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　　冲压工艺及模具设计 课程导论 一、冲压的概念 1.冲压 室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（冲压件）的一种压力加工方法。 2.冲模 将材料加工成所需冲压件的一种工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。 课程导论 问题： 板料冲压和钣金加工的区别 板料成形与挤压、锻造的区别 课程导论 二、冲压技术的发展趋势 （1）冲模设计与制造新需求 一方面为了适用高速、自动、精密、安全等大批量自动化生产的需要，冲模正向高效、精密、长寿命、多工位、多功能方向发展。 另一方面，为适用市场上产品更新换代迅速的要求、各种快速成形方法和简易经济冲模的设计与制造也得到迅速发展。 课程导论 二、冲压技术的发展趋势 （2）模具设计信息化技术 计算机技术、信息技术等先进技术在模具技术中得到广泛的应用。 模具CAD/CAE/CAM 课程导论 二、冲压技术的发展趋势 （3）冲模材料及表面处理技术 冲模材料的发展方向是研制高强韧性冷作模具钢，如65Nb、LD1、LM1、LM2等就是我国研制的性能优良的冲模材料。 课程导论 2.冲压技术的发展趋势 （5）模具的标准化和专业化 模具标准化是组织模具专业化生产的前提，模具专业化生产是提高模具质量、缩短模具制造周期、降低成本的关键（先进国家模具标准化已达到70~80%）。 课程导论 二、冲压技术的发展趋势 （4）冲压设备自动化 高效率、高精度、长寿命的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备与之相匹配；冲压设备朝多功能、数控方向发展；为了提高生产效率和安全生产，应用各种自动化装置、机械手乃至机器人的冲压自动生产线和高速压力机纷纷投入使用。 课程导论 二、冲压技术的发展趋势 （6）板材成形基本原理的研究 冲压工艺、冲模设计与制造方面的发展，需要研究板料冲压工艺性能的研究，冲压成形过程应力应变分析和计算机模拟，板料变形规律的研究，从坯料变形规律出发进行坯料与冲模之间相互作用的研究，在冲压变形条件下的摩擦、润滑机理方面的研究。 课程导论 模具的功能 实现零部件大批量生产的工艺装备 模具的实质 使原材料按照一定的工艺原理、动作成形为所需要的工件，重点在实现某种动作的机构 学习模具应该具备的知识 本课程的内容及要达到的目的 冲压工艺及模具结构知识 课程导论 课程要求： （1）掌握冲压成形的基本原理； （2）掌握冲压工艺过程设计和冲模设计的基本方法； （3）具有设计中等复杂程度冲压件的工艺过程和冲模的能力。 （4）能运用已学知识，分析和创造性地解决生产中常见的产品质量、工艺及模具方面的技术问题； （5）能合理选择冲压设备和设计自动送料和自动出件装置 （6）了解冲压新工艺，新模具及其发展动向。 课程导论 学习方法： 由于冲压工艺及模具设计是一门实践性很强的课程 以金属材料及热处理、金属塑性成型原理等工程技术基础学科为基础，与冲压设备、模具制造工艺学密切相关，因此在学习时注意理论联系实际，认真参加实验、实习、设计等教学过程，注意综合运用基础学科和相关学科的基本知识。 教材及参考书 高等教育十二五规划教材： 1、翁其金，徐新成，冲压工艺及冲模设计，机械工业出版社，2012年4月第2版。 教材及参考书 参考手册 1.?冲模设计手册编写组. 冲模设计手册[M]: 机械工业出版社, 1988. 教材及参考书 参考手册 2.?中国机械工程学会塑性工程学会. 锻压手册: 冲压. 第 2 卷[M]: 机械工业出版社, 2002. 教材及参考书 参考手册 3.?许发越. 模具标准应用手册[M]: 北京: 机械工业出版社, 1994. 教材及参考书 参考手册 4. 杨占尧. 最新模具标准应用手册[M]: 机械工业出版社, 2011. 冲压工艺与原理概述 冲压工艺与原理概述 一、冲压工序的分类 1.根据工艺性质分 ： 分离工序、塑性变形工序 2.根据工序组合程度分：单工序、复合工序、连续工序 分离工序：指坯料在模具刃口作用下，沿一定的轮廓线分离而获得冲件的加工方法。 塑性变形工序：指坯料在模具压力作用下，使坯料产生塑性变形，但不产生分离而获得具有一定形状和尺寸的冲件的加工方法。 习 题： ① 在自己的周围尽可能多地找出冲压制品。 ② 和其他加工方式相比，冲压有哪些优点和缺点？ 冲压工艺与原理概述 二、金属塑性变形 在外力的作用下，金属产生的形状和尺寸变化称为变形，变形分为弹性变形(elastic deformation)与塑性变形(plastic deformation )． 弹性(elasticity)：卸载后变形可以恢复特性，可逆性 塑性(plasticity)：物体产生永久变形的能力，不可逆性 外力破坏原子间原有的平衡状态，造成原子排列的畸变，引起金属形状和尺寸的变化。变形的实质是原子间的距离产生变化。 冲压工艺与原理概述 三、金属的塑性指标与变形抗力 塑性： 金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而不破坏其完整性的能力。常用的塑性指标有延伸率、断面收缩率， 反映变形的能力 变形抗力： 金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为变形抗力。 反映塑性变形的难易程度 冲压工艺与原理概述 三、金属的塑性指标与变形抗力 影响金属的塑性与变形抗力的主要因素 化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响； 变形温度对塑性和变形抗力的影响； 变形速度对塑性和变形抗力的影响； 毛坯的变形都是模具对毛坯施加外力所引起内力或由内力直接作用的结果。 应力就是毛坯内单位面积上作用的力。 变形的结果即变形量，用应变来表述。 思考：变形抗力和塑性与冲压有什么关系？ 冲压工艺与原理概述 三、金属的塑性指标与变形抗力 变形抗力即所有内应力对外表现的结果 变形抗力与变形功相关 塑性为变形量的大小 变形量与工件的形状相关 应力-应变关系 屈服准则 材料进入塑性状态的力学条件。当材料中的某点的应力满足屈服准则，该点就进入塑性状态。 变形总是趋向于流动阻力小的方向 塑性变形时，只有形状的变化，而无体积的变化 冲压工艺与原理概述 四、冲压应力应变状态 单元体的三个主方向都有应力存在，这种应力状态称为三向应力状态，或称空间或立体应力状态，如宽板弯曲变形。 但板料的大多数成形工序，沿材料厚度方向的厚向应力与其他两个垂直方向的主应力(即径向应力与切向应力)比较，相对来说往往很小，可以忽略不计，如拉深、翻孔和胀形变形，这种应力状态称平面应力。 板料变形是体积应变（往往伴随着料厚的变化） 为简化计算，在理论上认为料厚不变（平面应变） 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 屈服极限σs 屈服极限小,材料容易屈服,则变形抗力小. 屈强比σs/σb 屈强比小,说明材料能够承受比较大的变形 总延伸率δ与均匀延伸率δu 拉伸实验中,试样拉断时的伸长率称总伸长率 均匀塑性延伸阶段的延伸率为均匀延伸率δu 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 硬化 材料的强度指标随变形程度的增加而增加,塑性随之降低。 硬化曲线 硬化指数n是表明材料冷变形硬化的重要参数，对板料的冲压性能以及冲压件的质量都有较大的影响。 厚向异性指数r 厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度应变之比 板平面各向异性指数Δr. 指材料在板平面内各向异性程度 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 冲压成形性能: 板料对各种冲压成形加工的适应能力。 抗破裂性和贴模性（成形极限）、定形性（冲压件形状尺寸精度） 拉伸失稳：板料在拉应力作用下局部出现缩颈或断裂； 压缩失稳：板料在压应力作用下出现起皱。 板料在失稳之前可以达到的最大变形程度叫做成形极限。成形极限越高说明板料冲压成形性能越好。 总体成形极限反映板料矢稳前总体尺寸可以达到的最大变形程度．如极限拉深系数、极限胀形高度和极限翻孔系数等。 局部成形极限则反映板料失稳前局部尺寸可以达到的最大变形程度。 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 冲压性能试验及指标 间接试验(力学试验、金属学试验)和直接试验（模拟试验和实物试验）。 胀形成形性能试验 杯突试验(Erichsen 试验)GB4156—84金属杯突试验方法。用20mm球形凸模压入夹紧在凹模与压边圈之间的试样，试样边缘不能向内流动。使试样在凹模内胀成凸包，至凸包破裂时停止试验，并将胀形中当试件出现裂缝时冲头的压入深度称为胀形深度或Erichsen试验深度，简计为Er值 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 成形极限图 板料在不同应变路径下的两个互相垂直方向上局部失稳极限应变δ1和δ2(工程应变即延伸率)或ε1和ε2(真实应变)构成的条带形区域或曲线。 全面反映了板料在单向和双向拉应力作用下的局部成形极限。 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 冲压工艺与原理概述 六、常见冲压材料 汽车用钢板： 08（F、HF、ZF）、08Al、ST14、SPCE 成形性能、刚度和强度、防腐性、连接性能、涂覆性能 低合金高强钢板、高强度超深冲钢（IF）、超深冲烘烤强化钢（BH）和新型涂镀层板（镀锌、铝）和夹层复合板（树脂、碳纤维） 固溶强化、弥散强化型、烘烤硬化型、双相强化型 冲压工艺与原理概述 六、常见冲压材料 16Mn、45、65Mn、Q235 1Cr18Ni9Ti、4Cr13 硅钢 有色金属板 铜（合金）：紫铜、黄铜（含镍、锌、铅）、青铜（铍、硅、锰、铝） 铝（合金）：纯铝、硬铝、一般铝合金 镍、镁、锌 非金属： 纸、橡胶、胶木、塑料 冲压工艺与原理概述 六、常见冲压材料 材料标注及标准 a. 钢板 1.0×750×1500 - B GB/T 709-1988 Q235A ? F GB/T 912-1989 尺寸规格（厚×宽×长） 尺寸精度等级 尺寸规格标准号 普通质量碳钢钢号 炼钢脱氧方法 钢板技术条件标准号 b. 冷轧钢板 1.0×750×1500 - B GB/T 709-1988 08F - II ? Z GB/T 13237-1991 表面质量代号? 拉延级别代号 c. 规格范围：（厚×宽×长） a. 热轧钢板：(2.0～6.0) ×(600～1500) ×(1200～6000) b. 冷轧钢板：(0.5～4.0) ×(600～2000) ×(1200～2300) 钢板可直接轧制或用大于600mm的宽钢带剪切而成；钢板、钢带 冲压模具与设备概述 一、认识冲压模具 请观看视频 三维模具结构认识 模具识图 二维模具图认识 思考：模具设计要设计哪些东西？ 冲压模具与设备概述 冲压模具与设备概述 冲压模具与设备概述 冲压模具与设备概述 冲压模具与设备概述 冲压模具与设备概述 冲压模具与设备概述 冲压模具与设备概述 冲压模具与设备概述 二、模具工作要求 冲压力 变形抗力的总和 模具须安装在压力机上使用 ·压力机给模具提供运动及冲压力 模具必须和压力机在各方面进行匹配 力能、行程、尺寸等 请观看装模视频 冲压模具与设备概述 三、冲压设备与模具的匹配 机械压力机、液压机 单动、双动 开式、闭式 冲压模具与设备概述 冲压模具与设备概述 三、冲压设备与模具的匹配 (一)选择压力机的类型 中小型冲裁件，弯曲件或浅拉深件多选用开式压力机。 对大中型或精度较高的冲压件，应采用闭式及多点压力机。 对校平、校正弯曲、整形等冲压工艺，应选用具有较高强度和刚性的压力机。 1．公称压力及公称压力行程 冲裁、校正弯曲，＜(0.8-0.9)公称压力； 深拉深时，＜(0.5-0.6)公称压力。 浅拉深时，＜(0.7-0.8)公称压力。 冲压模具与设备概述 冲压模具与设备概述 三、冲压设备与模具的匹配 2．最大封闭高度及封闭高度调节量 压机装模高度可调节，模具高度要小于最大封闭高度 3．滑块行程、行程次数及打料、顶料行程（力） 滑块行程为制件高度的2.5倍，便于取料 4．压力机台面、台孔尺寸及安装方式 模具在工作台上安装固定、漏料或顶件装置所需尺寸 5．压力机功率的核算 根据力能曲线校核 冲压模具与设备概述 四、小结 冲压工艺与原理概述 四、冲压应力应变状态 冲压工艺与原理概述 五、板材的塑性指标 屈服极限σs 屈服极限小,材料容易屈服,则变形抗力小. 屈强比σs/σb 屈强比小,说明材料能够承受比较大的变形 总延伸率δ与均匀延伸率δu 拉伸实验中,试样拉断时的伸长率称总伸长率 均匀塑性延伸阶段的延伸率为均匀延伸率δu 材料科学与工程学院 张春 课程导论 二、冲压技术的发展趋势 （5）板材成形新工艺 冲压新工艺是冲压技术发展的重要趋势。 先进工艺有：精密冲压、柔性模（软模）成形、超塑性成形、无模多点成形、爆炸和电磁等高能成形、高效精密冲压技术以及复动成形技术等。 冲压工艺与原理概述 三、金属的塑性指标与变形抗力 屈雷斯加(H·Tresca)屈服准则 任意应力状态下只要最大剪应力达到某临界值后材料就开始屈服,只考虑最大剪应力的作用(也即在三个主应力中忽略了中间主应力的作用) 密席斯(Von Mises)屈服准则 当某点的等效应力达到某一临界值时，材料就开始屈服 冲压工艺与原理概述 三、金属的塑性指标与变形抗力 冲压工艺与原理概述 三、金属的塑性指标与变形抗力 冲压工艺与原理概述 三、金属的塑性指标与变形抗力