模具复习要点Word格式.docx
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将工件边缘部分切除。
冲孔
用冲模沿封闭线冲切板料，冲下来的部分为废料。
剖切
把工件切开成两个或多个零件。
表1-2成形工序
弯曲
将板料沿直线弯成一定的角度和曲率。
成形
扩口
把空心件的口部扩大。
拉弯
在拉力和弯矩的作用下实现弯曲变形。
缩口
把空心件的口部缩小。
扭弯
把工件的一部分相对于另一部分扭转成一定的角度。
起伏
依靠材料的伸长变形使工件形成局部凹陷或凸起。
滚弯
通过一系列轧辊把平板卷料辊弯成复杂形状。
卷缘
把空心件的口部卷成接近封闭的圆形。
拉深
把平板坯料制成开口空心件，壁厚基本不变。
整形
依靠材料的局部变形，少量改变工件形状和尺寸，提高其精度
变薄拉深
把空心件进一步拉深成侧壁比底部薄的零件。
校平
将有拱弯或翘曲的平板压平，以提高其平面度。
翻孔
沿工件上孔边缘翻起竖立边缘。
胀形
将空心件或管状件沿径向向外扩张，形成局部直径较大的零件。
翻边
沿工件外缘翻起弧形竖立边缘
冷挤压
将放在模腔内的坯料从凹模孔或凸、凹模间隙中挤出，以获得实心或空心件。
在实际生产中，当冲压件的生产批量较大，尺寸较小而且公差要求较小时，若采用分散的单一工序来冲压是不经济的，甚至也难以达到要求，这时在工艺上多采用工序集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合工序。
根据工序组合方法的不同，又可以分为复合、级进和复合—级进三种组合方式。
复合冲压：
在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同工序的一种组合方式。
级进冲压：
在压力机的一次工作行程中，按照一定顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上工序的一种组合方式。
复合—级进冲压：
在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。
1.3冲压模具
冲模分类：
一按冲压工序不同，可以分为落料模、冲孔模、弯曲模、拉深模、冷挤压模等。
二按照工序组合方式，有单工序冲模、复合模和级进模。
单工序模：
又称为简单冲模，在一套冲模中只完成一个工序。
复合模具：
在一副模具的一个工位上完成两种或两种以上工序的冲压模具。
连续模具：
又称为级进模具或跳步模具，在压力机一次行程中，在一副模具的不同工位上同时完成两道或多道工序的冲压模具。
1.4冲压设备
常见冲压设备：
按照驱动方式不同可以分为机械压力机（摩擦压力机，曲柄压力机）、液压机（水压机，油压机）。
按照设备的工艺用途可以分为：
板料冲压压力机（通用曲柄压力机、拉深压力机、板冲高速自动机、板冲多工位自动机、精冲压力机、数控压力机、摩擦压力机、旋压机）、体积模压压力机、（冷挤压机、精压机）剪板机、弯管机等。
表1-3冲压设备
类型
设备名称
工作原理
机械压力机
摩擦压力机
利用摩擦盘与飞轮之间相互接触并传递动力，借助螺杆与螺母相对运动原理而工作
结构简单，当超负荷时，只会引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，而不致损坏机件。
但飞轮轮缘磨损大，生产率低。
适用于中小型件的冲压加工，对于校正、压印和成形等冲压工序尤为适宜。
曲柄压力机
利用曲柄连杆机构进行工作，电机通过皮带轮及齿轮带动曲轴传动，经连杆使滑块作直线往复运动。
曲柄压力机分为偏心压力机和曲轴压力机，二者区别主要在主轴，前者主轴是偏心轴，后者主轴是曲轴。
偏心压力机一般是开式压力机，而曲轴压力机有开式和闭式之分。
生产率高，适用于各类冲压加工
高速冲床
工作原理与曲柄压力机相同，但其刚度、精度、行程次数都比较高，一般带有自动送料装置、安全检测装置等辅助装置
生产率很高，适用于大批量生产，模具一般采用多工位级进模。
液压机
水压机油压机
利用帕斯卡原理，以水或油为工作介质，采用静压力传递进行工作，使滑块上、下往复运动。
压力大，而且是静压力，但生产率低。
适用于拉深、挤压等成形工序。
曲柄压力机是广泛使用的一种压力设备，其技术参数反映了压力机的工作能力和应用范围，是选用压力机和设计模具的主要依据，曲柄压力机的主要技术参数如下：
1标称压力：
滑块在工作行程内所允许承受的最大负荷。
2标称压力行程：
滑块在抵达下止点前某一特定距离之内允许承受标称压力，这一特定距离称为标称压力行程，标称压力行程所对应的曲柄转角成为标称压力角。
3滑块行程：
滑块从上止点到下止点所经过的距离，其值为曲柄半径的两倍。
4滑块行程次数：
滑块每分钟往复运动的次数。
5封闭高度：
压力机的封闭高度是指滑块处于下止点位置时，滑块底面至工作台上表面之间的距离，压力机的封闭高度可以调节，封闭高度调节装置所能调节的距离，成为封闭高度调节量。
6装模高度：
压力机的装模高度是指滑块处于下止点时，滑块底面至工作台上表面之间的距离，封闭高度与装模高度之差为压力机工作台垫板的厚度。
7工作台面、滑块底面尺寸。
8工作台孔尺寸：
工作台孔呈方形或圆形，用作向下出料或安装模具顶件装置。
9模柄孔尺寸：
用于安装上模，其尺寸用d×
l（孔径×
孔深）表示。
10立柱间距：
双柱式压力机两立柱内侧之间的距离，其值关系到向后侧送料或出件机构的安装。
11喉深：
开式压力机滑块中心到机身前后方距离，喉深限制了加工件的尺寸。
12电机功率：
压力机电机功率应该大于冲压所需要的功率。
1.5冲压材料及模具材料
1.5.1常用冲压材料及其要求
常用冲压材料：
常用的冲压材料包括金属材料和非金属材料，金属材料包括各种钢材以及铜、铝、镍、钛等有色金属，非金属材料包括各种纸板、纤维板、塑料板、皮革、胶合板等。
一般金属材料既适用于成形工序也适用于分离工序，非金属材料一般仅适用于分离工序。
冲压工艺对材料的要求：
（1）具有良好的冲压成形性能：
对于成形工序，为了有利于冲压变形和冲压件质量的提高，材料应该有良好的冲压成形性能；
（2）具有较高的表面质量：
材料的表面应光洁平整，无氧化皮、裂纹、锈斑、划伤、分层等缺陷；
（3）材料厚度公差应该符合国家标准：
一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，若材料的厚度公差太大，不仅直接影响冲压件的质量，还可能导致模具或压力机的损坏。
冲压用的材料大部分是各种规格的板料、带料、条料、棒料和块料，以板料和带料为主，棒料、块料仅适用于冷挤压、切断等工序。
板料尺寸较大，可以用于大型零件的冲压，也可以裁减成条料后用于中小零件的冲压。
带料有各种规格的宽度，展开长度可以达到几十米，成卷供应，适用于大批量生产的自动供料。
冲压成形理论基础
2.1金属塑性变形
2.1.1基本概念
变形：
物体在受到外力作用后，形状和尺寸发生变化。
弹性变形：
作用于物体的外力去除后，因外力引起的变形随之消失，物体能够恢复原来的形状和尺寸。
塑性变形：
作用于物体的外力去除后，物体不能恢复原有的形状和尺寸。
弹性变形和塑性变形一样，都是在变形体不破坏的条件下进行的。
塑性：
物体在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。
塑性的高低通常用塑性指标来衡量，塑性指标是以材料开始破坏时的变形量表示，可以用各种试验方法测定，目前应用广泛的是拉伸试验，对应于拉伸试验的塑性指标是断后伸长率和断面收缩率。
变形抗力：
在一定变形条件下（加载状况、变形温度及速度），引起物体塑性变形的单位变形力。
塑性和变形抗力是两个不同的概念，塑性反映了材料受力后临近破坏时变形程度的大小，变形抗力反映了材料变形的难易程度，如奥氏体不锈钢塑性很好，允许塑性变形的程度很大，但变形抗力也很大，需要较大的外力才能发生塑性变形。
2.1.2影响塑性的因素
1金属的成分和组织结构：
●金属晶格类型：
金属晶格滑移系（滑移面X滑移方向）越多，则可能出现的滑移方向多，金属就越容易发生塑性变形。
●杂质：
一般杂质越少，分布越均匀，塑性越好。
●晶粒：
晶粒越细小塑性越好。
2变形时的应力状态：
金属变形时，压应力成分越多，越不容易破坏。
例如将一根较粗的棒料拉长成一根较细的棒料，既可以用拉伸的方法将其拉长，也可以用锻打的方法使其变长，相比较而言，采用拉伸的方法，材料更容易被拉断。
3变形温度：
对于金属材料来说，一般的趋势是随着温度的升高，塑性增加，变形抗力降低。
但对于某些金属，在温升过程中的某些区间，由于过剩相析出或相变等原因，可能会使金属塑性降低，例如碳钢加热到200°
C—400°
C时，由于时效作用（夹杂物以沉淀形式在晶界滑移面上析出），使塑性降低，脆性增大，这个温度范围称为蓝脆区，在800°
C—950°
C时，由于晶粒边界的共晶体（FeS+Fe+FeO）熔化，又会出现热脆，使塑性降低，这个温度范围称为热脆区。
4变形速度：
变形速度是指单位时间内应变的变化量，在冲压过程中一般以压力机滑块的速度来近似反映金属的变形速度。
变形速度对金属塑性的影响比较复杂，一方面，由于变形速度增加，数目更多的位错同时运动，而断裂抗力基本没有变化，从而导致金属塑性降低，另一方面，由于变形速度增加，金属温度上升，从而使金属塑性增加。
5尺寸因素：
尺寸越大，组织和化学成分越不一致，杂质分布越不均匀，应力分布越不均匀，塑性也越差。
2.1.3加工硬化与硬化曲线
加工硬化：
对于一般常用的金属材料，随着变形程度的增加，其强度、硬度和变形抗力逐渐增加，而韧性和塑性逐渐降低，这种现象称为加工硬化。
材料的硬化规律可以用硬化曲线来表示，应划曲线是材料变形时硬力随应变变化的曲线，可以通过拉伸、压缩或胀形试验等多种方法求得。
加工硬化在生产中具有很大的意义，它可以作为强化金属的重要手段，特别是热处理无法强化的金属材料（多数铜合金、镍铬不锈钢等）只能用加工硬化方法进行强化。
2.2塑性变形时的应力与应变
2.2.1塑性变形时的应力与应变
应力与应变状态：
在外力的作用下，材料内各质点间就会产生相互作用的力，称为内力，单位面积上内力的大小称为应力。
材料内某一点应力大小与分布称为该点的应力状态。
单元体的应力状态：
任意一单元体的应力状态都可以用
九个应力分量表示，如图2-1所示。
单元体处于平衡状态时，
绕单元体各轴的力相等，三对切应力应该互等，因此，确定
物体内任意点应力状态只需要知道六个应力分量，三个主应
力和三个切应力。
主应力：
对于任何一种应力状态，总存在这样一组坐标
系，使得单元体表面上只有正应力，没有切应力，这时的三
个坐标轴称为主轴，其方向称为主方向，三个正应力称为主
应力，主应力的作用面称为主平面，主应力一般按数值大小图2-1点应力状态
依次用σ1、σ2、σ3表示，即σ1≥σ2≥σ3。
带正号时为拉
应力，带负号时为压应力。
平均应力：
三个主应力的平均值称为平均应力σm=（σ1+σ2+σ3）/3。
主切应力：
除了主轴方向外，单元体其它方向截面上都有切应力，而且在与主平面成45°
截面上切应力达到最大值，称为主切应力。
绝对值最大的主切应力称为该点的最大切应力，用τmax表示，若σ1≥σ2≥σ3，则
τmax=（σ1-σ3）/3
点的应变状态：
体积不变定律：
金属材料在塑性变形时，体积变化很小，可以忽略不计，则有
，即
，两边取对数，得到
，即：
（2-1）
公式2-1就是塑性变形时的体积不变定律，它反映了三个主应变之间的数值关系，根据公式2-1可以看出，不论应变状态如何，其中必有一个主应变的符号和其它两个主应变的符号相反，这个主应变的值最大，称为最大主应变。
2.2.2塑性条件（屈服条件）
决定受力物体内质点由弹性状态向塑性状态过渡的条件称为塑性条件或屈服条件。
当物体处于单向应力时，其屈服条件是σ1≥σs，对于复杂应力状态，判定是否屈服要考虑到各个应力分量的影响。
屈雷斯加屈服条件：
在一定的变形条件下，当材料中的最大切应力达到某一定值时，材料就开始屈服。
该定值为材料屈服点应力值σs的一半。
屈雷斯加屈服条件可以表达为：
（2-2）
或
（2-3）
雷斯加公式的优点是简单，在事先知道主应力大小的情况下使用方便，缺点是忽略了σ2的影响。
密席斯屈服条件：
在一定的变形条件下，无论变形物体所处的应力状态如何，只要三个主应力的组合满足一定要求，材料便开始屈服。
该条件为：
（2-4）
密席斯屈服条件又称为能量变形理论，对于大多数金属材料来说，密席斯屈服条件更符合实际情况。
虽然密席斯屈服条件在数学表达方法上比较完善，但在方程中包含了全部应力分量，实际使用比较繁琐，为了方便起见，密席斯屈服条件可以改写成如下简单形式：
（2-5）
式中β为反映中间应力σ2影响的系数，其取值范围为1~1.155。
塑性变形时应力与应变的关系——全量理论
当采用简单加载（加载过程中只加载不卸载，应力分量之间按照一定比例递增），塑性变形每一瞬间，主应力与主应变之间存在以下关系：
（2-6）
上式也可以表示为：
（2-7）
全量理论是冲压成形中各种工艺参数计算的基础，利用全量理论可以对一些变形过程中坯料的变形和应力性质作出定性的分析判断：
（1）由公式2-7可以得出，判断某方向的主应变是伸长还是缩短，并不是看该方向是受拉应力还是受压应力，而是要看该方向应力值和平均评价应力σm之间的差值，差值为正的时候是伸长，为负的时候是缩短；
（2）若σ1=σ2=σ3=σm，则ε1=ε2=ε3=0，这说明在三向等拉或等压应力下，坯料不产生任何塑性变形。
（3）当坯料单向受拉时，即σ1＞0，σ2=σ3=0时，因为σ1–σm=σ1-σ1/3＞0，可知ε1＞0,ε2=ε3=-ε1/2,这说明在单向受拉时，拉应力方向为伸长变形，另两个方向为等量压缩变形，而且伸长变形为每个压缩变形量的两倍。
（4）坯料受双向等拉应力作用时，即σ1=σ2＞0，σ3=0时，ε1=ε2=-ε3/2，这说明在受到双向等拉应力时，两个拉应力方向的变形为伸长变形，在另一个方向上的变形为压缩变形，而且其值为每个压缩变形量的两倍。
（5）σ2=σm时，必有ε2=0，根据体积不变定律，有ε1=ε3，这说明在主应力等于平均应力的方向上不产生塑性变形，而在另外两个方向上塑性变形数值相等，方向相反，这种变形称为平面变形。
（6）当坯料三向受拉，而且σ1≥σ2≥σ3时，在最大拉应力σ1方向上的变形一定是伸长变形，在最小拉应力方向上一定是压缩变形。
当坯料三向受压时，在绝对值最大压应力方向上一定是压缩变形，在绝对值最小方向上的变形一定是伸长变形。
2.3冲压成型变形趋向
冲压成型过程中，坯料各部分在模的作用下，有可能发生不同形式的变形，具有不同的变形趋向，分析冲压成形中坯料的变形趋向及控制方法，对制定冲压工艺过程、确定冲压工艺参数、设计冲压模具以及分析冲压过程中出现的某些产品的质量问题都有非常重要的意义。
一般情况下，冲压过程中坯料各部分可以划分为变形区和传力区，冲压设备施加的变形力通过模具，并进一步通过坯料传力区作用于变形区，使其发生塑性变形。
图2-2冲压成形过程中的传力区和变形区
在上图所示的拉深和缩口中，A区是变形区，B区是传力区，C区是已变形区。
在冲压成型过程中，由于坯料各部分尺寸关系及变形条件不同，通常总有一个区域的变形力相对较小，首先产生塑性变形，这个区域称为相对的弱区。
为了保证冲压成形过程顺序进行，必须保证变形区为弱区。
控制变形趋向的措施：
（1）改变坯料各部分相对尺寸。
实践证明，坯料各部分相对尺寸是决定变形趋向的最重要因素。
图2-3坯料变形趋向（b拉深c翻孔d胀形）
如图2-3所示，坯料外径D、内径d0和凸模直径dp具有不同的相对尺寸时，可能就有三种不同的变形趋向（拉深、翻孔、胀形），从而形成三种不同的冲件，当D，d0都较小，并且满足D/d0<
1.5~2、d0/dp<
0.15时，宽度为D-dp的环形部分产生塑性变形所需的力最小而成为弱区，从而得到拉深件，如图2-3b所示。
当D，d0都较大，而且满足D/d0>
2.5、d0/dp<
0.2~0.3时，宽度为dp-d0的内环部分成为弱区，产生翻孔变形，当D较大，d0较小甚至为0，并且满足D/d0>
0.15时，外环拉深变形和内环翻孔变形阻力都很大，使凸凹模圆角及附近的金属成为弱区而产生厚度变薄的胀形变形，得到胀形件。
（2）改变模具工作部分形状和几何尺寸：
主要是通过改变凹摸和凸模圆角半径来控制坯料的变形趋向。
在图2-3a中，如果增大凸模圆角半径，减少凹模圆角半径，可以使翻孔变形阻力减小，拉深变形阻力增大，有利于翻孔变形的实现。
（3）改变坯料和模具接触面之间的摩擦阻力：
在图2-3中，如果增大坯料与压料圈及坯料与凹模端面之间的摩擦力，坯料从凹模断面上流动的阻力增大，不利于实现拉深变形而有利于实现翻孔或胀形变形，如果增大坯料与凸模表面的摩擦力，并通过润滑等方法减小皮料与凹模和压料圈之间的摩擦力，则有利于实现拉深变形。
（4）改变坯料局部温度：
通过局部加热的方法降低局部的变形抗力，或者通过局部冷却方式提高传力区强度，以控制变形。
2.4材料冲压成形性能与试验
2.4.1材料冲压试验性能：
材料的冲压成形性能：
材料对各种冲压成形方法的适应能力称为材料的冲压成形性能，它包含两方面内容，一是成形极限，二是成形质量。
成形极限：
材料在冲压成形过程中能达到的最大变形程度。
不同的冲压工序有不同的极限变形系数，如最小相对弯曲半径、极限拉深系数、极限翻孔系数等。
成形质量：
材料冲压成形后得到的冲压件能达到的质量指标，包括尺寸精度、表面质量、厚度变化等。
2.4.2材料冲压试验性能
材料冲压成形性能试验方法概括起来可以分为两类：
直接试验和间接试验。
直接试验中材料的应力状态和变形情况与实践冲压时基本相同，而间接试验中，材料的受力状况与实际冲压过程中材料的受力状况有一定差别，所得结果只能在分析的基础上间接反映材料的冲压成形性能。
1间接试验：
间接试验有拉伸试验、剪切试验、硬度试验和金相试验，其中拉伸试验的结果能够从不同角度反映材料的冲压性能，所以是一种很重要的试验方法。
通过拉伸试验，可以测得板料的强度、刚度、塑性、各向异性等力学性能指标。
强度指标（屈服点σs、抗拉强度σb或缩径点应力σj）：
强度指标对冲压性能的影响通常用屈强比（屈服点与抗拉强度的比值σs/σb）表示，屈强比越小，则σs、σb之间的差值越大，表示材料允许的塑性变形区间越大，材料成形的稳定性越好，材料破裂的危险性越小，从而有利于提高材料的极限变形程度，减小工序次数。
因此屈强比越小，材料的冲压成形性能越好。
刚度指标：
（弹性模量E）：
弹性模量越大或屈服点与弹性模量的比值（屈弹比σs/E）越小，成形过程中抗压失稳的能力越强，卸载后回弹值小，有利于提高冲压件的质量。
塑性指标（均匀伸长率δj或细颈点应变εj、断后伸长率δ或断面收缩率ψ）：
通常δj、δ越大，材料允许的塑性变形程度越大。
各向异性指标（板厚方向性系数r、板平面方向性系数Δr）：
r值越大，说明板平面方向上越容易变形，板厚方向上越难变形，这对拉深成形有利。
Δr越大，变形方向性越明显，对冲压成形性能影响也就越大。
2直接试验：
直接试验是直接模拟某一种冲压方式进行的，故所得到的结果能够较为可靠的鉴定板料的冲压成形性能，直接试验的方法很多，几种常见的直接试验方法有：
弯曲试验、胀性试验、拉深试验等。
弯曲试验：
将试样夹在专用试验设备的钳口内，反复弯曲直至出现裂纹，弯曲半径越小，次数越多，材料成形性能越好。
弯曲试验
胀形试验：
用球形凸模压入板料试样，直到出现裂纹为止，用试样上凸包深度作为材料胀形性能指标。
胀形试验
拉深试验：
包括筒形拉深试验和锥形拉深试验，筒形拉深试验是用不同直径的圆形试样放在带压边装置的拉深模中进行拉深，在试样不破裂的条件下，最大试样直径Dmax与凸模直径dp的比值Kmax为拉深性能指标，其值越大，材料拉深试验性能越好。
球底锥形拉深试验是使用球形凸模和60°
的锥形凹模对直径为D的试样进行拉深，在试样刚开裂时测出锥口直径d，然后按下式计算CCV值，CCV值越大，材料拉深成形性能越好。
筒形拉深试验锥形拉深试验
2.5材料成形极限
2.5.1材料的拉深失稳和成形极限
拉伸失稳：
在拉应力作用下，材料在板平面方向内失去塑性变形稳定性产生缩颈，继续往下发展会产生破裂。
成形极限：
材料在不发生塑性失稳破坏时的极限应变值。
2.5.2成形极限曲线
成形极限曲线（FormingLimitCurves）：
也称为成形极限图（FormingLimitDiagrams），常用FLC或FLD表示，它是对板材成形性能的一种定量描述。
成形极限曲线的作用：
1分析冲压件破裂危险点的位置。
2为消除破裂指出应采取的工艺措施。
3进行冲压件成形的极限设计。
4选择冲压件的允许最大变形值，以保证冲压件大量生产时的生产稳定性。
成形极限曲线的建立方法：
一般采用半球头凸模队板材进行胀形测得。
其测试装置如下图左所示，实验时使用照相腐蚀法、电化学法等方法在测试板材上加工出下图有所示的坐标网格，测试时，将测试板材胀形至破裂，选择与被裂纹贯穿或被缩颈贯穿的网格圆相邻，并且没有破裂的网格圆作为确定表面极限应变的基准网格圆，测出变形后的长轴d1和短轴d2，若变形前网格圆的直径是d0，则可求出两个主应变极限值：
测试装置
然后绘制出极限应变曲线图：
冲裁模具及工艺
冲裁：
利用模具使板料产生相互分离的工序。
常见的冲裁工序有冲孔、落料、切边、切口、剖切
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