冲压工艺及模具设计一 第一章 概述 内容简介: 本章讲述冲压冲压模具设计的基础知识。 涉及冲压和冲模概念、冲压工序和冲模分类；常见冲压设备及工作原理、选用原则；冲压成形基本原理和规律；冲压成形性能及常见冲压材料；模具材料种类；模具制造特点、模具零件加工方法及应用等 。

章节内容： 1.1冲压的定义 1.2冲压工序分类 1.3冲压工艺的特点及其应用 1.4冲压变形的理论基础 1.5冲压用板料 1.6冲压设备简介

学习目的与要求： 1．掌握冲压和冲模概念、冲压工序和冲模分类； 2．认识常见冲压设备，掌握选用原则； 3．了解屈服准则、塑性变形时应力应变关系、体积不变条件、硬化规律、等冲压成形基本规律； 4．了解冲压成形性能与机械性能关系； 5．认识模具制造特点，掌握模具零件加工方法。

重点内容： 冲压成形基本概念、冲压设备及选用、冲压成形基本规律及应用、冲压成形性能与机械性能关系、常用模具零件加工方法及应用。

难点内容： 冲压成形基本规律、冲压成形性能与机械性能关系。 冲压工艺及模具设计一 主要参考书： [1] 王同海.实用冲压设计技术.北京：机械工业出版社，2000 [2] 冯炳尧.模具设计与制造简明手册.上海：上海科学技术出版社，2000

复习思考题： 1-1什么是冲压加工？ 1-2 冲压加工又何特点？ 1-3冲压加工又哪几种类型？ 1-4什么是分离工序？ 1-5 什么是塑性变形工序？ 1-6 我国冲压技术的发展方向是怎么样的？ 1-7 常用的冲压设备有哪几种? 1-8 通用曲柄压力机的工作原理是怎么样的? 1-9 选用冲压设备的基本原则是什么？ 1-10怎样根据冲压工艺来选择压力机的种类？ 1-11怎样选择压力机规格大小？ 1-12如何正确使用压力机？ 1-13使用时如何正确地调整压力机？ 1-14冲压材料常用的备料设备有哪些？ 1-15剪板机由哪几部分组成？ 1-16如何正确使用剪板机？

例题与解答： [1]冲压塑性变形辅助分析 [2]拉深变形中的变形趋向：注意变形过程、变形区与传力区、变形缺陷

电子教材 1.1 冲压的定义 冲压是利用冲模在冲压设备上对板料施加压力（或拉力），使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的制件的加工方法。冲压加工的对象一般为金属板料（或带料）、薄壁管、薄型材等，板厚方向的变形一般不侧重考虑，因此也称为板料冲压，冲压工艺及模具设计一 且通常是在室温状态下进行（不用加热，显然处于再结晶温度以下），故也称为冷冲压。 锻造和冲压合称为锻压，锻造加工的对象一般为金属棒料（或锭料），必须考虑长、宽、高3个方向的变形，且通常是在再结晶温度以上进行，故常称为热锻。基于通常要施加一定的压力才能完成加工的共性，锻造、冲压与轧制、挤压、拉拨等总称为金属压力加工；金属压力加工迫使加工对象发生塑性变形，既改变了尺寸、形状，又改善了性能，故还称为塑性加工。轧制、拉拨、挤压等方法是将钢锭加工成棒料、板料、管材、线材等制品，但通常不制成零件，称为一次塑性加工；锻压加工则是在一次塑性加工的基础上，将棒料、板料、管材、线材等制成具有特定用途的制件（或零件），可称为二次塑性加工。20世纪后期又流行将塑性加工称为塑性成形。 冲模、冲压设备和板料是构成冲压加工的3个基本要素。所谓冲模就是加压将金属或非金属板料或型材分离、成形或接合而得到制件的工艺装备。没有设计和制造水平均很先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

动画:课程相关的知识点(说明该课程主要知识点与相关课程的关系)

1.2 冲压工序的分类 生产中为满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量大小、原材料性能的要求，冲压加工的方法是多种多样的。 但是，概括起来可以分为分离工序与成形工序两大类。分离工序又可分为落料、冲孔和剪切等，目的是在冲压过程中使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，表0.2.1所冲压工艺及模具设计一 示。成形工序可分为弯曲、拉深、翻孔、翻边、胀形、缩口等，目的是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，并转化成所要求制件形状，见表0.2.2。表0.2.3是立体塑性成形工序立体冲压。 冲压工艺及模具设计一

表0.2.3立体冲压 冲压工艺及模具设计一

动画:典型冲压零件(说明本课程工艺产品)

1.3 冲压工艺的特点与应用 冲压生产靠模具和压力机完成加工过程，与其它加工方法相比，在技术和经济方面有如下特点： （1）冲压件的尺寸精度由模具来保证，具有一模一样的特征，所以质量稳定，互换性好。 （2）由于利用模具加工，所以可获得其它加工方法所不能或难以制造的，壁薄、重量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件。 （3）冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样，大量切削金属，所以它不但节能，而且节约金属 （4）对于普通压力机每分钟可生产几十件，而高速压力机每分钟可生产几百上千件。所以它是一种高效率的加工方法。 由于冲压工艺具有上述突出的特点，因此在国民经济各个领域广泛应用。例如，航空航天、机械、电子信息、交通、兵器、日用电器及轻工等产业都有冲压加工。不但产业界广泛用到它，而且每一个人每天都直接与冲压产品发生联系。冲压可制造钟表及仪器中的小型精密零件，也可制造汽车、拖拉机的大型覆盖件。冲压材料可使用黑色金属、有色金属以及某些非金属材料。冲压也存在一些缺点，主要表现在冲压加工时的噪声、振动两种公害。这些问题并不完全是冲压工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备落后所造成的。随着科学技术的进步，这两种公害一定会得到解决。 冲压工艺及模具设计一 1.4 变形基础

1.4冲压变形的理论基础 1.4.1金属塑性变形的概念 塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而不破坏其完整性的能力。 塑性指标：常用的塑性指标如下

变形抗力： 引起塑性变形的单位变形力。（金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为变形抗力）。

变形抗力指标：通常以真实应力作为变形抗力的指标。 2、影响金属塑性和变形抗力的因素

1.4.2影响塑性及变形抗力的主要因素 内因 ：化学成分的影响；组织结构的影响 外因：变形温度 ；变形速度 ；应力、应变状态；尺寸因素 （1）金属组织：晶格类型、杂质、晶粒大小、形状及晶界强度。如纯铁比碳钢的塑性好、变形抗力低。 （2）变形温度 大多数金属，总的趋势是：温度升高，塑性增加，变形抗力下降。 加热的作用：提高塑性、降低变形抗力、提高工件的成形准确度。 冷却的作用：局部冷却，提高板料危险断面的强度。 对于碳钢而言，存在几处特殊情况： 冷脆区（或蓝脆区）：200℃~400 ℃，变形抗力增加，塑性降低。夹杂物以沉淀的形式在晶界、滑移面析出，产生沉淀硬化 热脆区： 800℃~950 ℃，FeS不溶于固体铁，在晶界形成低熔点的共晶体。 高温脆区： 1250 ℃以上，过热，过烧。 在选择变形温度时，碳钢应避开冷脆区和热脆区 (3)变形速率： 定义： 单位时间内应变的变化量。

%100%100%100000000HHHAAALLLKcKK镦粗率：断面收缩率：伸长率：冲压工艺及模具设计一 变形速率对金属塑性和变形抗力的影响比较复杂，需同时考虑其它因素的影响。 可参考如下四条经验： （1）对于小零件的冲压工序，不考虑速度的影响； （2）对于大型复杂零件的成型，宜用低速； （3）对于加热成形工序，宜用低速； （4）应力、应变状态 应力状态：静水压力越大，金属表现的塑性越好。 应变状态：压应变的成分越多，拉应变的成分越少，越有利于材料塑性的发挥 因此，压应力个数多、拉应力个数少，金属的塑性好。 （5）尺寸因素 其他条件相同时，尺寸越大，塑性越差。

1.4.3金属塑性变形的力学条件 1.4.3.1 金属材料硬化规律（真实应力—应变曲线） 1. 弹塑性变形共存规律 材料在塑性变形的同时也会有弹性变形存在。用最简单的拉伸试验就可以说明这种弹塑性变形的共存现象。 低碳钢试样在单向拉伸时的拉伸试验曲线图（或条件应力-应变曲线）如图1.4.3.1所示。

图1.4.3.1 拉伸曲线图（条件应力-应变曲线） 图中，OA为弹性变形阶段，A点为屈服点，s为屈服强度，ABG为均匀塑性变形阶段，G点处载荷最大，G点的b为抗拉强度。同时G点也是失稳点，从G点开始，材料出现缩颈。GK为不均匀变形阶段，K点为断裂点。 由拉伸图可知，在弹性变形阶段OA，外力与变形成正比关系，如果在这一阶段卸载，则外力与变形将按原路退回原点，不产生任何永久变形。 若到达A点以后仍继续拉伸，则材料进入均匀塑性变形阶段。如果在这一阶段的B点卸载，那么外力与变形并不按原路OAB退回到原点，而是沿与OA平行的直线BC退回到冲压工艺及模具设计一 C点，这时试样的绝对伸长量由加载到B点时的Δlb减小到卸载结束时的Δlc，Δlb与Δlc

之差即为弹性变形量，而Δlc为加载到B点时的塑性变形量。

由此可见，在材料进入塑性变形阶段后，同时存在着弹性变形和塑性变形，这就是弹塑性变形共存规律。很显然，在外力去除后，弹性变形得以恢复，塑性变形得以保留。 冲压时，由于弹性变形的存在，使得分离或成形后的冲压件的形状和尺寸与模具的形状和尺寸不尽相同，这种现象称为回弹，是影响冲压件精度的重要原因之一。

2 真实应力、真实应变概念 (1) 真实应力 应力是指单位面积上的内力。单向拉伸试验过程中，试件横截面上的拉应力有两种计算方法： 1）不考虑横截面积的变化（F0—试样初始截面积）

求得的0称为条件应力。其条件就是只有当变形不大时才能用这种方法近似计算。 2）考虑横截面积的变化 材料拉伸试验属于大变形，拉伸过程中，试件横截面会明显缩小，如仍按F0计算就会出现明显的误差，必须按每瞬间的

实际横截面积F来计算应力 ，

这样求得的称为真实应力。 材料刚开始屈服时的应力称为初始屈服应力。随着塑性变形量的增多，材料会逐渐发生硬化，屈服应力会逐渐增高。习惯上常将用真实应力表示的每一瞬间的实际屈服应力直接称为该瞬间的“真实应力”，它反映了材料的塑性变形抗力。 (2) 真实应变 在拉伸试验时，试样的轴向应变常以试样的相对伸长（或条件应变）δ表示：

00F

P

FP

0010lllll