材料成型与控制实验指导书模具方向.docx
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材料成型与控制实验指导书模具方向
材料成型与控制实验指导书
（模具方向）
沈阳理工大学
材料科学与工程学院
李建军
2012年5月
冲压工艺
实验一冲裁模间隙及冲裁力的测定
1、实验目的：
1.了解影响冲裁力大小的因素
2.学会测定冲裁力的方法
2、实验原理
冲裁力是选择冲压设备吨位和检验模具强度的一个重要依据，影响冲裁力大小的因素很多，主要有材料的机械性能与厚度;冲裁件周边长度；冲模刃口形式，平刃模的冲裁力也有一定得影响，在不破坏冲裁零件断面质量的前提下，可适当扩大模具间隙降低冲裁力。
测定冲裁力大小的方法有很多，本实验采用电测量方法。
其原理是：
弹性元件在外力作用下产生弹性变形，改变形使装在弹性元件上的传换器工作，把被测力转换成电量，然后再进行测量。
在冲裁工程中，冲头受压力作用产生弹性变形，这种变形使粘贴在冲头上的应变片变形，冲头上的应变片可将变形量转换成电信号输出，由此测定应变量。
冲头上应变片的粘贴方法如图1（a），两竖片R1、R2作为测量片，两横片R1`、R2`作为补偿片，然后将变应片接成半桥，如图1（b），应该说明，粘贴方法与接桥方法并不唯一，可自己设定。
电桥输出的电信号在动态电阻应变仪上转为应变，其应变值由光线示波仪输出。
由测得的应变可以计算冲头的应力值，求出冲裁力啊。
具体如下：
R1=R2=
=
这里：
为电阻计算增量，
为相对电阻增量，K为应变片灵敏系数，
为应变片标定梁材料的泊松比，
为应变，
为仪器读数应变，
为冲头受压应力，E为冲头弹性模量。
P为冲裁力，F为冲头横截面积，D为冲头直径。
冲裁力理论计算式为P理论
这里d为落料（或冲孔）直径，
为材料抗剪强度。
附表1有关材料机械性能
材料牌号
材料状态
抗剪强度（兆帕）
弹性模数（103兆帕）
A3
未退火
304-373
08F
退火
216-304
10
255-333
194
15
265-373
198
45
432-549
200
T8
210
H62
软的
255
98
半硬的
294
硬的
412
H68
软的
235
108
半硬的
275
108
硬的
392
113
图1应变片的粘贴及接桥的方法
图2电阻法测试框图
图2为电阻法的测试框图，纸带上的为标定应变值，为读数应变，H与h为两应变波形与基准线距离，所以=
三、试验设备、仪器及材料
1.JA21-40Z双柱开式固定台压力机
2.动态电阻应变仪
3.光线示波器
4.电源供给箱
5.简单落料模一套
6.游标卡尺
7.A3钢板、H62黄铜
四、实验步骤
1.将冲裁模安装在曲柄压力机上，试调模具，使冲裁件质量良好。
2．再冲头上粘贴应变片，并接桥。
3.将电桥盒，动态电阻应变仪、光线示波器及电源供给箱正确连接。
5.调节光线示波器，使之正常工作，选出合适的标定应变，然后输出。
6.开启曲柄压力机进行冲裁，同时开启光线示波器输出纸带。
7.计算理论估计的冲裁力P理论，并比较P与P理论大小，分析原因。
8.写出实验报告
实验二冷冲模拆装
一、实验目的
1.了解和熟悉冲模结构、作用及拆装工艺。
2.了解冲模各零部件的用途及相互安装关系。
3.掌握模具的装配及安装调试过程。
二、试验设备及工具
1.J23-6.3开式双柱可倾压力机
2.各种类型的冲模4套
3.工具：
扳手、内六角扳手、手捶、螺丝刀、铜棒、游标卡尺、钢板尺
三、实验步骤和方法
（一）拆装模具（每组拆装一套模具）
1.首先对模具做仔细的观察、判断其各部分零件的功用及相互关系。
2.将冲模各零件依次拆卸下来在拆卸过程中一定要记住各零件在模具中的位置及连接方式，以便随后重新装配。
3.测量各部分零件的尺寸，并画出冲模装配草图。
4.将冲模重新装配好。
注意：
在拆装过程中留心不要损坏模具零件，尤其对冲模的凸凹模刃口要注意保护，再重新装配前各部分零件要擦拭干净。
（二）模具安装和调试
1.首先搞清楚该模具的用途及所加工零件的形状、尺寸。
2.测量模具的闭合高度、了解并测量压力机的闭合高度，模柄孔尺寸，工作台台面尺寸，台孔尺寸等。
3.将闭合状态的模具置于工作台中心，使模柄对准模块中心的模柄孔，然后用手搬动飞轮。
调节滑块至下死点后在调整连杆长度，使滑块底面与模具上模板平面接触，即设备的闭合高度等于模具的闭合高度，再用螺母、压板等紧固上、下模板。
4.用手搬动飞轮，使滑块运动一个冲程，检查模具安装是否有问题。
5.开启电机进行试冲。
实验三拉延系数及拉延力的测定
一．试验目的
1．理解毛坯尺寸变化对板材变形趋向性的影响
2．通过理论分析及相关计算确定具体实验方案
3.了解极限拉延系数的测定方法及拉延系数的计算方法
4.了解拉延模具间隙及凹模圆角半径对拉延力的影响
5.测量一种材料的极限拉延系数、拉延力、压边力
6.降实验结果与理论分析结果进行对比，验证理论计算的准确性
二．实验原理
极限拉延系数：
材料未发生破裂所能得到的最小拉延系数
拉深也称拉延：
利用模具冲裁后得到平面毛坯变成空心零件的冲压工艺方法。
拉深过程如图3所示，其凸模与凹模与冲裁时有所不同，他们工作部分都没有锋利的刃口，而是做成有一定圆角半径，其间隙也稍大于板料的厚度，在凸模的作用下，原始直径D0的毛坯在凹模端面和压边圈之间的缝隙中变形，并被拉进凸模与凹模之间的间隙里形成空心零件的直壁。
零件高度为H的直径部分是有毛坯的环形部分（外径为D0，内径未d）转化而成的。
所以拉深时的毛坯的外部环形部分是变形区，而底部通常是不参加变形的不变区。
拉深后零件的直径d与拉深前毛坯直径D0之比称为拉深系数m，并用下式表示
m=d/D0
从上式可以看出，拉深系数表示了拉深前后毛坯直径的变化量，不同的拉深系数所需要的拉深力也不同。
影响拉深力的因素很多。
它不仅与拉深系数有关。
而且与材料的机械性能，零件尺寸，凹模圆角半径，润滑等有关，计算拉深力的经验公式很多，这里介绍一种常用的公式：
P1=π×d1×t×σb×k1
式中P1—第一次拉深力（N）
D1—第一次拉深后的零件直径（mm）
t—材料厚度（mm）
σb—材料抗拉强度（MPa）
K1—第一次拉深力系数
压边圈的压力必须适当，如果过大就要增加拉深力因而使工件拉裂，二压边圈的压力过小会使工件侧壁或者凸缘起皱。
三．实验设备、材料及工具
1.BT6杯突实验机
2.拉延模具：
凹模三种：
R=1,R=3,R=5
3.拉延毛坯若干：
Ф1、Ф2、Ф2材料为A3钢板，厚度为1mm
4.游标卡尺
四．实验步骤和方法
（一）步骤
1.将拉深凸凹模分别安装在杯突实验机上下模座上
2.分局毛坯直径选用定位圈，然后将定位圈放稳，使毛坯放置在定位圈中
3.旋转压力手柄施加压力，并注意观察压边力的指示表，使压边力不宜过大。
4.加载速度手柄选用中速，启动电机进行拉深。
并注意观察拉深力指示表，直到拉深完毕，记录拉深力、压边力。
5.反向扳动加载手柄进行卸载，反向旋转压边圈手柄，取出工件进行观察拉深件的表面质量并测量直径。
注意：
加载速度吧不宜过大，拉深力不允许超过设备额定吨位。
（二）方法
1.选用一套凸凹模和一套材料直径不同毛坯进行拉深，直到工件拉破，计算其极限拉深系数。
2.选定一定尺寸的凸模，再换不同圆角半径的凹模，观察拉深力的变化情况。
3.选定一定尺寸的凹模，更换不同尺寸的凸模，观察模具间隙对拉深力及工件质量的影响。
五实验要求
根据给出的模具尺寸，坯料的种类、尺寸进行理论分析，确定实验方案
并完成如下实验要求：
（一）操作并计算
1．计算A3钢板的极限拉延系数。
2.通过实验记录A3钢板使用不同凹模圆角半径的模具进行拉延的拉延力。
（二）分析
1.影响极限l拉延系数的因素有哪些？
2.影响拉深力的因素有哪些？
3.实验结果与理论计算进行对比分析。
锻造工艺
实验一自由锻拔长变形工序研究
一．实验目的
1.分析型砧上圆形毛坯拔长时，型砧形状变形程度对拔长效率的影响。
2.通过理论分析，看哪种型砧拔长效率高，并进行拔长实验，根据拔长后的长度计算其拔长效率。
二．实验原理
在拔长工序中，毛坯形状、型砧形状、变形程度（送进量、压下量）等因素是影响拔长效率及锻件质量的主要原因。
1.送进量的影响
当送进量较小时（L0/h0＜0.5）拔长变形区出现鼓形，中心部分不易锻透，并且出现轴向拉应力，容易引起内部横向裂纹；在金属流动方面，拔长量大，展宽量小，所以有利于提高拔长效率。
当送进量较大时（L0/h0＞0.5），拔长变形区出现单鼓形，中心部分能锻透，但侧面和角部受拉应力，易引起角部裂纹；在金属流动方面，拔长量小，展宽量大，不利于拔长效率。
2.压下量的影响
增大压下量，可强化心部变形，有利于锻合内部缺陷，提高锻件质量，同时提高拔长效率。
3.砧子形状的影响
利用型砧拔长圆形毛坯时，型砧的侧表面阻止了金属的横向流动，迫使金属沿轴向伸长，同时可防止金属内部纵向裂纹的产生，所以，合理的使用型砧可以提高锻件质量及拔长效率。
三．实验设备、工具及材料
1.设备：
100吨油压力机
2.工具：
1）型砧四种：
V形、圆弧形、上平下V形、平形等
2）游标卡尺、直尺、划规
3.材料：
铅规格Ф50×60
四．实验步骤
1.测量坯料原始尺寸，并在试件端面画出2×2网格
2.对四种型砧进行选择，并分别用各种型砧在油压机上进行送进量为40，压下量分别为5、15的拔长变形。
3.测量拔长后坯料长度，分析型砧形状、变形程度对拔长效率的影响。
4.根据毛坯端面网格变化情况，分析型砧形状、变形程度对锻件质量的影响。
实验二环形件模锻折叠研究
一．实验目的
1.了解环形锻件形成折叠的原因。
2.学会正确选择毛坯尺寸的方法。
二．实验原理
图1为环形锻件的热锻件图
图2为所用锻模
图3为在不同模具圆角半径情况下，坯料与型槽的相对尺寸对产生折叠的影响。
毛坯尺寸、型槽尺寸、冲头边缘圆角半径对折叠的产生有很大的影响。
1.毛坯直径d与冲头直径d1的比例。
d/d1愈大，不易产生折叠，即大直径的毛坯不易产生折叠。
2.模具型槽尺寸的比例。
如果d1/d2愈大，h1/h2愈大，不易产生折叠，即窄而深的型槽不易产生折叠
3.冲头边缘圆角半径尺寸。
R愈大，不易产生折叠。
但R只对高试样影响明显。
图2锻模
图3坯料与模具相对尺寸对产生折叠的影响
（曲线下为有折叠区，曲线上为无折叠区）
三、实验设备、工具、材料
1.设备：
100吨油压机
2.工具：
模具三套，尺寸如下：
1.R=3d2=50d1=24h1=18
2.R=5d2=60d1=30h1=24
3.R=3d2=73d1=24h1=6
3材料：
铅规格44×2340×50
30×5050×32
四、实验步骤
1.用第一套模具冲压44×2340×50试样成锻件，取出观察是否产生折叠。
2.用第二套模具冲压30×5050×32试样成锻件，取出观察是否产生折叠。
3.用三套模具冲压44×23试样成锻件，取出观察是否产生折叠。
4.分析产生上述实验结果的原因。
塑料模具设计实验
塑料模具拆装及工艺实验
一、实验目的
1.通过拆装模具了解注射模的基本结构及零件的名称与作用。
2.了解注射机的基本结构，动作原理和技术参数。
3.在了解模具结构与注射机原理的基础上，了解两者之间的连接关系，并在注射机上注射成型某一零件。
二、实验设备、工具及材料
1.SZ-250/125NB注射机一台
2.注射模四套（用于拆装）
注射模一套（注射零件）
3.拆装工具
4.聚乙烯（或ABS）树脂
三、实验要求
实验前必须认真预习实验指导书中有关章节，了解各类模具特点，掌握正确拆装模具的方法。
了解塑料制品成型中受各种工艺参数的影响，以及模具与注射机之间的连接关系。
四、实验原理
（一）拆装部分
注射模主要是成形热塑性塑料制品的模具。
注射模的基本结构是由注射机的形式和塑料件复杂程度等因素来决定的。
注射机结构类型很多，但无论何种结构的模具，主要由以下几种零件组成，且各部分作用如下：
1.成型零件
成型零件包括定模型腔（凹模）、动模型腔（凸模）和型芯等零件。
在注射时，这类零件直接接触塑料，以成型制品，其精度要求较高，是注射模的核心零件。
（1）定模型腔（凹模）。
主要成形塑件的外部形状。
（2）动模型腔（凸模）。
主要成形塑件的内部形状。
（3）型芯。
型芯一般固定在动模上，主要成形孔及特殊形状的凹类塑件。
2.浇注系统零件
浇注系统零件主要包括定位圈、浇口套等零件。
主要作用是将注射机料筒内的熔融塑料，填充到模具型腔内，并起传递注射压力的作用。
（1）浇口套。
浇口套为组成塑料注射模具时需要通过的主要通道零件，一般镶嵌在定模板上。
（2）定位圈。
是安装在注射机定模板时，决定注射机喷嘴口与浇口套相互位置的定位装置。
3.脱模系统零件
注射模的脱模（又称推出机构），是由推出塑件所需的全部机构零件组成。
如顶杆、顶干板、顶干固定板等零件。
（1）顶杆。
顶杆是为了从模具型腔内吧塑件顶出来的顶件。
（2）顶杆固定板。
顶杆固定板起固定顶杆、顶管及复位杆等零件的作用。
（3）顶杆垫板。
顶杆垫板用以压住顶杆、顶管及复位杆零件，同时也是组成模具的顶出塑件系统、承受注射机顶出杆的作用力的零件
（4）复位杆。
又称反顶杆，顶出塑件动作完成后，是使推料系统退回到演示位置的杆件。
（5）限位钉。
对推出机构起支撑和调节作用，并防止推板复位时，推板与动模板之间有异物，而影响推板回到最低位置。
使塑料件难以卸载。
4.冷却及加热
冷却与加热机构主要包括冷水嘴、水管通道、加热板等。
主要是为了调节模具温度，以保证塑件的质量。
5.结构零件
模具的结构零件，主要是固定成形零件，使其组成一体的零件。
主要包括定模固定板、动模固定板、垫板及定模套等。
（1）定模固定板。
固定连接定模部分和安装在注射机上用的板，也是镶嵌浇口套的支撑板。
（2）定模套（定模形板）。
为了镶嵌凹模（定模型芯）或直接加工成型腔板，使成型塑件外表面用的板。
（3）动模板（动模型板）。
为了镶嵌动模型芯（凸模）或直接加工成型用板，一般成型塑件内表面用板。
（4）垫板。
又称为支撑板为了防止凸模或其他零件后退的支撑板。
（5）支撑板。
主要是为了推板，能完成推顶动作而形成一定活动空间的垫块。
改变支撑块的厚度。
可以调整模具的闭合高度，以保证闭合高度和开模行程与注射机规格相匹配。
6导向零件
导向零件主要包括导柱、导套，主要起对定模和动模导向作用。
（1）导柱是决定定模型腔板相对位置的零件
（2）导套与导柱相配合的套件。
7抽芯机构零件
抽芯机构零件主要为了加工油侧向凹凸及侧孔的零件，主要包括滑块型芯、斜导柱、锁紧块等零件。
8.紧固零件
紧固零件主要包括螺钉、销钉等标准零件，其作用是连接，紧固各零件，使其成为模具的整体。
（2）工艺部分
塑料注射成型原理是将塑料颗粒定量地加入到注射机的料斗中，通过料筒的传热，以及螺杆转动时产生的剪切作用使塑料逐步融化呈粘流态，然后在螺杆的推动下，以高压和较快的速度通过喷嘴诸如到温度较低的闭合模具的型腔中，由于模具冷却作用，模具型腔内熔融塑料逐渐凝固并定型。
最后从模具中取出塑料。
注射成型时，重要是一个物理变化过程（热塑性塑料），塑料的流变性、热能性、结晶行为，定向作用等因素对注射工艺条件和制品的性能都会产生很大影响。
影响塑件质量的因素很多，主要是注射成型条件，模具结构及塑件形状和塑料种类等因素。
而塑料种类及塑件形状是不能改变的。
想获得合格制品制定合理的注射成型条件就非常重要了，注射成型条件包括注射时料筒的各段温度、注射速率、注射压力盒时间等因素。
因此。
在实际生产中，应确定合理的成型工艺条件。
而作为一名模具设计人员掌握塑料制品的注射工艺是非常必要的。
5、实验方法
1.观察注射模的外观，注意模具同注射机的定位、安装部位的形状特征。
2.测量注射模的外形尺寸。
3.分开注射模的动、定两部分。
观察导向机构、分模面、抽芯机构及浇注系统得形式及形状。
4.测量模具诚信部分的尺寸，绘制塑件草图。
5.将动模的顶出装置放于木制垫块上，下压动模模脚式顶板推出。
观察其顶出机构和复位机构。
6.绘制注射模总装图，视图应能清楚表达所有模具零件的位置及相互配合关系，零件明细表达每个零件的名称和数量。
7.在了解注射模结构的基础上，进行注射工艺实验。
8.根据塑料种类、形状、重量来确定成型工艺条件（塑料的加热温度、注射机压力、注射-保压-冷却时间等）
9.按设备的安全操作规程，做好操作前的准备工作，然后在老师的指导下注射出塑料件。
10.填写工艺卡片以及注射机的主要参数
11.画出本实验注射的塑件工件图和模具图。
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