冲压概述与基础理论

第1章冲压概述与基础理论第2章冲裁工艺第3章冲裁模第4章弯曲工艺与模具第5章拉深工艺与模具第6章其它冲压成形第7章多工位级进模第8章冲压工艺设计冲压工艺与模具1教材、参考书、课件教材：翁其金主编，《冲压工艺及冲模设计第2版》，机工出版社参1：柯旭贵主编，《冲压工艺与模具设计》，机工出版社参2：陈剑鹤主编，《冷冲压工艺与模具设计第3版》，机工出版社参3：姜奎华主编，《冲压工艺与模具设计》，机工出版社参4：肖景荣主编，《冲压工艺学》，机工出版社参5：卢险峰编著，《冲压工艺模具学》参6：李硕本主编，《冲压工艺理论与新技术》cy本科生课堂冲压工艺与模具课件、作业及其他教学材料：2第1章冲压概述与基础理论1.1模具概述1.2冲压工艺概述1.3冷冲压变形力学回顾1.4冲压常用设备1.5冲压常用材料1.6板料的冲压成形性能31.1模具概述1、模具的概念制造一定数量产品的专用模型、工具。2、模具的种类

非金属零件成型模具

金属零件成形模具冲模、锻模、压铸模、粉末冶金模、……塑料模、橡胶模、玻璃模、陶瓷模、……中国模具工业协会划分的模具类别及排定的顺序是：冲模、塑料模、压铸模、锻模、粉末冶金模、橡胶模、拉丝模、无机材料成型模、模具标准件、其它模具4冲压件与冲模5冲压件与冲模6锻件与锻压生产7压铸件及压铸模8塑料件与塑料模9橡胶模103、现代产品采用模具来加工的原因适合产品的批量生产，成本低产品精度较高，尺寸稳定，互换性好，力学性能好一次（或几次）成型，一般无需进一步加工，生产效率高能够生产其他方法难以加工的复杂形态的产品节能，节省材料操作简单，容易实现自动化生产……1.1模具概述114、模具在现代工业中的地位汽车家电电子信息产品塑料制品五金、建材橡胶、玻璃制品……模具是美国工业的基石（美国）模具是促进社会富裕的动力（日本）模具是金属加工业中的帝王（德国）模具就是黄金（罗马尼亚）模具“点铁成金”（中国）没有模具就没有轻工产品（中国）1.1模具概述125、我国近几年模具行业发展现状模具大国，模具产值世界第三（日、美、中、德）非模具强国，高端模具50%进口冲模占模具总量的40%以上汽车传动与变速系统冷锻件汽车精冲件1.1模具概述13全球主要模具生产国家竞争力优劣势分析国家模具行业竞争力相对优势模具行业竞争力相对劣势中国1、具有高度成长的国内市场并拥有国际级下游客户群聚效应。1、相对缺乏模具设计能力。2、拥有低工资的技术与设计人员。2、尚无生产高精度与复杂度高的技术能力。3、成立模具专区，吸引国外厂商形成产业聚落。3、须以高成本进口模具，以弥补国内产品低质量的供应缺口。日本1、拥有技术精良的技术人才。1、相对高的劳工成本。2、产品具有高质量保证。2、产业空洞化问题严重。3、生产周期短，制造快速。3、在CAD/CAM及3D计算机软件自主能力及运用上，与技术先进国相比仍嫌不足。4、拥有高精密度、高复合度模具的制造能力。1.1模具概述14美国1、产品质量高。1、劳工成本高。2、拥有研发实力与创新性的生产技术。2、市场价格高。3、产品设计能力强。3、相关员工福利、培训、保险费用负担重。4、拥有广大应用市场及多样化的下游客户基础。德国1、拥有优良传统的生产工艺技术。1、劳工成本高。2、坚强扎实的师徒制习艺训练计划。2、下游顾客移至生产成本较低的国外据点,包括东欧和中国。3、在生产高精密度和复合度的模具上，拥有相当好的技术基础。3、模具制造厂也随下游客户外移。韩国1、因1998年经济危机，韩元大幅贬值，人事费用降低，模具价格下跌，有利于出口成长。模具设计能力与开发技术仍待加强。

2、小型模具厂的背后多有大企业财力及物力的支持。1.1模具概述151、冲压的概念通过装在压力机上的模具，对板料毛坯施加压力，使之产生塑性变形或分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的一种加工方法。1.2冲压工艺概述冲压加工的三要素：板料

压力机冲模冲压件加工对象-板料生产设备-压力机工装-冲模162、冲压在工业生产中的应用1.2冲压工艺概述172、冲压在工业生产中的应用1.2冲压工艺概述182、冲压在工业生产中的应用1.2冲压工艺概述192、冲压在工业生产中的应用1.2冲压工艺概述空调背板202、冲压在工业生产中的应用1.2冲压工艺概述212、冲压在工业生产中的应用1.2冲压工艺概述22电机行业电机外壳2、冲压在工业生产中的应用1.2冲压工艺概述23仪器、仪表行业2、冲压在工业生产中的应用1.2冲压工艺概述24电子行业-接插件端子2、冲压在工业生产中的应用1.2冲压工艺概述端子、插件、插针、手机天线簧片25家电配件照相机配件2、冲压在工业生产中的应用1.2冲压工艺概述电器插片262、冲压在工业生产中的应用1.2冲压工艺概述272、冲压在工业生产中的应用1.2冲压工艺概述283、冲压基本工序按变形性质分类，冲压工序分为：（1）分离工序（变形实质>b)（2）成形工序（变形实质s＜＜b)分离成形1.2冲压工艺概述29冲压基本工序落料冲孔30切断切边（修边）冲压基本工序31剖切切舌（切口）冲压基本工序32弯曲拉深翻边冲压基本工序33胀形扩口缩口冲压基本工序34旋压整形冲压基本工序35卷边挤压压印扭曲冲压基本工序36不同于塑料件的生产，一个冲压件，往往需要经过几道（几种）冲压工序生产出来冲压基本工序374、冲压加工的特点优点生产率高，操作简单，便于实现机械化和自动化，特别适合于板料零件的大批量生产。所加工零件表面光洁，精度较好，尺寸稳定，互换性好。可利用塑性变形的加工硬化提高零件的力学性能，在材料消耗不大的情况下，获得强度高、刚度大、质量轻的零件。便于加工其它方法难以或无法加工的形状十分复杂的零件。节能，省材料，材料利用率一般可达70%~85%，有的高达95%。1.2冲压工艺概述38由此可见，冲压能集优质、高效、低能耗、低成本于一身，这是其它加工方法无法与之相比拟的，因此冲压的应用十分广泛，如汽车，拖拉机行业中，冲压件占60%~70%，仪器仪表占到60~70%，还有日常生活中的各种不锈钢餐具等等。从精细的电子元件，仪表指针到重型汽车的覆盖件和大梁以及飞机蒙皮等均需冲压加工。1.2冲压工艺概述39冲模一般较复杂，加工难度大、生产周期长，成本较高；适合批量较大的生产，对于单件小批量，受到一定限制；手工操作时，如不重视安全生产和防护，易发生事故。电机定、转子自动叠铆级进模：98万元车门板修边冲孔模98万元1.2冲压工艺概述4、冲压加工的特点缺点401.2冲压工艺概述5、冲压技术的现状及发展趋势冲压及模具市场中低档冲模供过于求；大型、精密、复杂、长寿命的高档模具需进口。模具技术水平成为影响我国汽车和高档电子产品自主创新能力提高的重要因素。冷冲压基本原理研究冲压成形工艺研究精密冲裁、软模成形、超塑性成形、无模多点成形、电磁成形、内高压成形模具设计与制造技术精密、高效、长寿命的多工位级进模，大型复杂的汽车覆盖件模具代表了模具的技术水平；高速铣、电火花铣削加工、慢走丝线切割、精密磨削及抛光、数控测量等代表现代冲模制造的技术水平冲压设备及冲压生产自动化冲压模具标准化及专业化国外先进国家模具标准化程度已达80%，我国不到40%冲压技术的数字化和信息化41塑性：金属在外力作用下，稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。变形抗力：引起塑性变形的单位变形力。塑性和变形抗力主要取决于材料的内在性质，但也受外部条件影响：变形温度：温度↑，→，塑性↑，变形抗力↓应变速率：应变速率↑↑，→，塑性↓，变形抗力↑应力应变状态：静水压力↑→，塑性↑尺寸因素：尺寸↑，→，塑性↓，变形抗力↓1.3冷冲压变形力学回顾1、金属的塑性、变形抗力，及影响因素42Tresca准则：Mises准则：1.3冷冲压变形力学回顾2、塑性变形体积不变条件3、塑性条件（屈服准则）4、应力应变关系增量理论（流动理论）全量理论（形变理论）43金属在常温下产生塑性变形，随着变形程度的增加，变形抗力↑，硬度↑，塑性↓的现象。加工硬化使需要大变形量的冲压件无法一次成形。加工硬化可以促使变形扩展，避免过大的局部集中变形，有利于提高变形的均匀性，从而增大材料的成形极限。常用材料的硬化曲线一般材料的实际硬化曲线接近于指数方程曲线，常表示为：A

-强化系数，n-硬化指数硬化指数（n值）是表示材料冷变形硬化的重要参数，对板料在各种冲压成形中的性能及冲压件质量都有较为重要的影响。5、冷成形中的加工硬化现象1.3冷冲压变形力学回顾441.3冷冲压变形力学回顾6、塑性拉伸失稳与极限应变拉伸变形到一定量后，产生缩颈，失稳，进而破裂。研究板料塑性拉伸失稳条件与极限应变，对分析解决冲压成形工艺问题有直接的指导意义。7、卸载弹性恢复规律卸载路径≠加载路径。卸载后弹性变形部分消失，导致工件的形状、尺寸发生变化，进而影响产品精度。451.4冲压常用设备我国压力机的吨位（公称压力）已经系列化，例如63、100、160、250、400、630、800、6300KN等。1、冲压设备类型按驱动形式：机械压力机（曲柄压力机，冲床）、液压机按床身结构：开式、闭式按滑块数量：单动（一个滑块）、双动（2个滑块）按连杆数量：单点（一个连杆）、双点（2个连杆）、四点（四个连杆）46开式单点曲柄压力机1.4冲压常用设备开式双点曲柄压力机2、机械压力机471.4冲压常用设备闭式双点曲柄压力机闭式单点曲柄压力机2、机械压力机48高速压力机1.4冲压常用设备多工位压力机2、机械压力机49多台压力机组成的冲压生产线1.4冲压常用设备2、机械压力机501.4冲压常用设备3、液压机514、曲柄压力机工作原理及主要组成1.4冲压常用设备525、曲柄压力机主要技术参数1.4冲压常用设备（1）公称压力F（2）公称压力行程SF（3）滑块行程S（4）滑块行程次数n（5）压力机的闭合高度（6）工作台板及滑块底面尺寸（7）喉深C531.5冲压常用材料1、冲压加工常用的板料种类金属材料铁金属钢板碳素钢、优质碳素钢、低合金高强度钢、电工硅钢板……不锈钢板铬钢、铬镍基钢非铁金属铝及其合金板纯铝、防锈铝、硬铝铜及其合金板钛及其合金板纯铜、黄铜、青铜钛合金非金属材料纸板、布、皮革、胶木板、橡胶板、塑料板、纤维板、云母板、复合板……冲压用新材料高强钢、超高强度钢板、表面处理钢板、叠层复合板……542、常用钢板的供应规格1.5冲压常用材料55钢板和钢带的规格包含尺寸规格与性能规格两方面，尺寸规格指长度、宽度、厚度及极限偏差。薄钢板公称厚度为0.3mm~4.0mm之间，厚度在1mm以下的钢板和钢带有按0.05mm倍数的任何尺寸；厚度在1mm以上的钢板和钢带有按0.1mm倍数的任何尺寸。钢板和钢带的公称宽度在600mm~2050mm之间，有按10mm倍数的任何尺寸。钢板的公称长度在1000mm~6000mm之间，按50倍数的任何尺寸。根据需方要求，经供需双方协商，可以供应其他尺寸的钢板和钢带。板料的性能规格是指对其表面质量和性能进行的规定。2、常用钢板的供应规格1.5冲压常用材料56GB/T708-2006冷轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差GBT5213-2008冷轧低碳钢板及钢带GB/T13237-2013优质碳素结构钢冷轧钢板和钢带根据国标规定，钢板厚度精度等级分PT.A（普通精度）、PT.B（较高精度），对钢板宽度、长度、不平度、表面质量、使用用途等都有详细的质量分级及规定。材料标注示例：08钢，尺寸1.0mm×1000mm×1500mm，较高厚度精度，较高级的精整表面，深拉深级的冷轧钢板表示为2、常用钢板的供应规格1.5冲压常用材料57剪板机下料圆盘剪床下料3、材料的下料方法1.5冲压常用材料581、冲压对板料的基本要求1.6板料的冲压成形性能2、板料的冲压成形性能满足使用性能要求满足冲压工艺的要求冲压成形性能，指板料对冲压工艺的适应能力。主要体现为：成形极限：材料允许的最大变形限度成形质量：贴模性：板料在冲压成形过程中取得与模具形状一致的能力定形性：冲压件脱模后保持其在模具内所得形状的能力各向异性表面状态、晶粒大小、粘模情况等加工硬化性能59两种失稳破坏形式：

拉伸失稳：在拉应力的作用下出现局部缩颈或断裂；

压缩失稳：在压应力的作用下失稳起皱。成形极限：材料在一定的变形方式和变形条件下，成形无法进行下去的限度，即板料在这种变形方式和变形条件下达到了极限变形能力。一旦超过这个限度就会产生废品，导致工艺失败1.6板料的冲压成形性能3、成形极限不同的成形工序，其成形极限需采用不同的极限变形参数来表示，而极限变形参数的值由冲压成形的失败与否来界定。60（1）直接试验：采用专用设备直接模拟实际冲压工艺过程进行试验。如：胀形试验、扩孔试验、拉深试验、弯曲试验、锥杯试验等。（2）间接试验：采用通用设备，通过拉伸、剪切、硬度测试、金相试验等方法获得材料的有关性能指标，来间接反映板料的冲压成形性能。

GB/T15825.1-2008～GB/T15825.8-20081.6板料的冲压成形性能4、冲压成形性能测定61直接试验-锥杯试验（GB/T15825.6-2008)1.6板料的冲压成形性能4、冲压成形性能测定62间接试验-低碳钢的拉伸试验通过拉伸试验可以测得板料的各项力学性能指标，可从不同角度反映板料的冲压成形性能1.6板料的冲压成形性能4、冲压成形性能测定63（1）总延伸率δ与均匀延伸率δb

δb↑→成形极限↑（2）屈服极限σsσs↓→易变形，贴模性↑回弹小，定形性↑1.6板料的冲压成形性能5、板料的基本力学性能与冲压成形性