第一章       概述

冷冲压概念：在常温下利用冲压模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件加工方法

冷冲模：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）。 

1.       冷冲压可分为分离工序和变形工序两大类

分离工序：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。

变形工序：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。 

冲压成型加工特点：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。

2.冷冲压可以分成四个基本工序

（1）       冲裁：使板料分离来获得制件的工序

（2）       弯曲：使条料由平变弯来获得制件的工序

（3）       拉伸：使平板料变成开口空心件的工序

（4）       成形：利用不同性质的局部变形来改变冲件形状的工序

（5）       立体压制：将金属材料体积重新分布的冲压工序。

3.冲压加工设备按传动方式分类主要有机械压力机和液压压力机，机械压力机在冷冲压生产中应用广泛

4.所谓公称压力是指压力机曲柄转到离下止点一定角度（称公称压力角，等于30度）时，滑块上所容许的最大工作压力

第二章       冲压成形的特点与基本规律

第三章       冲裁工艺设计

冲裁：利用模具使板料沿一定的轮廓形状产生分离的冲压工序。

基本工序：落料冲孔

冲裁变形过程可分为三个阶段：

  1．弹性变形阶段: 变形区内部材料应力小于屈服应力 。

2．塑性变形阶段: 变形区内部材料应力大于屈服应力。

3．断裂分离阶段: 变形区内部材料应力大于强度极限。

5.冲裁断面分为四个部分：圆角带，光亮带，断裂带，毛刺，

圆角带1：是塑性变形阶段纤维的拉伸与弯曲所形成的，软料比硬料圆角大。

光亮带2：是塑性变形阶段凸模挤入材料，材料挤入凹模所形成的，其断面光亮垂直，通常占全断面的1/2～1/3。材料塑性好，模具间隙小，光亮带所占比例大。冲孔的光亮体部分尺寸近等于凸模尺寸；落料的近似等于凹模尺寸。

断裂带3：是断裂阶段凸凹模刃口处的微裂扩展而形成的，其断面粗糙、有斜度。

毛刺带4：是断裂阶段材料拉断后的纤维延伸而形成的，毛刺太大影响冲件质量。

图5.1

冲裁件质量及其影响因素：指断面状况、尺寸精度和形状误差。

1.       冲裁件断面质量影响因素

a、冲裁间隙影响最大

     间隙小，出现二次剪裂，产生第二光亮带，光亮带宽度增加，圆角、毛刺、斜度、曲翘、穹弯等弊病都有所减小，制件质量较高。

      间隙大，出现二次拉裂，产生二个斜度，光亮带变窄，断裂带、圆角带增宽，毛刺和斜度较大，穹弯、翘曲现象显著。对于厚材料，圆角带增宽更为突出，毛刺更长。因弹性回复会使外尺寸缩小，内尺寸增大：推料力与卸料力大为减小，甚至为零。模具寿命较高。

 b、模具刃口状态的影响

    当凸模刃口磨钝时，则会在落料件上端产生毛刺；

当凹模刃口磨钝时，则会在冲孔件的孔口下端产生毛刺；

当凸、凹模刃口同时磨钝，则冲裁件上、下端都产生毛刺。

 C、材料性质  回弹现象 会使冲裁件尺寸与凸凹模的尺寸不符，，从而影响其精度。

2、冲裁件尺寸精度及其影响因素

      冲裁件的尺寸精度主要决定于模具的制造精度

    A、冲模的制造精度（零件加工和装配）

B、材料的性质   不同材料弹性变形的程度不同，回弹现象也不同 会使冲裁件尺寸与凸凹模的尺寸不符，，从而影响其精度。

C、冲裁间隙

     当凸、凹模间隙较大时，材料所受拉伸与弯曲作用，冲裁后由于回弹作用冲裁件尺寸向实体部分收缩，落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径。

    当凸、凹模间隙较小时，由于材料受凸、凹模挤压力增大。冲裁后由于回弹作用冲裁件尺寸向实体的反向胀大，使落料件尺寸增大与凹模尺寸，冲孔孔径变小与凸模尺寸。

3．冲裁件形状误差及其影响因素

   指翘曲、扭曲、变形等缺陷。

翘曲：冲裁件呈曲面不平现象。它是由于间隙过大、弯矩增大、变形拉伸和弯曲成分增多而造成的，另外材料的各向异性和卷料未矫正也会产生翘曲。

扭曲：冲裁件呈扭歪现象。它是由于材料的不平、间隙不均匀、凹模后角对材料摩擦不均匀等造成的。

变形：由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因，因胀形而产生的

8.冲裁模的间隙对尺寸精度的影响 当间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁结束后，因材料的弹性恢复，材料尺寸向实体方向收缩，使冲孔件的尺寸增大，即大于凸模刃口尺寸；落料件的尺寸变小，即小于凹模刃口尺寸

当间隙较小时，凸模压入板料接近于挤压状态，材料受凸、凹模挤压力，压缩变形大，冲裁结束后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件的孔径则变小

9.影响毛刺大小的因素主要有 模具间隙和模具刃口状态等

1）冲裁模具间隙过小，部分材料被挤出材料表面形成高而薄的毛刺—挤出毛刺

间隙过大，材料易被拉入间隙中，形成拉长的毛刺―――拉断毛刺

2）模具刃口锋利程度 凸模刃口磨钝――落料件上端产生毛刺

                    凹模刃口磨钝――冲孔件下端产生毛刺

3）凸模于凹模由于长期受振动冲击而中心线发生变化，轴线不重合则易产生单面毛刺

7.合理间隙值的选取 保证模具精度和断面质量的前提下使模具寿命最长

  Z=2(t－h0)tanβ＝2t（1－h0/t）tanβ

Ho—产生裂纹时凸模压入板料的深度，mm

T－材料的厚度，mm

β－裂纹方向与垂线间的夹角

 刃口尺寸计算原则：

    1、先确定基准件

        落料：以凹模为基准，间隙取在凸模上；

      冲孔： 以凸模为基准，间隙取在凹模上。

    2、考虑冲模的磨损规律

       落料模：凹模基本尺寸应取接近于或等于工件的最小极限尺寸；

       冲孔模：凸模基本尺寸应取接近于或等于工件的最大极限尺寸。

３、冲裁（设计）间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）。

4、 凸、凹模刃口制造公差应合理

5、工件和模具刃口尺寸偏差应按“入体”原则标注单向公差。

        落料件标注单项负公差；冲孔件标注单项正公差。

、凸、凹模刃口尺寸的计算方法

1. 凸模与凹模分别加工时（分别标注凸模、凹模尺寸和公差）

      优缺点：具有互换性、制造周期短，但Zmin不易保证，需提高

加工精度，增加制造难度。  适用于：圆形或简单刃口。

   必须把模具的制造公差控制在间隙变动范围之内，需进行校核。。

２、凸模与凹模配合加工：

不需要校合是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个(基准件)，

    然后依此为基准再按最小合理间隙配做另一件。

   优点：容易保证凸、凹模间隙很小,而且制造还可以放大基准件的制造公差,使制造容易。

    缺点：凸模、凹模不能互换

    适用于：异形或复杂刃口。

1、计算冲裁力的目的

      选用合适的压力机，设计模具以及检验模具的强度。

2、冲裁工艺力

       普通平刃冲裁力：Fp=KtLτ K=1.3      　　　　　

   斜刃口冲裁力:   F=KtLτ K=0.2~0.6

   卸料力:     Fx=KxFp 

   推料力:     Ft=KtFp*n

   顶件力:     Fd=KdFp

降低冲裁力的措施：

   1、加热冲裁  2、斜刃冲裁 3、阶梯冲裁

排样是指零件在条料或板料上的布置方法.  目的 ：提高材料利用率

 废料：工艺废料  结构废料

条料排样方法可分为三种：

   有废料排样

少废料排样       有无废料指的是工艺废料

无有废料排样

搭边：指冲裁时制件与制件之间、制件与条料边缘之间的余料。

   （1）搭边的作用

     ①能够补偿定位误差，保证冲出合格的制件；

     ②能保持条料具有一定的刚性，便于送料；

     ③能起到保护模具的作用。

10.冲裁模的排样 冲裁模的废料分为结构废料和工艺废料

11.模具压力中心的确定 开使压力中心与模柄轴心线重合

                     应当注意尽量使压力中心的偏离不超出所选压力机模柄孔投影面积的范围

3）凸模和凹模刃口的制造公差，主要取决于冲裁件的精度和形状。一般模具的制造公差比冲裁件的精度至少高1－2级。若制件没有标注公差则对于非圆形件国家标准非配合尺寸的IT14精度来处理，圆形件一般可按IT10级精度来处理。

13.按工序的组合方式可分为单工序模（简单模）、连续模、复合模等

1) 单工序模：在冲床的一次行程内只完成一个冲裁工序。

2）连续模：又称级进模、跳步模。指在冲床的一次行程中，在模具的不同位置同时完成两个或两个以上的冲裁工序

3）复合模：在一次冲裁行程内，在模具的同一位置完成两个或两个以上的冲裁工序。

1-模柄 2-止动销 3-上模座   4、8-内六角螺钉 5-凸模  6-垫板 7-凸模固定板

9-导板 10-导料板 11-承料板   12-螺钉 13-凹模 14-圆柱销  15-下模座

16-固定挡料销 17-止动销    18-限位销    19-弹簧   20-始用挡料销

小孔冲模结构的特点主要是解决如何提高凸模的强度与刚度，保护冲小孔凸模，

通常采用全长导向的结构保护凸模或采用短凸模结构；提高模架刚度和精度；采用较大冲裁间隙采用斜刃冲裁减小冲裁力

级进模的定位方式有哪些：  导正销、侧刃定距

凸凹模：外形是落料凸模、内孔是冲孔凹模

落料凹模装在上模上——倒装反之为正装

冲模工作零件的结构设计

    1．凸模

      （1）凸模的结构形式及其固定方法

          结构形式：整体式、镶拼式、阶梯式、直通式、带护套式和快换式等。

                                凸肩+垫板（有时候加螺钉）

                                铆接

          固定方法：台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定，粘结剂浇注法固定等

2.       凹模

     （1）凹模外形结构及其固定方法

         结构：整体式、镶拼式

         外形：圆形 矩形

      （2）凹模刃口形式   直壁式   斜壁式

   固定方法：螺钉 销钉固定在模座上 其数量都有标准可查

3.       凸凹模

     镶拼结构的应用场合及镶拼方法

      大、中型的凸、凹模或形状复杂、局部薄弱的小型凸、凹模。

     镶拼方法：镶接、拼接

定位零件用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置

条料的定位：

①导料零件：保证条料沿正确的方向送进，即对板料起导向作用

       例：导料销（有固定式 活动式）、导料板、侧压板等；

②挡料零件：控制条料一次送进的距离（步距），即送料定距零件。                  

       例：挡料销（固定式 活动式—刚性卸料板的冲裁 始用挡料销）、

导正销（消除送进导向和送料定距或定位板等粗定位的误差）、

定距侧刃等

块料或工序件的定位：基本也是在两个方向上的限位，只是定位零件的结构形式与条料的有所不同而已。

       例：定位销、定位板等。

卸料装置：

刚性卸料下出件：厚、平整度要求小常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁，结构简单 卸料力大。卸料板与凸模间的单边间隙取（0.1-0.5）t 若在0.2-0.5mm仅起卸料板的作用，若小于冲裁间隙 兼起导板作用

   弹压卸料下出件：薄、平整度要求小  兼起卸料和压料作用

   弹件卸料上出件：很薄，平整度要求高

模具的闭合高度：模具在最低工作位置时上模座上平面与下模座下平面之间的高度。（必须在压力机的装模高度范围内）

15凸模又称冲头，按作用可分为 工作部分（即刃口）和固定部分

16选取模架的依据：1.LxB

                   2.校模高度H（闭合高度）

17.滚动导柱、导套 垂直度，公差等级 

过盈H7/r6 

间隙H7/h6

18.卸料装置的型式

1）刚性卸料装置

2）弹性卸料装置

3）废料切刀

第四章

第五章 弯曲工艺设计

19.将金属板料、棒料、管料或型材完成一定的角度和曲率，从而获得所需形

状的工件的冲压工艺称为弯曲。

 弯曲变形表现在弯曲半径和弯曲中心角

20.弯曲变形的应力、应变形态分析

由于板料的相对宽度b/t对板料宽度方向的应力、应变影响很大，应力、应变值随之变化较大

1）  应变状态 应力状态

（1）

长度方向（切向）。外侧伸长应变，内侧压缩应变。其应变ξ1为绝对值最大的主应变。外侧受拉应力，内侧受压应力，其应力σ1为最大主应力。

（2）厚度方向（径向）。在板料的外侧，厚度方向的ξ2为压缩应变；在板料的内侧，厚度方向的应变ξ为伸长应变。在弯曲过程中，材料有挤向曲率中心的倾向。越靠近板料外表面，其切向拉应力σ1越大，材料向内挤的倾向越大。这使板料在厚度方好像产生了压应力σ2。在板料内侧，业产生了压应力σ2

（3）宽度方向（轴向）。分两种情况：窄板弯曲（b/t小于等于3）时，材料在宽度方向可以自由变形，故外侧应为压缩应变，内侧为伸长应变。内外侧的应力忽略为0；宽板弯曲，沿宽度方向，板料的变形受到材料彼此的限制，故外侧和内侧方向的应变ξ3近似为零。外侧板料在横向的收缩受阻，产生拉应力σ3，内侧横向拉伸受阻，产生压应力σ3

21.板料在弯曲过程中的应力、应变状态，可看出宽板料弯曲是三维应力状态，窄板弯曲是平面应力状态；窄板弯曲使三维应变状态，宽板弯曲则是平面应变状态。原因：在宽度方向的应力应变有所不同，，内侧受压缩 外侧受拉深，对于宽板 宽度方向的变形会受相邻金属的限制—受有应力，断面几乎不变，保持矩形—无应变；对于窄板 宽度方向变形不受约束—有应变，应力忽略。

最小相对弯曲半径：  r    表示弯曲程度大小（越小弯曲程度越大） 反应成

                        形性能 （越小成形性能越好）

回弹：在弯曲变形结束，工件不受外力作用时，由于弹性恢复，使弯曲件的半径与模具的尺寸不一致，这种现象称为回弹

  回弹的表现形式：

                 弯曲半径增大——曲率减小

                 弯曲件角度增大——弯曲中心角减小（大的时候回弹大）

22.影响回弹量的因素。

1）材料的力学性能。回弹的大小与材料的屈服强度σs成正比，与弹性模量E成反比，即σs/E越大，则回弹越大。

2）相对弯曲半径r/t。当其他条件相同时，回弹随r/t值而增大。

控制回弹的措施：

        改进零件的设计（增加弯曲件刚性）；用校正弯曲代替自由弯曲；从模具结构上采取措施

23回弹值. （1）大变形自由弯曲（r/t<5）时，由于弯曲半径的变化不大，可忽略不计，只考虑回弹。

（2）小变形自由弯曲（r/t>10）时，由于弯曲半径较大，回弹量较大，故弯曲圆角半径及弯曲角均有较大的变化。

弯曲件毛坯尺寸计算的依据：中性层长度在弯曲前后不变

弯曲凸凹模间隙：对于V形件（间隙是垂直方向），凸模和凹模之间的间隙时由调节压力的装模高度来控制，设计时可不考虑。对于U形件（间隙是水平方向），间隙越大 回弹越大 误差越大，间隙过小，会使零件边部减薄，降低凹模寿命。

与模具尺寸有关

第七章

根据应力应变状态不同，可将拉伸件毛坯划分为五个区域：

   凸缘；凹模圆角；筒壁；凸模圆角；筒底

24.拉伸过程产生的主要破坏形式是：凸缘起皱传力区拉裂（底部圆角与筒壁相切处——“危险断面），

由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；——凸缘起皱原因

由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂——传力区拉裂原因

防止起皱：压边圈；

防止拉裂：一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所受拉应力。

25.最终使起皱最严重的瞬间落在Rt=（0.7－0.9）Ro时刻。

26.必须首先判断拉伸件是否起皱。如果拉伸件不可能起皱，则应当采用无压边圈的拉伸模。

坯料形状和尺寸确定的依据

   体积不变原则：若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸—还要加上切边余量。

   相似原则: 拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。

拉深系数m是以拉深后的直径d与拉深前的坯料D（工序件dn）直径之比表示。

拉深系数m表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率。

m愈小，说明拉深变形程度愈大，相反，变形程度愈小。

是衡量拉深变形程度的重要工艺参数。M越大变形程度越小

拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积，

从工艺的角度来看，［m］越小越有利于减少工序数。

当m_总＞［m］时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深

27.首次拉伸和后次拉伸断裂处不一样。

28.拉伸系数m的影响 较小的拉伸系数意味着拉伸变形程度较大，可以减少拉伸次数，但同时使壁厚变薄程度增大，破裂更容易29回转体表面面积F=2πxL，复杂形状回转体拉伸件板料直径有三种方法计算

1） 解析法

2） 作图累加法

3） 利用CAD软件求面积

30.宽凸缘圆筒形件拉伸方法

为了使后次拉伸凸缘直径保持不变，首次拉入凹模的板料应比制件最后实际所需板料多3％－5％（拉伸次数多取上限，少取下限）。在后次拉伸时，用挤压的方法将多进入凹模的板料每次按1％－3％返回到凸缘，使凸缘增厚，减小拉裂倾向，同时可以补偿计算误差，为调试模具留有余地，以保证中将板料的凸缘外径不减小。

32.压校 有孔可用 ；镦校 有孔不能用

有凸缘圆筒形件的拉深变形根据相对高度，判断拉深次数。

无凸缘圆筒形件的拉深变形根据拉深系数，判断拉伸次数

33.计算题

 

第二篇：冲压工艺与模具设计复习