钣金模具成型及工艺讲解.ppt

钣金模具成型及工艺讲解钣金模具成型及工艺讲解内容简介：内容简介：第一章第一章 冲压模具设计与制造基础冲压模具设计与制造基础第二章第二章 冲裁工艺与冲裁模设计冲裁工艺与冲裁模设计第三章第三章 弯曲工艺与弯曲模设计弯曲工艺与弯曲模设计第四章第四章 拉深工艺与拉深模设计拉深工艺与拉深模设计第五章第五章 其它成形工艺与模具设计其它成形工艺与模具设计第六章第六章 冲压模具设计与制造实例冲压模具设计与制造实例冲压冲压：一、冲压与冲模概念第一章 冲压模具设计与制造基础冲压模具设计与制造基础1.基本概念冲压生产场景室温下 压力机 模具 材料 分离或塑性变形。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）加工设备：主要是压力机加工工艺装备：冲压模具一、冲压与冲模概念1.基本概念冲压模具：冲压模具：在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。一、冲压与冲模概念1.基本概念合理的冲压工艺先进的模具高效的冲压设备冲压生产的三三要要素素特别强调：冲压模具重要性冲压模具重要性 冲模一种特殊特殊工艺装备。冲模与冲压件有 “一模一样”的关系。冲模没有通用性。冲模是冲压生产必不可少必不可少的工艺装备，决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。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、高附技术密集、高附加值加值型产品。一、冲压与冲模概念1.基本概念2冲压成形加工特点 低低耗耗、高效高效、低低成本成本 “一模一样一模一样”、质量稳定质量稳定、高一致性高一致性 可加工薄壁薄壁、复杂复杂零件 板材有良好的冲压成形性能良好的冲压成形性能 模具成本高模具成本高 所以，冲压成形适宜批量批量生产生产。一、冲压与冲模概念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2冲压成形加工特点（续）一、冲压与冲模概念冲压成形产品示例二高科技产品二、冲压工序的分类 根据材料的变形特点分：分离工序分离工序：分离工序、成形工序冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限b，使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分离工序主要有剪裁和冲裁等。成形工序成形工序：冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限s，但未达到强度极限b，使材料产生塑性变形，从而成形零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。二、冲压工序的分类1.冲模的分类三、冲模冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模等。（2）根据工序组合程度分类：单工序模、复合模、级进模（1）根据工艺性质分类：2.冲模组成零件冲模通常由上、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：三、冲模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.冲压产品生产流程：四、冲模设计与制造的要求（冲压）产品设计冲压成形工艺设计冲压模具设计冲模制造冲压产品生产相互影响相互关联冲模设计与制造流程图 冲压模具设计与制造包括冲冲压压工工艺设计艺设计、模具模具设计设计与模具制造模具制造三大基本工作。冲压工艺设计是冲模设计的基础和依据。冲模设计的目的是保证实现冲压工艺。冲模制造则是模具设计过程的延续，目的是使设计图样，通过原材料的加工和装配，转变为具有使用功能和使用价值的模具实体。四、冲模设计与制造的要求冲模设计与制造场景冲模制造多工位精密级进模冲压成形产品示例一日常用品第二章 冲裁工艺与冲裁模设计第一节第一节 概述概述分类分类:冲裁模冲裁模：冲裁冲裁：利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。冲裁所使用的模具叫冲裁模，它是冲裁过程必不可少的工艺装备。凸、凹模刃口锋利，间隙小。普通冲裁、精密冲裁第二节 冲裁变形过程分析一、冲裁变形时板材变形区受力情况分析四对力 冲裁时作用于板料上的力 1-凸模 2-板材 3-凹模 了解和掌握冲裁变形规律，有利于冲裁工艺与冲裁模设计，控制冲裁件质量。凸、凹模间隙存在，产生弯矩弯矩。间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为三个阶段：二、冲裁变形过程1弹性变形阶段弹性变形阶段 变形区内部材料应力小于屈服应力。2塑性变形阶段塑性变形阶段 变形区内部材料应力大于屈服应力。凸、凹模间隙存在，变形复杂，并非纯塑性剪切变形，还伴随有弯曲、拉伸，凸、凹模有压缩等变形。3断裂分离阶段断裂分离阶段 变形区内部材料应力大于强度极限。裂纹首先产生在凹模刃口附近的侧面凸模刃口附近的侧面上、下裂纹扩展相遇材料分离 冲裁件质量：三、冲裁件质量及其影响因素垂直、光洁、毛刺小 图纸规定的公差范围内 外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小指断面状况断面状况、尺寸精度尺寸精度和形状误差形状误差。三、冲裁件质量及其影响因素1、冲裁件断面质量及其影响因素断面特征圆角带圆角带a a：刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。光亮带光亮带b：塑性剪切变形。质量最好的区域断裂带断裂带c：裂纹形成及扩展。毛刺区毛刺区d：间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，间隙不正常、刃口不锋利，还会加大毛刺。第三章第三章 弯曲工艺与弯曲模设计弯曲工艺与弯曲模设计第一节 概述弯曲方法弯曲方法：弯曲模：将板料、型材、管材或棒料等按设计要求弯成一定的角度和一定的曲率，形成所需形状零件的冲压工序。弯曲所使用的模具。弯曲方法可分为在压力机上利用模具进行的压弯以及在专用弯曲设备上进行的折弯、滚弯、拉弯等。生活中的弯曲件用模具成形的弯曲件之一、之二V形弯曲是最基本的弯曲变形。一、弯曲变形过程1.弯曲变形时板材变形区受力情况分析变形区主要在弯曲件的圆角部分，板料受力情况如图所示。2.弯曲变形过程自由弯曲校正弯曲弹性弯曲塑性弯曲弯曲效果：表现为弯曲半径和弯曲中心角的变化（减小）。二、塑性弯曲变形区的应力、应变窄板（B/t3）：弯曲后坐标网格变化。宽板（B/t3）：内区宽度增加，外区宽度减小，原矩形截面变成了扇形 横截面几乎不变，仍为矩形内区中性层外区二、塑性弯曲变形区的应力、应变应力状态 宽板（B/t3）窄板（B/t3）长度方向1：内区受压，外区受拉厚度方向2：内外均受压应力 宽度方向3：内外侧压力均为零长度方向1：内区受压，外区受拉厚度方向2：内外均受压应力 宽度方向3：内区受压，外区受拉两向应力三向应力相对弯曲半径相对弯曲半径（r/tr/t）：三、变形程度及其表示方法弯曲中心角为 表示板料弯曲变形程度的大小。1中性层的内移四、板料弯曲的变形特点变形区板料厚度变薄和长度增加细而长的板料弯曲后的纵向翘曲与窄板弯曲后的剖面畸变管材、型材弯曲后的剖面畸变最小弯曲半径最小弯曲半径r rminmin：在板料不发生破坏的条件下，所能弯成零件内表面的最小圆角半径。常用最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径r rminmin/t/t表示弯曲时的成形极限。其值越小越有利于弯曲成形。五、最小弯曲半径1.影响最小弯曲半径的因素（）材料的力学性能（）材料表面和侧面的质量（）弯曲线的方向（）弯曲中心角 第四章第四章 拉深工艺与拉深模设计拉深工艺与拉深模设计第一节第一节 概述概述拉深拉深：又称拉延，是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它是冲压基本工序之一。可以加工旋转体零件，还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件。拉深不变薄拉深不变薄拉深变薄拉深拉深模拉深模：拉深模特点特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。拉深所使用的模具。圆筒形件是最典型的拉深件。一、拉深变形过程（二）拉深变形过程及特点1变形现象（一）拉深成形时板料的受力分析 平板圆形坯料的凸缘弯曲绕过凹模圆角，然后拉直形成竖直筒壁。变形区凸缘；已变形区筒壁；不变形区底部。底部和筒壁为传力区。一、拉深变形过程（二拉深变形过程及特点（续）2金属的流动过程 工艺网格实验材料转移：高度、厚度发生变化。3拉深变形过程外力凸缘产生内应力：径向拉应力1；切向压应力3凸缘塑性变形：径向伸长，切向压缩，形成筒壁直径为高度为的圆筒形件（H（D-d）/2）拉深单元变形动画1.凸缘部分二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态拉深过程中某一瞬间坯料所处的状态应力分布图2.凹模圆角部分 3.筒壁部分 4.凸模圆角部分5.筒底部分 坯料各区的应力与应变是很不均匀的。拉深成形后制件壁厚和硬度分布三、拉深件的起皱与拉裂 拉深过程中的质量问题质量问题：主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。凸缘区起皱凸缘区起皱：传力区拉裂传力区拉裂：由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。1.1.凸缘变形区的起皱凸缘变形区的起皱主要决定于主要决定于：一方面是切向压应力3的大小，越大越容易失稳起皱；另一方面是凸缘区板料本身的抵抗失稳的能力。凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越小，抵抗失稳能力越小。最易起皱的位置最易起皱的位置：凸缘边缘区域起皱最强烈的时刻起皱最强烈的时刻：在Rt=（0.70.9）R0时防止防止起皱：三、拉深件的起皱与拉裂 2.筒壁的拉裂主要取决于主要取决于：一方面是筒壁传力区中的拉应力；另一方面是筒壁传力区的抗拉强度。当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处“危险断面”产生破裂。防止防止拉裂：一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所受拉应力。第五章第五章 其它成形工艺与模具设计其它成形工艺与模具设计第一节第一节 概述概述 在冲压生产中，通过板料的局部变形局部变形来改变毛坯的形状和尺寸的冲压成形工序，统称为其它冲压成形工序。应用这些工序可以加工许多复杂零件。伸长类成形伸长类成形：如胀形和圆内孔翻孔，成形极限主要受变形区过大拉应力而破裂的限制；压缩类成形压缩类成形：如缩口和外缘翻凸边，成形极限主要受变形区过大压应力而失稳起皱的限制。当坯料外径与成形直径的比值/时，其成形完全依赖于直径为的圆周以内金属厚度的变薄变薄实现表面积的增大表面积的增大而成形。胀形的变形区一、胀形的变形特点 起伏成形俗称局部胀形局部胀形，可以压制加强筋、凸包、凹坑、花纹图案及标记等。1压加强筋二、平板坯料的起伏成形简单的起伏成形零件，其极限变形程度可按下式近似确定：若零件的加强筋超过极限变形程度时，可以采用多次成形的方法压制加强筋所需的冲压力，可用下式近似计算：空心坯料的胀形:三、空心坯料的胀形刚性模具胀形软模胀形 轴向压缩和高压液体联合作用的胀形 俗称凸肚凸肚，它是使材料沿径向拉伸，将空心工序件或管状坯料向外扩张，胀出所需的凸起曲面，如壶嘴、皮带轮、波纹管等。三、空心坯料的胀形2.胀形的变形程度常用胀形系数表示和坯料伸长率三、空心坯料的胀形3.胀形的坯料尺寸计算 坯料直径坯料长度式中 变形区母线长度；坯料切向拉伸的伸长率；切边余量，一般取1020。三、空心坯料的胀形4.胀形力的计算胀形时，所需的胀形力可按下式计算：胀形单位面积压力可用下式计算：胀形变形区实际应力，近似估算时取式中（材料的抗拉强度）第三节第三节 翻边翻边翻边：在模具的作用下，将坯料的孔边缘或外边缘冲制成竖立边的成形方法。1圆孔翻边（）圆孔翻边的变形特点与变形程度 一、内孔翻边变形程度极限翻边系数 翻边后竖边边缘的厚度，可按下式估算：1圆孔翻边一、内孔翻边（）翻边的工艺计算1）平板坯料翻边的工艺计算预冲孔直径d竖边高度H或极限高度1圆孔翻边一、内孔翻边（）翻边的工艺计算2）先拉深后冲底孔再翻边的工艺计算 先拉深后翻边的高度h预制孔直径或翻边的极限高度拉深高度1圆孔翻边一、内孔翻边（）翻边力的计算用圆柱形平底凸模翻边时，可按下式计算：用锥形或球形凸模翻边的力略小于上式计算值1圆孔翻边一、内孔翻边（）翻边模工作部分的设计翻边凹模圆角半径可取该值等于零件的圆角半径；翻边凸模圆角半径应尽量取大些，以便有利于翻边变形。凸、凹模单边间隙/2（0.750.85）圆孔翻边凸模的形状和主要尺寸1圆孔翻边一、内孔翻边（）翻边模工作部分的设计翻边凹模圆角半径可取该值等于零件的圆角半径；翻边凸模圆角半径应尽量取大些，以便有利于翻边变形。凸、凹模单边间隙/2（0.750.85）圆孔翻边凸模的形状和主要尺寸6模具总装图（右图）一、冲裁模设计与制造实例7冲压设备的选定8模具零件加工工艺 模具关键零件因采用线切割，所以这些零件的加工就变得相对简单。第八章 冷冲压模具设计与制造实例 盖落料-拉深复合模1-凸凹模 2-推件块 3-固定卸料板 4-顶件块 5-落料凹模 6-拉深凸模 第八章 冷冲压模具设计与制造实例 第八章 冷冲压模具设计与制造实例 材料CrWMn 热处理6064HRC材料：CrWMn 热处理：工作部分局部淬火，硬度6064HRC第八章 冷冲压模具设计与制造实例