《冷冲模具设计》《塑料模具设计》PPT课件.ppt

第一章 冷冲压的基本知识 模具设计专业主干专业课程主讲人：郭军伟冷冲模具设计塑料模具设计1第一章 冷冲压的基本知识 模具设计专业主干专业课程授课学时：54学时 课程任务：1.了解了解常见冲压工序的变形规律；2.认识认识模具成形工艺方法、冷冲模的典型结构、及其加工方法与手段；3.掌握掌握常用冷冲模的设计方法；4.具备具备进行常用零件的相应模具设计的能力。课程性质：模具设计专业的一门主干主干专业技术课，是一门实践性、综合性实践性、综合性很强的课程。课程情况总体简介2第一章 冷冲压的基本知识 目目 录录冷冲模具冷冲模具第一章第一章 冲压工艺及冲压模冲压工艺及冲压模 第二章第二章 冲裁工艺及冲裁模冲裁工艺及冲裁模 第三章第三章 弯曲工艺及弯曲模弯曲工艺及弯曲模 第四章第四章 拉深工艺及拉深模具拉深工艺及拉深模具 第五章第五章 典型冲压模具结构图例典型冲压模具结构图例 3第一章 冷冲压的基本知识 第一章 冲压工艺及冲压模 第一节第一节 冲压模具概述冲压模具概述 第二节第二节 板材塑性变形及其基本规律板材塑性变形及其基本规律第三节第三节 冲压工艺对材料的要求冲压工艺对材料的要求第四节第四节 常用冲压设备常用冲压设备复习思考题复习思考题4第一章 冷冲压的基本知识 第一节第一节 冲压模具概述冲压模具概述 冷冲压的概念冷冲压的概念 冷冷冲冲压压是在室温下,利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压冲压：室温下 压力机 模具 材料 分离或塑性变形。冲压生产场景5第一章 冷冲压的基本知识 加工对象：主要金属板材加工对象：主要金属板材加工依据：板材冲压成形性能（主要是塑性）加工依据：板材冲压成形性能（主要是塑性）加工设备：主要是压力机加工设备：主要是压力机加工加工工艺装备工艺装备：冲压模具：冲压模具冷冲压的概念冷冲压的概念6第一章 冷冲压的基本知识 图 1-1 冷冲压加工的三要素 冲压工艺与模具冲压材料冲压设备冲压生产的三三要要素素冷冲压的概念冷冲压的概念7第一章 冷冲压的基本知识 一、冲压加工的特点一、冲压加工的特点 冷冲压加工与其它加工方法相比,无论在技术方面,还是在经济方面,都具有许多独特的优势,优点优点主要有:(1)冷冲压是由模具保证冲压件的尺寸公差与形状精度的,且所用的原材料多是表面质量好的板料或带料,所以产品尺寸稳定尺寸稳定,互换性好互换性好。(2)冷冲压所获得的零件一般无需进行切削加工,因而是一种节省能源节省能源、节省原材料节省原材料的少、无切削加工方法。8第一章 冷冲压的基本知识(3)冷冲压产品壁薄、质量好、刚度好,可以加加工工尺尺寸寸范范围围较较大大、形形状状较较复复杂杂的零件,如小到钟表的秒针,大到汽车的覆盖件等。(4)冷冲压生产依靠冲模和冲压设备完成加工,其生生产产率率高高、操操作作方方便便,易易于于实实现现机机械械化化、自自动动化化。对于普通压力机,每台每分钟可生产几件到几十件冲压件,而高速冲床每分钟可生产数百件甚至千件以上冲压件。由于冷冲压生产具有上述优点,因此在批量生产批量生产中应用十分广泛。一、冲压加工的特点一、冲压加工的特点 9第一章 冷冲压的基本知识 冲压加工是制造业中最常用最常用的一种材料成形加工方法。冲压成形产品示例一日常用品冲压成形产品示例二高科技产品冲压模具的应用冲压模具的应用 10第一章 冷冲压的基本知识 冲压成形产品示例一日常用品11第一章 冷冲压的基本知识 冲压成形产品示例二高科技产品汽车覆盖件飞机蒙皮12第一章 冷冲压的基本知识 冲压模具也有缺点冲压模具也有缺点：冲模与冲压件有“一模一样一模一样”的关系，冲模没有通用性。产产品品性性能能受受制制于于模模具具：冲模是冲压生产必必不不可可少少的工艺装备，决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。适适用用于于批批量量生生产产：冲模的功能和作用、冲模设计与制造方法和手段，决定了冲模是技术密集、高附加值技术密集、高附加值型产品。冲压模具的应用冲压模具的应用13第一章 冷冲压的基本知识 冲模设计与制造场景冲模设计冲模制造14第一章 冷冲压的基本知识 多工位精密级进模15第一章 冷冲压的基本知识 二、冲压模具的类型二、冲压模具的类型 1.1.根据工艺性质分类根据工艺性质分类(1)冲冲裁裁模模:沿沿封封闭闭或或敞敞开开的的轮轮廓廓线线使使材材料料产产生生分分离离的的模模具具。如如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模等。落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模等。(2)弯弯曲曲模模:使使平平板板坯坯料料沿沿着着直直线线(或或弯弯曲曲线线)产产生生弯弯曲曲变变形形,从从而获得一定角度和形状的工件的模具。而获得一定角度和形状的工件的模具。(3)拉拉深深模模:把把平平板板料料制制成成开开口口空空心心件件,或或使使空空心心件件进进一一步步改改变变形状和尺寸的模具。形状和尺寸的模具。(4)成成型型模模:把把坯坯料料或或工工序序件件按按凸凸、凹凹模模的的形形状状直直接接复复制制成成型型,而而材材料料本本身身仅仅产产生生局局部部塑塑性性变变形形的的模模具具。如如胀胀形形模模、缩缩口口模模、扩扩口口模模、翻边模和整形模等。翻边模和整形模等。16第一章 冷冲压的基本知识 图 1-2 几种常见冲模的结构简图(a)冲裁模;(b)弯曲模;(c)拉深模;(d)成型模 17第一章 冷冲压的基本知识 2.2.根据工序组合程度分类根据工序组合程度分类(1)单单工工序序模模: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。(2)复复合合模模1 1；（2 2）: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。(3)级级进进模模:在毛坯的送进方向上,具有两个或更多的工位,在压力机的一次行程中,在不同的工位上逐次完成两道或两道以上工序的模具。18第一章 冷冲压的基本知识 冲模通常由上、下模两部分构成。组成模具的零件主要有两类：结结构零件构零件：工工艺艺零件零件：直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触，包括：工作零件、定位零件、卸料与压料零件等；不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模具功能起完善作用，包括：导向零件、紧固零件、标准件及其它零件等.19第一章 冷冲压的基本知识 根据材料的变形特点分：分离工序分离工序：分离工序、成形工序使板料按一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和切断面质量的冲压件(俗称冲裁件)的工序,主要包括冲孔、落料、切断等三、冲压加工的基本工序三、冲压加工的基本工序20第一章 冷冲压的基本知识 成形工序成形工序：坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序,主要包括弯曲、拉深、翻边、胀形等。冲压工序的具体分类及特点见表1-1和表1-2。21第一章 冷冲压的基本知识 表表1-1 分离工序分离工序 22第一章 冷冲压的基本知识 表表1-2 成成 型工型工 序序 23第一章 冷冲压的基本知识 表表1-2 成成 型工型工 序序 24第一章 冷冲压的基本知识 复习思考题：课本第10页，第1题25第一章 冷冲压的基本知识 模具工业是国民经济的基础工业基础工业，是高技术行业高技术行业。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一。模具在日本被誉为“进入富裕社会的原动力”、在德国被称为“金属加工业中的帝王”。26第一章 冷冲压的基本知识 我国模具工业发展十分迅速，19962007年间，模具产值年平均增速在14%左右。由上可见，模具技术是先进制造技术的重要代表，模具工业是高新技术产业的一个重要组成部分，模具工业又是高新技术产业化的重要领域。模具设计与制造专业人才是制造业紧缺人才。27第一章 冷冲压的基本知识 本次课结束28第一章 冷冲压的基本知识 29第一章 冷冲压的基本知识 30第一章 冷冲压的基本知识 31第一章 冷冲压的基本知识 第二节第二节 板材塑性变形及其基本规律板材塑性变形及其基本规律 一、应力一、应力-应变曲线应变曲线 32第一章 冷冲压的基本知识 万万能能材材料料试试验验机机33第一章 冷冲压的基本知识 图 1-3 拉伸试验用的试样 34第一章 冷冲压的基本知识 二、塑性变形体积不变定律二、塑性变形体积不变定律 35第一章 冷冲压的基本知识 一、工艺对材料的要求一、工艺对材料的要求 冲压所用的材料,不仅要满足使用要求,还应满足冲压工艺要求和后续加工要求(如切削加工、电镀、焊接等)。冲压工艺对材料的基本要求主要是:(1)对对冲冲压压成成型型性性能能的的要要求求。对于成型工序,为了有利于冲压变形和制件质量的提高,材料应具有塑塑性性好好、屈屈强强比比小小、弹弹性性模模量量高高、板板厚厚方方向向性性系系数数大大、板板平平面面方方向向性性系系数数小小等性能。第三节第三节 冲压工艺对材料的要求冲压工艺对材料的要求 36第一章 冷冲压的基本知识(2)对对材材料料公公差差的的要要求。材料的厚厚度度公公差差应应符符合合国国家家规规定定标标准准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料,所以材料厚度公差太大,不仅直接影响制件的质量,还可能导致模具和冲床的损坏。(3)对对表表面面质质量量的的要要求求。材料的表面应光光洁洁平平整整,无无分分层层和和机机械械性性质质的的损损伤伤、无无锈锈斑斑、氧氧化化皮皮及及其其它它附附着着物物。表面质量好的材料,冲压时不易破裂,不易擦伤模具,工件表面质量也好。37第一章 冷冲压的基本知识 二、材料的规格和种类二、材料的规格和种类 冲压生产中最常用的材料是金属材料,分黑黑色色金金属属和有有色色金属金属两种。有时也用非金属材料非金属材料。黑黑色色金金属属主要有普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、不锈钢、电工硅钢等 有色金属有色金属有纯铜、黄铜、青铜、铝等 非非金金属属材材料料有纸板、胶木板、橡胶板、塑料板、纤维板和云母等。38第一章 冷冲压的基本知识 冲压用金属材料的供应状态一般是各种规格的板板料料或带料或带料。板板料料的尺寸较大,可用于大型零件的冲压,也可将板料按排样尺寸剪裁成条料后用于中、小型零件的冲压;带带料料有各种规格的宽度,展开长度可达几十米,成卷状供应,适用于大批量生产的自动送料。材料厚度很小时也是做成带料供应。39第一章 冷冲压的基本知识 表表1-3冲压常用金属材料的力学性能冲压常用金属材料的力学性能 40第一章 冷冲压的基本知识 表表1-3冲压常用金属材料的力学性能冲压常用金属材料的力学性能 41第一章 冷冲压的基本知识 第四节第四节 常用常用冲压设备冲压设备 一、压力机的分类及代号一、压力机的分类及代号 锻压机械基本型号是由一一个个汉汉语语拼拼音音字字母母和几几个个阿阿拉拉伯伯数数字字组成的。字母代表锻压机械的大类,称为类别。同一类锻压机械中分为若干列,称为列别,由第一个数字之后的数字代表锻压机械的主要规格。第二位数字与规格部分的数字以一短横线“-”隔开。42第一章 冷冲压的基本知识 在类、列、组和主要规格完全相同,只是次要参数不同的锻压机械,按变型处理,即在原型号的字母后加一个字母A、B、C等,依次表示为第一、第二、第三次变型。例如JA31-160A曲柄压力机的型号意义是 43第一章 冷冲压的基本知识 型号表示方法说明如下:第一个字字母母J J为类代号,用汉语拼音字母表示。在锻压设备中,与曲柄压力机有关的有5类:机械压力机、线材成型自动机、锻机、剪切机和弯曲校正机,见表1-5。44第一章 冷冲压的基本知识 表表1-5锻压机械类别代号锻压机械类别代号 45第一章 冷冲压的基本知识 第二个字母代表同一型号产品的变型顺序号。凡主参数与基本型号相同,但其它某些基本参数与基本型号不同的,称为变型,用字母A、B、C表示。46第一章 冷冲压的基本知识 第三、第四个数字代表主参数。前面一个数字代表“列”,后一个数字代表“级”。每类锻压设备分为10列,每列分为10组。47第一章 冷冲压的基本知识 横线后面的数字代表主参数。一般用压力机的标称压力作为主参数。型号中的标称压力用工程单位制的“tf”表示,转化为法定单位制的“kN”时,应把此数乘以10。48第一章 冷冲压的基本知识 最后一个字母代表产品的重大改进顺序号,凡型号已确定的锻压机械,若结构和性能上与原产品有显著不同,则称为改进,用字母A、B、C表示。有些锻压设备紧接列、级代号后面还有一个字母,代表设备的通用特性,例如J21G-20中的“G”代表“高速”;J92K-250中的“K”代表“数控”。49第一章 冷冲压的基本知识 二、偏心冲床二、偏心冲床 50第一章 冷冲压的基本知识 图1-12 J31-315型压力机工作原理图 51第一章 冷冲压的基本知识 三、曲轴冲床三、曲轴冲床 52第一章 冷冲压的基本知识 图1-9JB23-63型压力机结构图 53第一章 冷冲压的基本知识 图1-10JB23-63型压力机运动原理图 54第一章 冷冲压的基本知识 四、曲柄压力机的主要技术参数四、曲柄压力机的主要技术参数公公称称压压力力：指滑块离下止点前某一特定距离或曲柄旋转到离下止点前某一特定角度，滑块上所允许的最大作用力。例如J35315型压力机的公称压力为3450kN，它是指滑块离下止点前10.5mm或者曲柄旋转到离下止点前20时，滑块上所允许的最大作用力公称压力是压力机的主要参数，我国压力机的公称压力已经系列化 55第一章 冷冲压的基本知识 滑滑块块行行程程:指滑块从上止点到下止点所经过的距离,其大小随工工艺艺用用途途和公称压力的不同而不同。例如,冲冲裁裁用用的的曲曲柄柄压力机行程较小压力机行程较小,拉深用的压力机行程较大拉深用的压力机行程较大。行行程程次次数数:指滑块每分钟从上止点到下止点,然后再回到上止点所往复的次数。一般小型压力机和用于冲裁的压力机行程次数较多,大型压力机和用于拉深的压力机行程次数较少。56第一章 冷冲压的基本知识 闭闭合合高高度度:指滑块在下止点时,滑块下平面到工作台上平面（即垫板下平面）的距离。当闭合高度调节装置将滑块调整到最上位置时,闭合高度最大,称为最大闭合高度最大闭合高度;将滑块调整到最下位置时,闭合高度最小,称为最小闭合高度最小闭合高度。闭合高度从最大到最小可以调节的范围,称为闭合高度调节量闭合高度调节量。模具闭合高度与装模高度的关系模具闭合高度与装模高度的关系 57第一章 冷冲压的基本知识 装装模模高高度度：当工作台面上装有工作垫板,并且滑块在下止点时,滑块下平面到垫板上平面的距离为装模高度。在在最最大大闭闭合合高高度度状状态态时时的的装装模模高高度度为为最最大大装装模模高高度度,在在最最小小闭闭合合高高度度状状态态时时的的装装模模高高度度为为最最小小装装模模高高度度。装模高度与闭合高度之差为垫板厚度。58第一章 冷冲压的基本知识 工工作作台台面面尺尺寸寸:压力机工作台面(或垫板平面)的长、宽尺寸一般应大于模具下模座尺寸,且每边留出60100mm,以便于安装固定模具。当冲压件或废料从下模漏料时,工作台孔尺寸必须大于漏料件尺寸。对于有弹顶装置的模具,工作台孔还应大于弹顶器的外形尺寸。偏心压力机传动系统偏心压力机传动系统59第一章 冷冲压的基本知识 滑滑块块模模柄柄孔孔尺尺寸寸:滑块上模柄孔的直径应与模具模柄直径一致,模柄孔的深度应大于模柄夹持部分长度。电电动动机机的的功功率率:一般在保证了冲压工艺力的情况下,压力机的电机功率是足够的。但在某些施力行程较大的情况下,也会出现压力足够而功率不够的现象,此时必须对压力机的电机功率进行校核,保证电机功率大于冲压时所需的功率。60第一章 冷冲压的基本知识 压压力力机机的的精精度度:主要是指压力机在静态情况下,所测得的压力机应达到的各种精度指标,称为静态精度。它主要包括:工作台的平面度、滑块下平面的平面度、工作台面同滑块下平面的平行度、滑块行程同工作台面的垂直度、滑块中心孔和滑块行程的平行度等。61第一章 冷冲压的基本知识 五、压力机的选择原则五、压力机的选择原则 1.1.冲压设备类型的选择冲压设备类型的选择 冲压设备类型主要根据所要完成的冲冲压压工工艺艺性性质质、生生产产批量批量、冲压件的尺寸大小冲压件的尺寸大小和精度要求精度要求等来选择。(1)(1)对对于于中中、小小型型冲冲裁裁件件、弯弯曲曲件件或或拉拉深深件件等等,主主要要选选用用开式机械压力机开式机械压力机。开式压力机虽然刚度不高,在较大冲压力的作用下,床身的变形会改变冲模间隙分布,降低模具寿命和冲压件表面质量,但是由于它提供了极为方便的操作条件等特点,所以目前仍是中小型冲压件生产的主要设备。62第一章 冷冲压的基本知识(2)对于大、中型冲压件对于大、中型冲压件,多选用多选用闭式机械压力机闭式机械压力机,包括一般用途的通用压力机和专用的精密压力机、双动或三动拉深压力机等。其中薄板冲裁或精密冲裁时,选用精度和刚度较高的精密压力机;大型复杂拉深件生产中,应尽量选用双动或三动压力机,可使所用模具结构简单,调整方便。双双动动闭闭式式拉拉深深压压力力机机63第一章 冷冲压的基本知识(3)在小批量生产中在小批量生产中,多采用多采用液压机液压机或或摩擦压力机摩擦压力机。液压机没有固定的行程,不会因为板料厚度的变化而超载,与机械压力机相比具有明显的优点,因此特别适合大型厚板冲压件的生产。64第一章 冷冲压的基本知识 液压机但液压机的速度低,生产效效率率不不高高,而且冲压件的尺尺寸寸精精度度有时受到操作因素的影响而不不十十分分稳稳定定。液压机的结构简单,造价低廉,不易发生超载破坏等特点,因此在小小批批量量生生产产中中常常用用来来弯弯曲曲大大而而厚厚的的弯弯曲曲件件。65第一章 冷冲压的基本知识 摩摩擦擦压压力力机机图图66第一章 冷冲压的基本知识(4)在大批量生产或形状复杂件的大量生产中,应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机。67第一章 冷冲压的基本知识 2.2.冲压设备规格的确定冲压设备规格的确定 在冲压设备的类型选定以后,应该进一步根据冲压件的尺寸、模具的尺寸和冲压力来确定设备的规格。(1)所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力,即 F压机F总 68第一章 冷冲压的基本知识(2)压力机的行程大小应适当。由于压力机的行程影响到模具的张开高度,因此对对于于冲冲裁裁、弯弯曲曲等等模模具具,其其行行程程不不宜宜过过大大,以以免免发发生生与与导导板板分分离离(导导板板模模)或或滚滚珠珠导导向向装装置置脱脱开开的的不不良良后后果果。对对于于拉拉深深模模,压压力力机机的的行行程程至至少少应应大大于于成成品品零零件件高高度度的的两倍以上两倍以上,以保证毛坯的放进和成型零件的取出。(3)压压力力机机工工作作台台面面的的尺尺寸寸必必须须大大于于模模具具下下模模座座的的外外形形尺尺寸寸,并并还还要要留留有有安安装装固固定定的的余余地地。但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时,对工作台的受力条件也是不利的。69第一章 冷冲压的基本知识 (4)所选压力机的闭合高度应与冲模的闭合高度相适应。即满足:冲冲模模的的闭闭合合高高度度介介于于压压力力机机的的最最大大闭闭合合高高度度和和最最小小闭闭合高度之间的要求合高度之间的要求。70第一章 冷冲压的基本知识 3.常用冲压设备规格常用冲压设备规格 表表1-7开式固定台压力机开式固定台压力机(部分部分)主要技术规格主要技术规格 71第一章 冷冲压的基本知识 表表1-7开式固定台压力机开式固定台压力机(部分部分)主要技术规格主要技术规格 72第一章 冷冲压的基本知识 表表1-8开式双柱可倾式压力机开式双柱可倾式压力机(部分部分)主要技术规格主要技术规格73第一章 冷冲压的基本知识 表表1-9闭式压力机闭式压力机(部分部分)主要技术规格主要技术规格 74第一章 冷冲压的基本知识 本次课结束75第一章 冷冲压的基本知识 弹性模量解释零件材料在弹性变形范围内服役的过程中，在载荷下抵抗零件材料在弹性变形范围内服役的过程中，在载荷下抵抗变形的能力，以刚度来衡量。在承受拉压载荷的构件中，变形的能力，以刚度来衡量。在承受拉压载荷的构件中，引起单位应变的载荷称为该零件的刚度，即引起单位应变的载荷称为该零件的刚度，即 P/=A/=EA 式中：式中：P载荷，载荷，纵向应变，纵向应变，纵向应力，纵向应力，A零件的横截面面积。零件的横截面面积。而而 E=/，即纵向应力与纵向应变的比值，就称为材料的，即纵向应力与纵向应变的比值，就称为材料的弹性模量。弹性模量。由此有由此有=/E，即材料的弹性模量，即材料的弹性模量E值越大，在一定的纵值越大，在一定的纵向载荷或应力下产生的纵向应变越小；也就是说，刚度向载荷或应力下产生的纵向应变越小；也就是说，刚度P/越大。越大。76第一章 冷冲压的基本知识 77