1、冷冲压工序的分类冷冲压工序的分类 1.1冷冲压模具所用材料与热处理冷冲压模具所用材料与热处理 1.3冷冲压工件所用材料冷冲压工件所用材料 1.2冷冲压设备及其选用冷冲压设备及其选用 1.4第 1 章 绪论 学习要求和学习方法学习要求和学习方法 1.51.1冷冷冲压工序的分类冲压工序的分类 1.冲压加工概念 冲压是在室温下，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，从而获得所需零件的一种压力加工方法。合理的冲压成形工艺 冲压加工的三要素先进的模具 高效的冲压设备 2冲压加工的特点及应用 属少、无屑加工，能加工形状复杂的零件，零件精度较高，具有互换性，零件强度、刚性高而重量轻
2、、外表光滑美观，材料利用率高，生产率高，便于实现机械化和自动化，操作方便，要求的工人技术等级不高，产品的成本低，一些冲压产品如图。缺点：模具要求高、制造复杂、周期长、制造费昂贵，因而在小批量生产中受到限制。生产中有噪音。3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（如图）3冲压工序的分类 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（如图）1.2 冷冲压工件所用材料冷冲压工件所用材料
3、冷冲压常用材料，多为各种规格的板料、条料、带料、丝料和小直径棒料等，它们的尺寸规格均可在有关标准中查得（如图）。在生产中常把板料切成一定尺寸的条料或片料进行冲压加工。在大批量生产中，可将带料在滚剪机上剪成所需宽度，用于自动送料的冲压加工。1.3 冲压模具所用材料与热处理冲压模具所用材料与热处理 冲模所用材料主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、低熔点合金、聚氨醋橡胶等，由于凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作的，并伴有温度的升高，所以对凸凹模的材料要求有好的耐磨性、耐冲击性，在工艺性能方面则要有好的热处理性和切削性。常用冷冲压模具零件的材料与热处理要求如图。1.4 冷冲压设
4、备及其选用冷冲压设备及其选用1.冲压设备的分类 按驱动滑块力的种类：机械式、液压式、气动式，其中机械传动的压力机在生产中最为常用。按驱动滑块机构的种类：曲柄式、连杆式、摩擦式 2常用冷冲压设备 在冲压生产中，最常用的是摩擦压力机、偏心压力机和曲轴压力机（后两种俗称冲床）。3冲压设备的选用 (1)公称压力 (2)滑块行程长度 (3)行程次数 (4)工作台面尺寸 (5)滑块模柄孔尺寸 (6)闭合高度 (7)电机功率的选择 1.5 学习要求和学习方法学习要求和学习方法 冲压工艺与模具设计课程的教学目标是通过实验实训环节来提高学生的综合素质和模具工程技术应用能力，每个学生必须独立完成课程所设计的实验和
5、工程实训的内 容。结合冲压工艺与模具设计技术的发展和我校该课程的实验、实训条件、学时数情况，在教学方法上要以工程案例为主线边讲、边讨论。并利用模具科技馆的大量实物和模具技术中心的丰富模具生产内容，将它们作为实际工程应用背景的案例和实例来激发学生的学习兴趣，课后则鼓励学生自己通过实验和实训来掌握所学知识,提高自己独立思考能力、动手能力和创新能力。复习思考题：、什么是冷冲压？2、冷冲压的分类方法？3、各种冲压工序的特征？4、冲压的优缺点？冲裁变形分析冲裁变形分析 2.1凸凹模刃口尺寸的计算凸凹模刃口尺寸的计算 2.3冲裁模具的间隙冲裁模具的间隙 2.2冲裁力和压力中心的计算冲裁力和压力中心的计算
6、2.4第 2 章 冲裁工艺与模具设计 排样设计排样设计 2.5冲裁工艺设计冲裁工艺设计 2.6冲裁模的结构设计冲裁模的结构设计 2.72.1 冲裁变形分析 2.1.1 变形区的力学分析 冲裁时作用于材料上的力(如图2.1.1)冲裁时板料的应力状态图(如图2.1.2)2.1.2 冲裁变形过程(如图2.1.3)弹性变形阶段 板料产生弹性压缩、弯曲和拉伸等变形塑性变形阶段板料的应力达到屈服 极限，板料开始产生塑性剪切变形 断裂分离阶段已成形的裂纹沿最大剪应变速度方向向材料内延伸，呈楔形状发展 2.1.3 冲裁力-凸模行程曲线如图2.1.4 2.1.4 冲裁件断面质量及影响因数1.断面特征 圆角带 光
7、亮带 断裂带 毛 刺 2.材料的性能对断面质量的影响 塑性好的材料，裂纹出现较迟，材料被剪切的深度较大；塑性差的材料，剪切开始不久即被拉裂，断面光亮带少。3.模具冲裁间隙大小对断面质量的影响(如图2.1.6)2.2 冲裁模具的间隙 模具间隙的概念:指凹模与凸模刃口横向尺寸的差值，是设计模具的重要工艺参数。间隙的大小影响冲裁件断面质量、尺寸精度、冲裁力、模具寿命。2.2.1 间隙对冲裁件尺寸精度的影响 尺寸精度：指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小则精度越高。影响冲裁件尺寸精度的因素：间隙/材料/工件形状和尺寸。当模具制造精度确定后，间隙较大时，拉伸作用增大，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔
8、孔径大于凸模直径；间隙较小时，挤压力大，落料件尺寸增大，冲孔孔径变小。2.2.2 间隙对模具寿命的影响2.2.3 间隙对冲裁工艺力的影响2.2.4 间隙值的确定 1.理论确定法 由图2.2.2中三角形ABC的关系得：tan)/1(tan)(00ththtC2.经验确定法经验确定法经验公式法经验公式法ktC 2.3 凸凹模刃口尺寸计算 2.3.1 凸、凹模刃口尺寸计算的依据和原则 观察冲压件,寻找计算的依据，根据观察的结果确定刃口尺寸计算和选择公差的原则：1、先确定基准件 落料：以凹模为基准，间隙取在凸模上；冲孔：以凸模为基准，间隙取在凹模上。2、考虑冲模的磨损规律落料模：凹模基本尺寸应取最小极
9、限尺寸；冲孔模：凸模基本尺寸应取最大极限尺寸。3、凸、凹模刃口制造公差应合理 形状简单的刃口制造偏差：按IT6IT7级；形状复杂的刃口制造偏差：取冲裁件相应部位公差的1/4；对刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差：取冲裁件相应部位公差的1/8并冠以（）；4、冲裁间隙采用最小合理间隙值（Cmin 单边）凸凹模磨损到一定程度情况下,仍能冲出合格制件.5、尺寸偏差应按“入体”原则标注 落料件上偏差为零,下偏差为负;冲孔件上偏差为正,下偏差为零.2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算方法 1.凸模与凹模分别加工时(如图2.3.1)冲模的制造公差与冲裁间隙之间应满足：或 适用于：圆形或简单刃口。)22(4.0)2
10、2(6.022minmaxminmaxminmaxccccccpdpd（1 1）落料）落料 凹模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：（2）冲孔 凸模刃口尺寸：凹模刃口尺寸：（3）孔心距8/LLd2 2、凸模与凹模配合加工、凸模与凹模配合加工 是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个(基准件)，然后依此为基准再按最小合理间隙配做另一件。优点：不仅容易保证凸、凹模间隙很小,而且制造还可以放大基准件的制造公差,使制造容易。适用于：异形或复杂刃口。设计时：基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注，非基准件上只标注公称尺寸，但在图样上注明：“凸(凹)模刃口按凹(凸)模实际刃口尺寸配作，保证最小双面合理间隙值2cmin”
11、。2.4 冲裁力和压力中心的计算 2.4.1 冲裁力的计算 1、计算冲裁力的目的 选用合适的压力机，设计模具以及检验模具的强度。2、冲裁工艺力（图2.4.1)普通平刃冲裁力：斜刃口冲裁力:卸料力:推料力:顶件力:tLKFPP)3.1(K)6.02.0(kKLtF斜pQKFF pQFnKF22pQKFF 原则：压力机公称压力=冲裁工艺力总和 弹压卸料+下出件的模具 弹压卸料+上出件的模具 刚性卸料+下出件的模具 推卸总FFFFp顶卸总FFFFp推总FFFp2.4.2 2.4.2 压力机公称压力的选取压力机公称压力的选取压力中心：冲压力合力的作用点。方法：求空间平行力系的合力作用点。原则：（1）对
12、称形状的单个冲裁件冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模的压力中心(如图2.4.2)2.4.3 2.4.3 压力中心的计算压力中心的计算 斜刃冲裁 阶梯凸模 加热红冲 减小冲裁力的设计(如图2.4.3)2.4.4 2.4.4 降低冲裁力的措施降低冲裁力的措施2.5 排样设计 排样是指零件在条料或板料上的布置方法.(如图2.5.2)目的：提高材料的利用率。2.5.1 排样的经济利用 材料利用率：是指冲裁件的实际面积与所用板料的面积之比。计算式:废料的分类（
13、如图.）%100)/(/0BAFFF排样考虑的原则：提高材料利用率 保证零件质量 简化模具结构 生产率高 操作方便 有废料排样法 少废料排样法 无废料排样法 少无废料排样的 优点：简化模具结构 提高材料的利用率 缺点：刃口单边磨损 模具寿命低 零件精度低 2.5.2 2.5.2 排样的方法排样的方法 1、搭边 指零件与条料边缘之间或零件之间的余料。搭边作用：补偿定位误差、增加条料刚度、保证零件质量。搭边值的确定：根据经验定，搭边值不可过小也不可过大。2.5.3 2.5.3 搭边和条料宽度的确定搭边和条料宽度的确定 2、条料宽度的确定（）有侧压装置时条料的宽度（图2.5.3）（）无侧压装置时条料
14、的宽度（图2.5.4）（）有定距侧刃时条料的宽度（图2.5.5）2.6 冲裁工艺设计 2.6.1 冲裁件的工艺性分析 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求是否是否符合冲裁加工的工艺要求。1.冲裁件的形状和尺寸 冲裁件形状应尽可能简单、对称、排样废料少(如图2.6.1）采用圆角过渡，避免清角；避免冲裁件上产生过长悬臂与狭槽（如图.）孔间距、孔与零件边缘之间的壁距离不能过小（如图.）孔径不宜太小。冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求 对于普通冲裁，冲孔件公差最好低于 级；落料件公差最好低于级。冲裁件的尺寸基准 冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模时的定位基准
15、重合，孔位置尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上。冲裁件的尺寸标注（如图.）2.7 冲裁模的结构设计 2.7.1单工序冲裁模 压力机在一次冲压行程内只完成一种冲压工序。1、落料模 A、无导向的敞开式落料模 B、导板式落料模 C、导柱式弹顶落料模 D、导柱式固定板卸料落料模 2、冲孔模 A、斜楔式侧面冲孔模 B、超短凸模的冲孔模 2.7.2 复合冲裁模 压力机的一次工作行程,在模具的同一工位同时完成数道冲压工序。基本结构(如图.）1、倒装复合模 2、顺装复合模 级进模是指压力机在一次行程中一次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的冲模。1、用导正销定距的级进模 2、用侧刃
16、定距的级进模 双侧刃冲孔落料级进模（如图.）弹压导板级进模（如图.）2.7.3 2.7.3 级进冲裁模级进冲裁模弯曲的基本原理弯曲的基本原理 3.1第 3 章 弯曲工艺与模具设计3.2应变中性层位置、最小弯曲半径的确定及回弹现象应变中性层位置、最小弯曲半径的确定及回弹现象 弯曲力和弯曲件的毛坯尺寸计算弯曲力和弯曲件的毛坯尺寸计算 3.3弯曲件的工艺性弯曲件的工艺性 3.4弯曲模具的设计弯曲模具的设计 3.53.1 弯曲的基本原理 弯曲是使材料产生塑性变形，形成一定曲率和角度零件的冲压工序(如图所示)弯曲材料：板料、棒料、型材、管材 弯曲方法：压弯、折弯、拉弯、滚弯、辊弯 3.1.1 弯曲变形过
17、程(图3.1.1)1、变形毛坯的受力情况 从力学角度，弯曲分为：弹性弯曲 弹塑性弯曲 纯塑性弯曲 无硬化弯曲 压弯时据变形毛坯的受力大小弯曲分为：自由弯曲、校正弯曲 弯曲时内层金属纤维受压，纤维缩短；外层金属纤维受拉，纤维伸长。在内外层之间有一弯曲前后不变的金属层-中性层。3.1.2 弯曲变形特点 通过网格试验观察弯曲变形特点(图3.1.2)1、弯曲变形的分区 弯曲变形区（圆角区）、弯曲 不变形区（直边）。外侧伸长，内侧缩短，中性层长度不变。2、弯曲变形区内的中性层 应变中性层:由于材料的连续性,在伸长和缩短两个变形区域内,其中必定有一层纤维材料的长度在弯曲前后保持不变。3、弯曲变形区材料变薄
18、情况 变薄系数 4、弯曲变形区横断面的畸变 主要影响因素为板料的相对宽度 内层宽度增加；外层宽度减小。b/t 3(宽板)横断面几乎不变；b/t 2时，=0.99,变形区厚度减薄可以可以忽略，生产中常采用 计算中性层位置。ttr)2(0 xtr 0 2.弯曲件毛坯展开尺寸计算（1）圆角半径 的弯曲件(图3.3.5)（2）圆角半径 的弯曲件 （3）铰链弯曲(如图所示)(180txrlLjiii)(221xtrllLtr5.0tr5.03.4 弯曲件的工艺性 1.最小弯曲半径(如图所示)弯曲件的弯曲半径必须小于最小弯曲半径，否则要采用工艺措施，如；热弯、多次弯曲等。2.弯曲件直边高度(如图所示)在进
19、行弯曲时,若弯曲的直边高度过短,弯曲过程中不能产生足够的弯距,将无法保证弯曲件的直边的平直.3.弯曲件的孔边距(如图所示)对于带孔的弯曲件，若预先冲好的孔位于弯曲变形区附近，由于弯曲过程中材料的塑性流动，会使原有的孔变形。4.增加工艺缺口、槽和工艺孔 为了提高弯曲件的尺寸精度，对于弯曲时圆角变形区侧面产生畸变的弯曲件，可以预先在折弯线的两端切出工艺缺口或槽,以避免畸变对弯曲件宽度尺寸的影响(如图所示)当工件局部边缘部分需弯曲时，为防止弯曲部分受力不均而产生变形和裂纹，应预先切槽或冲工艺孔(如图所示)5.弯曲件的几何形状 如果弯曲件的形状不对称或者左右弯曲半径不一致，弯曲时板料将会因摩擦阻力不均
20、匀而产生滑动偏移(如图所示),为了防止这种现象的发生，应在模具上设置压料装置,或利用弯曲件上的工艺孔采用定位销定位（如图所示）带有缺口的弯曲件，若先冲缺口再弯曲，会出现叉口现象，甚至无法成形 或带有切口弯曲的工件，弯曲部分一般应做成梯形以便于出模。也可以先冲出周边槽孔，然后弯曲成形(如图所示)3.5 弯曲模具的设计 3.5.1、典型弯曲模具的结构 弯曲模具的结构设计是在弯曲工序确定后的基础上进行的，设计时应考虑弯曲件的形状、精度要求、材料性能以及生产批量等因素 1.V形件弯曲模 这类形状的弯曲件可以用两种方法弯曲：1)沿着工件弯曲角的角平分线方向弯曲，称为V形弯曲；(如图所示）2)垂直于工件一
21、条边的方向弯曲,称为L形弯曲(如图所示)对于精度要求较高，形状复杂、定位较困难的V形件（如图所示），可以采用折板式弯曲模。2.U形件弯曲模 U形弯曲模在一次弯曲过程中可以形成两个弯曲角(如图所示）。3.Z形件弯曲模 由于Z形件两端直边弯曲方向相反，所以Z形弯曲模需要 有两个方向的弯曲动作（如图所示）。4.四角形件弯曲模）四角形件两次弯曲模 两次弯曲成形的方法（如图所示）。倒装式两次弯曲成形的方法（如图所示）。）四角形件一次弯曲模 一次弯曲成形的复合弯曲模结构，是将两个简单模复合在一起的弯曲模（如图所示）.圆筒形件弯曲模 圆筒形件弯曲的弯曲方法可分为三类：）对于圆筒直径 的小圆，一般先将毛坯弯成
22、U形，然后再弯成圆形（如图所示）mmd 5）对于圆筒直径的大圆，一般先将毛坯弯成波浪形，然后再弯成圆形（如图所示）对于圆筒直径d 为10 40mm、材料厚度大约1 mm的圆筒形件，可以采用摆动式凹模结构的弯曲模一次弯成（如图所示）.铰链弯曲模 铰链弯曲成形，一般分两道工序进行，先将平直的毛坯端 部预弯成圆弧然后再进行卷圆.（如图所示）mmd20 7、其它弯曲模动画 ）毛坯放置在模具上必须保证有正确可靠的定位。）当采用多道工序弯曲时，各工序尽可能采用同一定位基准。）设计模具结构应注意放入和取出工件的操作要安全、迅速和方便。）弯曲凸、凹模的定位要准确，结构要牢靠，不允许有相对转动、位移。）对于对称
23、弯曲件，弯曲模的凸模圆角半径和凹模圆角半径应保证两侧对称相等，以免弯曲时毛坯发生滑动、偏移3.5.2 3.5.2 设计弯曲模应注意的问题设计弯曲模应注意的问题）弹性材料的准确回弹值需要通过试模对凸、凹模进行修正确定，因此模具结构设计要便于拆卸。）由于U形弯曲件校正力大时会贴附凸模，所以在这种情况下弯曲模需设计卸料装置。）结构设计应考虑当压力机滑块到达下极点时，使工件弯曲部分在与模具相接触的工作部分间得到校正。）设计制造弯曲模具时，可以先将凸模圆角半径做成最小允许尺寸，以便试模后根据需要修整放大。）为了尽量减少工件在弯曲过程中的拉长、变薄和划伤等现象，弯曲模的凹模圆角半径应光滑，凸、凹模间隙要适
24、当，不宜过小。）当弯曲过程中有较大的水平侧向力作用于模具上时，应设计侧向力平衡挡块等结构予以均衡。当分体式凹模受到较大的侧向力作用时，不能采用定位销承受侧向力，要将凹模嵌入下模座内固定。）结构上应能保证安装于模具内的弹簧断裂时不致崩出伤人。1.凸模的圆角半径 2.凹模圆角半径 3.弯曲凹模的深度 4.弯曲凹、凸模的间隙 形件凸、凹模的单面间隙一般可按下式计算：式中：c凸、凹模的单面间隙（如图所示）t板料厚度的基本尺寸（mm)板料厚度的正偏差(mm)k根据弯曲件的高度和宽度而决定的间隙系数 3.5.3 3.5.3 弯曲模工作部分尺寸的设计弯曲模工作部分尺寸的设计kttC.U形件弯曲模工作部分尺寸
25、的计算）弯曲件外形尺寸的表注（如图所示)当弯曲件为双向对称偏差时，凹模尺寸为：当弯曲件为单向偏差时，凹模尺寸为：凸模尺寸为：dLdL0)21(dLdL0)43(0)2(pcdLpL）弯曲件内形尺寸的表注（如图所示)当弯曲件为双向对称偏差时，凸模尺寸为：当弯曲件为单向偏差时，凸模尺寸为：凹模尺寸为：0)21(pLpLdcpLdL0)2(0)43(pLpL拉深变形过程分析拉深变形过程分析 4.1圆筒形零件的拉深工艺计算圆筒形零件的拉深工艺计算 4.3拉深件的工艺性分析拉深件的工艺性分析 4.2压边装置压边装置 4.4第 4 章 拉深工艺及模具设计 拉深模典型结构拉深模典型结构 4.5拉深工作部分设
26、计拉深工作部分设计 4.6拉深工序的辅助工序拉深工序的辅助工序 4.7 1、拉深的基本概念 拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心件,或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种冲压加工方法。2、典型的拉深件(如图所示)3、拉深模具的特点 结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。4.1 拉深变形过程分析 4.1.1 拉深变形过程及特点(如图所示)1金属的流动过程 工艺网格实验 材料转移：高度、厚度发生变化。2拉深变形过程 凸缘产生内应力：径向拉应力凸缘产生内应力：径向拉应力11；切向压应切向压应33外力外力 凸缘塑性
27、变形：径向伸长，切向压缩，凸缘塑性变形：径向伸长，切向压缩，形成筒壁形成筒壁 直径为高度为的圆筒形件直径为高度为的圆筒形件)2/)(dDH4.1.2 拉深中的起皱 1、起皱(如图所示)(1)凸缘部分材料的相对厚度 凸缘部分的相对料厚，即为:(2)切向压应力的大小 拉深时 的值决定于变形程度，变形程度越大，需要转移的剩余材料越多，加工硬化现象越严重，则越 大，就越容易起皱。rRtdDtff或33(3)材料的力学性能 板料的屈强比 小，则屈服极限小，变形区内的切向压应力也相对减小，因此板料不容易起皱 (4)凹模工作部分的几何形状 平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件是:bs)1)(17.00
28、9.0(DtDt 用锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件是：如果不能满足上述式子的要求，就要起皱。在这种情况下，必须采取措施防止起皱发生。最简单的方法(也是实际生产中最常用的方法)是采用压边圈.DdDt103.0 2、拉裂 拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的(如图所示)防止拉裂:可根据板材的成形性能，采用适当的拉深比和压边力，增加凸模的表面粗糙度，改善凸缘部分变形材料的润滑条件，合理设计模具工作部分的形状，选用拉深性能好的材料.3、硬化 拉深是一个塑性变形过程，材料变形后必然发生加工硬化，使其硬度和强度增加，塑性下降。加工硬化的好处是使工件的强度和刚度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料
29、进一步拉深时变形困难。4.2 拉深件的工艺分析 1 对拉深件外形尺寸的要求 设计拉深件时应尽量减少其高度，使其可能用一次或两次拉深工序来完成。对于各种形状的拉深件，用一次工序可制成的条件为：(1)圆筒件一次拉成的高度。(2)对于盒形件一次制成的条件为：当盒形件角部的圆角半径 (式中B为盒形件的短边宽度)时，拉件高度Br)20.005.0(Bh)8.03.0(3)对于凸缘件一次制成的条件为：零件的圆筒形部分直径与毛坯的比值 2.对拉深件形状的要求 (1)设计拉深件时，应明确注明必须保证的是外形还是内形，不能同时标往内外形尺寸。(2)尽量避免采用非常复杂的和非对称的拉深件。对半敞开的或非对称的空心
30、件，应能组合成对进行拉深，然后将其成两个或多个零件(如图所示)。4.0/Dd(4)在凸缘面上有下凹的拉深件(如图所示）如下凹的轴线与拉深方向一致，可以拉出。若下凹的轴线与拉深方向垂直，则只能在最后校正时压出。3.对拉深件圆角半径和拉深精度形的要 (1)为了使拉深顺利进行，拉深件的底与壁、凸缘与壁、盒形件的四壁间的圆角半径(如图 所示)应满足 否则，应增加整形工序。,3,2,trtrtrdb(2)一般情况下不要对拉深件的尺寸公差要求过严。其断面尺寸公差等级一般都在ITll以下。如果公差等级要求高，可增加整形工序。4.3 圆筒形零件的拉深工艺计算 4.3.1 拉深毛坯尺寸的确定 拉深毛坯尺寸的确定
31、原则：体积不变原理、相似性原理 毛坯的计算方法：等重量、等体积、分析图解法、作图法（1）确定修边余量 由于材料的各向导性以及拉深时金属流动条件的差异，拉深后工件口部不平，通常拉深后需切边，因此计算毛坯尺寸时应在工件高度方向上(无凸缘件)或凸缘上增加修边余量 （2）计算工件表面积（如图所示）圆筒直壁部分的表面积为:圆角球台部分的表面积为:底部表面积为：工件的总面积为 部分之和，即:（3）求毛坯尺寸：2002824222rrdrdA2034dA321AAA和，20204824drrdhdA2020248244drrdhdD 所以：4.3.2 拉深系数及其影响因素 1、拉深系数的概念和意义 拉深系数
32、是指拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯（或半成品）的直径之比（如图所示）22020824rrdhddD 工件的直径与毛坯直径D之比称为总拉深系数，即工件所需要的拉深系数121112211.nnnnnnddmddmddmDdmnnnnnnnmmmmddddDdddDdm121121121.总 拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比，其值为：拉举系数表示了拉深前后毛坯直径的变化量，反映了毛坯外边缘在拉深时切向压缩变形的大小，因此可用它作为衡量拉深变形程度的指标。拉深时毛坯外边缘的切向压缩变形量为nnnnddmk11mmmmddtdtdtdmDdDtdtDtnnnn111.11;11.;112121212
33、111即：由此可知，拉深系数是一个小于1的数值，其值愈大表示拉深前后毛坯的直径变化愈小，即变形程度小。其值愈小则毛坯的直径变化愈大，即变形程度大(如图所示)2、影响拉深系数的因素 拉深材料：机械性能、料厚、表面质量 拉深模具：间隙、凸模圆角半径、凹模圆角半径、凹模形状(如图所示）凹模表面质量 拉深条件：压边圈、次数、润滑、工件形状.4.4 压边装置 4.4.1 压边装置的类型 1弹性压边装置 2刚性压边装置 4.4.2 压边圈的型式 1平面压边圈 2弧形压边圈 3局部压边圈 4带限位装置的压边圈 4.5 拉深模典型结构 按拉伸模使用的设备可分为 单动压力机 双动压力机 三动压力机 按工序组合分
34、为 单工序拉深模 级进式拉深模 复合模 1.首次拉深 1)无压边装置的首次拉深(如图所示)2)具有弹性装置压边的首次拉深模(如图所示)3)落料首次拉深复合模 在通用压力机上使用的落料首次拉深复合模(如图所示)4)双动压力机上使用的首次拉深模(如图所示)此模具因装有刚性压边装置，所以模具结构显得很简单，制造周期也短，成本也低，但压力机设备投资较高.2后续各工序拉深模 后续各工序拉深模的定位方法常用的有三种：第一种采用特定的定位板(如图所示)第二种是凹模上加工出供半成品定位的凹窝 第三种为利用半成品内孔，用凸模外形或压边圈的外形来定位(如图所示)4.6 拉深工作部分设计 拉深模工作部分的尺寸指的是
35、凹模圆角半径 凸模圆角半径 ，凸、凹模的间隙c，凸模直径，凹模直径等，(如图所示)1凹模圆角半径 (1)拉深力的大小 小时材料流过凹模时产生较大的弯曲变形，结果需承受较大的弯曲变形阻力，此时凹模圆角对板料施加的厚向压力加大，引起摩擦力增加.drprdrdr(2)拉深件的质量 当 过小时，坯料在滑过凹模圆角时容易被刮伤，结果使工件的表面质量受损。而当 太大时，拉深初期毛坯没有与模具表面接触的宽度加大，由于这部分材料不受压边力的作用，因而容易起皱.drdr(3)拉深模的寿命 小时，材料对凹模的压力增加，摩擦力增大，磨损加剧，使模具的寿命降低。所以 的值既不能太大也不能太小.通常可按经验公式计算：d
36、rdrtdDrd8.0 2凸模圆角半径 凸模圆角半径对拉深工序的影响没有凹模圆角半径大，但其值也必须合适。太小，拉深初期毛坯 在处弯曲变形大，危险断面受拉力增大，工件易产生局部变薄或拉裂，且局部变薄和弯曲变形的痕迹在后续拉深时将会遗留在成品零件的侧壁上，影响零件的质量。prprpr 凸模圆角半径不能太小。若凸模圆角半径 过大，会使 处材料在拉深初期不与凸模表面接触，易产生底部变薄和内皱，(如图所示)所示。一般首次拉深时凸模的圆角半径为：以后各次可取为各次拉深中直径减小量的一半，即：prprdprr)0.17.0(221)1(tddrnnnp 最后一次拉深时应等于零件的内圆角半径值，即 3凸模和
37、凹模的间隙 拉深模间隙是指单面间隙。间隙的大小对拉深力、拉深件的质量、拉深模的寿命都有影响.确定时要考虑压边状况、拉深次数和工件精度等。其原则是：零件rrpn 既要考虑板料本身的公差，又要考虑板料的增厚现象，间隙一般都比毛坯厚度略大一些。采用压边拉深时其值可按下式计算：不用压边圈拉深时，考虑到起皱的可能性取间隙值为:ttcmaxmax1.11tc 4凸模、凹模的尺寸及公差 若以凹模为基准时，凹模尺寸为：凸模尺寸为：当工件的外形尺寸及公差有要求时(如图所示a)所示，以凹模为基准。先确定凹模尺寸因凹模尺寸在拉深中随磨损的增加而逐渐变大，故凹模尺寸开始时应取小些。其值为：dDDdpcDDP2dDDd
38、75.0 凸模尺寸为 当工件的内形尺寸及公差有要求时(如图所示b)所示，以凸模为基准，先定凸模尺寸。考虑到凸模基本不磨损，以及工件的回弹情况，凸模的开始尺寸不要取得过大。其值为：凹模尺寸为：pcDDp275.0pdDp4.0dcdDd24.0 5凸、凹模的结构形式 拉深凸模与凹模的结构形式取决于工件的形状、尺寸以及拉深方法、拉深次数等工艺要求，不同的结构形式对拉深的变形情况、变形程度的大小及产品的质量均有不同的影响。当毛坯的相对厚度较小，必须采用压边圈进行多次拉深时，应该采用(如图所示)所示的模具结构。压边圈的形状和尺寸应与前道工序凸模的相应部分相同，拉深凹模的锥面角度也要与前道工序凸模的斜角
39、一致，前道工序凸模的锥顶径 应比后续工序凸模的直径小，以避免毛坯在A部可能产生不必要的反复弯曲，使工件筒壁的质量变差等(如图所示)为了使最后一道拉深后零件的底部平整，如果是圆角结构的冲模，其最后一次拉深凸模圆角半径的圆心应与倒数第二道拉深凸模圆角半径的圆心位于同一条中心线上。如果是斜角的冲模结构，则倒数第二道工序(道)凸模底部的斜线应与最后一道的凸模圆角半径相切，(如图所示)所示。4.7 拉深工艺的辅助工序 1.润滑 在凹模圆角、平面、压边圈表面及与这些部位相接触的毛坯表面，应每隔一定周期均匀抹涂一层润滑油，并保持润滑部位干净.2.热处理 在多道拉深时，为了恢复冷加工后材料的塑性，应在工序中间
40、安排退火，以软化金属组织。拉深工序后还要安排去应力退火。一般拉深工序间常采用低温退火 3.酸洗 退火后工件表面必然有氧化皮和其他污物，在继续加工时会增加模具的磨损，因此必需要酸洗，否则使拉深不能正常进行。胀胀 形形5.1缩缩 口口5.3翻翻 边边5.2第 5 章 其他成型工艺及模具 设计 5.1 胀形 胀形的特点：胀形时变形区在板料方向呈双向拉应力状态，在板厚方向上是减薄变形，即厚度减薄而表面积增加 常用的胀形方法有刚模胀形和以液体、气体、橡胶等为施力介质的软模胀形.胀形的变形特点与胀形极限变形程度.胀形的变形特点(如图所示)球头凸模胀形平板毛坯时的胀形变形区及其主应力和主应变图。图中涂黑部分
41、表示胀形变形区.胀形的极限变形程度 胀形极限变形程度主要取决于材料的塑性和变形的均匀性.平板毛坯的起伏成形（如图所示）起伏成形的极限的变形程度多用胀形深度表示，也可以近似地按单向拉伸变形处理，即：形筋取最小值）（半圆筋取最大值，梯形状系数，加强筋面的长度胀形变形区变形前后截材料单向拉伸的延伸率度起伏成形的极限变形程式中：极极75.07.0,%10010001kKllklll 欲提高胀形的极限变形程度,可采用(如图所示)所示.压加强筋 1)用刚性凸模压制加强筋的变形力按式 计算:2)对在曲柄压力机上用薄料（1.5）对小工件（面积20002）压筋或压筋兼有校形工序时的变形力按式 计算：KLtF 2
42、KAtF 3)软模胀形的单位压力可按式 近似计算（不考虑材料厚度变薄）.压凹坑 压凹坑时，成形极限常用极限胀形深度表示，如果是纯胀形，凹坑深度因受材料塑性限制不能太大.bRtkp.空心毛坯的胀形 空心毛坯胀形是将空心件或管状坯料胀出所需曲面的一种加工方法。用这种方法可以成形高压气瓶、球形容器、波纹管、自行车三通接头等产品或零件.刚模胀形(如图所示)软模胀形(如图所示)圆柱形空心毛坯胀形时的应力状态(如图所示).胀形系数 空心毛坯胀形的变形程度用下式表示11maxmax00max00maxKKdddddkddK向延伸率的关系式为：极限胀形系数与工件切胀形后工件的最大直径毛坯直径胀形系数，式中：2
43、.胀形力 刚模胀形所需压力的计算公式,可根据力的平衡方程式推导得到,其表达式为:.151210820.015.0tan21tan200002，芯轴锥角，一般摩擦系数，一般材料厚度胀形后高度材料厚度所需胀形力式中：tHtFHtFb 3.胀形毛坯尺寸的计算 毛坯长度可按下式近似计算:mmhmmLhLL2056.1.5)4.03.0(1 0修边余量，约为）工件的切向延伸率（式工件的母线长度（式中：5.2 翻边（如图所示）按变形的性质，翻边分为伸长类翻边和压缩类反边.内孔翻边 .内孔翻边的变形特点 圆孔翻边及其应力应变分布（如图所示）对非圆孔的内孔翻边（如图所示）.极限变形程度 影响极限翻边系数的因素
44、：）材料的塑性）孔的加工方法）预制孔的相对直径）凸模的形状.孔翻边的模具设计计算）预制孔直径 d0 和翻边高度H a.一次翻边成形 (如图所示)所示是在平板毛坯上一次翻孔的图.D0与H按下式计算:trmDtrDdDHtrHDd72.043.0)1(272.043.0)1(2)72.043.0(200 b.拉深后再翻边 应先确定翻边高度h,再根据翻边高度确定预制孔直径D0 和高度h1.由计算公式：trhHhtrmDtrdDh10)2(57.0)1(2)2(57.02）凸、凹模的形状及尺寸 翻边凸模的形状有平底形、曲面形（球形、抛物线形等）和锥形，几种常见的翻边凸模的结构形状（如图所示）凸、凹模的
45、间隙）翻边力与压边力 在所有凸模中，圆柱形平底凸模的翻边力最大 其公式为：bdDF)(1.10 5.2.2 平面外缘翻边 平面外缘翻边可分为内凹外缘翻边和外凸外缘翻边（如图所示）内凹外缘翻边的变形程度用翻边系数Es表示：外凸外缘翻边的变形程度用翻边系数Ec表示：bRbESbRbEc 5.2.3 变薄翻边 变薄翻边的变形程度用变薄系数表示，其表达式为：式中k为变薄系数，k.；t1 为工件翻边后竖边的厚度；t0 为毛坯厚度01ttK 5.3 缩口 缩口是将预先成形好的圆筒件或管件坯料,通过缩口模具将其口部缩小的一种成形工序 5.3.1 缩口成形的特点与变形程度 1.缩口的成形特点 常见的缩口形式有
46、：斜口式、直口式和球面式.缩口属于压缩类成形工序,其变形区的应力应变特点(如图所示)变形区由于受到较大切向压应力的作用易产生切向失稳而起皱，起传力作用的筒壁区由于受到轴向压应力的作用易产生轴向失稳而起皱，所以失稳起皱是缩口工序的主要障碍。2.变形程度 缩口变形程度用缩口系数ms来表示，其表达式：式中d缩口后的直径 D为缩口前的直径Ddms 5.3.2缩口的工艺计算.缩口次数及缩口系数的确定 缩口次数由下式确定：式中：总缩口系数，：平均缩口系数，可先取 n的计算值一般是小数，应进位成整数.spszmmnlglgDdmsz/minsspmmszmspm 2.毛坯尺寸的计算 斜口形式：直口形式：球面
47、形式：)/1(sin805.11221dDDdDhH)/1(sin8/05.112221dDDdDdDhhH221)/1(41dDdDhH.缩口力 只有外支承的缩口压力，可按下式估算：式中：F缩口力（N)K速度系数，用曲柄压力机时k=1.15 材料的抗拉强度（MPa)工件与凹模接触的摩擦系数bcos1)cot1)(1(1.1(0DdDtkFb冷挤压工艺的分类及挤压金属的变形特冷挤压工艺的分类及挤压金属的变形特点点6.1冷挤压力的确定冷挤压力的确定6.3冷挤压原材料与毛坯的制备冷挤压原材料与毛坯的制备6.2冷挤压的工艺设计冷挤压的工艺设计6.4第 6 章 冷挤压工艺与模具 设计冷挤压模具设计冷挤
48、压模具设计6.5 冷挤压是在室温将毛坯放入模具型腔，在强大压力和冷挤压是在室温将毛坯放入模具型腔，在强大压力和一定速度作用下，迫使金属从形腔中挤出而获得一定形状、一定速度作用下，迫使金属从形腔中挤出而获得一定形状、尺寸和力学性能的制件。尺寸和力学性能的制件。主要的优点：主要的优点：1 1）因在冷态下挤压成形，挤压件质量好、精度高、其）因在冷态下挤压成形，挤压件质量好、精度高、其强度性能也好；强度性能也好；2 2）冷挤压属于少、无切削加工，节省原材料；）冷挤压属于少、无切削加工，节省原材料；3 3）冷挤压是利用模具来成形的，其生产效率很高；）冷挤压是利用模具来成形的，其生产效率很高；4 4）可以
49、加工其它工艺难于加工的零件）可以加工其它工艺难于加工的零件 特殊要求特殊要求:1）要求设备吨位较大）要求设备吨位较大 冷挤压的变形抗力大，单位挤冷挤压的变形抗力大，单位挤压力可能高达压力可能高达 2）对模具要求高）对模具要求高 冷挤压力时常接近甚至超过现有模冷挤压力时常接近甚至超过现有模具材料的抗压强度，所以对模具材料要求很高具材料的抗压强度，所以对模具材料要求很高.3）对所加工的原材料要求高）对所加工的原材料要求高 冷挤压时，材料在冷态冷挤压时，材料在冷态下发生很大的变形。下发生很大的变形。4）所用毛坯往往要进行软化退火和表面磷化等润滑处）所用毛坯往往要进行软化退火和表面磷化等润滑处理。理。
50、6.1.6.1.、冷挤压工艺的分类及应用、冷挤压工艺的分类及应用正挤压正挤压:金属被挤出方向与加压方向相同金属被挤出方向与加压方向相同(如图如图6.1.1ab)反挤压：反挤压：金属被挤出方向与加压方向相反金属被挤出方向与加压方向相反(图图6.1.1c)6.1 冷挤压工艺的分类及挤压金属的变形特点复合挤压：复合挤压：一部分金属的挤出方向与加压方向相同，另一部分金一部分金属的挤出方向与加压方向相同，另一部分金属的挤出方向与加压方向相反，是正挤和反挤的复合（属的挤出方向与加压方向相反，是正挤和反挤的复合（如如图图6.1.1d）径向挤压：径向挤压：挤压时金属的流动方向与凸模轴线方向相垂直（挤压时金属的
