第一章 概述与冲压设备

冲压模具设计安徽农业大学工学院第一章概述冲压：利用模具在压力机上对板料施压使之分离或成形，以获得所需零件形状和尺寸。冲压特点：无屑加工、模具加工。冲压工艺：分离工序、成形工序。分离工序：指冲压过程中使冲压件与板料沿一定的轮廓相互分离的工序。基本工序：冲孔、落料、切断、切口、切边、剖切、整修等。冲孔、落料冲孔、剖切成形工序：指材料在不破裂的条件下产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和精度要求的零件。基本工序：弯曲、卷圆、扭曲、拉深、翻孔、翻边、拉弯、胀形、起伏、扩口、缩口、旋压、校形。汽车发动机用垫圈：汽车发动机支架：普通垫片：常用五金件：冲压加工的优点经济方面——原材料省，且利用率高(一般可达70-90%)——操作工艺方便——生产效率高，便于机械化与自动化——成本低汽车覆盖件冲压加工的优点技术方面——可以获得用其他加工工艺难以加工的各种形状复杂的零件与制品；——尺寸精度较高，质量稳定，互换性良好（一般IT8～10,最高达IT7）；——在材料消耗不大的情况下，可获得强度高、刚度大、重量轻的零件；冲压生产的局限性——制模成本高；——技术要求高；——不适用于单件及小批量生产；冲压工艺在工业生产中的地位和作用在机械制造业中，冷冲压是一种生产效率很高的加工工艺，它给生产提供了及其方便及最有利的条件。冲压工艺的应用范围很广，大到汽车的覆盖件，小至钟表及仪器仪表的元件，大多是冷冲压制成的。统计表明：——汽车制造业中，60～75％冲压件——电机仪器仪表业中，60～70％——国防工业中，冲压件的比重也相当大冲压应用领域——汽车行业的冲压——汽车等行业零部件类冲压——电器件冲压——生活日用品冲压——家用电器部件冲压——航空航天工业、国防工业航空航天制造业：汽车制造业：冲压工艺的工序和分类由于冲压加工的零件形状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等地不同，当前在生产中所采用的冲压工艺方法也是多种多样的。但是，概括起来可以分为两大类：——分离工序(shearing)——成形工序(forming)冷冲压基本工序分类图•冷冲压工序•分离工序变形工序复合工序装配工序•冲裁弯曲拉延成形体积冲压剪裁落料冲孔切口切边弯曲扭曲拉延起伏成形压印冲眼分离工序(shearing)是指板料受力后，应力超过材料的强度极限σb，而使板料产生剪裂或局部剪裂。其目的是在冲压过程中，使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，同时，冲压件分离断面的质量也要满足一定的要求。普通冲裁*落料——用冲模沿封闭轮廓曲线冲切，冲下部分是零件。用于制造各种形状的平板零件*冲孔——用冲模按封闭轮廓曲线冲切，冲下部分是废料*切断——用剪刀或冲模沿不封闭轮廓曲线切断，多用于加工形状简单的平板零件*切边——将成形零件的边缘修切整齐或切成一定的形状*剖切——把冲压加工成的半成品切开成为二个或多个零件，多用于不对称零件的成双或成组成压成形之后精密冲裁普通冲裁所得工件尺寸精度在IT11以下，切断面表面粗糙度值Ra为12.5～6.3,且有锥度。对于一些要求光洁和尺寸精度较高的零件或要求剪切断面与工件表面垂直的零件，一般的冲裁方法达不到要求，这样就发展了精密冲裁工艺。成形工序*弯曲——把板料沿直线弯成各种形状，可以加工形状极为复杂的零件*拉深——把平板毛坯冲制成各种空心的零件，也有称之为拉延、压延、引伸*变薄拉深——把拉深加工后的空心半成品进一步加工成底部厚度大于侧壁厚度的零件*成形——把弯曲和拉深以外的许多变形类工序统称为成形。包括：翻边、局部成形、胀形、扩口、缩口、旋压、强力旋压、校平与整形等。*翻边——把板料的边缘按曲线翻成竖立的边缘，可分为内孔翻边和外缘翻边内孔翻边——圆孔翻边、异形孔翻边外缘翻边——凸曲线翻边、凹曲线翻边*局部成形——在板料或零件表面上制成各种形状的凸起或凹陷，以提高零件的刚性，也可称之为起伏、压梗、压筋*胀形——将空心件或管状毛坯向外扩张*扩口——将空心件口部直径扩大*缩口——将空心件口部直径缩小*旋压——毛料随旋压机主轴旋转，赶棒加压于毛坯，使毛坯逐渐紧贴模具以获得所需形状和尺寸的制件，有时也称为赶形*强力旋压——在旋转状态下，用辊轮使毛坯逐步成形的方法，有时也称为旋薄*校平与整形——为了提高成形零件的平整度、尺寸精度或获得小的圆角半径而采用的成形方法复合工序把两个或两个以上的基本工序合并成一个工序，可以提高冲压生产的效率，降低工件的成本，便于实现自动化生产。如：——冲孔–落料——落料–拉深–切边——落料–冲孔–弯曲……实现冲压的基本条件：要实现冲压必须对材料施加作用力，使得材料产生分离或塑性变形。所以要具备以下两个条件：（一）冲压模具冲压模具是实现冲压工艺的工具（二）冲压设备冲压设备是实现冲压时提供外力的装置。冲压技术的发展方向1、工艺分析计算方法的现代化2、模具设计制造技术现代化3、冲压生产的机械化与自动化4、适应产品更新换代快和生产批量小的特点5、改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果1、工艺分析计算方法的现代化近几年来国内外开始采用有限元法，对复杂成形件（如汽车覆盖件）的成形过程进行应力应变分析和计算机模拟，以预测某一工艺方案对零件成形的可能性和会发生的问题，将结果显示出来，供设计人员进行修改和选择。这样，不但可以节省模具试制费用，缩短新产品的试制周期，还可以逐步建立一套能结合生产实际的先进设计方法，既促进了冲压工艺的发展，也将使塑性成形理论逐步完善到对生产实际的指导作用。2、模具设计制造技术现代化为了加快产品的更新换代，缩短模具设计、制造周期，工业先进国家正在大力开展模具计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）的研究，并在生产中应用。采用这一技术，一般可以提高模具设计制造效率2～3倍。发展这一技术，最终是实现模具CAD/CAM一体化。应用这一技术，不仅可以缩短模具设计制造周期，还可以提高模具质量，减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新开发上。3、冲压生产的机械化与自动化为了满足大批量生产的需要，冲压设备由低速压力机发展到高速自动压力机。国外还加强了由计算机控制的现代化全自动冲压加工系统的研究与应用，使冲压生产达到高度自动化，从而减轻劳动强度和提高生产效率。4、适应产品更新换代快和生产批量小的特点为了满足产品更新换代和小批量生产的需要，发展了一些新的成形工艺（如高能成形等）、简易模具（如软模和低熔点合金模等）、数控冲压设备和冲压柔性制造系统（FMS）等。这样，就使冲压生产既适合大批量生产，也适合小批量生产。5、改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果目前世界各先进工业国不断研制出冲压性能良好的板材，以提高冲压成形能力和使用效果。例如，研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件，以减轻零件重量和提高其结构强度。模具1）单工序模：在冲压的一次行程过程中，只能完成一个冲压工序的模具。播放动画2）级进模：在冲压的一次行程过程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。播放动画电机转子多工位级进模3）复合模：在冲压的一次行程过程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。播放动画电机定子、转子复合模复合冲压模有正装式和倒装式两种结构。其中正装式是凸模置于上模部分，倒装式则是凸模置于下模部分。正装复合模倒装复合模3.常见冲压工序及相应模具冲压加工设备冲压设备按传动分为机械压力机和液压机。机械压力机又分曲柄压力机和摩擦压力机。1.曲柄压力机的组成及应用按床身结构形式的不同，曲柄压力机可分为开式曲柄压力机或闭式曲柄压力机；按驱动连杆数的不同可分为单点压力机或多点压力机；按滑块数是一个还是两个可分为单动压力机或双动压力机。曲柄压力机结构曲柄压力机组成部分(1)床身(2)运动系统(3)离合器(4)制动器(5)上模紧固装置(6)滑块位置调节装置(7)打料装置(8)曲柄压力机其他部分导轨、安全块、漏料孔。运动系统运动的传递路线为：电动机→小带轮→传动带→大带轮→传动轴→小齿轮→大齿轮→离合器→曲轴→连杆→滑块。离合器制动器上模紧固装置打料装置曲柄压力机的主要技术参数（1）公称压力压力机曲柄转到离下止点一定角度(称为公称压力角，等于30°时），滑块上所容许的最大工作压力。(2)滑块行程滑块行程是指滑块从上止点移动到下止点的距离。(3)滑块每分钟冲压次数(4)压力机装模高度压力机的装模高度是指滑块移动到下止点时，滑块底平面到工作台垫板上平面的高度。(5)压力机工作台面尺寸(6)落料孔尺寸(7)模柄孔尺寸模柄直径应略小于滑块内模柄安装孔的直径。模柄的长度应小于模柄孔的深度。(8)压力机电动机功率其他常用压力机简介(1)偏心压力机偏心压力机的主轴为偏心轴。偏心压力机的主要特点是行程不大，但可少量调节。(2)开式曲柄压力机和闭式曲柄压力机开式曲柄压力机床身前面、左面和右面三个方向是敞开的，适合于自动送料。但刚度相对较差。闭式曲柄压力机床身两侧封闭，只能通过前后方向送料。机床操作空间较小。但机床刚性好。(3)单点、双点和四点压力机分别由一个、两个或四个连杆同步驱动滑块。(4)摩擦压力机摩擦压力机是利用摩擦盘与飞轮之间相互接触传递动力，并根据螺杆与螺母相对运动，使滑块产生上下往复运动的锻压机械。数控冲模回转头压力机是由计算机控制并带有模具库的数控冲切及步冲压力机，能自动快速地更换模具，通用性强、生产率高。(5)数控冲模回转头压力机冲压设备的选择方式1、按冲压力选用2、按冲压工序工作行程选用落料、冲孔时工作行程与冲裁料厚基本相同弯曲时以凸模进入凹模的深度来决定，并考虑工件的取出拉深时的工作行程等于拉深高度：单动压力机拉深件高度×2＜压力机行程3、按模具闭合高度选用模具闭合时的计算高度在压力机的许用闭合高度范围以内。⑴、单动压力机模具闭合高度＜压力机最大装模高度-（10～15）mm模具闭合高度＞压力机最小装模高度+（5～10）mm