第一章沖壓模具設計與制造基礎

1、內(nèi)容提要內(nèi)容提要 本章內(nèi)容包括：沖壓和沖模概念、沖壓工序和沖模分類；常見沖壓設備及工作原理、模具與壓力機的關(guān)系 ；沖壓成形性能及常見沖壓材料；模具材料種類、性能、選用原則及熱處理方法；模具制造特點、模具零件加工方法及應用等 。MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎1.1 沖壓成形與模具技術(shù)概述一、基本概念沖壓成形在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具沖壓模具在沖壓加工中，將材料加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為沖壓模具（俗稱沖模）。二、沖

2、壓工序的分類1. 分離工序2. 成形工序MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎分離工序沖壓成形時，變形材料內(nèi)部的應力超過強度極限b，使材料發(fā)生斷裂而產(chǎn)生分離，從而成形零件。分離工序主要有剪裁和沖裁等。MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎成形工序成形工序沖壓成形時，變形材料內(nèi)部應力超過屈服極限s，但未達到強度極限b，使材料產(chǎn)生塑性變形，從而成形零件。成形工序主要有彎曲、拉深、翻邊等。 MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎三、沖模1.沖模的分類 按工藝性質(zhì)分沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等。按工序組合分單工序模、復合模、級進模2.沖模零件工藝零件工藝零

3、件直接參與工藝過程的完成并和坯料有直接接觸，包括：凸模、凹模、定位零件、卸料與壓料零件等結(jié)構(gòu)零件結(jié)構(gòu)零件不直接參與完成工藝過程，也不和坯料有直接接觸，只對模具完成工藝過程起保證作用，或?qū)δ＞吖δ芷鹜晟谱饔?，包括：導向零件、緊固零件、標準件及其它零件等MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎四、沖模設計與制造的主要內(nèi)容1.沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)流程（沖壓）產(chǎn)品設計沖壓成形工藝設計沖壓模具設計沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)沖模制造MD&M第一章 沖壓工

4、藝及模具設計與制造基礎2.沖壓模具設計與制造的內(nèi)容沖壓工藝設計沖壓工藝設計、模具設計模具設計與模具制造模具制造。 沖壓工藝設計沖模設計的基礎和依據(jù)。 沖模設計實現(xiàn)沖壓工藝。沖模制造則是模具設計過程的延續(xù)，目的是使設計圖樣，通過原材料的加工和裝配，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂惺褂霉δ芎褪褂脙r值的模具實體。 MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎1.2 沖壓設備及選用（工藝設計內(nèi)容之一）一、常見沖壓設備機械壓力機（以Jxx表示其型號）液壓機（以Yxx表示其型號）摩擦壓力機曲柄壓力機數(shù)控沖床油壓機水壓機 曲柄壓力機MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎數(shù)控沖床MD&M第一章 沖壓工

5、藝及模具設計與制造基礎摩擦壓力機傳動系統(tǒng)1-電機 2-傳送帶 3、5-摩擦盤 4-軸 6-飛輪 7、10-連桿 8-螺母 9-螺桿 11-擋塊 12-滑塊 13-手柄 MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎偏心壓力機傳動系統(tǒng)1-滑塊 2-連桿 3-制動裝置 4-偏心軸 5-離合器6-皮帶輪 7-電機 8-操縱機構(gòu)MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎曲軸壓力機傳動系統(tǒng)1-電機 2-皮帶輪 3、4-齒輪 5-離合器 6-連桿 7-滑塊 MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎油壓機MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章

6、沖壓工藝及模具設計與制造基礎類型設備名稱工作原理特點機械壓力機摩 擦 壓力機 利用摩擦盤與飛輪之間相互接觸并傳遞動力，借助螺桿與螺母相對運動原理而工作。其傳動系統(tǒng)如圖1.2.1 所示。結(jié)構(gòu)簡單，當超負荷時，只會引起飛輪與摩擦盤之間的滑動，而不致?lián)p壞機件。但飛輪輪緣磨損大，生產(chǎn)率低。適用于中小型件的沖壓加工，對于校正、壓印和成形等沖壓工序尤為適宜。曲柄壓力機利用曲柄連桿機構(gòu)進行工作，電機通過皮帶輪及齒輪帶動曲軸傳動，經(jīng)連桿使滑塊作直線往復運動。曲柄壓力機分為偏心壓力機和曲軸壓力機，二者區(qū)別主要在主軸，前者主軸是偏心軸，后者主軸是曲軸。偏心壓力機一般是開式壓力機，而曲軸壓力機有開式和閉式之分。偏心

7、壓力機和曲軸壓力機的傳動系統(tǒng)如圖1.2.2 和圖1.2.3所示。生產(chǎn)率高，適用于各類沖壓加工高速沖床工作原理與曲柄壓力機相同，但其剛度、精度、行程次數(shù)都比較高，一般帶有自動送料裝置、安全檢測裝置等輔助裝置。生產(chǎn)率很高，適用于大批量生產(chǎn)，模具一般采用多工位級進模。液壓機油壓機水壓機利用帕斯卡原理，以水或油為工作介質(zhì)，采用靜壓力傳遞進行工作，使滑塊上、下往復運動。壓力大，而且是靜壓力，但生產(chǎn)率低。適用于拉深、擠壓等成形工序。工作原理與特點MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎二、沖壓設備規(guī)格的選擇1.公稱壓力2.滑塊行程3.行程次數(shù)4.工作臺面尺寸5.滑塊模柄孔尺寸6.閉合高度公稱壓

8、力公稱壓力：壓力機許用壓力曲線：壓力機許用壓力曲線： 沖裁、彎曲時壓力機的噸位應比計算的沖壓力大30%左右。壓力機的許用壓力曲線1壓力機許用壓力曲線 2沖裁工藝沖裁力實際變化曲線 3拉深工藝拉深力實際變化曲線 滑塊下滑到距下極點某一特定的距離Sp (0.050.07滑塊行程 )或曲柄旋轉(zhuǎn)到距下極點某一特定角度時，所產(chǎn)生的沖擊力稱為壓力機的公稱壓力。 實際沖壓力曲線與與壓力機許用壓力曲線不同。 拉深時壓力機噸位應比計算出的拉深力大60%100%。 MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎壓力機的閉合高度壓力機的閉合高度：壓力機的裝模高度壓力機的裝模高度：模具的閉合高度模具的閉合高度：

9、理論上為理論上為：實際上為實際上為：模具與壓力機的關(guān)系模具與壓力機的關(guān)系 指滑塊在下止點時，滑塊底面到工作臺上平面（即墊板下平面）之間的距離。 指壓力機的閉合高度減去墊板厚度的差值。 指沖模在最低工作位置時，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。 Hmin-H1HHmaxH1 Hmin-H10HHmax-H5 MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎H模具閉合高度；Hmin壓力機的最小閉合高度；Hmax壓力機的最大閉合高度；H墊板厚度；M連桿調(diào)節(jié)量；HminH壓力機的最小裝模高度；Hmax-H壓力機的最大裝模高度。MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎1.3 板料成形

10、理論簡介塑性成形平面應力問題及其解法（應力、應變及其分布、成形載荷） 平面應力狀態(tài) 屈服準則（屈服條件） 主應力法(切塊法) 有限元法1 1-3 3=(1=(11.155)1.155)S SMD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎點的應力狀態(tài)a）任意坐標系 b）主軸坐標系 MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎9種主應力狀態(tài)圖平面應力狀態(tài)MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎1.4 板料及其成形性能 硬化模型 硬化指數(shù) 各向異性與塑性應變比 延伸率 屈強比（sb） 彈性模量E1.成形極限圖(FLD)MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD

11、&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎1.5 模具材料選用 不同沖壓方法，其模具類型不同，模具工作條件有差異，對模具材料的要求也有所不同。 沖模工作零件主要長期承受沖擊和摩擦等。表1.4.1是不同模具工作條件及對模具工作零件材料的性能要求。 一、沖壓對模具材料的要求MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎二、沖模材料的選用原則1.根據(jù)模具種類及其工作條件，選用材料要滿足使用要求，應具有較高的強度、硬度、耐磨性、耐沖擊、耐疲勞性等；2.根據(jù)沖壓材料和沖壓件生產(chǎn)批量選用材料；3.滿足加工要求，應具有良好的加工工藝性能，便于切削加工，淬透性好、熱處理變形?。?.滿足經(jīng)濟性要求。

12、 MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎 沖壓模具所用材料主要有碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鑄鋼、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金以及鋅基合金、低熔點合金、環(huán)氧樹脂、聚氨酯橡膠等。沖壓模具中凸、凹模等工作零件所用的材料主要是模具鋼，常用的模具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼、高速工具鋼、基體鋼、硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金等（可參見GB/T6991999、GB/T12981986、GB/T12992000、JB/T58261991、JB/T58251981、JB/T58271991等）。三、沖模常見材料及熱處理要求MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎 常用模具鋼的性能比較見表1.4.

13、2。 常用冷作模具鋼國內(nèi)、外牌號對照見表1.4.3 。 模具工作零件的常用材料及熱處理要求見表1.4.4。 模具一般零件的常用材料及熱處理要求見表1.4.5。 模具零件加工常見熱處理方法有退火、調(diào)質(zhì)、淬火、回火、滲碳、氮化等。 根據(jù)零件及要求不同，熱處理工序安排 也不同。見表1.4.6、表1.4.7。MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具

14、設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎1.6 模具加工MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎模具制造主要有三項工作：（1）模具工作零件的制造（2）配購通用、標準件及進行補充加工（3）進行模具裝配和試模其中，模具工作零件的制造和模具裝配是重點。 二類工具：模具加工、裝配中需要的專用工具，如非標準鉸刀、量規(guī)，靠模，檢驗樣板。1.6 模具加工1.形狀復雜，加工精度高；2.模具材料性能優(yōu)異，硬度高，難加工；3.模具生產(chǎn)批量小，大多具有單件生產(chǎn)的特點，應多采用少工序、多工步的加工方案，即工序集中的方案；不用或少用專用工具加工 ；4.模具制造完成后均需調(diào)整和試模。

15、一、模具制造特點沖模是專用的工藝裝備，沖模制造屬于單件生產(chǎn)。制造特點：MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎模具制造正由勞動密集技術(shù)密集依靠手工技巧依靠高效、高精度的數(shù)控切削機床、電加工機床機械加工時代機、電結(jié)合加工以及其它特殊加工時代 現(xiàn)代模具制造集中了制造技術(shù)的精華,體現(xiàn)了先進制造技術(shù)，已成為技術(shù)密集型的綜合加工技術(shù)。 一、模具制造特點（續(xù)）MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎包括：二、模具零件加工方法其中：2.特種加工是對機械加工的重要補充，但也需要用機械加工的方法進行預加工。機械加工、特種加工1.機械加工是主要加工方法，配以鉗工操作，可實現(xiàn)整套模具的制造。

16、MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎（一）模具零件的毛坯選擇凸、凹模等工作零件：二、模具零件加工方法（續(xù)）模座、大型模具零件：墊板、固定板等零件：不同方法得到的毛坯，其加工余量不同。鍛件鑄件型材上的切割件MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎二、模具零件加工方法（續(xù)）（二）模具零件的機械加工常用機械加工方法在模具零件加工中的應用如表1.5.1所示。 主要有車、刨、銑、鏜、磨等?，F(xiàn)在數(shù)控技術(shù)都應用在這些加工方法中，甚至有多軸聯(lián)動、復合加工。 常用機械加工方法可能到的尺寸精度和表面粗糙度如表1.5.2表1.5.3所示。 常見外圓表面、平面和孔的加工方案見表1.5.11

17、.5.6所示。MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎二、模具零件加工方法（續(xù)）（三）模具零件的電加工電火花加工電火花加工、電火花線切割加工電火花線切割加工 在一定的介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極之間脈沖放電的電腐蝕作用，對工件進行加工的一種工藝方法，它是不斷放電蝕除金屬的過程。1.電火花加工MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及

18、模具設計與制造基礎局限性：（三）模具零件的電加工(續(xù)）1.電火花加工(續(xù)）只能用于加工金屬等導電材料；需要制作成形電極；加工速度一般較慢，為了提高加工速度，一般要事先用機械加工方法對零件進行預加工；存在電極損耗，影響加工精度；最小角部半徑有限制，一般電火花加工加工能得到的最小角部半徑等于放電間隙。 二、模具零件加工方法（續(xù)）MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎二、模具零件加工方法（續(xù)）2.電火花線切割加工 電火花線切割加工和電火花成形加工的原理相同。線切割加工時，是用連續(xù)移動的電極絲作為工具電極代替電火花加工中的成形電極，其加工原理、特點及應用如表1.5.11所示。MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎（三）模具零件的電加工(續(xù)）MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎模具零件常用精加工方法比較如表1.5.13所示。二、模具零件加工方法（續(xù)）（四）模具零件常用精加工方法比較 MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&M第一章 沖壓工藝及模具設計與制造基礎MD&am