金属手柄冲裁工艺与模具设计毕业论文

1、.辽 宁 建 筑 职 业 学 院毕 业 设 计题 目 金 属 手 柄 冲 裁 工 艺 与 模 具 设 计系 （ 部 ） 机 械 工 程 系专 业 模 具 设 计 与 制 造班 级 模 具 G 1 2 1姓 名指 导 老 师:摘 要模 具 是 用 来 成 型 各 种 工 业 产 品 的 一 种 重 要 的 工 艺 装 备 ， 是 机 械 制 造 工 业 成 型 毛 胚 或 零 件的 一 种 手 段 。 当 然 ， 模 具 是 现 代 工 业 生 产 中 重 要 的 工 艺 装 备 ， 模 具 工 业 的 发 展 是 和 现 代 工业 发 展 紧 密 相 联 的 。 所 以 ， 模 具 工 业 的

2、 发 展 对 众 多 行 业 是 相 当 重 要 的 ， 同 时 ， 现 在 工 业 产品 的 发 展 对 模 具 的 要 求 在 不 断 的 提 高 ， 模 具 的 需 求 量 更 大 ， 种 类 更 多 ， 性 能 和 精 度 更 高 ，结 构 和 工 作 条 件 更 复 杂 ， 工 作 温 度 更 高 ， 寿 命 也 要 求 更 长 。本 次 模 具 设 计 是 手 柄 模 具 设 计 ， 是 利 用 材 料 为 Q 2 3 5 - A 钢 生 产 的 。 设 计 内 容 是 从 工 艺 分 析开 始 的 ， 根 据 工 艺 要 求 来 确 定 设 计 的 大 体 思 路 。 然 后 是

3、 模 具 设 计 有 关 尺 寸 的 计 算 ， 以 及 模具 的 总 体 设 计 ， 装 配 等 。本 次 设 计 不 仅 让 我 熟 悉 了 课 本 所 学 的 知 识 ， 而 且 让 我 做 到 所 学 的 运 用 到 实 践 当 中 ， 更 让 我了 解 了 冲 压 模 具 设 计 的 全 过 程 和 加 工 实 践 的 各 种 要 点 。 使 我 在 本 次 设 计 实 践 当 中 有 一 个 质的 飞 跃 。关 键 词 ： 模 具 冲 压 手 柄目 录第 一 章 冲 压 成 型 与 模 具 技 术 概 述 11 . 1 冲 压 与 冷 冲 模 概 念 . 11 . 2 冲 模 设

4、计 与 制 造 要 求 11 . 3 冲 压 现 状 与 发 展 方 向 4第 二 章 冲 压 变 形 理 论 72 . 1 塑 性 变 形 的 概 念 72 . 2 塑 性 力 学 基 础 82 . 3 冲 压 材 料 及 其 冲 压 成 型 性 能 9第 三 章 模 具 材 料 选 用 1 13 . 1 冲 压 对 模 具 材 料 的 要 求 1 13 . 2 冲 模 材 料 的 选 用 原 则 1 1第 四 章 设 计 依 据 原 始 数 据 1 24 . 1 冲 压 件 工 艺 性 分 析 1 24 . 2 冲 压 工 艺 方 案 确 定 1 24 . 3 主 要 设 计 计 算 1

5、24 . 3 . 1 排 样 方 式 的 确 定 及 其 计 算 1 24 . 4 冲 压 力 的 计 算 1 34 . 5 压 力 中 心 的 确 定 及 相 关 计 算 1 34 . 6 工 作 零 件 刃 口 尺 寸 计 算 1 34 . 7 卸 料 橡 胶 的 设 计 1 64 . 8 模 具 总 体 设 计 1 6第 五 章.主 要 零 部 件 设 计 1 75 . 1 工 作 零 件 的 结 构 设 计 1 75 . 2 定 位 零 件 的 设 计 1 75 . 3 导 料 板 的 设 计 1 75 . 4 卸 料 部 件 的 设 计 1 85 . 5 模 架 及 其 它 零 部

6、件 设 计 1 9第 六 章.模 具 总 装 图 2 1第 七 章.冲 压 设 备 的 选 定 2 2第 八 章.模 具 加 工 工 艺 2 4第 九 章.模 具 的 装 配 2 4总 结 2 8参 考 文 献 2 9致 谢 3 01第 一 章 冲 压 成 型 与 模 具 技 术 概 述1 . 1 冲 压 与 冷 冲 模 概 念冲 压 是 在 温 室 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 力 加 工 方 法 。在 冲 压 加 工 中 ， 将 材 料 （

7、 金 属 或 非 金 属 ） 加 工 或 零 件 （ 或 半 成 品 ） 的 一 种 特 殊 工 艺装 备 ， 称 为 冲 压 模 具 （ 俗 称 冲 模 ） 。 冲 模 是 现 实 冲 压 加 工 中 是 必 不 可 少 的 工 艺 装 备 ，与 冲 压 件 是 “ 一 模 一 样 ” 的 关 系 ， 若 没 有 符 合 要 求 的 冲 模 ， 就 不 能 生 产 出 合 格 的 冲 压件 ； 没 有 先 进 的 冲 模 ， 先 进 的 冲 压 成 型 工 艺 就 无 法 实 现 。 在 冲 压 零 件 的 生 产 中 ， 合 理的 冲 压 成 型 工 艺 ， 先 进 的 模 具 ， 高 效

8、 的 冲 压 设 备 是 必 不 可 少 的 三 要 素 。 冲 模 在 种 类 繁多 的 模 具 中 占 有 十 分 重 要 的 地 位 ， 它 占 了 模 具 总 产 量 的 3 0 % 以 上 ， 从 产 值 上 看 ， 它 占 了模 具 总 产 值 的 5 0 % 左 右 。冲 压 加 工 与 其 他 加 工 方 法 相 比 ， 无 论 在 技 术 方 面 ， 还 是 在 经 济 方 面 ， 都 具 有 许 多 独特 的 优 点 ， 生 产 的 制 件 所 表 现 出 来 的 高 精 度 ， 高 复 杂 度 ， 高 一 致 性 ， 高 生 产 率 和 低 消耗 ， 是 其 他 加 工

9、制 造 方 法 所 不 能 比 拟 的 。 但 需 要 指 出 的 是 ， 犹 豫 进 行 冲 压 成 型 加 工 必须 具 备 相 应 的 模 具 ， 而 模 具 是 技 术 密 集 型 产 品 ， 其 制 造 属 单 件 小 批 量 生 产 ， 具 有 难 加工 ， 精 度 高 ， 技 术 要 求 高 ， 生 产 成 本 高 （ 占 产 品 成 本 的 1 0 % 到 3 0 % ） 等 特 点 。 所 以 ， 只有 在 冲 压 零 件 生 产 批 量 大 的 情 况 下 ， 冲 压 成 形 加 工 的 优 点 才 能 充 分 体 现 ， 从 而 获 得 好的 经 济 效 益 。由 于 冲

10、 压 加 工 具 有 上 述 突 出 的 优 点 ， 因 此 在 批 量 生 产 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 ， 在 现 代工 业 生 产 中 占 有 十 分 重 要 的 地 位 ， 是 国 防 工 业 及 民 用 工 业 生 产 中 必 不 可 少 的 加 工 方 法 。1 . 2 冲 模 设 计 与 制 造 要 求通 常 冲 压 产 品 的 生 产 流 程 如 下 图 1 所 示 。冲 压 技 术 工 作 包 括 冲 压 工 艺 设 计 ， 模 具 设 计 及 冲 模 制 造 三 方 面 内 容 ， 尽 管 三 者 的 内容 不 同 ， 但 三 者 之 间 都 存 在 着 相 互

11、关 联 ， 相 互 影 响 和 相 互 依 存 的 联 系 。 三 者 基 本 内 容和 基 本 要 求 见 表 1 示2（ 冲 压 ） 产 品 设 计冲 压 成 型 工 艺 设 计冲 压 模 具 设 计冲 模 制 造冲 压 产 品 生 产图 1表 1项 目 名 称 基 本 内 容 基 本 要 求冲 压 成 形 工艺 设 计针 对 给 定 的 产 品 图 样 ， 根 据 其 生 产 批 量 的 大 小 ， 企业 现 有 冲 压 设 备 的 类 型 规 格 ， 模 具 制 造 能 力 及 工 人 技术 水 平 等 具 体 生 产 条 件 ； 从 对 产 品 零 件 图 的 冲 压 工 艺性 分

12、析 入 手 ， 经 过 必 要 的 工 艺 计 算 ， 制 订 出 合 理 的 工艺 方 案 （ 包 括 工 序 性 质 ， 数 量 的 确 定 ， 工 序 顺 序 的 安排 ， 工 序 组 合 方 式 及 工 序 定 位 方 式 的 确 定 等 ） ， 最 后编 写 出 冲 压 工 艺 卡（ 1 ） 冲 压 原 材 料 利 用 率 高 ， 即 材料 消 耗 应 尽 可 能 少 。（ 2 ） 根 据 工 厂 的 具 体 生 产 条 件 ，制 定 的 工 艺 方 案 应 技 术 上 先 进 可行 ， 经 济 上 合 理 。（ 3 ） 工 序 组 合 方 式 和 工 序 排 列 顺序 应 符 合

13、冲 压 变 形 规 律 ， 能 确 保冲 压 出 合 格 的 工 件 。（ 4 ） 工 序 数 量 应 尽 可 能 少 ， 生 产效 率 尽 可 能 高 。（ 5 ） 制 订 的 工 艺 规 程 ， 应 方 便 工厂 的 生 产 组 织 与 管 理 。3续表项 目 名 称 基 本 内 容 基 本 要 求冲 压 模 具 设计依 据 制 订 的 冲 压 工 艺 规 程 ， 在 认 真 考虑 毛 坯 的 定 位 、 出 件 、 废 料 排 除 等 问 题以 及 模 具 的 制 造 维 修 方 便 、 操 作 安 全 可靠 等 因 素 后 ， 设 计 计 算 并 构 思 出 于 冲 压设 备 相 适

14、应 的 模 具 总 体 结 构 ， 然 后 绘 制出 模 具 总 装 图 和 所 有 非 标 准 零 件 图 ， 要能 保 证 冲 压 工 艺 的 实 施 。（ 1 ） 模 具 结 构 及 其 尺 寸 参 数 应 保证 能 冲 压 出 形 状 、 尺 寸 、 精 度 均 符合 图 样 要 求 的 零 件 。（ 2 ） 模 具 结 构 应 尽 可 能 简 单 ， 加工 精 度 合 理 ， 制 造 维 修 方 便 ， 成 本低 廉 。（ 3 ） 模 具 要 坚 固 耐 用 ， 能 满 足 批量 生 产 的 要 求 。（ 4 ） 模 具 要 操 作 方 便 ， 工 作 安 全可 靠 ， 工 人 劳

15、动 强 度 要 低 。（ 5 ） 生 产 准 备 周 期 要 短 。模 具 制 造根 据 模 具 结 构 、 模 具 材 料 、 尺 寸 精 度 、行 位 精 度 、 工 作 特 性 和 使 用 寿 命 等 要求 ， 综 合 考 虑 各 方 面 的 特 点 ， 并 充 分 发挥 现 有 设 备 的 一 切 特 长 ， 正 确 选 择 加 工方 法 和 装 配 方 法 ， 选 出 最 佳 加 工 放 方案 ， 制 订 出 合 理 的 冲 模 加 工 工 艺 规 程（ 1 ） 为 了 生 产 合 格 的 产 品 和 发 挥模 具 的 效 能 ， 制 造 的 模 具 必 须 具 有较 高 的 精 度

16、 。（ 2 ） 一 般 要 求 模 具 应 具 有 较 长 的使 用 寿 命 。（ 3 ） 较 短 的 模 具 制 造 周 期 。（ 4 ） 较 低 的 模 具 制 造 成 本应 该 指 出 ， 冲 模 设 计 与 制 造 必 须 根 据 企 业 和 产 品 生 产 批 量 的 实 际 情 况 进 行 全 面 考 虑 ，在 保 证 质 量 的 前 提 下 ， 寻 求 最 佳 的 技 术 经 济 性 。 片 面 追 求 生 产 效 率 、 模 具 精 度 和 使 用 寿命 必 然 导 致 成 本 的 增 加 ， 只 顾 降 低 成 本 和 缩 短 制 造 周 期 而 忽 视 模 具 精 度 和

17、使 用 寿 命 必 然4导 致 质 量 下 降 。1 . 3 冲 压 现 状 与 发 展 方 向目 前 ， 我 国 冲 压 技 术 与 工 业 发 达 国 家 相 比 还 相 当 落 后 ， 主 要 原 因 是 我 国 在 冲 压 基 础理 论 及 成 形 工 艺 、 ， 模 具 标 准 化 、 模 具 制 造 工 艺 及 设 备 等 方 面 与 工 业 发 达 国 家 尚 有 相当 大 的 差 距 ， 导 致 我 国 模 具 在 寿 命 、 效 率 、 加 工 精 度 、 生 产 周 期 等 方 面 与 工 业 发 达 国家 的 模 具 相 比 差 距 相 当 大 。随 着 工 业 产 品

18、质 量 的 不 断 提 高 ， 冲 压 产 品 生 产 证 呈 现 多 品 种 、 少 批 量 ， 复 杂 、 大 型 、精 密 ， 更 新 换 代 速 度 快 等 变 化 特 点 ， 冲 压 模 具 正 向 高 效 、 精 密 、 长 寿 命 、 大 型 化 方 向发 展 。 为 适 应 市 场 变 化 ， 随 着 计 算 机 技 术 和 制 造 技 术 的 迅 速 发 展 ， 冲 压 模 具 设 计 与 制造 技 术 正 由 手 工 设 计 、 依 靠 人 工 经 验 和 常 规 机 械 加 工 技 术 向 以 计 算 机 辅 助 设 计 （ C A D ） 、数 控 切 削 加 工 、

19、数 控 电 加 工 为 核 心 的 计 算 机 辅 设 计 与 制 造 （ C A D / C A M ） 技 术 转 变 。1 . 冲 压 成 形 理 论 及 冲 压 工 艺加 强 冲 压 变 形 基 础 理 论 的 研 究 ， 以 提 供 更 加 准 确 、 适 用 、 方 便 的 计 算 方 法 ， 正 确 地确 定 冲 压 工 艺 参 数 和 模 具 工 作 部 分 的 几 何 形 状 ， 解 决 冲 压 变 形 中 出 现 的 各 种 实 际 问 题 ，进 一 步 提 高 冲 压 件 的 质 量 。研 究 和 推 广 采 用 新 工 艺 ， 如 精 冲 工 艺 、 软 模 成 形 工

20、 艺 ， 高 能 高 速 成 形 工 艺 、 超 塑 性成 形 工 艺 以 及 其 他 高 效 率 、 经 济 成 形 工 艺 等 ， 进 一 步 提 高 冲 压 技 术 水 平 。2 ， 模 具 新 材 料 及 热 处 理 、 表 面 处 理随 着 产 品 质 量 的 提 高 ， 对 模 具 质 量 和 寿 命 要 求 越 来 越 高 。 而 提 高 模 具 质 量 和 寿 命 最有 效 的 方 法 就 是 开 发 和 应 用 模 具 新 材 料 及 热 处 理 、 表 面 处 理 新 工 艺 ， 不 断 提 高 使 用 性能 ， 改 善 加 工 性 能 。（ 1 ） 模 具 新 材 料冲

21、压 模 具 使 用 的 材 料 术 语 冷 作 模 具 钢 ， 是 应 用 量 大 、 使 用 面 广 、 种 类 最 多 的 模 具 钢 。主 要 性 能 要 求 为 强 度 、 韧 性 、 耐 磨 性 。 目 前 ， 冷 作 模 具 钢 的 发 展 趋 势 是 在 高 合 金 钢 D 2 ( 相当 于 我 国 C r 1 2 M o V ) 性 能 基 础 上 ， 分 为 两 大 分 支 ： 一 种 是 降 低 含 碳 量 和 合 金 元 素 量 ， 提高 钢 中 碳 化 物 分 布 均 匀 度 ， 突 出 提 高 模 具 的 韧 性 ， 如 美 国 钒 合 金 钢 公 司 的 8 C r

22、 M o 2 V 2 S i 、日 本 大 同 特 殊 钢 公 司 的 D C 5 3 （ C r 8 M o 2 S i V ） 等 。 另 一 种 是 以 提 高 耐 磨 性 为 主 要 目 的 ， 以适 应 高 速 、 自 动 化 、 大 批 量 生 产 而 开 发 的 粉 末 高 速 钢 。 如 德 国 的 3 2 0 C r V M o 1 3 , 5 等 。（ 2 ） 热 处 理 、 表 面 处 理 新 工 艺5为 了 提 高 模 具 工 作 表 面 的 耐 磨 性 、 硬 度 和 耐 蚀 性 ， 必 须 采 用 热 处 理 、 表 面 处 理 新 技术 ， 尤 其 是 表 面 处

23、 理 新 技 术 。 除 人 们 熟 悉 的 镀 硬 铬 ， 渗 氮 等 表 面 硬 化 处 理 方 法 外 ， 今年 来 模 具 表 面 性 能 强 化 技 术 发 展 很 快 ， 实 际 应 用 效 果 很 好 。 其 中 ， 化 学 气 相 沉 积 （ C V D ） 、物 理 气 相 沉 积 （ P V D ） 以 及 盐 浴 渗 金 属 ( T D ) 等 方 法 是 集 中 发 展 较 快 、 应 用 最 广 的 表 面 涂覆 硬 化 处 理 的 新 技 术 。 它 们 对 提 高 模 具 寿 命 和 减 少 模 具 昂 贵 材 料 的 消 耗 ， 有 着 十 分 重要 的 意 义

24、 。3 . 模 具 C A D / C A M 技 术计 算 机 技 术 、 机 械 设 计 与 制 造 技 术 的 迅 速 发 展 和 有 机 结 合 ， 形 成 了 计 算 机 辅 助 设 计与 计 算 机 辅 助 制 造 （ C A D / C A M ） 这 一 新 技 术 。C A D / C A M 是 改 造 传 统 模 具 生 产 方 式 的 关 键 技 术 ， 是 一 项 高 科 技 、 高 效 益 的 系 统 工 程 ，它 以 计 算 机 软 件 的 形 式 为 用 户 提 供 一 种 有 效 的 辅 助 工 具 ， 使 工 程 技 术 人 员 能 借 助 计 算机 对 产

25、 品 、 模 具 结 构 、 成 形 工 艺 、 数 控 加 工 以 成 本 等 进 行 设 计 和 优 化 。 模 具 C A D / C A M能 显 著 缩 短 模 具 设 计 及 制 造 周 期 、 降 低 生 产 成 本 、 提 高 产 品 质 量 ， 以 成 为 人 们 的 共 识 。随 着 功 能 强 大 的 专 业 软 件 和 高 效 继 承 制 造 设 备 的 出 现 ， 以 三 维 造 型 为 基 础 、 基 于 并行 工 程 （ C E ） 的 模 具 C A D / C A M 技 术 正 成 为 发 展 方 向 ， 它 能 实 现 面 向 制 造 和 装 配 的 设

26、计 ，实 现 成 形 过 程 的 模 拟 和 数 控 加 工 过 程 的 仿 真 ， 使 设 计 、 制 造 一 体 化 。4 . 快 速 经 济 制 模 技 术为 了 适 应 工 业 生 产 中 多 品 种 、 小 批 量 长 生 的 需 要 ， 加 快 模 具 的 制 造 速 度 ， 降 低 模 具生 产 成 本 ， 开 发 和 应 用 快 读 经 济 制 模 技 术 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视 。 目 前 ， 快 速 经 济 制模 技 术 主 要 有 低 熔 点 合 金 制 模 技 术 、 锌 基 合 金 制 模 技 术 、 环 氧 树 脂 制 模 技 术 、 喷 涂 成形

27、制 模 技 术 、 叠 层 钢 板 制 模 技 术 等 。 应 用 快 速 经 济 制 模 技 术 制 造 模 具 ， 能 简 化 模 具 制造 工 艺 、 制 造 周 期 、 降 低 模 具 生 产 成 本 ， 在 工 业 生 产 中 取 得 了 显 著 地 经 济 效 益 。 对 提高 新 产 品 的 开 发 速 度 ， 促 进 生 产 的 发 展 有 着 非 常 重 要 的 作 用 。5 . 模 具 标 准 化模 具 标 准 化 是 缩 短 模 具 制 造 周 期 、 降 低 模 具 开 发 成 本 、 提 高 模 具 质 量 的 有 效 方 法 ，模 具 标 准 化 程 度 的 高 低

28、 是 体 现 一 个 国 家 整 体 技 术 水 平 的 重 要 标 志 之 一 。 我 国 模 具 标 准件 技 术 水 平 低 、 模 具 标 准 化 程 度 低 ， 与 先 进 工 业 国 家 相 比 有 较 大 差 距 。 国 外 标 准 件 应用 覆 盖 率 达 到 8 0 % ， 我 国 仅 4 0 % 左 右 。 学 习 借 鉴 国 外 先 进 模 具 标 准 ， 开 发 我 国 模 具 新 标准 ， 提 高 模 具 标 准 件 精 度 和 互 换 性 以 及 模 具 标 准 化 程 度 ， 是 我 国 模 具 标 准 化 工 作 努 力的 方 向 。66 . 先 进 生 产 管

29、 理 模 式随 着 需 求 的 个 性 化 和 制 造 的 全 球 化 、 信 息 化 ， 企 业 内 部 和 外 部 环 境 的 变 化 ， 改 变 了模 具 业 的 传 统 生 产 观 念 和 生 产 组 织 方 式 。 现 代 系 统 管 理 技 术 在 模 具 企 业 正 得 到 逐 步 应用 ， 主 要 表 现 在 ： 应 用 集 成 化 思 想 ， 强 调 系 统 集 成 ， 实 现 了 资 源 共 享 ； 实 现 金 字塔 式 的 多 层 次 生 产 管 理 结 构 向 扁 平 的 网 络 结 构 转 变 ， 由 传 统 的 顺 序 工 作 方 式 想 并 行 工作 方 式 的

30、转 变 ； 实 现 以 技 术 为 中 心 向 以 人 为 中 心 的 转 变 ， 强 调 协 同 和 团 队 精 神 。 先进 生 产 管 理 模 式 的 应 用 使 得 企 业 生 产 实 现 了 低 成 本 、 高 质 量 和 高 速 度 ， 提 高 了 企 业 市场 竞 争 能 力 。7第 二 章 冲 压 变 形 理 论 基 础2 . 1 塑 性 变 形 的 概 念在 金 属 材 料 中 ， 原 子 之 间 作 用 着 相 当 大 的 力 ， 足 以 抵 抗 重 力 的 作 用 ， 所 以 在 没 有 其 他 外 力 作 用的 条 件 下 ， 金 属 物 体 将 保 持 自 由 的 形

31、 状 和 尺 寸 。 当 物 体 受 到 外 力 作 用 之 后 ， 它 的 形 状 和 尺 寸 将 发 生变 化 即 变 形 ， 变 形 的 实 质 就 是 原 子 间 的 距 离 产 生 变 化 。 假 如 作 用 于 物 体 的 外 力 去 除 后 ， 由 外 力 引 起的 变 形 随 之 消 失 ， 物 体 能 完 全 恢 复 自 己 的 原 始 形 状 和 尺 寸 ， 这 样 的 变 形 称 为 塑 性 变 形 塑 性 变 形 和 弹性 变 形 都 是 在 变 形 体 不 破 坏 的 条 件 下 进 行 的 （ 即 连 续 性 不 破 坏 ） 。通 常 用 塑 性 表 示 材 料 塑

32、 性 变 形 能 力 。 所 谓 塑 性 ， 是 指 固 体 材 料 在 外 力 作 用 下 发 生 永久 变 形 而 不 破 坏 其 完 整 性 能 力 。 金 属 的 塑 性 不 是 古 亭 不 变 的 ， 影 响 它 的 因 素 很 多 ， 除了 金 属 本 身 的 晶 格 类 型 、 化 学 成 分 和 金 相 组 织 等 内 在 因 素 之 外 ， 其 外 部 因 素 变 形方 式 （ 机 械 因 素 及 应 力 状 态 与 应 变 状 态 ） 、 变 形 条 件 （ 物 理 因 素 及 变 形 温 度 与 变 形 速度 ） 的 影 响 也 很 大 。 影 响 金 属 塑 性 的 主

33、 要 因 素 见 下 表 。影 响 因 素 影 响 规 律材 料 组 织 结构面 心 立 方 结 构 的 金 属 塑 性 好 于 体 心 立 方 ， 密 排 六 方 最 差 。 组 成金 属 的 元 素 越 少 （ 如 纯 金 属 和 固 溶 体 ） ， 晶 粒 越 细 小 ， 组 织 分 布 越均 匀 ， 则 金 属 塑 性 越 好应 力 状 态压 应 力 有 利 于 封 闭 裂 纹 ， 阻 止 其 继 续 扩 展 ， 减 小 或 阻 止 晶 间 变 形 ，增 加 晶 间 结 合 力 ， 消 除 由 于 塑 性 变 形 引 起 的 各 种 破 坏 ； 与 此 相 反 ，拉 应 力 则 促 使

34、 材 料 的 裂 纹 扩 展 ， 加 快 材 料 的 破 坏 。 所 以 ， 在 应 力 状态 中 ， 压 应 力 个 数 越 多 ， 数 值 越 大 ， 则 金 属 的 塑 性 越 好 。反 之 ， 拉 应 力 个 数 越 多 ， 数 值 越 大 ， 则 金 属 的 塑 性 越 差 。变 形 温 度一 般 温 度 升 高 ， 塑 性 增 加8变 形速 度变 形 速 度 对 塑 性 的 影 响 有 正 反 两 方 面 ， 对 大 多 数 金 属 来 说 民 俗性 随 变 形 速 度 变 化 的 一 般 趋 势 是 先 降 低 ， 后 增 加2 . 2 塑 性 力 学 基 础1 . 点 的 应

35、力 与 应 变 状 态金 属 冲 压 成 型 时 ， 外 力 通 过 模 具 作 用 在 坯 料 上 ， 使 其 内 部 产 生 应 力 ， 并 且 发 生 塑 性变 形 。 一 定 的 力 的 作 用 方 式 和 大 小 都 对 应 着 一 定 的 变 形 ， 受 力 不 同 ， 形 变 就 不 同 。由 于 坯 料 变 形 区 内 个 点 的 手 里 和 变 形 情 况 不 同 ， 为 了 全 面 、 整 地 描 述 变 形 区 内 个 点受 力 情 况 ， 引 入 点 的 应 力 状 态 的 概 念 。 某 点 的 应 力 状 态 ， 通 常 是 围 绕 该 点 取 出 一 个 微小 （

36、 正 ） 六 面 体 （ 即 所 谓 的 单 元 体 ） ， 用 该 单 元 体 上 三 个 相 互 垂 直 面 上 的 应 力 来 表 示 。一 般 可 沿 坐 标 方 向 将 这 些 应 力 分 解 成 9 个 应 力 分 量 ， 即 3 个 正 应 力 和 6 个 切 应 力 。 由 于单 元 体 处 于 静 平 衡 状 态 ， 根 据 切 应 力 互 等 定 理 ， 实 际 上 只 需 要 知 道 6 个 应 力 分 量 ， 即 3个 正 应 力 和 3 个 切 应 力 ， 就 可 以 确 定 该 点 的 应 力 状 态 。2 . 金 属 的 屈 服 条 件众 所 周 知 ， 在 材

37、料 单 向 拉 伸 中 ， 由 于 质 点 处 于 单 向 应 力 状 态 ， 只 要 单 向 拉 伸 应 力 达到 材 料 的 屈 服 极 限 ， 该 质 点 即 行 屈 服 ， 进 入 塑 性 状 态 。 在 多 向 应 力 状 态 时 ， 显 然 就 不能 仅 仅 用 某 一 应 力 分 量 来 判 断 质 点 是 否 进 入 塑 性 状 态 ， 必 须 同 时 考 虑 其 他 应 力 分 量 。研 究 表 明 ， 只 有 当 各 应 力 分 量 之 间 符 合 一 定 的 关 系 时 ， 质 点 才 进 入 塑 性 装 填 。 这 种 关系 叫 做 屈 服 条 件 ， 或 屈 服 准

38、则 ， 也 称 塑 性 条 件 或 塑 性 方 程 。满 足 屈 服 条 件 表 明 材 料 处 于 塑 性 状 态 。 材 料 要 进 行 塑 性 变 形 ， 必 须 始 终 满 足 屈 服条 件 。 对 于 应 变 硬 化 材 料 ， 材 料 要 由 弹 性 变 形 转 为 塑 性 变 形 ， 必 须 满 足 的 屈 服 条 件 叫初 始 屈 服 条 件 ； 而 塑 性 变 形 要 继 续 发 展 ， 必 须 满 足 的 屈 服 条 件 则 叫 后 继 屈 服 条 件 。 在一 般 应 力 状 态 下 ， 塑 性 变 形 过 程 的 发 生 、 发 展 ， 实 质 上 可 以 理 解 为

39、一 系 列 的 弹 性 极 限状 态 的 突 破 初 始 屈 服 和 后 继 屈 服 。材 料 是 否 屈 服 和 进 入 塑 性 状 态 ， 主 要 取 决 于 两 个 方 面 的 因 素 ：（ 1 ） 在 一 定 的 变 形 条 件 （ 变 形 温 度 和 变 形 速 度 ） 下 材 料 的 物 理 力 学 性 质 转 变 的根 据 ；（ 2 ） 材 料 所 处 的 应 力 状 态 转 变 的 条 件 。92 . 3 冲 压 材 料 及 其 冲 压 成 形 性 能1 冲 压 成 形 性 能 的 概 念冲 压 成 形 加 工 方 法 与 其 他 加 工 方 法 一 样 ， 都 是 以 自 身

40、 性 能 作 为 加 工 依 据 ， 材 料 实 施冲 压 成 形 加 工 必 须 有 好 的 冲 压 成 形 性 能 。材 料 对 各 种 冲 压 加 工 方 法 的 适 应 能 力 称 为 材 料 的 冲 压 成 形 性 能 。 材 料 的 冲 压 性 能 好 ，就 是 指 其 便 于 冲 压 加 工 ， 一 次 冲 压 工 序 的 极 限 变 形 程 度 和 总 的 极 限 变 程 度 大 ， 声 场 效率 高 ， 容 易 得 到 高 质 量 的 冲 压 件 ， 模 具 寿 命 长 等 。 由 此 可 见 ， 冲 压 成 形 性 能 是 一 个 综合 性 的 概 念 ， 它 涉 及 的

41、因 素 很 多 ， 但 就 其 主 要 内 容 来 看 ， 有 两 方 面 ： 一 是 成 形 极 限 ，二 是 成 形 质 量 。（ 1 ） 成 形 极 限 在 冲 压 成 型 过 程 中 ， 材 料 能 达 到 的 最 大 变 形 程 度 成 为 成 形 极 限 。对 于 不 同 的 成 形 工 艺 ， 成 形 极 限 是 采 用 不 同 的 极 限 变 形 系 数 来 表 示 的 。 由 于 大 多 数 冲压 成 形 都 是 在 板 厚 方 向 上 的 应 力 数 值 近 似 零 的 平 面 应 力 状 态 下 进 行 的 ， 因 此 不 难 分 析 ：在 变 形 坯 料 的 内 部 ，

42、 凡 是 受 到 过 大 拉 应 力 作 用 的 区 域 ， 就 会 使 坯 料 局 部 严 重 变 薄 ， 甚至 拉 裂 而 使 冲 件 报 废 ； 凡 是 受 到 大 压 应 力 作 用 的 区 域 ， 若 超 过 了 临 界 应 力 就 会 使 坯 料丧 失 稳 定 而 起 皱 。 因 此 ， 从 材 料 方 面 来 看 ， 为 了 提 高 成 形 极 限 ， 就 必 须 提 高 材 料 的 塑性 指 标 和 增 强 抗 拉 、 抗 压 能 力 。冲 压 时 ， 当 作 用 于 坯 料 变 形 区 内 的 拉 应 力 的 绝 对 值 最 大 时 ， 在 这 个 方 向 上 的 变 形 一

43、定 是 伸 长 变 形 ， 故 称 这 种 冲 压 变 形 为 伸 长 类 变 形 （ 如 胀 形 、 扩 口 、 内 孔 翻 边 等 ） 。 当作 用 于 坯 料 变 形 区 内 的 压 应 力 的 绝 对 值 最 大 时 ， 在 这 个 方 向 上 的 变 形 一 定 是 压 缩 变 形 ，故 称 这 种 冲 压 变 形 为 压 缩 类 变 形 （ 如 拉 深 、 缩 口 等 ） 伸 长 类 变 形 的 极 限 系 数 主 要 决 定于 材 料 的 塑 性 ； 压 缩 类 变 形 的 极 限 变 形 系 数 通 常 是 受 坯 料 传 力 区 的 承 载 能 力 的 限 制 ，有 时 则

44、受 变 形 区 或 传 力 区 的 失 稳 起 皱 的 限 制 。（ 2 ） 成 形 质 量 冲 压 件 的 质 量 指 标 主 要 是 尺 寸 精 度 、 厚 度 变 化 、 表 面 质 量 以 及 成 形后 材 料 的 物 理 、 力 学 性 能 等 。 影 响 工 件 质 量 的 因 素 很 多 ， 不 同 的 冲 压 工 序 情 况 又 各 不相 同 。材 料 在 塑 性 变 形 的 同 时 总 伴 随 着 弹 性 变 形 ， 当 载 荷 卸 除 后 ， 由 于 材 料 的 弹 性 回 复 ，造 成 制 件 的 尺 寸 和 形 状 偏 离 模 具 ， 影 响 制 件 的 尺 寸 和 形

45、 状 精 度 。 因 此 掌 握 回 弹 规 律 ，控 制 回 弹 量 是 非 常 重 要 的 。1 0冲 压 形 成 后 ， 板 厚 一 般 都 要 发 生 辩 护 啊 ， 有 的 是 变 厚 ， 有 的 是 变 薄 。 厚 度 变 薄 直 接影 响 冲 压 件 的 强 度 和 使 用 ， 对 强 度 有 要 求 时 ， 往 往 要 限 制 其 最 大 变 薄 量 。材 料 经 过 塑 性 变 形 后 ， 除 产 生 加 工 硬 化 现 象 外 ， 还 由 于 变 形 不 均 ， 造 成 残 余 应 力 ，从 而 引 起 工 件 尺 寸 及 形 状 的 变 化 ， 严 重 时 还 会 引 起

46、 工 件 的 自 行 开 裂 。 所 有 这 些 情 况 ，在 制 定 冲 压 工 艺 时 都 应 予 以 考 虑 。影 响 工 件 表 面 质 量 的 主 要 因 素 是 原 材 料 的 表 面 状 态 、 晶 粒 大 小 、 冲 压 时 材 料 粘 膜 的情 况 以 及 模 具 对 冲 压 件 表 面 的 擦 伤 等 。 原 材 料 的 表 面 状 态 直 接 影 响 工 件 的 表 面 质 量 ；晶 粒 粗 大 的 钢 板 拉 伸 时 产 生 所 谓 “ 子 皮 ” 样 的 缺 陷 （ 表 面 粗 糙 ） ； 冲 压 易 于 粘 膜 的 材料 则 会 擦 伤 冲 压 件 并 降 低 磨

47、具 寿 命 。 此 外 ， 模 具 间 隙 不 均 ， 模 具 表 面 粗 糙 也 会 擦 伤 冲压 件 。1 1第 三 章 模 具 材 料 选 用3 . 1 冲 压 对 模 具 材 料 的 要 求不 同 冲 压 方 法 ， 其 模 具 类 型 不 同 ， 模 具 工 作 条 件 有 差 异 ， 对 模 具 材 料 的 要 求 也 有 所不 同 。 表 1 . 4 . 1 是 不 同 模 具 工 作 条 件 及 对 模 具 工 作 零 件 材 料 的 性 能 要 求 。表 1 . 4 . 1模 具 类 型 工 作 条 件 模 具 工 作 零 件 材 料 的 性 能 要 求冲 裁 模 主 要 用

48、 于 各 种 板 料 的 冲 切 成 形 ，其 刃 口 在 工 作 过 程 中 到 手 强 烈 的摩 擦 和 冲 击具 有 高 的 耐 磨 性 、 冲 击 韧 性 以及 耐 疲 劳 断 裂 性 能弯 曲 模 主 要 用 于 板 料 的 弯 曲 成 形 ， 工 作负 荷 不 大 ， 但 有 一 定 的 摩 擦具 有 高 的 耐 磨 性 和 断 裂 抗 力拉 深 模 主 要 用 于 板 料 的 拉 深 成 形 ， 工 作应 力 不 大 ， 但 凹 模 入 口 处 承 受 强 烈的 摩 擦具 有 高 的 硬 度 及 耐 磨 性 ， 凹模 工 作 表 面 粗 糙 度 值 比 较 低3 . 2 冲 模

49、材 料 的 选 用 原 则模 具 材 料 的 选 用 ， 不 仅 关 系 到 模 具 的 使 用 寿 命 ， 而 且 也 直 接 影 响 到 模 具 的 制 造 成 本 ，因 此 事 模 具 设 计 中 的 一 项 重 要 工 作 。 在 冲 压 过 程 中 ， 模 具 承 受 冲 击 负 荷 且 连 续 工 作 ，使 凸 、 凹 模 受 到 强 大 压 力 和 剧 烈 摩 擦 ， 工 作 条 件 及 其 恶 劣 。 因 此 ， 选 择 模 具 材 料 应 遵循 如 下 原 则 ：（ 1 ） 根 据 模 具 种 类 及 其 工 作 条 件 ， 选 用 材 料 要 满 足 使 用 要 求 ， 应

50、 具 有 较 高 的 强 度 、硬 度 、 耐 磨 性 、 耐 冲 度 、 耐 疲 劳 性 等 ；（ 2 ） 根 据 冲 压 材 料 和 冲 压 件 生 产 批 量 选 用 材 料 ；1 2（ 3 ） 满 足 加 工 要 求 ， 应 具 有 良 好 的 加 工 工 艺 性 能 ， 便 于 切 削 加 工 ， 淬 透 性 好 、 热 处理 变 形 小 ；（ 4 ） 满 足 经 济 性 要 求 。第 四 章 设 计 依 据 原 始 数 据工 件 名 称 ： 手 柄 ； 生 产 批 量 ： 中 批 量 ； 材 料 ： Q 2 3 5 - A 钢 ； 材 料 厚度 ： 1 . 2 m m工 件 简 图

51、 ： 如 下 图 所 示 。设 计 步 骤 ：4 . 1 冲 压 件 工 艺 性 分 析此 工 件 只 有 落 料 和 冲 孔 两 个 工 序 。 材 料 为 Q 2 3 5 - A 钢 ， 具 有 良 好 的 冲 压 性 能 ， 适 合 冲 裁 。工 件 结 构 相 对 简 单 ， 有 一 个 8 m m 的 孔 和 5 个 5 m m 的 孔 ； 孔 与 孔 、 孔 与 边 缘 之 间 的 距 离也 满 足 要 求 ， 最 小 壁 厚 为 3 5 m m ( 大 端 4 个 5 m m 的 孔 与 8 m m 孔 、 5 m m 的 孔 与 R 1 6 m m 外圆 之 间 的 壁 厚 )

52、 。 工 件 的 尺 寸 全 部 为 自 由 公 差 ， 可 看 作 I T 1 4 级 ， 尺 寸 精 度 较 低 ， 普 通 冲 裁完 全 能 满 足 要 求 。4 . 2 冲 压 工 艺 方 案 的 确 定1 3该 工 件 包 括 落 料 、 冲 孔 两 个 基 本 工 序 ， 可 有 以 下 三 种 工 艺 方 案 ：方 案 一 ： 先 落 料 ， 后 冲 孔 。 采 用 单 工 序 模 生 产 。方 案 二 ： 落 料 - 冲 孔 复 合 冲 压 。 采 用 复 合 模 生 产 。方 案 三 ： 冲 孔 - 落 料 级 进 冲 压 。 采 用 级 进 模 生 产 。方 案 一 模 具

53、 结 构 简 单 ， 但 需 两 道 工 序 两 副 模 具 ， 成 本 高 而 生 产 效 率 低 ， 难 以 满 足 中 批量 生 产 要 求 。 方 案 二 只 需 一 副 模 具 ， 工 件 的 精 度 及 生 产 效 率 都 较 高 ， 但 工 件 最 小 壁 厚 3 5 m m接 近 凸 凹 模 许 用 最 小 壁 厚 3 2 m m ， 模 具 强 度 较 差 ， 制 造 难 度 大 ， 并 且 冲 压 后 成 品 件 留 在 模具 上 ， 在 清 理 模 具 上 的 物 料 时 会 影 响 冲 压 速 度 ， 操 作 不 方 便 。 方 案 三 也 只 需 一 副 模 具 ， 生产 效 率 高 ， 操 作 方 便 ， 工 件 精 度 也 能 满 足 要 求 。 通 过 对 上 述 三 种 方 案 的 分 析 比 较 ， 该 件 的冲 压 生 产 采 用 方 案 三 为 佳 。4 . 3 主 要 设 计 计 算4 . 3 . 1 排 样 方 式 的 确 定 及 其 计 算设 计 级 进 模 ， 首 先 要 设 计 条 料