1、,鈑金模具成型及工藝講解,內容簡介： 第一章 沖壓模具設計與制造基礎 第二章 沖裁工藝與沖裁模設計 第三章 彎曲工藝與彎曲模設計 第四章 拉深工藝與拉深模設計 第五章 其它成形工藝與模具設計 第六章 沖壓模具設計與制造實例,1,沖壓：,一、沖壓與沖模概念,第一章 沖壓模具設計與制造基礎,1.基本概念,沖壓生產場景,室溫下 壓力機 模具 材料 分離或塑性變形。,2,加工對象：主要金屬板材,加工依據(jù)：板材沖壓成形性能（主要是塑性）,加工設備：主要是壓力機,加工工藝裝備：沖壓模具,一、沖壓與沖模概念,1.基本概念,沖壓模具：,在沖壓加工中，將材料加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為沖壓模具

2、（俗稱沖模）。,3,一、沖壓與沖模概念,1.基本概念,合理的沖壓工藝,先進的模具,高效的沖壓設備,沖壓生產的三要素,4,特別強調：沖壓模具重要性 沖模一種特殊工藝裝備。 沖模與沖壓件有 “一模一樣”的關系。沖模沒有通用性。 沖模是沖壓生產必不可少的工藝裝備，決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力。 沖模的功能和作用、沖模設計與制造方法和手段，決定了沖模是技術密集、高附加值型產品。,一、沖壓與沖模概念,1.基本概念,5,2沖壓成形加工特點,低耗、高效、低成本 “一模一樣”、質量穩(wěn)定、高一致性 可加工薄壁、復雜零件 板材有良好的沖壓成形性能 模具成本高 所以，沖壓成形適宜批量生產。,一、沖壓與沖

3、模概念,6,沖壓加工是制造業(yè)中最常用的一種材料成形加工方法。,沖壓成形產品示例一日常用品,2沖壓成形加工特點（續(xù)）,一、沖壓與沖模概念,沖壓成形產品示例二高科技產品,7,二、沖壓工序的分類,根據(jù)材料的變形特點分：,分離工序：,分離工序、成形工序,沖壓成形時，變形材料內部的應力超過強度極限b，使材料發(fā)生斷裂而產生分離，從而成形零件。分離工序主要有剪裁和沖裁等。,8,成形工序：,沖壓成形時，變形材料內部應力超過屈服極限s，但未達到強度極限b，使材料產生塑性變形，從而成形零件。成形工序主要有彎曲、拉深、翻邊等。,二、沖壓工序的分類,9,1.沖模的分類,三、沖模,沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等。,（

4、2）根據(jù)工序組合程度分類：,單工序模、復合模、級進模,（1）根據(jù)工藝性質分類：,10,2.沖模組成零件,沖模通常由上、下模兩部分構成。組成模具的零件主要有兩類：,結構零件：,工藝零件：,三、沖模,直接參與工藝過程的完成并和坯料有直接接觸，包括：工作零件、定位零件、卸料與壓料零件等；,不直接參與完成工藝過程，也不和坯料有直接接觸，只對模具完成工藝過程起保證作用，或對模具功能起完善作用，包括：導向零件、緊固零件、標準件及其它零件等.,11,沖壓產品生產流程：,四、沖模設計與制造的要求,（沖壓）產品設計,沖壓成形工藝設計,沖壓模具設計,沖模制造,沖壓產品生產,相互影響,相互關聯(lián),沖模設計與制造流程圖

5、,12,沖壓模具設計與制造包括沖壓工藝設計、模具設計與模具制造三大基本工作。 沖壓工藝設計是沖模設計的基礎和依據(jù)。 沖模設計的目的是保證實現(xiàn)沖壓工藝。 沖模制造則是模具設計過程的延續(xù)，目的是使設計圖樣，通過原材料的加工和裝配，轉變?yōu)榫哂惺褂霉δ芎褪褂脙r值的模具實體。,四、沖模設計與制造的要求,13,沖模設計與制造場景,沖模制造,14,多工位精密級進模,15,沖壓成形產品示例一日常用品,16,第二章 沖裁工藝與沖裁模設計,第一節(jié) 概述,分類:,沖裁模：,沖裁：,利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產生分離的一種沖壓工序。,沖裁所使用的模具叫沖裁模，它是沖裁過程必不可少的工藝裝備。凸、凹模刃口鋒利，間

6、隙小。,普通沖裁、精密沖裁,17,第二節(jié) 沖裁變形過程分析,一、沖裁變形時板材變形區(qū)受力情況分析,四對力,沖裁時作用于板料上的力 1-凸模 2-板材 3-凹模,了解和掌握沖裁變形規(guī)律，有利于沖裁工藝與沖裁模設計，控制沖裁件質量。,凸、凹模間隙存在，產生彎矩。,18,間隙正常、刃口鋒利情況下，沖裁變形過程可分為三個階段：,二、沖裁變形過程,1彈性變形階段 變形區(qū)內部材料應力小于屈服應力 。,2塑性變形階段 變形區(qū)內部材料應力大于屈服應力。,凸、凹模間隙存在，變形復雜，并非純塑性剪切變形，還伴隨有彎曲、拉伸，凸、凹模有壓縮等變形。,3斷裂分離階段 變形區(qū)內部材料應力大于強度極限。,裂紋首先產生在凹

7、模刃口附近的側面,凸模刃口附近的側面,上、下裂紋擴展相遇,材料分離,19,沖裁件質量：,三、沖裁件質量及其影響因素,垂直、光潔、毛刺小,圖紙規(guī)定的公差范圍內,外形滿足圖紙要求；表面平直，即拱彎小,指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。,20,三、沖裁件質量及其影響因素,1、沖裁件斷面質量及其影響因素,斷面特征,圓角帶a：,刃口附近的材料產生彎曲和伸長變形。,光亮帶b：,塑性剪切變形。質量最好的區(qū)域。,斷裂帶c：,裂紋形成及擴展。,毛刺區(qū)d：,間隙存在，裂紋產生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，間隙不正常、刃口不鋒利，還會加大毛刺。,21,第三章 彎曲工藝與彎曲模設計,第一節(jié) 概述,彎曲方法：,彎曲模：,

8、將板料、型材、管材或棒料等按設計要求彎成一定的角度和一定的曲率，形成所需形狀零件的沖壓工序。,彎曲所使用的模具。,彎曲方法可分為在壓力機上利用模具進行的壓彎以及在專用彎曲設備上進行的折彎、滾彎、拉彎等。,生活中的彎曲件,用模具成形的彎曲件之一、之二,22,V形彎曲是最基本的彎曲變形。,一、彎曲變形過程,1.彎曲變形時板材變形區(qū)受力情況分析,變形區(qū)主要在彎曲件的圓角部分，板料受力情況如圖所示。,2.彎曲變形過程,自由彎曲,校正彎曲,彈性彎曲,塑性彎曲,彎曲效果：,表現(xiàn)為彎曲半徑和彎曲中心角的變化（減?。?。,23,二、塑性彎曲變形區(qū)的應力、應變,窄板（B/t3）：,彎曲后坐標網(wǎng)格變化。,寬板（B/

9、t3）：,內區(qū)寬度增加，外區(qū)寬度減小，原矩形截面變成了扇形,橫截面幾乎不變，仍為矩形,內區(qū) 中性層 外區(qū),24,二、塑性彎曲變形區(qū)的應力、應變,應力狀態(tài),寬板 （B/t3）,窄板 （B/t3）,長度方向1：內區(qū)受壓，外區(qū)受拉,厚度方向2：內外均受壓應力,寬度方向3：內外側壓力均為零,長度方向1：內區(qū)受壓，外區(qū)受拉,厚度方向2：內外均受壓應力,寬度方向3：內區(qū)受壓，外區(qū)受拉,兩向應力,三向應力,25,相對彎曲半徑（ r/t）：,三、變形程度及其表示方法,彎曲中心角為,表示板料彎曲變形程度的大小。,26,1中性層的內移,四、板料彎曲的變形特點,變形區(qū)板料厚度變薄和長度增加,細而長的板料彎曲后的縱向

10、翹曲與窄板彎曲后的剖面畸變,管材、型材彎曲后的剖面畸變,27,最小彎曲半徑rmin： 在板料不發(fā)生破壞的條件下，所能彎成零件內表面的最小圓角半徑。 常用最小相對彎曲半徑rmin/t表示彎曲時的成形極限。其值越小越有利于彎曲成形。,五、最小彎曲半徑,1.影響最小彎曲半徑的因素,（）材料的力學性能,（）材料表面和側面的質量,（）彎曲線的方向,（）彎曲中心角,28,第四章 拉深工藝與拉深模設計,第一節(jié) 概述,拉深： 又稱拉延，是利用拉深模在壓力機的壓力作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法。 它是沖壓基本工序之一?？梢约庸ばD體零件，還可加工盒形零件及其它形狀復雜的薄壁零件。,拉深

11、,不變薄拉深,變薄拉深,拉深模：,拉深模特點：,結構相對較簡單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。,拉深所使用的模具。,29,圓筒形件是最典型的拉深件。,一、拉深變形過程,（二）拉深變形過程及特點,1變形現(xiàn)象,（一）拉深成形時板料的受力分析,平板圓形坯料的凸緣彎曲繞過凹模圓角， 然后拉直形成豎直筒壁。,變形區(qū)凸緣；,已變形區(qū)筒壁；,不變形區(qū)底部。,底部和筒壁為傳力區(qū)。,30,一、拉深變形過程,（二）拉深變形過程及特點（續(xù)）,2金屬的流動過程,工藝網(wǎng)格實驗,材料轉移：高度、厚度發(fā)生變化。,3拉深變形過程,外力,凸緣產生內應力：徑向拉應力1；切向壓應力

12、3,凸緣塑性變形：徑向伸長，切向壓縮，形成筒壁,直徑為高度為的圓筒形件（H（D-d）/2）,拉深單元變形動畫,31,1.凸緣部分,二、拉深過程中坯料內的應力與應變狀態(tài),拉深過程中某一瞬間坯料所處的狀態(tài),應力分布圖,2.凹模圓角部分,3.筒壁部分,4.凸模圓角部分,5.筒底部分,坯料各區(qū)的應力與應變是很不均勻的。,拉深成形后制件壁厚和硬度分布,32,三、拉深件的起皺與拉裂,拉深過程中的質量問題：,主要是凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂。,凸緣區(qū)起皺：,傳力區(qū)拉裂：,由于切向壓應力引起板料失去穩(wěn)定而產生彎曲；,由于拉應力超過抗拉強度引起板料斷裂。,33,1.凸緣變形區(qū)的起皺,主要決定于：,一方面

13、是切向壓應力3的大小，越大越容易失穩(wěn)起皺；,另一方面是凸緣區(qū)板料本身的抵抗失穩(wěn)的能力。,凸緣寬度越大，厚度越薄，材料彈性模量和硬化模量越小，抵抗失穩(wěn)能力越小。,最易起皺的位置：,凸緣邊緣區(qū)域,起皺最強烈的時刻：,在Rt=（0.70.9）R0時,防止起皺：,34,三、拉深件的起皺與拉裂,2.筒壁的拉裂,主要取決于：,一方面是筒壁傳力區(qū)中的拉應力；,另一方面是筒壁傳力區(qū)的抗拉強度。,當筒壁拉應力超過筒壁材料的抗拉強度時，拉深件就會在底部圓角與筒壁相切處“危險斷面”產生破裂。,防止拉裂：,一方面要通過改善材料的力學性能，提高筒壁抗拉強度；,另一方面通過正確制定拉深工藝和設計模具，降低筒壁所受拉應力。

14、,35,第五章 其它成形工藝與模具設計,第一節(jié) 概述,在沖壓生產中，通過板料的局部變形來改變毛坯的形狀和尺寸的沖壓成形工序，統(tǒng)稱為其它沖壓成形工序。 應用這些工序可以加工許多復雜零件。,伸長類成形： 如脹形和圓內孔翻孔，成形極限主要受變形區(qū)過大拉應力而破裂的限制； 壓縮類成形： 如縮口和外緣翻凸邊，成形極限主要受變形區(qū)過大壓應力而失穩(wěn)起皺的限制。,36,當坯料外徑與成形直徑的比值/時，其成形完全依賴于直徑為的圓周以內金屬厚度的變薄實現(xiàn)表面積的增大而成形。,脹形的變形區(qū),一、脹形的變形特點,37,起伏成形俗稱局部脹形，可以壓制加強筋、凸包、凹坑、花紋圖案及標記等。,1壓加強筋,二、平板坯料的起伏

15、成形,簡單的起伏成形零件，其極限變形程度可按下式近似確定：,若零件的加強筋超過極限變形程度時，可以采用多次成形的方法,壓制加強筋所需的沖壓力，可用下式近似計算：,38,空心坯料的脹形:,三、空心坯料的脹形,剛性模具脹形,軟模脹形,軸向壓縮和高壓液體聯(lián)合作用的脹形,俗稱凸肚，它是使材料沿徑向拉伸，將空心工序件或管狀坯料向外擴張，脹出所需的凸起曲面，如壺嘴、皮帶輪、波紋管等。,39,三、空心坯料的脹形,2.脹形的變形程度,常用脹形系數(shù)表示,和坯料伸長率,40,三、空心坯料的脹形,3.脹形的坯料尺寸計算,坯料直徑,坯料長度,式中,變形區(qū)母線長度；,坯料切向拉伸的伸長率； 切邊余量，一般取1020。,

16、41,三、空心坯料的脹形,4.脹形力的計算,脹形時，所需的脹形力可按下式計算：,脹形單位面積壓力可用下式計算：,脹形變形區(qū)實際應力，近似估算時取,式中,（材料的抗拉強度）,42,第三節(jié) 翻邊,翻邊： 在模具的作用下，將坯料的孔邊緣或外邊緣沖制成豎立邊的成形方法。,1圓孔翻邊 （）圓孔翻邊的變形特點與變形程度,一、內孔翻邊,變形程度,極限翻邊系數(shù),翻邊后豎邊邊緣的厚度，可按下式估算：,43,1圓孔翻邊,一、內孔翻邊,（）翻邊的工藝計算,1）平板坯料翻邊的工藝計算,預沖孔直徑d,豎邊高度H,或,極限高度,44,1圓孔翻邊,一、內孔翻邊,（）翻邊的工藝計算,2）先拉深后沖底孔再翻邊的工藝計算,先拉深

17、后翻邊的高度h,預制孔直徑,或,翻邊的極限高度,拉深高度,45,1圓孔翻邊,一、內孔翻邊,（）翻邊力的計算,用圓柱形平底凸模翻邊時，可按下式計算：,用錐形或球形凸模翻邊的力略小于上式計算值,46,1圓孔翻邊,一、內孔翻邊,（）翻邊模工作部分的設計,翻邊凹模圓角半徑可取該值等于零件的圓角半徑；,翻邊凸模圓角半徑應盡量取大些，以便有利于翻邊變形。,凸、凹模單邊間隙/2（0.750.85）,圓孔翻邊凸模的形狀和主要尺寸,47,1圓孔翻邊,一、內孔翻邊,（）翻邊模工作部分的設計,翻邊凹模圓角半徑可取該值等于零件的圓角半徑；,翻邊凸模圓角半徑應盡量取大些，以便有利于翻邊變形。,凸、凹模單邊間隙/2（0.750.85）,圓孔翻邊