《冲压工艺及模具设计》分章习题2Word格式文档下载.docx

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哪些是压缩类变形？

如何划分两类变形。

伸长类变形：

当作用于毛坯变形区的拉应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是伸长变形，这种冲压变形为伸长类变形。

压缩类变形：

当作用于毛坯变形区内的压应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是压缩变形，这种冲压变形为压缩类变形。

胀形、圆孔翻边、扩口、拉形等。

压缩类变形：

筒形件拉深、缩口等。

10、材料的哪些机械性能对伸长类变形有重大影响？

哪些对压缩类变形有重大影响？

为什么？

对伸长类变形有重大影响的机械性能有：

材料的塑性指标，如伸长率、断面收缩率等；

对压缩类变形有重大影响的机械性能有：

屈服强度、抗拉强度等。

11、当σ1＞σ2＞σ3时，利用全量理论和体积不变定律进行分析：

⑴当σ1是拉应力时，ε1是否是拉应变？

⑵当σ1是压应力时，是否是压应变？

⑶每个主应力方向与所对应的主应变方向是否一定一致？

（1）是。

当σ1是拉应力时，即有σ1＞σ2＞σ3＞0，毛坯变形区三向受拉，在最大拉应力σ1方向上的变形必为伸长变形，即ε1是拉应变；

（2）不是。

当σ1是压应力时，即有0＞σ1＞σ2＞σ3时，毛坯变形区三向受压，而在最小压应力σ1方向上的变形必为伸长变形，即ε1是拉应变。

（3）否。

拉应力方向不一定是伸长变形，压应力方向不一定是压缩变形，而是要根据主应力的差值才能判定。

12、什么是名义应力、名义应变？

什么是真实应力、真实应变？

它们之间有什么差别。

名义应力：

是指在不考虑几何不连续性（如孔、槽、带等）的情况下，在试样的有效横截面上计算得到的应力。

名义应变：

在名义应力作用下产生的应变。

真实应力：

一般金属材料在塑性变形过程中产生硬化，屈服应力不断变化，这种变化的实际屈服应力就是真实应力。

真实应变：

在拉伸试验时，应变常以试样的相对伸长δ表示，由于δ不能反映试样大变形过程中的瞬时变形及变形的积累过程，于是引入真实应变的概念，表示实际的应变由应变增量Δε逐渐积累而成。

13、选择材料时，除决定其化学成分（牌号）外，还要确定哪些对冲压工艺有重大影响的指标？

还要确定表示板料力学性能的指标，如强度、刚度、塑性等。

第二章冲裁工艺

1、冲裁变形过程分哪三个阶段？

（1）、弹性变形阶段

（2）、塑性变形阶段（3）、断裂阶段

2、剪切断面由哪些区域组成？

圆角带：

塑性变形阶段，刃口进入材料，材料被塑性拉入，断面出现边缘塑性圆角带（约5%）；

光亮带：

刃口深入材料，材料产生塑性剪切变形，在凸、凹模侧面压力挤压下，出现塑性光亮带（约1/3）；

断裂带：

裂纹扩展，上、下裂纹会合，板材分离，断面出现断裂带（约60%）；

毛刺：

由于上、下裂纹不一定正对，断裂后往往被拉出毛刺。

3、试述冲裁间隙的大小与冲裁断面质量的关系。

冲裁加工中，凸、凹模间隙及其分布的均匀程度是决定冲裁断面质量好坏的主要因素。

间隙冲裁间隙过大或过小都将导致上、下两裂纹不能相接重合于一线。

间隙过小时，凸模刃口附近的裂纹比正常间隙时向外错开些，产生了由上、下裂纹包围的部分。

当凸模继续下压时，上、下裂纹中间的部分将被第二次剪切，在断面的中部形成撕裂面，并在断面上形成第二个光亮带，以及在端面出现挤长的毛刺。

间隙过大时，板料所受弯曲与拉伸都增大，材料易被撕裂。

凸模刃口附近的裂纹比正常间隙时向里错开一些，致使光亮带减小，圆角带、断裂带斜度都增大，毛刺粗大难以去除。

此外，若间隙过大，冲裁薄料时会将材料拉入间隙中，形成拉长的毛刺；

冲裁厚料时，则形成很宽的圆角带。

4、试分析影响冲裁件质量的因素。

影响冲裁件质量的因素主要有凸、凹模间隙的大小及其分布的均匀性，材料性质，刃口锋利程度，模具制造精度和冲裁条件等。

5、怎样降低冲裁力？

在允许的范围内，增大间隙值可以使材料所受的力矩与拉应力都增大，材料易产生撕裂分离，因此可以减小冲裁力；

加热冲裁，把材料加热后冲裁，可以大大降低其抗剪强度，从而降低冲裁力；

斜刃冲裁，将凸模或凹模刃口做成斜刃口，整个刃口不是与冲裁件周边同时接触，而是逐步切入，所以可以降低冲裁力；

阶梯冲裁，在多凸模的冲模中，将凸模做成不同高度，采用阶梯布置，可使各凸模冲裁力的最大值不同时出现，从而降低冲裁力。

6、刃口尺寸的计算原则有哪些？

（1）、按冲裁工序特点分：

落料：

工件尺寸取决于凹模尺寸：

先确定凹模尺寸→减去间隙为凸模尺寸。

冲孔：

工件尺寸取决于凸模尺寸：

先确定凸模尺寸→加上间隙为凹模尺寸。

（2）、按刃口磨损规律分：

凹模刃口尺寸变大：

落料凹模刃口尺寸应等于或接近于工件落料最小极限尺寸。

凸模刃口尺寸变小：

冲孔凸模刃口尺寸应等于或接近于工件冲孔最大极限尺寸。

无论落料或冲孔，凸、凹模磨损都使间隙加大，故Z应取最小值Zmin.

（3）、模具刃口制造公差δ分:

高于工件精度（Δ）2~4级，工件IT8~14——模具IT6~9；

或取工件精度Δ的1/3~1/4

7、简述刃口尺寸的计算方法。

（1）、凸、凹模分开加工：

（条件：

形状简单；

满足δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin）

计算方法：

（1）落料：

（D-Δ）先计算凹模尺寸：

D凹=（D-KΔ）+δ凹

减去间隙为凸模尺寸：

D凸=（D-KΔ-Zmin）-δ凸

（1）冲孔：

（d+Δ）先计算凸模尺寸：

d凸=（d+KΔ）-δ凸

加上间隙为凹模尺寸：

d凹=（d+KΔ+Zmin）+δ凹

（1）孔心距：

（Ld）最小极限尺寸Lmin+1/2Δ±

1/2δ凹=（Lmin+1/2Δ）±

1/8Δ

（2）、凸、凹模配合加工：

（当：

形状复杂；

或δ凸+δ凹﹥Zmax-Zmin时，应配合加工。

）

（1）冲孔冲孔模应以凸模为基准件,配制凹模.

①凸模磨损后尺寸减小:

Ap=（A+KΔ）-δ凸

②凸模磨损后尺寸增大:

Bp=（B-KΔ）+δ凹

③凸模磨损后尺寸没有变化:

Ⅰ工件尺寸为正偏差标注C+Δ:

Cp=（C+1/2Δ）±

1/2Tp

Ⅱ工件尺寸为正偏差标注C-Δ:

Cp=（C-1/2Δ）±

Ⅲ工件尺寸为对称偏差标注C±

1/2Δ:

Cp=C±

特点：

间隙值在配制中保证，不需限制

8、如图所示零件，材料为45钢，板厚3mm。

试确定冲裁凸、凹模刃口尺寸，并计算冲裁力。

由表2-2可知，间隙范围为（12%~14%）t，则Zmin=0.36mm，Zmax=0.42mm，Zmax-Zmin=0.06mm.

从表2-6查出尺寸φ8mm的K=0.75，尺寸48mm的K=0.75.

查《公差配合与测量技术》表1-2知：

φ8mm孔为IT10级精度，因尺寸较小，查表2-5凸凹模的制造精度都取IT7级。

则Tp=Td=0.015mm。

Tp+Td=0.03mm<

Zmax-Zmin=0.06mm。

尺寸48为IT9级精度公差值Δ=0.062mm，落料凸、凹模的制造公差按Δ的1/4选取，则Tp=Td=Δ/4=0.016mm，Tp+Td=0.032<

则冲孔工序的凸、凹模尺寸为：

=

落料工序的凸、凹模尺寸：

查相关资料知：

45钢抗切强度为370Mpa,由冲裁力F=KLtτb有:

冲孔力Fk=Kπdktτb=1.3×

3.14×

8×

3×

370=36248N

落料力Ft=Kl2tτb=1.3×

48×

370=3324672N

9、如图所示零件，材料为Q235钢，板厚1mm。

试计算落料凹、凸模刃口尺寸。

查得间隙范围为（7%~10%）t，则Zmin=0.07mm，Zmax=0.10mm，Zmax-Zmin=0.03mm.

尺寸5的公差等级为IT12级，8的公差等级为IT16级，10的公差等级为IT13级，15的公差等级为IT12级，30的公差等级为IT12级，查表2-5凸凹模的制造精度都取IT7级。

为了加工方便，各尺寸处凸、凹模取同一公差值。

取

；

，

对每个尺寸有Tp+Td=0.012mm+0.018mm=Zmax-Zmin=0.03mm，满足间隙值条件。

对尺寸5有：

凹模刃口尺寸：

凸模刃口尺寸：

对尺寸8有：

对尺寸10有：

对尺寸15有：

对尺寸30有：

10、排样设计时要考虑哪些因素？

材料利用率如何计算？

（1）、排样方式

（2）、搭边值：

冲裁件之间及与条料之间用以补偿定位误差的余料

　（3）、材料利用率：

工件总面积/条料面积：

η=nA/bl×

100%

11、试述精冲工艺的特点及其适用范围。

精冲工艺是在普通冲裁及基础上发展起来的一种精密冲压加工工艺。

其特点主要有：

①精冲变形区处于三向压应力状态；

②精冲的间隙值小；

③精冲凹模有小圆角；

④精冲材料要求严格；

⑤精冲过程要求良好润滑。

其适用范围有：

小间隙圆角刃口精冲:

也称为光洁冲裁，该方法增强了金属塑性，抑制裂纹产生，金属能很均匀地挤进凹模型孔，形成光亮的冲裁断面；

负间隙冲裁：

该工艺也是光洁冲裁的一种，采用一种凸模大于凹模的特殊结构的精冲模具；

齿圈压板式精冲：

该类型精冲工艺与普通冲裁的主要区别是：

除凹、凸模间隙极小及凹模刃口有圆角外，在模具结构上比普通冲裁模多一个齿圈压板和一个推件板。

第三章弯曲工艺

1、弯曲过程中材料发生了哪些变化？

为什么说弯曲时变形主要是在圆角部分？

主要变化有：

①内区的材料在切向压应力的作用下产生压缩变形，外区的材料在切向拉应力的作用下产生伸长变形；

②坯料内区材料受压缩，因此厚度应增加，但是由于凸模紧压坯料，抑制了厚度方向的增加；

而外区材料受拉，厚度要减薄，因此坯料在整个厚度上增加量小于减小量，厚度在弯曲变形区有变薄现象；

③宽板弯曲时，宽度方向的变形受到限制，材料不易流动，因此横断面形状变化较小，仍为矩形，仅在两端可能出现翘曲；

窄板弯曲时，宽度方向的变形不受限制，矩形断面变成扇形。

弯曲件的变形区主要在圆角部分，因为此处的正方形网目变成了扇形，靠近圆角部分的直边有少量变形，而其余的直边则没有变形，说明弯曲变形主要是在圆角部分。

2、简述弯曲变形的过程。

弹性弯曲→弯曲半径减小→板料与凸模三点接触,内外表层塑性变形→塑性变形由表层向中心扩展→板料与凸凹模吻合，弯曲半径与凸模半经一致。

3、试分析弯曲的应力应变。

窄板、宽板弯曲时的应力应变状态为何有所不同？

（1）、外侧:

受拉应力而伸长变形→导致开裂—弯曲的主要失效

（2）、内侧:

受压应力而收缩变形→导致起皱

窄板弯曲时，变形特点是内、外区应变状态不同，并导致应力状态也不同。

变形区的切向应变是绝对值最大的主应变，在板料厚向与宽向必须产生与切应变符号相反的应变。

外区的切向主应变为拉应变，所以厚向为压应变，宽向也为压应变；

内区的应变符号恰与外区相反。

总的来说，窄板弯曲时是立体应变状态，平面应力状态。

宽板弯曲时，切向和厚向的应变和应力状态与窄板相同。

在宽度方向，由于材料的流动受阻，几乎不产生变形，故内、外区在宽度方向上的应变均为零。

但是按应变状态分析，宽向的外区材料应产生压应变，因受阻力而产生拉应力；

内区材料应产生拉应变，因受阻而产生压应力。

因此，宽板弯曲时是平面应变状态，立体应力状态。

4、什么是应变中性层？

内、外层间长度不变的纤维层，其半径：

ρ=γ+κt（κ:

中性层位移系数0.3-0.5）

5、弯曲的变形程度用什么来表示？

为什么可用它来表示？

极限变形程度受哪些因素的影响？

弯曲变形程度用相对弯曲半径r/t来表示。

因为r/t为弯曲半径与坯料厚度的比值，该值越小，表明弯曲变形程度越大。

6、最小弯曲半径影响因素有哪些？

⑴材料塑性:

材料塑性好,变形量大,rmin小.⑵材料的纤维方向：

板料经轧制，呈各向异性,应使弯曲线与纤维方向垂直.⑶弯曲角：

弯曲时，直边部分纤维将牵制弯曲区受拉状态：

当弯曲角﹤90°

时：

弯曲角愈大，对减小rmin愈有利；

当弯曲角＞90°

对减小rmin作用不大。

⑷板材表面质量

7、简述弯曲回弹及产生原因。

当弯曲变形结束卸载后,由于弹性恢复,产生相反弹性应力<

外侧压应力,内侧拉应力>

在外侧压应力,内侧拉应力作用下,使工件弯曲半径与模具尺寸不同—回弹，回弹值的大小用:

角度回弹量Δα,曲率回弹量Δr表示

8、影响回弹的因素有哪些？

⑴材料的机械性能:

与屈服强度σs成正比,弹性模具E成反比（弹性变形拉力）。

⑵弯曲变形量:

相对弯曲半径r/t和弯曲角α小,变形量大,回弹小。

⑶弯曲力：

愈大，回弹愈小。

9、为什么说弯曲中的回弹是一个不能忽略的问题？

试述减小弯曲件回弹的常用措施。

因为弯曲中的回弹使弯曲件形状和尺寸发生变化，降低了弯曲件的精度，是弯曲工艺中不易解决的特殊性问题，因此不能忽略。

减小弯曲件回弹的常用措施有：

①改变弯曲件局部结构、合理选用材料；

②利用回弹规律补偿回弹；

③改变弯曲变形区应力状态校正回弹；

④拉弯工艺；

⑤弯曲工艺措施。

10、怎样校正弯曲？

凸模下底点与工件、凹模刚性接触.校正弯曲力大,压应力区由内区向外区扩展（至全部压应力状态）,回弹减小,当力大到一定值时,回弹消失.

11、分别计算下图所示弯曲件的毛坯长度。

（1）L=23+15.5×

2+2π×

（2.5+0.335×

2）/2=63.95mm

（2）L=15+1.5π×

（2+0.56×

2）+3=32.695mm

第四章拉深工艺

1、试分析拉深时凸缘部分应力应变。

切向受压应力σ3：

使凸缘直径逐渐缩小.切应力使凸缘部分可能产生不均匀增厚。

σ3max在凸缘最外缘处。

径向受拉应力σ1:

使凸缘材料进入凹模，完成拉深。

σ1max在凸缘圆角处。

2、简述拉深过程中的起皱及其防止措施。

凸缘部分的切向压应力，使凸缘材料产生不均匀拱起→导致起皱。

防止措施：

采用压边装置（弹性或刚性压边圈）和合适的压边力。

3、简述拉深过程中的开裂及其防止措施。

圆角部分受拉应力和弯曲应力→导致底部圆角上部首先开裂．防止措施：

①控制合理的变形程度②选用合理的凸、凹模间隙及圆角半径③采用中间退火，消除加工硬化④合理润滑（筒底部分不能有润滑，以免底部摩擦力太小而导致筒底材料变薄）。

4、怎样表示拉深变形程度？

拉深系数m用以表示空心零件拉深变形程度，其值用拉深后和拉深前的直径比表示：

m=d/D0拉深系数愈小，变形程度愈大。

当多次拉深时：

m1=d1/D0,m2=d2/d1,·

·

5、什么是极限拉深系数？

圆筒形工件总的拉深系数比极限拉深系数m1小时，为什么用两道或多道工序才能拉成零件？

拉深成形时，工件不被拉裂的最小拉深系数。

实际拉深时，各次拉深系数必需大于极限拉深系数。

影响因素：

① 

材料性能：

塑性愈好，m愈小；

②相对厚度t/D：

愈大，愈不易起皱开裂，m愈小。

③ 

拉深次数：

随拉深次数增加，m变大。

④拉深件形状：

愈复杂，m愈大。

因为每一次的拉深系数mn是该次拉深后工件的直径与上一次拉深后工件的直径之比，当n大于2后，尽管每次的拉深系数都小于极限拉深系数，但总的变形量却超过了极限拉深系数下所能产生的变形量，从而拉成零件。

6、怎样计算和确定旋转体拉深工艺？

（1）、毛坯展开尺寸计算；

（2）、由极限拉深系数m确定拉深次数（3）、再由各次极限拉深系数m1、m2…确定各次最小拉深直径：

d1=m1D。

d2=m2d1…（4）、确定各次拉深直径：

由于最后一次拉深直径应等于工件直径，并小于最后一次拉深的最小拉深直径，其差值，可调整到各次实际拉深直径和拉深系数，以趋合理。

7、圆筒件直径为d，高为h，若忽略底部圆角半径r不计，设拉深中材料厚度不变，当极限拉深系数为m=0.5时，求容许的零件最大相对高度（h/d）为多少？

设毛坯直径为D，则有：

·

①

而底部圆角半径忽略不计,即r=0,得:

②

由①、②得：

h/d=0.75,因为此时是按照一次拉深计算的，因此为最大相对高度。

8、下图所示零件，材料为08钢，板厚1mm，试确定各工序的半成品尺寸。

（1）确定修边余量δ由工件的相对高度

.查表4-1，取δ=3.3mm。

（2）计算毛坯直径d0应用简算公式

，其中H=h+δ-0.43r=49.5+3.3-0.43×

5.5=50.435mm，

则

（3）确定毛坯相对厚度（t/d0）=（1/74）×

100=1.36mm.

（4）确定拉深次数n.由毛坯的相对厚度1.36和工件相对高度

，查表5-3得n=3。

（5）确定各工序的拉深直径尺寸。

由毛坯的相对厚度1.36查表5-2，初定m1=0.53,m2=0.76,m3=0.79，则有：

d1=m1d0=0.53×

74=39.22mm；

d2=m2d1=0.76×

39.22=29.81mm；

d3=m3d2=0.79×

29.24=23.55mm＜24mm

（6）确定各工序的底部圆角半径尺寸。

根据前一工序的圆角半径大于后一工序圆角半径，最后一道工序凸模圆角半径等于工件底部圆角半径的原则，

可以取r1=6mm,r2=5.5mm,r3=5mm.

（7）确定各工序的拉深高度尺寸。

将各相应数值带入拉深高度的通式

，得：

9、怎样校核机床电机功率？

拉深时行程较长，耗功较多，需校核电机功率，先计算拉深功：

W=CFmaxH/1000再计算电机功率：

N=（1.2~1.4）nW/6120η1η2

若选用的压力机的电动机功率小于上述计算值，则应另选更大功率的压力机。

10、拉深模设计特点有哪些？

（1）、拉深凸模高度需满足拉深高度，一般需设计出气孔；

（2）、压边圈与毛坯接触面要平整；

（3）、凸模进入凹模深度,弹性元件的行程和压缩量较大；

（4）、落料与拉深复合时，落料凹模磨损大于拉深凸模，应高出2~3mm；

（5）、复杂的拉深件，应先做拉深模，经确定毛坯尺寸后，再做落料模。

11、凸模和凹模圆角半径如何计算？

工作部分尺寸计算？

凸模和凹模圆角半径计算

①凹模圆角半径r凹：

首次拉深凹模圆角半径：

r凹=0.8[（D-d）t]1/2

以后各次拉深，r凹逐渐减小：

r凹n-1=（0.6-0.8）r凹n

②凸模圆角半径r凸：

r凸=（0．7~1）r凹

当最后一次拉深r凸>

工件r底时，应再加整形工序。

凸、凹模工作部分尺寸计算

① 

凸﹑凹模尺寸确定：

拉深件标注外尺寸时：

以凹模为基准（D-△）；

先确定凹模尺寸：

D凹=（D-0.75Δ）+δ凹

再确定凸模尺寸：

D凸=（D凹-Z）-δ凸=（D-0.75Δ-Z）-δ凸

拉深件标注内尺寸时：

以凸模为基准（d+△）；

先确定凸模尺寸：

d凸=（d+0.4Δ）-δ凸

再确定凹模尺寸：

d凹=（d凸+Z）+δ凹=（d+0.4Δ+Z）+δ凹

② 

凸﹑凹模制造公差只在最后一道工序中考虑。

12、 

压边圈有哪些类型和结构形式？

刚性压边圈用于双动压力机拉深大型拉深件；

弹性压边圈用于一般中、小拉深件（常用）。

压边圈结构形式：

一般拉深时：

平面压边圈；

以后各次拉深:

压边圈尺寸由前次拉深内径确定拉深薄件、大圆角工件、大型覆盖件、半球形件、锥形件：

采用弧形压边圈或加拉深筋。

13、简述凸缘件的拉深特点。

窄凸缘件：

d缘/d=1.1~1.4；

宽凸缘件：

d缘/d>

1.4

窄凸缘筒形件的拉深：

按相同直径拉深步骤拉深成无凸缘筒形件，再压出锥形凸缘，最后一道工序将锥形凸缘压平即成；

无凸缘件高度按窄凸缘件展开尺寸换算；

14、简述盒形件拉深变形的特点。

变形的不均匀性，直边部分变形近似于弯曲。

圆角部分近似于圆筒件拉深.圆角处变形大,是开裂、起皱发生区。

由于直边参与少量变形,则径向拉应力和切向压应力小于圆筒件，开裂、起皱趋势小些，拉深系数可小于相应的园筒形件。

15、拉深盒形件毛坯采用什么形状？

①一次拉成的低盒形件:

直边部分按弯曲计算展开长度，圆角部分按拉深计算展开半径，连接展开线。

　②多次拉深成的高盒形件:

拉深量较大,圆角部分有较多材料向直边转移,毛坯形状与平面形状差较大,一般无直边部分。

高方形件采用圆形毛坯，高矩形件毛坯形状有椭圆形和长圆形。

16、简述盒形件拉深工艺过程。

方盒形件毛坯为圆形，各中间工序为圆筒形,最后一次拉深成方盒形；

矩形件先拉成椭圆盒形件，最后一道拉成矩形件。

17、阶梯形件拉深工艺有什么特点？

变形特点与圆筒件基本相同，当阶梯直径差较小,拉深高度较小时,可一次拉成；

不能一次拉出时,拉深次数取决于阶梯数目：

①当阶梯差较小,相邻阶梯直径差dn/dn-1大于筒形件极限拉深系数时，拉深次数等于阶梯数，拉深顺序由大阶梯到小阶梯逐次拉出；

②当阶梯差较大,dn/dn-1小于圆筒件拉深系数时，按有凸缘筒形件的拉深方法拉深,其顺序由小阶梯到大阶梯依次深；

③浅阶梯件:

可首次拉成球面,大圆角筒形件,再用整形方法得到。

18、半球形和抛物线形件拉深工艺特点有哪些？

凸模与材料接触面小,应力