企业培训_冲压工艺基础知识及质量保证培训课件

1 冲压工艺基础知识及质量保证 拖拉机工厂制造技术部门2014 11 主讲人 孟浩亮 2 第一章冲压知识简介第一讲冲压工艺基础第二章冲压模具知识第一讲模具概述第三章冲压质量第一讲模具间隙第二讲模具失效形式 3 第一章冲压知识简介第一讲冲压工艺基础 4 1 冲压生产技术的特点冲压加工是金属塑性加工的基本方法之一 它主要用于加工板料零件 所以也是常称为板料冲压 由于这种方法多在常温下进行 所以也叫做冷冲压 由于冲压加工具有突出的特点和在技术与经济方面的优越性 现在它在汽车与拖拉机工业 电机电器与仪表工业 航空与航天工业 国防工业 轻工业 家用电器制造业等部门占据十分重要的地位 据冲压工业界的统计 现在汽车工业中 冲压件的生产总值 约占59 左右 图1中可见的汽车外表面零件 几乎全部都是由冲压件所构成 从图2可明显地说明冲压件在日常家庭生活用具方面所处的地位 第一章冲压知识简介 5 图1轿车中的冲压件1 发动机罩前支撑板2 水箱固定框架3 前裙板4 前框架5 前翼子板6 地板总成7 门槛8 前门9 后门10 车轮挡泥板11 后翼子板12 后围板13 行李舱盖14 后立柱15 后围上盖板16 后窗台板17 上边梁18 顶盖19 中立柱20 前立柱21 前围侧板22 前围板23 前围上盖板24 前挡泥板25 发动机罩26 门窗框 全承载式车身结构 第一章冲压知识简介 6 图2冲压加工的家庭用品1 立体声音响装置2 电视机3 电冰箱4 电子灶5 热水器6 洗刷台7 荧光灯8 电饭锅9 换气扇10 煤气灶11 电烤箱12 洗衣机 第一章冲压知识简介 7 冲压加工时 冲压设备给出的力 总体力 作用在模具上 继而通过模具的作用 把这个总体力按一定的顺序 根据冲压成型的要求分散地作用在板料毛坯的不同部位 使其产生必要的应力状态和相应的塑性变形 实际上 不但利用模具的工作部分对板料毛坯的作用使其产生塑性变形 而且也是利用模具工作部分对毛坯的作用 实现对其产生的塑性变形进行控制 达到冲压成型的目的 因此 可以认为冲压设备 模具和板料毛坯是构成冲压加工的三个基本要素 图3 第一章冲压知识简介 8 冲压加工的特点 冲压加工是靠冲压设备和模具实现对板料毛坯的塑性加工过程 它利用冲压设备与冲模的简单的运动完成相当复杂形状零件的制造过程 所以冲压加工的生产效率很高 产品质量稳定 一般情况下 冲压加工的生产效率为每分钟数十件 操作十分简单 为操作过程的机械化与自动化提供了十分有利的条件 冲压效率可达到每分钟数百件 甚至超过一千件以上 如需要量很大的一些标准件 冲压加工用的原材料多为冷轧板料和冷轧带料 在冲压加工中这些良好的表面质量又不遭到破坏 所以冲压件的表面质量好 这个特点 在各种车辆覆盖件的生产上表现的十分明显 利用冲压加工方法 可以制造形状十分复杂的零件 能够把强度好 刚性大 重量轻等相互矛盾的特点融为一体 形成十分合理的构造形式 图4既是这种合理结构形式的零件实例 它是用冲压制造的槽形带轮 第一章冲压知识简介 9 图4冲压加工方法制造的带轮 冲压加工的质量与尺寸精度 都是有冲模保证的 基本上不受操作人员的素质与其他偶然性因素的影响 所以冲压产品的质量稳定冲压件的尺寸精度与表面质量好 通常都不需要后继的加工而直接用于装配或作为成品零件供直接使用 由于冲压加工方法具有前述的许多优点 现在它以经成为金属加工中的一种非常重要的制造方法 冲压加工时 一般不需要对毛坯加热 而且也不像切削加工那样把一部分金属切成切屑 造成原材料的损耗 所以它是一种节约能源和资源的具有环保意义的加工方法 第一章冲压知识简介 10 2 冲压生产概况在生产中 冲压加工的制品 在原材料种类 板材的厚度 零件的形状与尺寸大小 精度要求 批量大小等方面 在非常大的范围内变化 所以冲压加工方法 所用冲压设备与模具的种类繁多 而且各有特点 例如在航空 航天工业 在汽车制造业 电机制造业 电器与仪表制造业 化工与容器制造业等领域中的冲压加工都各具特点 所用冲压设备 模具各不相同 但是 概括所有的冲压加工方法 从工艺本质角度出发 仍然可以归纳为两大类 分离工序与成形工序 1 分离工序是使冲压件与板料 或者使冲压件与半成品的某个部分 沿一定的轮廓曲线实现相互分离的冲压加工方法 2 成型工序是使平板毛坯或冲压半成品的某个部分或整体改变形状的冲压加工方法 第一章冲压知识简介 11 1 1 分离工序包括剪切 落料 冲孔 修边 剖切 精密冲裁等 概况与特点如下 沿不封闭的直线分离 应用于冲压毛坯的下料 板料剪切成条料或形状简单零件的加工 落料是将材料沿封闭轮廓分离的一种冲压工序 被分离的材料成为工件或工序件 大多数是平面形的 冲孔是将废料沿封闭轮廓从材料或工序件上分离的一种工序 在零件上加工各种形状的孔 剪切 切断 落料 冲裁 冲孔 第一章冲压知识简介 12 沿不封闭的轮廓曲线冲孔 同时也完成压弯的复合加工方法 冲孔 压弯 剖切 剖切是将成形工序件一分为几的一种冲压工序 第一章冲压知识简介 13 1 2 成形工序包括弯曲 拉深 胀形 翻边 扩口 缩口 卷边 校平等 概况与特点如下 弯曲是利用压力使材料产生塑性变形 从而弯曲成有一定曲率 一定角度的形状的冲压工序 胀形是将空心件或管状件沿径向外扩张的一种冲压工序 翻边是沿外形曲线周围将材料翻成侧立短边的一种冲压工序 弯曲 压弯 胀形 翻边 翻孔 翻孔是沿内孔周围将材料翻成侧立凸缘的一种冲压工序 14 在毛坯或半成品的曲面部分翻成与曲面垂直的竖直边缘的成形方法 缩口是将空心件或管状件敞口处加压使其缩小的一种冲压工序 是在空心毛坯的一端缩小口部直径的成形方法 缩口 曲面翻边 扩口 扩口是将空心件或管状件敞开处向外扩张的一种冲压工序 拖拉机后悬挂总成里的伸缩套管 第一章冲压知识简介 15 卷边是将工件边缘卷成接近封闭圆形的一种冲压工序 卷边圆形的轴线呈直线形 卷边 校形 用模具表面对毛坯的局部或整体施加法向接触压力的方法达到提高零件尺寸精度或获得细微而明显的过渡形状的目的 校平校平是提高局部或整体平面型零件平面度或直线度的冲压工序 第一章冲压知识简介 16 其他一些成形工序 用多对成形辊 沿纵向使带料逐渐弯曲的方法 用于型材 管材和各种异型管的加工 拖拉机驾驶室异型材管 在毛坯旋转的同时 用一定形状的辊轮施加压力使毛坯的局部逐步地扩展到整体 达到使毛坯全部成形的目的 纵向辊弯成形 旋压 卷弯 用模具对毛坯的一端施加压力使之弯曲的加工方法 常用于铰链的制造等 第一章冲压知识简介 17 扭弯是将平直或局部平直工序件的一部分相对另一部分扭转一定角度的冲压工序 沿直线有辊子实现板料的逐步弯曲加工 常用于各种容器直筒部分的成形工序 滚弯 扭弯 拉弯 拉弯是在拉力及弯矩的共同作用下实现弯曲变形 使整个弯曲横断面全部受拉伸应力的一种冲压工序 拉弯 拉弯 拉深 拉深是将平直毛坯或工序件变为空心件 或者把空心件进一步改变形状和尺寸的一种冲压工序 拉深时主要依靠凸模以外的材料流入凹模而形成 第一章冲压知识简介 18 3 冲压技术的发展近数十年来 冲压生产技术取得了十分迅猛的发展 尤其是材料科学 计算机科学和现代力学的成果融入冲压技术之后 它们对冲压技术发展的促进作用十分强劲 以致于近期出现了许多崭新的技术成果 3 1冲压工艺理论工作的进展方面应用传统的塑性力学方法 对冲压加工中的各种成形工艺问题 在进行适当简化了的应力与应变分析的基础上 可以概略地完成为冲压工艺设计所必需的工艺参数 如力能参数 成形极限 最佳成形条件等 的确定工作 但是 由于传统的塑性力学在理论上的严密性和实际冲压加工中毛坯的受力与变形的复杂性之间 存在着很难克服的不相适应的问题 第一章冲压知识简介 19 传统的塑性力学不能精确地对变形参数与重要的工艺参数做出理论计算 另一方面 这种理论工作的不足 也阻碍了人们对冲压变形的本质与成形规律的深入认识 近期迅速发展的各种塑性变形有限元理论与计算方法 为冲压成形技术的发展起了很大的推动作用 利用有限元方法 得到相应的力学与变形有关的工艺参数 也可以总结出具有普遍意义的冲压成形规律 另外 通有限元计算 还可以使某些冲压变形问题的认识得到深化 使过去理论研究工作方法很难了解的问题 得到全新的认识 由于它在解决有关冲压技术的实际问题方面具有十分明确的针对性 使得它实用上收效较大 这是一种值得重视并致力发展的理论研究工作 第一章冲压知识简介 20 3 2冲压生产过程自动化冲压自动化可以提高劳动生产率 降低成本 还能够保证冲压生产中的人身安全 从根本上改变冲压生产貌 因此 多年来 冲压生产自动化一直被认为是冲压技术发展的重要方向 早期的冲压生产自动化 主要是在一台冲压设备上 实现带料或条料自动送料 自动出件和整理 废料的自动处理等 由于冲压设备是非常简单的直线往复运动 冲压件的复杂形状是靠模具实现的 所以为实现冲压生产过程自动化 提供了一个十分有利的条件 第一章冲压知识简介 21 在小型零件的大量生产条件下 主要采用专用压力机或专用的多工位自动化冲模 有自动送料装置 快换模装置 QDC 压力机 模具 材料库 电子计算机和传送装置等构成一个完整的系统 在大量生产中 中型冲压件是应用可以自动送料和自动地完成工序间传送冲压半成品的多工位压力机 在大型零件 如汽车覆盖件 的大量生产中 由5 6台压力机组成的自动冲压生产线 冲压成形半成品利用机械手取出后 经传送带等装置实现工序间运送 并且装有活动工作台和快换模装置 QDC 采用自动冲压生产线 可以实现大型薄板零件冲压加工的全面自动化 因此 它的生产效率很高 第一章冲压知识简介 22 3 3冲压设备方面冲压设备是保证实现先进冲压技术的基本条件 除在提高速度 精度和安全性方面有许多技术上的进步之外 在很多提高压力机使用性方面也有改进 如为保证冲模与压力机安全而设的滑块力给定装置 提高气垫功能的压力与行程调整装置 快换模装置等 另外 涌现出各种用途的专用压力机 适用各种生产部门特殊需要的压力机 带活动工作台与快换模装置的压力机 带有专用或通用自动送料 带料与条料 装置的压力机和适合于多品种小批量生产条件的回转头压力机等等 第一章冲压知识简介 23 3 4模具技术方面模具技术包括模具设计 模具制造和模具材料与热处理三个方面 在模具设计与制造方面 已成功地应用电子计算机技术 进行设计与制造工作的CAD CAM方法 在模具材料方面 应用优质冲模合金钢和硬质合金 冲压变形过程分析方面应用 进行数值模拟 以判断复杂形状冲压件的形状与冲模设计 冲压方向 压料面形状 毛坯形状 拉深筋 凹模圆角半径等 的合理性 利用数值模拟方法也可以实现冲压件成形缺陷的预测 避免成形中产生的破坏 起皱和回弹引起的尺寸精度等问题 在汽车覆盖件的冲压生产中应用数值模拟法 不仅可以减少试模实验过程中的人力与物力的消耗 获得很大的经济效益 而且可以大幅度地缩短生产准备周期 使产品改型工作的速度加快 有利于市场竞争 24 4 冲压用原材料及其规格4 1冲压常用板材及标准4 1 1钢板 钢带 1 钢铁产品牌号表示方法国家标准规定 钢铁产品牌号表示方法总原则是 钢铁产品的命名采用汉语拼音字母 化学元素符号及阿拉伯数字结合的方法表示 下表为常用钢号表示方法的一些例子 第一章冲压知识简介 25 第一章冲压知识简介 26 2 尺寸规格 第一章冲压知识简介 27 3 性能规格碳素结构钢 1 冶炼方法和适用范围 a 钢由氧气转炉 平炉或电炉冶炼 除非需方有特殊要求 并在合同中注明 冶炼方法一般供方自行决定 b 碳素结构钢钢材适用于一般结构和工程用金属构件 钢材品种为热轧钢板 型钢 可供焊接 铆接 栓接构件用 第一章冲压知识简介 28 2 牌号表示方法和代号 a 牌号表示方法钢的牌号由代表屈服强度的字母 屈服强度值 质量等级符号 脱氧方法符号等四个部分按顺序组成 例如 Q235 A F b 符号表示意义Q 钢材屈服点 屈 字汉语拼音首位字母 A B C D 分别为质量等级代号 F 沸腾钢 沸 汉语拼音首位字母 B 半镇静钢 半 字汉语拼音首位字母 Z 镇静钢 镇 字汉语拼音首位字母 TZ 特殊镇静钢 特镇 两字汉语拼音首位字母 在牌号组成表示方法中 Z 与 TZ 代号予以省略 第一章冲压知识简介 29 5 冲压常用工艺参数 5 1 冲裁力冲裁力是指冲裁过程中的最大剪切抗力 计算冲裁力的目的是为了合理选择压力机和设计模具 各种形状刃口冲裁力的基本计算公式见表2 6 考虑到模具刃口的磨损 材料厚度偏差等因素 实际所需冲裁力应增加30 表2 6冲裁力的计算公式及举例注 1 为材料之抗剪强度 由表8 49查得 440Mpa2 双斜刃凸模和凹模的主要参数列于表2 7中 第一章冲压知识简介 30 第一章冲压知识简介 31 第一章冲压知识简介 32 表2 7斜刃凸模和凹模的主要参数 如用平刃口模具的冲裁时 按表列公式进行计算 F Lt 式中F 冲裁力 N L 冲裁件周长 mm t 材料厚度 mm 材料剪切强度 Mpa 而实际冲裁力应下列公式计算 式中 材料抗拉强度 Mpa 第一章冲压知识简介 33 5 2 精密冲裁用普通冲裁所得到的工件 剪切面上有塌角 断裂面和毛刺 表面粗糙度仪为Ra值12 5 6 3 m 同时制件尺寸精度较低 一般为ITl0 ITll 在通常情况下 已能满足零件的技术要求 当要求冲裁件的剪切面作为工作表面或配合表面时 采用一般冲裁工艺不能满足零件的技术要求 采用提高冲裁件质量和精度的精密冲裁方法 精密冲裁是通过改进模具来提高制件精度 改善断面质量的 其尺寸精度可达IT8 IT9 级 断面粗糙度Ra值为1 6 0 4 m 断面垂直度可达89 30 精密冲裁有整修 光洁冲裁 负间隙冲裁 小间隙圆角刃口冲裁 精冲等 精密冲裁的几种工艺方法 第一章冲压知识简介 34 第一章冲压知识简介 35 第一章冲压知识简介 36 第一章冲压知识简介 37 第一章冲压知识简介 38 5 3 弯曲弯曲过程中 坯料的曲率半径发生变化 图3 1表示板弯曲变形区 ABCD部分 内切向应力的变化情况 弯曲过程中内区 靠近曲率中心一侧 切向受压 外区 远离曲率中心一侧 受拉 根据变形程度 弯曲过程可分为三个阶段 1 弹性弯曲 在变形开始时变形程度较小 坯料变形区应力最大的内 外表面的材料没有产生屈服 变形区内材料仅为弹性变形 此时的切向应力分布如图3 1a所示 2 弹 塑性弯曲 随着变形的增大 坯料变形区内 外表面材料首先屈服 进入塑性变形状态 随着变形的进一步增大 塑性变形由表面向中心逐步扩展 切向应力分布如图3 1b 3 纯塑性弯曲 变形到一定程度 整个变形区的材料完全处于塑性变形状态 切向应力分布如图3 1c 第一章冲压知识简介 39 图3 1弯曲坯料变形区切向应力分布a 弹性弯曲b 弹 塑性弯曲c 纯塑性弯曲 第一章冲压知识简介 40 图3 2板料弯曲时的变形特点a 窄板 b t3 第一章冲压知识简介 41 图3 2所示为V形件压弯后的变形情况 分析变形前后工件侧壁网格及断面变化可以看出 1 变形区主要发生在弯曲件的圆角部分 直线部分没有变形 只是刚性移动 2 从弯曲件变形区的横断面来看 对于窄板弯曲 其横断面由矩形变成了扇形 而对于宽板其横断面几乎保持不变 仍为矩形 这是由于板料的相对宽度直接影响板料沿着宽度方向的应变 进而影响应力 3 由于从内表面到外表面 其纵向纤维的长度是连续变化的 因而在内层与外层中间存在一个既不伸长也不缩短的中间层 称为应变中性层 第一章冲压知识简介 42 4 弯曲的切向应力均是外层为拉 内层为压 由于从内层到外层切向应力是由压连续变为拉 所以内外层中间存在切向应力为零的 应力中性层 5 4 弯曲件长度计算计算原则是毛坯长度应该等于弯曲后工件应变中性层的长度 5 4 1 应变中性层的确定应变中性层是确定弯曲件毛坯尺寸的依据 在变形程度不大的情况下 大圆角半 第一章冲压知识简介 43 径弯曲或弯曲角度较小时 应变中性层位于材料厚度的中间 变形程度增大 则中性层位置将发生改变 当变形量增大时 应力中性层和应变中性层会发生内移 r t越小 中性层内移越大 板料变薄越严重 对宽板弯曲 设应变中性层曲率半径为 由弯曲前后体积不变条件可以推出 图3 3 3 1 第一章冲压知识简介 44 式中 板厚变薄系数 板料弯曲后与弯曲前的厚度之比 见表3 2 内弯曲半径 板弯曲前厚度 也可用下列简化公式计算应变中性层弯曲半径 3 2 式中 中性层位移系数 见表3 2 第一章冲压知识简介 45 图3 3板料弯曲尺寸图 第一章冲压知识简介 46 表3 2弯曲角为90 时变薄系数和中性层位移系数的值 低碳钢 对于 0 6 3 5 的铰链式弯曲件 可用卷圆方法进行弯曲 如图3 4所示 铰链卷圆时 凸模对毛坯一端施加的是压力 故产生不同于一般压弯的塑性变形 材料不是变薄而是增厚了 中性层由板料厚度中间向弯曲外层移动 因此中性层位置系数大于或等于0 5 见表3 3 第一章冲压知识简介 47 图3 4卷圆表3 3卷圆时中性层位移系数 第一章冲压知识简介 48 第一章冲压知识简介 49 第一章冲压知识简介 50 5 5 盒形零件的拉深盒形件属于非轴对称零件 它包括方形盒件 矩形盒件和椭圆形盒件等 根据矩形盒几何形状的特点 可以将其侧壁分为长度是A 2r与B 2r的两对直边部分及四个半径为的圆角部分 图4 74 压变形性质与直壁圆筒件有相同之处亦有不同之处 相同之处是在变形区都是在径向拉应力与切向拉应力的作用下产生拉深变形 而存在着变形区产生的拉应力与传力区的承载能力之间的关系问题 不同之处是盒形件的应力状态和所产生的拉深变形在周边上的分布是不均匀的 由次而引起一系列和圆桶形件成型不同的特点 根据盒形件能否一次拉深成形将盒形件分为两类 凡是能一次拉深成形的盒形件称为低盒形件 凡是需经多次拉深才能成形的盒形件称为高盒形件 两类盒形件拉深时的变形特点是有差别的 因此工艺过程设计和模具设计中需要解决的问题和方法也不尽相同 5 5 1 盒形件的拉深1 变形特点 第一章冲压知识简介 51 1 盒形件一次拉深成形时 零件表面网络格发生了明显变化 图4 74 由此表明凸缘变形区直边部分发生了横向压缩变形 使圆角处的应变强化得到缓和 从而降低了圆角部分传力区的轴向拉应力 相对提高了传力区的承载能力 2 盒形件拉深时 凸缘变形区圆角处的拉深阻力大于直边的拉深阻力圆角处的变形过程度大于直边处的变形程度 因此 变形区内金属质点的位移量直边处大于圆角处 导致了这两处的位移速度的不同 而毛坯的这两部分又是联系在一起的整体 变形时必然相互牵制 这种位移速度差会引起剪切力 这种剪切力称为位移速度诱发剪应力 虽然 诱发剪切力在两处交界面达到最大值 并由此向直径和圆角处的中心线逐渐减小 变形区内应力状态与剪切力分布情况可定性的用图4 75示意 由图4 75可知 圆角部分传力区内轴向拉应力减小了一个剪应力值 从而也相对地提高了传力区的承载能力 由于上述原因 盒形件成形极限高于直径为2r的圆筒形件的成形极限 第一章冲压知识简介 52 第二章模具知识第一讲模具概述 53 1 模具的基本知识 模具是具有特定形状的工作型面 通过加压加热等方法成形金属或非金属零件的一种专用工具 同时也是能成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的工艺装备 大到飞机 汽车 电视机外壳 小到茶杯 钮扣 众多的工业产品和日用品都必须依靠模具成形 用模具生产制件所具备的高精度 高一致性 高生产率是任何其它加工方法所不能比拟的 所以模具又有 工业之母 的美誉 第二章模具知识 54 1 1模具成形工艺特点 1 生产效率高 适于大批量零件与制品的加工与制造 2 属少 无切削加工 节省原材料 3 制件精度高 尺寸稳定 内部质量较好 有良好的互换性 4 操作简单 操作者不需具备高技能 5 模具能成型出用其它加工工艺方法难以加工的 形状复杂的制件 6 易于实现生产的机械化及自动化 7 模具成形工艺批量生产零件与制品 成本低 经济效益高 第二章模具知识 55 1 2模具的分类 第二章模具知识 56 1 3模具设计及其特点1 3 1模具设计 设计人员从事的主要工作包括 1 数字化制图 运用CAD软件 将产品及模具绘制成二维或三维工程图纸以便设计与加工 根据样品反求测绘 逆向工程 2 模具的数字化分析仿真 根据产品成形工艺条件 进行模具零件的结构分析 热分析 疲劳分析和模具的运动分析等 3 产品成形过程模拟 利用CAE软件对注塑成形 锻造成形 冲压成形等工艺过程进行分析模拟 4 定制适合本公司的模具设计标准件及标准设计过程 5 模具生产管理 第二章模具知识 57 1 3 2模具设计特点 1 模具属单件小批量生产 每一副模具的设计都是一种高智能 无重复性的劳动 2 设计的模具要充分考虑制品特点 尽量减少后续加工 3 以最低成本满足制品的各项技术要求和生产纲领 4 尽量选择标准件以便缩短模具生产周期 降低其制造成本 5 设计时要考虑试模后的修模方式 应留有足够的修模余地 6 设计的模具零件应当耐磨 耐用 第二章模具知识 58 1 4模具制造及其特点1 4 1模具制造方法 目前 广泛采用的将模具材料加工成模具的方法 1 机械加工2 数控设备加工3 特种加工4 塑性加工5 铸造6 焊接 第二章模具知识 59 1 4 2模具制造特点 由于模具制造难度较大 它与一般机械制造相比 有许多特殊性 1 单件生产2 制造周期长3 加工精度高 形状复杂4 模具材料5 模具生产的成套性6 试模和试修 第二章模具知识 60 1 4 3模具制造的工艺特点 由于我国模具加工的技术手段还普遍偏低 同时又有上述生产特点 当前我国模具制造上的工艺特点主要表现如下 1 模具加工上尽量采用万能通用机床 通用刀具 量具和仪器 尽可能地减少专用二类工具的数量 2 过去在模具设计和制造上 一些主要模具零件采用 配做法 同膛法 等 虽然使得模具零件的互换性降低 但保证了加工精度 减小了加工难度 现在随着先进加工技术手段的提高 不需要再进行配做 可直接采用高精度的加工机床制造 以达到互换性的精度要求 一些传统的普通加工方法已退居为非主要零件的辅助加工手段 3 在制造工序安排上 工序相对集中 以保证模具加工质量和进度 简化管理和减少工序周转时间 第二章模具知识 61 1 4 4模具制造的发展方向 模具制造正由劳动密集向技术密集发展 依靠手工技巧向依靠高效 高精度的数控切削机床 电加工机床发展 机械加工时代向机 电结合加工以及其它特殊加工时代发展 现代模具制造集中了制造技术的精华 模具制造技术已成为技术密集型的综合加工技术 第二章模具知识 62 2冲压模具概述 冲压是利用安装在压力设备上的模具对材料施加压力 使其产生分离或塑性变形 从而获得所需零件的一种加工方法 冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工 且主要采用板料来加工成所需零件 所以也叫冷冲压或板料冲压 冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一 隶属于材料成形工程技术范畴 冲压所使用的模具称为冲压模具 简称冲模 冲模是将材料批量加工成所需冲件的专用工具 冲模在冲压中至关重要 没有符合要求的冲模 批量冲压生产就难以进行 没有先进的冲模 先进的冲压工艺就无法实现 冲压工艺与模具 冲压设备和冲压材料构成了冲压加工的三要素 第二章模具知识 63 2 2 1冲压模具的分类 冲模按工艺性质分有 冲裁模 弯曲模 拉深模 成形模 翻边模 缩口模 胀形模等 按工序组合分有 单工序模 又称简单模 复合模 级进模等 按导向方式分有 手工操作模 半自动化模 自动化模等 按生产适应性分有 通用模 专用模 按冲模尺寸大小分有 大型冲模 中型冲模 小型冲模 按冲模材料分有 钢模 铸铁模 锌锌基合金模 聚氨酯橡胶模 塑料模 木材模 水泥模等 第二章模具知识 64 2 2 2冲压模具的经济特点 冲压模具的经济特点主要包括 1 冲模的制造精度与工件精度 模具结构密切相关 2 冲模的结构选择与工件的尺寸大小 结构形状 批量等因素有关 3 冲模材料的选择 制造周期的长短 模具的供需状况等也会明显地影响模具的价格 4 小型冲压模具与中 大型冲压模具无论从模具结构 模具材料还是模具制造的角度来看都存在着很大的不同 因此 采用的经济分析方法与估价方法也不同 第二章模具知识 65 3 冲裁模的分类3 1 冲裁模基本类型按工序性质分类为 落料模沿封闭的轮廓将工件与材料分离的模具 冲孔模沿封闭的轮廓将废料与材料分离的模具 切断模沿敞开的轮廓将材料分离的模具 切口模沿敞开的轮廓将零件局部切开但不完全分离的模具 剖切模将工件切成两个或两个以上工件的模具 整修模切除冲裁件上粗糙的边缘 获得光洁垂直的冲裁件的模具 按工序组合程度分类为单工序模 复合模和级进模 第二章模具知识 66 3 2 冲模基本结构组成冲模基本结构零件可分工艺零件和辅助类零件 工艺类零件有 工作零件 定位零件 卸料和顶出零件 工作零件分凹模 凸模 凹凸模 刃口镶块 定位零件分定位销 挡料销 导正销 导料板 定距侧刃 侧压器 卸料 顶出零件包括压料板 卸料板 顶出器 顶销 推板 废料刀 辅助零件有 导向零件 支撑及夹持零件 紧固零件等 导向零件包括导柱 导套 导板 导筒 支撑及夹持零件包括上下模板 模柄 凹凸模国定板 垫板 限位器 紧固零件及包括螺钉 销钉 弹簧 起重柄 托料架 第二章模具知识 67 图例 较典型的落料模如图2 1 2 1落料模1 下模板2 10 销钉3 凹模4 导料钉5 导柱6 导套7 凸模8 固定板9 垫板10 18 螺钉12 模柄13 防转销14 上模板15 卸料螺钉16 橡皮17 卸料板19 挡料销 第二章模具知识 68 编号1为下模板 座 下模板是下模的与压力机工作台面接触的零件 一般为板件 其直接固定在压力机台面或垫板上 编号5为导柱导柱是为上 下模座相对运动提供精密导向的圆柱形零件 多数固定在下模座 与固定在上模座的导套配合使用 编号6为导套导套是为上 下模座相对运动提供精密导向的圆柱形零件 多数固定在上模座 与固定在下模座的导柱配合使用 编号12为模柄模柄是突出于上模座顶面的圆柱形零件 工作时伸入压力机滑块孔中并被夹紧固定 编号14为上模板上模板是上模最上面的板状零件 工作时紧帖压力机滑块 并通过模柄或直接与滑块固定 第二章模具知识 69 第三章冲压质量第一讲冲裁间隙 70 冲压件检测标准刮伤 手指感觉不出之线凹痕或痕迹 裂缝 材料部份断裂 典型的例子是以生在折弯引伸加工之外侧 毛刺 剪切或冲压导致残留不平整边缘 模具设计需使客人接触到的披锋减至最少 压痕 通常此种痕迹产生与压印及冲压成型有关 氧化 材料与空气中的氧起化学变化 失去原有特性 如生锈 凹凸痕 表面异常凸起或凹陷 擦伤 指材料表面因互相接触摩擦所导致的损伤 污渍 一般为加工过程中 不明油渍或污物附着造成 拉模 一般为加工过程中 因冲制拉伸或卸料不良导致变形 指不明造成的外观形状变异 材质不符 使用非指定的材质 第三章冲压质量 71 冲裁间隙的概念冲裁间隙对冲压的影响合理间隙值的确定 第三章冲压质量 72 1 冲裁间隙的概念冲裁间隙指凸模刃口与凹模刃口之间的间隙 Z D dZ 冲裁间隙D 凹模刃口尺寸d 凸模刃口尺寸Z正常 上下微裂纹重合 有单边间隙与双边间隙之分 在冲裁过程中 材料受到弯矩的作用 工件产生穹弯 而不平整 由于冲裁变形的特点 在冲裁断面上具有明显的4个特征区 图2 3 即 a一塌角 b一光亮带 c一断裂带和d一毛刺 冲裁件的4个特征区在整个断面上所占比例的大小并非一成不变 而是随着材料的力学性能 冲裁问隙 刃口状态等条件的不同而变化的 冲裁问隙的大小对冲裁件质量 模具寿命 计中的一个重要的工艺参数 冲裁间隙系指冲裁模的凸模与凹模刃口之间的间隙 单面间隙用c表示 双面间隙隙用z表示 图2 7 第三章冲压质量 73 图2 7冲裁间隙示意图 第三章冲压质量 74 2 冲裁间隙对冲压的影响2 1 对冲裁质量的影响冲裁件的质量主要是指断面质量 尺寸精度和弯曲度 1 对断面质量的影响冲裁断面应平直 光洁 圆角小 光亮带应有一定的比例 毛刺较小 其中 间隙值大小与分布的均匀程度是主要因素 冲裁时 间隙合适 可使上下裂纹与最大切应力方向重合 此时产生的冲裁断面比较平直 光洁 毛刺较小 制件的断面质量较好 图2 8b 间隙过小时 上 下裂纹中间部分被第二次剪切 在断面上产生撕裂面 坪形成第二个光亮带 图2 8a 在端面出现挤长毛刺 间隙过大 板料所受弯曲与拉伸均变大 断面容易撕裂 使光亮带所占比例减小 产生较大塌角 粗糙的断裂带斜度增大 毛刺大而厚 难于除去 使冲裁断面质量下降 图2 8c 第三章冲压质量 75 图2 8间隙对工件断面质量的影响a 间隙过小b 间隙合适c 间隙过大1 断面带2 光亮带3 圆角带 第三章冲压质量 76 2 对尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与基本尺寸的差值 主要是由于冲裁过程中 材料受到拉伸 挤压 弯曲等作用而引起的变形 在工件脱模后产生的弹性恢复造成的 偏差值可能是正的 也可能是负的 影响这一偏差值的因素主要是凸 凹模间隙 孔径的变化 当间隙值较大时 冲孔件的孔径则大于凸模尺寸 当间隙较小时 冲孔件的孔径则变小 冲裁件的尺寸变化量的大小还与材料性能 厚度 轧制方向 冲件形状等因素有关 模具制造精度及模具刃口状态也会影响冲裁件质量 3 对弯曲的影响冲裁过程中由于材料受到弯矩作用而产生弯曲 若变形达到弹性弯曲 冲裁件脱模后即使回弹 工件仍残留有一定弯曲度 这种弯曲程度随凸 凹模间隙的大小 材料性能及材料支撑方法而异 凹板格板的冲孔后弯曲 第三章冲压质量 77 2 2 对模具寿命的影响冲裁模具的寿命是以冲出合格制品的冲裁次数来衡量的 可再分为两次刃磨间的寿命与全磨损后总的寿命 在冲裁过程中 模具刃口处所受的压力非常大 使模具刃口和板材的接触面之间出现局部附着现象 产生附着磨损 它被认为是模具磨损的主要形式 当间隙减小时 接触压力 垂直力 侧压力 摩擦力 会增大 摩擦发热严重 导致模具磨损加剧 图2 10 还会引起刃口的压缩疲劳破坏 使之崩刃 间隙过大时 板料弯曲拉伸相对增加 使模具刃口端面上的正压力增大 容易产生崩刃或产生塑性变形 使磨损加剧 可见间隙过小与过大都会导致模具寿命降低 因此 间隙合适或适当增大模具间隙 可使凸 凹模侧面与材料间摩擦减小 并减缓间隙不均匀的不利因素 从而提高模具寿命 从图2 10可看出 凹模端面磨损比凸模大 这是因为凹模端面上材料的滑动比较自由 而凸模下面的材料沿板面方向滑动受到限制的原因 而凸模侧面的磨损最大 是因为凸模侧面受到卸料作用的长距离摩擦 加剧了侧壁的磨损 若采用较大间隙 可使孔径在冲裁后的回弹增大 减小卸料时与凸模侧面的摩擦 从而减小凸模侧面的磨损 第三章冲压质量 78 板厚t mm图2 10间隙与磨损的关系 第三章冲压质量 79 模具刃口磨损 导致刃口的钝化和间隙增加 使制件尺寸精度降低 冲裁能量增大 断面粗糙 毛刺增大 为了提高模具寿命 一般需采用较大间隙 若制件要求精度不高时 采用合理大间隙 模具寿命可以提高 若采用小间隙 就必须提高模具硬度与制造精度 对冲模刃口进行充分润滑 以减少磨损 2 3 对冲裁力的影响一般认为 增大间隙可以降低冲裁力 而小间隙则使冲裁力增大 当间隙合理时 上下裂纹重合 最大剪切力较小 而小间隙时 材料所受力矩和拉应力减小 压应力增大 材料不易产生撕裂 上下裂纹不重合又产生二次剪切 使冲裁力 冲裁功有所增大 增大间隙时材料所受力矩与拉应力增大 材料易于剪裂分离 故最大冲裁力有所减小 如对冲裁件质量要求不高 为降低冲裁力 减少模具磨损 倾向于取偏大的冲裁间隙 第三章冲压质量 80 3 合理间隙值的确定由以上分析可见 冲裁间隙对冲裁件质量 冲裁力 模具寿命等都有很大的影响 设计模具时应选用合理间隙值 但分别符合这些要求的合理间隙值并不相同 只是彼此接近 生产中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙 这个范围的最小值称为最小合理间隙 最大值称最大合理间隙 考虑到生产过程中的磨损使间隙变大 故设计与制造模具时 通常采用最小合理间隙值 确定合理间隙值有两种方法 3 1 理论确定法理论确定法的主要依据是保证裂纹重合 以获得良好的冲裁断面 图2 1l是冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态 第三章冲压质量 81 图2 11合理冲裁间隙的确定 第三章冲压质量 82 由图中几何关系可得出计算合理间隙的公式 2 1 式中t 板料厚度 mm 产生裂纹时凸模相对压入深度 mm 裂纹与垂线间的夹角 由上述可知 间隙z与板材厚度 相对压入深度 裂纹方向角有关 而 又与材料性质有关 表2 1为常用材料的与的近似值 由表可知 影响间隙值的主要因素是板材力学性能及其厚度 板料越厚 越硬或塑性越筹 值越小 合理间隙值越大 材料越软 值越大 合理间隙值越小 由上述可知 间隙z与板材厚度 相对压入深度 裂纹方向角有关 而 又与材料性质有关 表2 1为常用材料的与的近似值 由表可知 影响间隙值的主要因素是板材力学性能及其厚度 板料越厚 越硬或塑性越筹 值越小 合理间隙值越大 材料越软 值越大 合理间隙值越小 第三章冲压质量 83 表2 1与的值 单位 mm 因为计算法在生产中使用不方便 故目前普遍使用查表选取法 3 2 查表选取法综