2023年,冲压工艺与模具设计.pdf

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1、1，P1，冲压 是 通过模具对板材施加压力或拉力，使板材塑性成形，有时对板材施加剪切力而使板材分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法。冲压工艺可以分成 分离工序 和成形工序 两大类。（判断：表 1和表 2）2，P18，硬化 定义：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降。N 称为材料的 硬化指数，是 表明材料冷变形硬化性能 的重要参数。硬化指数 n 大时，表现在冷变形过程中材料的变形抗力随变形的增加而迅速增大，材料的塑性变形稳定性较好，不易出现局部的集中变形和破坏，有利于提高伸长类变形的成形极限。P30，成形破裂：胀形（a 破裂）和扩孔翻边破裂

2、（B 破裂）。3，P32（了解）硬化指数 n 值：材料在塑性变形时的硬化强度。N 大，说明该材料的拉伸失稳点到来较晚。塑性应变比 r 值：r 值反映了板材在板平面方向和板厚方向由于各向异性而引起应变能力不一致的情况，它反映了板材在板平面内承受拉力或压力时抵抗变薄或变厚的能力。4，P45，冲裁过程 的三个阶段：弹性变形阶段，塑性变形阶段，断裂分离阶段。5，P48，断面 的 4 个特征区：圆角带，光亮带，断裂带，毛刺。（简答）影响断面质量的因素：1，材料力学性能的影响。材料塑性好，材料被剪切的深度较大，所得断面光亮带所占的比例就大，圆角也大；反之则反。2，模具间隙的影响。间隙过小时，最初形成的滞留

3、裂纹，在凸模继续下压时，产生二次剪切，会在光亮带中部形成高而薄的毛刺；间隙过大时，使光亮带所占比列减小，材料发生较大的塌角，第二次拉裂使得断面的垂直度差，毛刺大而厚，难以去除，使冲裁件断面质量下降。3，模具刃口状态的影响。刃口越锋利，拉力越集中，毛刺越小；刃口磨损后，压缩力增大，毛刺增大。4，断面质量还与模具结构、冲裁件轮廓形状、刃口的摩擦条件 等有关。6，P50，降低冲裁力 的方法：阶梯凸模冲裁（缺点：长凸模插入凹模较深，容易磨损，修磨刃口夜间麻烦），斜刃口冲裁，加热冲裁。7，P52，F 卸：从凸模上将零件或废料卸下来所需要得力。F 推：顺着冲裁方向将零件或废料从凹模腔推出的力。F 顶：逆着

4、冲裁方向将零件或废料从凹模腔顶出的力。设 h为凹模孔口直臂的高度，t 为材料厚度，则工件数：n=h|t。刚 性卸料装置和 下 出料方式的冲裁模总压力：F 总=F 冲+F 推 弹 性和 下 出料方式的总冲压力：F 总=F 冲+F 卸+F 推 弹 性和 上 出料方式的总冲压力：F 总=F 冲+F 卸+F 顶（选择）8，P53，冲裁间隙：冲裁模的凸模和凹模刃口之间的间隙。分双边（C）和单边（Z）两种。间隙 的影响：（1）对冲裁件质量的影响。间隙较 大 时，材料所受的拉伸作用增大，冲裁完毕后材料弹性恢复，冲裁件尺寸向实体增加金属材料强度和硬度指标都有所提高但塑性韧性有所下降称为材料的硬化指数是表明材料

5、冷变形硬化性能的重要 出现局部的集中变形和破坏有利于提高伸长类变形的成形极限成形破裂胀形破裂和扩孔翻边破裂破裂了解硬化指数值 方向由于各向异性而引起应变能力不一致的情况它反映了板材在板平面内承受拉力或压力时抵抗变薄或变厚的能力冲方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的孔径则大于 凸模尺寸。当间隙较 小 时，凸模压入板料接近于挤压状态，材料受凹、凸模挤压力大，压缩变形大，冲裁完毕后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件的孔径则变小。（2）对模具寿命的影响。间隙 减小 时，接触压力随之增大，摩擦距离随之增长，摩擦发热严重，因此模具磨损加剧；较大 间隙使得孔径在冲裁后因回弹增大，卸料时减少

6、与凸模侧面的磨损。（3）对冲裁力及卸料力的影响。间隙 减小 时，材料所受的拉应力减小，压应力增大，板料不易产生裂纹，冲裁力增大；反之减小，但继续增大间隙值，凸、凹模刃口产生的裂纹不相重合，会发生二次断裂冲裁力下降变缓。间隙 增大 时，冲裁件光亮带窄，落料件尺寸偏差为负，冲孔件尺寸偏差为正，因而使卸料力、推件力或顶件力减小。间隙继续增大，制作毛刺增大，卸料力、顶件力迅速增大。9，P61 重点（冲裁模刃口尺寸计算）（1）计算原则：落料模先确定凹模刃口尺寸（以凹模为基准，间隙取在凸模上）；冲孔模先确定凸模刃口尺寸（以凸模为基准，间隙取在凹模上）；选择模具刃口制造公差；保证有合理的间隙值；“入体”原则

7、。（2）计算方法：凸模和凹模分开加工 分开加工与配合加工的区别及其优缺点、配合加工计算题；凸模和凹模配合加工 1，落料：应以凹模为基准件，然后配做凹模 2，冲孔 例 2-3 10，P67 重点 排样利用率 的计算（一个进距内的材料利用率增加金属材料强度和硬度指标都有所提高但塑性韧性有所下降称为材料的硬化指数是表明材料冷变形硬化性能的重要 出现局部的集中变形和破坏有利于提高伸长类变形的成形极限成形破裂胀形破裂和扩孔翻边破裂破裂了解硬化指数值 方向由于各向异性而引起应变能力不一致的情况它反映了板材在板平面内承受拉力或压力时抵抗变薄或变厚的能力冲和一张板料上总的材料利用率公式）排样：冲裁件在板、条等

8、材料上的布置方法。材料的利用率：衡量排样经济性、合理性的指标。冲裁过程中产生的 废料分为两种：（1）结构废料（2）工艺废料 排样方法 分三种：（1）有废料排样（2）少废料（3）无废料排样 11，P71搭边：排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料。影响 搭边值大小 的因素：材料力学性能，材料厚度，工件的形状和尺寸，排样的形式，送料及挡料方式。12，P78，冲裁工序 按工序的组合程度 可分为：单工序，复合和级进冲裁。（复合和级进冲裁的区别和利用）冲裁组合方式的选择 根据冲裁件的生产批量、尺寸精度、形状复杂程度、模具成本等多方面考虑（1）生产批量（2）冲裁件的尺寸精度（3）对工件尺寸、形

9、状的适应性（4）模具制造、安装调整和成本（5）操作方便与安全（P94 习题 2）13，P96，弯曲：把板料、管材或型材等弯曲成一定的曲率或角度,并得到一定形状零件的冲压工序。应变中性层：由外区向内区过渡时，其中有一金属纤维层长度不发生变化的金属层。（重点：如何确定中性层）（P98 稍稍理解：弯曲时的中性层：如何确定）14，P101，重点 弯曲件毛坯长度的计算：直线部分 和 弯曲部分 3-12公式 r 大于 0.5t 及图 3-8 r 小于 0.5 的弯曲件。增加金属材料强度和硬度指标都有所提高但塑性韧性有所下降称为材料的硬化指数是表明材料冷变形硬化性能的重要 出现局部的集中变形和破坏有利于提高

10、伸长类变形的成形极限成形破裂胀形破裂和扩孔翻边破裂破裂了解硬化指数值 方向由于各向异性而引起应变能力不一致的情况它反映了板材在板平面内承受拉力或压力时抵抗变薄或变厚的能力冲P103，最小相对弯曲半径 Rmin|t：在保证发生弯曲时表面不发生开断的条件下，弯曲件内表面能够弯曲成取小圆角半径与坯料后度的比值。Rmin|t 越小，弯曲性能越好。影响最小弯曲半径 的因素：零件的弯曲角 a，板材的方向性，板材表面质量与剪切断面质量板材的宽度和厚度 15，P108，弯曲回弹：卸载后弯曲角形状和尺寸发生变化的现象 16，P109，影响弯曲回弹量的因素（1）材料力学性能（2）相对弯曲半径 R|t（3）弯曲角

11、a（4）弯曲方式和模具结构（5）摩擦 16，P121，根据应力应变状态的不同，将 拉深毛坯 分为 5 个区域：平面凸缘区，凸缘圆角区，筒壁部分，底部圆角区，筒底部分。拉深中主要的破坏形式：起皱 和 拉裂。17，P127，起皱：拉伸过程中，毛坯凸缘在切压应力作用下，产生的塑性失稳。起皱原因：凸缘的切向压应力超过板材临界压力应力引起。最大切向压应力产生在凸缘外缘处，起皱首先由此开始。防皱措施：（1）压边圈、拉深筋、拉深槛（2）合理设计零件形状（3）合理设计模具（4）改善冲压条件压边力的平衡润滑（5）合理选材，确定适当板厚、低屈服极限材料，防皱效果好 P128，拉裂的防治措施：根据板材成形性能，采用

12、适当的拉伸比和压力比；增加凸模表面的粗糙度；改善凸缘部分的润滑条件；选用 KS|Kb 比值小，n 值大，r 值大的材料。18，P128毛坯尺寸计算原则：毛坯面积等于工件面积（面积相等原则）增加金属材料强度和硬度指标都有所提高但塑性韧性有所下降称为材料的硬化指数是表明材料冷变形硬化性能的重要 出现局部的集中变形和破坏有利于提高伸长类变形的成形极限成形破裂胀形破裂和扩孔翻边破裂破裂了解硬化指数值 方向由于各向异性而引起应变能力不一致的情况它反映了板材在板平面内承受拉力或压力时抵抗变薄或变厚的能力冲P132，拉伸系数：每次拉伸后圆筒形件的直径与拉伸前毛坯（或半成品）的直径之比，即首次：m1=d1|D

13、 拉伸系数是拉伸工作中重要的工艺参数。极限拉伸系数 的影响因素：板料成形性能，毛坯相对厚度 t|D，凹凸模间隙及其圆角半径等有关。以下为具体介绍：（1）板料的内部组织和力学性能 板料塑性好、组织均匀、晶粒大小适当、屈强比小、塑性应变比 r 值大时，板料的拉深性能好，可以采用较小的极限拉伸系数。（2）毛坯的相对厚度 t|D 毛坯的相对厚度 t|D 小时，容易起皱，防皱压力圈的压力加大，引起的摩擦阻力也大，因此极限拉伸系数相应加大。（3）拉伸模的凸模圆角半径 rp和凹模角度半径 rd rd过小时，筒壁部分与底部的过渡区的弯曲变形加大，使危险断面的强度受到削弱，使极限拉伸系数增加。rd 过小时，毛坯

14、沿凹模圆角滑动的阻力增加，筒壁的拉应力相应加大，其结果是提高极限拉伸系数值。（4）润滑条件及模具情况 润滑条件良好、凹模工作表面光滑、间隙正常，都能减小摩擦阻力改善金属的流动情况，使极限拉伸系数减小。（5）拉伸方式 采用压边圈拉深时，因不易起皱，极限拉伸系数可取小些。（6）拉伸速度 拉伸速度 对极限拉伸系数的影响不大，但速度敏感的金属拉伸速度大时，极限拉伸系数应适当加大。（P137 如何判断能否一次性拉深成功）19，P160，凹模与凸模圆角半径。凹 模圆角半径：过大，则板材在经过凹模圆角部分时的变形阻力以及在间隙内的阻力都要增增加金属材料强度和硬度指标都有所提高但塑性韧性有所下降称为材料的硬化

15、指数是表明材料冷变形硬化性能的重要 出现局部的集中变形和破坏有利于提高伸长类变形的成形极限成形破裂胀形破裂和扩孔翻边破裂破裂了解硬化指数值 方向由于各向异性而引起应变能力不一致的情况它反映了板材在板平面内承受拉力或压力时抵抗变薄或变厚的能力冲大，势必引起总的拉深力增大和模具寿命的降低。过小，拉深初始阶段不与模具表面接触的毛坯宽度加大，这部分很容易起皱。凸 模圆角半径：过大，会使拉伸初级阶段不与模具表面接触的毛坯宽度加大，也使容易此部分起皱。过小，在后续的拉深工序中毛坯沿压边圈的滑动阻力也要增大，对拉伸过程不利。Rd：小，阻力大使得抗力增大，危险断面变薄或破裂，刮伤工件；大，过早丧失压边力致起皱

16、。Rp（对冲压效果影响无 Rd 显著）小，增大弯曲变形，危险断面变薄或开裂，影响表面质量；大，凸模毛坯接触面减小，底部容易变薄，圆角处内皱。20，P177，胀形：在模具的作用下，迫使毛坯 厚度减薄和表面积增大，以获取零件几何形状的冲压加工方法。在凸模力作用下，变形区材料受 双向拉应力 作用，沿切向和径向产生伸长变形，成形面积的扩大主要是靠毛坯厚度变薄而获得。由于变形区不存在压应力，不会出现失稳起皱现象。21，P179，胀形工艺 分两大类：平板毛坯的局部胀形、圆孔空心毛坯的胀形。22，P193，（判断）翻边 分类 按工艺特点，可分为：内孔翻边、外缘翻边（分为 内区翻边 和 外区翻边）和 变薄翻边

17、。按变形性质分为 伸长类翻边（特点：变形区材料受拉应力，切向伸长，厚度减薄，易发生破裂，如圆孔翻边和外缘翻边中的内区翻边）、压缩类翻边（特点：变形区材料切向受压缩应力，产生压缩应力，产生压缩变形，厚度增厚，易起皱。如外缘翻边中的外区翻边）增加金属材料强度和硬度指标都有所提高但塑性韧性有所下降称为材料的硬化指数是表明材料冷变形硬化性能的重要 出现局部的集中变形和破坏有利于提高伸长类变形的成形极限成形破裂胀形破裂和扩孔翻边破裂破裂了解硬化指数值 方向由于各向异性而引起应变能力不一致的情况它反映了板材在板平面内承受拉力或压力时抵抗变薄或变厚的能力冲以及属于体积成形的 变薄翻边 等。23，P194，翻

18、边系数 K：圆孔翻边时的变形程度（K=d0|dm d0毛坯上圆孔上的初始直径，dm翻边后的竖边直径）翻 边 系 数 K 与 竖 边 边 缘 厚 度 变 薄 量 关 系 可 近 似 表 达 为t=t0K12.K 越小，当翻边系数减小到使孔的边缘濒于拉裂时，这种极限状态下的翻边系数称为 极限翻边系数，用 Kl 表示。表 6-1和 6-2.24，P195，影响 圆孔翻边成形极限 的因素：（1）材料伸长率和硬化成形极限 n大，Kl 小，成形极限大。（2）口缘如无毛刺和无冷作硬化时，Kl 较小，成形极限较大。（3）用球形、锥形和抛物线形凸模翻边时，变形条件比平底凸模优越，Kl 较小。在平底凸模中，其相对

19、圆角半径 rp|t 越大，极限翻边系数越小。（4）板材相对厚度越大，Kl 越小，成形极限越大。25，P219冲模的分类：(1)按 工序性质 分：落料模、冲口模、切断模、整修模、弯曲模、拉深模，成形模 等。(2)按工序组合程度 分为：单工序模、级进模、复合模。级进模：一次行程中，在一副模具的不同位置上完成不同的工序。因此对工件来说，要经过几个工位也即几个行程才能完成。而对模具来说，则每个行程都能冲压出一个制件。所以级进模生产效率相当高。复合模：在一次行程中，一副模具的同一个位置上，能完成两个以上工序。一次复合模冲压出的制件精度较高，生产率也高。(3)按 导向方式 分：无导向的开式模、有导向的导板

20、模、导柱模 等。(4)按 卸料方式 分增加金属材料强度和硬度指标都有所提高但塑性韧性有所下降称为材料的硬化指数是表明材料冷变形硬化性能的重要 出现局部的集中变形和破坏有利于提高伸长类变形的成形极限成形破裂胀形破裂和扩孔翻边破裂破裂了解硬化指数值 方向由于各向异性而引起应变能力不一致的情况它反映了板材在板平面内承受拉力或压力时抵抗变薄或变厚的能力冲为 刚性卸料模、弹性卸料模 等。(5)按送料、出件及排除废料方式 分为：手动模、半自动模、自动模 等。(6)按凸、凹模的材料分为：硬质合金模、锌基合金模、薄板模、钢带模、聚氨酯橡胶模 等。26，P221，一套模具根据其复杂程度不同，一般都有数个、数十个

21、甚至更多的零件组成。根据模具零件的作用分为 五个类型的零件：（1）工作零件：完成冲压工作的零件（2）定位零件：保证送料事有良好的导向和控制送料的进距（3）卸料、推件零件：保证在冲压工序完毕后将制动和废料排除，以保证下一次冲压工序顺利进行。（4）导向零件：保证上模与下模相对运动时有精确的导向，使凸模、凹模间有均匀的间隙，提高冲压件的质量。（5）安装固定零件：是上述四部分零件联接成“整体”，保证各零件间的相对位置，并使模具能安装在压力机上。27，P248，压力中心的计算（判断）导正销、压力中心的确认、闭合高度 模具的闭合高度 Ho 是指上模在最低的工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面的距离。如果模具闭合高度实在太小，可以在压床台面上加垫板。增加金属材料强度和硬度指标都有所提高但塑性韧性有所下降称为材料的硬化指数是表明材料冷变形硬化性能的重要 出现局部的集中变形和破坏有利于提高伸长类变形的成形极限成形破裂胀形破裂和扩孔翻边破裂破裂了解硬化指数值 方向由于各向异性而引起应变能力不一致的情况它反映了板材在板平面内承受拉力或压力时抵抗变薄或变厚的能力冲