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当前位置：首页 > 机械/制造/汽车 > 制造加工工艺 > 01-第一章-冲压(裁)加工基本理论(冷冲压工艺及模具设计)
授课学时：56理论学时4学时实验课程任务：1.了解常见冲压工序的变形规律；2.认识冲压成形工艺方法、冲压模具典型结构；3.掌握冲压工艺与模具设计方法；4.具备进行中等复杂冲压零件的冲压工艺编制、冲模设计的能力。课程性质：模具设计与制造专业的一门主干专业技术课，是一门实践性、综合性很强的课程。课程情况总体简介总目录第一章冲压(裁)加工基本理论第二章冲裁工艺及模具设计第三章弯曲及弯曲模设计第四章拉深第五章其他成形工艺及模具设计第六章多工位精密自动级进模设计第七章冲压工艺规程的编制第八章典型冲压模具零件制造与装配冷冲压：一、冲压的概念1.基本概念冲压生产场景室温下压力机模具材料分离或塑性变形。第一章冲裁加工基本问题冷冲压是一种金属压力加工方法，它是在常温（冷态）下，利用冲模在压床上对金属（或非金属）板料施加压力使其分离或变形，从而得到一定形状零件的加工方法。如图0－l所示，利用凸模和凹模对直径为D的圆板料加一压力F就冲出人们需要的面盆。它是建立在金属材料塑性基础上的一种工艺。由于它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。冷冲压和板料冲压的涵义差不多，而冷冲压的涵义要广泛些，包括了立体冲压。图0－l冲压过程第一章冲裁加工基本问题加工对象：主要是金属板材加工依据：板材冲压成形性能（主要是塑性）加工设备：主要是压力机加工工艺装备：冲压模具1.基本概念（续）冲压模具：在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。第一章冲裁加工基本问题1.基本概念（续）合理的冲压工艺先进的模具高效的冲压设备冲压生产的三要素第一章冲裁加工基本问题特别强调：冲压模具重要性冲模一种特殊工艺装备。冲模与冲压件有“一模一样”的关系。冲模没有通用性。冲模是冲压生产必不可少的工艺装备，决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。冲模的功能和作用、冲模设计与制造方法和手段，决定了冲模是技术密集、高附加值型产品。1.基本概念（续）第一章冲裁加工基本问题2.冷冲压有以下特点（与切削比较）：④所用的原材料多为金属和非金属的板料。①它是无屑加工，被加工的金属在再结晶温度以下产生塑性变形，不产生切屑，变形中金属产生加工硬化。②所用设备是冲床，冲床供给变形所需的力。③所用的工具是各种形式的冲模，冲模对材料塑性变形加以约束．并直接使材料变成所需的零件。第一章冲裁加工基本问题冷冲压与其他加工方法比较，在技术上、经济上有许多优点：①在压床简单冲压下，能得到形状复杂的零件，而这些零件用其他的方法是不可能或者很难得到的。如汽车驾驶室的车门、顶盖和鼻子板这些具有流线型的零件。②制得的零件一般不进一步加工，可直接用来装配，而且有一定精度，具有互换性。③在耗料不大的情况下，能得到强度高、足够刚性而重量轻、外表光滑美观的零件。④材料利用率高，一般为70％－85％。第一章冲裁加工基本问题⑥冲压零件的质量主要靠冲模保证，所以操作方便，要求的工人技术等级不高，便于组织生产。⑤生产率高，冲床冲一次一般可得一个零件，而冲床一分钟的行程少则几次，多则几百次。同时，毛坯和零件形状规则，便于实现机械化和自动化。⑦在大量生产的条件下，产品的成本低。低耗、高效、低成本、“一模一样”、质量稳定、高一致性，可加工薄壁、复杂零件，板材有良好的冲压成形性能，模具成本高，所以，冲压成形适宜批量生产。第一章冲裁加工基本问题模具要求高、制造复杂、周期长、制造费昂贵，因而在小批量生产中受到限制。另外，冲压件的精度决定于模具精度，如零件的精度要求过高，用冷冲压生产就难以达到。冷冲压的缺点第一章冲裁加工基本问题冲压加工是制造业中最常用的一种材料成形加工方法。冲压成形产品示例一——日常用品冲压成形产品示例二——高科技产品第一章冲裁加工基本问题二、冲压工序的分类根据材料的变形特点分：分离工序：分离工序、成形工序冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限σb，使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分离工序主要有剪裁和冲裁等。第一章冲裁加工基本问题第一章冲裁加工基本问题成形工序：冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限σs，但未达到强度极限σb，使材料产生塑性变形，从而成形零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。二、冲压工序的分类（续）第一章冲裁加工基本问题第一章冲裁加工基本问题第一章冲裁加工基本问题1.我国冲压技术现状技术落后、经济效益低。主要原因：①冲压基础理论与成形工艺落后；②模具标准化程度低；③模具设计方法和手段、模具制造工艺及设备落后；④模具专业化水平低。所以，结果导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。三、冲压技术现状与发展方向第一章冲裁加工基本问题2.冲压技术发展方向产品市场变化：技术发展：牵引推动冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。三、冲压技术现状与发展方向（续）多品种、少批量，更新换代速度快计算机技术、制造新技术第一章冲裁加工基本问题(1)冲压成形理论及冲压工艺加强理论研究，开展CAE技术应用。开发和应用冲压新工艺。满足产品开发在T(Time)、Q(Quality)、C(Cost)、S(Service)、E(Environment)的要求。三、冲压技术现状与发展方向（续）2.冲压技术发展方向第一章冲裁加工基本问题(2)模具先进制造工艺及设备三、冲压技术现状与发展方向（续）2.冲压技术发展方向（续）数控化、高速化、复合化加工技术先进特种加工技术精密磨削、微细加工技术先进工艺装备技术数控测量效率和质量是制造业的永恒主题。第一章冲裁加工基本问题(3)模具新材料及热、表处理提高使用性能，改善加工性能，提高寿命。(4)模具CAD/CAM技术二、三维相结合的数字化设计技术与数字化制造技术。模具行业是最早应用CAD/CAM技术的行业之一。(5)快速经济制模技术加快模具的制造速度，降低模具生产成本。适应小批量试制。(6)先进生产管理模式并行工程思想、标准化、专业化生产。三、冲压技术现状与发展方向（续）2.冲压技术发展方向（续）第一章冲裁加工基本问题模具工业是国民经济的基础工业，是高技术行业。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一。模具在日本被誉为“进入富裕社会的原动力”、在德国被称为“金属加工业中的帝王”。模具设计与制造专业人才是制造业紧缺人才。三、冲压技术现状与发展方向（续）第一章冲裁加工基本问题我国模具工业发展十分迅速，1996~2002年间，模具产值年平均增速在14%左右。由上可见，模具技术是先进制造技术的重要代表，模具工业是高新技术产业的一个重要组成部分，模具工业又是高新技术产业化的重要领域。三、冲压技术现状与发展方向（续）第一章冲裁加工基本问题冲模设计与制造场景冲模设计冲模制造第一章冲裁加工基本问题多工位精密级进模第一章冲裁加工基本问题冲压成形产品示例一——日常用品第一章冲裁加工基本问题冲压成形产品示例二——高科技产品汽车覆盖件飞机蒙皮第一章冲裁加工基本问题数控高速铣削加工高效、高精度、高的表面质量、可加工高硬材料第一章冲裁加工基本问题五轴车铣中心多轴联动、复合加工五轴加工中心第一章冲裁加工基本问题慢走丝线切割技术加工精度可达到±1.5μm，加工表面粗糙度Ra0.1～0.2μm。第一章冲裁加工基本问题精密坐标磨床成型磨床数控光学曲线磨床精密磨削、微细加工技术第一章冲裁加工基本问题3R装夹系统（统一工艺基准定位系统）应用先进工艺装备技术第一章冲裁加工基本问题三坐标数控测量第一章冲裁加工基本问题第一章冲裁加工基本问题第一节冲裁基本工序一、落料落料是在平板的毛坯上沿封闭轮廓进行冲裁，余下的就是废料。落料常用于制备工序件。落料第一章冲裁加工基本问题第一节冲裁基本工序二、冲孔冲孔是以落料件或其他成型件为工序件，完成各种形状孔的冲孔冲裁加工。第一章冲裁加工基本问题第一节冲裁基本工序三、修边对成型件边缘进行冲裁，以获得工件要求的形状和尺寸成为修边。四、冲槽在板料上或成型见上冲切出窄而长的槽，称为冲槽。第一章冲裁加工基本问题第一节冲裁基本工序五、冲缺口在板条，型材或弯曲成形的长条形工序件的侧边，冲掉一小块角形废料，称为冲缺口。六，切断对板条，型材，棒料，管材等沿横向进行冲切分离加工，称为切断。第一章冲裁加工基本问题第一节冲裁基本工序七、切舌在材料上封轮廓局部材料冲切开并弯成一定的角度，但不与主体分离，称为切舌，也可称为冲切成形八、剖切将以成形的立体形状的工序件分割为两件，称为剖切。第一章冲裁加工基本问题第一节冲裁基本工序翻边工艺第一章冲裁加工基本问题第一节冲裁基本工序•剖•切第一章冲裁加工基本问题第一节冲裁基本工序•冲•槽第二节冲压变形分析塑性：表示材料塑性变形能力。它是指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性能力。一、塑性变形的基本概念塑性指标：衡量金属塑性高低的参数。常用塑性指标为延伸率δ和断面收缩率ψ。%100%1000000FFFLLLkk变形：弹性变形、塑性变形。第一章冲裁加工基本问题金属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸发生变化，而且其内部的组织和性能也将发生变化。一般会产生加工硬化或应变刚现象：二、塑性变形对金属组织和性能的影响金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和硬度逐渐增加，而塑性和韧性逐渐降低；晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料产生各向异性；由于变形不均，会在材料内部产生内应力，变形后作为残余应力保留在材料内部。第一章冲裁加工基本问题第二节冲压变形分析1．点的应力与应变状态为了全面、完整地描述变形区内各点的受力和变形情况。三、塑性力学基础应力——正应力、剪应力应力状态：主应力状态类似有应变状态的概念。一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，因此主应变状态图只有三种。通常是围绕该点取出一个微小（正）六面体（即所谓单元体），用该单元体上三个相互垂直面上的九个应力分量来表示。已知该九个应力分量，则过此点任意切面上的应力都可求得。塑性变形可能出现九种主应力状态。第一章冲裁加工基本问题第二节冲压变形分析2．金属的屈服条件三、塑性力学基础（续）屈服——塑性状态，主要取决于两方面的因素：（1）在一定的变形条件（变形温度和变形速度）下材料的物理机械性质——转变的根据；（2）材料所处的应力状态——转变的条件。单向应力状态：σ=σS一般应力状态：σ1-σ3=βσS第一章冲裁加工基本问题第二节冲压变形分析3．金属塑性变形时的应力应变关系三、塑性力学基础（续）弹性变形阶段：应力与应变之间的关系是线性的、可逆的，与加载历史无关；塑性变形阶段：应力与应变之间的关系则是非线性的、不可逆的，与加载历史有关。131332322121第一章冲裁加工基本问题第二节冲压变形分析（1）应力分量与应变分量符号不一定一致，即拉应力不一定对应拉应变，压应力不一定对应压应变；（2）某方向应力为零其应变不一定为零；（3）在任何一种应力状态下，应力分量的大小与应变分量的大小次序是相对应的，即б1＞б2＞б3，则有ε1＞ε2＞ε3。（4）若有两个应力分量相等，则对应的应变分量也相等，即若б1＝б2，则有ε1＝ε2。几点讨论结论3．金属塑性变形时的应力应变关系（续）三、塑性力学基础（续）第一章冲裁加工基本问题第二节冲压变形分析1．硬化规律四、金属塑性变形的一些基本规律加工硬化：硬化曲线：σ=Aεn塑性降低，变形抗力提高。能提高变形均匀性。实际应力曲线或真实应力曲线。表示硬化规律。这种变化规律可近似用指数曲线表示。第一章冲裁加工基本问题第二节冲压变形分析2．卸载弹性恢复规律和反载软化现象四、金属塑性变形的一些基本规律（续）反载软化曲线第一章冲裁加工基本问题第二节冲压变形分析3．体积不变条件四、金属塑性变形的一些基本规律（续）金属材料在塑性变形时，体积变化很小，可以忽略不计。一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，可证明满足：
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