冲压工艺基础课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,模具制造基础,主讲老师：史恩秀,零件的加工方法：切削加工和成形加工。,切削加工车，铣，刨，磨，镗等使用刀具,成形加工,冲压,、锻，挤压，压铸等使用模具,不同的加工温度热成形和冷成形,加工材料不同，用不同的模具和不同的成形方法：,金属模具,冲压模,、锻模，挤压模，压铸模,塑料模具注塑模等,模具,模具制造基础,主讲内容：冲压工艺及模具设计,所用教材：冲压工艺学,(,机械工业出版社，肖景容主编,),参考资料：冲压工艺学,(,武汉工学院出版社，姜奎华主编,),冲压工艺学,(,武汉工学院出版社，李硕本主编,),模具制造工艺,(,国防工业出版社，黄毅宏主编,),课程的特点及其学习的方法,课程情况总体简介,授课课时：,40,学时,课程性质：是一门实践性、综合性很强的课程,本门课程与前面所学课程的关联：,1.,塑性力学的基本原理；,2.,材料力学的基本原理；,3.,金属材料学与热处理；,4.,机械制造技术基础；,5.,数字化设计与制造知识,6.,冲压设备,总而言之，这是一门实践性很强的课程，经验多于科学，系统性较差，要抓住三基本：,基本概念、基本方法、基本技能,关键是要学会分析问题和解决问题的思路和方法。,在开始本门课程时，让来看看如下零件是如何加工的？,汽车发动机用垫圈,：,汽车发动机用垫圈：,汽车发动机支架：,普通垫片：,常用五金件：,汽车用垫圈：,飞机机身隔框、机翼翼肋等零件,立式弹性凹模拉深零件,冲压工艺及模具设计,第,1,章 冲压工艺基础,第,2,章 冲裁工艺及模具设计,第,3,章 弯曲工艺与弯曲模设计,第,4,章 拉深工艺及模具设计,第,5,章 其它冲压工艺及模具设计,第,6,章 典型模具设计实例,第,7,章 级进模设计,第,8,章 模具,CAD/CAM,简介,1,冲压工艺基础,1.1 冲压工艺的分类、特点及应用,1.,2,冲压技术的发展方向,1.,3,冲压模具,1.,4,冲压模具常用材料,1.,5,冲压常用材料,1.,6,冲压设备与选用,思考题,与机械切削加工相比，冷冲压加工在加工过程中材料的变形有何特点？,1.1.1冷冲压加工定义,冲压加工是一种先进的金属加工方法，它是建立在金属塑性变形的基础上，利用各种压力机和安装在压力机上的模具使材料在常温或高温状态下进行分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的一种方法。冲压加工是少无切削加工的一种主要形式，是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一。,1.1 冲压工艺的分类、特点及应用,冷冲压是，利用模具和冲压设备，在常温或高温状态下对板料金属进行加工，使其分离或塑性变形，以获得所需要的零件形状和尺寸。,具体地讲：,冷冲压是以金属板料为原材料（也有采用金属管料和非金属材料的），在常温下，利用压力机上的冲压模对原材料施加压力，使其内部产生变形的应力，当应力达到一定的数值时，原材料的某个部分便产生与应力性质相对应的变形，使其产生塑性变形或分离，以获得需形状和尺寸的零件的一种压力加工方法。,冷冲压的加工对象是：,金属板料，也有采用金属管料和非金属材料的,（,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,）,加工条件：在常温下,（不用加热）,所用设备：,压力机,（如,曲柄压力机、液压机、摩擦压力机,）,所使用的成形工具为,冷冲压模,（简称,冲模）,完成条件：金属板料内部产生变形的应力达到一定的数值时，材料的某个部分便产生与应力性质相对应的变形，使其产生塑性变形或分离，以获得需形状和尺寸的零件,1.1.,2,冲压加工的,3,个基本要素：,冲模：,冷冲压加工时，将材料加工成零件的一种特殊工艺装备称为冷冲模。冷冲模在实现冷冲压加工中是必不可少的工艺装备，没有先进的模具技术，先进的冲压工艺就无法实现模具结构及设计。,冲压设备：,由于冷冲压加工不同于机械切削加工，所用的设备也不一样设备及其选择。,材料：,变形过程中的应力和应变,1,冲压工艺基础,1.1.,3,冲压加工的特点,与机加工的区别（无切削加工）,（1）借助压力机上的模具使材料产生变形，能获得壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件；,（2）冲压加工的零件精度高、尺寸稳定，具有良好的互换性；,（3）冲压加工是少无切削加工的一种，部分零件冲压直接成型，无需任何再加工，材料利用率高；,（4）生产效率高，生产过程易实现机械化和自动化；,（5）操作简单，便于组织生产。,锻压的定义,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,、,拉拔,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。,1,冲压工艺基础,1.1.,4,冲压加工的基本工序,由于冲压件的形状、尺寸和精度不同，因此，冲压所采用的工序种类亦各异。据其变形特点，可以分为两大类：,分离工序,(shearing),成形工序,(forming ),冲压成形时，变形材料,内部应力,超过,强度极限,，使材料发生断裂而产生分离，板料按一定的轮廓线分离而获得一定的形状、尺寸和切断面质量的冲压件。,冲压成形时，变形材料,内部应力,超过,屈服极限,，而未达到强度极限，使材料产生塑性变形，获得一定形状和尺寸的零件。,冲裁（落料、冲孔）、切断、,切口、切边、剖切,弯曲（压弯）、辊弯、卷弯、拉弯、拉深、翻边、缩口、胀形、旋压,分离工序,成形工序,1,冲压工艺基础,1,冲压工艺基础,此外，为了提高劳动生产率，常将两个以上的基本工序合并成一个工序，如落料拉延、切断弯曲、冲孔翻边等，这称为复合工序。在生产实际中，对于批量生产的零件绝大部分是采用复合工序。,1,冲压工艺基础,1.1.,4.1,分离工序,分离工序是指材料在冲压力作用下，应力超过材料的强度极限，使材料发生剪断或局部剪裂，制件或坯料沿一定的轮廓相分离的冲压工序。分离工序主要为剪切或冲裁工序。,废料,废料,零件,零件,利用模具沿工件封闭轮廓曲线实施冲切，把工件从板料上分离下来，冲裁下来的部分是各种形状的平板零件，或用作拉延件的毛坯,冲孔,落料,利用模具按封闭轮廓曲线冲裁，冲下的部分为废料,分离工序,落料,冲孔,分离工序,切口,剖切,切断,切边,沿敞开轮廓线切断，多用于加工形状简单的平板件,将已成形零件边缘的多余材料修切整齐或切成一定的形状,将部分材料沿不封闭的曲线冲出缺口，切开部分发生弯曲,将半成品零件切开成两个或多个零件，多用于零件的成对或成组冲压成形之后,分离工序,分离工序,1,冲压工艺基础,1.1.,4.2,成形工序,成形工序是指坯料依靠模具在压力机作用下，使应力超过坯料的屈服极限，坯料经过塑性变形后，使其成为所要求形状的加工工序。成形工序主要为弯曲、拉深、成形等工序。,弯曲,沿直线弯折成各种形状,成形工序,扭曲,使平板的一部分相对于另一部分产生扭转而形成空间曲面的形状,成形工序,(,点击图播放动画）,闹钟提环弯曲模具,Z,形弯曲模,四角复合弯曲模,成形工序,拉伸,/,拉深,变薄拉伸把拉伸加工后的空心半成品进一步加工成为底部厚度达于侧壁厚度的零件,把板料毛坯成形制成各种空心的零件,成形工序,落料拉深复合模,（点击播放动画）,成形工序,蒙皮拉伸机（纵拉）,成形工序,翻边,把板料的边缘按曲线翻成竖立的边缘，可分为,内孔,翻边和,外缘,翻边,内孔,翻边,在预先冲好制件的板材半成品上冲出竖立的边缘,圆孔翻边、异形孔翻边,成形工序,外缘,翻边,将板料半成品的边缘按曲线或圆弧翻出竖立成一定角度的直边,凸曲线翻边、凹曲线翻边,成形工序,局部成形,在板料或零件表面上制成各种形状的凸起或凹陷，以提高零件的刚性，也可称之为,起伏,、,压梗,、,压筋,起伏,用局部成形的方法加工出各种形状的凸出与凹陷,胀形,将空心件或管状毛坯向外扩张,成形工序,胀形,在双向拉应力作用下成形各种空间曲面形状的零件,缩口,在空心毛坯或管装毛坯的某个部位上使其径向尺寸减少,在空心毛坯的某个部位上使其径向尺寸减少,缩口,成形工序,*,扩口,将空心,/,管状工序件或半成品的某个端部的径向尺寸扩大,*,旋压,毛料随旋压机主轴旋转，赶棒加压于毛坯，使毛坯逐渐紧贴模具以获得所需形状和尺寸的制件，有时也称为赶形,扩,口,旋压成形过程,示意图,成形工序,整形,/,校形,对坯料,/,工序件,/,半成品的局部,/,整体施加法向接触压力，以提高制件尺寸精度,/,获得清晰的过渡形状,整,形,成形工序,拉弯,在施加拉力的条件下实现弯曲变形,拉弯,成形工序,数控型材拉弯机,成形工序,辊弯,沿直线用辊子（,24,个）实现板料的逐步弯曲变形，一般用卷板机完成,辊弯,实现冲压的基本条件：,冲压模具,冲压模具是实现冲压工艺的工具,冲压设备,冲压设备是实现冲压时提供外力的装置。,要实现冲压必须对材料施加作用力，使得材料产生分离或塑性变形。,所以要具备以下两个条件：,1,冲压工艺基础,1.1.,5,冲压成形的优点,经济方面,原材料省，且利用率高,(,一般可达,70-90%),操作工艺方便,生产效率高，便于机械化与自动化,成本低,技术方面,可以获得用其他加工工艺难以加工 的各种形状复杂的零件与制品；,尺寸精度较高，质量稳定，互换性良好（一般,IT8,10,最高达,IT7,）；,在材料消耗不大的情况下，可获得强度高、刚度大、重量轻的零件。,冷冲压与机械切削加工比较,生产率高、加工成本低、材料利用率高、产品尺寸精度稳定、操作简单、容易实现机械化和自动化，特别适合于大量生产。,由于板料零件具有重量轻，有足够的强度和刚度，可以根据不同用途，采用不同材料加工成各种形状尺寸的零件，以满足产品需要。,1,冲压工艺基础,1.1.,6,冲压成形的局限性,制模成本高,技术要求高,不适用于单件及小批量生产，只,适合大批量生产。,冲压工艺的应用范围很广，大到汽车的覆盖件，小至钟表及仪器仪表的元件，大多是冷冲压制成的。统计表明：,汽车制造业中，,6075,冲压件,仪器仪表业中，,6070,电机电器，,7080,国防工业中，冲压件的比重也相当大,1.1.,7,冲压工艺的应用,1,冲压工艺基础,航空航天制造业：,1,冲压工艺基础,汽车制造业：,汽车制造业,1,冲压工艺基础,1,冲压工艺基础,1.2,冲压技术的发展方向,1,、工艺分析计算方法的现代化,2,、模具设计制造技术现代化,3,、冲压生产的机械化与自动化,4,、适应产品更新换代快和生产批量小的特点,5,、改进板料性能，以提高其成形能力和使用 效果,1,冲压工艺基础,1,、工艺分析计算方法的现代化,近几年来国内外开始采用有限元法，对复杂成形件（如汽车覆盖件）的成形过程进行应力应变分析和计算机模拟，以预测某一工艺方案对零件成形的可能性和会发生的问题，将结果显示出来，供设计人员进行修改和选择。这样，不但可以节省模具试制费用，缩短新产品的试制周期，还可以逐步建立一套能结合生产实际的先进设计方法，既促进了冲压工艺的发展，也将使塑性成形理论逐步完善到对生产实际的指导作用。,1,冲压工艺基础,2,、模具设计制造技术现代化,为了加快产品的更新换代，缩短模具设计、制造周期，工业先进国家正在大力开展模具计算机辅助设计和制造（,CAD/CAM,）的研究，并在生产中应用。采用这一技术，一般可以提高模具设计制造效率,2,3,倍。发展这一技术，最终是实现模具,CAD/CAM,一体化。应用这一技术，不仅可以缩短模具设计制造周期，还可以提高模具质量，减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新开发上。,1,冲压工艺基础,3,、冲压生产的机械化与自动化,为了满足大批量生产的需要，冲压设备由低速压力机发展到高速自动压力机。国外还加强了由计算机控制的现代化全自动冲压加工系统的研究与应用，使冲压生产达到高度自动化，从而减轻劳动强度和提高生产效率。,1,冲压工艺基础,4,、适应产品更新换代快和生产批量小的特点,为了满足产品更新换代和小批量生产的需要，发展了一些新的成形工艺（如高能成形等）、简易模具（如软模和低熔点合金模等）、数控冲压设备和冲压柔性制造系统（,FMS,）等。这样，就使冲压生产既适合大批量生产，也适合小批量生产。,1,冲压工艺基础,5,、改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果,目前世界各先进工业国不断研制出冲压性能良好的板材，以提高冲压成形能力和使用效果。例如，研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件，以减轻零件重量和提高其结构强度。,1,冲压工艺基础,1.,3,冷冲压模具,由于冲压模具的种类繁多，结构各异。,按其用途可将模具分为,：冷冲压模、塑料模、压铸模、锻模、粉末冶金模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、铸造用金属模等。按成形原理又可分为冲裁模和型腔模两大类。,冷冲压模的分类,按工序性质分,有落料模、冲孔模、切边模、切断模、剖切模、整修模、精冲模,拉深模，弯曲模等。,按工序的组合分,有单工序模和多工序模。多工序模又分为连续模和复合模等。,1,冲压工艺基础,按导向装置分,有无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、导筒模等。,按卸料装置分,有刚性卸料板和弹性卸料板冲模。,按挡料或定位方式分,有固定挡料销、活动挡料销、导正销和侧刃冲模。,按制造凸、凹模的材料分,有钢质冲模、硬质合金冲模、橡皮冲模、锌基合金冲模等。,1,冲压工艺基础,按送料、出件等方法分,有手动模、半自动模、自动模等。,按轮廓尺寸分,有大型模、中型模、小型模。,（1）冲裁模 将一部分材料与另一部分材料分离或部分分离的模具。下面列举几种一般中小型企业常见的冲裁模结构简图。,1,冲压工艺基础,a),落料模,b),冲孔模,c),剪切模,d),修边模,e),切口模,f),剖切模,图1-1 冲裁模常见结构,1,冲压工艺基础,（2,）弯曲模,将坯料弯曲成一定形状的模具。,1上模板；2凸模；3压边圈；4定位板；5凹模； 6凹模固定板；7下模板,图1-2 弯曲模,1,冲压工艺基础,（3）拉深模 将平板料变成一定形状的空心件的模具（如图1-3）。,图1-3 拉深模,