第1章 沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)課件

第一章

沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)一、

模具概述模具概念

服務(wù)于人們意志的一種工藝裝備。如用于生產(chǎn)摩托車變速箱的壓鑄模、生產(chǎn)塑料制品的注射模、生產(chǎn)不銹鋼炊具的沖裁模、擠壓模等。模具分類(1)有型腔的模具，如沖裁模，注射模——模具(2)無型腔的模具，如木模，仿型?！Ｐ偷谝徽聸_壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)沖壓：1、沖壓與沖模概念(1).基本概念沖壓生產(chǎn)場景室溫下壓力機模具材料分離或塑性變形。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)1、沖壓與沖模概念(1).基本概念加工對象：主要金屬板材加工依據(jù)：板材沖壓成形性能（主要是塑性）加工設(shè)備：主要是壓力機加工工藝裝備：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）。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)1、沖壓與沖模概念(1).基本概念合理的沖壓工藝先進的模具高效的沖壓設(shè)備沖壓生產(chǎn)的三要素第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)1、沖壓與沖模概念(1).基本概念特別強調(diào)：沖壓模具重要性沖模一種特殊工藝裝備。

沖模與沖壓件有“一模一樣”的關(guān)系。沖模沒有通用性。沖模是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。沖模的功能和作用、沖模設(shè)計與制造方法和手段，決定了沖模是技術(shù)密集、高附加值型產(chǎn)品。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)1、沖壓與沖模概念（2）沖壓成形加工特點

低耗、高效、低成本

“一模一樣”、質(zhì)量穩(wěn)定、高一致性

可加工薄壁、復(fù)雜零件板材有良好的沖壓成形性能

模具成本高所以，沖壓成形適宜批量生產(chǎn)。

第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)1、沖壓與沖模概念（2）沖壓成形加工特點沖壓加工是制造業(yè)中最常用的一種材料成形加工方法。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)1、沖壓與沖模概念（2）沖壓成形加工特點沖壓加工是制造業(yè)中最常用的一種材料成形加工方法。汽車覆蓋件飛機蒙皮第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)2、沖壓工序的分類根據(jù)材料的變形特點分：分離工序：分離工序、成形工序沖壓成形時，變形材料內(nèi)部的應(yīng)力超過強度極限σb，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。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)2、沖壓工序的分類成形工序：沖壓成形時，變形材料內(nèi)部應(yīng)力超過屈服極限σs，但未達到強度極限σb，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。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)2、沖壓工序的分類第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)2、沖壓工序的分類第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)（1）.沖模的分類3、沖模沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等。②根據(jù)工序組合程度分類：單工序模、復(fù)合模、級進模①根據(jù)工藝性質(zhì)分類：第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)3、沖模沖模通常由上、下模兩部分構(gòu)成。組成模具的零件主要有兩類：②結(jié)構(gòu)零件：①工藝零件：直接參與工藝過程的完成并和坯料有直接接觸，包括：工作零件、定位零件、卸料與壓料零件等；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：?dǎo)向零件、緊固零件、標準件及其它零件等.第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)流程：4、沖模設(shè)計與制造的要求（沖壓）產(chǎn)品設(shè)計沖壓成形工藝設(shè)計沖壓模具設(shè)計沖模制造沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)相互影響相互關(guān)聯(lián)第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)4、沖模設(shè)計與制造的要求

沖壓模具設(shè)計與制造包括沖壓工藝設(shè)計、模具設(shè)計與模具制造三大基本工作。沖壓工藝設(shè)計是沖模設(shè)計的基礎(chǔ)和依據(jù)。沖模設(shè)計的目的是保證實現(xiàn)沖壓工藝。沖模制造則是模具設(shè)計過程的延續(xù)，目的是使設(shè)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。

第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)4、沖模設(shè)計與制造的要求沖模設(shè)計與制造必須有系統(tǒng)觀點，必須考慮企業(yè)實際情況和產(chǎn)品生產(chǎn)批量，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，尋求最佳的技術(shù)經(jīng)濟性。片面追求生產(chǎn)效率、模具精度和使用壽命必然導(dǎo)致成本的增加，只顧降低成本和縮短制造周期而忽視模具精度和使用壽命必然導(dǎo)致質(zhì)量的下降。

第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)

①.我國沖壓技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)落后、經(jīng)濟效益低。主要原因：①沖壓基礎(chǔ)理論與成形工藝落后；

②模具標準化程度低；

③模具設(shè)計方法和手段、模具制造工藝及設(shè)備落后；

④模具專業(yè)化水平低。所以，結(jié)果導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與先進工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。5、沖壓技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)二、沖壓成型與模具技術(shù)5、沖壓技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向②.沖壓技術(shù)發(fā)展方向產(chǎn)品市場變化：技術(shù)發(fā)展：牽引推動沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù)正由手工設(shè)計、依靠人工經(jīng)驗和常規(guī)機械加工技術(shù)向以計算機輔助設(shè)計（CAD）、數(shù)控切削加工、數(shù)控電加工為核心的計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）技術(shù)轉(zhuǎn)變。多品種、少批量，更新?lián)Q代速度快計算機技術(shù)、制造新技術(shù)第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)塑性：表示材料塑性變形能力。它是指固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性能力。

1、塑性變形的基本概念塑性指標：衡量金屬塑性高低的參數(shù)。常用塑性指標為延伸率δ和斷面收縮率ψ。變形：彈性變形、塑性變形。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)2、塑性變形對金屬組織和性能的影響

金屬受外力作用產(chǎn)生塑性變形后不僅形狀和尺寸發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的組織和性能也將發(fā)生變化。一般會產(chǎn)生加工硬化或應(yīng)變剛現(xiàn)象：

金屬的機械性能，隨著變形程度的增加，強度和硬度逐漸增加，而塑性和韌性逐漸降低；

晶粒會沿變形方向伸長排列形成纖維組織使材料產(chǎn)生各向異性；

由于變形不均，會在材料內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，變形后作為殘余應(yīng)力保留在材料內(nèi)部。

第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)3、塑性力學(xué)基礎(chǔ)（1）點的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)為了全面、完整地描述變形區(qū)內(nèi)各點的受力和變形情況。應(yīng)力——正應(yīng)力、剪應(yīng)力類似有應(yīng)變狀態(tài)的概念。一般認為金屬材料在塑性變形時體積不變，因此主應(yīng)變狀態(tài)圖只有三種。應(yīng)力狀態(tài)：通常是圍繞該點取出一個微?。ㄕ┝骟w（即所謂單元體），用該單元體上三個相互垂直面上的九個應(yīng)力分量來表示。已知該九個應(yīng)力分量，則過此點任意切面上的應(yīng)力都可求得。主應(yīng)力狀態(tài)：塑性變形可能出現(xiàn)九種主應(yīng)力狀態(tài)。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)3、塑性力學(xué)基礎(chǔ)點的應(yīng)力狀態(tài)a）任意坐標系

b）主軸坐標系

第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)3、塑性力學(xué)基礎(chǔ)9種主應(yīng)力狀態(tài)圖第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)3、塑性力學(xué)基礎(chǔ)3種主應(yīng)變狀態(tài)圖第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)3、塑性力學(xué)基礎(chǔ)（2）金屬的屈服條件屈服——塑性狀態(tài)，主要取決于兩方面的因素：①在一定的變形條件（變形溫度和變形速度）下材料的物理機械性質(zhì)——轉(zhuǎn)變的根據(jù)；

②材料所處的應(yīng)力狀態(tài)——轉(zhuǎn)變的條件。單向應(yīng)力狀態(tài)：σ=σS

一般應(yīng)力狀態(tài)：σ1-σ3=βσS

第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)3、塑性力學(xué)基礎(chǔ)（3）金屬塑性變形時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

彈性變形階段：應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是線性的、可逆的，與加載歷史無關(guān)；

塑性變形階段：應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系則是非線性的、不可逆的，與加載歷史有關(guān)。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)3、塑性力學(xué)基礎(chǔ)①應(yīng)力分量與應(yīng)變分量符號不一定一致，即拉應(yīng)力不一定對應(yīng)拉應(yīng)變，壓應(yīng)力不一定對應(yīng)壓應(yīng)變；②某方向應(yīng)力為零其應(yīng)變不一定為零；③在任何一種應(yīng)力狀態(tài)下，應(yīng)力分量的大小與應(yīng)變分量的大小次序是相對應(yīng)的，即б1＞б2＞б3，則有ε1＞ε2＞ε3。④若有兩個應(yīng)力分量相等，則對應(yīng)的應(yīng)變分量也相等，即若б1＝б2，則有ε1＝ε2。幾點討論結(jié)論（3）金屬塑性變形時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)4、金屬塑性變形的一些基本規(guī)律（1）硬化規(guī)律加工硬化：硬化曲線：σ=Cεn塑性降低，變形抗力提高。能提高變形均勻性。

實際應(yīng)力曲線或真實應(yīng)力曲線。表示硬化規(guī)律。這種變化規(guī)律可近似用指數(shù)曲線表示。

第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)金屬的應(yīng)力-應(yīng)變圖1-實際應(yīng)力曲線

2-假象應(yīng)力曲線

4、金屬塑性變形的一些基本規(guī)律第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)4、金屬塑性變形的一些基本規(guī)律（2）體積不變金屬材料在塑性變形時，體積變化很小，可以忽略不計。一般認為金屬材料在塑性變形時體積不變，可證明滿足：ε1+ε2+ε3=0第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)4、金屬塑性變形的一些基本規(guī)律（3）最小阻力定律

在塑性變形中，破壞了金屬的整體平衡而強制金屬流動，當金屬質(zhì)點有向幾個方向移動的可能時，它向阻力最小的方向移動。

在沖壓加工中，板料在變形過程中總是沿著阻力最小的方向發(fā)展。這就是塑性變形中的最小阻力定律。弱區(qū)先變形，變形區(qū)為弱區(qū)第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)5、板料力學(xué)性能與成形性能的關(guān)系（1）屈服強度σs屈服強度σs

小,材料容易屈服,則變形抗力小,所需變形力小,并且屈服強度小,在壓縮類變形時,因易于變形而不易出現(xiàn)起皺,彎曲變形后回彈也小。（2）屈強比σs/σbσs/σb

對沖壓成形性能影響較大。屈強比小說明σs小而σb（拉伸試驗時的最大屈服強度）大，允許的塑性變形區(qū)間大，即易于產(chǎn)生塑性變形而不易破裂,尤其對拉深變形而言,屈強比小,變形區(qū)易于變形而不易起皺,而傳力區(qū)又不易拉裂,有利于提高拉深變形程度。凸緣加熱拉深,就是利用凸緣和筒底的溫差來減小屈強比,從而提高其變形程度。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)5、板料力學(xué)性能與成形性能的關(guān)系（3）伸長率拉伸試驗中,試樣拉斷時的伸長率稱總伸長率或簡稱伸長率δ。而試樣開始產(chǎn)生局部集中變形(縮頸時)的伸長率稱均勻伸長率δu。δu表示材料產(chǎn)生均勻的或穩(wěn)定的塑性變形的能力。它直接決定材料在伸長類變形中的沖壓成形性能,從試驗中得到驗證,大多數(shù)材料的翻孔變形程度都與均勻伸長率成正比,可以得出結(jié)論:伸長率(或均勻伸長率)是影響翻孔或擴孔成形性能的最主要參數(shù)。（4）硬化指數(shù)n和彈性模量En值表示材料在塑性變形中的硬化程度。n值大,材料在變形中加工硬化嚴重,真實應(yīng)力增大。在伸長類變形中,n值大,變形抗力增大,從而使變形趨于均勻,變薄減小,厚度分布均勻,表面質(zhì)量好,成形極限增大,制件不易產(chǎn)生裂紋,沖壓性能好。彈性模量E愈大,材料抗壓失穩(wěn)能力愈強,卸載后回彈愈小,沖壓件質(zhì)量愈高。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)5、板料力學(xué)性能與成形性能的關(guān)系（5）厚向異性系數(shù)γ由于鋼錠結(jié)晶和板材軋制時出現(xiàn)纖維組織等因素,板料的塑性會因方向不同而出現(xiàn)差異,這種現(xiàn)象稱板料的塑性各向異性。厚度方向的各向異性用厚向異性系數(shù)γ表示,其表達式為:γ=εb/εt式中：γ厚向異性系數(shù);εb

、εt

寬度和厚度方向的應(yīng)變。由上式可知,當γ>1時,板料寬度方向較厚度方向容易產(chǎn)生變形,即板料不易變薄或增厚。在拉深變形工序中,加大γ值,毛坯寬度方向易于變形,切向易于收縮不易起皺γ值大,材料的拉深性能好。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)三、沖壓變形理論基礎(chǔ)5、板料力學(xué)性能與成形性能的關(guān)系（6）板平面各向異性系數(shù)Δγ板料軋制后,在板平面內(nèi)也出現(xiàn)各向異性,因此沿各不同方向,其力學(xué)性能和物理性能均不同。板平面各向異性系數(shù)Δγ表示為:Δγ=（γ0°+γ90°—2γ45°）/2由于Δγ大會增加沖壓工序(切邊工序)和材料的消耗,影響沖壓件質(zhì)量,因此生產(chǎn)中應(yīng)盡量降低Δγ值。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)四、沖壓常用的材料1、材料基本要求沖壓最常用的是金屬板料，也有部分非金屬板料。一般說來,伸長率大、屈強比小、彈性模量大、硬化指數(shù)高和厚向異性系數(shù)大有利于各種沖壓成形工序。此外，還應(yīng)滿足：（1）板料應(yīng)有良好的表面質(zhì)量。不能有劃傷、縮孔、麻點或斷面分層，否則會沖壓時造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生破裂。（2）板料的規(guī)格應(yīng)符合有關(guān)標準。厚度應(yīng)符合標準。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)四、沖壓常用的材料2、常用材料沖壓加工常用的材料包括金屬材料和非金屬材料兩類,金屬材料又分為黑色金屬和有色金屬兩類。常用的黑色金屬材料有:(1)普通碳素鋼鋼板如Q195、Q235等。(2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板如08、08F、10、20等。(3)低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼板如Q345(16Mn)、Q295(09Mn2)等。(4)電工硅鋼鋼板如DT1、DT2。(5)不銹鋼鋼板如1Cr18Ni9Ti、1Cr13等。常用的有色金屬有銅及銅合金,牌號有T1、T2、H62、H68等,其塑性、導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性均很好;還有鋁及鋁合金,常用的牌號有1060、1050A、3A21、2A12等,有較好的塑性,變形抗力小且輕。非金屬材料有膠木板、橡膠、塑料板等。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)五、沖壓設(shè)備1、常見沖壓設(shè)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第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)五、沖壓設(shè)備1、常見沖壓設(shè)備曲柄壓力機第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)五、沖壓設(shè)備1、常見沖壓設(shè)備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

第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)五、沖壓設(shè)備1、常見沖壓設(shè)備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)第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)五、沖壓設(shè)備1、常見沖壓設(shè)備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

第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)五、沖壓設(shè)備1、常見沖壓設(shè)備油壓機第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)五、沖壓設(shè)備1、常見沖壓設(shè)備數(shù)控沖床第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)五、沖壓設(shè)備1、常見沖壓設(shè)備類型設(shè)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。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(fù)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。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(fù)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。第一章沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)五、沖壓設(shè)備2、曲柄壓力機①工作機構(gòu)：曲軸、連桿、