《模具概論》第2章課件

第2章模具的成形設(shè)備及工藝基礎(chǔ)沖壓成形設(shè)備及工藝2.1塑料成型設(shè)備及工藝2.2模鍛成形設(shè)備及工藝

2.3壓鑄成形設(shè)備及工藝

2.4粉末冶金成形設(shè)備及工藝簡介

2.5第2章模具的成形設(shè)備及工藝基礎(chǔ)沖壓成形設(shè)備及工藝2.11【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．理解各種常用的模具成形設(shè)備的特點2．掌握各種成形設(shè)備的加工特點3．掌握各種成形設(shè)備的分類和組成4．了解各種典型成形設(shè)備的工作原理5．了解各種成形設(shè)備的選用原則6．掌握各種典型模具的計算方法7．掌握各種典型成形設(shè)備的成形過程8．掌握各種典型的成形工藝【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．理解各種常用的模具成形設(shè)備的特點2

2.1.1沖壓概念及其發(fā)展趨勢2.1.2沖壓設(shè)備的分類、組成及典型設(shè)備工作原理2.1.3沖壓工藝

2.1沖壓成形設(shè)備及工藝

2.1.1沖壓概念及其發(fā)展趨勢2.13

1．沖壓概念及特點沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓件或沖件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，而且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，屬于材料成形工程技術(shù)。

2.1.1沖壓概念及其發(fā)展趨勢1．沖壓概念及特點2.1.1沖壓概念及其4

沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓的三要素，它們之間的相互關(guān)系，如圖2-1所示。沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是5圖2-1沖壓三要素之間的關(guān)系圖2-1沖壓三要素之間的關(guān)系6沖壓與其他加工方法相比較，具有以下一些特點。

（1）在壓力機簡單沖擊下，能夠獲得其他的加工方法難以加工或無法加工的形狀復(fù)雜的制件。（2）加工的制件尺寸穩(wěn)定、互換性好。（3）材料的利用率高、廢料少，且加工后的制件強度高、剛度好、重量輕。（4）操作簡單，生產(chǎn)過程易于實現(xiàn)機械化和自動化，生產(chǎn)效率高。（5）在大批量生產(chǎn)的條件下，沖壓制件成本較低。但由于模具制造周期長、費用高，因此，沖壓加工在小批量生產(chǎn)中受到一定限制。

沖壓與其他加工方法相比較，具有以下一些特點。（17

2．沖壓發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其發(fā)展趨勢如下。（1）新理論和新工藝。（2）新材料。（3）自動化。（4）標(biāo)準化及專業(yè)化。

2．沖壓發(fā)展趨勢隨著科學(xué)技術(shù)82.1.2沖壓設(shè)備的分類、組成及典型設(shè)備工作原理

沖壓是利用壓力機和沖模對材料施加壓力，使其分離或產(chǎn)生塑性變形，以獲得一定形狀和尺寸的制品的一種少無切削加工工藝。通常該加工方法在常溫下進行，主要用于金屬板料成形加工，故又稱冷沖壓或板料成形。沖壓成形在較大批量生產(chǎn)條件下，雖然設(shè)備和模具資金投入大，生產(chǎn)要求高，但與其他加工方法（如鍛造、鑄造、焊接、機械切削加工等）相比較，具有很多優(yōu)點。2.1.2沖壓設(shè)備的分類、組成及典型設(shè)備工作原理9沖壓成型設(shè)備的類型很多，以適應(yīng)不同的沖壓工藝要求，在我國鍛壓機械的8大類中，它就占了一半以上。沖壓設(shè)備的分類如下。（1）按驅(qū)動滑塊的動力種類可分為：機械的、液壓的、氣動的。（2）按滑塊的數(shù)量可分為：單動的、雙動的、三動的。1．沖壓設(shè)備的分類沖壓成型設(shè)備的類型很多，以適應(yīng)不同的沖壓工藝要10（3）按滑塊驅(qū)動機構(gòu)可分為：曲柄式、肘桿式、摩擦式。（4）按連桿數(shù)目可分為：單連桿、雙連桿、四連桿。（5）按機身結(jié)構(gòu)可分為：開式［圖2-3（a）］、閉式［圖2-3（b）］；單拉、雙拉；可傾、不可傾。（6）開式壓力機又可分為單柱［圖2-3（c）］和雙柱壓力機［圖2-3（a）］。（7）開式壓力機按照工作臺結(jié)構(gòu)可分為：傾斜式、固定式和升降臺式［圖2-3（d）］。（3）按滑塊驅(qū)動機構(gòu)可分為：曲柄式、肘桿式、摩擦式11（a）開式雙柱可傾壓力機（b）閉式壓力機（a）開式雙柱可傾壓力機（b）閉式壓力機12（c）單柱固定臺式壓力機（d）升降臺壓力機圖2-3壓力機類型（c）單柱固定臺式壓力機（d）升降臺壓力機圖2-3壓13

我國鍛壓機械的分類和代號，見表2-1。

表2-1 鍛壓機械分類代號序號類別名稱漢語簡稱及拼音拼音代號1機械壓力機機jiJ2液壓機液yeY3自動鍛壓機自ziZ4錘錘chuiC5鍛機鍛duanD6剪切機切qieQ7彎曲校正機彎wanW8其他他taT2．沖壓設(shè)備的代號我國鍛壓機械的分類和代號，見表2-1。序號類別14

按照鍛壓機械型號編制方法（JB/GQ2003—84）的規(guī)定，曲柄壓力機的型號用漢語拼音字母、英文字母和數(shù)字表示。型號表示方法說明如下。第一個字母為類代號，用漢語拼音字母表示。第二個字母代表同一型號產(chǎn)品的變型順序號。第三、第四個數(shù)字分別為組、型代號。前面一個數(shù)字代表“組”，后一個數(shù)字代表“型”。按照鍛壓機械型號編制方法（JB/GQ2003—15

最后一個字母代表產(chǎn)品的重大改進順序號，凡型號已確定的鍛壓機械，若結(jié)構(gòu)和性能上與原產(chǎn)品有顯著不同，則稱為改進，用字母A、B、C等表示。有些鍛壓設(shè)備緊接組、型代號后面還有一個字母，代表設(shè)備的通用特性，例如J21G—20中的“G”代表“高速”；J92K—250中的“K”代表“數(shù)控”。

最后一個字母代表產(chǎn)品的重大改進順序號，凡型號已16

例如：型號為JB23—63A鍛壓機械的代號說明。J—類代號，機械壓力機；B—同一型號產(chǎn)品的變型順序號，第二種變型；2—組代號；3—型代號；63—主參數(shù)，公稱壓力為630kN；A—產(chǎn)品重大改進順序號，第一次改進號。例如：型號為JB23—63A鍛壓機械的代號說明17通用曲柄壓力機型號見表2-2。

表2-2 通用曲柄壓力機型號

注：從表11至39組、型代號，凡未列出的序號均留作待發(fā)展的組、型代號使用。

通用曲柄壓力機型號見表2-2。表2-2 18

實際生產(chǎn)中，應(yīng)用最廣泛的是曲柄壓力機、雙動拉深壓力機、螺旋壓力機和液壓機等。（1）曲柄壓力機的組成。曲柄壓力機一般由工作機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和支承部件組成，此外還有各種輔助系統(tǒng)和附屬裝置，如潤滑系統(tǒng)、頂件裝置、保護裝置、滑塊平衡裝置、安全裝置等。3．典型沖壓設(shè)備的組成及工作原理簡介實際生產(chǎn)中，應(yīng)用最廣泛的是曲柄壓力機、雙動拉深19

（2）曲柄壓力機的工作原理。盡管曲柄壓力機類型眾多，但其工作原理和基本組成是相同的。開式雙柱可傾式壓力機的運動原理，如圖2-4所示。電動機1的能量和運動通過帶傳動傳遞給中間傳動軸4，再由齒輪5和齒輪6傳動給曲軸9，經(jīng)連桿11帶動滑塊12作上下直線移動。因此，曲軸的旋轉(zhuǎn)運動通過連桿變?yōu)榛瑝K的往復(fù)直線運動。

（2）曲柄壓力機的工作原理。盡管曲柄壓力機類型眾多20圖2-4壓力機運動原理圖1—電動機2—小帶輪3—大帶輪4—中間傳動軸5—小齒輪6—大齒輪7—離合器8—機身9—曲軸10—制動器11—連桿12—滑塊13—上模

14—下模15—墊板16—工作臺

圖2-4壓力機運動原理圖21

（3）曲柄壓力機的主要技術(shù)參數(shù)。曲柄壓力機的技術(shù)參數(shù)反映了壓力機的性能指標(biāo)。①標(biāo)稱壓力Fg及標(biāo)稱壓力行程Sg。②滑塊行程。如圖2-5所示的S，它是指滑塊從上止點到下止點所經(jīng)過的距離，等于曲柄偏心量的2倍。

（3）曲柄壓力機的主要技術(shù)參數(shù)。曲柄壓力機的技術(shù)參22圖2-5壓力機基本參數(shù)

③滑塊行程次數(shù)。它是指滑塊每分鐘往復(fù)運動的次數(shù)。④最大裝模高度H1及裝模高度調(diào)節(jié)量H1。裝模高度是指滑塊在下止點時，滑塊下表面的工作臺墊板到上表面的距離。

圖2-5壓力機基本參數(shù)③滑塊行程次數(shù)。23

⑤工作臺板及滑塊底面尺寸。它是指壓力機工作空間的平面尺寸。⑥工作臺孔尺寸。工作臺孔尺寸L1×B1（左右×前后）、D1（直徑），如圖2-5所示，為向下出料或安裝頂出裝置的空間。⑦立柱間距A和喉深C。立柱間距是指雙柱式壓力機立柱內(nèi)側(cè)面之間的距離。⑧模柄孔尺寸。模柄孔尺寸d×l是“直徑×孔深”，沖模模柄尺寸應(yīng)和模柄孔尺寸相適應(yīng)。⑤工作臺板及滑塊底面尺寸。它是指壓力機工作空24

（1）雙動拉深壓力機。雙動拉深壓力機是具有雙滑塊的壓力機。圖2-6所示為上傳動式雙動拉深壓力機結(jié)構(gòu)簡圖，它有一個外滑塊和一個內(nèi)滑塊。外滑塊用來落料或壓緊坯料的邊緣，防止起皺，內(nèi)滑塊用于拉深成形；外滑塊在機身導(dǎo)軌上作下止點有“停頓”的上下往復(fù)運動，內(nèi)滑塊在外滑塊的內(nèi)導(dǎo)軌中作上下往復(fù)運動。4．其他類型的沖壓設(shè)備（1）雙動拉深壓力機。雙動拉深壓力機是具有雙25圖2-6雙動拉深壓力機結(jié)構(gòu)簡圖1—外滑塊2—內(nèi)滑塊3—拉深墊

圖2-6雙動拉深壓力機結(jié)構(gòu)簡圖26

（2）螺旋壓力機。螺旋壓力機的工作機構(gòu)是螺旋副滑塊機構(gòu)。螺桿的上端連接飛輪，當(dāng)傳動機構(gòu)驅(qū)使飛輪和螺桿旋轉(zhuǎn)時，螺桿便相對固定在機身橫梁中的螺母做上、下直線運動，連接于螺桿下端的滑塊即沿機身導(dǎo)軌作上、下直線移動，如圖2-7所示。

（2）螺旋壓力機。螺旋壓力機的工作機構(gòu)是螺旋副滑27圖2-7螺旋壓力機結(jié)構(gòu)簡圖1—機架2—滑塊3—電動機4—螺桿5—螺母6—帶7—摩擦盤8—飛輪9—操縱汽缸10—大齒輪（飛輪）11—小齒輪12—液壓馬達

圖2-7螺旋壓力機結(jié)構(gòu)簡圖28

（3）精沖壓力機。精密沖裁（簡稱精沖）是一種先進的沖裁工藝，采用這種工藝可以直接獲得剪切面粗糙度Ra為3.2～0.8

m和尺寸公差達到IT8級的零件，大大提高了生產(chǎn)效率。精沖是依靠V型齒圈壓板2、反壓頂桿4和沖裁凸模1、凹模5使板料3處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)下進行的，如圖2-8所示。

（3）精沖壓力機。精密沖裁（簡稱精沖）是一種29圖2-8齒圈壓板精沖簡圖1—凸模2—齒圈壓板3—被沖壓板4—反壓頂桿5—凹模6—下模座

F沖—沖裁力F齒—齒圈壓力F反—向頂力F卸—卸料力F頂—頂件力

圖2-8齒圈壓板精沖簡圖30圖2-9所示為精沖壓力機的全套設(shè)備示意圖。圖2-9精沖壓力機全套設(shè)備示意圖1—精沖件和廢料光電檢測器2—取件（或氣吹）裝置3—精沖壓力機4—廢料切刀5—光電安全柵6—墊板7—模具保護裝置8—模具9—送料裝置10—帶料末端檢測器11—機械或光學(xué)的帶料檢測器12—帶料校直設(shè)備13—電器設(shè)備14—液壓設(shè)備

圖2-9所示為精沖壓力機的全套設(shè)備示意圖。圖31

（4）高速壓力機。高速壓力機是應(yīng)大批量的沖壓生產(chǎn)需要而發(fā)展起來的。高速壓力機必須配備各種自動送料裝置才能達到高速的目的。高速壓力機及其輔助裝置，如圖2-10所示。一般在衡量高速時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合壓力機的標(biāo)稱壓力和行程長度加以綜合考慮。（4）高速壓力機。高速壓力機是應(yīng)大批量的沖壓生產(chǎn)32圖2-10高速壓力機及其輔助裝置1—開卷機2—卷料3—校平機構(gòu)4—供料緩沖機構(gòu)5—送料機構(gòu)6—高速壓力機7—彈性支承

圖2-10高速壓力機及其輔助裝置33

（5）雙動拉深液壓機。雙動拉深液壓機主要用于拉深件的成形，廣泛用于汽車配件、電動機、電器行業(yè)的罩形件特別是深罩形件的成形，同時也可以用于其他的板料成形工藝，還可用于粉末冶金等需要多動力的壓制成形。

（5）雙動拉深液壓機。雙動拉深液壓機主要用于342.1.3沖壓工藝

1．沖裁工藝

沖裁是利用模具使板料產(chǎn)生相互分離的沖壓工序。沖裁工序的種類很多，常用的有剪裁、沖孔、落料、切邊、切口等。但一般來說，沖裁主要是指沖孔和落料。從工序件上沖出所需形狀的孔（沖去部分為廢料）叫沖孔，從板料上沿封閉輪廓沖出所需形狀的沖件或工序件叫落料。

2.1.3沖壓工藝1．沖裁工藝35

（1）沖裁變形特點分析。沖裁工作示意圖，如圖2-11所示，凸模1與凹模3對板料2進行沖裁，凸模在壓力機滑塊的作用下下行，對支承在凹模上的板料2進行沖裁，使板料發(fā)生變形分離得到工件4。由于使用的壓力機運行速度很快，所以沖裁過程瞬時便可完成。（1）沖裁變形特點分析。沖裁工作示意圖，如圖36圖2-11沖裁變形過程示意圖1—凸模2—板料3—凹模4—工件

圖2-11沖裁變形過程示意圖37

從力學(xué)變形的角度看，沖裁過程經(jīng)歷了彈性變形階段、塑性變形階段和斷裂分離階段。

圖2-12沖裁變形過程

從力學(xué)變形的角度看，沖裁過程經(jīng)歷了彈性變形階段38

（2）沖裁件的排樣與搭邊。①排樣。工件在條料上的布置方法叫做沖裁件的排樣。排樣時應(yīng)考慮下面兩個問題。i材料利用率。力求在相同的材料面積上得到最多的工件，以提高材料利用率，材料利用率用下式計算：（2）沖裁件的排樣與搭邊。39式中：K—材料利用率；n—條料上的工件數(shù)量；a—單個工件的面積（mm2）；A—條料面積（mm2）。式中：K—材料利用率；40

ii生產(chǎn)批量。排樣必須考慮生產(chǎn)批量的大小，生產(chǎn)量大時可采用多排式混合排樣法，即一次可沖幾個工件。這種方法模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，當(dāng)生產(chǎn)量太小時，就不經(jīng)濟了。常用排樣方式見表2-3。

ii生產(chǎn)批量。排樣必須考慮生產(chǎn)批量的大小，生產(chǎn)41表2-3 常用排樣方式表2-3 常用排樣方式42

②搭邊。排樣時工件之間及工件與條料之間留下的余料稱為搭邊。搭邊的作用是補償送料的誤差，保證沖出合格的工件；搭邊還可以使條料保持一定的剛度，便于送進。搭邊值要合理確定。搭邊值過大，材料利用率低；搭邊值過小，條料易被拉斷，使工件產(chǎn)生毛刺，有時還會拉入凸模和凹模的間隙中，損壞刃口。表2–4列出了沖裁時常用的最小搭邊值。②搭邊。排樣時工件之間及工件與條料之間留下的43表2-4 沖裁金屬材料的搭邊值注：沖非金屬材料（皮革、紙板、石棉等）時，搭邊值應(yīng)乘1.5～2。

表2-4 沖裁金屬材料44

①沖裁件的形狀。沖裁件的形狀應(yīng)簡單、對稱，便于沖裁排樣。沖裁件的內(nèi)外轉(zhuǎn)角處圓角R＞0.25t（t為材料厚度），圓角R過小或清角、尖角都不利于模具的制造與使用。沖裁件上過長的懸臂和凹槽都會削弱凸模強度及剛度，一般槽寬和槽深數(shù)值B不應(yīng)大于表2-5中所列的數(shù)值，懸臂長度l≤5B。①沖裁件的形狀。沖裁件的形狀應(yīng)簡單、對稱，便45表2-5 沖裁件的懸臂和凹槽部分尺寸

②沖裁件的尺寸。沖裁件孔與孔之間和孔與邊緣之間的距離、凸模在自由狀態(tài)下沖的最小孔徑都不能過小，否則就會削弱模具強度，會使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。凸模在自由狀表2-5 沖裁件的懸臂和凹槽部分尺寸46態(tài)下沖孔的最小孔徑見表2-6；孔距、孔邊距可參考圖2-13；復(fù)合沖裁時凸凹模的最小壁厚可查表2-7。態(tài)下沖孔的最小孔徑見表2-6；孔距、孔邊距可參考圖2-13；47表2-6 普通沖模（自由凸模）沖孔的最小孔徑值

表2-6 普通沖模（自由凸模）沖孔的最小孔徑值48注：順裝復(fù)合模凸凹模型孔內(nèi)不積料，強度好，黑色金屬材料最小壁厚為1.5t，有色金屬最小壁厚為t。

表2-7 倒裝復(fù)合模允許的最小壁厚值 mm

注：順裝復(fù)合模凸凹模型孔內(nèi)不積料，強度好，黑色金屬材料最小壁49

③沖裁件的精度和表面粗糙度。普通沖裁能得到?jīng)_裁件的尺寸精度都在IT12～IT10以下，表面粗糙度值Ra大于12.5

m。工件邊緣的毛刺高度在正常情況下小于0.15

mm。沖孔件可比落料件尺寸精度高一級。對于精度要求高的沖裁件，可通過整修或精密沖裁方法獲得。③沖裁件的精度和表面粗糙度。普通沖裁能得到?jīng)_50

（4）沖裁力的計算及降低沖裁力的方法。①沖裁力的計算。計算沖裁力的目的是為合理選用壓機，設(shè)計模具以及校核模具強度。平刃口模具沖裁時，其沖裁力可按下式計算：（4）沖裁力的計算及降低沖裁力的方法。51《模具概論》第2章課件52

②降低沖裁力的方法。第一種是加熱沖裁，只適用于厚板或零件表面質(zhì)量及公差等級要求不高的零件。第二種是階梯凸模沖裁，在多凸模沖模中，將凸模做成不同的高度，呈階梯形布置，使各凸模沖裁力的最大值不同時出現(xiàn)，以降低總的沖裁力。③影響卸料力、推件力和頂件力的因素，主要有材料力學(xué)性能、板料厚度、零件形狀、尺寸、模具間隙、搭邊大小及潤滑條件等。生產(chǎn)中，一般采用下列經(jīng)驗公式計算：②降低沖裁力的方法。第一種是加熱沖裁，只適用53《模具概論》第2章課件54表2-8 推件力系數(shù)、頂件力系數(shù)和卸料力系數(shù)表表2-8 推件力系數(shù)、頂件力系數(shù)和卸料力系55

④沖裁工藝力的計算。沖裁工藝力包括沖裁力、推件力、頂件力和卸料力，因此，在選擇壓力機噸位時，應(yīng)根據(jù)模具結(jié)構(gòu)進行沖裁工藝力的計算。采用彈性卸料及上出料方式，總沖裁力為：

采用剛性卸料及下出料方式，總沖裁力為：

④沖裁工藝力的計算。沖裁工藝力包括沖裁力、56

采用彈性卸料及下出料方式，總沖裁力為：（5）沖模的壓力中心與模具閉合高度。①沖模壓力中心的計算與確定。沖壓力合力的作用點稱為模具的壓力中心。通常利用求平行力系合力作用點的方法—解析法或圖解法，以確定模具的壓力中心。

采用彈性卸料及下出料方式，總沖裁力為：57圖2-14壓力中心確定的示例

圖2-14壓力中心確定的示例58

圖2-14所示的連續(xù)模壓力中心為O點，其坐標(biāo)為X、Y，連續(xù)模上作用的沖壓力P1、P2、P3、P4、P5是垂直于圖面方向的平行力系。根據(jù)理論力學(xué)定理，諸分力對某軸力矩之和等于其合力對同軸之距，則有壓力中心O點的坐標(biāo)通式為：

圖2-14所示的連續(xù)模壓力中心為O點，其坐標(biāo)為59如果這里《模具概論》第2章課件60

將各圖形沖裁力之值代入式，則可得沖裁模壓力中心的坐標(biāo)X與Y之值為：

《模具概論》第2章課件61

②沖模封閉高度的確定。沖?？傮w結(jié)構(gòu)尺寸必須與所用設(shè)備相適應(yīng)，沖模的封閉高度系指模具在最低工作位置時，上、下模板外平面間的距離。模具的封閉高度H應(yīng)該介于壓力機的最大封閉高度Hmax(mm)及最小封閉高度Hmin(mm)之間（圖2-19），一般?。?/p>

62圖2-15模具的封閉高度

圖2-15模具的封閉高度632．彎曲工藝

彎曲是使材料產(chǎn)生塑性變形、形成有一定角度形狀零件的沖壓工序。用彎曲方法加工的零件種類很多，如自行車車把、汽車的縱梁、橋、電器零件的支架、門窗鉸鏈、配電箱外殼等。彎曲的方法也很多，可以在壓力機上利用模具彎曲，也可在專用彎曲機上進行折彎、滾彎或拉彎等，如圖2-16所示。各種彎曲方法盡管所用設(shè)備與工具不同，但其變形過程及特點卻存在著一些共同的規(guī)律。

2．彎曲工藝彎曲是使材料產(chǎn)生塑性變形、形成有一64圖2-16彎曲加工方法

圖2-16彎曲加工方法65

（1）彎曲工藝。①彎曲過程。彎曲V形件的變形過程，如圖2-17所示。

圖2-17彎曲過程

（1）彎曲工藝。圖2-17彎曲過程66

②彎曲變形特點。i彎曲變形只發(fā)生在彎曲件的圓角附近，直線部分不產(chǎn)生塑性變形。ii在彎曲區(qū)域內(nèi)，纖維變形沿厚度方向是不同的，即彎曲后，內(nèi)側(cè)的纖維受壓縮而縮短，外側(cè)的纖維受拉伸而伸長，在內(nèi)、外側(cè)之間存在著纖維既不伸長也不縮短的中間層。iii從彎曲件變形區(qū)域的橫截面來看，窄板（板寬B與料厚t，B＜2

t）斷面略呈扇形，寬板（B＞2t）橫截面仍為矩形，如圖2-18所示。

②彎曲變形特點。67

③彎曲件質(zhì)量分析。i彎裂與最小彎曲半徑rmin。彎曲時板料外側(cè)切向受到拉伸，當(dāng)外側(cè)切向伸長變形超過材料的塑性極限時，在板料的外側(cè)將產(chǎn)生裂紋，此現(xiàn)象稱為彎裂。ii回彈?；貜検侵笍澢鷷r彎曲件在模具中所形成的彎曲角與彎曲半徑在出模后會因彈性恢復(fù)而改變的現(xiàn)象。回彈也稱彈復(fù)或回跳，是彎曲過程中常見而又難控制的現(xiàn)象。③彎曲件質(zhì)量分析。68

如圖2-19所示，彎曲回彈的大小用半徑回彈值和角度回彈值表示：

如圖2-19所示，彎曲回彈的大小用半徑回彈值和69

iii偏移。彎曲制件在彎曲過程中沿制件的長度方向產(chǎn)生移動時，出現(xiàn)使制件兩直邊的高度不符合圖樣要求的現(xiàn)象，稱之為偏移，如圖2-20所示。

圖2-19彎曲件的回彈

iii偏移。彎曲制件在彎曲過程中沿制件的長度方70

（2）彎曲件工藝性。①彎曲件的圓角半徑不宜小于最小彎曲半徑，也不宜過大。因為過大時，受到回彈的影響，彎曲角度與圓角半徑的精度都不易保證。

圖2-20彎曲件的偏移

（2）彎曲件工藝性。圖2-20彎曲件的偏移71

②彎曲件的直邊高度h應(yīng)大于兩倍料厚。彎曲時，當(dāng)彎曲件的直邊高度h過小時，彎曲時彎矩小，則不易成形。③對階梯形坯料進行局部彎曲時，在彎曲根部容易撕裂。這時，應(yīng)減小不彎曲部分的長度B，使其退出彎曲線之外，如圖2-21（a）所示。假如制件的長度不能減小，則應(yīng)在彎曲部分與不彎曲部分之間加工出槽，如圖2-21（b）所示。

②彎曲件的直邊高度h應(yīng)大于兩倍料厚。彎曲時72圖2-21彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性

圖2-21彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性73

④彎曲有孔的坯料時，如果孔位于彎曲區(qū)附近，則彎曲時孔會產(chǎn)生變形。應(yīng)使孔邊到彎曲區(qū)的距離大于（1～2）t，如圖2-21（c）所示，或彎曲前在彎曲區(qū)內(nèi)加工一工藝孔，如圖2-21（d）所示，或先彎曲后沖孔。⑤彎曲件的形狀對稱，所以彎曲半徑應(yīng)左右一致，以保證彎曲時板料的平衡，防止產(chǎn)生滑動，如圖2-21（e）所示。

④彎曲有孔的坯料時，如果孔位于彎曲區(qū)附近，74

（3）彎曲件的工藝計算。①彎曲力。各階段彎曲力與彎曲行程的關(guān)系如圖2-22所示。自由彎曲力的大小與板料尺寸（b、t）有關(guān)、板料機械性能及模具結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素有關(guān)。最大自由彎曲力P自為：（3）彎曲件的工藝計算。75

校正彎曲力為了提高彎曲件的精度，減少回彈，在彎曲終了時需對彎曲件進行校正。校正彎曲力可按下式近似計算：

校正彎曲力為了提高彎曲件的精度，減少回彈，在彎76

在選擇沖壓設(shè)備時，除考慮彎曲模尺寸、模具閉合高度、模具結(jié)構(gòu)和動作配合以外，還應(yīng)考慮彎曲力大小。②彎曲件毛坯尺寸的計算。在選擇沖壓設(shè)備時，除考慮彎曲模尺寸、模具閉合高77

第一類是有圓角半徑的彎曲。彎曲件的展開長度等于各直邊部分和各彎曲部分中性層長度之和，即：

第一類是有圓角半徑78各彎曲部分長度按下式計算：

第二類是無圓角半徑或的彎曲。一般根據(jù)變形前后體積不變條件確定這類彎曲件的毛坯長度，但要考慮到彎曲處材料變薄的情況，一般按下式計算彎曲部分的長度：各彎曲部分長度按下式計算：79

（4）彎曲模工作部分尺寸計算。①凸、凹模圓角半徑。如圖2-23所示，凸模圓角半徑rp應(yīng)等于彎曲件內(nèi)側(cè)的圓角半徑r，但不能小于所規(guī)定的材料允許最小彎曲半徑rmin。如果r<rmin，應(yīng)取rp≥rmin。在以后的校正工序中，取rp=r。

（4）彎曲模工作部分尺寸計算。80圖2-23彎曲模工作部分形狀與彎曲件尺寸標(biāo)注

凹模圓角半徑一般可按下列數(shù)據(jù)選?。?/p>

圖2-23彎曲模工作部分形狀與彎曲件尺寸標(biāo)注81

②凸、凹模間隙。對于V形件，模具間隙可通過調(diào)節(jié)壓力機閉合高度得到，因而在設(shè)計和制造模具時無需考慮。對于U形件，凸、凹模間隙按下式確定：②凸、凹模間隙。對于V形件，模具間隙可通過調(diào)82式中：C—凸、凹模間隙；k—系數(shù)。對于鋼板，C

=

1.05～1.15；對于有色金屬C

=

1.0～1.1。

③凸、凹模寬度尺寸設(shè)計。第一種是尺寸標(biāo)注在外形時，應(yīng)以凹模為基準，如圖2-24所示。凹模寬度尺寸按下式確定：

式中：C—凸、凹模間隙；83圖2-24彎曲件尺寸標(biāo)注

圖2-24彎曲件尺寸標(biāo)注84

式中：bd—凹模寬度（mm）；d—模具制造偏差（mm），按IT6級選?。沪ぁ慵墓睿╩m）。

第二種是尺寸標(biāo)注在內(nèi)形時，應(yīng)以凸模為基準。凸模寬度尺寸按下式確定：

式中：bd—凹模寬度（mm）；85

式中：bp—凸模寬度尺寸（mm）；p—模具制造偏差（mm），按IT6～IT8級選取。

相應(yīng)的模具寬度尺寸需以配制，并保證單邊間隙C。此外，彎曲模的模具長度和凹模深度等工作部分尺寸，應(yīng)根據(jù)彎曲件邊長和壓機參數(shù)合理選取。

式中：bp—凸模寬度尺寸（mm）；86

拉深是把一定形狀的平板坯料或空心件通過拉深模制成各種開口空心件的沖壓工序。用拉深的方法可以制成筒形、階梯形、盒形、球形、錐形及其他復(fù)雜形狀的薄壁零件，如圖2-25所示。

3．拉深工藝圖2-25常見拉深件圖

拉深是把一定形狀的平板坯料或空心件通過拉深模制87

（1）拉深工藝。①拉深過程。將平板坯料拉深成空心筒形件的過程，如圖2-26所示。拉深模的工作部分沒有鋒利的刃口，而是具有一定的圓角，其單邊間隙稍大于坯料厚度，當(dāng)凸模向下運動時，即將圓形的坯料經(jīng)凹模的孔口壓下，而形成空心的筒形件。（1）拉深工藝。88圖2-26拉深過程

圖2-26拉深過程89

②拉深變形的特點。i變形程度大，而且不均勻，因此冷作硬化嚴重，硬度、屈服強度提高，塑性下降，內(nèi)應(yīng)力增大。ii容易起皺。所謂起皺，是指拉深件的凸緣部分（無凸緣的制件在簡體口部）由于切向壓應(yīng)力過大，材料失去穩(wěn)定而在邊緣產(chǎn)生皺折，如圖2-27所示。②拉深變形的特點。90圖2-27拉深中起皺現(xiàn)象

圖2-27拉深中起皺現(xiàn)象91

iii拉深件各處厚度不均。拉深件各處變形不一致，各處厚度也不一致，如圖2-28所示。從圖中可看出，拉深件的側(cè)壁其厚度變化是不一樣的，上半段變厚，下半段變薄，在凸模圓角部分變薄最嚴重，很容易拉裂而造成廢品，故稱該處為“危險斷面”。圖2-28拉深時工件厚度的變化情況

iii拉深件各處厚度不均。拉深件各處變形不92

（2）拉深件的工藝性。拉深過程中，材料要發(fā)生塑性流動，故對拉深件應(yīng)有下列工藝要求。①拉深件的形狀應(yīng)盡量簡單、對稱，盡可能一次拉深成形，否則應(yīng)多次拉深并限制每道次拉深程度在許用范圍內(nèi)。②凸緣和底部圓角半徑不能太小，使拉深件變形容易。（2）拉深件的工藝性。拉深過程中，材料要發(fā)生93

③凸緣的大小要適當(dāng)。凸緣過大時凸緣處不易產(chǎn)生變形；凸緣過小，壓邊圈不易產(chǎn)生，拉深時易起皺。④拉深件的壁厚是由邊緣向底部逐漸減薄，因此對拉深件的尺寸標(biāo)注應(yīng)只標(biāo)注外形尺寸（或內(nèi)形尺寸）和坯料的厚度。⑤拉深件的直徑公差等級一般為IT12～IT15級，高度尺寸為IT13～IT16級（公差可按對稱公差標(biāo)注）。當(dāng)拉深件的尺寸公差等級要求高或圓角半徑要求小時，可在拉深以后增加整形工序。③凸緣的大小要適當(dāng)。凸緣過大時凸緣處不易產(chǎn)94（3）圓筒形件拉深工藝計算。①拉深件毛坯尺寸的計算。對于旋轉(zhuǎn)體零件，采用圓形板料，如圖2-29所示。其直徑按面積相等的原則計算（不考慮板料的厚度變化）。圖2-30中所示的不用壓邊圈拉深模具結(jié)構(gòu)中板料直徑可按下式計算：

（3）圓筒形件拉深工藝計算。95圖2-29拉深件毛坯尺寸計算

圖2-29拉深件毛坯尺寸計算96

②拉深系數(shù)和拉深次數(shù)的確定。拉深的次數(shù)與拉深系數(shù)有關(guān)。

圖2-30不用壓邊圈拉深模具結(jié)構(gòu)1、5—氣孔2—凸模3—定位板4—凹模6—襯墊7—彈簧8—底座

②拉深系數(shù)和拉深次數(shù)的確定。拉深的次數(shù)與拉97

圓筒形件的拉深系數(shù)為：

圓筒形件第n次拉深系數(shù)為：

式中：dn?1，dn—分別為第（n

?

1）次和第n次拉深后的圓筒直徑（mm）。

圓筒形件的拉深系數(shù)為：98

圓筒形件需要的拉深系數(shù)m>m1，則可一次拉深成形。③拉深力和拉深功計算。常用下列公式計算拉深力：P1

=

d1tbK1式中：

P1—第一次拉深時的拉深力（N）；K1—修正系數(shù)。Pn

=

dntbK2

圓筒形件需要的拉深系數(shù)m>m1，則可一次拉深成99

式中：Pn—第二次及以后各次拉深時的拉深力（N）；K2—修正系數(shù)。當(dāng)拉深行程大時，有可能使電機因超載損壞，因此，還應(yīng)對電機功率進行驗算。第一次拉深的拉深功：

式中：Pn—第二次及以后各次拉深時的拉深力（N100

以后各次拉深的拉深功：式中：1、n—系數(shù)；h1、hn—拉深高度（mm）。

拉深所需電機功率為：

以后各次拉深的拉深功：1014．?dāng)D壓工藝

擠壓是利用壓力機和模具對金屬坯料施加強大的壓力，把金屬材料從凹?？谆蛲鼓：桶寄５目p隙中強行擠出，得到所需工件的一種沖壓工藝。根據(jù)加工的材料溫度可將擠壓分為熱擠壓加工、冷擠壓加工和溫?zé)釘D壓加工。熱擠壓主要加工大型鋼質(zhì)零件，溫?zé)釘D壓和冷擠壓主要加工中小型金屬零件。近年來溫?zé)釘D壓和冷擠壓應(yīng)4．?dāng)D壓工藝擠壓是利用壓力機和模具對金屬坯料102用較多。根據(jù)金屬材料流動方向和凸模的運動方向，擠壓也可分為正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓和徑向擠壓?，F(xiàn)介紹冷擠壓工藝，表2-9列舉出它們的加工示意和特點等。

用較多。根據(jù)金屬材料流動方向和凸模的運動方向，擠壓也可分為正103表2-9冷擠壓方法及其應(yīng)用

表2-9冷擠壓方法104

（1）冷擠壓特點。擠壓加工時材料在3個方向都受到較大壓應(yīng)力，因此擠壓加工具有以下明顯的特點：材料的變形程度較大，可加工出形狀較復(fù)雜的零件，并能夠節(jié)約原材料；擠壓的工件材料纖維組織呈續(xù)表

（1）冷擠壓特點。擠壓加工時材料在3個方向都受到較105流線型且組織致密，這使零件的強度、硬度和剛性都有一定的提高；加工的零件有良好的表面質(zhì)量，表面粗糙度值Ra為0.16～1.25

m，尺寸精度為IT10～IT7；擠壓需要較大的擠壓力，對擠壓模的強度、剛度和硬度要求較高，尤其進行冷擠壓時模具的開裂和磨損將成為冷擠壓工藝中的主要問題。此外，對冷擠壓的坯料一般都需要經(jīng)過軟化處理和表面潤滑處理，有些擠壓后的工件還需消除內(nèi)應(yīng)力后才能使用。流線型且組織致密，這使零件的強度、硬度和剛性都有一定的提高；106

（2）冷擠壓件的變形程度。冷擠壓件的變形程度用斷面變化率A表示：式中：A0—擠壓變形前毛坯的橫斷面積；A1—擠壓變形后坯料的橫斷面積。

（2）冷擠壓件的變形程度。冷擠壓件的變形程度用斷面107

斷面變化率A越大，表示變形程度越大，同時模具承受的單位擠壓力也越大。當(dāng)模具承受的單位擠壓力超過了模具材料所能承受的單位擠壓力時，模具就可能會破裂。因此，防止模具受到過大的單位擠壓力就是要控制一次擠壓時的變形程度不能過大。一次允許擠壓的變形程度稱為許用變形程度。斷面變化率A越大，表示變形程度越大，同時模具108

（3）冷擠壓件的工藝性。根據(jù)冷擠壓工藝的特點，冷擠壓件形狀應(yīng)對稱，斷面最好是圓形和矩形。擠壓材料應(yīng)具有良好的塑性、較低的屈服極限且冷作硬化敏感性小。目前常用的擠壓材料有：有色金屬、低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等。

（3）冷擠壓件的工藝性。根據(jù)冷擠壓工藝的特點，冷擠1095．其他成形工藝

除了沖裁、彎曲、拉深和擠壓等基本沖壓方法外，沖壓還有翻孔、翻邊、脹形、縮口、整形和校平等成形工藝。它們是將經(jīng)過沖裁、彎曲、拉深和擠壓加工后的半成品或經(jīng)過其他加工后的坯料再進行沖壓。從變形特點來看，它們的共同點均屬局部變形。不同點是：脹形和翻圓孔屬伸長類變形，常因變形區(qū)拉應(yīng)力過大而出現(xiàn)拉裂5．其他成形工藝除了沖裁、彎曲、拉深和擠壓等110破壞；縮口和外緣翻凸邊屬壓縮類變形，常因變形區(qū)壓應(yīng)力過大而產(chǎn)生失穩(wěn)起皺；對于校平和整形，由于變形量不大，一般不會產(chǎn)生拉裂或起皺，主要解決的問題是回彈。所以，在制定工藝和設(shè)計模具時，一定要根據(jù)不同的成形特點確定合理的工藝參數(shù)。破壞；縮口和外緣翻凸邊屬壓縮類變形，常因變形區(qū)壓應(yīng)力過大而產(chǎn)111

（1）翻孔和翻邊。翻孔是在預(yù)先制好孔的工序件上沿孔邊緣翻起豎立直邊的成形方法；翻邊是在坯料的外邊緣沿一定曲線翻起豎立直邊的成形方法。利用翻孔和翻邊可以加工各種具有良好剛度的立體零件，如自行車中接頭、汽車門外板等，還能在沖壓件上加工出與其他零件裝配的部位，如鉚釘孔、螺紋底孔和軸承座等。（1）翻孔和翻邊。翻孔是在預(yù)先制好孔的工序件上沿112

圖2-31所示為幾種翻孔與翻邊零件實例。

圖2-31翻孔與翻邊零件實例

圖2-31所示為幾種翻孔與翻邊零件實例。圖2113

（2）脹形。沖壓生產(chǎn)中，一般將平板坯料的局部凸起變形和空心件或管狀件沿徑向向外擴張的成形工序統(tǒng)稱為脹形，常見的脹形有起伏成形（如壓制加強筋、凸包、凹坑、花紋圖案及標(biāo)記等）和管脹形（如壺嘴、皮帶輪、波紋管、各種接頭等），如圖2-32所示，幾種脹形件實例。

（2）脹形。沖壓生產(chǎn)中，一般將平板坯料的局部114圖2-32脹形件圖

圖2-32脹形件圖115

（3）縮口?？s口是將圓筒形拉深件或圓管的口部直徑縮小的一種變形工藝，圓管經(jīng)過縮口后，外部直徑減小，管壁厚度增加，軸向尺寸增大。零件縮口前后情況，如圖2-33所示。在縮口中變形區(qū)材料主要受到切向的壓縮變形，易在變形區(qū)口部失穩(wěn)起皺和在筒壁受壓力失穩(wěn)變形。圖2-33零件縮口前后情況（t1＞t）

（3）縮口。縮口是將圓筒形拉深件或圓管的口部直徑116

（4）整形與校平。整形一般安排在拉深、彎曲或其他成形工序之后，用整形的方法可以提高拉深件或彎曲件的尺寸和形狀精度，減小圓角半徑，如圖2-34所示。

圖2-34零件整形

（4）整形與校平。整形一般安排在拉深、彎曲或其他117

校平是提高沖裁后工件平面度的一種工序，如圖2-35所示。通過校平與整形模使零件產(chǎn)生局部的塑性變形，從而得到合格的零件。

圖2-35零件校平1—上模板2—工件3—下模板

校平是提高沖裁后工件平面度的一種工序，如圖2-118

1．塑料的組成

塑料是由多組分組成的，其主要成分是樹脂，另外，根據(jù)不同的樹脂或者制品的不同要求，加入不同的添加劑，從而獲得不同性能的塑料配件。（1）樹脂。合成樹脂是塑料的主要成分，它在塑料中起粘結(jié)作用，也叫粘料。

2.2塑料成型設(shè)備及工藝1．塑料的組成2.2塑料成型設(shè)備及工藝119

（2）填料。填料在塑料中主要起增強作用，有時還可以使塑料具有樹脂所沒有的性能。（3）增塑劑。增塑劑是為改善塑料的性能、提高柔軟性而加入塑料中的一種低揮發(fā)性物質(zhì)。（4）穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑能阻緩材料變質(zhì)。常用的穩(wěn)定劑有二鹽基性亞磷酸鉛、三鹽基性硫酸鉛、硬脂酸鋇等。

（2）填料。填料在塑料中主要起增強作用，有時120

（5）著色劑。著色劑是為了使塑料附上色彩，起著美觀和裝飾的作用。（6）潤滑劑。潤滑劑的作用是為了降低塑料內(nèi)部分子之間的相互摩擦或者減少和避免對模具的磨損。常用的潤滑劑有醇類、脂類、石蠟、硬脂酸以及金屬皂類。潤滑劑分為兩類：內(nèi)潤滑劑和外潤滑劑。

（5）著色劑。著色劑是為了使塑料附上色彩，起著美1212．塑料的分類

塑料的種類很多，按其受熱后所表現(xiàn)的性能不同，可分為熱固性塑料和熱塑性塑料兩大類。（1）熱固性塑料。是指在初受熱時變軟，可以塑制成一定形狀，但加熱到一定時間后或加入固化劑后就硬化定型、再加熱則不熔融也不溶解、形成體型（網(wǎng)狀）結(jié)構(gòu)物質(zhì)的塑料。例如，酚醛塑料、環(huán)氧塑料、氨基塑料等。2．塑料的分類塑料的種類很多，按其受熱后所表122

（2）熱塑性塑料。是指在特定溫度范圍內(nèi)能反復(fù)加熱和冷卻硬化的塑料。這類樹脂在成形過程中只發(fā)生物理變化而沒有化學(xué)變化，所以，受熱后可多次成型，其廢料可回收和重新利用。常用的熱塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、有機玻璃、尼龍等。（2）熱塑性塑料。是指在特定溫度范圍內(nèi)能反復(fù)加熱和1232.2.1常用塑料模具成型設(shè)備對塑料進行模塑成型所用的設(shè)備稱塑料模塑成形設(shè)備。按成形工藝方法不同，可分為塑料注射機、液壓機、擠出機、吹塑機等。本書主要介紹塑料注射機（又稱注塑機）和塑料擠出機（又稱擠出機）。

1．注塑機的分類

注塑機類型的劃分有不同的方法，采用以結(jié)構(gòu)的特征來區(qū)別，分為柱塞式（如圖2-36所示）和螺桿式（如圖2-37所示）兩類。最大注射量在60

g以上的注塑機多數(shù)為移動螺桿式。2.2.1常用塑料模具成型設(shè)備對塑料進124圖2-36臥式柱塞注塑機

圖2-37臥式螺桿注塑機

圖2-36臥式柱塞注塑機圖2-37臥式螺桿注塑機1252．注塑機的型號和主要技術(shù)參數(shù)

（1）注射機規(guī)格型號。目前主要有注射量、合模力、注射量與合模力同時表示3種。我國允許采用注射量、注射量與合模力兩種同時表示方法。①注射量表示法。例如XS-ZY-500注射機，各符號的意義如下：

XS—類別代號（XS為塑料成型機）；Z—組別代號（Z為注射）；Y—預(yù)塑方式（y為螺桿預(yù)塑）；500—主參數(shù)（注射容量為500

cm3）。

2．注塑機的型號和主要技術(shù)參數(shù)126

②合模力與注射量表示法。例如SZ-63/50注射機，各符號的意義如下：S—類別代號（S為塑料機械類）；Z—組別代號（Z為注射）；63/50主參數(shù)（注射容量為63

cm3，合模力為50

10

kN）。（2）注塑機的主要技術(shù)參數(shù)。①公稱注射量。公稱注射量是指在對空注射的條件下，注射螺桿或柱塞作一次最大注射行程時，注射裝置所能達到的最大注射量。

②合模力與注射量表示法。例如SZ-63/50127

注射量有兩種表示法，一種是以加工聚苯乙烯塑料為標(biāo)準，用注射出熔料的重量（單位為g）表示；另一種是用注射出熔料的容積（單位為cm3）表示。我國注塑機規(guī)格系列標(biāo)準采用前一種表示法。②注射壓力。為了克服熔料經(jīng)噴嘴、澆注系統(tǒng)流道和型腔時所遇到的一系列流動阻力，螺桿或柱塞在注射時，必須對熔料施加足夠的壓力，此壓力稱為注射壓力。

注射量有兩種表示法，一種是以加工聚苯乙烯塑料為128

③注射速率、注射時間與注射速度。注射時，為了使熔料及時地充滿模腔，除了必須有足夠的注射壓力外，還必須使熔料有一定的流動速度。描述這一參數(shù)的量稱為注射速率，也可用注射時間或注射速度表示。④塑化能力。塑化能力是指單位時間內(nèi)塑化裝置所能塑化的物料量。

③注射速率、注射時間與注射速度。注射時，為了129

⑤鎖模力（又稱合模力）。指注塑機的合模裝置對模具所能施加的最大夾緊力。⑥合模裝置的基本尺寸。合模裝置的基本尺寸包括模板尺寸、拉桿間距、模板間最大距、移動模板的行程、模具最大和最小厚度等。這些參數(shù)制約了注塑機所用模具的尺寸范圍和動作范圍。

⑤鎖模力（又稱合模力）。指注塑機的合模裝置對130

3．注塑機的組成

注塑機主要由注射系統(tǒng)、鎖模系統(tǒng)、模具3部分組成。（1）注射系統(tǒng)。注射系統(tǒng)是注射機的主要部分，其作用是使塑料均勻地塑化并達到流動狀態(tài)，在很高的壓力和較快的速度下，通過螺桿或柱塞的推擠注射入模。注射系統(tǒng)包括：加料裝置、料筒、螺桿及噴嘴等部件。3．注塑機的組成131

噴嘴。噴嘴是連接料筒和模具的橋梁。其主要作用是注射時引導(dǎo)塑料從料筒進入模具，并具有一定射程。所以，噴嘴的內(nèi)徑一般都是自進口逐漸向出口收斂，以便與模具緊密接觸，如圖2-38所示。

圖2-38噴嘴

噴嘴。噴嘴是連接料筒和模具的橋梁。其主要作用是132

（2）鎖模系統(tǒng)。最常見的鎖模機構(gòu)是具有曲臂的機械與液壓力相結(jié)合的裝置，如圖2-39所示，它具有簡單而可靠的特點，故應(yīng)用較廣泛。（3）模具。利用本身特定形狀，使塑料成型為具有一定形狀和尺寸的制品的工具稱為模具。模具的作用在于：在塑料的成型加工過程中賦予塑料以形狀，給予強度和性能，完成成型設(shè)備所不能完成的工件，使它成為有用的型材。

（2）鎖模系統(tǒng)。最常見的鎖模機構(gòu)是具有曲臂的機械133圖2-39曲臂鎖模機構(gòu)工作示意圖

圖2-39曲臂鎖模機構(gòu)工作示意圖1342．?dāng)D出機（1）擠出機的分類：擠出機根據(jù)擠出機中螺桿所處的空間位置，可分為臥式擠出機和立式擠出機；根據(jù)擠出機中是否有螺桿存在，分為螺桿式擠出機和柱塞式擠出機；根據(jù)螺桿數(shù)目的多少，分為單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機及多螺桿擠出機；根據(jù)擠出機在加工過程中是否排氣，又可分為排氣式擠出機和非排氣式擠出機。

2．?dāng)D出機（1）擠出機的分類：擠出機根據(jù)擠出135在我國最通用的擠出機為臥式單螺桿非排氣式擠出機，如圖2-40所示。圖2-40臥式單螺桿非排氣式擠出機結(jié)構(gòu)示意

1—傳動裝置2—料斗3—傳動電動機4—排氣裝置5—料筒加熱器

6—料筒7—螺桿8—冷卻裝置9—底座在我國最通用的擠出機為臥式單螺桿非排氣式擠出136

（2）擠出機的型號及主要技術(shù)參數(shù)。根據(jù)國家標(biāo)準GB/T12783—1991，塑料及橡膠成形機械的型號需按照類別、組別和型別統(tǒng)一編制，具體表達形式為：

前三項是基本代號，輔助代號為產(chǎn)品代號，用漢語拼音字母表示。其中，類別代號用S表示塑料，組別代號用J表示擠出機。規(guī)格參數(shù)用數(shù)字表示，單螺桿擠出機的規(guī)格參數(shù)用螺桿直徑×長徑比來表示。

（2）擠出機的型號及主要技術(shù)參數(shù)。根據(jù)國家標(biāo)137

SJF-65×30擠出機，各符號的意義如下：S——類別代號（塑料）；J——組別代號（擠出機）；F——品種代號（發(fā)泡型）；65×30——規(guī)格參數(shù)（螺桿直徑65mm，長徑比為30:1）。擠出機的主要參數(shù)主要有螺桿直徑、螺桿專屬、螺桿的長徑比（指螺桿的有效長度與直徑之間的比值）、電動機功率等。表2-12為部分國產(chǎn)擠出機的主要參數(shù)。

SJF-65×30擠出機，各符號的意義如下：138表2-12 部分國產(chǎn)擠出機的主要參數(shù)

表2-12 部分139

（3）擠出機的組成：塑料擠出機的主機是擠塑機，它由擠壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)組成。①擠壓系統(tǒng)：擠壓系統(tǒng)包括螺桿、機筒、料斗、機頭和模具，塑料通過擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立壓力下，被螺桿連續(xù)的擠出機頭。

（3）擠出機的組成：塑料擠出機的主機是擠塑機，140②傳動系統(tǒng)：傳動系統(tǒng)的作用是驅(qū)動螺桿，供給螺桿在擠出過程中所需要的力矩和轉(zhuǎn)速，通常由電動機、減速器和軸承等組成。③加熱冷卻裝置：加熱與冷卻是塑料擠出過程能夠進行的必要條件。

②傳動系統(tǒng)：傳動系統(tǒng)的作用是驅(qū)動螺桿，供給1412.2.2塑料成型工藝

1．塑料的工藝性能

塑料的工藝性能體現(xiàn)了塑料的成型特性，包括流動性、收縮性、結(jié)晶性、吸水性、固化速度、比容和壓縮比、揮發(fā)物含量等。這里主要介紹塑料的流動性、收縮性、固化速度和揮發(fā)物含量。（1）流動性。塑料在一定的溫度與壓力下充滿模具型腔的能力稱為流動性。

2.2.2塑料成型工藝1．塑料的工藝性能142

（2）收縮性。塑料自模具中取出冷卻到室溫后發(fā)生尺寸收縮的特性稱為收縮性，其大小用收縮率來表示。（3）固化速度。固化速度是指從熔融狀態(tài)的塑料變?yōu)楣虘B(tài)制件時的速度。（4）揮發(fā)物含量。塑料中的揮發(fā)物包括水、氯、氨、空氣、甲醛等低分子物質(zhì)。

2．塑件的成型過程（2）收縮性。塑料自模具中取出冷卻到室溫后發(fā)生尺寸143

（1）注射模塑成型過程。注射模塑成型過程包括加熱預(yù)塑、合模、注射、保壓、冷卻定形、開模、推出制件等主要工序?，F(xiàn)以螺桿式注射機的注射模塑為例予以闡述，如圖2-41所示。（1）注射模塑成型過程。注射模塑成型過程包括144《模具概論》第2章課件145《模具概論》第2章課件146圖2-41塑件成型過程1—模具2—噴嘴3—加熱裝置4—螺桿5—料筒6—料斗7—螺桿傳動裝置8—注射液壓缸9—行程開關(guān)

圖2-41塑件成型過程147

（2）壓縮模塑件成型過程。壓塑模塑件成型過程包括加料、閉模、固化、脫模等主要工序，如圖2-42所示。

圖2-42壓縮模塑件成型過程1、5—凸模固定板2—上凸模3—凹模4—下凸模6—墊板

（2）壓縮模塑件成型過程。壓塑模塑件成型過程包括148

（3）壓注模塑成型過程。壓注模塑成型過程與壓縮模塑成型過程基本相同。如圖2-43所示。圖2-43壓注模塑件成型過程1—柱塞2—加料腔3—上模板4—凹模5—型芯6—型芯固定板7—墊板

（3）壓注模塑成型過程。壓注模塑成型過程與壓縮模149

3．塑件工藝性

塑件常用注射、壓縮、壓注等方法成型，其結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求都應(yīng)滿足成型工藝性的要求。（1）形狀。塑件的形狀應(yīng)盡量簡單，結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量避免與起模方向垂直的側(cè)壁凹槽或側(cè)孔，以簡化模具結(jié)構(gòu)。（2）壁厚。塑件的壁厚應(yīng)大小適宜而且均勻。3．塑件工藝性150壁厚不合理結(jié)構(gòu)，如圖2-44（a）所示，合理結(jié)構(gòu)，如圖2-44（b）所示。

圖2-44壁厚的均勻性壁厚不合理結(jié)構(gòu)，如圖2-44（a）所示，合理結(jié)151

（3）圓角。塑件結(jié)構(gòu)上無特殊要求時，轉(zhuǎn)角應(yīng)盡可能以半徑為0.5～1

mm的圓角過渡，以避免出現(xiàn)清角（但在模具分型面處、型芯與型腔結(jié)合處或塑件使用性能上要求清角過渡時除外）。（4）加強肋。加強肋能在不增加塑件壁厚的條件下提高塑件的剛度和強度，沿著料流方向的加強肋還能減小熔料的充模阻（3）圓角。塑件結(jié)構(gòu)上無特殊要求時，轉(zhuǎn)角應(yīng)盡可能以152力。設(shè)置加強肋時，應(yīng)盡量減少或避免塑料的局部集中，否則容易產(chǎn)生縮孔或氣泡。形式較差，如圖2-45（a）所示；形式較好，如圖2-45（b）所示。圖2-45加強肋的形式

力。設(shè)置加強肋時，應(yīng)盡量減少或避免塑料的局部集中，否則容易產(chǎn)153

（5）孔。塑件上各種形狀的孔應(yīng)盡可能開設(shè)在不減弱塑件機械強度的部位，其形狀也應(yīng)力求不使模具制造工藝復(fù)雜化?？着c孔之間、孔與邊緣之間應(yīng)有足夠的壁厚。小直徑孔的深度不宜過深，一般為孔徑的3～5倍。（6）起模斜度。為了便于起模，避免擦傷和拉毛，塑件上平行于起模方向的表面一般都應(yīng)具有合理的起模斜度，如圖2-46所示。（5）孔。塑件上各種形狀的孔應(yīng)盡可能開設(shè)在不減弱塑件154圖2-46起模斜度

（7）嵌件。塑件中鑲嵌的金屬或其他材料制作的零件稱為嵌件，如圖2-47所示。嵌件除應(yīng)保證能與塑件可靠連接外，還應(yīng)便于嵌件在模具內(nèi)固定，并能防止漏料或產(chǎn)生飛邊。嵌件周圍的塑料層應(yīng)有足夠的厚度，以防止因嵌件和塑料的收縮不同而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力使塑件開裂。

圖2-46起模斜度（7）嵌件。塑件中鑲嵌155

（8）花紋、標(biāo)記和文字。塑件上的花紋、標(biāo)記、文字應(yīng)保證易于成型和起模，并且便于模具制造。（9）螺紋。塑件上外螺紋的直徑不宜小于4

mm，內(nèi)螺紋的直徑不宜小于2

mm，螺紋精度不高于IT8。

圖2-47嵌件

（8）花紋、標(biāo)記和文字。塑件上的花紋、標(biāo)記、文字應(yīng)156

（10）尺寸精度。塑料收縮率的波動，成型工藝條件的變化，模具成型零件的制造精度、裝配精度及磨損等都會影響塑件的精度。塑件的精度一般低于金屬件切削加工的精度。塑件精度劃分為1～8級，其中1級最高，8級最低。1～2級為精密技術(shù)級，只有在特殊條件下采用；7～8級的精度太低，一般也不用；常用的是3～6級。（10）尺寸精度。塑料收縮率的波動，成型工藝1572.2.3擠出成形工藝擠出成形工藝適用于所有熱塑性塑料，也可用于部分熱固性塑料的成形。例如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龍、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛等熱塑性材料；還有酚醛、脲醛等熱固性塑料。它主要用于生產(chǎn)管材、棒材、板材、片材、薄膜、電線電纜的涂層制件和異型材等連續(xù)的型材，還可以用于塑料的著色造粒、共混、中空制件型坯生產(chǎn)等，如圖2-48所示。擠出成形在塑料成形加工工業(yè)中占有很重要的地位。2.2.3擠出成形工藝擠出成形工藝適用158圖2-48擠出成形的塑料制件

圖2-48擠出成形的塑料制件1591．?dāng)D出成形原理及特點（1）擠出成形原理：熱塑性塑料的擠出成形原理（以管材的擠出為例），如圖2-49所示。首先將粒狀或粉狀的熱塑性塑料加入料斗中，在旋轉(zhuǎn)的擠出機螺桿的作用下，加熱的塑料通過沿螺桿的螺旋槽向前方輸送。在此過程中，塑料不斷地接受外加熱和螺桿與物料之間、物料與物料之間及物料與料筒之間的剪切摩擦熱，逐漸熔融呈粘流態(tài)，然后在擠壓系統(tǒng)的作用下，塑料熔體通過具有一定形狀的擠出模具（機頭）口模以及一系列輔助裝置（定形、冷卻、牽引、切割等裝置），從而獲得截面形狀一定的塑料型材。

1．?dāng)D出成形原理及特點（1）擠出成形原理：熱塑性塑料的160圖2-49擠出成形原理

1—擠出機料筒2—機頭3—定徑裝置4—冷卻裝置5—牽引裝置6—切割裝置

圖2-49擠出成形原理

1—擠出機料筒2—機頭3161（2）擠出成形特點如下。①塑件的幾何形狀簡單，橫截面形狀不變，模具結(jié)構(gòu)簡單，制造、維修方便。②連續(xù)成形，產(chǎn)量大，生產(chǎn)率高，成本低，經(jīng)濟效益顯著。③塑件內(nèi)部組織均衡緊密，尺寸比較穩(wěn)定、準確。④適應(yīng)性強，除氟塑料外，所有的熱塑性塑料都可采用擠出成形，部分熱固性塑料也可采用擠出成形。（2）擠出成形特點如下。1622．?dāng)D出成形工藝過程熱塑性塑料擠出成形的工藝過程可分為塑化、成形和定形3個階段。（1）塑化：塑料原料在擠出機的機筒溫度和螺桿的旋轉(zhuǎn)壓實及混合作用下，由粉狀或粒狀變成粘流態(tài)物質(zhì)（常稱干法塑化）或固體塑料，在機外溶解于有機溶劑中而成為粘流態(tài)物質(zhì)（常稱濕法塑化），然后加入到擠出機的料筒中。生產(chǎn)中，通常采用干法塑化方式。（2）成形：黏流態(tài)塑料熔體在擠出機螺桿螺旋力的推擠作用下，通過具有一定形狀的口模即可得到截面與口模形狀一致的連續(xù)型材。（3）定形：通過適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ǎㄈ缍◤教幚?、冷卻處理等）使已擠出的塑料連續(xù)型材固化為塑料制件。2．?dāng)D出成形工藝過程1633．?dāng)D出成形的工藝條件擠出成形的工藝參數(shù)主要包括溫度、壓力、擠出速度和牽引速度等。（1）溫度：溫度是擠出過程順利進行的重要條件之一。擠出成形溫度指塑料熔體的溫度。該溫度在很大程度上取決于料筒和螺桿的溫度。在實際生產(chǎn)中，為了檢測方便，經(jīng)常用料筒溫度近似表示成形溫度。在制件擠出成形的過程中，加料段的溫度不宜過高，而壓縮段和均化段的溫度可適當(dāng)取高一些。

3．?dāng)D出成形的工藝條件164

（2）壓力：在擠出成形的過程中，由于料流的阻力、螺桿槽深度的變化及過濾板、過濾網(wǎng)和口模等產(chǎn)生阻礙，沿料筒軸線方向的塑料內(nèi)部建立起了一定的壓力。這種壓力的建立是塑料得以成形制件的重要條件之一。（3）擠出速度：擠出速度是指單位時間內(nèi)擠出機頭和口模中基礎(chǔ)的塑化好的物料量或制件的長度。擠出速度的大小表征擠出機生產(chǎn)率的高低。

（2）壓力：在擠出成形的過程中，由于料流的阻力165（4）牽引速度：擠出成形主要用于生產(chǎn)連續(xù)型材，所以必須設(shè)置牽引裝置。從機頭和口模中擠出的制件在牽引力的作用下產(chǎn)生拉伸取向。拉伸取向越高，制件沿取向方向的拉伸強度也越大，冷卻后長度收縮也越大。通常，牽引速度要與擠出速度相適應(yīng)。牽引速度與擠出速度的比值稱為牽引比，其值必須大于或等于1。

（4）牽引速度：擠出成形主要用于生產(chǎn)連續(xù)型材，1662.3模鍛成形設(shè)備及工藝

在鍛壓生產(chǎn)中，將金屬毛坯加熱到一定溫度后放在模膛內(nèi)，利用鍛錘壓力使其發(fā)生塑性變形，充滿模膛后形成與模膛相仿的制品零件，這種鍛造方法稱為模型鍛造，簡稱模鍛。模鍛是成批或大批量生產(chǎn)鍛件的鍛造方法。其特點是在鍛壓設(shè)備動力作用下，坯料在鍛模模膛內(nèi)被壓塑性流動成形，得到比自由鍛件質(zhì)量更高的鍛件。經(jīng)模鍛的工件，可獲得良好的纖維組織，并且可以保證IT7～IT9級精度等級，有利于實現(xiàn)專業(yè)化和機械化生產(chǎn)。2.3模鍛成形設(shè)備及工藝在鍛壓生產(chǎn)中，將167模鍛生產(chǎn)優(yōu)缺點如下。1.優(yōu)點（1）可以鍛造形狀較復(fù)雜的鍛件，尺寸精度較高，表面粗糙度較低。（2）鍛件的機械加工余量較小，材料利用率較高。（3）可使流線分布更為合理，這樣可進一步提高零件的使用壽命。（4）操作簡便，勞動強度較小。（5）生產(chǎn)率較高、鍛件成本低。模鍛生產(chǎn)優(yōu)缺點如下。1682．缺點（1）設(shè)備投資大、模具成本高。（2）生產(chǎn)準備周期、尤其是鍛模的制造周期都較長，只適合大批量生產(chǎn)。（3）工藝靈活性不如自由鍛。2．缺點1692.3.1模鍛成形設(shè)備的分類、組成及工作原理

1．模鍛成形設(shè)備的分類模鍛生產(chǎn)中使用的鍛壓設(shè)備按其工作特性可以分為5大類：模鍛錘類、螺旋壓力機類、曲柄壓力機類、軋鍛壓力機類和液壓機類。表2-13為模鍛設(shè)備分類及用途特點。2.3.1模鍛成形設(shè)備的分類、組成及工作原理170表2-13 模鍛設(shè)備分類及用途特點表2-13 模鍛設(shè)171

續(xù)表

1722．典型模鍛成形設(shè)備的組成及工作原理

蒸汽—空氣模鍛錘。利用壓力為（7～9）105Pa的蒸汽或壓力為（6～8）105Pa的壓縮空氣為動力的鍛錘稱為蒸汽—空氣錘，它是目前普通鍛造車間常用的鍛造設(shè)備。蒸汽—空氣自由鍛錘按用途不同分為自由鍛錘和模鍛錘兩種；根據(jù)機架形式，可分為單柱式、拱式和橋式3種，如圖2-50所示。2．典型模鍛成形設(shè)備的組成及工作原理

蒸汽—空173

（a）單柱式自由鍛錘

（b）拱式自由鍛錘（a）單柱式自由鍛錘（b）拱式自由鍛錘174（c）橋式自由鍛錘（d）模鍛錘圖2-50蒸汽—空氣錘分類示意圖

（c）橋式自由鍛錘（d）模鍛錘圖2-50蒸汽—175

由于模鍛工藝需要，立柱與砧座的相對位置可通過橫向調(diào)節(jié)楔來進行錘身的左右微調(diào)。為保證機架中心精度要求，立柱直接用8個向斜置10°～12°的螺栓與砧座連接。鍛造時，由于沖擊力的作用，使立柱與砧座產(chǎn)生的間隙可通過螺栓下的彈簧所產(chǎn)生的側(cè)向分力將立柱壓緊在砧座的配合面上，從而防止左右立柱卡住錘頭。

由于模鍛工藝需要，立柱與砧座的相對位置可通過橫176蒸汽—空氣模鍛錘的組成。

模鍛錘是在蒸汽—空氣自由鍛錘的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。由于多模膛鍛造，常承受較大的偏心載荷和打擊力，所以為滿足模鍛工藝的要求，模鍛錘必須有足夠的剛性。如圖2-51所示，蒸汽—空氣模鍛錘由汽缸（帶打滑閥和節(jié)氣閥）、落下部分（活塞、錘桿、錘頭和上模塊）、立柱、導(dǎo)軌、砧座和操縱機構(gòu)等部分組成。

蒸汽—空氣模鍛錘的組成。模鍛錘是在蒸汽—空氣177圖2-51蒸汽—空氣模鍛錘1—砧座2—模座3—下模4—彈簧5—上模6—錘頭7—錘桿8—汽缸9—保險缸