冷冲压工艺与模具设计教案.docx
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冷冲压工艺与模具设计教案
冷冲压工艺与模具设计教案
教师姓名
杨秋明
授课班级
授课形式
讲课
授课日期
授课时数
2
授课章节名称
绪论
1．概念
2．特点
3．地位
4．发展
5．教学方法
第一章 冷冲压概论
1.1 冷冲压基本工序及模具
教学目的
1．掌握冷冲压的基本概念
2．掌握冷冲压的特点
3．了解冷冲压模具的地位与发展趋势
4．了解本课程的教学方法
5．掌握冷冲压的基本工序及模具形式
教学重点
1．讲解冷冲压的基本概念
2．分析冷冲压工艺及模具的特点
3．冷冲压的基本工序及模具形式的分析
教学难点
冷冲压的基本工序及模具形式的分析
更新、补充、删节内容
使用教具
多媒体设备
课外作业
1．名词解释：
冷冲压、冷冲压模具、分离工序、塑性变形工序、单工
模、级进模、复合模
2．冷冲压加工有哪些特点？
课后体会
授课主要内容或板书设计
绪论
1．概念
冷冲压（coldpressing）：
指建立在金属材料塑性变形的基础上，在常温下利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的一种压力加工方法。
冷冲压模具：
指在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊加工装备。
2．冷冲压加工的特点
（1）节省材料：
冷冲压属少、无切削加工；其材料查以进行套用
（2）制品有较好的互换性：
冷冲压件的尺寸公差由模具保证，且一般无需做进一步机械加工，因而具有“一模一样”的特征。
（3）冷冲压可以加工壁薄、重量轻、形状复杂、表面质量好、刚性好的零件。
（4）生产效率高：
普通压力机每分钟可生产几十件；高速压力机每分钟可生产数百件或上千件。
（5）操作简单：
对操作工而言，无特殊的专项技能要求。
（6）制品成本低：
由材料利用率、生产效率和操作简单而得。
3．冲压加工和模具在生产中的地位
（1）模具已成为一个独立的行业；
（2）模压成形在加工成形中已占70%以上；
（3）冲压成形在模压成形中约占55%以上；
（4）模具水平体现一个国家（或地区）制造业的水平；
4．冲压技术和冲模的发展
（1）工艺分析计算方法的现代化：
弹塑变形的有限元分析、应力应变分析的计算机模拟等。
（2）模具设计制造技术的现代化：
CAD、CAM及CAD/CAM一体化。
（3）冲压生产的机械化与自动化：
（4）冲压成形的新工艺：
高能成形、简易模具、组合模具、数控冲压、冲压柔性制造技术（FMS）。
（5）冲压材料性能的提高：
5．教学方法
（1）课程位置：
本专业之主要专业课。
（2）采用案例教学法。
（3）学生带着问题学。
（4）课外作业课内完成，即每次课有10~15分钟做作业的时间。
（占考核成绩的20%）
（5）课外完成3项大型作业。
（占考核成绩的30%）
（6）考试采用开卷，题目为“设计一冲压件所用模具”，无复习环节。
（占考核成绩的50%）
第一章 冷冲压概论
1.1 冷冲压基本工序及模具
冲压工序
分离工序：
指冲压过程中使冲压件与板料沿一定的轮廓相互分离的工序。
冲孔、落料、切断、切口、切边、剖切、整修
塑性成形工序：
指材料在不破裂的条件下产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和精度要求的零件。
弯曲、拉深、成形、冷挤压
模具
单工序模：
指在冲压的一次行程过程中，只能完成一个冲压工序的模具。
级进模：
指在冲压的一次行程过程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。
复合模：
指在冲压的一次行程过程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。
教师姓名
杨秋明
授课班级
授课形式
讲课
授课日期
授课时数
2
授课章节名称
第一章 冷冲压概论
1.1 冷冲压基本工序及模具
常用冲压工序分类及相应模具
1.2 冲压模具的基本结构组成
1.3 常用冲压模具的类型
教学目的
1．掌握常用冲压工序的名称与特征
2．掌握冲压模具的基本结构组成
3．了解常用冲压冲压模具的结构类型
教学重点
1．讲解常用冲压工序的名称与特征
2．分析冲压模具的基本结构组成
3．讲解常用冲压冲压模具的结构类型
教学难点
冲压模具的基本结构组成的分析与应用
更新、补充、删节内容
使用教具
多媒体设备
课外作业
1．名词解释：
冲裁、冲孔、落料、压弯、拉深、成形
2．冷冲压模具有哪些基本零件组成？
课后体会
授课主要内容或板书设计
1.1 冷冲压基本工序及模具
常用冲压工序分类及相应模具
分离工序
（1）冲孔（piercing）：
用冲孔模沿封闭轮廓冲裁工件或毛坯，冲下部分为废料。
（2）落料（blanking）：
用落料模沿封闭轮廓冲裁板料或条料，冲下部分为制件。
（3）切断（cutoff）：
用剪刃或模具切断板料或条料的部分周边，并使其分离。
（4）切口（notching）：
用切口模将部分材料切开，但并不使它完全分离，切开部分材料发生弯曲。
（5）切边（trimming）：
用切边模将坯件边缘的多余材料冲切下来。
（6）剖切（parting）：
用剖切模将坯件（弯曲件或拉深件）剖成两部分或几部分。
（7）整修：
用整修模去掉坯件外缘或内孔的余量，以得到光滑的断面和精确的尺寸。
塑性变形工序
（1）弯曲（bending）：
指把平面毛坯料制成具有一定角度和尺寸要求的一种塑性成形工艺。
1）压弯：
用弯曲模将平板（或丝料、杆件）毛坯压弯成一定尺寸和角度，或将已弯件作进一步弯曲。
2）卷边：
用卷边模将条料端部按一定半径卷成圆形。
3）扭弯：
用扭曲模将平板毛坯的一部分相对另一部分扭转成一定的角度。
（2）拉深（drawing）：
指将一定定形状的平板毛坯通过拉深模冲压成各种形状的开口空心件；或以开口空心件为毛坯通过拉深进一步使空心件改变形状和尺寸的冷冲压加工方法。
变薄拉深：
用变薄拉深模减小空心件毛坯的直径与壁厚，以得到底厚大于壁厚的空心件。
（3）成形：
指通过板料的局部变形来改变毛坯的形状和尺寸的工序的总称。
1）胀形（bulging）：
指从空心件内部施加径向压力，强迫局部材料厚度减薄和表面积增大，获得所需形状和尺寸的冷冲压工艺方法。
2）起伏成形（cmbossing）：
指平板毛坯或制件在模具的作用下，产生局部凸起（或凹下）的冲压方法。
3）翻边（planging）：
指利用模具将工件上的孔边缘或外缘边缘翻成竖立的直边的冲压工序。
4）缩口（necking）：
指将预先拉深好的圆筒或管状坯料，通过模具将其口部缩小的冲压工序。
5）整形（sizing）：
指利用模具将弯曲或拉深件局部或整体产生不大的塑性变形的冲压工序。
6）校平（flattening）：
指利用模具将有拱弯、翘曲的平板制件压平的冲压工序。
1.2 冲压模具的基本结构组成
工艺构件
（1）工作零件：
用于成形制件
1）凸模：
其外轮廓为成形制件的工作部分。
2）凹模：
其内轮廓为成形制件的工作部分。
3）凸凹模：
其内外轮廓为成形制件的工作部分。
（2）定位零件：
用于确定被冲压材料在模具中的相对正确位置。
其形式有：
定位板、定位销、挡料销、导正销、导尺、侧刃等。
（3）压料、卸料及出料零件：
用于保证冲压材料在冲压过程中平稳及冲压完成后顺利离开模具。
其形式有：
卸料板、推件装置、顶件装置、压边圈、弹簧、橡胶垫等。
辅助构件
（1）导向零件：
用于保证上下模的导向精度。
其形式有：
导柱导套、导板、导筒等。
（2）固定零件：
用于支撑模具一所有其它零件。
其形式有：
上模座、下模座、模柄、（凸、凹模）固定板、垫板、限位器等。
（3）坚固及其它零件
其形式有：
螺钉、销钉、键、其它
1.3 常用冲压模具的类型
1.3.1 简单冲压模
1.3.2 级进冲压模
1.3.3 复合冲压模
教师姓名
杨秋明
授课班级
授课形式
讲课
授课日期
授课时数
2
授课章节名称
第二章 冲裁工艺与冲裁模具的设计
2.1 设计程序
教学目的
了解冲裁工艺与冲裁模具的设计程序
教学重点
讲解冲裁工艺与冲裁模具的设计程序
教学难点
冲裁工艺与冲裁模具的设计程序中的反复和比较
更新、补充、删节内容
冲裁制件实例介绍
使用教具
多媒体设备
课外作业
列出冲裁工艺与冲裁模具的设计程序
课后体会
授课主要内容或板书设计
第二章 冲裁工艺与冲裁模具的设计
2.1 设计程序
案例
1．电机转子
2．电机定子
3．机芯自停杆
4．电位器接线片
教师姓名
杨秋明
授课班级
授课形式
讲课
授课日期
授课时数
2
授课章节名称
2.2 审图与冲裁工艺性分析
教学目的
1．掌握冲裁工艺性要求及工艺性分析方法
2．了解冲压材料的种类及性能
教学重点
冲裁工艺性要求及工艺性分析方法
教学难点
冲裁件工艺性分析方法
更新、补充、删节内容
冲裁案例
使用教具
多媒体设备
课外作业
冲裁有哪些工艺性要求？
课后体会
授课主要内容或板书设计
2.2 审图与冲裁工艺性分析
2.2.1 审图
所谓审图，即审查所给制件的尺寸是否齐全，各尺寸公差和形位公差的精度等级。
2.2.2 裁工艺性要求
1．结构工艺性要求
（1）形状应尽可能简单、对称，圆形、矩形等规则的几何形状组成的几何图形为较佳；
案例分析
（2）无过长的悬臂、狭槽，所谓悬臂、狭槽，即其宽度b≤2t；
案例分析
（3）孔间距、孔边距不能太小，所谓过小孔间距，即指b2＜2t，所谓过小孔边距，即指b1＜1.5t；
案例分析
（4）冲裁件的外形或内孔的转角处应避免存在尖锐的清角，采用圆角过渡为较佳；
案例分析
（5）孔不能过小。
案例分析
案例结构工艺性小结
2．冲裁件的尺寸精度和粗糙度
（1）普通冲裁：
IT10~IT11级，Ra=6.3μm；
案例分析
（2）冲孔精度比落料精度高一级。
案例分析
案例尺寸精度和粗糙度要求小结
3．冲裁材料
（1）冲裁材料包括金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料有：
钢、铜、铝、镁、镍、钛、各种贵重金属及各种合金。
非金属材料有：
纸板、纤维板、塑料板、皮革、胶合板等。
复合材料有：
涂层板、复合板等。
（2）冲裁件材料选取原则
1）对冲裁材料机械性能的要求
具有一定的强度和韧性，避免过硬、过软、过脆。
2）对材料规格的要求
材料厚度公差应符合国家标准，厚薄均匀，避免采用边角料。
3）冲裁件材料的选取原则
廉价代贵重，薄料代厚料，黑色代有色
案例材料工艺性分析小结
教师姓名
杨秋明
授课班级
授课形式
讲课
授课日期
授课时数
2
授课章节名称
2.3 冲裁工艺方案制定
教学目的
掌握冲裁工艺方案拟定的原则与方法
教学重点
冲裁工艺方案拟定的原则与方法
教学难点
冲裁工艺方案拟定的原则的灵活应用
更新、补充、删节内容
案例分析
使用教具
多媒体设备
课外作业
拟定冲裁工艺方案拟应遵循哪些原则？
课后体会
授课主要内容或板书设计
2.3 冲裁工艺方案制定
2.3.1 基本工序的确定
（1）基本工序的性质
冲孔、落料、切断、切口等；
案例分析
（2）基本工序的数目
案例分析
（3）基本工序的顺序
案例分析
2.3.2 基本工序的排列与组合
此时可形成多种方案，而后对多种方案进行分析比较，得出较佳方案。
案例分析
2.3.3 分析比较
应考虑的因素：
制件的精度要求、生产批量、工厂压力设备的情况、模具加工水平、工人操作水平等。
原则：
在满足制件精度要求及生产批量的前提下，应尽可能降低模具制造成本和复杂程度，操作简单。
案例综合分析，得出工艺方案
教师姓名
杨秋明
授课班级
授课形式
讲课
授课日期
授课时数
2
授课章节名称
2.4 排样（layout）
教学目的
掌握冲裁排样的方法
教学重点
冲裁排样的方法
教学难点
各种冲裁排样方法的灵活选用
更新、补充、删节内容
案例分析
使用教具
多媒体设备
课外作业
有哪些排样方法？
分别适用于什么场合？
课后体会
授课主要内容或板书设计
2.4 排样（layout）
2.4.1 冲裁排样的方式
排样：
指冲裁件在板料或条料上的布置方式。
（1）按有无废料分
1）有废料排样：
指排样时，制件与制件之间、制件与条料边缘之间均有余料存在。
特点：
冲裁件质量易于得到保证，并具有保护模具的作用，但材料利用率低。
案例分析
2）少废料排样和无废料排样：
指制件与制件之间、制件与条料边缘之间存在较少、或没有余料。
特点：
材料利用率较高，但由于冲裁时凸模单边受力，易于遭到破坏。
案例分析
（2）按排列形式分
1）直排法：
适用于外形为方、矩形制件。
案例分析
2）斜排法：
适用于椭圆形、T形、Г形、S形制件。
案例分析
3）直对排法：
适用于梯形、三角形、半圆形、T形、Ш形、Ц形制件。
案例分析
4）混全排法：
适用于材料与厚度相同的两种以上不同形状制件的套排。
案例分析
5）多行排法：
适用于大批量生产中尺寸不大的圆形、六角形、方形、矩形等制件。
案例分析
6）整裁余料（搭边）法：
适用于尺寸较小且形状较简单的制件。
案例分析
7）分次裁切余料（搭边）法：
适用于尺寸较小且形状较复杂的制件。
案例综合分析，得出排样方式
2.4.2 搭边（scrapallowance）
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。
（2）搭边值的选取
查表
案例分析，确定搭边值
2.4.3 材料利用率的计算
（1）条料宽度尺寸的确定
1）有侧压装置：
B=（L-2a）-Δ
2）无侧压装置：
B=（L+2a+C）-Δ
3）采用侧刃
B=（L+1.5a+nF）-Δ
式中：
L——制件垂直于送料方向的基本尺寸；
n——侧刃数；
Δ——条料的宽度公差；
a——侧面搭边值；
C——送料保证间隙：
B≤100，C=0.5~1.0；B＞100，C=1.0~1.5。
（2）材料利用率的计算
式中：
A——在送料方向，排样图中相邻两个制件对应点的距离（mm）；
B——条料宽度（mm）；
S——一个步距内制件的实际面积（mm2）；
S0——一个步距所需毛坯的面积（mm2）；
案例材料利用率计算
教师姓名
杨秋明
授课班级
授课形式
讲课
授课日期
授课时数
2
授课章节名称
2.5 刃口尺寸计算
2.5.1 冲裁间隙
教学目的
掌握冲裁间隙确定的方法与原则
教学重点
冲裁间隙确定的方法与原则
教学难点
冲裁间隙确定
更新、补充、删节内容
案例分析
使用教具
课外作业
1．影响冲裁间隙大小选取的因素有哪些？
2．冲裁间隙大小选取的原则有哪些？
课后体会
授课主要内容或板书设计
2.5 刃口尺寸计算
2.5.1 冲裁间隙
冲裁间隙：
指冲裁的凸模与凹模刃口之间的间隙。
一般指单边间隙。
单边间隙：
指凸模与凹模每一侧的间隙。
双边间隙：
指凸模与凹模两侧间隙之和。
（1）影响冲裁间隙大小的因素
1）冲裁件断面的质量要求
冲裁件断面上各区域分别为：
塌角带、光亮带、断裂带、毛刺。
塌角带：
由冲裁开始时材料的塑性变形形成。
间隙愈大，则塌角愈大。
光亮带：
在材料被挤入凹模（或凸模挤入材料）时所形成。
间隙适中时可获得较大的光亮带。
间隙愈大，光亮带愈小，但间隙过小，则会造成两次断裂，形成两个光亮带。
断裂带：
材料发生断裂所形成。
断裂带在冲裁断面上形成粗糙的斜面。
间隙愈大，断裂带愈大，但间隙过小，则会造成两次断裂，形成两个断裂带。
毛刺：
由断裂时材料纤维的牵扯所形成。
间隙愈大，毛刺愈长，材料塑性愈好，毛刺愈长。
案例分析
2）冲裁件尺寸精度的要求
间隙过大，材料产生拉伸弹性变形，使制件的外形尺寸小于凹模尺寸，内形尺寸大于凸模尺寸；
间隙过小，材料产生过大的压缩弹性变形，使制件的外形尺寸远大于凹模尺寸，内形尺寸远小于凸模尺寸；
案例分析
3）冲压力要求
间隙的增大，将使冲压力有所减小。
4）模具寿命的要求
过小的间隙对模具寿命极为不利。
较大的间隙有利于减少材料对凸、凹模的磨损，则有助于提高模具寿命。
（2）合理间隙值确定的原则
1）当冲裁件尺寸精度要求不高，或对断面质量无特殊要求时，从提高模具寿命、降低冲压力角度出发，一般采用较大间隙。
2）当冲裁件尺寸精度要求不高，或对断面质量无特殊要求时，应选择较小的间隙。
3）冲裁过程中凸、凹模的磨损将使间隙增大，因此，设计时应按所选间隙类别中的最小间隙值来计算刃口尺寸。
（3）间隙值确定方法
1）经验法
2）查表法
案例分析，确定案例的冲裁间隙
教师姓名
杨秋明
授课班级
授课形式
讲课
授课日期
授课时数
2
授课章节名称
2.5.2 刃口尺寸计算
教学目的
掌握刃口尺寸计算的方法
教学重点
刃口尺寸计算
教学难点
不同冲裁方式刃口尺寸的不同计算方法
更新、补充、删节内容
案例分析
使用教具
课外作业
1．刃口尺寸计算应遵循哪些原则？
2．刃口尺寸计算时应区分哪些不同情况？
课后体会
2.5.2 刃口尺寸计算
（1）刃口尺寸计算应遵循的原则
1）落料尺寸决定于凹模尺寸，设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上，冲裁间隙通过减小凸模刃口的尺寸来取得；
2）冲孔尺寸决定于凸模尺寸，设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口的尺寸来取得；
3）设计落料模时，凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范围内的较小尺寸；
4）设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取制件尺寸公差范围内的较大尺寸；
5）初始设计模具时，冲裁间隙一般采用最小合理间隙值；
6）刃口尺寸的制造偏差方向，原则上单向注向金属实体内部；
7）模具制造方法的不同，其刃口尺寸的计算方法亦不同。
（2）凸、凹模采用互换法加工
1）适用
适用于圆形等简单形状的冲裁件。
2）要求
设计时需在图纸上分别标注凸、凹模的刃口尺寸及制造公差。
3）满足条件
∣δp∣+∣δd∣≤Zmax-Zmin
或取 δd=0.6（Zmax-Zmin）
δp=0.4（Zmax-Zmin）
4）落料
5）冲孔
6）孔心距
式中 Dd——落料凹模基本尺寸（mm）；
Dmax——落料件最大极限尺寸（mm）；
dp——冲孔凸模基本尺寸（mm）；
dmin——冲孔件孔的最小极限尺寸（mm）；
Ld——同一工步中凹模孔距基本尺寸（mm）；
Lmin——Ld的最小极限尺寸（mm）；
δp——凸模下偏差（mm），一般取Δ/4；
δd——凹模上偏差（mm），一般取Δ/4
Zmin——凸凹模最小初始双向间隙（mm）；
Zmax——凸凹模最大允许双向间隙（mm）；
x——凸、凹模磨损系数；
冲裁件精度
x值
IT10以上
1
IT11~13
0.75
IT14
0.5
Δ——制件尺寸公差值；
Dp——落料凸模基本尺寸（mm）；
dd——冲孔凹模基本尺寸（mm）；
案例计算
教师姓名
杨秋明
授课班级
授课形式
讲课
授课日期
授课时数
2
授课章节名称
2.5.2 刃口尺寸计算
教学目的
掌握冲裁模刃口尺寸计算的方法
教学重点
凸、凹模配合制造时刃口尺寸的计算方法
教学难点
A、B、C三类尺寸的判别
更新、补充、删节内容
使用教具
课外作业
课后体会
授课主要内容或板书设计
2.5.2 刃口尺寸计算
（3）凸、凹模采用配合加工
配合加工方法：
指先按照工件尺寸计算出凸（或凹）模的公称尺寸及公差尺寸并进行加工；然后按基准件实际尺寸，并根据冲裁间隙配做另一个相配件凹（或凸）模。
特点：
冲裁间隙易于得到保证；
可放大基准件的制造公差，并且无需校核；
简化了模具设计。
要点：
1）设计时，只需详细标注基准件刃口尺寸及制造公差；相配件标注基准件的名义尺寸，并在说明中注明与基准件配制的间隙值。
2）刃口尺寸的分类
刃口尺寸按基准件磨损后尺寸变化方向分类。
A类——磨损后刃口尺寸变大；
B类——磨损后刃口尺寸变小；
C类——磨损后刃口尺寸不变；
3）基准件刃口尺寸计算公式
落料：
Cd=C平均±0.125Δ
冲孔：
式中 Ad、Bd、Cd——凹模刃口尺寸；
Ap、Bp——凸模刃口尺寸；
Aman——工件上对应尺寸的最大尺寸；
Bmin——工件上对应尺寸的最小尺寸；
C平均——工件上对应尺寸的平均尺寸；
案例计算
（4）采用电火花加工
一般都在凸模上标注刃口尺寸，凹模刃口只标明与凸模刃口配制加工，并保证最小间隙即可。
计算公式：
冲孔：
落料：
中心距：
Ld=L平均±0.125Δ
式中 dp——冲孔凸模的刃口尺寸；
Dp——落料凸模的刃口尺寸；
dmin——冲孔件的最小尺寸；
Dmax——落料件的最大尺寸；
教师姓名
杨秋明
授课班级
授课形式
讲课
授课日期
授课时数
2
授课章节名称
2.6 冲压定位方式
教学目的
1．了解冲压定位零件的种类及适用场合
2．掌
升级会员 