鈑金模具成型及工藝講解

鈑金模具成型及工藝講解第1頁(yè)/共53頁(yè)沖壓：一、沖壓與沖模概念第一章沖壓模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)1.基本概念沖壓生產(chǎn)場(chǎng)景室溫下壓力機(jī)模具材料分離或塑性變形。第2頁(yè)/共53頁(yè)加工對(duì)象：主要金屬板材加工依據(jù)：板材沖壓成形性能（主要是塑性）加工設(shè)備：主要是壓力機(jī)加工工藝裝備：沖壓模具一、沖壓與沖模概念1.基本概念沖壓模具：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(chēng)為沖壓模具（俗稱(chēng)沖模）。第3頁(yè)/共53頁(yè)一、沖壓與沖模概念1.基本概念合理的沖壓工藝先進(jìn)的模具高效的沖壓設(shè)備沖壓生產(chǎn)的三要素第4頁(yè)/共53頁(yè)特別強(qiáng)調(diào)：沖壓模具重要性沖模一種特殊工藝裝備。

沖模與沖壓件有“一模一樣”的關(guān)系。沖模沒(méi)有通用性。

沖模是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。

沖模的功能和作用、沖模設(shè)計(jì)與制造方法和手段，決定了沖模是技術(shù)密集、高附加值型產(chǎn)品。

一、沖壓與沖模概念1.基本概念第5頁(yè)/共53頁(yè)2．沖壓成形加工特點(diǎn)

低耗、高效、低成本

“一模一樣”、質(zhì)量穩(wěn)定、高一致性

可加工薄壁、復(fù)雜零件板材有良好的沖壓成形性能

模具成本高所以，沖壓成形適宜批量生產(chǎn)。

一、沖壓與沖模概念第6頁(yè)/共53頁(yè)沖壓加工是制造業(yè)中最常用的一種材料成形加工方法。沖壓成形產(chǎn)品示例一——日常用品2．沖壓成形加工特點(diǎn)（續(xù)）一、沖壓與沖模概念沖壓成形產(chǎn)品示例二——高科技產(chǎn)品第7頁(yè)/共53頁(yè)二、沖壓工序的分類(lèi)根據(jù)材料的變形特點(diǎn)分：分離工序：分離工序、成形工序沖壓成形時(shí)，變形材料內(nèi)部的應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度極限σb，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。第8頁(yè)/共53頁(yè)成形工序：沖壓成形時(shí)，變形材料內(nèi)部應(yīng)力超過(guò)屈服極限σs，但未達(dá)到強(qiáng)度極限σb，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。二、沖壓工序的分類(lèi)第9頁(yè)/共53頁(yè)1.沖模的分類(lèi)三、沖模沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等。（2）根據(jù)工序組合程度分類(lèi)：?jiǎn)喂ば蚰?、?fù)合模、級(jí)進(jìn)模（1）根據(jù)工藝性質(zhì)分類(lèi)：第10頁(yè)/共53頁(yè)2.沖模組成零件沖模通常由上、下模兩部分構(gòu)成。組成模具的零件主要有兩類(lèi)：②結(jié)構(gòu)零件：①工藝零件：三、沖模直接參與工藝過(guò)程的完成并和坯料有直接接觸，包括：工作零件、定位零件、卸料與壓料零件等；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.第11頁(yè)/共53頁(yè)沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)流程：四、沖模設(shè)計(jì)與制造的要求（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)沖模制造沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)相互影響相互關(guān)聯(lián)沖模設(shè)計(jì)與制造流程圖第12頁(yè)/共53頁(yè)

沖壓模具設(shè)計(jì)與制造包括沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)與模具制造三大基本工作。沖壓工藝設(shè)計(jì)是沖模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)。沖模設(shè)計(jì)的目的是保證實(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，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂惺褂霉δ芎褪褂脙r(jià)值的模具實(shí)體。

四、沖模設(shè)計(jì)與制造的要求第13頁(yè)/共53頁(yè)沖模設(shè)計(jì)與制造場(chǎng)景沖模制造第14頁(yè)/共53頁(yè)多工位精密級(jí)進(jìn)模第15頁(yè)/共53頁(yè)沖壓成形產(chǎn)品示例一——日常用品第16頁(yè)/共53頁(yè)第二章沖裁工藝與沖裁模設(shè)計(jì)第一節(jié)概述分類(lèi):沖裁模：沖裁：利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。沖裁所使用的模具叫沖裁模，它是沖裁過(guò)程必不可少的工藝裝備。凸、凹模刃口鋒利，間隙小。普通沖裁、精密沖裁第17頁(yè)/共53頁(yè)第二節(jié)沖裁變形過(guò)程分析一、沖裁變形時(shí)板材變形區(qū)受力情況分析四對(duì)力

沖裁時(shí)作用于板料上的力

1-凸模

2-板材

3-凹模

了解和掌握沖裁變形規(guī)律，有利于沖裁工藝與沖裁模設(shè)計(jì)，控制沖裁件質(zhì)量。凸、凹模間隙存在，產(chǎn)生彎矩。

第18頁(yè)/共53頁(yè)間隙正常、刃口鋒利情況下，沖裁變形過(guò)程可分為三個(gè)階段：二、沖裁變形過(guò)程1．彈性變形階段變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力小于屈服應(yīng)力。2．塑性變形階段變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力大于屈服應(yīng)力。

凸、凹模間隙存在，變形復(fù)雜，并非純塑性剪切變形，還伴隨有彎曲、拉伸，凸、凹模有壓縮等變形。3．?dāng)嗔逊蛛x階段

變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力大于強(qiáng)度極限。裂紋首先產(chǎn)生在凹模刃口附近的側(cè)面凸模刃口附近的側(cè)面上、下裂紋擴(kuò)展相遇材料分離第19頁(yè)/共53頁(yè)沖裁件質(zhì)量：三、沖裁件質(zhì)量及其影響因素垂直、光潔、毛刺小圖紙規(guī)定的公差范圍內(nèi)外形滿(mǎn)足圖紙要求；表面平直，即拱彎小指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。第20頁(yè)/共53頁(yè)三、沖裁件質(zhì)量及其影響因素1、沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素?cái)嗝嫣卣鲌A角帶a：刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長(zhǎng)變形。光亮帶b：塑性剪切變形。質(zhì)量最好的區(qū)域。斷裂帶c：裂紋形成及擴(kuò)展。毛刺區(qū)d：間隙存在，裂紋產(chǎn)生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，間隙不正常、刃口不鋒利，還會(huì)加大毛刺。第21頁(yè)/共53頁(yè)第三章彎曲工藝與彎曲模設(shè)計(jì)第一節(jié)概述彎曲方法：彎曲模：

將板料、型材、管材或棒料等按設(shè)計(jì)要求彎成一定的角度和一定的曲率，形成所需形狀零件的沖壓工序。彎曲所使用的模具。

彎曲方法可分為在壓力機(jī)上利用模具進(jìn)行的壓彎以及在專(zhuān)用彎曲設(shè)備上進(jìn)行的折彎、滾彎、拉彎等。生活中的彎曲件用模具成形的彎曲件之一、之二第22頁(yè)/共53頁(yè)V形彎曲是最基本的彎曲變形。一、彎曲變形過(guò)程1.彎曲變形時(shí)板材變形區(qū)受力情況分析變形區(qū)主要在彎曲件的圓角部分，板料受力情況如圖所示。2.彎曲變形過(guò)程自由彎曲校正彎曲彈性彎曲塑性彎曲彎曲效果：表現(xiàn)為彎曲半徑和彎曲中心角的變化（減?。５?3頁(yè)/共53頁(yè)二、塑性彎曲變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變窄板（B/t＜3）：彎曲后坐標(biāo)網(wǎng)格變化。寬板（B/t＞3）：內(nèi)區(qū)寬度增加，外區(qū)寬度減小，原矩形截面變成了扇形

橫截面幾乎不變，仍為矩形內(nèi)區(qū)中性層外區(qū)第24頁(yè)/共53頁(yè)二、塑性彎曲變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變應(yīng)力狀態(tài)

寬板（B/t＞3）

窄板（B/t＜3）長(zhǎng)度方向σ1：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉厚度方向σ2：內(nèi)外均受壓應(yīng)力

寬度方向σ3：內(nèi)外側(cè)壓力均為零長(zhǎng)度方向σ1：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉厚度方向σ2：內(nèi)外均受壓應(yīng)力

寬度方向σ3：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉兩向應(yīng)力三向應(yīng)力第25頁(yè)/共53頁(yè)相對(duì)彎曲半徑（r/t）：三、變形程度及其表示方法彎曲中心角為α

表示板料彎曲變形程度的大小。

第26頁(yè)/共53頁(yè)1．中性層的內(nèi)移四、板料彎曲的變形特點(diǎn)２．變形區(qū)板料厚度變薄和長(zhǎng)度增加３．細(xì)而長(zhǎng)的板料彎曲后的縱向翹曲與窄板彎曲后的剖面畸變管材、型材彎曲后的剖面畸變第27頁(yè)/共53頁(yè)最小彎曲半徑rmin：在板料不發(fā)生破壞的條件下，所能彎成零件內(nèi)表面的最小圓角半徑。常用最小相對(duì)彎曲半徑rmin/t表示彎曲時(shí)的成形極限。其值越小越有利于彎曲成形。

五、最小彎曲半徑1.影響最小彎曲半徑的因素（１）材料的力學(xué)性能（２）材料表面和側(cè)面的質(zhì)量（３）彎曲線(xiàn)的方向（４）彎曲中心角

第28頁(yè)/共53頁(yè)第四章拉深工藝與拉深模設(shè)計(jì)第一節(jié)概述拉深：又稱(chēng)拉延，是利用拉深模在壓力機(jī)的壓力作用下，將平板坯料或空心工序件制成開(kāi)口空心零件的加工方法。它是沖壓基本工序之一?？梢约庸ばD(zhuǎn)體零件，還可加工盒形零件及其它形狀復(fù)雜的薄壁零件。拉深不變薄拉深變薄拉深拉深模：拉深模特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質(zhì)量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。拉深所使用的模具。第29頁(yè)/共53頁(yè)圓筒形件是最典型的拉深件。一、拉深變形過(guò)程（二）拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)1．變形現(xiàn)象（一）拉深成形時(shí)板料的受力分析平板圓形坯料的凸緣——彎曲繞過(guò)凹模圓角，然后拉直——形成豎直筒壁。變形區(qū)——凸緣；已變形區(qū)——筒壁；不變形區(qū)——底部。底部和筒壁為傳力區(qū)。第30頁(yè)/共53頁(yè)一、拉深變形過(guò)程（二）拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)（續(xù)）2．金屬的流動(dòng)過(guò)程工藝網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)材料轉(zhuǎn)移：高度、厚度發(fā)生變化。3．拉深變形過(guò)程外力凸緣產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力：徑向拉應(yīng)力σ1；切向壓應(yīng)力σ3凸緣塑性變形：徑向伸長(zhǎng)，切向壓縮，形成筒壁直徑為ｄ高度為Ｈ的圓筒形件（H>（D-d）/2）拉深單元變形動(dòng)畫(huà)第31頁(yè)/共53頁(yè)1.凸緣部分二、拉深過(guò)程中坯料內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)拉深過(guò)程中某一瞬間坯料所處的狀態(tài)應(yīng)力分布圖2.凹模圓角部分

3.筒壁部分

4.凸模圓角部分5.筒底部分

坯料各區(qū)的應(yīng)力與應(yīng)變是很不均勻的。拉深成形后制件壁厚和硬度分布第32頁(yè)/共53頁(yè)三、拉深件的起皺與拉裂拉深過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題：主要是凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂。凸緣區(qū)起皺：傳力區(qū)拉裂：由于切向壓應(yīng)力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲；由于拉應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度引起板料斷裂。第33頁(yè)/共53頁(yè)1.凸緣變形區(qū)的起皺主要決定于：一方面是切向壓應(yīng)力σ3的大小，越大越容易失穩(wěn)起皺；另一方面是凸緣區(qū)板料本身的抵抗失穩(wěn)的能力。

凸緣寬度越大，厚度越薄，材料彈性模量和硬化模量越小，抵抗失穩(wěn)能力越小。

最易起皺的位置：凸緣邊緣區(qū)域起皺最強(qiáng)烈的時(shí)刻：在Rt=（0.7～0.9）R0時(shí)防止起皺：第34頁(yè)/共53頁(yè)三、拉深件的起皺與拉裂2.筒壁的拉裂主要取決于：

一方面是筒壁傳力區(qū)中的拉應(yīng)力；另一方面是筒壁傳力區(qū)的抗拉強(qiáng)度。

當(dāng)筒壁拉應(yīng)力超過(guò)筒壁材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，拉深件就會(huì)在底部圓角與筒壁相切處——“危險(xiǎn)斷面”產(chǎn)生破裂。

防止拉裂：一方面要通過(guò)改善材料的力學(xué)性能，提高筒壁抗拉強(qiáng)度；

另一方面通過(guò)正確制定拉深工藝和設(shè)計(jì)模具，降低筒壁所受拉應(yīng)力。

第35頁(yè)/共53頁(yè)第五章其它成形工藝與模具設(shè)計(jì)第一節(jié)概述

在沖壓生產(chǎn)中，通過(guò)板料的局部變形來(lái)改變毛坯的形狀和尺寸的沖壓成形工序，統(tǒng)稱(chēng)為其它沖壓成形工序。應(yīng)用這些工序可以加工許多復(fù)雜零件。伸長(zhǎng)類(lèi)成形：如脹形和圓內(nèi)孔翻孔，成形極限主要受變形區(qū)過(guò)大拉應(yīng)力而破裂的限制；壓縮類(lèi)成形：如縮口和外緣翻凸邊，成形極限主要受變形區(qū)過(guò)大壓應(yīng)力而失穩(wěn)起皺的限制。

第36頁(yè)/共53頁(yè)

當(dāng)坯料外徑與成形直徑的比值Ｄ/ｄ＞３時(shí)，其成形完全依賴(lài)于直徑為ｄ的圓周以?xún)?nèi)金屬厚度的變薄實(shí)現(xiàn)表面積的增大而成形。脹形的變形區(qū)一、脹形的變形特點(diǎn)第37頁(yè)/共53頁(yè)

起伏成形俗稱(chēng)局部脹形，可以壓制加強(qiáng)筋、凸包、凹坑、花紋圖案及標(biāo)記等。

1．壓加強(qiáng)筋二、平板坯料的起伏成形簡(jiǎn)單的起伏成形零件，其極限變形程度可按下式近似確定：若零件的加強(qiáng)筋超過(guò)極限變形程度時(shí)，可以采用多次成形的方法壓制加強(qiáng)筋所需的沖壓力，可用下式近似計(jì)算：第38頁(yè)/共53頁(yè)空心坯料的脹形:三、空心坯料的脹形剛性模具脹形軟模脹形

軸向壓縮和高壓液體聯(lián)合作用的脹形

俗稱(chēng)凸肚，它是使材料沿徑向拉伸，將空心工序件或管狀坯料向外擴(kuò)張，脹出所需的凸起曲面，如壺嘴、皮帶輪、波紋管等。

第39頁(yè)/共53頁(yè)三、空心坯料的脹形2.脹形的變形程度常用脹形系數(shù)Ｋ表示Ｋ和坯料伸長(zhǎng)率第40頁(yè)/共53頁(yè)三、空心坯料的脹形3.脹形的坯料尺寸計(jì)算

坯料直徑Ｄ坯料長(zhǎng)度Ｌ式中――變形區(qū)母線(xiàn)長(zhǎng)度；

――坯料切向拉伸的伸長(zhǎng)率；ｂ――切邊余量，一般?。猓?0～20ｍｍ。

第41頁(yè)/共53頁(yè)三、空心坯料的脹形4.脹形力的計(jì)算脹形時(shí)，所需的脹形力Ｆ可按下式計(jì)算：脹形單位面積壓力ｐ可用下式計(jì)算：

――脹形變形區(qū)實(shí)際應(yīng)力，近似估算時(shí)取式中≈（材料的抗拉強(qiáng)度）第42頁(yè)/共53頁(yè)第三節(jié)翻邊翻邊：在模具的作用下，將坯料的孔邊緣或外邊緣沖制成豎立邊的成形方法。1．圓孔翻邊（１）圓孔翻邊的變形特點(diǎn)與變形程度

一、內(nèi)孔翻邊變形程度極限翻邊系數(shù)

翻邊后豎邊邊緣的厚度，可按下式估算：

第43頁(yè)/共53頁(yè)1．圓孔翻邊一、內(nèi)孔翻邊（２）翻邊的工藝計(jì)算1）平板坯料翻邊的工藝計(jì)算預(yù)沖孔直徑d豎邊高度H或極限高度第44頁(yè)/共53頁(yè)1．圓孔翻邊一、內(nèi)孔翻邊（２）翻邊的工藝計(jì)算2）先拉深后沖底孔再翻邊的工藝計(jì)算

先拉深后翻邊的高度h預(yù)制孔直徑或翻邊的極限高度拉深高度第45頁(yè)/共53頁(yè)1．圓孔翻邊一、內(nèi)孔翻邊（３）翻邊力的計(jì)算用圓柱形平底凸模翻邊時(shí)，可按下式計(jì)算：用錐形或球形凸模翻邊的力略小于上式計(jì)算值第46頁(yè)/共53頁(yè)1．圓孔翻邊一、內(nèi)孔翻邊（４）翻邊