模具模块一冲压成形理论课件

1、 俗话说：俗话说：“没有规矩不成方圆没有规矩不成方圆”。世界上的许许多多。世界上的许许多多东西都是从他们各具特色的东西都是从他们各具特色的“规矩规矩”中诞生出来得。东西中诞生出来得。东西产品，规矩产品，规矩模具。模具。 模具：是一种特殊的模型，用来塑造模具：是一种特殊的模型，用来塑造(制造制造)产品；从工产品；从工艺的角度，模具是一种成形制品的特殊工艺装备。艺的角度，模具是一种成形制品的特殊工艺装备。 模具技术：研究模具设计、制造以及产品成形工艺的技模具技术：研究模具设计、制造以及产品成形工艺的技术。术。冲压工艺是一种特殊的成形工艺，冲压模具是模具中的冲压工艺是一种特殊的成形工艺，冲压模具是模

2、具中的一种。一种。 现代模塑产品举例：现代模塑产品举例： 汽车用品系列汽车用品系列 家用产品系列家用产品系列 军工用品系列军工用品系列 工业产品系列工业产品系列模具的种类可分为十大种模具的种类可分为十大种（如图所示）（如图所示） 一、冲压加工概念一、冲压加工概念 冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加冲压是在室温下，利用安装在压力机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压压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。力加工方法。 合理的冲压成形工艺合理的冲压成形工艺 冲压加工的三要素冲压加工的三要素 先进的模具先进的模具 高效的冲

3、压设备高效的冲压设备二、冲压加工的特点及应用二、冲压加工的特点及应用 属少、无屑加工，能加工形状复杂的零件，零件精度较高，属少、无屑加工，能加工形状复杂的零件，零件精度较高，具有互换性，零件强度、刚性高而重量轻，外表光滑美观，材具有互换性，零件强度、刚性高而重量轻，外表光滑美观，材料利用率高，生产率高，便于实现机械化和自动化，操作方便，料利用率高，生产率高，便于实现机械化和自动化，操作方便，要求的工人技术等级不高，产品的成本低。要求的工人技术等级不高，产品的成本低。 缺点：模具要求高、制造复杂、周期长、制造费昂贵，因缺点：模具要求高、制造复杂、周期长、制造费昂贵，因而在小批量生产中受到限制。生

4、产中有噪声而在小批量生产中受到限制。生产中有噪声。 三、冲压工序的分类三、冲压工序的分类 1.根据工艺性质分根据工艺性质分 ： 分离工序、塑性变形工序分离工序、塑性变形工序 2.根据工序组合程度分：单工序、复合工序、连续工序根据工序组合程度分：单工序、复合工序、连续工序 分离工序：指坯料在模具刃口作用下，沿一定的轮廓线分分离工序：指坯料在模具刃口作用下，沿一定的轮廓线分离而获得冲件的加工方法离而获得冲件的加工方法（如图）（如图）。 塑性变形工序：指坯料在模具压力作用下，使坯料产生塑塑性变形工序：指坯料在模具压力作用下，使坯料产生塑性变形，但不产生分离而获得具有一定形状和尺寸的冲件的加性变形，但

5、不产生分离而获得具有一定形状和尺寸的冲件的加工方法（工方法（如图如图）。）。 四、冲压技术的发展四、冲压技术的发展1.工艺分析计算现代化工艺分析计算现代化2.模具模具CAD/CAM/CAE3.冲压生产自动化冲压生产自动化4.经济模具、简易模具经济模具、简易模具5.模具新技术、新工艺、新材料模具新技术、新工艺、新材料6.模具先进制造工艺及设备模具先进制造工艺及设备 本章学习要求：本章学习要求： 1.掌握金属塑性变形的基本概念；掌握金属塑性变形的基本概念； 2.掌握板料冲压性能和常见的冲压材料；掌握板料冲压性能和常见的冲压材料； 3.了解塑性变形的力学基础和冲压成形方法的力学特点。了解塑性变形的力

6、学基础和冲压成形方法的力学特点。 1.1金属塑性变形的基本概念金属塑性变形的基本概念1.2金属塑性变形的力学基础金属塑性变形的力学基础1.3冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类1.4板料冲压成形性能及冲压材料板料冲压成形性能及冲压材料 1.1金属塑性变形的基本概念金属塑性变形的基本概念 在外力的作用下，金属产生形状和尺寸变化为变形，变形在外力的作用下，金属产生形状和尺寸变化为变形，变形分为弹性变形与塑性变形分为弹性变形与塑性变形。1.1.1塑性变形的物理概念塑性变形的物理概念 外力破坏原子间原有的平衡状态，造成排列的畸变，引起外力破坏原子间原有的平衡状态，造成排

7、列的畸变，引起金属形状和尺寸的变化。金属形状和尺寸的变化。1.1.2塑性变形的基本方式塑性变形的基本方式 滑移滑移 孪生孪生 多晶体的塑性变形（变形后形成纤维组织、变多晶体的塑性变形（变形后形成纤维组织、变形织构）形织构）(如图如图1.1.1) 1.1.3金属的塑性与变形抗力金属的塑性与变形抗力1.塑性及塑性指标塑性及塑性指标 塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而不破坏其完整性的能力。不破坏其完整性的能力。 塑性指标：常用的塑性指标有塑性指标：常用的塑性指标有 延伸率延伸率 断面收缩率断面收缩率 2.变形抗力变形抗力 金属产生塑性

8、变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为变形抗力。变形抗力。%100LLL00K%10000AAAK 1.1.4影响金属的塑性与变形抗力的主要因素影响金属的塑性与变形抗力的主要因素 1.化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响 2.变形温度对塑性和变形抗力的影响变形温度对塑性和变形抗力的影响 3.变形速度对塑性和变形抗力的影响变形速度对塑性和变形抗力的影响 1.2 塑性变形的力学基础塑性变形的力学基础 外力外力 内力内力 模具模具 毛坯毛坯 零件零件1.2.1 一点的应力应变状态一点的应力应变状态1.一点的应力状态

9、一点的应力状态 (如图如图1.2.1)2.一点的主应变状态一点的主应变状态 体积不变定律：体积不变定律： 三个推论：三个推论： 塑性变形时，只有形状的变化，而无体积的变化；塑性变形时，只有形状的变化，而无体积的变化； 无论什么应变状态，其中一个主应变的符号与另外两个无论什么应变状态，其中一个主应变的符号与另外两个主应变的符号相反；主应变的符号相反； 已知两个应变就可求第三个应变。已知两个应变就可求第三个应变。0321 1.2.2 屈服准则（塑性条件）屈服准则（塑性条件） 屈服准则屈服准则：材料进入塑性状态的力学条件。当材料中的某材料进入塑性状态的力学条件。当材料中的某点的应力满足屈服准则，该点

10、就进入塑性状态。点的应力满足屈服准则，该点就进入塑性状态。 1.屈雷斯加屈雷斯加(HTresca)屈服准则屈服准则 2. 密席斯密席斯(Von Mises)屈服准则屈服准则 3.屈服准则的几何表示屈服准则的几何表示 在平面应力状态时，屈服准则可用屈服轨迹来表示（在平面应力状态时，屈服准则可用屈服轨迹来表示（如图如图1.2.4）。）。 1.2.3 塑性变形时应力与应变的关系塑性变形时应力与应变的关系 单向拉伸应力单向拉伸应力-应变曲线应变曲线(如图如图1.2.5) 增量理论增量理论 全量理论全量理论 例：全量理论分析应力应变关系例：全量理论分析应力应变关系 1) 称平面应变称平面应变(或称平面变

11、形或称平面变形),由上式可得出由上式可得出: 2) 材料受单向拉应力材料受单向拉应力,由上式可得由上式可得: C131332322121Cdddddd131332322121时，022/ )(312时，且0, 03211321)2/1 (, 0 1.2.4硬化与硬化曲线硬化与硬化曲线 1.硬化硬化 材料的强度指标随变形程度的增加而增加材料的强度指标随变形程度的增加而增加,塑性随之降低塑性随之降低。 2.硬化曲线硬化曲线 实际应力曲线与假象应力曲线实际应力曲线与假象应力曲线 （如图如图1.2.6） 几种常用冲压板料的硬化曲线（几种常用冲压板料的硬化曲线（如图如图1.2.7） 硬化指数硬化指数是表

12、明材料冷变形硬化的重要参数，对板料的冲是表明材料冷变形硬化的重要参数，对板料的冲压性能以及冲压件的质量都有较大的影响。压性能以及冲压件的质量都有较大的影响。 1.3冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类 1.3.1 变形毛坯的分区变形毛坯的分区(如图如图1.3.1)1.3.2 变形区的应力应变特点变形区的应力应变特点1. 冲压毛坯两向受拉应力的作用冲压毛坯两向受拉应力的作用 (可分两种情况可分两种情况)： （如图（如图1.3.2象限）象限）2.冲压毛坯变形区受两向压应力的作用冲压毛坯变形区受两向压应力的作用 （如图（如图1.3.2象限）象限）0, 00, 0trt

13、r且且0, 00, 0trtr且且 3.冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且拉应力的绝对值冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且拉应力的绝对值大于压应力的绝对值。大于压应力的绝对值。(可以分为两种情况可以分为两种情况) （如图（如图1.3.2）4.冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且压应力的绝对值冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且压应力的绝对值大于拉应力的绝对值。大于拉应力的绝对值。 (可以分为两种情况可以分为两种情况) 综上所述：冲压变形可分为伸长类变形和压缩类变形综上所述：冲压变形可分为伸长类变形和压缩类变形（如图如图1.3.3）。）。rtrrtr0,00,0且且rtrrtr0,00,0且

14、且 1.3.3 冲压成形过程中变形趋向性及其控制冲压成形过程中变形趋向性及其控制1.变形趋向性变形趋向性( (如图如图1.3.4) ) 弱区必先变形，变形区应为弱区弱区必先变形，变形区应为弱区2.变形趋向性的控制变形趋向性的控制 合理地确定毛坯尺寸（合理地确定毛坯尺寸（图图1.3.5 图图1.3.6 ） 正确设计模具工作部分形状和尺寸正确设计模具工作部分形状和尺寸 改变毛坯与模具表面的摩擦条件改变毛坯与模具表面的摩擦条件 其他工艺措施其他工艺措施 1.4 板料冲压成形性能及冲压材料板料冲压成形性能及冲压材料 1.4.1 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能 冲压成形性能冲压成形性能: 板料对各

15、种冲压成形加工的适应能力。板料对各种冲压成形加工的适应能力。 抗破裂性、抗破裂性、 贴模性、定形性贴模性、定形性 成形极限成形极限 冲压件形状尺寸精度冲压件形状尺寸精度1.4.2板材冲压成形试验的试验方法板材冲压成形试验的试验方法 板料冲压性能试验方法通常分为三种类型：板料冲压性能试验方法通常分为三种类型：力学试验力学试验、金金属学试验属学试验（统称间接试验）和（统称间接试验）和工艺试验工艺试验（直接试验）。（直接试验）。 拉伸试验用的标准试样和拉伸曲线（拉伸试验用的标准试样和拉伸曲线（图图1.4.1） 1.屈服极限屈服极限 屈服极限屈服极限 小小,材料容易屈服材料容易屈服,则变形抗力小则变形

16、抗力小.2.屈强比屈强比 屈强比小屈强比小,说明说明 值小而值小而 值大值大3.总延伸率总延伸率 与均匀延伸率与均匀延伸率 拉伸实验中拉伸实验中,试样拉断时的伸长率称总伸长率试样拉断时的伸长率称总伸长率1.4.3 板料的力学性能与冲压成形性能的关系板料的力学性能与冲压成形性能的关系ssbu图1.4.1 拉伸试验用的标准试样和拉伸曲线4.硬化指数硬化指数 单向拉伸硬化曲线可写成单向拉伸硬化曲线可写成 ，其中，其中 为硬化指数。为硬化指数。5.厚向异性指数厚向异性指数 厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度应变厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度应变之比之比6.板平面各向异性指数板平面各

17、向异性指数nktb/2/ )2(45900 对拉深件质量的影响对拉深件质量的影响 （图图1.4.2）n图1.4.2 对拉深件质量的影响 1.4.4常用冲压材料及其力学性能常用冲压材料及其力学性能1.冲压常用的材料冲压常用的材料 黑色金属黑色金属 金属材料金属材料冲压材料冲压材料 有色金属有色金属 非金属材料非金属材料2. 冲压用新材料及其性能冲压用新材料及其性能 1）高强度钢板）高强度钢板 2）耐腐蚀钢板）耐腐蚀钢板 3）双相钢板）双相钢板 4）涂层板）涂层板 5）复合板材）复合板材 图1.1.1 晶格畸变(a)无外力作用；(b)外力作用产生弹性畸变；(c)晶格滑移或孪动；(d)外力卸去后的永久变形图1.2.1 一点的应力状态（