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第第1 1章章 冷冲压工艺及模具设计冷冲压工艺及模具设计学习目标与要求：学习目标与要求：1掌握冷冲压加工的方法及特点；掌握冷冲压加工的方法及特点；2掌握冲裁、弯曲、拉深基本冲压工艺设计和模具设计的基本思路和方法；掌握冲裁、弯曲、拉深基本冲压工艺设计和模具设计的基本思路和方法；3了解胀形、翻边、缩口、校形等成形工序的成形原理、成形方法及模具；了解胀形、翻边、缩口、校形等成形工序的成形原理、成形方法及模具；4能够确定中等复杂程度的冲压工艺方案和设计中等复杂程度的冲压模具。能够确定中等复杂程度的冲压工艺方案和设计中等复杂程度的冲压模具。1.1 冷冲压加工概述冷冲压加工概述1.1.1 1.1.1 冷冲压的概念、特点及应用冷冲压的概念、特点及应用1 1冷冲压的概念冷冲压的概念冲压冲压：室温下压力机材料分离或塑性变形模具冲压生产场景2 2冷冲压的特点及应用冷冲压的特点及应用 可加工薄壁、复杂零件 低耗、高效、低成本 “一模一样”、质量稳定、高一致性 板材有良好的冲压成形性能 模具成本高 所以，冲压加工适宜 生产。批量1.1.2 1.1.2 冷冲压基本工序及模具冷冲压基本工序及模具1 1冷冲压基本工序分类冷冲压基本工序分类冷冲压可分为五个基本工序：1）冲裁 沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的冲压工序。如落料、冲孔、切断、切口、切边、剖切等。2）弯曲 将金属材料沿一定的弯曲线弯成一定角度和形状的冲压工序。3）拉深 拉深是把一定形状的平板毛坯或空心件通过拉深模制成各种空心零件的冲压工序。4）成形 用各种不同性质的局部变形来改变毛坯或冲压件形状的冲压工序。5）体积冲压 将金属材料体积重新分布的冲压工序。2 2冷冲压模具的分类冷冲压模具的分类按工序性质分类 分为冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模等。按模具工序组合程度分类 分为单工序模、复合模、级进模。单工序模 一般只有一对凸、凹模，在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。复合模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上工序的模具。级进模 在坯料的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上工序的模具。按模具的导向形式分类 分为无导向模和有导向的导板模和导柱模。1.1.3 1.1.3 冷冲压设备的选用冷冲压设备的选用1 1压力机类型的选择压力机类型的选择1）中、小型冲压件 选用开式机械压力机。2）大、中型冲压件 选用双柱闭式机械压力机。3）导板模或要求导套不离开导柱的模具 选用偏心压力机。4）大量生产的冲压件 选用高速压力机或多工位自动压力机。5）校直、整形和温热挤压工序 选用摩擦压力机。6）薄板冲裁、精密冲裁 选用刚度高的精密压力机。7）大型、形状复杂的拉深件 选用双动或三动拉深压力机。8）小批量生产中的大型厚板件的成形工序 多采用液压机。2 2压力机规格的选择压力机规格的选择 1）公称压力 2）滑块行程长度 3）行程次数 4）工作台面尺寸 5）滑块模柄孔尺寸6）闭合高度 7）电动机功率的选择 1.2 1.2 冲裁工艺及模具设计冲裁工艺及模具设计1.2.1 1.2.1 冲裁模分类及其结构组成冲裁模分类及其结构组成1 1冲裁模分类冲裁模分类 冲裁是冲压工艺的最基本工序之一。在冲压加工中应用极广。它既可以直接冲出成品零件，也可以作为弯曲、拉深和挤压等其它工序的坯料，还可以在已成形的工件上进行再加工（如切边、切口、冲孔等工序）。1）按工序性质分类 可分为落料模、冲孔模、切断模、切边模、切舌模、剖切模、整修模、精冲模等。2）按工序组合程度分类 可分为单工序模（俗称简单模）、级进模（俗称连续模）、复合模三种：3）按冲模有无导向装置和导向方法分类 可分为无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模。4）按送料、出件及排除废料的自动化程度分类 可分为手动模、半自动模和自动模。2 2冲裁模的结构组成冲裁模的结构组成工艺零件 直接参与完成冲压工艺过程，并和坯料直接发生作用。结构零件 不直接参与完成冲压工艺过程，也不和坯料直接发生作用，只对模具完成工艺过程起保证作用或对模具的功能起完善作用。1.2.2 1.2.2 冲裁模典型结构及主要零部件设计冲裁模典型结构及主要零部件设计1 1冲裁模典型结构分析冲裁模典型结构分析单工序模具导正销定距级进模具侧刃定距级进模具复合模（倒装式）复合模（正装式）2 2主要零部件的设计与选用主要零部件的设计与选用1）工作零件（1）凸模结构设计1）工作零件（1）凸模结构设计2 2主要零部件的设计与选用主要零部件的设计与选用1）工作零件（1）凸模结构设计（2）凹模结构设计（刃口类型)（2）凹模结构设计（外形尺寸）凹模厚度 H=Kb（15mm）凹模壁厚 c（1.52）H（3040mm）式中 b冲裁件的最大外形尺寸K系数（3）凸凹模在复合模中，必定有一个凸凹模。凸凹模的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸。从强度考虑，壁厚受最小值限制。凸凹模的最小壁厚与冲模结构有关，对于正装复合模，由于凸凹模安装于上模，孔内不会积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；对于倒装复合模，因为孔内会积存废料，所以最小壁厚要大些。（1）导料板、导料销 2）定位零件（2）挡料销（3）侧刃（4）导正销（5）定位板和定位销（1）卸料装置 3）卸料装置与出件装置弹性卸料装置 刚性卸料装置（2）出件装置 弹性出件装置 刚性出件装置 4）模架 通常模架是由上模座、下模座、导柱、导套四个部分组成，一般标准模架不包括模柄。模架是整副模具的骨架，它是连接冲模主要零件的载体。模具的全部零件都固定在它的上面，并承受冲压过程的全部载荷。模架的上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。上、下模间的精确位置，由导柱，导套的导向来实现。导柱（套）导柱（套）5）模柄中小型模具都是通过模柄固定在压力机滑块上的。旋入式模柄是通过螺纹与上模座连接，并加螺丝防松，主要用于中、小型有导柱的模具上。压人式模柄与上模座孔以H7/h6配合并加销钉以防转动，主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔或上模比较重的场合。凸缘模柄是用34个螺钉紧固于上模座，主要用于大型模具或上模座中开设推板孔的中、小型模具。1 1冲裁件质量冲裁件质量冲裁件质量是指断面质量、尺寸精度和形状误差。1.2.3 1.2.3 冲裁件质量与冲裁模间隙冲裁件质量与冲裁模间隙冲裁件的断面质量包括塌角带、光亮带、断裂带和毛刺四个方面 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与公称尺寸之差。2.2.冲裁模间隙冲裁模间隙 指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸dT的差值。冲裁间隙对断面质量的影响：冲裁间隙对断面质量的影响：间隙小，出现二次剪裂，产生第二光亮带间隙大，出现二次拉裂，产生二个斜度3 3间隙值的确定间隙值的确定 在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙 ZminZmin1.理论法确定法2.经验确定法 查表1.2.4 1.2.4 冲裁工艺设计及计算冲裁工艺设计及计算1 1冲裁件的结构工艺性冲裁件的结构工艺性1）冲裁件的形状应尽可能的简单、对称2）冲裁件上应避免有过长的悬壁和狭槽3）冲裁件上的孔与孔、孔与边缘间的距离不能太小4）冲裁件的外形或内孔的转角处，应避免尖角。5）为了防止冲裁时凸模折断，冲孔的尺寸不能太小。2 2凸、凹模刃口尺寸确定凸、凹模刃口尺寸确定 冲裁件尺寸精度主要决定于凸模和凹模的刃口尺寸精度，模具的合理间隙的数值也必须靠凸模和凹模刃口来保证。因此，正确确定凸模、凹模刃口尺寸及其公差，是设计冲裁模的主要任务之一。按凸模与凹模图样分别加工法磨损系数（2）冲孔（3）孔心距=L（1）落料 为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即 凸、凹模的制造公差，可按制件公差的1/4选取。或取+ZminZmax，选取必须满足以下条件：冲制图示零件，材料为Q235钢，料厚t=0.5mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。已知 例解：由图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。外形和180.09由冲孔同时获得。由落料获得，则磨损系数查得：，x=0.75；凸、凹模制造偏差，取，x=0.5；冲孔：孔距尺寸：=L =180.12520.09=(180.023)mm落料：凸模与凹模配作加工法 配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。特点：的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核计算原则（1）根据磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口尺寸类型：磨损后变大，变小还是不变。（2）根据尺寸类型，采用不同计算公式。磨损后变大的尺寸，采用分开加工时的落料凹模尺寸计算公式。磨损后变小的尺寸，采用分开加工时的冲孔凸模尺寸计算公式。磨损后不变的尺寸，采用分开加工时的孔心距尺寸计算公式。（3）刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取。对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（）。如图所示的落料件，其中例例题题d=220.14mm板料厚度t=1mm，材料为10号钢。试计算冲裁件的凸模、凹模刃口尺寸及制造公差。例例题题解：该冲裁件属落料件，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作。落料凹模的基本尺寸计算如下：第一类尺寸：磨损后增大的尺寸 由表查得：尺寸80mm，x=0.5；尺寸15 mm，x=1；其余尺寸均x=0.75。第三类尺寸：磨损后基本不变的尺寸 第二类尺寸：磨损后减小的尺寸 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是79.79mm，39.75mm，34.75mm，22.07mm，14.94mm，不必标注公差，但，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值最小双面合理间隙值落料凸、凹模尺寸 a)落料凹模尺寸 b)落料凸模尺寸 落料凹模、凸模的尺寸如图3 3排样排样 冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。合理的排样是降低成本和保证冲件质量及模具寿命的有效措施。1）搭边 排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。2）排样的基本原则（1）材料利用率；（2）合理排样方法使操作方便，劳动强度低且安全；（3）模具结构简单、寿命长；（4）保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。3）排样的方法 a）有废料排样 b）少废料排样 c）无废料排样 4）送料步距 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距（简称步距或进距）。每个步距冲出一个零件，也可以冲出几个零件。送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。计算公式为:式中 D 平行与送料方向的冲裁件宽度 冲裁件之间搭边值5）条料宽度计算 条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。有侧压装置时:无侧压装置时:6）材料利用率计算 常用方法是：一个步距内制件的实际面积与所需板料面积之比的百分率，一般用表示：式中 A在送料方向，排样图中相邻两个制件对应颠的距离（mm）B条料宽度（mm）F一个步距内制件的实际面积（mm2）F0一个步距所需毛坯面积（mm2）4 4冲压力及压力中心的计算冲压力及压力中心的计算冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。式中 F 冲裁力（N）；材料抗剪强度（MPa）；L冲裁件周边长度（mm）；t材料厚度（mm）；K系数，一般取K=1.3；材料抗拉强度（MPa）。卸料力、推件力和顶件力的计算 式中 h凹模直壁洞口的高度t板料厚度n积存在凹模内的冲件数K卸、K推、K顶分别为卸料力、推件力和顶件力系数 3）压力中心计算 冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。对于有模柄的冲模来说，须使压力中心通过模柄的中心线。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。4 4冲压力及压力中心的计算冲压力及压力中心的计算冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。式中 F 冲裁力（N）；材料抗剪强度（MPa）；L冲裁件周边长度（mm）；t材料厚度（mm）；K系数，一般取K=1.3；材料抗拉强度（MPa）。5 5压力机公称压力的确定压力机公称压力的确定 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲压力（F总），F总为冲裁力和冲裁力同时发生的卸料力、推荐力或顶件力的总和。根据不同的模具结构分别对待：当模具结构采用弹压卸料装置和下出件方式时：F总=FF推F卸当模具结构采用弹压卸料装置和上出件方式时：F总=FF卸F顶当模具结构采用刚性卸料装置和下出件方式时：F总=FF推1 1冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定1）工艺方案确定的原则1.2.5 1.2.5 冲裁工艺方案及模具结构类型选择冲裁工艺方案及模具结构类型选择（1）保证冲裁件质量（2）经济性原则（3）安全性原则 2）设计举例（1）分析零件的冲压工艺性（2）确定冲压工艺方案 2 2模具结构类型的选择模具结构类型的选择 在已确定的冲裁方案的基础上考虑模具结构类型。冲裁模常见类型分为单工序模、复合模和级进模。确定模具类型时，要根据冲裁精度要求、生产批量、模具加工能力等条件来选择。1.3 弯曲工艺及弯曲模设计弯曲工艺及弯曲模设计1.3.1 1.3.1 弯曲件回弹及弯曲件的结构工艺性弯曲件回弹及弯曲件的结构工艺性1 1弯曲件回弹弯曲件回弹 在材料弯曲变形结束，去除外力作用，由于弹性恢复，使弯曲件的角度和弯曲半径都与模具的形状尺寸不一致，这种现象称为回弹。2 2控制回弹的措施控制回弹的措施1）改进零件的设计2）从工艺上采取措施用校正弯曲代替自由弯曲3）从模具结构上采取措施 3 3弯曲时的偏移弯曲时的偏移1）偏移现象的产生2）克服偏移的措施 （1）采用压料装置，（2）利用坯料上的孔或先冲出工艺孔 （3）将不对称形状的弯曲件组合成对称弯曲件弯曲 （4）模具制造准确，间隙调整一致。4 4弯曲件的结构工艺性弯曲件的结构工艺性1）最小弯曲半径2）弯曲件孔边距3）弯曲件的直边高度4）增添工艺孔、槽或缺口5）加添连接带6）切口弯曲件的形状7）弯曲件的尺寸公差 1.3.2 1.3.2 弯曲件坯料展开尺寸及弯曲力计算弯曲件坯料展开尺寸及弯曲力计算1 1弯曲件坯料展开尺寸计算弯曲件坯料展开尺寸计算=rxt 式中 R 零件的内弯曲半径；T 板料厚度；X 中性层位移系数。2 2弯曲力计算弯曲力计算1）自由弯曲的弯曲力计算2）校正弯曲时的弯曲力计算式中 校正弯曲力（N）；A 校正部分的投影面积（mm2）；P 单位校正力（MPa），3）压力机公称压力的确定弯曲式压力及的选择原则是：压力机的吨位必须大于弯曲是所有工艺力之和。如弯曲力、顶料力、压料力等。自由弯曲时压力机的压力必须大于自由弯曲力；校正弯曲时压力机的压力必须大于自由弯曲力和校正弯曲力之和。但有时校正弯曲力比自由弯曲力大得多，故可根据实际情况将自由弯曲力忽略不计。1.3.3 1.3.3 弯曲模典型结构及弯曲模工作部分结构设计弯曲模典型结构及弯曲模工作部分结构设计1 1弯曲模结构设计要点弯曲模结构设计要点1）坯料放置在模具上应保证可靠的定位。2）在压弯的过程中，应防止坯料的滑动。3）为了减小回弹，在冲程结束时应使零件在模具中得到校正。4）弯曲模的结构应考虑到制造与维修中减小回弹的可能。5）坯料放人到模具上和压弯后从模具中取出零件要方便。2 2常见弯曲模结构常见弯曲模结构单工序V形件弯曲模 2 2常见弯曲模结构常见弯曲模结构U形件弯曲模 2 2常见弯曲模结构常见弯曲模结构四角形件弯曲模 2 2常见弯曲模结构常见弯曲模结构圆形件弯曲模 2）级进模 冲孔、切断、弯曲级进模 3）复合模 复合弯曲模 4）通用弯曲模 多次V形弯曲 3 3弯曲模工作部分结构参数的确定弯曲模工作部分结构参数的确定1）模具圆角半径的确定（1）凸模圆角半径（2）凹模圆角半径（3）凹模深度 2）模具间隙Z2t maxCt=tCt式中 Z2弯曲模凸、凹模单边间隙；t工件材料厚度；材料厚度的正偏差；C间隙系数，3）U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差（1）尺寸标注在外形上的弯曲件凹模尺寸为：凸模尺寸为：（2）尺寸标注在内形上的弯曲件凸模尺寸为：凹模尺寸为：1.4 拉深工艺及拉深模设计拉深工艺及拉深模设计1.4.1 1.4.1 拉深工艺概述拉深工艺概述1 1拉深工艺性质及分类拉深工艺性质及分类1）圆筒形零件指直壁旋转体；2）曲面形零件指曲面旋转体；3）盒形零件指直壁非旋转体；4）非旋转体曲面形状零件指各种不规则的复杂形状零件。2 2拉深变形过程拉深变形过程拉深工艺过程 拉深网格试验 拉深件筒壁厚度和硬度的变化 3.3.拉深工序要解决的主要工艺问题拉深工序要解决的主要工艺问题起皱与拉裂起皱与拉裂 1）起皱从材料力学理论中已经知道，无论材料或板料，压缩变形都有一个压缩失稳的问题。在前面已经分析到，拉深变形区受最大切向压应力作用，有最大切向压缩变形，这种压缩变形过大，就会产生失稳。2）起皱的判断 在分析拉深件的成形工艺时，必须判断该冲件在拉深过程中是否会发生起皱，如果不起皱，则可以采用不用压边圈的模具。否则，应该采用带压边装置的模具。3）防皱措施 （1）刚性压边圈 （2）弹性压边圈 4）拉裂和突耳1.4.2 1.4.2 拉深工艺计算拉深工艺计算1 1旋转体拉深件坯料尺寸计算旋转体拉深件坯料尺寸计算 拉深件坯料尺寸一般是以拉深件尺寸为基础，按体积不变原则和相似原则进行计算。体积不变原则，即对不变薄拉深，利用拉深前坯料的面积与拉深件面积相等的关系求得；相似原则利用拉深前坯料的形状与拉深件横截面形状相似求得。坯料直径为：2 2拉深系数计算拉深系数计算拉深件变形程度的大小，可以用拉深件的高度与直径的比值（相对高度）来表示 第一次拉深系数 以后各次拉深系数 总拉深系数为个次拉深系数的乘积 3 3拉深次数的确定拉深次数的确定1）推算法 根据已知条件，由表查得各次拉深的m，然后依次计算出各次拉深工序件的直径，即 d1=m1D，d2=m2d1，dn=mndn-1，直到dnd。即当计算所得直径小于或等于工件直径d时，计算的次数即为拉深次数。2）查表法 在生产实际中也可采用查表法，即根据工件的相对高度h/d和坯料的相对厚度t/D，直接由表查得拉深次数。4 4圆筒形件各次工序尺寸的计算圆筒形件各次工序尺寸的计算1）工序件直径 从前面的介绍中已知，各次工序件直径可根据各次的拉深系数算同。即 d1=m1D d2=m2d1 d3=m3d2 dn=mndn-1 式中 d1、d2、d3dn各次工序件直径（mm）；m 1、m2、m3m n各次拉深系数；D坯料直径（mm）。2）工序件的拉深高度式中 h1、h2、h3hn工序件各次拉深高度（mm）；D坯料直径（mm）；d1、d2、d3dn各次拉深后直径（mm）；r1、r2、r3rn各次拉深后底部圆角半径（mm）；5 5拉深力的计算拉深力的计算第一次拉深力第二次拉深力式中 d1、d2分别为第1次、第2次拉深后冲件的直径或凸模直径（mm）；t坯料厚度（mm）；材料的抗拉强度（MPa）；K1、K2系数，b=320450MPa）。6 6压边力的计算压边力的计算筒形件第一次拉深 任何形状拉深件 筒形件以后各次拉深 7 7压力机公称压力的选择压力机公称压力的选择对于单动压力机 FF拉+F压对于双动压力机 F1F拉，F2F压在实际生产中可以按下式来确定压立即的公称压力：浅拉深 F（1.61.8）（F拉+F压）深拉深 F（1.82.0）（F拉+F压）式中 F压力机的公称压力；F1内滑块公称压力；F2外滑块公称压力；F拉拉深力；F压压边力；8 8拉深功与功率计算拉深功与功率计算拉深功W（J）按下式计算：拉深力-行程图 1.4.3 1.4.3 拉深模工作部分结构参数的确定拉深模工作部分结构参数的确定1 1拉深模凸、凹模圆角半径的确定拉深模凸、凹模圆角半径的确定1）凹模圆角半径R凹2）凸模圆角半径R凸R凸=（0.71.0）R凹2 2拉深模的间隙拉深模的间隙1）不用压边圈时，考虑起皱可能性，其间隙取：Z=（11.1）tmax 式中 Z单边间隙值，末次拉深或精密拉深件取小值，中间拉深件取大值；tmax材料厚度的上限值。2）用压边圈时，其间隙按表选取。3）对于精密要求较高的拉深件，为了减小拉深后的回弹，降低零件的表面粗糙度，常采用负间隙拉深，其间隙值取：Z=（0.90.95）t。3 3拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差当工件要求外形尺寸时凹模尺寸：凸模尺寸：当工件要求内形尺寸时:凸模尺寸：凹模尺寸：4 4拉深凸模和凹模的结构拉深凸模和凹模的结构1）不用压边圈的拉深凸模和凹模2）用压边圈的拉深凸模和凹模1.4.4 1.4.4 拉深模典型结构拉深模典型结构1 1首次拉深模首次拉深模 1）无压边装置的简单拉深模2）有压边装置的拉深模2 2以后各次拉深模以后各次拉深模有压边装置的以后各次拉深模 无压边装置的以后各次拉深模 3 3落料拉深复合模落料拉深复合模落料拉深复合模 4 4带料连续拉深及其模具带料连续拉深及其模具带料连续拉深模 1.4.5 1.4.5 其它形状零件的拉深特点其它形状零件的拉深特点1 1带凸缘筒形件的拉深特点带凸缘筒形件的拉深特点1）带凸缘筒形件拉深方法2 2阶梯形零件的拉深特点阶梯形零件的拉深特点阶梯形零件阶梯形零件的多次拉深法 1.5 其他冲压成形方法其他冲压成形方法1.5.1 1.5.1 校形校形1 1校平校平 用各种不同性质的局部变形来改变毛坯（或由冲裁、弯曲、拉深等方法制得的半成品）的形状和尺寸的冲压工序称为成形。校平通常是在冲裁工序后进行的。由于冲裁后制件产生弯曲，特别是无压料装置的连续模冲裁所得的制件更不平整。对于平直度要求比较高的零件便需要进行校平。2 2整形整形 整形一般用于弯曲、拉深或其它成形工序之后。经过这些工序的加工，制件已基本成形，但可能圆角半径还太大，或是某些形状和尺寸还没有达到零件的要求。校平和整形工序具有以下特点：1）变形量都很小只是在局部部位成形。2）校平和整形后制件的精度比较高。因而模具的精度相应地也要求比较高3）所用设备最好为精压机。1.5.2 1.5.2 翻边翻边1 1内孔翻边内孔翻边 内孔翻边的变形程度以翻边首孔径d与翻边后孔径D的比值K来表示。2 2外缘翻边外缘翻边 外凸的外缘翻边变形程度内凹的外缘边变形程度3 3翻边模的结构举例翻边模的结构举例1.5.3 1.5.3 缩口缩口缩口变形程度用缩口系数m表示：缩口是将先拉深好的圆筒形件或管件坯料通地缩口模具使其口部直径缩小的一种成形工序。式中 d缩口后的直径；D缩口前的直径。1.5.4 1.5.4 胀形胀形 胀形是通过模具利用压力使空心件或管状坯料由内向外扩张的成形方法，以胀出所需的凸起曲面，它是与缩口相对应的成形工序。胀形系数K表示胀形变形程度：式中 dmax胀形后的最大直径（mm）；d0坯料原来的直径（mm）1.5.5 1.5.5 起伏成形起伏成形 起伏成形是依靠材料的局部拉伸，使毛坯或工件的形状而形成局部的下凹或凸起的冲压工序。它实质上是一种局部胀形的冲压工艺。2 2阶梯形零件的拉深特点阶梯形零件的拉深特点阶梯形零件阶梯形零件的多次拉深法 第第2 2章章 塑料注射成型工艺及注射模设计塑料注射成型工艺及注射模设计学习目标与要求：学习目标与要求：1.1.解塑料的组成与分类，掌握塑件结构设计的工艺要求。解塑料的组成与分类，掌握塑件结构设计的工艺要求。2.2.解注塑工艺过程和注塑模具的分类方法及注塑模具与注塑机的关系。解注塑工艺过程和注塑模具的分类方法及注塑模具与注塑机的关系。3.3.掌握注塑模具的浇注系统、成型零件、分型机构、推出机构、温度掌握注塑模具的浇注系统、成型零件、分型机构、推出机构、温度调节系统的基本设计方法。调节系统的基本设计方法。4.4.初步掌握注射模具设计程序，能够设计中等复杂程度注塑模具。初步掌握注射模具设计程序，能够设计中等复杂程度注塑模具。2.1 2.1 塑料注塑成型工艺塑料注塑成型工艺 2.1.1 2.1.1 塑料及其注射成型工艺性能塑料及其注射成型工艺性能1.1.塑料及其分类塑料及其分类塑料：合成树脂合成树脂（40%80%）+添加剂添加剂树脂分为天然树脂和合成树脂两大类。天然树脂天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、琥珀等。合成树脂合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。添加剂有填充剂、增塑剂、稳定剂等，目的是为了改善树脂性能。塑料的分类（1）热塑性和热固性（2）非结晶、半结晶和结晶（3）通用、工程和增强（4）注射、挤出和吹塑2 2、塑料的特点及应用、塑料的特点及应用（1）轻巧美观（2）电气绝缘（3）热物理性能（4）力学性能（5）减震消音（6）减摩耐磨（7）防腐耐蚀（8）透光及其他防护性能此外，塑料还有绝热性、可电镀性、可焊接性；其中不少塑料还具有防水、防潮、防辐射等优异特性。1）塑料特点2）塑料制品 塑料制品一般可以分为塑件、塑料型材和其他塑料制品3 3、塑料的成型工艺性能、塑料的成型工艺性能（1）收缩性（2）流动性（3）结晶性（4）吸湿性（5）热敏性（6）应力开裂（7）熔体破裂（8）比体积和压缩率（9）固化速度吸附水份的倾向冷却固化形成一定晶相结构受热时间过长变色、分解受力（内应力、外应力）而破损一种挤出成型质量缺陷确定加料质量的依据线性结构转化体型结构的过程冷却后尺寸缩小反映塑料充满模腔的能力2.1.2 2.1.2 塑料制件的工艺性塑料制件的工艺性1、塑件的结构（1）形状（2）脱模斜度（3）壁厚（4）加强筋（5）圆角（6）孔（7）支撑面（8）标记与图文0.5均匀圆弧过度2、塑件的尺寸精度及表面质量1）影响塑件的尺寸因素2）尺寸公差3）塑件的表面质量2.2 2.2 注射模设计注射模设计 2.2.1 2.2.1 注射模的构成及分类注射模的构成及分类（1）成型零件（2）浇注系统（3）结构零件（4）侧向分型与抽芯机构（5）推出机构（6）温度调节系统（7）排气系统13；1421；3；4；5；6；7；1211；8；915排气槽1、注射模的典型结构1）单单分型面注射模（两板模）2、注射模的分类分型面相关概念：流道凝料2）双双分型面注射模（三板模）定距拉板相关概念：限位钉斜导柱相关概念：楔紧块侧型芯3）带侧向分型带侧向分型的注射模注射模的典型结构注射模的分类注射模的典型结构成型零件浇注系统结构零件侧向分型与抽芯机构推出机构温度调节系统排气系统单单分型面注射模（两板模）双双分型面注射模（三板模）带侧向分型带侧向分型的注射模1）注射量的校核 注射量是指注射机进行一次注射成型所能注射出熔料的最大容积，它决定了一台注射机所能成型塑件的最大体积。一台注射机的最大注射量受注射成型工艺条件的影响而有一定的波动，因而在实际生产中常用公称注射量或理论注射量来间接表示注射机的加工能力。式中 注射机最大公称注射量（cm3）；注射机理论注射量（cm3）；射出系数，受注射成型工艺条件的影响，实际生产中常取0709。3、注射设备的选用2）合模力的校核 合模力是指在注射成型时注射机合模装置对模具施加的夹紧力，它在一定程度上决定了注射机所能成型的塑件在分型面上的最大投影面积。注射机的合模力应大于模腔内塑料熔体的压力产生的胀开模具的力，即：式中 合模力（N）；模腔内熔体的压强（MPa），一般取注射压力的1323；所有塑件及浇注系统在模具分型面上的投影面积之和。3）开模行程校核 式中：塑件脱模距离（mm）塑件的高度（mm）取出浇注系统凝料必须的长度1、塑件在模具中的成型位置1）型腔数量及排列方式 模具根据型腔数量可分为单型腔模具和多型腔模具两种。模具型腔的数量是根据注射机的最大注射量、合模力以及产品的精度要求及生产经济性来确定的。2）型腔数的确定 在设计时，先确定注射机的型号，再根据所选用的注射机的技术规格及塑件的技术要求，计算出选取的型腔数目；也有根据经验先确定型腔数目，然后根据生产条件，如注射机的有关技术规格等进行计算 2.2.2 2.2.2 成型零件的设计成型零件的设计3）型腔的排列方式 模具型腔在模板上的排列方式 通常有圆形排列、H形排列、直线排列及复合排列等，型腔排列总体特征是对称。3）分型面的选择分型面：模具上取出塑件和（或）浇注系统凝料的可分离的接触表面称分型面。分型面选择原则：分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处，这是最根本的原则。分型面的选择应考虑有利于塑件的脱模。分型面的选择要保证塑件的精度要求。分型面的选择还应考虑模具的侧向抽拔距。分型面利于模具型腔内气体的排出。分型面应使模具零件易于加工，减小模具加工难度，使模具加工艺简单。2、成型零件的设计1）成形零件结构设计 注射模具的成形零件构成型腔的模具零件，包括凹模、型芯、成形杆等。凹模用以形成塑件的外表面，型芯用以形成塑件的内表面，成形杆用以形成塑件的局部细节。(1）凹模结构设计整体式型腔整体嵌入式型腔组合式凹模镶拼式凹模(2）型芯的结构设计 整体型芯 镶嵌式型芯组合式型芯成型孔的型芯成型零成型零件件5成型零成型零件件塑件塑件2）成形零件的工作尺寸设计合模合模 开模开模型芯塑件凹模凹模径向尺寸凹模径向尺寸型芯径向尺寸型芯径向尺寸塑件高度尺寸塑件高度尺寸型芯高度尺寸型芯高度尺寸塑件径向尺寸塑件径向尺寸凹模深度尺寸凹模深度尺寸塑件径向尺寸塑件径向尺寸塑件深度尺寸塑件深度尺寸凹模凹模型芯型芯塑件塑件塑件收缩率例：一塑料件最大收缩率0.8%，最小收缩率0.4%，那么该塑料件平均收缩率就是0.6%。平均收缩率最大收缩率最小收缩率影响因素：塑件材料；塑件结构；模具结构；成型工艺条件计算原则：1）为了简便起见，规定塑件上凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为基本尺寸，偏差为正；凡是轴类尺寸均以其最大尺寸作为基本尺寸，偏差为负。2）若塑件上原有公差标注方法与上述原则不符，则应按以上规定进行转换。3）规定凹模的最小尺寸为基本尺寸，偏差为正值；型芯的最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值。计算公式：凹模径向凹模径向尺寸计算塑件径向尺寸型芯径向型芯径向尺寸计算塑件径向尺寸修正系数，通常取3/4 凹模深度凹模深度尺寸计算塑件高度尺寸型芯高度型芯高度尺寸计算塑件深度尺寸塑件公差值平均收缩率修正系数，通常取2/32/3制造公差，一般取/32.2.3 2.2.3 浇注系统的设计浇注系统的设计 浇注系统是指模具中从注射机喷嘴接触处到型腔为止的塑料熔体的流动通道,作用是输送流体同时传递压力。定义：塑料熔体的流动通道定义：塑料熔体的流动通道作用：输送流体；传递压力作用：输送流体；传递压力组成：主流道；分流道；浇口；冷料穴组成：主流道；分流道；浇口；冷料穴1、主流道：注射机喷嘴与模具接触的部位起到分流道为止的一段通道。与注射机的喷嘴在同一轴线上，熔体在主流道中不改变流动方向。主流道是熔融塑料最先经过的流道，所以它的大小直接影响熔体的流动速度和充模时间。2、分流道：主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道，通常开设在分型面上，是浇注系统的核心，设计难度最大。分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。3、浇口：是分流道与型腔之间最狭窄部分，也是浇注系统最短小部分。浇口作用：1）熔体加速，形成理想的流动状态而充满型腔；2）便于注射成型后塑件与浇口分离浇口的常见类型浇口的常见类型1、普通浇口2、点浇口尺寸很小截面为圆形的浇口。开模时浇口可以自动拉断，利于自动化操作，浇口除去后痕迹小。采用双分型面模具3、潜伏式浇口 由点浇口演变而来。其进料部分通过隧道可放在塑件的内表面、侧表面或表面看不见的肋、柱上，比点浇口的塑件表面质量更好。这种浇口及流道的中心线与塑件顶出方向有一定的角度，靠顶出时的剪切力的作用，使塑件与浇注系统分离。4、直浇口融料直接经浇口进入模腔，压力损失小，充模容易；浇口难去除5、圆环形浇口主要用于成形圆管件6、扇形浇口 是普通口的变异形式之一，浇口沿进料方向逐渐变宽，厚度逐渐变薄形式：a）Z字形 b）倒锥形 c）球形 d）菌形4、冷料穴：注射成型是周期性的，在间歇时间内，喷嘴处有冷料产生，为防止在下一次注射成型时把冷料带进型腔而影响塑件质量，一般在主流道或分流道的末端开设冷料穴。2.2.4 2.2.4 结构零件的设计结构零件的设计1.合模导向机构的设计 合模导向装置是保证动模与定模或上模与下模合模时正确定位和导向的装置。合模导向装置主要有导柱导向和锥面定位。导柱导向装置的主要零件是导柱和导套。2.模架的设计 注塑模架现已标准化系列化了，一些标准模架生产厂还提供了CAD零件数据库，我们在设计时可直接选用即可。2.2.5 2.2.5 侧向分型与抽芯结构的设计侧向分型与抽芯结构的设计 当塑料制品侧壁带有与开模方向不同的通孔、凹槽、凸台，阻碍制品直接从模具内推出时，必须将用于成型孔，凹槽及凸台的成型零件做成活动的结构，称为活动型芯。完成活动型芯抽出和复位的机构叫做侧向分型与抽芯机构。斜导柱分型机构工作原理工作原理：在开模力或推出力的作用下，斜导柱驱动侧型芯或侧向成型滑块完成侧向抽芯或侧向分型的动作。特点：特点：结构紧凑、动作可靠、制造方便。应用：应用：塑件上有侧孔、侧凹的场合结构组成：结构组成：斜斜导导柱柱 侧侧滑滑块块 导导滑槽滑槽 楔楔紧块紧块 滑滑块块定位装置定位装置斜导柱1、斜导柱材料：T8、T10、45钢 热处理：HRC552、斜导柱倾斜角 斜导柱的倾斜角a：（斜导柱与开合模方向的夹角）12 a22 最大不超过25 斜导柱倾斜角a：与抽芯距和斜导柱的长度有关，决定斜导柱的受力情况。侧滑块 侧滑块在侧向分型抽芯和复位过程中，要沿一定方向平稳往复移动侧滑块与侧型芯的联接方式侧滑块与侧型芯的联接方式导滑槽滑滑块块定位装置定位装置 滑块在抽芯后的终止位置必须定位准确，以便再次合模时斜导柱能准确地插进滑块的斜孔楔紧块 注射成型时，型腔内的熔融塑料以很高的成型压力作用在侧型芯上，从而使侧滑块后退产生位移，侧滑块的后移将力作用到斜导柱上，导致斜导柱产生弯曲变形，因此必须要设置锁紧装置锁紧侧滑块。1、推出机构的组成推出机构：推出机构：推出部件推出部件复位部件复位部件导向部件导向部件2.2.6 2.2.6 推出机构的设计推出机构的设计2、推出机构的分类机动推出、液压推出、手动推出1、机动推出：利用开模动作，由注射机的推出机构，将塑件从动模部分推出2、液压（气动）推出：用液压（气）缸的顶杆(活塞杆)推动推出机构将塑件从动模部分推出；3、手动推出机构：由人工操作的推出机构推出塑件模内手工推出：常用于塑件滞留在定模一侧的情况模外手工推出按动力来源分类按动力来源分类简单推出机构：推杆、推管和推件板推出机构；复杂推出机构：定模推出机构、二次推出机构按推出元件的类别分类按推出元件的类别分类推杆推出、推管推出、推件板推出、推块推出按模具的结构特征分类按模具的结构特征分类推杆推出推杆推出1、单推出机构二、常见的推出机构二、常见的推出机构 推杆推出机构是推出机构中最简单、动作最可靠、最常见结构形式。但因推杆和塑件接触面小，易引起应力集中，可能损害塑件或使塑件变形。因此，选择推杆及推杆排列位置非常重要。2、推杆的固定与配合(2)推杆的配合 一般直径为d的推杆，在推杆固定板上的孔 应为d+l mm；推杆台阶部分的直径常为d十5 mm；推杆固定板上的台阶孔为d+6 mm。(1)推杆的固定（3）推杆与推杆孔的配合：H8f7H8f8间隙配合 推杆直径大、塑料流动性差，取H8f8，反之采用H8f7。推杆与推杆孔的配合长度：当d5 mm时，配合长度可取(23)d。推杆工作端配合部分的粗糙度Ra一般取0.8