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模具设计含精度
一︰冷冲压工艺概念
A. 冷冲压的定义︰是建立在金属塑性变形的基础上，在常温下利用冲模和冲压设备对材料施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得一定形状，尺寸和性能的工件。
B. 冷冲模的定义︰是冲压加工中将材料（金属或非金属）加工成工件或半成品的一种工艺设备。
C. 冷冲压工艺特点︰
① 靠模具与冲压设备加工完成的过程，生产率高，操作简单，便于实现机械化和自动化。
② 冲压产品的尺寸由模具保证，质量稳定，不需要再经机械加工即可使用。
③ 冷冲压不需要加热，是一种节能的加工方法。
④ 在冲压过程中材料表面不受破坏。
⑤ 冷冲压是集表面质量好，重量轻，成本低于一身的加工方法，在现代工业生产中应用广泛
二 ︰冷冲压工序分类
1. 冲压工序的分类：分离工序，塑料成形工序。
① 分离工序：是使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序。
例如：落料，冲孔，切边，切口，剖切，整修等。
② 塑性成形工序：是材料在不破裂的条件下产生塑性变形的工序，从而获得一定形状，尺寸和精度要求的零件。
例如：弯曲，卷边，拉深，起伏成形，翻边，胀形，缩口，整形等。
2 . 模具的分类：单工序模，级进模（连续模），复合模。
① 单工序模：在冲压一次形成过程中，只能完成一个冲压工序的模具。
② 级进模（连续模）：在冲压的一次行程过程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。
③ 复合模：在冲压的一次行程过程中，在同一工位上完成两道或两道以上冲压工序的模具。
三︰冲压模具分类
根据模具完成冲压工序的内容不同，结构和类型不同，模具分类方法有三种
l 按完成工序特征分，模具分为：冲裁模，弯曲模，拉深模，成形模等
l 按模具的导向形式分，模具分为：无导向模具，导板，导柱，导套导向模具。
l 按模具完成的冲压内容分，模具可分为：单工序模具，组合工具模具（复合模和级进模）。
四：典型的模具组成
不同的冲压零件，不同的冲压工序所使用的模具也不一样，但模具的基本结构组成，按其功能用途大致分为六部分组成。
①． 工作零件—直接对坯料、板料进行冲压加工的冲模零件，如凸模，凹模，图凹模。
②． 定位零件—确定条料或坯料在冲模中正确位置零件。如定位板，定位销，挡料销，导正销，导料板，侧刃。
③． 卸料及压料零件—将冲切后的零件或废料从模具中卸下来的零件。如卸料板，推件装置，顶件装置，压边圈。
④． 导向零件—用以确定上下模的相对位置，保证运动导向精度的零件。如导柱，导板，导套，导筒。
⑤． 支撑零件—将凸模、凹模固定在上、下模上，以及将上下模固定在压力机上的零件。如上、下模座、模柄、凸、凹模固定板、垫板。
⑥． 连接零件（紧固及其他零件）--把模具上所有零件连接成一个整体的零件。如螺钉、销钉、限位器弹簧、橡胶垫和其他。
五．常见冲压材料
1.常见冲压材料一般有两种
（1），金属材料—适合于成形工序和分离工序。如钢，铜，铝，镁，镍，钛，各种贵重金属及各种合金。
（2），非金属---适合于分离工序。如各种纸板，纤维板，塑料板，皮革，胶合板等。
2.冲压材料的规格及发展
（1），常见的金属冲压材料：板料，带料。
特点：足够的长度，可以提高材料的利用率，带料开卷后需要整平。
适用：大批量生产的自动送料。
（2），新型冲压材料：高强度钢板，耐腐蚀钢板，双相钢板，涂层板及复合板材。
六．模具材料的选用原则及考虑因素
1.模具材料的选用原则：
（1），要有足够的使用性能。
（2），良好的工艺性能。
（3），合理的经济性能。
2.选用模具材料应考虑的因素
（1），模具的工作条件：如模具的受力状态，工作温度，腐蚀性等
（2），模具的工作性质。
（3），模具结构因素：如模具的大小，形状，各部件的使用，使用性能。
（4），模具的加工手段。
（5），热处理要求。
七 .冲裁工艺及冲裁模具的设计
1. 冲裁定义
l 冲裁是使材料一部分相对另一部分发生分离，是冲压加工方法中的基础工序
l 落料若冲裁的目的是为获取有一定形状轮廓和尺寸的冲落部分，剩余的带孔部分为废料，称为落料工序
l 冲孔若冲裁的目的是为获取一定形状和尺寸的内孔，冲落部分称为废料，带孔部分称为工件，称为冲孔工序，
2. 冲裁变形过程
a) 弹性变形
b) 塑性变形
c) 断裂分离
3. 断裂分析
a) 塌角带（圆角带）：其大小与材料塑性和模具间隙有关。
b) 光亮带（剪切带）：光亮且垂直于断面，普通冲裁约占整个断面的1／3 1／2以上
c) 断裂带粗糙且有锥度
d) 毛刺成竖直环状是模具拉挤的结果
4. 间隙对断面质量的影响
i. 选用中等间隙（普通冲裁合理间隙）：材料在凸凹模刃口处产生的上下裂纹相互重合于同一位置，冲裁件断面光亮带区域较大，而塌角和毛刺区域较小，断裂锥度适中，零件表面较平整，冲裁件断面质量较好。
ii. 选用较小间隙：冲裁件断面光亮带增加，塌角，毛刺，断裂带均减小，如果间隙过小，会使上下两裂纹不重合行成第二条光亮带毛刺拉长，冲裁件断面质量较差。
iii. 选用较大的间隙：冲裁件断面带出现较大的断裂带，使光亮带变小，毛刺和锥度较大，塌角增加，断面质量更差。
5. 冲裁模设计与有关计算
a) 冲裁件工艺指工件在冲裁加工中的难易程度。
b) 排样冲裁件在板料或条料上的布置方式。
c) 搭边指冲裁时制件与制件之间，制件与条（板）料边缘之间的余料。
d) 压料中心指冲压力合力的作用点
e) 冲压力是冲裁力卸料力推件力和顶料力的总和。
i. 冲裁力冲裁过程中凸模对板料的压力，随凸模行程
ii. 卸料力是将箍在凸模上的材料卸下所需的力。
iii. 推件力是将落料件顺着冲裁方向从凹模洞口推出所需的力
iv. 顶料力是将落料件逆着冲裁方向顶出凹模刃口时所需的力
6. 排样方法
a) 从废料角度上分：有废料排样少废料排样无废料排样
b) 按制件在材料上的排列形式分：直排法、斜排法、对排法混合排法、多排法和冲裁搭边法
7. 搭边值得确定
a) 搭边值的大小决定于制件的形状、材质、料厚及板料的下料方法，其大小影响材料的利用率一般由经验确定或查表。

七.弯曲
1.弯曲模的基础。
①．弯曲：是使材料产生塑性变形，将平直板材或管材等型材的毛坯或半成品，放在模具中进行弯曲，得到一定角度或形状的加工方法。
②．回弹：弯曲变形后，弯曲件的形状大小均不一样，这种现象称为回弹。
③．回弹的影响因素：
l 材料的力学性能。屈服强度越大，弹性模量越小，回弹量越大。及与屈服强度6s成正比，与弹性模量E成反比。
l 弯曲角Q。弯曲角越大，回弹角越大，但弯曲角对曲率半径的回弹没有影响。
l 相对弯曲半径R∕t。相对弯曲半径越小，回弹值越小。
l 弯曲方式及模具结构。校正弯曲比自由弯曲回弹量小，弯曲件的形状对回弹影响很大，如U形件回弹量比V形件回弹量小。
l 弯曲力。弯曲力越大，回弹值越小。
l 模具间隙。间隙值越大，回弹值越大。
2. 回弹的表现形式
回弹的大小一般是用角度回弹量与曲率回弹量来表示
（1），角度回弹量△Q=Q0 –Q Q为模具的角度。 Q0 弯曲后的实际角度。
（2），曲率回弹量△p=p0-p p为凸模半径 p0弯曲后的实际曲率半径。
最小弯曲半径：在保证坯料外表面纤维不发生破坏的前提下，弯曲件能够弯曲成的内表面最小的圆角半径。
最小弯曲半径的影响因素
1. 材料的力学性能。材料的塑性越好，最小弯曲半径越小。
2. 弯曲中心角（a）。弯曲中心角越大，最小弯曲半径越小。
3. 板料的纤维方向与弯曲线夹角的影响。弯曲时弯曲线垂直于纤维方向比平行时的效果要好，即垂直时弯曲不易开裂。
4. 弯曲件宽度。相对宽度越大其应变强度越大，反之越小。
5. 弯曲件板料厚度。一般板料厚度越大，最小弯曲半径越大。
6. 板料表面与断面质量的影响。板料表面和断面质量较差时，其最小弯曲半径值越大
3．提高弯曲件质量的措施
1) .减小回弹的方法。补偿法，校正法，拉弯工艺，正确选择弯曲件结构。
2) . 弯曲件开裂。选择塑性好的材料，毛坯表面的质量要好，弯曲时排样要注意板料或卷料的压轧方向。
3) .偏移。模具结构上采用压料装置，采用定位板，定位销，工艺方案要合理。
4) .底部不平。采用顶料板，在弯曲时合理加大定料力。
5) .表面擦伤。清洁工作表面，采用合理的表面粗糙值。采用合理的圆角半径及凸模与凹模的间隙。
4.保证弯曲件质量的基本原则
u 正确制定冲压工艺方案。
1) 选择合理的下料和制坯方式。
2) 注意板料（卷料，条料）的轧制方向和毛刺的正，反面。
3) 正确确定毛坯展开尺寸。
4) 弯曲工艺方案的制定应充分考虑弯曲件尺寸标注方式，注意带孔弯曲件的冲压工序安排。
5) 尽量减少弯曲次数，提高弯曲件精度。
6) 增加整形与校平工序。
u 模具设计，制造与日常维护。
1) 定位装置必须准确，可靠。
2) 合理安排与设置强力压料装置。
3) 合理设计模具的结构，减小回弹。
4) 合理确定凸凹模间隙，凹模圆角半径及深度之间的关系。
5.多部位弯曲模
l 弯曲应变中性层位置的确定
a) 中性层是确定弯曲件毛坯长度的依据︰在变形程度较小时，一般是位于板厚的中间，当变形量增大时塑性变形成份增至很多，则中性层位置内移，使外层拉伸区大于内层压缩区。板料厚度变薄，毛坯总长度增大。相对变曲半径越小，中性层内移越大，板料变薄越严重。
b) 中性层位置确定的计算公式︰p=R+Kt p中性层半径 R弯曲件内弯半径 K中性层系数 t板料厚度
l 弯曲件毛坯尺寸计算
1. 有圆角半径弯曲（R>0.5t的弯曲） L=L1+L2+π（R+Kt）a L为弯曲件展开长度 A为圆角区的展开长度 a为弯曲圆角区的中心角度
2. 无圆角半径弯曲（R<0.5t的弯曲） L=L1+L2+(0.4～0.6)t
Ø 弯曲力计算
n V形弯曲件 F1=0.6KBt26b∕R+t u形弯曲件 F1=0.7KBt26b∕R+t 校正弯曲力F2=qA
n F1自由弯曲力 B弯曲件宽度（mm） 6b材料抗拉强度 K安全系数K=1.3 q 单位校正力（Mpa） A弯曲件校正部分的投影面积（mm2）
Ø 弯曲模工作部分的尺寸计算
1. 凸模圆角半径：一般凸模圆角半径等于或小于弯曲线内弯曲半径；当零件圆角半径较大（R／t>10）,且精度有较高要求时，应考虑回弹影响，将凸模半径R凸适当修正。
2. 凹模圆角半径：圆角半径不能过小，以免擦伤工件表面，影响冲模寿命。凹模圆角半径大小与板料进入凹模的深度、弯边高度和板料厚度有关。一般板料厚度选取 t<2 R凹=（3～6）t t=2～4 R凹=（2～3）t t>4 (mm) R=2t
3. 凹模深度：凹模深度过小，弯曲毛坯的两边自由长度太长，弯曲件弹复太大、不平直；凹模深度过大，凹模增大，成本过大，且压力机行程也要增大。故选取要合理
4. 模具间隙
l V形弯曲模的凸、凹模间隙是靠调整压力机的闭合高度控制的，设计时可以不考虑。
l U形弯曲模应选择合适的间隙，间隙过小，会使工件弯曲厚度变薄，降低凹模寿命，增大弯曲力；间隙过大，则回弹大，降低工件精度。U形件弯曲模的凸凹模单边间隙计算一般可以按下式。弯曲有色金属 ：Z／2=tmin+nt 弯曲黑色金属：Z／2=t(1+n) Z／2为凸凹模单面间隙 tmin为最小板料厚度（mm） n为间隙系数
l 凸凹模横向尺寸计算
i. 凸凹模工作部位尺寸计算原则：
a) 零件标注外形尺寸时，则模具是以凹模为基准件，间隙取在凸模上。
b) 零件标注內形尺寸时，相反。
i. 零件标注外形尺寸L0-△
1. 零件标注双向偏差 L凹=（L-）0+6凹
2. 零件标注单向偏差L凹=（L-△）0+6凹
3. 凸模尺寸计算公式：L凸=（L凹-Z）0-6凸
ii. 零件标注內形尺寸L+△0
1. 零件标注双向偏差 L凸=（L+△）0-6凸
2. 零件标注单向偏差 L凸=(L+△) 0-6凸
3. 凹模尺寸计算公式：L凹=( L凸+Z) 0+6凹
L凹凹模工作部位尺寸 L--弯曲件外形或內形基本尺寸 6凸 6凹 制造偏差
△为弯曲件尺寸公差 Z凸模与凹模的双面间隙