沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)1第一章沖壓工藝概述第一節(jié)沖壓工藝特點(diǎn)第二節(jié)沖壓工藝分類第三節(jié)沖壓技術(shù)的發(fā)展第四節(jié)沖壓工藝用材料第五節(jié)沖壓設(shè)備2第一節(jié)沖壓工藝特點(diǎn)一、沖壓的概念二、沖壓的特點(diǎn)3一、沖壓的概念456789DtDDDD條料δ＝tδ＝t板料下刀下刀板料10壓力機(jī)壓力機(jī)剪板機(jī)11

由此可看出，要制造一個(gè)看似簡(jiǎn)單的飯盆，需經(jīng)歷：礦石冶煉→鋼錠→板料→

條料→單個(gè)毛坯→飯盆等多個(gè)工序，由板料到條料，由條料到單個(gè)毛坯，由單個(gè)毛坯到飯盆均是一個(gè)沖壓過(guò)程。圓形平板毛坯空心件

(一次沖壓——拉深）產(chǎn)生變形

條料圓形毛坯(一次沖壓——沖裁）產(chǎn)生分離

板料條料(一次沖壓——沖裁）產(chǎn)生分離12

之所以產(chǎn)生了變形和分離是因?yàn)槭艿搅肆?，而只有?dāng)內(nèi)力σ>σb

時(shí)才會(huì)分離，當(dāng)σs<σ<σb時(shí)只會(huì)變形，并且整個(gè)過(guò)程均在常溫下進(jìn)行，由此可得出沖壓的概念：

在常溫下，利用壓力機(jī)傳外力給模具，模具將受到的力傳給板料，板料的內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)力，當(dāng)內(nèi)力的作用達(dá)到一定程度時(shí)，板料就會(huì)產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相適應(yīng)的變形，從而得到具有一定形狀、尺寸和性能的零件。13簡(jiǎn)單的說(shuō)，即是：常溫下

壓力機(jī)（設(shè)備）

模具（工藝裝備）

板料（對(duì)象）零件傳外力傳力變形分離由此概念可知：⑴沖壓是在常溫下進(jìn)行的,即不需加熱,故又叫冷加工。⑵沖壓加工的對(duì)象都是板料，故又稱為板料沖壓。⑶沖壓是由設(shè)備和模具完成其加工過(guò)程的，需具備三個(gè)要素：沖床(設(shè)備）、模具、原材料。⑷沖壓是塑性變形的基本形式之一。14⑴生產(chǎn)率高，操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。二、沖壓的特點(diǎn)⑶材料利用率高，一般可達(dá)70%~85%，有的高達(dá)95%，不需加熱，可以節(jié)約能源，且表面質(zhì)量好。⑷可得到其它加工方法難以加工或無(wú)法加工的形狀復(fù)雜的零件，如薄殼拉深件。⑸可得到重量輕，剛性好，強(qiáng)度大的零件。⑹不需要加熱，可以節(jié)省能源，且表面質(zhì)量好(7)大量生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)品成本低。

由此可見(jiàn)，沖壓能集優(yōu)質(zhì)、高效、低能耗、低成本于一身，這是其它加工方法無(wú)法能與之相比擬的，因此沖壓的應(yīng)用十分廣泛，如汽車，拖拉機(jī)行業(yè)中，沖壓件占60%~70%，電子儀表占到35%，還有日常生活中的各種不銹鋼餐具等等。從精細(xì)的電子元件，儀表指針到重型汽車的覆蓋件和大梁以及飛機(jī)蒙皮等均需沖壓加工。沖模與沖壓件有“一模一樣”的關(guān)系一般沖床每分鐘的行程次數(shù)是幾次到幾十次，而高速?zèng)_床每分鐘可達(dá)幾百次，目前最高速度已經(jīng)達(dá)到3000次/分，送料速度100m/min，最快可達(dá)300m/min⑵尺寸精度高，互換性好。1516沖壓加工的缺點(diǎn)：模具制造周期長(zhǎng)，成本高。

如采用快速原型制造技術(shù)制造模具，采用低熔點(diǎn)合金材料制造模具。

但隨著先進(jìn)的模具加工技術(shù)及新型模具材料的出現(xiàn)，這種缺點(diǎn)也可逐漸被克服。傳統(tǒng)加工方法和手段及傳統(tǒng)模具材料403×3504.74萬(wàn)元自動(dòng)疊鉚級(jí)進(jìn)模：98萬(wàn)元車門(mén)板修邊沖孔模：98萬(wàn)元17

總之，模具工業(yè)是一個(gè)國(guó)家的基礎(chǔ)工業(yè)，模具設(shè)計(jì)與模具制造水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平的高低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2000年，粗加工的75%，精加工的50%是由模具完成。發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視模具的發(fā)展，日本認(rèn)為：“模具就是進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”，德國(guó)：“金屬加工業(yè)中的帝王”，羅馬尼亞：“模具就是黃金”，模具在國(guó)際上被認(rèn)為是點(diǎn)石成金的行業(yè)。不過(guò)這里的模具還包括塑模、鍛模、壓鑄模、橡膠模等，但目前以冷沖模和塑料模的應(yīng)用最廣，各占40%左右。18第二節(jié)沖壓工藝分類一、按變形性質(zhì)分類：分離工序、成形工序分離工序

沖壓成形時(shí)，變形材料內(nèi)部的應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度極限σb，使材料的一部分與另一部分發(fā)生斷裂而產(chǎn)生分離，從而形成一定形狀和尺寸的零件。分離工序主要有剪裁、沖孔、落料、切口等。19DDDD20表1.2分離工序21成形工序

沖壓成形時(shí)，變形材料內(nèi)部應(yīng)力超過(guò)屈服極限σs，但未達(dá)到強(qiáng)度極限σb，使材料產(chǎn)生塑性變形，從而得到一定形狀和尺寸的零件。成形工序主要有彎曲、拉深、翻邊等。22D2324二、按變形區(qū)受力性質(zhì)分

伸長(zhǎng)類成形：變形區(qū)的最大主應(yīng)力為拉應(yīng)力，其破壞形式為拉裂，特征是厚度減薄。壓縮類成形：變形區(qū)的最大主應(yīng)力為壓應(yīng)力，其特征是厚度增厚，破壞形式為起皺。25三、按基本變形方式分沖裁彎曲拉深成形26四、按工序組合形式分

簡(jiǎn)單工序組合工序

1、復(fù)合工序

2、連續(xù)沖壓

3、連續(xù)－沖壓復(fù)合D27第三節(jié)沖壓技術(shù)的發(fā)展1.我國(guó)沖壓技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)落后、經(jīng)濟(jì)效益低。主要原因：①?zèng)_壓基礎(chǔ)理論與成形工藝落后；

②模具標(biāo)準(zhǔn)化程度低；

③模具設(shè)計(jì)方法和手段、模具制造工藝及設(shè)備落后；

④模具專業(yè)化水平低。所以，我國(guó)模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具相比差距相當(dāng)大。28國(guó)內(nèi)外模具制造精度比較國(guó)外水平國(guó)內(nèi)水平塑料模型腔精度0.005-0.01mm；Ra0.10-0.05μm0.02-0.05mmRa0.20μm2.壓鑄模型腔精度0.01-0.03mm；Ra0.20-0.10μm0.02-0.05mmRa0.40μm3.冷沖模尺寸精度0.003-0.005mm；Ra0.20μm以下0.01-0.02mmRa1.6－00.08μm4.鍛模0.01-0.03mm；Ra0.40μm以下0.05-0.10mmRa1.60μm5.級(jí)進(jìn)模步距精度0.002-0.005mm0.003-0.01mm29國(guó)內(nèi)外模具生產(chǎn)周期比較國(guó)外水平國(guó)內(nèi)水平1、中型壓鑄模1-2個(gè)月3-6個(gè)月2、中型塑料模1個(gè)月左右2-4個(gè)月3、高精度級(jí)進(jìn)模（較復(fù)雜）3-4個(gè)月4-5個(gè)月4、汽車覆蓋件模具6-7個(gè)月1年左右30國(guó)內(nèi)外模具壽命比較國(guó)外水平國(guó)內(nèi)水平1.壓鑄模：鋅錫壓鑄模100-300萬(wàn)次鋁壓鑄模100萬(wàn)次以上銅壓鑄模10萬(wàn)次以上黑色金屬壓鑄模1-2萬(wàn)次20-30萬(wàn)次20萬(wàn)次1萬(wàn)次1500萬(wàn)次2.塑料模：非淬火鋼模10-60萬(wàn)次淬火鋼模200-500萬(wàn)次10-30萬(wàn)次50-100萬(wàn)次3.冷沖模：合金鋼制沖模總壽命500-1000萬(wàn)次硬質(zhì)合金制沖?？倝勖?-4億次

500-1000萬(wàn)次/刃磨一次100-400萬(wàn)次1-2億次100-300萬(wàn)次/刃磨一次4.鍛模：普通鍛模2.5萬(wàn)次精鍛模1-1.5萬(wàn)次1萬(wàn)次左右0.5-1萬(wàn)次5.玻璃模：壽命30-60萬(wàn)次10-30萬(wàn)次312、存在的主要問(wèn)題設(shè)計(jì)方面：國(guó)內(nèi)模具設(shè)計(jì)以二維CAD設(shè)計(jì)為主，近年采用3D設(shè)計(jì)型腔模的要求越來(lái)越高，但是3D設(shè)計(jì)的能力普遍較低。工藝方面：國(guó)內(nèi)仍以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主，很少采用CAPP技術(shù)，與CAD/CAM/CAE技術(shù)的要求不相適應(yīng)。制造方面：盡管一些企業(yè)采用CAM技術(shù)，但是應(yīng)用水平不平衡，與CAD/CAM一體化要求有一定的距離，影響了加工效率、精度以及周期。檢測(cè)方面：采用一般通用測(cè)量手段，精度低，不能對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)處理，只有少數(shù)企業(yè)采用三座標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和與CAD/CAM系統(tǒng)聯(lián)機(jī)測(cè)量技術(shù)。模具企業(yè)由于其生產(chǎn)特點(diǎn)，一般以中小企業(yè)為主，自主開(kāi)發(fā)能力較弱，影響了我國(guó)模具產(chǎn)業(yè)整體素質(zhì)的提高，因此迫切需要建立技術(shù)開(kāi)發(fā)服務(wù)機(jī)構(gòu)，幫助企業(yè)解決發(fā)展中的共性技術(shù)難題。323、發(fā)展方向發(fā)展高精密、高速度、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具模具新材料和表面改性技術(shù)的研究和應(yīng)用提高數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造水平模具超精加工技術(shù)的發(fā)展提高標(biāo)準(zhǔn)化程度33我國(guó)十一五模具發(fā)展重點(diǎn)

模具技術(shù)集合了機(jī)械、電子、化學(xué)、光學(xué)、材料、計(jì)算機(jī)、精密監(jiān)測(cè)和信息網(wǎng)絡(luò)等諸多學(xué)科，是一個(gè)綜合性多學(xué)科的系統(tǒng)工程。模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產(chǎn)朝著信息化、無(wú)圖化、精細(xì)化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營(yíng)國(guó)際化的方向發(fā)展。34

汽車覆蓋件模具精密沖壓模具

大型及精密塑料模具

主要模具標(biāo)準(zhǔn)件

其他高技術(shù)含量的模具先進(jìn)生產(chǎn)管理模式我國(guó)十一五模具發(fā)展重點(diǎn)35第三節(jié)沖壓成形的基本理論1、塑性、塑性變形與塑性條件1)塑性：固體材料在外力的作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。注：A.塑性和柔軟性的比較：B.同一變形條件下不同的材料具有不同的塑性，同種材料在不同的變形條件下具有不同的塑性。2）影響塑性變形的主要因素：內(nèi)因：金屬材料本身的結(jié)構(gòu)和組成外因：變形溫度、變形速度和應(yīng)力狀態(tài)3）塑性條件：在變形金屬中某點(diǎn)處于單向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，只要該點(diǎn)達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度，該點(diǎn)就處于塑性狀態(tài)，即開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形。注：當(dāng)材料處于兩向或三向應(yīng)力狀態(tài)，材料產(chǎn)生塑性變形主要取決于最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力之差，中間主應(yīng)力對(duì)塑性影響不大。362、真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線1）加工硬化金屬變形過(guò)程中隨著塑性變形程度的增加，其變形抗力增加，硬度提高，而塑性和塑性指標(biāo)降低2）真實(shí)應(yīng)力、真實(shí)應(yīng)變的概念真實(shí)應(yīng)力：材料上某點(diǎn)的瞬時(shí)載荷與試棒初始截面積之比。真實(shí)應(yīng)變：每一瞬間的長(zhǎng)度增量與變形后總試棒長(zhǎng)度的比值。3、板料力學(xué)性能與沖壓成形性能的關(guān)系

板料對(duì)沖壓工藝的適應(yīng)能力稱為板料的沖壓成形性能。

兩種失穩(wěn)：拉伸失穩(wěn)—在拉應(yīng)力的作用下出現(xiàn)局部縮頸或斷裂；壓縮失穩(wěn)—在壓應(yīng)力的作用下失穩(wěn)起皺。前者如低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)中的縮頸現(xiàn)象，后者如壓桿失穩(wěn)現(xiàn)象。這樣就有了成形極限，有總體成形極限和局部成形極限之分，成形極限愈高說(shuō)明沖壓成形性能愈好。37（一）屈服強(qiáng)度σsσs↓

→

定形性、貼模性好(二)σs/σb

σs/σb↓

→抗破裂性好(三)伸長(zhǎng)率

δ

δ↑

→允許產(chǎn)生較大的塑性變形影響沖壓成形性能的力學(xué)指標(biāo)(四)硬化指數(shù)nn↑→不易產(chǎn)生裂紋(五)厚向異性指數(shù)γ

γ=εb/εt↑→抗破裂性好（六）板平面各向異性指數(shù)

Δγ=（γ0+γ90-2γ45）/2↑→各相異性愈嚴(yán)重38第四節(jié)沖壓工藝用材料一、沖壓對(duì)板料的基本要求

使用性能要求

沖壓工藝的要求（一）對(duì)力學(xué)性能的要求要求板料在力學(xué)性能上比較容易沖壓成形，即可用比較少的工序，比較簡(jiǎn)單的模具就能制出合格產(chǎn)品。δ↑，σs/σb↓,E↑，n↑，r↑有利于各種沖壓成形工序。39（二）對(duì)化學(xué)成分的要求鋼中一些元素的含量不同會(huì)導(dǎo)致材料的塑性、脆性不同。（三）對(duì)金相組織的要求不同的金相組織會(huì)導(dǎo)致材料具有不同的強(qiáng)度，塑性等力學(xué)性能的不同。（四）對(duì)表面質(zhì)量的要求要求表面光滑、無(wú)氧化皮、裂紋、劃傷等缺陷。（五）對(duì)材料厚度公差的要求一定的厚度對(duì)應(yīng)一定的模具間隙，材料厚度公差應(yīng)符合國(guó)標(biāo)。40三、常用沖壓材料及其力學(xué)性能

GB中的規(guī)格：鋼板：710X1420，1000X2000等，適用于大批量生產(chǎn)鋼帶（卷料）：適用于大批量生產(chǎn)塊料：?jiǎn)渭∨可a(chǎn)或貴重金屬41第五節(jié)沖壓設(shè)備沖壓設(shè)備的選用原則：沖壓工序的性質(zhì)：沖裁或成型沖壓力的大?。洪_(kāi)式、閉式模具結(jié)構(gòu)形式模具閉合高度、輪廓尺寸生產(chǎn)批量生產(chǎn)成本產(chǎn)品質(zhì)量結(jié)合單位現(xiàn)有設(shè)備條件42

液壓機(jī)：小批量，大型厚板沖壓曲柄壓力機(jī)：開(kāi)式，適用于中小型沖壓件閉式，適用大型沖壓件雙動(dòng)壓力機(jī)高速壓力機(jī)多工位自動(dòng)壓力機(jī)一、沖壓設(shè)備類型的選擇43二、壓力機(jī)主要部件的結(jié)構(gòu)和作用（一）工作機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)：由曲軸，連桿和滑塊一起組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)，其中連桿長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，適合不同裝模高度。44（二）傳動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)、皮帶、飛輪、齒輪等組合（三）操作系統(tǒng)空氣分配系統(tǒng)、離合器、制動(dòng)器電氣控制箱等（四）支承部件機(jī)身：開(kāi)式、閉式（五）輔助系統(tǒng)氣路系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)（六）附屬裝置45三、壓力機(jī)的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)（一）型號(hào)

1.鍛壓機(jī)床類別：

J--機(jī)