第一章沖壓模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)

1、內(nèi)容提要(ni rn t yo) 本章內(nèi)容包括：沖壓和沖模概念(ginin)、沖壓工序和沖模分類(lèi)；常見(jiàn)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(jiàn)沖壓材料；模具材料種類(lèi)、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)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造(zhzo)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(chnshng)分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具在沖壓加工中，將材料加工成零件（或半成品）的一種

2、特殊工藝裝備，稱(chēng)為沖壓模具（俗稱(chēng)沖模）。二、沖壓工序的分類(lèi)1. 分離工序2. 成形工序共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造(zhzo)基礎(chǔ)分離工序沖壓成形(chn xn)時(shí)，變形材料內(nèi)部的應(yīng)力超過(guò)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。共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)成形工序沖壓成形時(shí)，變形材料(cilio)內(nèi)部應(yīng)力超過(guò)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。 共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)三、沖模1.沖模的分類(lèi)

3、 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.沖模零件工藝零件直接參與工藝過(guò)程的完成(wn chng)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)零件不直接參與完成工藝過(guò)程，也不和坯料有直接接觸，只對(duì)模具完成工藝過(guò)程起保證作用，或?qū)δ＞吖δ芷鹜晟谱饔?，包括：?dǎo)向零件、緊固零件、標(biāo)準(zhǔn)件及其它零件等共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造(zhzo)基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓(chngy)工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝(g

4、ngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)四、沖模設(shè)計(jì)與制造(zhzo)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)沖模制造共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓(chngy)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)、模具設(shè)計(jì)與模具制造。 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(guò)程的延續(xù)，目的是使設(shè)計(jì)圖樣，通過(guò)原材料的加工和裝配(zhungpi)，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂惺褂霉δ芎褪褂脙r(jià)值的模具實(shí)體。 共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造(zhzo)基礎(chǔ)1.2 沖壓設(shè)備及選用(xunyng)（工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容之一）

5、一、常見(jiàn)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) 共五十九頁(yè)曲柄(qbng)壓力機(jī)MD&M第一章 沖壓(chngy)工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)數(shù)控沖床(chngchung)MD&M第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造(zhzo)基礎(chǔ)共五十九頁(yè)摩擦壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)1-電機(jī)(dinj) 2-傳送帶 3、5-摩擦盤(pán) 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(zhzo)基礎(chǔ)共五十九頁(yè)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

6、 5-離合器6-皮帶輪 7-電機(jī) 8-操縱(cozng)機(jī)構(gòu)MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)曲軸壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)1-電機(jī) 2-皮帶輪 3、4-齒輪(chln) 5-離合器 6-連桿 7-滑塊 MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)油壓機(jī)MD&M第一章 沖壓(chngy)工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓(chngy)工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)類(lèi)型設(shè)備名稱(chēng)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(pán)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)

7、引起飛輪與摩擦盤(pán)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(guò)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(kāi)式壓力機(jī)，而曲軸壓力機(jī)有開(kāi)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(lèi)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)

8、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(yunl)與特點(diǎn)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓(chngy)工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)二、沖壓設(shè)備規(guī)格(gug)的選擇1.公稱(chēng)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.閉合高度共五十九頁(yè)公稱(chēng)(gngchng)壓力：壓力(yl)機(jī)許用壓力(yl)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

9、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(chēng)為壓力機(jī)的公稱(chēng)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)共五十九頁(yè)壓力機(jī)的閉合(b h)高度：壓力機(jī)的裝模高度(god)：模具的閉合高度：理論上為：實(shí)際上為：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

10、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。共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)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(wèn)題及其解法（應(yīng)力、應(yīng)變及其分布、成形載荷）平面應(yīng)力狀態(tài)屈服(qf)準(zhǔn)則（屈服(qf)條件）主應(yīng)力法(切塊法)有限元法1-3=(11.155)S共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓(chng

11、y)工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)點(diǎn)的應(yīng)力(yngl)狀態(tài)a）任意坐標(biāo)系 b）主軸坐標(biāo)系 共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓(chngy)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(pngmin)應(yīng)力狀態(tài)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)1.4 板料及其成形性能硬化模型硬化指數(shù)各向異性與塑性(sxng)應(yīng)變比延伸率屈強(qiáng)比（sb）彈性模量E成形極限圖(FLD)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造(zhzo)基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓(chngy)工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)1.5 模具材料(cilio)選用 不同沖壓方法，其模具類(lèi)型不同，模具工

12、作條件有差異，對(duì)模具材料(cilio)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)共五十九頁(yè)二、沖模(chngm)材料的選用原則1.根據(jù)模具種類(lèi)及其工作條件，選用材料要滿足使用要求，應(yīng)具有(jyu)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)共五十九頁(yè) 沖壓模具

13、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(shù)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(o s)工具鋼、基體鋼、硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金等（可參見(jiàn)GB/T6991999、GB/T12981986、GB/T12992000、JB/T58261991、JB/T58251981、JB/T58271991等）。三、沖模(chngm)常見(jiàn)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)共五十九頁(yè) 常用模具鋼的性能比較見(jiàn)表1.4.2。 常用冷作模具鋼國(guó)內(nèi)、外牌號(hào)對(duì)照見(jiàn)

14、表1.4.3 。 模具工作零件的常用材料及熱處理要求見(jiàn)表1.4.4。 模具一般零件的常用材料及熱處理要求見(jiàn)表1.4.5。 模具零件加工常見(jiàn)熱處理方法有退火、調(diào)質(zhì)、淬火、回火、滲碳(shn tn)、氮化等。 根據(jù)零件及要求不同，熱處理工序安排 也不同。見(jiàn)表1.4.6、表1.4.7。MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓(chngy)工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基

15、礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造(zhzo)基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造(zhzo)基礎(chǔ)共五十九頁(yè)1.6 模具(mj)加工MD&M第一章 沖壓(chngy)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?、?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(lèi)工具：模具加工、裝配中需要的專(zhuān)用工具，如非標(biāo)準(zhǔn)鉸刀、量規(guī)，靠模，檢驗(yàn)樣板。共五十九頁(yè)1.6 模具(mj)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)

16、多采用少工序、多工步的加工方案(fng n)，即工序集中的方案(fng n)；不用或少用專(zhuān)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(zhuān)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)共五十九頁(yè)模具(mj)制造正由勞動(dòng)密集技術(shù)密集依靠(yko)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)共五十九頁(yè)包括(boku)：二、模具

17、零件加工(ji gng)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)共五十九頁(yè)（一）模具(mj)零件的毛坯選擇凸、凹模等工作(gngzu)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)共五十九頁(yè)二、模具零件(ln jin)加工方法（續(xù)）（二）模具(mj)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

18、表1.5.1所示。 主要有車(chē)、刨、銑、鏜、磨等?，F(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(jiàn)外圓表面、平面和孔的加工方案見(jiàn)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)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造(zhzo)基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓(chngy)工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)二、模具零件(ln jin)加工方法（續(xù)）（三）模具(mj)零件的電加工電火花加工、電火花線切

19、割加工 在一定的介質(zhì)中，通過(guò)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(guò)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)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓(chngy)工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓(chngy)工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)局限性：（三）模具(mj)零件的電加工(續(xù)）1.電火花加工(ji gng)(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

20、加工能得到的最小角部半徑等于放電間隙。 二、模具零件加工方法（續(xù)）MD&M第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)二、模具零件加工(ji gng)方法（續(xù)）2.電火花線切割加工(ji gng) 電火花線切割加工和電火花成形加工的原理相同。線切割加工時(shí)，是用連續(xù)移動(dòng)的電極絲作為工具電極代替電火花加工中的成形電極，其加工原理、特點(diǎn)及應(yīng)用如表1.5.11所示。MD&M第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)（三）模具零件的電加工(續(xù)）共五十九頁(yè)MD&M第一章 沖壓工藝(gngy)及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)共五十九頁(yè)模具零件常用精加工方法(fngf)比較如表1.5.13所示。二、模具(mj)零件加工方法（續(xù)）（四）模具零件常用精加工方法比較 MD&M第一章 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)