1、模具设计基础 第2版,第1章 冷冲压成形工艺概论4,1.1 冷冲压工艺概述4 1.1.1 冷冲压工艺基本概念4 1.1.2 冲压工序分类4 1.2 模具分类及结构7 1.2.1 模具分类7 1.2.2 模具结构7 1.3 工艺中常用材料10 1.3.1 冲压常用材料10 1.3.2 常用金属冲压材料的规格10 1.3.3 新型冲压材料简介11,第1章 冷冲压成形工艺概论4,1.3.4 模具常用材料12 1.4 冲压设备14 1.4.1 压力机的分类和型号14 1.4.2 常用压力机的类型结构15 1.4.3 冲压设备的选择22,1.1 冷冲压工艺概述4,冷冲压是金属加工方法之一，它是建立在金属
2、塑性变形的基础上，在常温下利用冲模和冲压设备对材料施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的工件。冷冲模是冲压加工中将材料（金属或非金属）加工成工件或半成品的一种工艺装备。,冷冲压工艺是利用模具与冲压设备完成加工的过程。一般的冲压加工，一台冲压设备每分钟可生产零件的数目是几件到几十件；有时甚至可达每分钟数百件或千件以上。所以生产率非常高，且操作简便，便于实现机械化与自动化。冲压产品的尺寸精度是由模具保证的，质量稳定，一般不需要再进行机械加工。,1.1.1 冷冲压工艺基本概念4,冷冲压加工的特点,气门顶杆 a)毛坯 b)工件,（1）节省材料 冷冲压属于少、无切削加工方法。,
3、钳口冲片排样图 1-钳口冲片 2-转子片 3-余料,（2）制品有较好的互换性,（3）冷冲压可以加工壁薄、重量轻、形状复杂、表面质量好、刚性好的零件。,（4）生产效率高,（5）操作简单由于冲压所用毛坯是板料或卷料，一般又是冷态加工，易于实现机械化与自动化。（6）由于冷冲压生产效率高、材料利用率高，故生产的制品成本较低。,冷冲压加工的一些不足之处 1、冷冲压加工中所用的模具一般比较复杂，生产周期长，成本较高； 2、冷冲压最适合批量较大的生产。对于单件、小批量生产，冷冲压工艺受到一定限制； 3、冲压适于批量生产，且大部分是手工操作，这样如果不重视安全生产和缺乏必要的防护装置，就易发生事故。,一个冲压
4、件常要经过多道冲压工序才能完成。其冲压工序也是多样的，但大致可分为分离工序和塑性成形工序两大类。 （1）分离工序指在冲压过程中，使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序。 切断：指用凸、凹模（或上、下刀刃）将板料沿不封闭 的轮廓线断裂分离的一种冲裁工序。,1.1.2 冲压工序分类4,落料： 指用凸、凹模（或上、下刀刃）沿封闭的轮廓线将制件或毛坯与板料断裂分离的一种冲裁工序。,冲孔：指用凸、凹模（或上、下刀刃）在毛坯或板料上，沿不封闭的轮廓线分离出废料得到带孔制件的一种冲裁工序。,切口：指用凸、凹模（或上、下刀刃）从毛坯或半成品制件的内外边缘上，沿不封闭的轮廓断开，而不完全分离成两部分的一种冲
5、裁工序。,切边：指用凸、凹模（或上、下刀刃）从毛坯或半成品制件的内外边缘上，沿一定的轮廓分离出废料的一种冲裁工序。,a) b),剖切：指用凸、凹模（或上、下刀刃）沿不封闭的轮廓将半成品制件切离为两个或数个制件的一种冲裁工序。,整修： 指用凸、凹模（或上、下刀刃）沿半成品制件被冲裁的外缘或内孔修切掉一层材料，以提高制件尺寸精度和降低冲裁截面粗糙度的一种冲裁工序。,外缘整修,内缘整修,（2）塑性成形工序 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、尺寸和精度要求零件的工序。 塑性成形工序 弯曲 弯曲：指用弯曲模将板料（或丝料、杆件）或半成品沿弯曲线弯成一定角度和形状的一种冷冲压成形工序。
6、,卷边：指把板料半成品制件的端部弯曲成接近圆筒状的一种冷冲压成形工序。,扭曲： 给毛坯或半成品制件以一定扭矩，使其扭转成一定角度的制件或半成品制件的一种冷冲压成形工序。,拉弯：指将板料两端夹紧，对板料进行弯曲并带有拉伸变形，从而获得曲率半径很大的零件的一种冷冲压成形工序。,拉深：把毛坯拉压成空心体，或者把空心体拉压成外形更小而板厚没有明显变化的空心体的一种冷冲压成形工序。,塑性成形工序拉深,变薄拉深：凸、凹模之间间隙小于空心毛坯壁厚，把空心毛坯加工成侧壁厚度小于毛坯壁厚的薄壁制件的一种冷冲压成形工序。,成形：使板料或半成品制件产生局部塑性变形，按凸模与凹模的形状直接复制成形的一种冷冲压成形工序
7、。,塑性成形工序成形,起伏成形：平板毛坯或制件在模具的作用下，产 生局部凸起（或凹下）的冲压方法。,翻边：使毛坯或半成品制件的平面部分或曲面部分的边缘沿一定曲线翻起竖立直边的一种冷冲压成形工序。,胀形：使半成品空心毛坯内部在双向拉应力作用下，产生塑性变形，取得凸肚形制件的一种冷冲压成形工序。,缩口：使管状毛坯或半成品空心制件端部的径向尺寸缩小的一种冷冲压成形工序。,扩口：使管状毛坯或半成品空心制件端部的径向尺寸扩大的一种冷冲压成形工序。,整形：校正制件成准确的形状和尺寸的一种冷冲压成形工序。,校平：指将存在拱弯、翘曲的板料或平板工序件压平的一种冷冲压成形工序。,1.2 模具分类及结构7,1.2
8、.1 模具分类7,按完成工序特征分类：冲裁模、弯曲模、拉伸模、成形模等。 按模具的导向形式分类：无导向模具和导向模具。其中，导向模具又包括导板、导柱、导套导向模具。 按模具完成的冲压工序内容分类：单工序模、级进模、复合模。 按自动化程度分类：手工送料模、半自动模、自动模等。,单工序模 在冲压的一次行程中，只能完成一个冲压工序的模具，称为单工序模，也称为简单模。,（2）级进模（连续模）在条料的送进方向上，具有两个或两个以上工位，并在冲压的一次行程中，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，称为级进模。,电机转子多工位级进模,常用级进模的结构类型,冲孔、落料,冲孔、切断,冲孔、弯曲、切
9、断,连续拉深、落料,常用级进模的结构类型,冲孔、切断、弯曲,冲孔、翻边、落料,冲孔、翻边、落料,冲孔、压印、落料,常用级进模的结构类型,冲孔、切断,连续拉深、冲孔、落料,（3）复合模 只有一个工位，并在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冲模，称为复合模。 复合模有正装式和倒装式两种结构。,电机定子、转子复合模,常用复合模的结构类型,落料、冲孔,冲孔、切边,切断、弯曲,落料、拉深、冲孔,常用复合模的结构类型,切断、弯曲、冲孔,落料、拉深、冲孔、翻边,落料、拉深,冲孔、翻边,常用复合模的结构类型,落料、拉深、切边,落料、胀形、冲孔,单工序模、复合模和连续模的特点比较,1.2.2
10、模具结构7,1.冲裁模,(1)模具结构介绍,图1-1 导柱导套式冲裁模,1.冲裁模,(2)部件分类与功能 工作零件：凸模、凹模、凸凹模。 定位零件：定位板、定位销、挡料销、导正销、 导料板、侧刃。, 压料、卸料及出件零部件：卸料板、推件装置、顶件装置、压边圈。 导向零件：导柱、导套、导板、导筒。 支撑零件：上、下模座，模柄，凸、凹模固定板，垫板。 紧固及其他零件：螺钉、销钉、限位器、弹簧、橡胶垫等。,结构特点：导柱与模座孔为H7/r6（或R7/h6）的过盈配合；导套与上模座孔为H7/r6的过盈配合；导柱与导套采用H7/h6的间隙配合。,导柱式冲模的优点：导向准确可靠，并能保证冲裁间隙均匀稳定，
11、因此，冲裁件的精度较高，使用寿命长，而且安装方便。,导柱式冲模的缺点：冲模外形轮廓尺寸较大，结构较为复杂，制造成本高。,2.弯曲模,图1-2 V形件弯曲模,图1-3 首次拉深模,3.拉深模,1.3.1 冲压常用材料10,冷冲压用材料大部分是各种规格的板料、带料和块料。板料的尺寸较大，一般用于大型零件的冲压。对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。带料 (又称卷料)有各种规格的宽度，展开长度可达几十米，适用于大批量生产的自动送料，材料厚度很小时也可做成带料供应。块料只用于少数钢号和价钱昂贵的有色金属的冲压。冷冲压常用材料有： 黑色金属 普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢
12、、不锈钢、电工硅钢等。 有色金属 纯铜、黄铜、青铜、铝等。非金属材料 纸板、胶木板、橡胶板、塑料板、纤维板和云母等。,1.3 工艺中常用材料10,1.3.2 常用金属冲压材料的规格10,对冷轧钢板，根据国家标准GB/T7082006规定，按轧制精度（钢板厚度精度）可分为A、B级：A较高精度； B普通精度。对厚度4mm以下的优质碳素结构钢冷轧薄钢板，根据GB13237一91规定，按钢板表面质量可分为、三组。按拉深级别又分为Z、S、P三级: 高级的精整表面； Z 最深拉深级； 较高级的精整表面； S 深拉深级； 普通的精整表面。 P 普通拉深级。,1.3.3 新型冲压材料简介11,1.高强度钢板
13、2.耐腐蚀钢板 3.涂层板 4.复合板材,1.选择材料的一般原则, 要有足够的使用性能。 良好的工艺性能。 合理的经济性能。,2.选择模具材料应考虑的因素, 模具的工作条件：如模具的受力状态、工作温度、腐蚀性等。 模具的工作性质。 模具结构因素：如模具的大小、形状、各部件的作用、使用性质等。 模具的加工手段。 热处理要求。,1.3.4 模具常用材料12,3.模具材料常见缺陷,(1) 模具材料易存在的质量问题 1)非金属夹杂物。 2)碳化物偏析。 3)中心疏松和白点。,(2) 模具制造方面的质量问题 毛坯锻造时的一般缺陷。外部缺陷：如裂纹、鳞皮、凹坑、折叠等；内部缺陷：如过热、过烧、疏松、组织偏
14、析等。带有这些缺陷的坯料制作的模具极易产生断裂，或使热处理后的部件存在应力使得模具过早失效。, 碳化物形态和分布均匀性不良。合理的锻造工艺能使金属晶粒和碳化物细化，改善碳化物的分布均匀性，减轻偏析程度。不合理的锻造工艺达不到上述目的，致使模具存在内在质量问题而影响模具寿命。 流线走向和分布不合理。锻造加工会使金属内部的非金属夹杂物随金属的塑变流动而延伸，在组织内部形成明显的流线，称之为纤维方向。平行于纤维方向的抗压能力和抗冲击能力强，垂直于纤维方向的抗剪能力强，称这一现象为金属的方向异性。,1)电加工时，由于高压放电产生高温会使部件表层的晶相组织发生变化，产生脱碳、残余应力等，致使模具磨损寿命
15、降低。 2)磨削加工时是否有烧伤、机械损伤等其他加工缺陷。,(3)模具加工方式产生的缺陷,(4)模具热处理产生的缺陷 1)过热和过烧。 2)脱碳和腐蚀。 3)淬火裂纹。 4)回火不足。,1.4.1 压力机的分类和型号例如：JA31160A曲轴压力机型号的意义是：J第一类机械压力机A参数与基本型号不同的第一种变型3第三列1第一组160公称吨位为160tA结构和性能对原形作了第一次改进,1.4 冲压设备14,压力机的名词解释如下, 开式压力机：指床身结构为C 型，操作者可以从前、左、右接近工作台，操作空间大，可左右送料的压力机。 单柱压力机：指开式压力机床身为单柱，此种压力机不能前后送料。 双柱压
16、力机：指开式压力机床身为双柱型，可前后、左右送料。 可倾压力机：指开式压力机床身可倾斜一定角度，便于出料。, 活动台压力机：指工作台能作水平移动的开式压力机。 固定台压力机：指工作台不能作水平移动的开式压力机。 闭式压力机：指床身为左右封闭的压力机。床身为框架式或叫龙门式，操作者只能从前后两个方向接近工作台，操作空间小，只能前后送料。 单点压力机：指滑块由一个连杆驱动的压力机，用于小吨位、台面较小的压力机。 双点压力机：指滑块由两个连杆驱动的压力机，用于大吨位、台面较宽的压力机。,1.4.2 常用压力机的类型结构,1.曲柄压力机 2.双动拉深压力机 3.摩擦压力机 4.液压机,标称压力 是指滑
17、块离下止点前某一特定距离或曲柄旋转到离下止点前某一特定角度时，滑块上所允许承受的最大作用力。 滑块行程 是指滑块从上止点到下止点所经过的距离，等于曲柄偏心量的2倍。 行程次数 是指滑块每分钟往复运动（从上止点到下止点，然后再回到上止点）的次数。形成次数越多，生产率越高。 闭合高度 是指滑块在下止点时，滑块下表面到工作台上表面的距离。 装模高度 是指滑块在下止点时，滑块下表面到工作台垫板上表面的距离。,1.4.3 压力机的特点与选用 （1）设备类型的选择 1）根据冲压件大小选择 2）根据冲压件的生产批量选择 3）考虑设备的精度与刚度 4）考虑生产现场的实际可能 5）考虑技术上的先进性,2.规格选用, 压力机的标称压力必须大于冲压工序所需压力。当冲压行程较长时，还应注意在全部工作行程上，压力机许可压力曲线应高于冲压变形力曲线。 压力机滑块行程应满足制件在高度上能获得所需尺寸，并在冲压工序完成后能顺利地从模具上取出来。对于拉深件，行程应大于制件高度两倍以上。 压力机的行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求。 压力机的闭合高度、工作台面尺寸、滑块尺寸、模柄孔尺寸等都能满足模具的正确安装要求。对于曲柄压力机，模具的闭合高度与压力机闭合高度之间要符合以下公式。Hmax-5(mm)H+hHmin+10(mm),
