的是保證實(shí)現(xiàn)沖壓工藝。 沖模制造則是模具設(shè)計(jì)過程的延續(xù)，目的是使設(shè)計(jì)圖樣，通過原材料的加工和裝配，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂惺褂霉δ芎褪褂脙r(jià)值的模具實(shí)體。,四、沖模設(shè)計(jì)與制造的要求,13,沖模設(shè)計(jì)與制造場景,沖模制造,14,多工位精密級(jí)進(jìn)模,15,沖壓成形產(chǎn)品示例一日常用品,16,第二章 沖裁工藝與沖裁模設(shè)計(jì),第一節(jié) 概述,分類:,沖裁模：,沖裁：,利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。,沖裁所使用的模具叫沖裁模，它是沖裁過程必不可少的工藝裝備。凸、凹模刃口鋒利，間

6、隙小。,普通沖裁、精密沖裁,17,第二節(jié) 沖裁變形過程分析,一、沖裁變形時(shí)板材變形區(qū)受力情況分析,四對(duì)力,沖裁時(shí)作用于板料上的力 1-凸模 2-板材 3-凹模,了解和掌握沖裁變形規(guī)律，有利于沖裁工藝與沖裁模設(shè)計(jì)，控制沖裁件質(zhì)量。,凸、凹模間隙存在，產(chǎn)生彎矩。,18,間隙正常、刃口鋒利情況下，沖裁變形過程可分為三個(gè)階段：,二、沖裁變形過程,1彈性變形階段 變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力小于屈服應(yīng)力 。,2塑性變形階段 變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力大于屈服應(yīng)力。,凸、凹模間隙存在，變形復(fù)雜，并非純塑性剪切變形，還伴隨有彎曲、拉伸，凸、凹模有壓縮等變形。,3斷裂分離階段 變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力大于強(qiáng)度極限。,裂紋首先產(chǎn)生在凹

7、模刃口附近的側(cè)面,凸模刃口附近的側(cè)面,上、下裂紋擴(kuò)展相遇,材料分離,19,沖裁件質(zhì)量：,三、沖裁件質(zhì)量及其影響因素,垂直、光潔、毛刺小,圖紙規(guī)定的公差范圍內(nèi),外形滿足圖紙要求；表面平直，即拱彎小,指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。,20,三、沖裁件質(zhì)量及其影響因素,1、沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素,斷面特征,圓角帶a：,刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長變形。,光亮帶b：,塑性剪切變形。質(zhì)量最好的區(qū)域。,斷裂帶c：,裂紋形成及擴(kuò)展。,毛刺區(qū)d：,間隙存在，裂紋產(chǎn)生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，間隙不正常、刃口不鋒利，還會(huì)加大毛刺。,21,第三章 彎曲工藝與彎曲模設(shè)計(jì),第一節(jié) 概述,彎曲方法：,彎曲模：,

8、將板料、型材、管材或棒料等按設(shè)計(jì)要求彎成一定的角度和一定的曲率，形成所需形狀零件的沖壓工序。,彎曲所使用的模具。,彎曲方法可分為在壓力機(jī)上利用模具進(jìn)行的壓彎以及在專用彎曲設(shè)備上進(jìn)行的折彎、滾彎、拉彎等。,生活中的彎曲件,用模具成形的彎曲件之一、之二,22,V形彎曲是最基本的彎曲變形。,一、彎曲變形過程,1.彎曲變形時(shí)板材變形區(qū)受力情況分析,變形區(qū)主要在彎曲件的圓角部分，板料受力情況如圖所示。,2.彎曲變形過程,自由彎曲,校正彎曲,彈性彎曲,塑性彎曲,彎曲效果：,表現(xiàn)為彎曲半徑和彎曲中心角的變化（減?。?。,23,二、塑性彎曲變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變,窄板（B/t3）：,彎曲后坐標(biāo)網(wǎng)格變化。,寬板（B/

9、t3）：,內(nèi)區(qū)寬度增加，外區(qū)寬度減小，原矩形截面變成了扇形,橫截面幾乎不變，仍為矩形,內(nèi)區(qū) 中性層 外區(qū),24,二、塑性彎曲變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變,應(yīng)力狀態(tài),寬板 （B/t3）,窄板 （B/t3）,長度方向1：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉,厚度方向2：內(nèi)外均受壓應(yīng)力,寬度方向3：內(nèi)外側(cè)壓力均為零,長度方向1：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉,厚度方向2：內(nèi)外均受壓應(yīng)力,寬度方向3：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉,兩向應(yīng)力,三向應(yīng)力,25,相對(duì)彎曲半徑（ r/t）：,三、變形程度及其表示方法,彎曲中心角為,表示板料彎曲變形程度的大小。,26,1中性層的內(nèi)移,四、板料彎曲的變形特點(diǎn),變形區(qū)板料厚度變薄和長度增加,細(xì)而長的板料彎曲后的縱向

10、翹曲與窄板彎曲后的剖面畸變,管材、型材彎曲后的剖面畸變,27,最小彎曲半徑rmin： 在板料不發(fā)生破壞的條件下，所能彎成零件內(nèi)表面的最小圓角半徑。 常用最小相對(duì)彎曲半徑rmin/t表示彎曲時(shí)的成形極限。其值越小越有利于彎曲成形。,五、最小彎曲半徑,1.影響最小彎曲半徑的因素,（）材料的力學(xué)性能,（）材料表面和側(cè)面的質(zhì)量,（）彎曲線的方向,（）彎曲中心角,28,第四章 拉深工藝與拉深模設(shè)計(jì),第一節(jié) 概述,拉深： 又稱拉延，是利用拉深模在壓力機(jī)的壓力作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法。 它是沖壓基本工序之一?？梢约庸ばD(zhuǎn)體零件，還可加工盒形零件及其它形狀復(fù)雜的薄壁零件。,拉深

11、,不變薄拉深,變薄拉深,拉深模：,拉深模特點(diǎn)：,結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質(zhì)量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。,拉深所使用的模具。,29,圓筒形件是最典型的拉深件。,一、拉深變形過程,（二）拉深變形過程及特點(diǎn),1變形現(xiàn)象,（一）拉深成形時(shí)板料的受力分析,平板圓形坯料的凸緣彎曲繞過凹模圓角， 然后拉直形成豎直筒壁。,變形區(qū)凸緣；,已變形區(qū)筒壁；,不變形區(qū)底部。,底部和筒壁為傳力區(qū)。,30,一、拉深變形過程,（二）拉深變形過程及特點(diǎn)（續(xù)）,2金屬的流動(dòng)過程,工藝網(wǎng)格實(shí)驗(yàn),材料轉(zhuǎn)移：高度、厚度發(fā)生變化。,3拉深變形過程,外力,凸緣產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力：徑向拉應(yīng)力1；切向壓應(yīng)力

12、3,凸緣塑性變形：徑向伸長，切向壓縮，形成筒壁,直徑為高度為的圓筒形件（H（D-d）/2）,拉深單元變形動(dòng)畫,31,1.凸緣部分,二、拉深過程中坯料內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài),拉深過程中某一瞬間坯料所處的狀態(tài),應(yīng)力分布圖,2.凹模圓角部分,3.筒壁部分,4.凸模圓角部分,5.筒底部分,坯料各區(qū)的應(yīng)力與應(yīng)變是很不均勻的。,拉深成形后制件壁厚和硬度分布,32,三、拉深件的起皺與拉裂,拉深過程中的質(zhì)量問題：,主要是凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂。,凸緣區(qū)起皺：,傳力區(qū)拉裂：,由于切向壓應(yīng)力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲；,由于拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度引起板料斷裂。,33,1.凸緣變形區(qū)的起皺,主要決定于：,一方面

13、是切向壓應(yīng)力3的大小，越大越容易失穩(wěn)起皺；,另一方面是凸緣區(qū)板料本身的抵抗失穩(wěn)的能力。,凸緣寬度越大，厚度越薄，材料彈性模量和硬化模量越小，抵抗失穩(wěn)能力越小。,最易起皺的位置：,凸緣邊緣區(qū)域,起皺最強(qiáng)烈的時(shí)刻：,在Rt=（0.70.9）R0時(shí),防止起皺：,34,三、拉深件的起皺與拉裂,2.筒壁的拉裂,主要取決于：,一方面是筒壁傳力區(qū)中的拉應(yīng)力；,另一方面是筒壁傳力區(qū)的抗拉強(qiáng)度。,當(dāng)筒壁拉應(yīng)力超過筒壁材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，拉深件就會(huì)在底部圓角與筒壁相切處“危險(xiǎn)斷面”產(chǎn)生破裂。,防止拉裂：,一方面要通過改善材料的力學(xué)性能，提高筒壁抗拉強(qiáng)度；,另一方面通過正確制定拉深工藝和設(shè)計(jì)模具，降低筒壁所受拉應(yīng)力。

14、,35,第五章 其它成形工藝與模具設(shè)計(jì),第一節(jié) 概述,在沖壓生產(chǎn)中，通過板料的局部變形來改變毛坯的形狀和尺寸的沖壓成形工序，統(tǒng)稱為其它沖壓成形工序。 應(yīng)用這些工序可以加工許多復(fù)雜零件。,伸長類成形： 如脹形和圓內(nèi)孔翻孔，成形極限主要受變形區(qū)過大拉應(yīng)力而破裂的限制； 壓縮類成形： 如縮口和外緣翻凸邊，成形極限主要受變形區(qū)過大壓應(yīng)力而失穩(wěn)起皺的限制。,36,當(dāng)坯料外徑與成形直徑的比值/時(shí)，其成形完全依賴于直徑為的圓周以內(nèi)金屬厚度的變薄實(shí)現(xiàn)表面積的增大而成形。,脹形的變形區(qū),一、脹形的變形特點(diǎn),37,起伏成形俗稱局部脹形，可以壓制加強(qiáng)筋、凸包、凹坑、花紋圖案及標(biāo)記等。,1壓加強(qiáng)筋,二、平板坯料的起伏

15、成形,簡單的起伏成形零件，其極限變形程度可按下式近似確定：,若零件的加強(qiáng)筋超過極限變形程度時(shí)，可以采用多次成形的方法,壓制加強(qiáng)筋所需的沖壓力，可用下式近似計(jì)算：,38,空心坯料的脹形:,三、空心坯料的脹形,剛性模具脹形,軟模脹形,軸向壓縮和高壓液體聯(lián)合作用的脹形,俗稱凸肚，它是使材料沿徑向拉伸，將空心工序件或管狀坯料向外擴(kuò)張，脹出所需的凸起曲面，如壺嘴、皮帶輪、波紋管等。,39,三、空心坯料的脹形,2.脹形的變形程度,常用脹形系數(shù)表示,和坯料伸長率,40,三、空心坯料的脹形,3.脹形的坯料尺寸計(jì)算,坯料直徑,坯料長度,式中,變形區(qū)母線長度；,坯料切向拉伸的伸長率； 切邊余量，一般取1020。,

16、41,三、空心坯料的脹形,4.脹形力的計(jì)算,脹形時(shí)，所需的脹形力可按下式計(jì)算：,脹形單位面積壓力可用下式計(jì)算：,脹形變形區(qū)實(shí)際應(yīng)力，近似估算時(shí)取,式中,（材料的抗拉強(qiáng)度）,42,第三節(jié) 翻邊,翻邊： 在模具的作用下，將坯料的孔邊緣或外邊緣沖制成豎立邊的成形方法。,1圓孔翻邊 （）圓孔翻邊的變形特點(diǎn)與變形程度,一、內(nèi)孔翻邊,變形程度,極限翻邊系數(shù),翻邊后豎邊邊緣的厚度，可按下式估算：,43,1圓孔翻邊,一、內(nèi)孔翻邊,（）翻邊的工藝計(jì)算,1）平板坯料翻邊的工藝計(jì)算,預(yù)沖孔直徑d,豎邊高度H,或,極限高度,44,1圓孔翻邊,一、內(nèi)孔翻邊,（）翻邊的工藝計(jì)算,2）先拉深后沖底孔再翻邊的工藝計(jì)算,先拉深

17、后翻邊的高度h,預(yù)制孔直徑,或,翻邊的極限高度,拉深高度,45,1圓孔翻邊,一、內(nèi)孔翻邊,（）翻邊力的計(jì)算,用圓柱形平底凸模翻邊時(shí)，可按下式計(jì)算：,用錐形或球形凸模翻邊的力略小于上式計(jì)算值,46,1圓孔翻邊,一、內(nèi)孔翻邊,（）翻邊模工作部分的設(shè)計(jì),翻邊凹模圓角半徑可取該值等于零件的圓角半徑；,翻邊凸模圓角半徑應(yīng)盡量取大些，以便有利于翻邊變形。,凸、凹模單邊間隙/2（0.750.85）,圓孔翻邊凸模的形狀和主要尺寸,47,1圓孔翻邊,一、內(nèi)孔翻邊,（）翻邊模工作部分的設(shè)計(jì),翻邊凹模圓角半徑可取該值等于零件的圓角半徑；,翻邊凸模圓角半徑應(yīng)盡量取大些，以便有利于翻邊變形。,凸、凹模單邊間隙/2（0.750.85）,圓孔翻邊