冲压模具设计-

冲压工艺与模具设计2012/2013学年第1学期冲压：第1章冲压加工概述1.1基本概念室温下压力机模具材料分离或塑性变形。冲压模具：在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备(俗称冲模)。1.2冲压工序及冲模的分类与结构构成

1.2.1冲压工序根据材料在冲压加工过程中的变形特点分为：分离工序：冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限σb，使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分离工序主要有:

冲孔(piercing):用模具沿封闭轮廓冲裁工件或毛坯，冲下部分为废料。落料(blanking):

用模具沿封闭轮廓冲裁板料或条料，冲下部分为制件。剖切(parting)：用模具将坯件(弯曲件或拉深件)剖成两部分或几部分。切边(trimming)：用模具将坯件边缘的多余材料冲切下来切舌(lancing):用模具将部分材料切开，但并不使它完全分离，同时使切开部分材料发生弯曲。成形工序：冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限σs，但未达到强度极限σb，使材料产生塑性变形，从而成形零件。成形工序主要有：拉深(drawing)：将一定形状的平板毛坯通过模具成形为各种形状的开口空心件；或以开口空心件为毛坯通过拉深进一步使空心件改变形状和尺寸。

弯曲(bending)：将平面毛坯料制成具有一定角度和形状的制件。

胀形(bulging)：从空心件内部施加径向压力，强迫局部材料厚度减薄和表面积增大，获得所需形状和尺寸的制件。翻边(flanging)：利用模具将工件上的孔边缘或外缘边缘翻成竖立的直边。起伏(embossing)：平板毛坯或制件在模具的作用下，产生局部凸起或凹陷。缩口(necking)：将预先拉深好的圆筒或管状坯料，通过模具将其口部缩小。冲裁模(blankingdie):分离工序冲模的统称。弯曲模(bendingdie)：将制件弯曲成一定角度和形状的冲模。拉深模(drawingdie)：把制件拉压成空心体，或进一步改变空心体形状和尺寸的冲模。成形模(formingdie)：使材料产生局部塑性变形，按凸、凹模形状直接复制成形的冲模。是除弯曲、拉深工序外其他成形工序所用冲模的统称。

（1）根据工艺性质分类：1.2.2冲模的分类与结构构成（2）根据据工序序组合合程度度分类类单工序序模(single-operationdie)：压力力机的的一次次行程程中，，只完完成一一道冲冲压工工序的的冲模模。复合模模(compounddie)：压力力机的的一次次行程程中，，同时时完成成两道道或两两道以以上冲冲压工工序的的单工位位冲模。。级进模模(progressivedie)：压力力机的的一次次行程程中，，在送料料方向向连续续排列列的多多个工工位上上同时完完成多多道冲冲压工工序的的冲模模。冲模通通常由由上模模(upperdie,安装在在压力力机滑滑块上上的模模具部部分)、下模模(lowerdie,安装在在压力力机工工作台台面上上的模模具部部分)两部分分构成成。组组成模模具的的零件件主要要有两两类：：①工艺零零件：直接接参与与工艺艺过程程的完完成并并和坯坯料有有直接接接触触。主要包包括：：工作零零件(workingcomponent)：用于于成形形制件件。主主要形形式有有：凸模(punch)：外轮轮廓与与成形形制件件内表表面一一致的的工作作零件件。凹模(matrix)：内轮轮廓与与成形形制件件外表表面一一致的的工作作零件件。凸凹模模(punch-matrix)：同时时具有有凸模模和凹凹模作作用的的工作作零件件。定位零零件(locatingcomponent)：用于确确定被冲冲压材料料在模具具中的相相对正确确位置。。主要形形式有：：定位板(locatingplate)：确定板料料或制件件正确位位置的板板状零件件。定位销(locatingpin)：确定板料料或制件件正确位位置的圆圆柱形零零件。挡料销(stoppin)：确定板料料送进距距离的圆圆柱形零零件。导正销(pilotpin)：与导正孔孔配合，，确定制制件正确确位置和和消除送送料误差差的圆柱柱形零件件。导料板(stockguiderail)：确定板板料送进进方向的的板状零零件。侧刃(pitchpunch)：级进模模中，为为确定板板料的送送进步距距，在其其侧边冲冲切出一一定形状状缺口的的工作零零件。卸料与压压料零件件(componentsforclampingandstripping)：冲压过程程中压住住板料和和冲压完完成后卸卸下或推推出制件件与废料料的零件件。主要要形式有有：卸料板(stripperplate)：从凸模模或凸凹凹模上卸卸下制件件与废料料的板状状零件。。推件块(ejectorblock)：从上凹凹模中推推出制件件或废料料的块状状零件。。顶件块(kickerblock)：从下凹凹模中顶顶出制件件或废料料的块状状零件。。顶杆(kickerpin)：直接或或间接向向上顶出出制件或或废料的的杆状零零件。推杆(ejectorpin)：向下推推出制件件或废料料的杆状状零件。。打杆(knock-outpin)：穿过模模柄孔，，把压力力机滑块块上打杆杆横梁的的力传给给推板的的杆状零零件。压料板(pressureplate)：把板料料压贴在在凸模或或凹模上上的板状状零件。。压边圈(blankholder)：拉深模模或成形形模中，，为调节节材料流流动阻力力，防止止起皱而而压紧板板料边缘缘的零件件。②结构零件件：不直导向零件(guidecomponent)：保证运动导导向和确定上上、下模相对对位置的零件件。主要形式式有：导柱(guidepillar)：与导套配合合，保证运动动导向和确定定上、下模相相对位置的圆圆柱形零件导套(guidebush)：与导柱配合，保证运动导向和确定上、下模相对位置的圆套形零件。

导板(guideplate)：为导正上、下模各零部件间相对位置而采用的淬硬或嵌有润滑材料的板状零件。

固定零件(retainingcomponent)：将凸模、凹凹模固定于上上、下模，以以及将上、下下模固定在压压力机上的零零件。主要形形式有：上模座(punchholder)：用于装配与与支承上模所所有零部件的的模架零件。。下模座(matrixholder)：用于装配配与支承下下模所有零零部件的模模架零件。。备注：模架架(dieset)：上、下模模座与导向向件的组合合体。凸模固定板板(punchplate)：用于安装装和固定凸凸模的板状状零件。凹模固定板板(matrixplate)：用于安装装和固定凹凹模的板状状零件。垫板(bolsterplate)：设在凸、、凹模与模模座间，承承受和分散散冲压负荷荷的板状零零件。模柄(dieshank)：把上模固固定在压力力机滑块上上的连接零零件。标准件及其其它零件：主要包括括螺钉、销销钉、弹簧簧、橡胶垫垫等。落料冲孔复复合模装配配小结：冲压压加工的特特点与应用用场合优点：（1）节省材料料、能耗低低：冲压属属少、无切切削加工；；在常温下下进行，无无需加热（（故被称为为冷冲压、、冷加工））（2）制品有较较好的互换换性：冲压压件的尺寸寸公差由模模具保证，，且一般无无需做进一一步机械加加工，因而而具有“一模一样”的特征。（3）冲压可以以加工其他他加工方法法难以制造造的壁薄、、重量轻、、形状复杂杂、表面质质量好、刚刚性好的零零件。（4）生产效率率高：普通通压力机每每分钟可生生产几十件件；高速压压力机每分分钟可生产产数百件或或上千件。。（5）操作简单单：对操作作工而言，，无特殊的的专项技能能要求。（6）制品成本本低：由材材料利用率率、生产效效率和操作作简单而得得。缺点：（1）单件、小小批量生产产模具成本本高。（2）震动、噪噪音以及人人身伤害安安全隐患。。应用场合：（1）汽车制造业业60%-70%的零件采用用冲压工艺艺制造。冲冲压加工工工作量占整整个汽车工业业工作量的的25%-30%。（2）仪器器、仪仪表行行业的的60%-70%的零件件采用用冲压压工艺艺制造造。（3）电子子产品品中的的冲压压件数数量占占零件件总数数的85%以上。。（4）冲压压工艺艺在航空、、航天天、枪械械、弹弹药等等领域域生产产中占占相当当大比比例。。（5）日常生生活中中的金金属制制品大都采采用冲冲压工工艺制制造。。占世界界钢产产量60%-70%以上的的板材材、管管材以以及其其他型型材，，大都都经冲冲压工工艺制制成成成品。。冲压压加工工的增增值率率高达达原材材料的的3-12倍，综综合技技术经经济优优势显显著。。模具是是现代代制造造业不不可或或缺的的工艺艺装备备。美美、日日、德德等发发达国国家的的模具具工业业总产产值早早已超超过机机床工工业的的总产产值。。在模模具工工业的的总产产值中中，冲冲压模模具占占50%，塑料料模具具占30%，压铸铸模具具占6%，其他他各类类模具具占14%。模具工工业是是国民民经济济的基础工工业，是高技术术行业业。模具具设计计与制制造技技术水水平的的高低低，是是衡量量一个个国家家产品品制造造业水水平高高低的的重要要标志志之一一。模模具在在日本本被誉誉为“进入富富裕社社会的的原动动力”，在德德国被被称为为“金属加加工业业中的的帝王王”。模具技技术是是先进进制造造技术术的重重要代代表，，模具具工业业是高高新技技术产产业的的一个个重要要组成成部分分，模模具工工业又又是高高新技技术产产业化化的重重要领领域。。模具设设计与与制造造专业业人才才是制制造业业紧缺缺人才才。机械压压力机机（以以Jxx表示其其型号号）1.3.1常见冲冲压设设备类类型液压机机（以以Yxx表示其其型号号）曲柄压压力机机（分类、技术参参数）摩擦压压力机机高速压压力机机水压机机油压机机数控回回转头头压力力机1.3冲压设备1.3.2冲压设设备的的选用用1)设备类类型的的选择择(1)依据冲冲裁件件的大大小对于中中小型型的冲冲裁(2)依据冲冲裁件件的生生产批批量在小批批量生生产薄薄板件件中，，可选选择机机械压压力机机。在在大型型厚板板的拉拉深、、胀形形、弯弯曲等等制件件的生生产中中，应应采用用液压压机。。在大大中批批量生生产或或形状状复杂杂制件件的大大量生生产中中，应应尽量量选用用高速速压力力机和和多工工位自自动压压力机机。(3)考虑压压力机机的精精度与与刚度度压力机机的刚刚度是是由床床身刚刚度、、传动动刚度度和导导向刚刚度三三部分分组成成的。。在进进行校校正弯弯曲、、校形形及整整修这这类工工序时时，更更应选选择刚刚度较较高的的压力力机。。如果果刚度2)设备规规格的的确定定(1)所选压压力机机的公公称压压力必必须大大于冲冲裁时时所需需的总总冲裁裁力，，即F(2)压力机机的行行程大大小应应适当当。压压力机机行程程的大大小应应该保保证坯坯料的的方便便放进进与零零件的的方便便取出出。对对于冲冲裁模模，(3)所选压力机机的装模高高度应与冲冲模的闭合合高度相适适应。冲模模的闭合高高度Hm应介于压力力机的最大大装模高度度和最小装装模高度之之间，即满满足Hmax−5mm≥Hm≥Hmin+10mm。(4)压力机工作作台面的尺尺寸必须大大于模具下下模座的外外形尺寸，，并还要留留有安装固固定的余地地。但在过过大的工作作台面上安安装过小尺尺寸的冲模模时，对工工作台的受受力条件也也是不利的的。工作台台面中间孔孔的尺寸要要保证落料料或顺利安安放模具顶顶出料装置置。补充：在压力机上上安装与调调整模具1.4冲压用板料冲压用材料料主要是金金属板料（（由冶炼得到到的锭坯再再经热轧或或冷轧而形形成），也可以以是非金属属板料（塑塑料、皮革革、橡胶、、纤维板、、胶合板、、纸板等））。金属板料分分黑色金属属和有色金金属两种。。黑色金属属板料按性性质可分为为：1)普通碳素钢钢钢板如Q195、Q235等。2)优质碳素结结构钢钢板板这类钢板的的化学成分分和力学性性能都有保保证。其中中碳钢以低低碳钢使用用较多，常常用牌号有有：08、08F、10、20等，冲压性性能和焊接接性能均较较好，用以以制造受力力不大的冲冲压件。3)低合金结构构钢板常用的如Q345（16Mn）、Q295（09Mn2）。用以制制造有强度度要求的重重要冲压件件。4)电工硅钢板板如DT1、DT2。5)不锈钢板如1Crl8Ni9Ti，1Cr13等，用以制造造有防腐蚀防防锈要求的零零件。一般，厚板（（t>4mm）为热轧板，，薄板(t<=4mm)为冷轧板。冷轧板较热轧轧板尺寸精度度高、表面光光洁、内部组组织致密。冲压用板料包包括平板料、、条料、卷料料（带料）、、箔料等。板料尺寸规格用厚厚度x宽度x长度表示。条料：由剪板机将将板料剪裁成成相应的宽度度和长度而得得。卷料（带料））：一般为薄料料（0.1~3.0mm），宽度在300mm以下，长度可可达数10米,主要用于大批批量生产的自自动送料。箔料：主要用于单件小批生产产和价格昂贵贵的有色金属属制件。常用的有色金金属有铜及铜铜合金（如黄黄铜）。牌号号有T1、T2、H62、H68等，其塑性、、导电性与导导热性均很好好。还有铝及及铝合金，常常用的牌号有有L2、L3、LF21、LY12等，有较好塑塑性，变形抗抗力小且重量量轻。板料的冲压成成形性能是一个综合性性概念，指板板料对冲压工工序的适应能能力。包括抗抗破裂性、贴贴模性和定形形性。抗破裂性涉及板料在冲冲压加工过程程中的最大变变形能力（成成形极限），，如极限拉深深系数、极限限胀形系数、、极限翻边系系数等。贴模性指板料在冲压压加工过程中中获得与模具具相同的形状状与尺寸的能能力。若在冲冲压加工过程程中板料出现现内皱、翘曲曲、塌陷、鼓鼓包等缺陷，，则其贴模性性能不良。定形性是指制件脱模模后保持其在在模具内既得得形状与尺寸寸的能力。回回弹是影响定定形性诸多因因素中最主要要的一个。此外，为了保保证制件表面面质量和延长长模具使用寿寿命，板料表表面应光洁平平整、无损伤伤缺陷。同时时，板料厚度度公差应符合合标准。凸、凹模间隙隙与板料厚度度密切相关。。板料正偏差差过大，将引引起模具损坏坏、设备过载载等危害。1.5冲压模具材料制造冲压模具具的材料有钢钢材、硬质合合金、钢结硬硬质合金、锌锌基合金、低低熔点合金、、铝青铜、高高分子材料等等。目前制造造冲压模具的的材料绝大部部分以钢材为为主。常用的的模具工作部部件材料的种种类有：碳素素工具钢、低低合金工具钢钢、高碳高铬铬或中铬工具具钢、中碳合合金钢、高速速钢、基体钢钢以及硬质合合金、钢结硬硬质合金等。。1.5.1材料种类1.碳素工具钢：应用较多的碳碳素工具钢为为T8A、T10A等。优点为加加工性能好，，价格便宜。。但淬透性和和红硬性差，，热处理变形形大，承载能能力较低。2.低合金金工具具钢：：低合合金工工具钢钢是在在碳素素工具具钢的的基础础上加加入了了适量量的合合金元元素。。与碳碳素工工具钢钢相比比，减减少了了淬火火变形形和开开裂倾倾向，，提高高了钢钢的淬淬透性性，耐耐磨性性亦较较好。。用于于制造造模具具的低低合金金钢有有CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。3.高碳高高铬工工具钢钢：常用的的高碳碳高铬铬工具具钢有有Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1(代号D2)，它们们具有有较好好的淬淬透性性、淬淬硬性性和耐耐磨性性，热热处理理变形形很小小，为为高耐耐磨微微变形形模具具钢，，承载载能力力仅次次于高高速钢钢。但但碳化化物偏偏析严严重，，必须须进行行反复复镦拔(轴向镦镦、径径向拔拔)改锻，，以降降低碳碳化物物的不不均匀匀性，，提高高使用用性能能。4.高碳中中铬工工具钢钢：用于模模具的的高碳碳中铬铬工具具钢有有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它它们的的含铬铬量较较低，，共晶晶碳化化物少少，碳碳化物物分布布均匀匀，热热处理理变形形小，，具有有良好好的淬淬透性性和尺尺寸稳稳定性性。与与碳化化物偏偏析相相对较较严重重的高高碳高高铬钢钢相比比，性性能有有所改改善。。5.高速钢钢：高速钢钢具有有模具具钢中中最高高的的的硬度度、耐耐磨性性和抗抗压强强度，，承载载能力力很高高。模模具中中常用用的有有W18Cr4V（代号号8-4-1）和含含钨量量较少少的W6Mo5Cr4V2(代号6-5-4-2，美国国牌号号为M2)以及为为提高高韧性性开发发的降降碳降降钒高高速钢钢6W6Mo5-Cr4V(代号6W6或称低低碳M2)。高速速钢也也需要要改锻锻，以改改善其其碳化化物分分布。6.基体钢钢:在高速速钢的的基本本成分分上添添加少少量的的其它它元素素，适适当增增减含含碳量量，以以改善善钢的的性能能。这这样的的钢种种统称称基体体钢。。它们们不仅仅有高高速钢钢的特特点，，具有有一定定的耐耐磨性性和硬硬度，，而且且抗疲疲劳强强度和和韧性性均优优于高高速钢钢，为为高强强韧性性冷作作模具具钢，，材料料成本本却比比高速速钢低低。模模具中中常用用的基基体钢钢有6Cr4W3Mo2VNb（代号号65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代号号LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代号号012AL）等。。7.硬质合合金和和钢结结硬质质合金金:硬质合合金的的硬度度和耐耐磨性性高于于其它它任何何种类类的模模具钢钢，但但抗弯弯强度度和韧韧性差差。用用作模模具的的硬质质合金金是钨钨钴类类，对对冲击击性小小而耐耐磨性性要求求高的的模具具，可可选用用含钴钴量较较低的的硬质质合金金。对对冲击击性大大的模模具，，可选选用含含钴量量较高高的硬硬质合合金。。钢结结硬质质合金金是以以铁粉粉加入入少量量的合合金元元素粉粉末（（如铬铬、钼、钨、、钒等等）做做粘合合剂，，以碳碳化钛钛或碳碳化钨钨为硬硬质相相，用粉粉末冶冶金方方法烧烧结而而成。。钢结结硬质质合金金的基基体是是钢，，克服服了硬硬质合合金韧韧性较较差、、加工工困难难的缺缺点，，可以以切削削、焊焊接、、锻造造和热热处理理。钢结硬硬质合合金含含有大大量的的碳化化物，，虽然然硬度度和耐耐磨性性低于于硬质质合金金，但但仍高高于其其它钢钢种，，经淬淬火、、回火火后硬硬度可可达68~73HRC。不同冲冲压方方法，，其模模具类类型不不同，，模具具工作作条件件有差差异，，对模模具材材料的的要求求也有有所不不同。。模具材材料的的选用用，不不仅关关系到到模具具的使使用寿寿命，，而且且也直直接影影响到到模具具的制制造成成本，，因此此是模模具设设计中中的一一项重重要工工作。。在冲冲压过过程中中，模模具承承受冲冲击负负荷且且连续续工作作,使凸、、凹模模受到到强大大压力力和剧剧烈磨磨擦，，工作作条件件极其其恶劣劣。因因此选选择模模具材材料应应遵循循如下下原则则：(1）根据据模具具种类类及其其工作作条件件，选选用材材料要要满足足使用用要求求，应应具有有较高高的强强度、、硬度度、耐耐磨性性、耐耐冲击击、耐耐疲劳劳性等等；(2）根据据冲压压材料料和冲冲压件件生产产批量量选用用材料料；(3）满足足加工工要求求，应应具有有良好好的加加工工工艺性性能，，便于于切削削加工工，淬淬透性性好、、热处处理变变形小小；(4)满足经经济性性要求求。1.5.2硬度要要求1.冲模工工作零零件常常用材材料及及硬度度要求求2.冲模一般般零件用用料及硬硬度要求求3.模具零件件加工热热处理方方法:冲压成形形产品示示例——日常用品品冲压成形形产品示示例——高科技产产品汽车覆盖盖件飞机蒙皮皮冲裁模弯曲模拉深模曲轴压力机传动系统1-电机2-皮带轮3、4-齿轮5-离合器6-连杆7-滑块

按机身结结构分：开式压压力机和和闭式压压力机按连杆数数目分：单点压压力机、、双点压压力机和和四点压压力机按滑块数数目分：单动压压力机、双动压压力机和和三动压压力机开式双点压力机(a)安放板料(b)压边(c)拉深闭式双动压力机模型闭式单点压力机曲柄压力力机的主主要技术参数数(1)公称压力力：压力机机曲柄转转到离下下死点一一定角度度(称为公称称压力角角，此时滑块块质心距距滑块下下死点的的距离称称为公称称压力行行程)时，滑块块上所容容许的最最大工作作压力。。(2）滑块行行程：滑滑块从上上死点移移动到下下死点所所经过的的距离。。对于曲曲柄压力力机，其其值等于于曲柄半半径的两两倍。(3)滑块行程程次数：：滑块每每分钟往往复的次次数。反反映了压压力机的的工作频频率，关关系到生生产率的的高低。。一般压压力机的的滑块行行程次数数是固定定的，高高速压力力机的滑滑块行程程次数则则可以调调整。(4)压力机装装模高度度：滑块块移动到到下死点点时，滑滑块底平平面到工工作台垫垫板上平平面的