冲压模具设计-1

2012/2013学年第1学期冲压：第1章冲压加工概述1.1基本概念室温下压力机模具材料分离或塑性变形。冲压模具：在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备(俗称冲模)。1.2冲压工序及冲模的分类与结构构成1.2.1冲压工序根据材料在冲压加工过程中的变形特点分为：分离工序：冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限σb，使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分离工序主要有:冲孔(piercing):用模具沿封闭轮廓冲裁工件或毛坯，冲下部分为废料。落料(blanking):用模具沿封闭轮廓冲裁板料或条料，冲下部分为制件。剖切(parting)：用模具将坯件(弯曲件或拉深件)剖成两部分或几部分。切边(trimming)：用模具将坯件边缘的多余材料冲切下来切舌(lancing):用模具将部分材料切开，但并不使它完全分离，同时使切开部分材料发生弯曲。成形工序：冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限σs，但未达到强度极限σb，使材料产生塑性变形，从而成形零件。成形工序主要有：拉深(drawing)：将一定形状的平板毛坯通过模具成形为各种形状的开口空心件；或以开口空心件为毛坯通过拉深进一步使空心件改变形状和尺寸。弯曲(bending)：将平面毛坯料制成具有一定角度和形状的制件。胀形(bulging)：从空心件内部施加径向压力，强迫局部材料厚度减薄和表面积增大，获得所需形状和尺寸的制件。翻边(flanging)：利用模具将工件上的孔边缘或外缘边缘翻成竖立的直边。起伏(embossing)：平板毛坯或制件在模具的作用下，产生局部凸起或凹陷。缩口(necking)：将预先拉深好的圆筒或管状坯料，通过模具将其口部缩小。冲裁模(blankingdie):分离工序冲模的统称。弯曲模(bendingdie)：将制件弯曲成一定角度和形状的冲模。拉深模(drawingdie)：把制件拉压成空心体，或进一步改变空心体形状和尺寸的冲模。成形模(formingdie)：使材料产生局部塑性变形，按凸、凹模形状直接复制成形的冲模。是除弯曲、拉深工序外其他成形工序所用冲模的统称。（1）根据工艺性质分类：1.2.2冲模的分类与结构构成（2）根据工序组合程度分类：单工序模(single-operationdie)：压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的冲模。复合模(compounddie)：压力机的一次行程中，同时完成两道或两道以上冲压工序的单工位冲模。级进模(progressivedie)：压力机的一次行程中，在送料方向连续排列的多个工位上同时完成多道冲压工序的冲模。冲模通常由上模(upperdie,安装在压力机滑块上的模具部分)、下模(lowerdie,安装在压力机工作台面上的模具部分)两部分构成。组成模具的零件主要有两类：①工艺零件：直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触。主要包括：工作零件(workingcomponent)：用于成形制件。主要形式有：凸模(punch)：外轮廓与成形制件内表面一致的工作零件。凹模(matrix)：内轮廓与成形制件外表面一致的工作零件。凸凹模(punch-matrix)：同时具有凸模和凹模作用的工作零件。定位零件(locatingcomponent)：用于确定被冲压材料在模具中的相对正确位置。主要形式有：定位板(locatingplate)：确定板料或制件正确位置的板状零件。定位销(locatingpin)：确定板料或制件正确位置的圆柱形零件。挡料销(stoppin)：确定板料送进距离的圆柱形零件。导正销(pilotpin)：与导正孔配合，确定制件正确位置和消除送料误差的圆柱形零件。导料板(stockguiderail)：确定板料送进方向的板状零件。侧刃(pitchpunch)：级进模中，为确定板料的送进步距，在其侧边冲切出一定形状缺口的工作零件。卸料与压料零件(componentsforclampingandstripping)：冲压过程中压住板料和冲压完成后卸下或推出制件与废料的零件。主要形式有：卸料板(stripperplate)：从凸模或凸凹模上卸下制件与废料的板状零件。推件块(ejectorblock)：从上凹模中推出制件或废料的块状零件。顶件块(kickerblock)：从下凹模中顶出制件或废料的块状零件。顶杆(kickerpin)：直接或间接向上顶出制件或废料的杆状零件。推杆(ejectorpin)：向下推出制件或废料的杆状零件。打杆(knock-outpin)：穿过模柄孔，把压力机滑块上打杆横梁的力传给推板的杆状零件。压料板(pressureplate)：把板料压贴在凸模或凹模上的板状零件。压边圈(blankholder)：拉深模或成形模中，为调节材料流动阻力，防止起皱而压紧板料边缘的零件。②结构零件：不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模具功能起完善作用。主要包括：导向零件(guidecomponent)：保证运动导向和确定上、下模相对位置的零件。主要形式有：导柱(guidepillar)：与导套配合，保证运动导向和确定上、下模相对位置的圆柱形零件。导套(guidebush)：与导柱配合，保证运动导向和确定上、下模相对位置的圆套形零件。导板(guideplate)：为导正上、下模各零部件间相对位置而采用的淬硬或嵌有润滑材料的板状零件。固定零件(retainingcomponent)：将凸模、凹模固定于上、下模，以及将上、下模固定在压力机上的零件。主要形式有：上模座(punchholder)：用于装配与支承上模所有零部件的模架零件。下模座(matrixholder)：用于装配与支承下模所有零部件的模架零件。备注：模架(dieset)：上、下模座与导向件的组合体。凸模固定板(punchplate)：用于安装和固定凸模的板状零件。凹模固定板(matrixplate)：用于安装和固定凹模的板状零件。垫板(bolsterplate)：设在凸、凹模与模座间，承受和分散冲压负荷的板状零件。模柄(dieshank)：把上模固定在压力机滑块上的连接零件。标准件及其它零件：主要包括螺钉、销钉、弹簧、橡胶垫等。落料冲孔复合模装配小结：冲压加工的特点与应用场合优点：（1）节省材料、能耗低：冲压属少、无切削加工；在常温下进行，无需加热（故被称为冷冲压、冷加工）（2）制品有较好的互换性：冲压件的尺寸公差由模具保证，且一般无需做进一步机械加工，因而具有“一模一样”的特征。（3）冲压可以加工其他加工方法难以制造的壁薄、重量轻、形状复杂、表面质量好、刚性好的零件。（4）生产效率高：普通压力机每分钟可生产几十件；高速压力机每分钟可生产数百件或上千件。（5）操作简单：对操作工而言，无特殊的专项技能要求。（6）制品成本低：由材料利用率、生产效率和操作简单而得。缺点：（1）单件、小批量生产模具成本高。（2）震动、噪音以及人身伤害安全隐患。应用场合：（1）汽车制造业60%-70%的零件采用冲压工艺制造。冲压加工工作量占整个汽车工业工作量的25%-30%。（2）仪器、仪表行业的60%-70%的零件采用冲压工艺制造。（3）电子产品中的冲压件数量占零件总数的85%以上。（4）冲压工艺在航空、航天、枪械、弹药等领域生产中占相当大比例。（5）日常生活中的金属制品大都采用冲压工艺制造。占世界钢产量60%-70%以上的板材、管材以及其他型材，大都经冲压工艺制成成品。冲压加工的增值率高达原材料的3-12倍，综合技术经济优势显著。模具是现代制造业不可或缺的工艺装备。美、日、德等发达国家的模具工业总产值早已超过机床工业的总产值。在模具工业的总产值中，冲压模具占50%，塑料模具占30%，压铸模具占6%，其他各类模具占14%。模具工业是国民经济的基础工业，是高技术行业。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志之一。模具在日本被誉为“进入富裕社会的原动力”，在德国被称为“金属加工业中的帝王”。模具技术是先进制造技术的重要代表，模具工业是高新技术产业的一个重要组成部分，模具工业又是高新技术产业化的重要领域。模具设计与制造专业人才是制造业紧缺人才。机械压力机（以Jxx表示其型号）1.3.1常见冲压设备类型液压机（以Yxx表示其型号）曲柄压力机（分类、技术参数）摩擦压力机高速压力机水压机油压机数控回转头压力机1.3冲压设备1.3.2冲压设备的选用1)设备类型的选择(1)依据冲裁件的大小对于中小型的冲裁件、弯曲件或浅拉深件，主要采用开式机械压力机。对于大中型的冲裁件、深度大的成形件及复合工序件的生产，可选择闭式机械压力机。在大型拉深件的生产中，应尽量选用双动拉深压力机。(2)依据冲裁件的生产批量在小批量生产薄板件中，可选择机械压力机。在大型厚板的拉深、胀形、弯曲等制件的生产中，应采用液压机。在大中批量生产或形状复杂制件的大量生产中，应尽量选用高速压力机和多工位自动压力机。(3)考虑压力机的精度与刚度压力机的刚度是由床身刚度、传动刚度和导向刚度三部分组成的。在进行校正弯曲、校形及整修这类工序时，更应选择刚度较高的压力机。如果刚度较差，负载终了和卸载时模具间隙会发生很大变化，影响冲压件的精度和模具寿命。设备的精度也有类似的问题。2)设备规格的确定(1)所选压力机的公称压力必须大于冲裁时所需的总冲裁力，即F压力机＞F总。同时，还要有一定的力量储备。(2)压力机的行程大小应适当。压力机行程的大小应该保证坯料的方便放进与零件的方便取出。对于冲裁模，其行程不宜过大，以免发生凸模与导板分离或滚珠导向装置脱开的不良后果。对于拉深模、弯曲模等，压力机的行程至少应大于成品制件高度的2倍以上，以保证板料的放进和成形制件的取出。(3)所选压力机的装模高度应与冲模的闭合高度相适应。冲模的闭合高度Hm应介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间，即满足Hmax−5mm≥Hm≥Hmin+10mm。(4)压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时，对工作台的受力条件也是不利的。工作台面中间孔的尺寸要保证落料或顺利安放模具顶出料装置。补充：在压力机上安装与调整模具1.4冲压用板料冲压用材料主要是金属板料（由冶炼得到的锭坯再经热轧或冷轧而形成），也可以是非金属板料（塑料、皮革、橡胶、纤维板、胶合板、纸板等）。金属板料分黑色金属和有色金属两种。黑色金属板料按性质可分为：1)普通碳素钢钢板如Q195、Q235等。2)优质碳素结构钢钢板这类钢板的化学成分和力学性能都有保证。其中碳钢以低碳钢使用较多，常用牌号有：08、08F、10、20等，冲压性能和焊接性能均较好，用以制造受力不大的冲压件。3)低合金结构钢板常用的如Q345（16Mn）、Q295（09Mn2）。用以制造有强度要求的重要冲压件。4)电工硅钢板如DT1、DT2。5)不锈钢板如1Crl8Ni9Ti，1Cr13等，用以制造有防腐蚀防锈要求的零件。一般，厚板（t4mm）为热轧板，薄板(t=4mm)为冷轧板。冷轧板较热轧板尺寸精度高、表面光洁、内部组织致密。冲压用板料包括平板料、条料、卷料（带料）、箔料等。板料尺寸规格用厚度x宽度x长度表示。条料：由剪板机将板料剪裁成相应的宽度和长度而得。卷料（带料）：一般为薄料（0.1~3.0mm），宽度在300mm以下，长度可达数10米,主要用于大批量生产的自动送料。箔料：主要用于单件小批生产和价格昂贵的有色金属制件。常用的有色金属有铜及铜合金（如黄铜）。牌号有T1、T2、H62、H68等，其塑性、导电性与导热性均很好。还有铝及铝合金，常用的牌号有L2、L3、LF21、LY12等，有较好塑性，变形抗力小且重量轻。板料的冲压成形性能是一个综合性概念，指板料对冲压工序的适应能力。包括抗破裂性、贴模性和定形性。抗破裂性涉及板料在冲压加工过程中的最大变形能力（成形极限），如极限拉深系数、极限胀形系数、极限翻边系数等。贴模性指板料在冲压加工过程中获得与模具