1、金属塑性成型工艺与模具设计材料科学与工程学院张绪平内内容容提提纲纲第一章第一章 概述概述 第二章第二章 冲裁冲裁第三章第三章 弯曲弯曲 第四章第四章 拉深拉深第五章第五章 其它成形工艺其它成形工艺第六章第六章 冲压工艺规程冲压工艺规程第七章第七章 冲模结构设计冲模结构设计第八章第八章 特种模具特种模具第一章 概述 内容简介 : 本章讲述冲压模具设计的基础知识。 涉及冲压和冲模概念、冲压工序和冲模分类；常见冲压设备及工作原理、选用原则；冲压成形基本原理和规律；冲压成形性能及常见冲压材料；模具材料种类；模具制造特点、模具零件加工方法及应用等 。 学习目的与要求：1掌握冲压和冲模概念、冲压工序和冲模
2、分类；2认识常见冲压设备，掌握选用原则；3了解屈服准则、塑性变形时应力应变关系、体积不变条件、硬化规律等冲压成形基本规律；4了解冲压成形性能与机械性能关系；5认识模具制造特点，掌握模具零件加工方法。 重点内容：冲压成形基本概念、冲压设备及选用、冲压成形基本规律及应用、冲压成形性能与机械性能关系、常用模具零件加工方法及应用。难点内容： 冲压成形基本规律、冲压成形性能与机械性能关系。主要参考书： 1 王同海 .实用冲压设计技术 .北京：机械工业出版社， 20002 冯炳尧 .模具设计与制造简明手册 .上海：上海科学技术出版社， 2000章节内容：1.1冲压的定义1.2冲压工序分类1.3冲压工艺的特
3、点及其应用1.4冲压变形的理论基础1.5冲压用板料1.6冲压设备简介1.1 冲压的定义冲压是利用冲模在冲压设备上对板料施加压力（或拉力），使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的制件的加工方法。冲压加工的对象一般为金属板料（或带料）、薄壁管、薄型材等，板厚方向的变形一般不侧重考虑，因此也称为板料冲压，且通常是在室温状态下进行（不用加热，显然处于再结晶温度以下），故也称为冷冲压。 锻造和冲压合称为锻压，锻造加工的对象一般为金属棒料（或锭料），必须考虑长、宽、高 3个方向的变形，且通常是在再结晶温度以上进行，故常称为热锻。基于通常要施加一定的压力才能完成加工的共性，锻造、冲压与轧制、挤压
4、、拉拨等总称为金属压力加工；金属压力加工迫使加工对象发生塑性变形，既改变了尺寸、形状，又改善了性能，故还称为塑性加工。 动画 :课程相关的知识点 (说明该课程主要知识点与相关课程的关系 )冲模、冲压设备和板料 是构成冲压加工的 3个基本要素。所谓冲模就是加压将金属或非金属板料或型材分离、成形或接合而得到制件的工艺装备。没有设计和制造水平均很先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。轧制、拉拨、挤压等方法是将钢锭加工成棒料、板料、管材、线材等制品，但通常不制成零件，称为一次塑性加工；锻压加工则是在一次塑性加工的基础上，将棒料、板料、管材、线材等制成具有特定用途的制件（或零件），可称为二次塑性加工。2
5、0世纪后期又流行将塑性加工称为塑性成形。 动画二 :冲模设计与制造流程图 1.2 冲压工序的分类 生产中为满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量大小、原材料性能的要求，冲压加工的方法是多种多样的。 概括起来可以分为分离工序与成形工序两大类。分离工序又可分为落料、冲孔和剪切等，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，表1所示。成形工序可分为弯曲、拉深、翻孔、翻边、胀形、缩口等，目的是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，并转化成所要求制件形状，见表 2。表 3是立体塑性成形工序立体冲压。动画三 :典型冲压零件 1.3 冲压工艺的特点与应用 特点：（ 1）冲压件的尺寸精度由模具来保证
6、，具有一模一样的特征，所以质量稳定，互换性好。（ 2）由于利用模具加工，所以可获得其它加工方法所不能或难以制造的，壁薄、重量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件。（ 3）冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样，大量切削金属，所以它不但节能，而且节约金属 。（ 4）对于普通压力机每分钟可生产几十件，而高速压力机每分钟可生产几百上千件。所以它是一种高效率的加工方法。 由于冲压工艺具有上述突出的特点，因此在国民经济各个领域广泛应用。例如，航空航天、机械、电子信息、交通、兵器、日用电器及轻工等产业都有冲压加工。不但产业界广泛用到它，而且每一个人每天都直接与冲压产品发生联系。冲压可制造钟表及仪
7、器中的小型精密零件，也可制造汽车、拖拉机的大型覆盖件。冲压材料可使用黑色金属、有色金属以及某些非金属材料。冲压也存在一些缺点，主要表现在冲压加工时的噪声、振动两种公害。这些问题并不完全是冲压工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备落后所造成的。随着科学技术的进步，这两种公害一定会得到解决。 1.4冲压变形的理论基础1.4.1金属塑性变形的概念塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而不破坏其完整性的能力。塑性指标：常用的塑性指标如下变形抗力： 引起塑性变形的单位变形力。（金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为变形抗力）。1.4.2影响塑性及变形抗力的主要因素 内因
8、： 外因： 1.4.3金属塑性变形的力学条件屈服条件 1.4.4冲压成形中的变形趋向及其控制 冲压成形时，毛坯内各处的应力应变状态都不相同。从变形过程中的某瞬间来看，在应力状态满足屈服准则的区域内将产生塑性变形，此区称为塑性变形区，没有满足屈服准则的区域不会产生塑性变形，称为非变形区。 非变形区进一步又可分为已变形区、待变形区和不变形区。通过对材料流动趋向性的控制，其实就是对变形趋向性的控制，一切导流措施均有利于强区向弱区转化。反之，一切阻流措施，均有利于弱区转化为强区。 为实现对变形趋向性的控制经常采取的工艺措施有：1.2.3.4.1.5冲压用板料1.5.1板料的冲压成形性能和评定方法板料对
9、各种冲压成形加工的适应能力称为板料的冲压成形性能。具体地说，就是指能否用简便地工艺方法，高效率地用坯料生产出优质冲压件。冲压成形性能是个综合性的概念，它涉及到的因素很多，其中有两个主要方面：一方面是成形极限，希望尽可能减少成形工序；另一方面是要保证冲压件质量符合设计要求。(一 )成形极限 在冲压成形中，材料的最大变形极限称为成形极限。对不同的成形工序，成形极限应采用不同的极限变形系数来表示。例如弯曲工序的最小相对弯曲半径、拉深工序的极限拉深系数等等。这些极限变形系数可以在各种冲压手册中查到，也可通过实验求得。 依据什么来确定极限变形系数呢？这要看影响成形过程正常进行的因素是哪些。影响成形过程正
10、常进行的因素，可能发生在变形区，也可能发生在非变形区。 1.属于变形区的问题伸长类变形一般是因为拉应力过大，材料过度变薄，局部失稳而产生断裂，如 胀形、翻孔、扩口 和弯曲外区等的拉裂。压缩类变形一般是因为压应力过大，超过了板材的临界应力，使板材丧失稳定性而产生起皱，如缩口、 无压边圈拉深 等的起皱。2.属于非变形区的问题 非变形区 作为传力区时 ，往往由于变形力超过了该传力区的承载能力而使变形过程无法继续进行。 拉裂或过度变薄 失稳或 塑性镦粗 各属于什么加工方法？非变形区不是传力 区时，由于变形过程中金属流动的不均匀性，也可能产生过大的内应力而使之破坏。 待变形区拉裂或起皱 已变形区拉裂或起
11、皱 (二 )成形质量 冲压零件不但要求具有所需形状，还必须保证产品质量。冲压件的质量指标主要是厚度变薄率、尺寸精度、表面质量以及成形后材料的物理力学性能等。1.6 冲压设备简介1.6.1曲柄压力机曲柄压力机是一种通用金属成形机床，图所示为一种典型的曲柄压力机的传动原理与外观。理与外观。J23-16 1.6.2薄板拉深液压机液压机根据帕期卡原理制成，以液体（大型机用水 -乳化液、中小型机用油）为介质传递能量。液压机一般液压系统和本体两部分组成。液压缸、相关容器、管道和各种阀、泵是液压系统的主要构件：本体的结构类型有梁柱式（典型结构为三梁四柱）、框架式、单臂式等，部分大型液压机的工作台可移出，以便
12、安装大型模具。第二章 冲裁 内容简介 : 冲裁是最基本的冲压工序。 本章是本课程的重点章。在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上，介绍冲裁工艺计算、工艺方案制定和冲裁模设计。涉及冲裁变形过程分析、冲裁件质量及影响因素、间隙确定、刃口尺寸计算原则和方法、排样设计、冲裁力与压力中心计算、冲裁工艺性分析与工艺方案制定、冲裁典型结构、零部件设计及模具标准应用、冲裁模设计方法与步骤等。 学习目的与要求：1了解冲裁变形规律、冲裁件质量及影响因素；2掌握冲裁模间隙确定、刃口尺寸计算、排样设计、冲裁力计算等设计计算方法。3掌握冲裁工艺性分析与工艺设计方法；4认识冲裁模典型结构（尤其是级进模和复合模）及特点，了解模具标准，掌握模具零部件设计及模具标准应用方法；5掌握冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。 重点内容：1冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素；2刃口尺寸计算原则和方法；3冲裁工艺性分析与工艺方案制定；4冲裁模典型结构及特点；5冲裁模结构设计及模具标准应用；6冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。 难点内容： 1冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素；2刃口尺寸计算原则和方法；3模具结构设计及模具标准应用；4冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。 图 1 手柄工件简图图 2 电极板
