1、模具设计与制造第第1 1篇篇 冲压成形工艺冲压成形工艺及冲压模及冲压模第第1 1章章 冲压成形概述冲压成形概述1.1 1.1 冲压成形特点与分类冲压成形特点与分类1.2 1.2 冲压成形的基本理论冲压成形的基本理论1.3 1.3 冲压常用材料冲压常用材料1.4 1.4 冲压设备冲压设备 本章教学目的及要求本章教学目的及要求 1 1）了解冲压成形特点，熟悉冲压工艺分类。）了解冲压成形特点，熟悉冲压工艺分类。2 2）了解冲压成形的基本理论及基本概念。）了解冲压成形的基本理论及基本概念。3 3）了解冲压常用材料的基本要求及材料种类。）了解冲压常用材料的基本要求及材料种类。4 4）了解冲压常用设备的工
2、作原理、结构组成及主要技术参数。）了解冲压常用设备的工作原理、结构组成及主要技术参数。1.1 1.1 冲压成形特点与分类冲压成形特点与分类1.1.1 1.1.1 冲压成形特点冲压成形特点冲压成形是指在压力机上通过模具冲压成形是指在压力机上通过模具对金属（或非金属）板料加压，使对金属（或非金属）板料加压，使其产生分离或塑性变形，从而得到其产生分离或塑性变形，从而得到具有一定形状、尺寸和性能要求的具有一定形状、尺寸和性能要求的零件的加工方法零件的加工方法 冲压特点：冲压特点：（1 1）可以获得其他加工方法不能或难以加工的形状复杂的）可以获得其他加工方法不能或难以加工的形状复杂的零件，如汽车覆盖件等
3、。零件，如汽车覆盖件等。（2 2）由于尺寸精度主要由模具来保证，所以加工出的零件）由于尺寸精度主要由模具来保证，所以加工出的零件质量稳定，一致性好，质量稳定，一致性好， 具有具有“一模一样一模一样”的特征。的特征。（3 3）材料利用率高，属于少、无切屑加工。）材料利用率高，属于少、无切屑加工。（4 4）可以利用金属材料的塑性变形提高工件的强度、刚度。）可以利用金属材料的塑性变形提高工件的强度、刚度。（5 5）生产率高、操作简便，易于实现自动化。）生产率高、操作简便，易于实现自动化。（6 6）模具使用寿命长，生产成本低。）模具使用寿命长，生产成本低。1.1.2 1.1.2 冲压工序分类冲压工序分
4、类（1 1）分离工序）分离工序 被加工材料在外力作用下因剪切而发生分被加工材料在外力作用下因剪切而发生分离，从而形成具有一定形状和尺寸的零件，如剪裁、冲孔、落离，从而形成具有一定形状和尺寸的零件，如剪裁、冲孔、落料、切边等。料、切边等。（2 2）成形工序）成形工序 被加工材料在外力作用下，发生塑性变形，被加工材料在外力作用下，发生塑性变形，从而得到具有一定形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深、翻边等。从而得到具有一定形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深、翻边等。1.2 1.2 冲压成形的基本理论冲压成形的基本理论1.2.1 1.2.1 塑性、塑性变形与塑性条件塑性、塑性变形与塑性条件1 1塑性塑性 塑性是
5、指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完塑性是指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。整性的能力。 2 2影响塑性变形的主要因素影响塑性变形的主要因素（1 1）金属的成分和组织结构）金属的成分和组织结构（2 2）变形温度）变形温度（3 3）应力状态）应力状态3 3塑性条件塑性条件 屈服准则：屈服准则：“当某点的等效应力达到某一临界值时，材料就开始屈服当某点的等效应力达到某一临界值时，材料就开始屈服” ” si213232221)()()(21简化式为：简化式为： 1.2.2 1.2.2 真实应力真实应力应变曲线应变曲线1 1加工硬化加工硬化 金属变形过程中随着塑性变形程
6、度的增加，其变形抗力（金属变形过程中随着塑性变形程度的增加，其变形抗力（即每一瞬间的屈服强度）即每一瞬间的屈服强度） 增加，硬度提高，而塑性和增加，硬度提高，而塑性和塑性指标（塑性指标（、）降低，这种现象称为加工硬化。）降低，这种现象称为加工硬化。 s2 2真实应力、真实应变的概念真实应力、真实应变的概念 真实应力：瞬间的载荷与该瞬间试棒的截面积之比真实应力：瞬间的载荷与该瞬间试棒的截面积之比3 3真实应力真实应力 应变曲线应变曲线 1.3 1.3 冲压常用材料冲压常用材料1.3.1 1.3.1 冲压常用材料的基本要求冲压常用材料的基本要求（1 1）冲压件的功能要求）冲压件的功能要求（2 2）
7、冲压工艺的要求）冲压工艺的要求 冲压成形性能：是指所冲板料对冲压加工的适应能力。冲压成形性能：是指所冲板料对冲压加工的适应能力。 （1 1）抗破裂性是指金属薄板在冲压成形过程中抵抗破裂的能力）抗破裂性是指金属薄板在冲压成形过程中抵抗破裂的能力 （2 2）贴模性是指金属薄板在冲压成形加载过程中获得模具形状）贴模性是指金属薄板在冲压成形加载过程中获得模具形状和尺寸且不产生皱纹等板面几何缺陷的能力。和尺寸且不产生皱纹等板面几何缺陷的能力。 （3）定形性是指冲压成形制件脱模后抵抗回弹，保持）定形性是指冲压成形制件脱模后抵抗回弹，保持其在模内既得形状和尺寸的能力。其在模内既得形状和尺寸的能力。 冲压成形
8、性能的好坏可以通过板料的力学性能指标进行衡量冲压成形性能的好坏可以通过板料的力学性能指标进行衡量拉伸试验拉伸试验 （1 1）屈服强度）屈服强度 s（2 2）屈强比）屈强比 bs/（3 3）延伸率）延伸率 （4 4）硬化指数）硬化指数n n和弹性模数和弹性模数E E（5 5）塑性应变比）塑性应变比（6 6）塑性应变比各向异性系数）塑性应变比各向异性系数 力学性能指标：力学性能指标： 凸耳的形成 1.3.2 1.3.2 冲压常用材料冲压常用材料常用的黑色金属材料有：常用的黑色金属材料有：（1 1）普通碳素钢钢板）普通碳素钢钢板 如如 Q195Q195、Q235Q235等。等。（2 2）优质碳素结构
9、钢钢板）优质碳素结构钢钢板 如如 0808、08F08F、1010、2020等。等。（3 3）低合金结构钢板）低合金结构钢板 如如 Q345Q345（16Mn16Mn）、）、Q295Q295（09Mn209Mn2）等。）等。（4 4）电工硅钢板）电工硅钢板 如如 DR510-50DR510-50等。等。（5 5）不锈钢板）不锈钢板 如如 1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、1Cr131Cr13等。等。常用的有色金属有：铜及铜合金；铝及铝合金。常用的有色金属有：铜及铜合金；铝及铝合金。此外还有镁锰合金板、锡磷青铜板、钛合金板及镍铜合金板等。此外还有镁锰合金板、锡磷青铜板、钛合金板及镍铜合金
10、板等。冲压用材料最常用的是金属板料，大量生产可采用专门规冲压用材料最常用的是金属板料，大量生产可采用专门规格的卷料，特殊情况可采用块料，它适用于单件小批生产格的卷料，特殊情况可采用块料，它适用于单件小批生产和价值昂贵的有色金属的冲压。和价值昂贵的有色金属的冲压。a a）钢板）钢板 b b）卷料）卷料1.4 1.4 冲压设备冲压设备 冲压设备的种类很多，其分类的方法也很多：冲压设备的种类很多，其分类的方法也很多：按驱动滑块力的种类可分为：机械的、液压的、气动的等；按驱动滑块力的种类可分为：机械的、液压的、气动的等；按滑块个数可分为单动、双动、三动等；按滑块个数可分为单动、双动、三动等；按驱动滑块
11、机构的种类又可分为曲柄式、肘杆式、摩擦式；按驱动滑块机构的种类又可分为曲柄式、肘杆式、摩擦式；按机身结构形式可分为开式、闭式等。按机身结构形式可分为开式、闭式等。1.4.1 1.4.1 曲柄压力机曲柄压力机1 1曲柄压力机的结构及工作原理曲柄压力机的结构及工作原理 （1 1）工作机构）工作机构 工作机构主要由曲轴、连杆和滑块组成。工作机构主要由曲轴、连杆和滑块组成。 （2 2）传动系统）传动系统 （3 3）操作系统）操作系统 （4 4）支承部件）支承部件 2 2曲柄压力机的型号曲柄压力机的型号 3 3曲柄压力机的技术参数曲柄压力机的技术参数 （1 1）公称压力（）公称压力（kNkN） （2 2
12、）滑块行程）滑块行程 （3 3）滑块行程次数）滑块行程次数（4 4）压力机最大装模高度）压力机最大装模高度HmaxHmax（5 5）工作台尺寸和滑块底面尺寸）工作台尺寸和滑块底面尺寸（6 6）模柄孔尺寸）模柄孔尺寸1.4.2 1.4.2 液压机液压机 1 1液压机的结构及工作过程液压机的结构及工作过程 液压机是根据帕斯液压机是根据帕斯卡原理制成的，它卡原理制成的，它利用液体压力来传利用液体压力来传递能量递能量 11充液罐充液罐 22上梁上梁 33主缸及活塞主缸及活塞 44活动横梁活动横梁 55立柱立柱 66下梁下梁 77顶出缸顶出缸2 2液压机型号的表示方法液压机型号的表示方法 3 3液压机的
13、技术参数液压机的技术参数 （1 1）公称压力（公称吨位）公称压力（公称吨位）（2 2）最大净空距（开口高度）最大净空距（开口高度）（3 3）最大行程）最大行程（4 4）工作台尺寸（长）工作台尺寸（长宽）宽）（5 5）回程力）回程力（6 6）活动横梁运动速度（滑块速度）活动横梁运动速度（滑块速度（7 7）允许最大偏心距）允许最大偏心距（8 8）顶出器公称压力及行程）顶出器公称压力及行程2.1 2.1 冲裁工艺及冲裁件的工艺性冲裁工艺及冲裁件的工艺性2.2 2.2 冲裁件工艺分析及计算冲裁件工艺分析及计算2.3 2.3 冲裁模的典型结构冲裁模的典型结构2.4 2.4 冲裁模设计冲裁模设计2.5 2
14、.5 冲裁模设计实训冲裁模设计实训 第第2 2章章 冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺与冲裁模 本章教学目的及要求本章教学目的及要求 1 1）掌握冲裁的概念。）掌握冲裁的概念。2 2）熟悉冲裁件的工艺要求。）熟悉冲裁件的工艺要求。3 3）了解冲裁变形过程，熟悉冲裁件的断面特征。）了解冲裁变形过程，熟悉冲裁件的断面特征。4 4）掌握排样设计方法、冲裁模模具刃口尺寸的计算方法。）掌握排样设计方法、冲裁模模具刃口尺寸的计算方法。5 5）掌握冲裁工艺力的计算方法，了解冲裁设备的选用方法。）掌握冲裁工艺力的计算方法，了解冲裁设备的选用方法。6 6）掌握冲裁模的分类及结构组成，熟悉典型冲裁模的结构及）掌握冲裁模的分
15、类及结构组成，熟悉典型冲裁模的结构及 工作原理。工作原理。7 7）掌握冲裁模各组成零件的设计方法。）掌握冲裁模各组成零件的设计方法。冲裁结束的标志：凸模穿过板料进入凹模冲裁结束的标志：凸模穿过板料进入凹模2.1.1 2.1.1 冲裁工艺概述冲裁工艺概述 2.1 2.1 冲裁工艺及冲裁件的工艺性冲裁工艺及冲裁件的工艺性规则形状规则形状不规则形状不规则形状封闭轮廓封闭轮廓不封闭轮廓不封闭轮廓冲裁就是利用模具使板料沿冲裁就是利用模具使板料沿一定的轮廓形状一定的轮廓形状产生分离的冲压工艺。产生分离的冲压工艺。简单地说简单地说冲裁就是利用模具使板料产生分离的过程。冲裁就是利用模具使板料产生分离的过程。冲
16、裁的概念冲裁的概念主要基本冲裁工序：落料和冲孔主要基本冲裁工序：落料和冲孔落料与冲孔均是利用模具使板料的一部分与另一部分沿落料与冲孔均是利用模具使板料的一部分与另一部分沿一一封闭封闭的轮廓线的轮廓线相分离，若分离的目的是得到封闭轮廓线以内的部分相分离，若分离的目的是得到封闭轮廓线以内的部分则为落料，反之为冲孔。则为落料，反之为冲孔。落料落料冲孔冲孔冲裁用的模具叫冲裁模冲裁用的模具叫冲裁模冲裁模特点：冲裁模特点：凸、凹模之间有间隙。凸、凹模之间有间隙。刃口锋利。刃口锋利。根据冲裁变形机理的不同，冲裁可分为：根据冲裁变形机理的不同，冲裁可分为：普通冲裁普通冲裁精密冲裁精密冲裁冲裁分类冲裁分类 冲裁
17、件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。是从产品设计角度提出的要求。是从产品设计角度提出的要求。 冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。 冲裁件的工艺性由其结构形状、精度要求、形位公差和技冲裁件的工艺性由其结构形状、精度要求、形位公差和技术要求等方面决定。术要求等方面决定。 2.1.2 2.1.2 冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性1.1.冲裁件的结构工艺冲裁件的结构工艺性性（1 1）冲裁件的结构尽可能简单
18、、对称，尽可能有利于材料）冲裁件的结构尽可能简单、对称，尽可能有利于材料 的合理利用。的合理利用。对比两种对比两种结构结构（2 2）冲裁件的外形和内孔应避免尖锐的清角，宜有适当的）冲裁件的外形和内孔应避免尖锐的清角，宜有适当的 圆角。圆角。tR5 . 0（3 3）冲裁件上应避免窄长的悬臂和凹槽。一般凸出）冲裁件上应避免窄长的悬臂和凹槽。一般凸出 和凹入部分的宽度和凹入部分的宽度B B 应大于或等于板厚应大于或等于板厚t t 的的1.5 1.5 倍，即倍，即B1.5 tB1.5 t。 （4 4）孔边距、孔间距）孔边距、孔间距 应大于或等于板厚应大于或等于板厚t t 的的1.5 1.5 倍。倍。（
19、5 5）在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持）在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持 一定距离。一定距离。（6 6）冲孔时，孔的尺寸不应太小。）冲孔时，孔的尺寸不应太小。2.2.冲裁件的尺寸精度冲裁件的尺寸精度共分为共分为11级，用符号级，用符号ST表示，从表示，从ST1到到ST11逐级降低逐级降低 。普通冲裁件公差等级选用普通冲裁件公差等级选用3.冲裁件的断面粗糙度冲裁件的断面粗糙度 2.2.1 2.2.1 冲裁变形过程冲裁变形过程2.2 2.2 冲裁工艺分析及计算冲裁工艺分析及计算1.弹性变形阶段弹性变形阶段2.塑性变形阶段塑性变形阶段3.断裂分离阶段断裂分离阶段模具间隙
20、合适时，冲裁变形过程可分为：模具间隙合适时，冲裁变形过程可分为：冲头刚接触板料的初始阶段，发生弹性变形。冲头刚接触板料的初始阶段，发生弹性变形。 1.1.弹性变形阶段弹性变形阶段初始塌角（圆角）初始塌角（圆角） 材料翘曲材料翘曲 内部应力满足塑性变形条件内部应力满足塑性变形条件2.2.塑性变形阶段塑性变形阶段更大的塌角更大的塌角塑性剪切塑性剪切光亮带光亮带内部应力达到极限内部应力达到极限刃口附近出现微裂纹刃口附近出现微裂纹冲头继续下行，压力增大，微裂纹扩展。间隙合适，上下裂冲头继续下行，压力增大，微裂纹扩展。间隙合适，上下裂 纹重合，板料断裂分离。纹重合，板料断裂分离。3.3.断裂分离阶段断裂
21、分离阶段产生粗糙而带有产生粗糙而带有 锥度的断裂带锥度的断裂带 毛刺形成毛刺形成重要结论：重要结论：(不考虑弹性回复）不考虑弹性回复）落料件尺寸落料件尺寸= = 凹模刃口尺寸凹模刃口尺寸冲孔件尺寸冲孔件尺寸= = 凸模刃口尺寸凸模刃口尺寸2.2.2 2.2.2 冲裁件的断面特征冲裁件的断面特征塌角带塌角带a： 刃口附近的材料产生弯曲和拉伸变形。刃口附近的材料产生弯曲和拉伸变形。光亮带光亮带b： 塑性剪切变形。质量最好的区域。塑性剪切变形。质量最好的区域。断裂带断裂带c：裂纹形成及扩展。裂纹形成及扩展。毛毛 刺刺d： 间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可
22、避免。正常间隙下，冲裁件断面由四个部分组成：正常间隙下，冲裁件断面由四个部分组成：圆角带开始圆角带开始于第一阶段于第一阶段，在第二阶，在第二阶段变大段变大光亮带形成光亮带形成于第二阶段于第二阶段断裂带形成断裂带形成于第三阶段于第三阶段毛刺开始于第毛刺开始于第二阶段，形成二阶段，形成于第三阶段于第三阶段1.冲裁件的断面特征冲裁件的断面特征质量最好的部分：光亮带质量最好的部分：光亮带裂纹不对刃尖，而是在凸、凹模侧面稍上一点的位置裂纹不对刃尖，而是在凸、凹模侧面稍上一点的位置2.2.影响冲裁件断面质量的因素影响冲裁件断面质量的因素( () )材料性能的影响材料性能的影响( () )模具间隙的影响模具
23、间隙的影响间隙过小，出现二次间隙过小，出现二次剪裂，产生第二剪裂，产生第二光亮带光亮带间隙过大，断面质量最差间隙过大，断面质量最差间隙合适，上下裂纹重合，断面质量好间隙合适，上下裂纹重合，断面质量好间隙偏小，断面质量较好间隙偏小，断面质量较好间隙偏大，断面质量下降间隙偏大，断面质量下降2.2.3 2.2.3 排样设计排样设计 排样排样冲裁件冲裁件在板料或条料上的布置方法。在板料或条料上的布置方法。 排样方案是模具结构设计的依据之一。排样方案是模具结构设计的依据之一。在大批量生产中，原材料的成本占产品成本的在大批量生产中，原材料的成本占产品成本的 60% 60%以上以上 合理的排样：合理的排样：
24、提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量 及提高模具寿命。及提高模具寿命。1.1.排样的分类排样的分类2.2.排样的形式排样的形式搭边：排样时，工件与工件之间，搭边：排样时，工件与工件之间， 工件与条（板）料边缘工件与条（板）料边缘 之间的工艺余料。有搭边和侧搭边之分。之间的工艺余料。有搭边和侧搭边之分。3 3搭边搭边用于定位；用于定位；补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；提高模具寿命。提高模具寿命。搭边的作用搭边的作用搭边
25、值的确定搭边值的确定确定原则：满足作用的前提下取最小值，具体的可确定原则：满足作用的前提下取最小值，具体的可查阅相关的设计资料，如书中表查阅相关的设计资料，如书中表3-33-3（1）材料的力学性能）材料的力学性能 硬材料的搭边值可小一些；软材料、硬材料的搭边值可小一些；软材料、 脆材料的搭边值要大一些。脆材料的搭边值要大一些。（2）材料厚度）材料厚度 材料越厚，搭边值也越大。材料越厚，搭边值也越大。 （3）冲裁件的形状与尺寸）冲裁件的形状与尺寸 零件外形越复杂，圆角半径零件外形越复杂，圆角半径 越小，搭边值取大些。越小，搭边值取大些。（4）送料及挡料方式）送料及挡料方式 用手工送料，有侧压装置
26、的搭边值用手工送料，有侧压装置的搭边值 可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。（5）卸料方式）卸料方式 弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。 4.4.送料步距送料步距 步距是指模具每冲裁一次，条料在模具上前进的距离。步距是指模具每冲裁一次，条料在模具上前进的距离。 当单个步距内只冲裁一个零件时，送料步距的大小等于条当单个步距内只冲裁一个零件时，送料步距的大小等于条料上两个零件对应点之间的距离料上两个零件对应点之间的距离 S S= =L L+ +a a1 1 5.5.条料宽度条料宽度B B02aDB6.6.
27、板料规格及裁板方式板料规格及裁板方式分别计算分别计算纵、纵、横横, 比较取大者比较取大者,实际生产中还需考虑生产效率和操作方便等。实际生产中还需考虑生产效率和操作方便等。可纵裁可纵裁 , 亦可横裁亦可横裁轧制方向轧制方向7.7.材料利用率材料利用率材料利用率材料利用率是指零件的实际面积与所用材料面积的百分比。是指零件的实际面积与所用材料面积的百分比。 一个步距内的材料利用率一个步距内的材料利用率%100BSA8.8.排样图排样图一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸、步距一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸、步距S、工件间搭边工件间搭边和侧搭边。排样图通常画在总装配图右上角和侧搭边。排样图通常画在总
28、装配图右上角 。1 1冲裁间隙冲裁间隙 冲裁模具间隙是指冲裁模具中凹模与凸模刃口侧壁之间的距冲裁模具间隙是指冲裁模具中凹模与凸模刃口侧壁之间的距离，用符号离，用符号c表示，是指单面间隙表示，是指单面间隙 。（。（GB/T16743-2010） 2.2.4 2.2.4 冲裁工艺计算冲裁工艺计算（1 1）间隙对冲裁过程的影响）间隙对冲裁过程的影响1）间隙）间隙C对冲裁件质量的影响对冲裁件质量的影响 适当降低间隙值，可有效提高冲裁件的断面质量。适当降低间隙值，可有效提高冲裁件的断面质量。2）间隙）间隙C对冲裁工艺力的影响对冲裁工艺力的影响 C增大增大 ，冲裁力，冲裁力F 冲冲有一定程度降低。有一定程
29、度降低。 C增大，增大，F卸卸、 F推推 、 F顶顶减小，则总的冲压力下降。减小，则总的冲压力下降。 反之，反之， C 减小时，各冲裁工艺力都会增加，则总冲压力增加。减小时，各冲裁工艺力都会增加，则总冲压力增加。 3）间隙）间隙C对模具寿命的影响对模具寿命的影响 C C 增大增大时时，由于冲裁工，由于冲裁工艺艺力均力均减减小，使得模具的磨小，使得模具的磨损减损减小，凹小，凹模模 刃口刃口涨涨裂裂减减小，因此小，因此寿寿命提高。反之命提高。反之寿寿命命缩缩短。短。 （2）合理冲裁间隙的确定）合理冲裁间隙的确定查表确定法查表确定法 金属板料冲裁间隙值（金属板料冲裁间隙值（GB/T16743-201
30、0GB/T16743-2010） 2.2.冲裁模刃口尺寸设计冲裁模刃口尺寸设计 （1 1）凸、凹模刃口尺寸的计算原则）凸、凹模刃口尺寸的计算原则）落料时，选凹模作基准，首先设计凹模刃口尺寸，凹模刃口尺寸等于或）落料时，选凹模作基准，首先设计凹模刃口尺寸，凹模刃口尺寸等于或接近于工件的最小极限尺寸，以保证模具磨损到一定范围内磨损后，仍能接近于工件的最小极限尺寸，以保证模具磨损到一定范围内磨损后，仍能冲出合格零件。凸模刃口尺寸则按凹模刃口尺寸减去最小间隙值确定。冲出合格零件。凸模刃口尺寸则按凹模刃口尺寸减去最小间隙值确定。 2 2）冲孔时，选凸模作基准，首先设计凸模刃口尺寸，凸模刃口尺寸等于或）冲
31、孔时，选凸模作基准，首先设计凸模刃口尺寸，凸模刃口尺寸等于或接近于工件的最大极限尺寸，以保证模具磨损到一定范围内磨损后，仍能接近于工件的最大极限尺寸，以保证模具磨损到一定范围内磨损后，仍能冲出合格零件。凹模刃口尺寸则按凸模刃口尺寸加上最小间隙值确定。冲出合格零件。凹模刃口尺寸则按凸模刃口尺寸加上最小间隙值确定。 间隙通过增大凹模刃口尺寸得到。间隙通过增大凹模刃口尺寸得到。 3 3）凹模和凸模制造公差主要与冲裁件的精度和形状有关。模具制造精度一）凹模和凸模制造公差主要与冲裁件的精度和形状有关。模具制造精度一般为般为IT6IT6级左右。为了使新模具间隙不小于最小合理间隙，一般凹模标注级左右。为了使
32、新模具间隙不小于最小合理间隙，一般凹模标注成成+ +d d，凸模公差标成，凸模公差标成pp。1 1）互换加工法凸、凹模刃口尺寸计算互换加工法凸、凹模刃口尺寸计算 磨损系数磨损系数x x值值表2.12 磨损系数x材料厚材料厚度度t/mm非圆形工件非圆形工件x值值圆形工件圆形工件x值值10.750.50.750.5工工 件件 公公 差差 /mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.5040.300.310.590.60r+2thr+2t （3 3）弯曲件孔边距离。弯曲直角时，）弯曲件孔边距离。弯曲直角时
33、， lmin=r+2t （4 4）压弯处宽度。为保证弯曲变形区截面宽度方向上的精）压弯处宽度。为保证弯曲变形区截面宽度方向上的精度，可预先在变形区切出工艺槽度，可预先在变形区切出工艺槽 3.对弯曲件的精度要求对弯曲件的精度要求弯曲件的尺寸公差须符合弯曲件的尺寸公差须符合GB/T13914-2002，角度公差符合角度公差符合GB/T13915-2002，未注形位公差符合未注形位公差符合GB/T13916-2002，未注形位公差尺寸的极限偏差符合未注形位公差尺寸的极限偏差符合GB/T15055-2007 4.对弯曲件的材料要求对弯曲件的材料要求 弯曲件的材料要具有良好的塑性，较小的屈强比，弯曲件的
34、材料要具有良好的塑性，较小的屈强比，较大的弹性模量较大的弹性模量 5.对尺寸标注的要求对尺寸标注的要求3.2.1 3.2.1 弯曲变形过程弯曲变形过程 3.2 3.2 弯曲工艺设计及计算弯曲工艺设计及计算l0l1l2lr0r1r2ra）自由弯曲）自由弯曲 b）校正弯曲）校正弯曲两种弯曲方式两种弯曲方式 a1b1弯曲后弯曲后弯曲前弯曲前3.2.23.2.2弯曲变形分析弯曲变形分析宽板弯曲宽板弯曲窄板弯曲窄板弯曲弯曲毛坯的横截面变化情况弯曲毛坯的横截面变化情况弯曲变形区的变形特点弯曲变形区的变形特点工件分成了直边和圆角两个部分，变形主要发生在圆角部分，圆角是弯工件分成了直边和圆角两个部分，变形主要
35、发生在圆角部分，圆角是弯曲变形的主要变形区。曲变形的主要变形区。变形区变形不均匀：外区切向受拉伸长；内区切向受压缩短，出现应变变形区变形不均匀：外区切向受拉伸长；内区切向受压缩短，出现应变中性层中性层变形前后长度不发生变化的金属层。变形前后长度不发生变化的金属层。变形区厚度变薄，变形区厚度变薄，t/tt/t1 1，变薄程度与，变薄程度与r r 的大小有关。的大小有关。横截面的变化：宽板不变，窄板内区变宽、外区变窄。横截面的变化：宽板不变，窄板内区变宽、外区变窄。1. 弯裂弯裂3.2.3 3.2.3 弯裂、偏移与回弹弯裂、偏移与回弹 弯裂是指弯曲变形区外层材料产生裂纹的现象。产生弯裂的弯裂是指弯
36、曲变形区外层材料产生裂纹的现象。产生弯裂的主要原因是弯曲变形程度超出被弯材料的成形极限。因此主要原因是弯曲变形程度超出被弯材料的成形极限。因此只要限制每次弯曲时的变形程度，就可以避免弯裂。只要限制每次弯曲时的变形程度，就可以避免弯裂。弯曲变形程度弯曲变形程度 r/t越小，弯曲变形程度越大，有一最小相对弯曲半径越小，弯曲变形程度越大，有一最小相对弯曲半径rmin/trmin/t保证弯曲变形区外层纤维不产生弯裂时所允许的最小保证弯曲变形区外层纤维不产生弯裂时所允许的最小相对弯曲半径。相对弯曲半径。r/tr/t表示表示弯弯曲曲变变形程度大小。形程度大小。2.2.偏移偏移 偏移偏移是指弯曲过程中板料毛
37、坯在模具中发生移动的现象。是指弯曲过程中板料毛坯在模具中发生移动的现象。 偏移的结果使弯曲件两直边的长度不符合图纸要求，因此必偏移的结果使弯曲件两直边的长度不符合图纸要求，因此必须消除偏移现象。须消除偏移现象。 产生偏移的主要原因：产生偏移的主要原因： （1 1）弯曲件坯料形状左右不对称）弯曲件坯料形状左右不对称（2 2）坯料定位不稳定，压料效果不理）坯料定位不稳定，压料效果不理（3 3）模具结构左右不对称。）模具结构左右不对称。控制偏移的主要措施：控制偏移的主要措施： 1）选择可靠的定位和压料方式，采用合适的模具结构选择可靠的定位和压料方式，采用合适的模具结构 2）对于小型不对称的弯曲件采用
38、成对弯曲再剖切的工艺）对于小型不对称的弯曲件采用成对弯曲再剖切的工艺 3.3.回弹回弹 当弯曲件从模具中取出时，其形状和尺寸变得与模具不一致当弯曲件从模具中取出时，其形状和尺寸变得与模具不一致的现象叫的现象叫弯曲回弹，简称回弹或弹复或回跳弯曲回弹，简称回弹或弹复或回跳。回弹的原因是塑性弯曲时的总变回弹的原因是塑性弯曲时的总变形是由塑性变形和弹性变形两部形是由塑性变形和弹性变形两部分组成，当外载荷去除后，塑性分组成，当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完变形保留下来，而弹性变形会完全消失。全消失。回弹的大小通常用角度回弹的大小通常用角度回弹量回弹量 和曲率回弹量和曲率回弹量 来来表示表
39、示 1.1.影响回弹的主要因素：影响回弹的主要因素：) )材料的力学性能材料的力学性能: :屈服极限越大、硬化指数越高，回弹量越大；屈服极限越大、硬化指数越高，回弹量越大； 弹性模量越大，回弹越小。弹性模量越大，回弹越小。) )相对弯曲半径越大，回弹越大。相对弯曲半径越大，回弹越大。3)3)模具间隙模具间隙 U U形弯曲模的凸、凹模单边间隙形弯曲模的凸、凹模单边间隙c c对对 影响很大，影响很大，间隙越大，则间隙越大，则 也越大；也越大；cct t时，甚至可能使时，甚至可能使 为负值。为负值。 4)4)弯曲方式弯曲方式 ：校正弯曲的回弹比自由弯曲时大为减小。校正弯曲的回弹比自由弯曲时大为减小。
40、5)5)工件形状：工件形状： 形状越复杂、一次弯曲的角度越多，回弹越小。形状越复杂、一次弯曲的角度越多，回弹越小。1）补偿法）补偿法 即预先估算或试验出工件弯曲后的回弹量，在设计即预先估算或试验出工件弯曲后的回弹量，在设计 模具时，使弯曲工件的变形超过原设计的变形，工件回弹模具时，使弯曲工件的变形超过原设计的变形，工件回弹 后得到所需要的形状。后得到所需要的形状。 2.2.减少回弹的措施减少回弹的措施校正法是在模具结构上采取措施，让校正压力集中在弯角处，校正法是在模具结构上采取措施，让校正压力集中在弯角处，使其产生一定塑性变形，克服回弹。使其产生一定塑性变形，克服回弹。 （2 2）校正法）校正
41、法 1. 应变中性层的位置应变中性层的位置应变中性层应变中性层是指弯曲变形前后长度保持不变的金属层。是指弯曲变形前后长度保持不变的金属层。 或弯曲变形区切向应变为零的金属层。或弯曲变形区切向应变为零的金属层。3.2.43.2.4弯曲件展开长度计算弯曲件展开长度计算 = =r r + +x tx t 4 4）根据各中性）根据各中性层弯层弯曲半曲半径径 1 1、 1 1与对应弯曲中心角与对应弯曲中心角 1 1 、 2 2 计算各圆弧段展开长度计算各圆弧段展开长度l l1 1、l l2 2 2 2弯曲件展开长度计算弯曲件展开长度计算(1)(1)圆角半径圆角半径r r0.5t0.5t的弯曲件展开长度的
42、弯曲件展开长度 1)计算直线段计算直线段a a、b b、c c的长度。的长度。2)计计算算r/tr/t，根据表，根据表3.23.2查查出中性出中性层层位移系位移系数数x x值值。3）按公式（）按公式（3.1）计算各圆弧段中性层弯曲半径）计算各圆弧段中性层弯曲半径 = =r r + +x t t111180/l5 5）计计算算总总展展开长开长度度L L321lllcbaL（2 2）圆角半径）圆角半径r0.5tr0.5t的弯曲件的弯曲件可直接从设计手册上查得相应公式进行计算可直接从设计手册上查得相应公式进行计算当弯曲件的弯曲角度为当弯曲件的弯曲角度为9090时时 L=a+b+1.57(r+xt)1
43、. 1. 弯曲力的计算弯曲力的计算3.2.5 3.2.5 弯曲力计算弯曲力计算3 3顶顶件力或件力或压压料力料力ZDDFCF 顶件力：顶件力：ZYYFCF 压料压料 力：力：4 4压力机吨位的确定压力机吨位的确定 对于有压料的自由弯曲，压力机的吨位选择需要考虑对于有压料的自由弯曲，压力机的吨位选择需要考虑弯曲力和压料力的大小，即：弯曲力和压料力的大小，即： ）（压机YZFFF2 . 1对于校正弯曲对于校正弯曲,选择压力机吨位时可以只考虑校正弯曲力，选择压力机吨位时可以只考虑校正弯曲力，即：即：JFF2 . 1压机3.3.1.V3.3.1.V形件形件弯弯曲模曲模 3.3 3.3 弯曲模的典型结构
44、弯曲模的典型结构 L L形件弯曲模形件弯曲模3.3.2 U3.3.2 U形件弯曲模形件弯曲模1 1一般一般U U形件形件弯弯曲模曲模 2 2U U形件可形件可调弯调弯曲模曲模 3 3闭闭角角弯弯曲模曲模 3.3.3 3.3.3 帽罩形件弯曲模（四角弯曲模）帽罩形件弯曲模（四角弯曲模）帽罩形件两次弯曲模帽罩形件两次弯曲模 低帽罩形件一次弯曲成形模低帽罩形件一次弯曲成形模 高帽罩形件一次弯曲模高帽罩形件一次弯曲模 3.3.4 Z3.3.4 Z形件弯曲模形件弯曲模 两道工序弯曲大圆两道工序弯曲大圆首次弯曲首次弯曲二次弯曲二次弯曲1 1支撑支撑 2 2凸模凸模 3 3摆动凹模摆动凹模 4 4顶板顶板大
45、圆一次弯曲模大圆一次弯曲模小圆两次弯曲模小圆两次弯曲模 小圆一次弯曲模小圆一次弯曲模 形状简单的弯曲件：采用一次弯曲成形。形状简单的弯曲件：采用一次弯曲成形。 形状复杂的弯曲件：采用二次或多次弯曲成形。形状复杂的弯曲件：采用二次或多次弯曲成形。批量大而尺寸较小的弯曲件：尽可能采用级进模或复合模。批量大而尺寸较小的弯曲件：尽可能采用级进模或复合模。需多次弯曲时：先弯两端，后弯中间部分，前次弯曲应考虑需多次弯曲时：先弯两端，后弯中间部分，前次弯曲应考虑 后次弯曲有可靠的定位，后次弯曲不能影响前次已成形的形后次弯曲有可靠的定位，后次弯曲不能影响前次已成形的形 状。状。弯曲件形状不对称时：尽量成对弯曲
46、，然后再剖切。弯曲件形状不对称时：尽量成对弯曲，然后再剖切。3.4 3.4 弯曲模设计弯曲模设计3.4.1 3.4.1 弯弯曲件的工序安排曲件的工序安排一次弯曲一次弯曲二次弯曲二次弯曲第一次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第二次弯曲2.2.弯曲工序安排示例弯曲工序安排示例三次弯曲三次弯曲第一次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第二次弯曲第三次弯曲第三次弯曲3.4.2 3.4.2 弯曲模中的毛坯定位弯曲模中的毛坯定位1 1定位定位销销定位定位2 2定位尖、定位尖、顶顶杆、杆、顶顶板定位板定位 3 3定位板定位定位板定位 1.1.凸、凹模间隙凸、凹模间隙c c 凸、凹模间隙大小影响到弯曲力、凸、凹模间隙大小影响到弯
47、曲力、 弯曲模寿命和弯曲件质量。弯曲模寿命和弯曲件质量。V V形弯曲件的模具间隙不需要设计，形弯曲件的模具间隙不需要设计，可通过调整压力机闭合高度得到可通过调整压力机闭合高度得到钢板钢板 c=（1.051.15）t 有色金属有色金属 c=（11.1）t当对弯曲件的精度要求较高时，间隙值应适当减小，当对弯曲件的精度要求较高时，间隙值应适当减小，可以取可以取c=t。3.4.3 3.4.3 凸凹模工作部分尺寸确定凸凹模工作部分尺寸确定2. 2. 凸、凹模凸、凹模宽宽度尺寸度尺寸3. 3. 凸、凹模圆角半径和凹模深度凸、凹模圆角半径和凹模深度 （1 1）凸模圆角半径）凸模圆角半径当弯曲件的内侧弯曲半径
48、为当弯曲件的内侧弯曲半径为r r时，凸模圆角半径应等于弯时，凸模圆角半径应等于弯曲件的弯曲半径，即曲件的弯曲半径，即r rp p= =r r，但必须使，但必须使r r大于允许的最小弯大于允许的最小弯曲圆角半径。若因结构需要，必须使曲圆角半径。若因结构需要，必须使r r小于最小弯曲半径小于最小弯曲半径时，则可先弯成较大的圆角半径，然后再采用整形工序时，则可先弯成较大的圆角半径，然后再采用整形工序进行整形。进行整形。（2 2）凹模圆角半径）凹模圆角半径 凹模圆角半径的大小影响弯曲过程中的弯曲力、弯曲凹模圆角半径的大小影响弯曲过程中的弯曲力、弯曲模寿命和弯曲件质量。模寿命和弯曲件质量。（3 3）凹模
49、工作部分深度）凹模工作部分深度 第第4 4章章 拉深工艺与拉深模拉深工艺与拉深模 4.1 拉深拉深工艺及拉深件的工艺性工艺及拉深件的工艺性4.2 拉深件拉深件工艺分析及计算工艺分析及计算4.3 拉深拉深模的典型结构模的典型结构4.4 拉深模设计拉深模设计4.5 拉深模设计拉深模设计实训实训 本章教学目的及要求本章教学目的及要求 1 1）掌握拉深的概念，了解拉深的应用。）掌握拉深的概念，了解拉深的应用。2 2）熟悉拉深件的工艺要求。）熟悉拉深件的工艺要求。3 3）了解拉深的变形特点、拉深缺陷及克服缺陷的措施。）了解拉深的变形特点、拉深缺陷及克服缺陷的措施。4 4）掌握无凸缘直壁圆筒形件的工艺计算
50、方法。）掌握无凸缘直壁圆筒形件的工艺计算方法。5 5）了解有凸缘直壁圆筒形件的工艺计算方法。）了解有凸缘直壁圆筒形件的工艺计算方法。6 6）了解拉深设备的选用方法。）了解拉深设备的选用方法。7 7）熟悉典型拉深模的结构及工作原理。）熟悉典型拉深模的结构及工作原理。8 8）掌握拉深模工作零件的设计方法。）掌握拉深模工作零件的设计方法。拉深拉深是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板毛坯压成是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板毛坯压成各种开口的空心件或将已制成的空心件加工成其它形状空心各种开口的空心件或将已制成的空心件加工成其它形状空心件的加工方法。件的加工方法。 不变薄拉深不变薄拉深变薄拉深
