第二章冲压工艺及模具设计课件

第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo学习内容1、了解冲压工艺常用的基本设备。2、掌握冲压设备相关的技术参数。3、了解塑性成型的基本理论。4、了解常用的冲压材料和模具材料。第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo2.1冷冲压设备一、冲压设备分类机械压力机：曲柄压力机、偏心压力机、拉深压力机、摩擦压力机、粉末制品压力机、模锻精压机、挤压用压力机、专用压力机液压压力机：冲压液压机、一般用途液压机、弯曲校正压紧用液压机、打包压块用液压机、专门化液压机第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo1、曲柄压力机图2-1曲柄压力机结构示意图1—电动机；2—皮带轮；3—皮带；4—飞轮；5—离合器；6—轴承；7—曲轴；8—连杆；9—滑块；10—上模；11—下模；12—工作台；13—制动器；14—导块；15—床身第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo（1）基本结构传动系统（由皮带轮、皮带、齿轮、离合器、制动器及传动轴组成）工作机构（由曲轴、连杆和滑块组成）床身（2）工作过程（3）分类[1]根据其床身结构不同，可分为开式冲床和闭式冲床。[2]按照滑块数目，可分为单动、双动、三动三种。[3]按照连杆数量，可分为单点、双点和四点。第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo闭式单点闭式双点第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo2、摩擦压力机图2-2摩擦压力机传动系统示意图1—电动机；2—皮带；3、5—摩擦盘；4—轴；6—飞轮；7—拨杆；8—螺母；9—螺杆；10—连杆；11—挡块；12—滑块；13—手柄第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo3、偏心压力机（1）结构图2-3偏心压力机传动系统示意图1—脚踏板；2—工作台；3—滑块；4—连杆；5—制动器；6—偏心轴；7—离合器；8—带轮；9—电动机；10—床身；11—操纵机构；12—工作台垫板第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo（2）行程调节机构第二章板材冲压成型的基本知识图2-4偏心压力机行程调节机构1—螺母；2—接合套；3—偏心套；4—连杆；5—偏心主轴；O—偏心主轴中心；A—偏心主轴偏心部分中心；M—偏心套3的中心CompanyLogo第二章板材冲压成型的基本知识a）最小行程状态b）最大行程状态c）任意位置行程状态图2-5偏心压力机行程调节状态图CompanyLogo4、液压机（1）结构组成各种液压机都由三部分组成本体部分：包括立柱，上、下横梁、活动横梁、工作缸、顶出器。动力部分：为工作缸和顶出缸提供高压油的高压泵。操纵部分：包括操纵箱和一些操纵阀。第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo图2-6Y32-300型液压机外形图1—工作缸；2—上横梁；3—立柱；4—活动横梁；5—顶出缸；6—下横梁a—本体部分b—操作控制系统c——动力部分第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo二、冲压设备的选用1、冲压设备类型第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo2、冲压设备参数（1）标称压力第二章板材冲压成型的基本知识图2-7曲柄压力机的许用压力曲线H-滑块行程ha-滑块离下止点的距离аa-曲柄离下止点的夹角F-滑块在某位置时所允许的最大工作压力Fmax-压力机的最大许用压力标称压力是指滑块离下止点前某一特定距离（此距离称为标称压力行程或额定压力行程）或曲柄旋转到离下止点前某一特定角度（此角度称为标称压力角或额定压力角）时，滑块上所允许承受的最大工作压力。施力行程小的冲压工序（冲孔、落料等）冲压工艺所需冲压力小于标称压力即可。施力行程较大的冲压工序（深拉深、深弯曲等）冲压所需的力的总和小于标称压力的50%~60%。在选择压力机时，必须使冲压力曲线不超过压力机的许用压力曲线。第二章板材冲压成型的基本知识（2）滑块行程滑块行程是指滑块从上止点至下止点所经过的距离。对于曲柄压力机，其值等于曲柄半径的两倍。（3）滑块每分钟行程次数行程次数是指滑块每分钟往复运动的次数。（4）工作台面尺寸和漏料孔尺寸工作台面（或工作垫板）尺寸一般应大于模具底座50-70mm，以便安装模具。漏料孔尺寸应大于工件或废料尺寸，以便漏料。对于有弹顶装置的模具，下弹顶器的外形尺寸还应小于漏料孔尺寸。第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo（5）装模高度压力机的装模高度是指滑块在下止点时，滑块底平面到工作台上的垫板上平面之间的距离。调节压力机连杆的长度，可以调节压力机的装模高度。*模具的闭合高度应在压力机的最大与最小装模高度之间。（6）电动机功率所选择的电机功率应大于冲压所需功率。第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo3、高速压力机第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo图2-8高速压力机及其附属机构1—开卷机；2—校平机构；3—供料缓冲装置；4—送料机构；5—高速自动压力机；6—弹性支承第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo4、数控冲模回转头压力机第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo图2-9数控冲模回转头压力机工作原理示意图1—蜗杆副；2—定位销；3—回转头；4—离合器；5、8—滚珠丝杠；6—液压马达；7—工作台；9—上滑块；10—夹钳；11—滑块；12—肘杆机构第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo2.2板材冲压成型的基本理论2.2.1板料冲压成型中的力学基础1、点的应力状态第二章板材冲压成型的基本知识图2-10点应力状态（a）任意坐标系统（b）主轴坐标系统CompanyLogo板料成型时，大多数情况下板厚方向的应力很小，可以忽略不计。所以一般可按平面应力状态处理板料成型过程。板料冲压时，毛坯的内孔和外边缘处通常处于直线应力状态。第二章板材冲压成型的基本知识图2-11主应力图CompanyLogo主应力图中，压应力分量越多，数值越大，则金属的塑性越高。单元体上三个正应力的平均值称为平均应力，用σm表示，即σm=（σ1+σ2+σ3）/3任何一种应力状态都可以看成是由两种应力状态叠加而成的。球应力状态（静水压力）：各应力分量大小等于平均应力。改变物体的体积，而不能改变物体的形状。偏应力状态：减去了球应力状态以后得到的应力状态。能使物体产生形状变化，不会引起物体体积的变化。第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo2、点的应变状态设有边长分别为b0、l0和t0的立方形物体，均匀变形后尺寸变为b、l、t，根据体积不变条件：l0b0t0=lbt等式两边取对数可得：1n（b/b0）+1n（l/l0）+1n（t/t0）=0以应变的形式表示：ε1+ε2+ε3=0（2-2）第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo第二章板材冲压成型的基本知识图2-12主应变图CompanyLogo第二章板材冲压成型的基本知识2.2.2屈服准则各个应力分量之间的关系称为屈服准则（塑性条件）。屈服准则是金属进入塑性状态的力学条件。1、Tresca塑性条件：材料塑性变形的开始与最大切应力有关。无论是何种应力状态，只要最大切应力达到某一定值时材料就开始屈服。其表达式如下：（2-3）σ1-σ3=σs（σ1≥σ2≥σ3）（2-4）2231maxsCompanyLogo第二章板材冲压成型的基本知识2、Mises塑性条件：当变形金属中某点的三个主应力的组合满足以下关系时，材料即开始屈服，进入塑性状态。即：（2-5）式中σ1、σ2、σ3—三个主应力，σ1≥σ2≥σ3σ—材料在单向应力状态下的真实应力。也可写成统一的形式：σ1-σ3=βσ（2-8）当中间主应力σ2=σ1或σ2=σ3时，β=1；当中间主应力σ2=（σ1+σ3）/2时，β=1.155。23123222121）（）（）（CompanyLogo2.2.3冲压变形趋向性及其控制变形区非变形区弱区必先变形，变形区应为弱区第二章板材冲压成型的基本知识（a）拉深（b）翻边（c）缩口CompanyLogo改变变形趋势的措施：1、改变毛坯各部分的相对尺寸第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo2、改变模具工作部分的几何形状和尺寸。改变凸模和凹模的圆角半径3、改变毛坯与模具接触表面之间的摩擦阻力。可采用润滑和改变局部受力4、改变毛坯局部温度。主要采用局部加热或深冷的办法第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo2.3常用冷冲压材料及其成型性能2.3.1冲压材料的基本要求和实验方法1、影响板材冲压成型性能的原因[1]板材的化学成分[2]板材内部组织结构[3]材料的表面质量[4]板材的尺寸精度第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo2、板材冲压成型性能可分为剪切性能和成型性能两大类。[1]剪切性能是指板料对分离加工的适应能力；[2]成型性能是指板料对冲压成型加工的适应能力。成型性能包括有抗破裂性、贴模性和定形性。第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo3、板材成型性能的试验方法常用的试验方法有间接试验和直接试验两大类。[1]间接试验主要的方法有：拉伸试验、剪切试验、硬度试验、金相微观检查等。其中拉伸试验是测定板材的力学性能简单而最常用的方法。第二章板材冲压成型的基本知识（a）拉伸实验用试样（b）拉伸曲线图2-15拉伸实验试样及拉伸曲线CompanyLogo第二章板材冲压成型的基本知识由拉伸试验得到的各种力学性能指标有屈服点或屈服强度，抗拉强度，伸长率e（％），弹性模量E，加工硬化指数n，均匀伸长率（％），垂直各向异性系数或塑性应变比（r、值）以及这些试验值在板面内各向异性值（△r值）。2、直接试验杯突试验、拉深性能试验、拉深力对比试验（TZP法）、锥形件拉深试验、弯曲试验、楔形拉伸试验和扩孔试验等。rues2.0bCompanyLogo第二章板材冲压成型的基本知识图2-16杯突实验（GB4156-1984）图2-17拉深成型性能实验CompanyLogo第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo2.3.2冲压材料的种类1、冲压材料分类：可分为金属材料和非金属材料两大类。金属材料：黑色金属、有色金属非金属材料：橡胶、胶木、塑料、云母…2、供货形式板料；大型零件的冲压；带料（卷料）：大批量生产的自动送料；条料：中、小零件的冲压；块料：单件生产和贵重金属的冲压。第二章板材冲压成型的基本知识CompanyLogo2.4常用冷冲压模具材料及其性能1、模具材料的种类常用的模具材料有普通碳素钢、工具钢、硬质合金、高速钢、铸铁、锌基合金、低熔点合金、环氧树脂、聚氨酯橡胶等。2、模具材料的选取原则[1]冲压材料的性能[2]生产批量[3]工序性质和工作条件3、模具零件材料和热处理要求第二章板材冲压成型的基本知识