冷冲压工艺及模具设计复习资料

1、冷冲压基础知识一、定义及特点1、定义冷冲压是在常温下利用冲模在冲压设备上对板料施加压力（或拉力），使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的制件的加工方法。2、特点（1）冲压件的尺寸精度由模具来保证，具有一模一样的特征，所以质量稳定，互换性好。可获得其它加工方法所不能或难以制造的，壁薄、重量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件。（2）不需要加热毛坯，不需要大量切削金属，材料利用率高、冲压过程耗能少，工件成本较低。（3）操作简单，劳动强度低，易于机械化和自动化，生产效率高。（4）所用模具一般比较复杂，制造周期长，成本较高二、冲压成形基本理论三、冲压性能指标1、屈服极限 (小好)2、屈强

2、比 (小好)3、均匀延伸率 (大好)4、弹性模量 (大好)5、硬化指数 n(对伸长类变形大好)6、厚向异性系数 (对大多数冲压成形工序来说值大好)7、板平面各向异性系数 （小好）冲裁一、基本概念1、定义：冲压加工利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序，包括：冲孔和落料。（1）、冲孔：指在板料或者工件上冲出所需形状的孔，冲去的是废料。或者说封闭曲线以外的部分作为冲裁件时。（2）、落料：指在板料上冲出所需形状的零件或毛坯 。或者说使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以内的部分作为冲裁件时。2、特点：（1）操作简便，生产效率高。（2）尺寸精度高，表面质量好，具有良好互换性。（3）工件强

3、度高，刚度好，重量轻，质量稳定。（4）不需加热，不需切削废屑。（5）能加工其它方法所不能制造或难于制造的复杂形状零件。二、工艺设计1、冲裁过程：弹性变形阶段，塑形变形阶段，断裂分离阶段2.冲裁件的质量（1）、定义:指切断面质量、表面质量、形状误差和尺寸精度（2）、冲裁断面的组成1）、圆角：当模具压入材料时，刃口附近的材料被牵连变形的结果2）、光亮带：模具刃口切入材料后，材料与模具刃口侧面挤压而产生塑性变形的结果3）、断裂带：冲裁过程的最后阶段，材料剪断分离时形成的区域，是模具刃口附近裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面4）、毛刺带：在冲裁过程中出现微裂纹时形成的结果（3）、影响表面质量的主

4、要因素1）、材料的性能影响材料塑性好，冲裁时裂纹出现较迟，材料被挤切的深度较大，所得断面光亮带所占的比例较大。 光亮带占整断面的 1/2 1/3塑性差的材料，材料被剪切不久就出现裂纹，使断面光亮带所占比例小2）、冲裁间隙间隙适中 ，上、下裂纹互相重合，冲裁件断面有一定斜度，但比较平直、光洁且毛剌很小。间隙过大 ，凸模刃口产生的裂纹在内，凹模刃口产生的裂纹在外，材料受到很大的拉伸和弯曲应力作用，冲裁件光亮带小，圆角和斜度加大，毛剌大而厚。间隙过小 ，由于分离面上、下裂纹向材料中间扩展时不能互相重合，凸模刃口产生的裂纹在外，凹模刃口产生的裂纹在内，将被第二次剪切才完成分离，因此出现二次挤压而表成二

5、次光亮带，毛剌有所增长3）、模具刃口 的钝利情况凸模磨钝：落料件产生毛刺凹模磨钝：冲孔件产生毛刺凸凹模都磨钝：落料和冲孔件均产生毛刺考题：冲裁件毛刺多而高如何解决？答：1、降低材料塑性。2、修磨刃口，使其锋利。3、调整冲裁间隙，使其均匀。3、冲裁工艺性（1）冲压件形状和尺寸要求；1）形状简单、对称；2）避免出现尖角；3）避免悬臂和狭槽；4）冲孔尺寸不可太小；5）孔与孔之间，孔与边缘有相应最小值。（2）、排样1）、定义：指冲裁件在条料或板料上的布置方法。2）、分类：有废料排样： 沿冲件全部外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。少废料排样： 沿冲件部分外形冲裁，在冲件之间才留有搭边。无废料排样： 沿直线

6、或曲线切断条料而获得冲件，无任何搭边。考题：搭边的定义及作用？答：搭边：排样时工件之间及工件与条料侧边之间的余料。搭边作用：补偿定位误差、剪板误差、增加条料刚度。考题：排样的利用率计算（3）、冲压力.1）、总冲压力：由冲裁力、卸料力、推件力和顶件力组成刃口冲裁力：考题：冲压力的计算2）、降低冲裁力的方法Ø 材料加热冲裁Ø 多凸模阶梯布置冲裁：阶梯形布置需要对称分布，防止偏载；阶梯形应安排先冲大孔、后冲小孔Ø 斜刃口冲4、凸凹模刃口尺寸的设计（1）配合加工（2）分开加工无导向单工序冲裁模三、冲裁模导板式单工序冲裁模单工序模导柱式单工序冲裁模倒装式复合模（凸凹模在下）

7、正装式复合模（凸凹模在上）复合模级进模冲裁模1.单工序模（1）、无导向单工序冲裁模特点：结构简单，成本低廉，制造周期短。适用于一些形状简单，零件精度要求不高，生产批量不大的冲裁。（2）、导板式单工序冲裁模.特点：上模与下模导向靠凸模与导板的小间隙配合实现.（H7/h6 ）。该结构安装方便，但需保证凸模与导板不脱离。（3）、导柱式单工序冲裁模特点：上模与下模导向靠导套与导柱的导向来保证。该结构安装方便，精度高，寿命长，但轮廓尺寸大，成本高，用于大批量、精度要求高的冲裁件。2、复合模定义：模具在一次冲程中，在模具同一位置上同时完成两道以上的工序，称为复合模。（1）、倒装式复合模特点：冲孔废料直接由

8、冲孔凸模推下，无顶件装置。工件由上模推杆推下。适用于形状简单的工件：弹性推件：厚度<0.3mm刚性推件：厚度>0.3mm（2）、正装式复合模特点：冲孔冲下来的废料会留在模具的面上，需要操作者每冲压去一次，就要把废料清理出去。冲裁件平直度较高，但生产率较低。3、级进模定义; 模具在一次冲程中，在模具不同位置，同时完成两道以上的工序，称为 连续模或级进模 。四、冲裁模设计1、主要零部件设计2、压力中心和闭合高度3、弹簧和橡皮的选用弯曲一、基本概念1、定义弯曲：将各种金属毛坯弯成具有一定角度、曲率和形状的加工方法。2、原理平板毛坯在外弯曲力矩的作用下曲率发生变化，毛坯内层金属在切向压应力

9、作用下产生压缩变形，外层金属在切向拉应力作用下产生伸长变形。3、过程（1）、自由弯曲（2）、校正弯曲4、特点（1）、弯曲主要变形区主要发生在弯曲件的圆角部分 ，此处的正方形网格变成扇形。远离圆角的直边部分，则没有变形，靠近圆角的部分直边，有少量的变形。（2）、弯曲变形内，外层纤维受拉伸长而内层纤维受压缩而缩短，内外侧靠近板料中心处变形层度逐渐变小。（3）、在弯曲变形区内，板料的厚度变薄，相对弯曲半径r/t 越小，厚度变薄越大。（4）、弯曲变形后截面形状（b：宽度，t：厚度5、）宽板 b/t>3 截面形状为几乎为矩形窄板 b/t 3 截面形状为扇形5、中性层当弯曲变形较小时，应变中性层和应

10、力中性层几乎重合， 且在板厚正中央，即： 二、最小弯曲半径1、定义在保证弯曲毛坯外层纤维不发生破坏的条件下，弯曲件内表面所能达到的最小圆角半径，称为最小弯曲半径 2、影响因素材料的力学性能材料塑性越好，最小弯曲半径越小。零件弯曲中心角的大小在实际弯曲过程中，圆角附近的直边部分材料也参与了弯曲变形，扩大了弯曲变形区的范围。弯曲中心角越小，圆角部分外表面纤维的变形分散效果越显著，最小弯曲半径越小。（3）、板料的轧制方向与弯曲线夹角的关系弯曲件的弯曲线与板料轧制方向垂直时，弯曲半径最小；弯曲件的弯曲线与板料轧制方向平行时，弯曲半径最大。（4）、板料表面及冲裁的断面质量弯曲时，板料表面有划伤或板料侧边

11、有毛刺、裂口及冷作硬化等缺陷时，工件容易开裂使材料过早破坏。如冲裁件断面上的断裂带和毛刺带在拉应力作用下会产生应力集中，导致弯曲件从侧边开始破裂。（5）、板料的相对宽度弯曲件相对宽度较小时，其影响较为显著；当b/t>10时，其影响不大。b/t越小，最小弯曲半径越小。（6）、板料厚度板料厚度较小时，切向应变变化的梯度大，这样与切向变形最大的外表面相邻近的金属材料，可以起到阻碍外表面材料产生局部不稳定塑性变形的作用，因此可以得到较大的变形或采用最小的弯曲半径。三、弯曲件坯料长度计算四、弯曲回弹1、定义当弯曲工件受外力时，总变形量包含弹性变形和塑性变形。卸载后，塑性变形保留下来，弹性变形部分恢

12、复，结果是弯曲件的弯曲角、弯曲半径与模具尺寸不一致，这种现象称为弯曲回弹。2、表示（1）、曲率回弹量（2）、角度回弹量3、影响因素（1）、材料的力学性能屈服强度越高，弹性模量越小，弯曲回弹越大（2）、相对弯曲半径r/tr/t越小，塑性变形在总变形所占的比例越大，弹性变形所占的比例越小，回弹值越小（3）、弯曲中心角a弯曲中心角 越大, 变形越严重（4）、工件的形状（5）、模具的间隙（6）、弯曲方式及校正力大小4、减小弯曲回弹的措施（1）、改进弯曲件的设计（2）、采取适当的弯曲工艺（3）、合理设计弯曲模具五、弯曲模具的计算第一次弯曲： 85.2第一次弯曲：10.5凹、凸模圆角： 凹、凸模间隙： 凹

13、模深度： 凹、凸模宽度尺寸： 拉深一、拉深过程1、定义 将毛坯通过模具制成开口空心零件的冲压工艺方法拉深系数的2、拉深件的组成（1）、平面凸缘部分（主要变形区）（2）、凸缘圆角部分（过渡区）（3）、直壁传力区（4）、底部圆角区（过渡区）（5）、筒底不变形区3、起皱和拉裂（1）、起皱原因：1）、切向压应力太大，材料稳定性差，容易起皱。2）材料本身稳定性：材料的相对厚度t/D 对拉深过程的影响主要反映在抗失稳性能上，t/D越大，当抗失稳能力越强，当t/D 达到某值之后，则可以不需要或少要压边力，拉深力也随之降低，当t/D小时，由于 变形区外边缘的切向压应力很大，往往会产生失稳而出现起皱。.防止措施：1）、合理增加压边圈的压力2）、选择合理的工艺拉伸系数、模具的几何参数及毛料，确保加工成型3）、增加径向拉应力 4）、增加工序，对必须深度拉伸的工件或阶梯差较大的工件，可分两道或多道工序成形，并补加整形工序（2）、拉裂拉裂的原因：在拉深过程中，严重的起皱造成起皱部分不可能通过凸模与凹模之间的间隙而造成拉应力过大而被拉裂。拉裂部位常常在 直壁传力区与凸模圆角传力区的相切处。.二、拉深系数1、定义每次拉深后圆筒形件的直径 与 拉深前毛坯直径 之比称为拉深系数2、影响因素（1）、材料本身性能组织均匀、晶粒大小适当，屈强比（s/b）小、塑性好的材料，m（2）、材料的相对厚度t/Dt/D m ; t