沖壓概述與基礎(chǔ)理論

第1章沖壓概述與基礎(chǔ)理論第2章沖裁工藝第3章沖裁模第4章彎曲工藝與模具第5章拉深工藝與模具第6章其它沖壓成形第7章多工位級進(jìn)模第8章沖壓工藝設(shè)計沖壓工藝與模具1教材、參考書、課件教材：翁其金主編，《沖壓工藝及沖模設(shè)計第2版》，機(jī)工出版社參1：柯旭貴主編，《沖壓工藝與模具設(shè)計》，機(jī)工出版社參2：陳劍鶴主編，《冷沖壓工藝與模具設(shè)計第3版》，機(jī)工出版社參3：姜奎華主編，《沖壓工藝與模具設(shè)計》，機(jī)工出版社參4：肖景榮主編，《沖壓工藝學(xué)》，機(jī)工出版社參5：盧險峰編著，《沖壓工藝模具學(xué)》參6：李碩本主編，《沖壓工藝?yán)碚撆c新技術(shù)》cy本科生課堂沖壓工藝與模具課件、作業(yè)及其他教學(xué)材料：2第1章沖壓概述與基礎(chǔ)理論1.1模具概述1.2沖壓工藝概述1.3冷沖壓變形力學(xué)回顧1.4沖壓常用設(shè)備1.5沖壓常用材料1.6板料的沖壓成形性能31.1模具概述1、模具的概念制造一定數(shù)量產(chǎn)品的專用模型、工具。2、模具的種類

非金屬零件成型模具

金屬零件成形模具沖模、鍛模、壓鑄模、粉末冶金模、……塑料模、橡膠模、玻璃模、陶瓷模、……中國模具工業(yè)協(xié)會劃分的模具類別及排定的順序是：沖模、塑料模、壓鑄模、鍛模、粉末冶金模、橡膠模、拉絲模、無機(jī)材料成型模、模具標(biāo)準(zhǔn)件、其它模具4沖壓件與沖模5沖壓件與沖模6鍛件與鍛壓生產(chǎn)7壓鑄件及壓鑄模8塑料件與塑料模9橡膠模103、現(xiàn)代產(chǎn)品采用模具來加工的原因適合產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，成本低產(chǎn)品精度較高，尺寸穩(wěn)定，互換性好，力學(xué)性能好一次（或幾次）成型，一般無需進(jìn)一步加工，生產(chǎn)效率高能夠生產(chǎn)其他方法難以加工的復(fù)雜形態(tài)的產(chǎn)品節(jié)能，節(jié)省材料操作簡單，容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)……1.1模具概述114、模具在現(xiàn)代工業(yè)中的地位汽車家電電子信息產(chǎn)品塑料制品五金、建材橡膠、玻璃制品……模具是美國工業(yè)的基石（美國）模具是促進(jìn)社會富裕的動力（日本）模具是金屬加工業(yè)中的帝王（德國）模具就是黃金（羅馬尼亞）模具“點(diǎn)鐵成金”（中國）沒有模具就沒有輕工產(chǎn)品（中國）1.1模具概述125、我國近幾年模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀模具大國，模具產(chǎn)值世界第三（日、美、中、德）非模具強(qiáng)國，高端模具50%進(jìn)口沖模占模具總量的40%以上汽車傳動與變速系統(tǒng)冷鍛件汽車精沖件1.1模具概述13全球主要模具生產(chǎn)國家競爭力優(yōu)劣勢分析國家模具行業(yè)競爭力相對優(yōu)勢模具行業(yè)競爭力相對劣勢中國1、具有高度成長的國內(nèi)市場并擁有國際級下游客戶群聚效應(yīng)。1、相對缺乏模具設(shè)計能力。2、擁有低工資的技術(shù)與設(shè)計人員。2、尚無生產(chǎn)高精度與復(fù)雜度高的技術(shù)能力。3、成立模具專區(qū)，吸引國外廠商形成產(chǎn)業(yè)聚落。3、須以高成本進(jìn)口模具，以彌補(bǔ)國內(nèi)產(chǎn)品低質(zhì)量的供應(yīng)缺口。日本1、擁有技術(shù)精良的技術(shù)人才。1、相對高的勞工成本。2、產(chǎn)品具有高質(zhì)量保證。2、產(chǎn)業(yè)空洞化問題嚴(yán)重。3、生產(chǎn)周期短，制造快速。3、在CAD/CAM及3D計算機(jī)軟件自主能力及運(yùn)用上，與技術(shù)先進(jìn)國相比仍嫌不足。4、擁有高精密度、高復(fù)合度模具的制造能力。1.1模具概述14美國1、產(chǎn)品質(zhì)量高。1、勞工成本高。2、擁有研發(fā)實力與創(chuàng)新性的生產(chǎn)技術(shù)。2、市場價格高。3、產(chǎn)品設(shè)計能力強(qiáng)。3、相關(guān)員工福利、培訓(xùn)、保險費(fèi)用負(fù)擔(dān)重。4、擁有廣大應(yīng)用市場及多樣化的下游客戶基礎(chǔ)。德國1、擁有優(yōu)良傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝技術(shù)。1、勞工成本高。2、堅強(qiáng)扎實的師徒制習(xí)藝訓(xùn)練計劃。2、下游顧客移至生產(chǎn)成本較低的國外據(jù)點(diǎn),包括東歐和中國。3、在生產(chǎn)高精密度和復(fù)合度的模具上，擁有相當(dāng)好的技術(shù)基礎(chǔ)。3、模具制造廠也隨下游客戶外移。韓國1、因1998年經(jīng)濟(jì)危機(jī)，韓元大幅貶值，人事費(fèi)用降低，模具價格下跌，有利于出口成長。模具設(shè)計能力與開發(fā)技術(shù)仍待加強(qiáng)。

2、小型模具廠的背后多有大企業(yè)財力及物力的支持。1.1模具概述151、沖壓的概念通過裝在壓力機(jī)上的模具，對板料毛坯施加壓力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的一種加工方法。1.2沖壓工藝概述沖壓加工的三要素：板料

壓力機(jī)沖模沖壓件加工對象-板料生產(chǎn)設(shè)備-壓力機(jī)工裝-沖模162、沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.2沖壓工藝概述172、沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.2沖壓工藝概述182、沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.2沖壓工藝概述192、沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.2沖壓工藝概述空調(diào)背板202、沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.2沖壓工藝概述212、沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.2沖壓工藝概述22電機(jī)行業(yè)電機(jī)外殼2、沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.2沖壓工藝概述23儀器、儀表行業(yè)2、沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.2沖壓工藝概述24電子行業(yè)-接插件端子2、沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.2沖壓工藝概述端子、插件、插針、手機(jī)天線簧片25家電配件照相機(jī)配件2、沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.2沖壓工藝概述電器插片262、沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.2沖壓工藝概述272、沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.2沖壓工藝概述283、沖壓基本工序按變形性質(zhì)分類，沖壓工序分為：（1）分離工序（變形實質(zhì)>b)（2）成形工序（變形實質(zhì)s＜＜b)分離成形1.2沖壓工藝概述29沖壓基本工序落料沖孔30切斷切邊（修邊）沖壓基本工序31剖切切舌（切口）沖壓基本工序32彎曲拉深翻邊沖壓基本工序33脹形擴(kuò)口縮口沖壓基本工序34旋壓整形沖壓基本工序35卷邊擠壓壓印扭曲沖壓基本工序36不同于塑料件的生產(chǎn)，一個沖壓件，往往需要經(jīng)過幾道（幾種）沖壓工序生產(chǎn)出來沖壓基本工序374、沖壓加工的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)生產(chǎn)率高，操作簡單，便于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，特別適合于板料零件的大批量生產(chǎn)。所加工零件表面光潔，精度較好，尺寸穩(wěn)定，互換性好?？衫盟苄宰冃蔚募庸び不岣吡慵牧W(xué)性能，在材料消耗不大的情況下，獲得強(qiáng)度高、剛度大、質(zhì)量輕的零件。便于加工其它方法難以或無法加工的形狀十分復(fù)雜的零件。節(jié)能，省材料，材料利用率一般可達(dá)70%~85%，有的高達(dá)95%。1.2沖壓工藝概述38由此可見，沖壓能集優(yōu)質(zhì)、高效、低能耗、低成本于一身，這是其它加工方法無法與之相比擬的，因此沖壓的應(yīng)用十分廣泛，如汽車，拖拉機(jī)行業(yè)中，沖壓件占60%~70%，儀器儀表占到60~70%，還有日常生活中的各種不銹鋼餐具等等。從精細(xì)的電子元件，儀表指針到重型汽車的覆蓋件和大梁以及飛機(jī)蒙皮等均需沖壓加工。1.2沖壓工藝概述39沖模一般較復(fù)雜，加工難度大、生產(chǎn)周期長，成本較高；適合批量較大的生產(chǎn)，對于單件小批量，受到一定限制；手工操作時，如不重視安全生產(chǎn)和防護(hù)，易發(fā)生事故。電機(jī)定、轉(zhuǎn)子自動疊鉚級進(jìn)模：98萬元車門板修邊沖孔模98萬元1.2沖壓工藝概述4、沖壓加工的特點(diǎn)缺點(diǎn)401.2沖壓工藝概述5、沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢沖壓及模具市場中低檔沖模供過于求；大型、精密、復(fù)雜、長壽命的高檔模具需進(jìn)口。模具技術(shù)水平成為影響我國汽車和高檔電子產(chǎn)品自主創(chuàng)新能力提高的重要因素。冷沖壓基本原理研究沖壓成形工藝研究精密沖裁、軟模成形、超塑性成形、無模多點(diǎn)成形、電磁成形、內(nèi)高壓成形模具設(shè)計與制造技術(shù)精密、高效、長壽命的多工位級進(jìn)模，大型復(fù)雜的汽車覆蓋件模具代表了模具的技術(shù)水平；高速銑、電火花銑削加工、慢走絲線切割、精密磨削及拋光、數(shù)控測量等代表現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平?jīng)_壓設(shè)備及沖壓生產(chǎn)自動化沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)化程度已達(dá)80%，我國不到40%沖壓技術(shù)的數(shù)字化和信息化41塑性：金屬在外力作用下，穩(wěn)定地發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。變形抗力：引起塑性變形的單位變形力。塑性和變形抗力主要取決于材料的內(nèi)在性質(zhì)，但也受外部條件影響：變形溫度：溫度↑，→，塑性↑，變形抗力↓應(yīng)變速率：應(yīng)變速率↑↑，→，塑性↓，變形抗力↑應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)：靜水壓力↑→，塑性↑尺寸因素：尺寸↑，→，塑性↓，變形抗力↓1.3冷沖壓變形力學(xué)回顧1、金屬的塑性、變形抗力，及影響因素42Tresca準(zhǔn)則：Mises準(zhǔn)則：1.3冷沖壓變形力學(xué)回顧2、塑性變形體積不變條件3、塑性條件（屈服準(zhǔn)則）4、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系增量理論（流動理論）全量理論（形變理論）43金屬在常溫下產(chǎn)生塑性變形，隨著變形程度的增加，變形抗力↑，硬度↑，塑性↓的現(xiàn)象。加工硬化使需要大變形量的沖壓件無法一次成形。加工硬化可以促使變形擴(kuò)展，避免過大的局部集中變形，有利于提高變形的均勻性，從而增大材料的成形極限。常用材料的硬化曲線一般材料的實際硬化曲線接近于指數(shù)方程曲線，常表示為：A

-強(qiáng)化系數(shù)，n-硬化指數(shù)硬化指數(shù)（n值）是表示材料冷變形硬化的重要參數(shù)，對板料在各種沖壓成形中的性能及沖壓件質(zhì)量都有較為重要的影響。5、冷成形中的加工硬化現(xiàn)象1.3冷沖壓變形力學(xué)回顧441.3冷沖壓變形力學(xué)回顧6、塑性拉伸失穩(wěn)與極限應(yīng)變拉伸變形到一定量后，產(chǎn)生縮頸，失穩(wěn)，進(jìn)而破裂。研究板料塑性拉伸失穩(wěn)條件與極限應(yīng)變，對分析解決沖壓成形工藝問題有直接的指導(dǎo)意義。7、卸載彈性恢復(fù)規(guī)律卸載路徑≠加載路徑。卸載后彈性變形部分消失，導(dǎo)致工件的形狀、尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響產(chǎn)品精度。451.4沖壓常用設(shè)備我國壓力機(jī)的噸位（公稱壓力）已經(jīng)系列化，例如63、100、160、250、400、630、800、6300KN等。1、沖壓設(shè)備類型按驅(qū)動形式：機(jī)械壓力機(jī)（曲柄壓力機(jī)，沖床）、液壓機(jī)按床身結(jié)構(gòu)：開式、閉式按滑塊數(shù)量：單動（一個滑塊）、雙動（2個滑塊）按連桿數(shù)量：單點(diǎn)（一個連桿）、雙點(diǎn)（2個連桿）、四點(diǎn)（四個連桿）46開式單點(diǎn)曲柄壓力機(jī)1.4沖壓常用設(shè)備開式雙點(diǎn)曲柄壓力機(jī)2、機(jī)械壓力機(jī)471.4沖壓常用設(shè)備閉式雙點(diǎn)曲柄壓力機(jī)閉式單點(diǎn)曲柄壓力機(jī)2、機(jī)械壓力機(jī)48高速壓力機(jī)1.4沖壓常用設(shè)備多工位壓力機(jī)2、機(jī)械壓力機(jī)49多臺壓力機(jī)組成的沖壓生產(chǎn)線1.4沖壓常用設(shè)備2、機(jī)械壓力機(jī)501.4沖壓常用設(shè)備3、液壓機(jī)514、曲柄壓力機(jī)工作原理及主要組成1.4沖壓常用設(shè)備525、曲柄壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)1.4沖壓常用設(shè)備（1）公稱壓力F（2）公稱壓力行程SF（3）滑塊行程S（4）滑塊行程次數(shù)n（5）壓力機(jī)的閉合高度（6）工作臺板及滑塊底面尺寸（7）喉深C531.5沖壓常用材料1、沖壓加工常用的板料種類金屬材料鐵金屬鋼板碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、電工硅鋼板……不銹鋼板鉻鋼、鉻鎳基鋼非鐵金屬鋁及其合金板純鋁、防銹鋁、硬鋁銅及其合金板鈦及其合金板純銅、黃銅、青銅鈦合金非金屬材料紙板、布、皮革、膠木板、橡膠板、塑料板、纖維板、云母板、復(fù)合板……沖壓用新材料高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)度鋼板、表面處理鋼板、疊層復(fù)合板……542、常用鋼板的供應(yīng)規(guī)格1.5沖壓常用材料55鋼板和鋼帶的規(guī)格包含尺寸規(guī)格與性能規(guī)格兩方面，尺寸規(guī)格指長度、寬度、厚度及極限偏差。薄鋼板公稱厚度為0.3mm~4.0mm之間，厚度在1mm以下的鋼板和鋼帶有按0.05mm倍數(shù)的任何尺寸；厚度在1mm以上的鋼板和鋼帶有按0.1mm倍數(shù)的任何尺寸。鋼板和鋼帶的公稱寬度在600mm~2050mm之間，有按10mm倍數(shù)的任何尺寸。鋼板的公稱長度在1000mm~6000mm之間，按50倍數(shù)的任何尺寸。根據(jù)需方要求，經(jīng)供需雙方協(xié)商，可以供應(yīng)其他尺寸的鋼板和鋼帶。板料的性能規(guī)格是指對其表面質(zhì)量和性能進(jìn)行的規(guī)定。2、常用鋼板的供應(yīng)規(guī)格1.5沖壓常用材料56GB/T708-2006冷軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差GBT5213-2008冷軋低碳鋼板及鋼帶GB/T13237-2013優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋鋼板和鋼帶根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，鋼板厚度精度等級分PT.A（普通精度）、PT.B（較高精度），對鋼板寬度、長度、不平度、表面質(zhì)量、使用用途等都有詳細(xì)的質(zhì)量分級及規(guī)定。材料標(biāo)注示例：08鋼，尺寸1.0mm×1000mm×1500mm，較高厚度精度，較高級的精整表面，深拉深級的冷軋鋼板表示為2、常用鋼板的供應(yīng)規(guī)格1.5沖壓常用材料57剪板機(jī)下料圓盤剪床下料3、材料的下料方法1.5沖壓常用材料581、沖壓對板料的基本要求1.6板料的沖壓成形性能2、板料的沖壓成形性能滿足使用性能要求滿足沖壓工藝的要求沖壓成形性能，指板料對沖壓工藝的適應(yīng)能力。主要體現(xiàn)為：成形極限：材料允許的最大變形限度成形質(zhì)量：貼模性：板料在沖壓成形過程中取得與模具形狀一致的能力定形性：沖壓件脫模后保持其在模具內(nèi)所得形狀的能力各向異性表面狀態(tài)、晶粒大小、粘模情況等加工硬化性能59兩種失穩(wěn)破壞形式：

拉伸失穩(wěn)：在拉應(yīng)力的作用下出現(xiàn)局部縮頸或斷裂；

壓縮失穩(wěn)：在壓應(yīng)力的作用下失穩(wěn)起皺。成形極限：材料在一定的變形方式和變形條件下，成形無法進(jìn)行下去的限度，即板料在這種變形方式和變形條件下達(dá)到了極限變形能力。一旦超過這個限度就會產(chǎn)生廢品，導(dǎo)致工藝失敗1.6板料的沖壓成形性能3、成形極限不同的成形工序，其成形極限需采用不同的極限變形參數(shù)來表示，而極限變形參數(shù)的值由沖壓成形的失敗與否來界定。60（1）直接試驗：采用專用設(shè)備直接模擬實際沖壓工藝過程進(jìn)行試驗。如：脹形試驗、擴(kuò)孔試驗、拉深試驗、彎曲試驗、錐杯試驗等。（2）間接試驗：采用通用設(shè)備，通過拉伸、剪切、硬度測試、金相試驗等方法獲得材料的有關(guān)性能指標(biāo)，來間接反映板料的沖壓成形性能。

GB/T15825.1-2008～GB/T15825.8-20081.6板料的沖壓成形性能4、沖壓成形性能測定61直接試驗-錐杯試驗（GB/T15825.6-2008)1.6板料的沖壓成形性能4、沖壓成形性能測定62間接試驗-低碳鋼的拉伸試驗通過拉伸試驗可以測得板料的各項力學(xué)性能指標(biāo)，可從不同角度反映板料的沖壓成形性能1.6板料的沖壓成形性能4、沖壓成形性能測定63（1）總延伸率δ與均勻延伸率δb

δb↑→成形極限↑（2）屈服極限σsσs↓→易變形，貼模性↑回彈小，定形性↑1.6板料的沖壓成形性能5、板料的基本力學(xué)性能與沖壓成形性