第一章沖壓模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)

1、內(nèi)容提要內(nèi)容提要 本章內(nèi)容包括：沖壓和沖模概念、沖壓工序和沖模分類； 常見沖壓設(shè)備及工作原理、模具與壓力機(jī)的關(guān)系 ；沖壓成形 性能及常見沖壓材料；模具材料種類、性能、選用原則及熱 處理方法；模具制造特點(diǎn)、模具零件加工方法及應(yīng)用等 。 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 1.1 沖壓成形與模具技術(shù)概述 一、基本概念 沖壓成形在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材 料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零 件的一種壓力加工方法。 沖壓模具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（俗稱沖

2、模）。 二、沖壓工序的分類 1. 分離工序 2. 成形工序 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 分離工序沖壓成形時(shí)，變形材料內(nèi)部的應(yīng)力超過強(qiáng)度極 限b，使材料發(fā)生斷裂而產(chǎn)生分離，從而成形零件。分離 工序主要有剪裁和沖裁等。 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 成形工序成形工序沖壓成形時(shí)，變形材料內(nèi)部應(yīng)力超過屈服極限 s，但未達(dá)到強(qiáng)度極限b，使材料產(chǎn)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。 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 三、沖模 1.沖模的分類 按工藝性質(zhì)分沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等。 按工序組合分單工序模、復(fù)合模、級(jí)進(jìn)模 2

3、.沖模零件 工藝零件工藝零件直接參與工藝過程的完成并和坯料有直接接觸， 包括：凸模、凹模、定位零件、卸料與壓料零件等 結(jié)構(gòu)零件結(jié)構(gòu)零件不直接參與完成工藝過程，也不和坯料有直接 接觸，只對(duì)模具完成工藝過程起保證作用，或?qū)δ＞吖δ芷?完善作用，包括：導(dǎo)向零件、緊固零件、標(biāo)準(zhǔn)件及其它零件 等 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 四、沖模設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容 1.沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)流程 （沖壓）產(chǎn)品設(shè)計(jì) 沖壓成形工藝設(shè)計(jì) 沖壓模具設(shè)計(jì) 沖壓產(chǎn)品生產(chǎn) 沖模

4、制造 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 2.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造的內(nèi)容 沖壓工藝設(shè)計(jì)沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)與模具制造模具制造。 沖壓工藝設(shè)計(jì)沖模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)。 沖模設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)沖壓工藝。 沖模制造則是模具設(shè)計(jì)過程的延續(xù)，目的是使設(shè)計(jì)圖樣，通 過原材料的加工和裝配，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂惺褂霉δ芎褪褂脙r(jià)值的 模具實(shí)體。 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 1.2 沖壓設(shè)備及選用（工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容之一） 一、常見沖壓設(shè)備 機(jī)械壓力機(jī)（以Jxx表示其型號(hào)） 液壓機(jī)（以Yxx表示其型號(hào)） 摩擦壓力機(jī) 曲柄壓力機(jī) 數(shù)控沖床 油壓機(jī) 水壓機(jī) 曲柄壓力機(jī) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)

5、與制造基礎(chǔ) 數(shù)控沖床 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 摩擦壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng) 1-電機(jī) 2-傳送帶 3、5-摩擦盤 4-軸 6-飛輪 7、10-連桿 8-螺母 9-螺桿 11-擋塊 12-滑塊 13-手柄 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 偏心壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng) 1-滑塊 2-連桿 3-制動(dòng)裝置 4-偏心軸 5-離合器6-皮帶輪 7-電機(jī) 8-操縱機(jī)構(gòu) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 曲軸壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng) 1-電機(jī) 2-皮帶輪 3、4-齒輪 5-離合器 6-連桿 7-滑塊 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 油 壓 機(jī) MD&M 第一章 沖壓工藝

6、及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 類 型 設(shè)備名 稱 工作原理特點(diǎn) 機(jī) 械 壓 力 機(jī) 摩 擦 壓 力機(jī) 利用摩擦盤與飛輪之間相互 接觸并傳遞動(dòng)力，借助螺桿 與螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理而工作。 其傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1.2.1 所示。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)超負(fù)荷 時(shí)，只會(huì)引起飛輪與 摩擦盤之間的滑動(dòng)， 而不致?lián)p壞機(jī)件。但 飛輪輪緣磨損大，生 產(chǎn)率低。適用于中小 型件的沖壓加工，對(duì) 于校正、壓印和成形 等沖壓工序尤為適宜。 曲柄壓 力機(jī) 利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，電機(jī)通過皮 帶輪及齒輪帶動(dòng)曲軸傳動(dòng)，經(jīng)連桿使滑塊 作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。曲柄壓力機(jī)分為偏心壓 力機(jī)和曲軸壓力機(jī)，二者區(qū)別主要在主

7、軸， 前者主軸是偏心軸，后者主軸是曲軸。偏 心壓力機(jī)一般是開式壓力機(jī)，而曲軸壓力 機(jī)有開式和閉式之分。偏心壓力機(jī)和曲軸 壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1.2.2 和圖1.2.3 所示。 生產(chǎn)率高，適用 于各類沖壓加工 高速?zèng)_ 床 工作原理與曲柄壓力機(jī)相同，但其 剛度、精度、行程次數(shù)都比較高， 一般帶有自動(dòng)送料裝置、安全檢測(cè) 裝置等輔助裝置。 生產(chǎn)率很高，適用 于大批量生產(chǎn)，模 具一般采用多工位 級(jí)進(jìn)模。 液 壓 機(jī) 油壓機(jī) 水壓機(jī) 利用帕斯卡原理，以水或油為工作 介質(zhì)，采用靜壓力傳遞進(jìn)行工作， 使滑塊上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 壓力大，而且是靜 壓力，但生產(chǎn)率低。 適用于拉深、擠壓 等成形工序。 工作原理與特點(diǎn)

8、MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 二、沖壓設(shè)備規(guī)格的選擇 1.公稱壓力 2.滑塊行程 3.行程次數(shù) 4.工作臺(tái)面尺寸 5.滑塊模柄孔尺寸 6.閉合高度 公稱壓力公稱壓力： 壓力機(jī)許用壓力曲線：壓力機(jī)許用壓力曲線： 沖裁、彎曲時(shí)壓力機(jī)的噸 位應(yīng)比計(jì)算的沖壓力大30%左 右。 壓力機(jī)的許用壓力曲線 1壓力機(jī)許用壓力曲線 2沖裁工藝沖裁力實(shí)際 變化曲線 3拉深工藝?yán)盍?shí)際變化曲線 滑塊下滑到距下極 點(diǎn)某一特定的距離Sp (0.050.07 滑塊行程 )或曲柄旋轉(zhuǎn)到距下極點(diǎn) 某一特定角度時(shí)，所產(chǎn)生的 沖擊力稱為壓力機(jī)的公稱壓力。 實(shí)際沖壓力曲線與與壓力 機(jī)許用壓力曲線不同。 拉深時(shí)壓力

9、機(jī)噸位應(yīng)比計(jì) 算出的拉深力大60%100%。 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 壓力機(jī)的閉合高度壓力機(jī)的閉合高度： 壓力機(jī)的裝模高度壓力機(jī)的裝模高度： 模具的閉合高度模具的閉合高度： 理論上為理論上為： 實(shí)際上為實(shí)際上為： 模具與壓力機(jī)的關(guān)系模具與壓力機(jī)的關(guān)系 指滑塊在下止點(diǎn)時(shí)，滑塊底面到工作 臺(tái)上平面（即墊板下平面）之間的距離。 指壓力機(jī)的閉合高度減去墊板厚度的 差值。 指沖模在最 低工作位置時(shí)，上模座上平 面至下模座下平面之間的距 離。 Hmin-H1HHmaxH1 Hmin-H10HHmax-H5 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) H模具閉合高度； Hmin壓

10、力機(jī)的最小閉合高度； Hmax壓力機(jī)的最大閉合高度； H墊板厚度； M連桿調(diào)節(jié)量； HminH壓力機(jī)的最小裝模高度； Hmax-H壓力機(jī)的最大裝模高度。 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 1.3 板料成形理論簡(jiǎn)介 塑性成形平面應(yīng)力問題及其解法（應(yīng)力、應(yīng)變及其分布、 成形載荷） 1.平面應(yīng)力狀態(tài) 2.屈服準(zhǔn)則（屈服條件） 3.主應(yīng)力法(切塊法) 4.有限元法 1 1-3 3=(1=(11.155)1.155)S S MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) a）任意坐標(biāo)系 b）主軸坐標(biāo)系 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 9種主應(yīng)力狀態(tài)圖 平面應(yīng)力

11、狀態(tài) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 1.4 板料及其成形性能 1.硬化模型 2.硬化指數(shù) 3.各向異性與塑性應(yīng)變比 4.延伸率 5.屈強(qiáng)比（sb） 6.彈性模量E 7.成形極限圖(FLD) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 1.5 模具材料選用 不同沖壓方法，其模具類型不同，模具工作條件有差異， 對(duì)模具材料的要求也有所不同。 沖模工作零件主要長(zhǎng)期承受沖擊和摩擦等。表1.4.1是不同 模具工作條件及對(duì)模具工作零件材料的性能要求。 一、沖壓對(duì)模具材料的要求 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 二、沖模材料的

12、選用原則 1.根據(jù)模具種類及其工作條件，選用材料要滿足使用要求， 應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐沖擊、耐疲勞性等； 2.根據(jù)沖壓材料和沖壓件生產(chǎn)批量選用材料； 3.滿足加工要求，應(yīng)具有良好的加工工藝性能，便于切削加 工，淬透性好、熱處理變形??； 4.滿足經(jīng)濟(jì)性要求。 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 沖壓模具所用材料主要有碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鑄 鋼、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金以及鋅基合金、低熔點(diǎn)合 金、環(huán)氧樹脂、聚氨酯橡膠等。沖壓模具中凸、凹模等 工作零件所用的材料主要是模具鋼，常用的模具鋼包括 碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼、高速工具鋼、基體 鋼、硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金等（可參

13、見GB/T699 1999、GB/T12981986、GB/T12992000、JB/T5826 1991、JB/T58251981、JB/T58271991等）。 三、沖模常見材料及熱處理要求 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 常用模具鋼的性能比較見表1.4.2。 常用冷作模具鋼國(guó)內(nèi)、外牌號(hào)對(duì)照見表1.4.3 。 模具工作零件的常用材料及熱處理要求見表1.4.4。 模具一般零件的常用材料及熱處理要求見表1.4.5。 模具零件加工常見熱處理方法有退火、調(diào)質(zhì)、淬火、回火、 滲碳、氮化等。 根據(jù)零件及要求不同，熱處理工序安排 也不同。 見表1.4.6、表1.4.7。 MD&M 第一章

14、 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 1.6 模具加工 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 模具制造主要有三項(xiàng)工作： （1）模具工作零件的制造 （2）配購(gòu)?fù)ㄓ谩?biāo)準(zhǔn)件及 進(jìn)行補(bǔ)充加工 （3）進(jìn)行模具裝配和試模 其中，模具工作零件的制 造和模具裝配是重點(diǎn)。 二類工具：模具加工、裝 配中需要的專用工具，如 非

15、標(biāo)準(zhǔn)鉸刀、量規(guī)，靠模， 檢驗(yàn)樣板。 1.6 模具加工 1.形狀復(fù)雜，加工精度高； 2.模具材料性能優(yōu)異，硬度高，難加工； 3.模具生產(chǎn)批量小，大多具有單件生產(chǎn)的特點(diǎn)，應(yīng)多采用 少工序、多工步的加工方案，即工序集中的方案；不用或 少用專用工具加工 ； 4.模具制造完成后均需調(diào)整和試模。 一、模具制造特點(diǎn) 沖模是專用的工藝裝備，沖模制造屬于單件生產(chǎn)。 制造特點(diǎn)： MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 模具制造正由 勞動(dòng)密集技術(shù)密集 依靠手工技巧依靠高效、高精度的數(shù)控 切削機(jī)床、電加工機(jī)床 機(jī)械加工時(shí)代 機(jī)、電結(jié)合加工以及 其它特殊加工時(shí)代 現(xiàn)代模具制造集中了制造技術(shù)的精華,體現(xiàn)了先進(jìn)制造

16、技 術(shù)，已成為技術(shù)密集型的綜合加工技術(shù)。 一、模具制造特點(diǎn)（續(xù)） MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 包括： 二、模具零件加工方法 其中： 2.特種加工是對(duì)機(jī)械加工的重要補(bǔ)充，但也需要用機(jī)械 加工的方法進(jìn)行預(yù)加工。 機(jī)械加工、特種加工 1.機(jī)械加工是主要加工方法，配以鉗工操作，可實(shí)現(xiàn)整 套模具的制造。 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) （一）模具零件的毛坯選擇 凸、凹模等工作零件： 二、模具零件加工方法（續(xù)） 模座、大型模具零件： 墊板、固定板等零件： 不同方法得到的毛坯，其加工余量不同。 鍛件 鑄件 型材上的切割件 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 二

17、、模具零件加工方法（續(xù)） （二）模具零件的機(jī)械加工 常用機(jī)械加工方法在模具零件加工中的應(yīng)用如表1.5.1所示。 主要有車、刨、銑、鏜、磨等。現(xiàn)在數(shù)控技術(shù)都應(yīng)用在這些 加工方法中，甚至有多軸聯(lián)動(dòng)、復(fù)合加工。 常用機(jī)械加工方法可能到的尺寸精度和表面粗糙度如表 1.5.2表1.5.3所示。 常見外圓表面、平面和孔的加工方案見表1.5.11.5.6所示。 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 二、模具零件加工方法（續(xù)） （三）模具零件的電加工 電火花

18、加工電火花加工、電火花線切割加工電火花線切割加工 在一定的介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極之間脈沖放 電的電腐蝕作用，對(duì)工件進(jìn)行加工的一種工藝方法，它是不 斷放電蝕除金屬的過程。 1.電火花加工 MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) MD&M 第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ) 局限性： （三）模具零件的電加工(續(xù)） 1.電火花加工(續(xù)） 只能用于加工金屬等導(dǎo)電材料； 需要制作成形電極； 加工速度一般較慢，為了提高加工速度，一般要事先用機(jī) 械加工方法對(duì)零件進(jìn)行預(yù)加工； 存在電極損耗，影響加工精度； 最小角部半徑有限制，一般電火花加工加工能得到的最小 角部半徑等于放電間隙。 二、模具零件加