冲压工艺与模具设计第6章冲压工艺设计ppt课件.ppt
冲压工艺与模具设计Stamping Technology and Mould Design,第6章 冲压工艺设计,2,第6章 冲压工艺设计,【主要内容】1.冲压零件的结构工艺性2.冲压成形的变形趋向性及其控制3.冲压工序的安排【重点】1.冲压成形的变形趋向性及其控制2.冲压工序的安排,3,6.1 冲压件的结构工艺性,冲压件的结构工艺性能否用最简便、最经济的冲压方法生产 出合格的冲压件。良好的冲压工艺性是工艺方法先进性和生产经济性的前提。影响冲压件结构工艺性的主要因素冲压件的形状、尺寸和冲 压件的精度要求。,第6章 冲压工艺设计,4,6.1 冲压件的结构工艺性,一、冲压件的形状和尺寸1.冲裁件 P74 注意如下几方面：形状尽可能简单、对称，最好是规则的几何形状。冲裁件上的悬臂和凹槽的宽度不宜过小凸模易折断。,5,6.1 冲压件的结构工艺性,外形及内孔各直线或曲线连接处应采用圆角过渡便于模具加工，并可提高模具强度和使用寿命。 圆角半径 孔与孔或孔与零件边缘之间应有足够的距离，以保证模具强度和零件质量。 一般取 ，且 。在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔壁与工件直壁之间应有一定距离防止凸模在侧向力作用下折断。 距离 相应模具刃口圆角半径 冲孔尺寸不能过小防止凸模强度太低。,6,6.1 冲压件的结构工艺性,2.弯曲件 P103 对称零件的圆角半径也应对称保证弯曲时毛坯受力平衡，无横向滑动。直边高度不能太小太小时难以保证准确的形状。 弯曲角为 时，直边高度 ，否则应先压槽后弯曲，或加高直边弯曲后再切掉。,7,6.1 冲压件的结构工艺性,弯曲有孔的毛坯时，应使孔处于变形区之外防止孔发生牵连变形而产生扭曲。 孔边到弯曲半径中心的距离要求为： 时， ； 时， 。 不能满足时，可先在弯曲线上冲出工艺孔然后弯曲：,8,6.1 冲压件的结构工艺性,局部弯曲某一段边缘时，弯曲线与尖角部位之间应留出一段距离(a)，或开工艺槽(b、d)、工艺孔(c) 防止尖角处因应力集中而撕裂,9,6.1 冲压件的结构工艺性,弯曲边缘有缺口的零件时，应在缺口处留出连接带防止缺口处变形分叉。连接带在弯曲后切去。,10,6.1 冲压件的结构工艺性,3.拉深件 P168 尽量减小拉深件的高度减少拉深次数。拉深件的形状尽可能简单、对称，避免尖底形容易成形。对半敞开非对称的拉深件可成对拉深，然后再剖切成两件:,11,6.1 冲压件的结构工艺性,带凸缘（法兰）的拉探件各部分尺寸比例要恰当 减少拉深次数：凸缘直径 ，高度 。凸缘外形最好与直壁断面相似，以减小切边余量。拉深件圆角半径尽量大些减少整形工序 参考数值：圆筒形件底部圆角半径 ，最好 。圆筒形件凸缘圆角半径 ，最好 。矩形盒壁间圆角半径 ，最好 。,12,6.1 冲压件的结构工艺性,拉深件上冲孔的要求孔中心至底边距离 否则应采用钻孔 凸缘上的孔的位置 底部孔的孔径,13,6.1 冲压件的结构工艺性,二、冲压件的质量 1.冲裁件金属冲裁件经济精度为 ，落料件精度最好低于 ，冲孔件精度最好低于 。表面粗糙度一般为 ，最高 。非金属冲裁件的经济精度为 。 2.弯曲件变化范围较大，与板料厚度、变形程度及回弹量大小等有关。 3.拉深件断面尺寸精度一般低于 筒壁上、下部分壁厚差约为,14,6.1 冲压件的结构工艺性,三、尺寸标注1.冲裁件要求保证孔心距时应直接标注孔中心线间的距离； 孔的位置尺寸基准应选择在冲压过程中不参与变形的面上；冲压中的定位基准应尽可能与设计基准重合避免基准不重合造成的误差。设计时应在标注尺寸时考虑到工序中的定位。2.拉深件不能同时标注内、外壁尺寸，只能按要求标注其中之一；阶梯拉深件应以最小截面处的底部为深度方向的统一基准使高度尺寸容易保证。,15,6.1 冲压件的结构工艺性,3.弯曲件弯曲件的一些局部结构（如孔）的位置尺寸标注应考虑到冲压顺序的安排。例如图示冲压件需冲孔、落料、弯曲三种工序：图a)所示的标注方法冲压顺序可以随意安排图b)所示的标注方法冲压顺序必须是 落料-弯曲-冲孔,16,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,一、冲压成形中的变形趋向性毛坯受力后出现不同性质的变形的可能性。在冲压过程中，冲压变形力通过模具传递到传力区和变形区，使变形区产生塑性变形。在变形过程中，变形区和非变形区并不是固定不变的，它们的范围和尺寸不断变化，而且互相转化：,第6章 冲压工艺设计,17,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,最小阻力定律：同一个毛坯的变形区和传力区是相毗邻的，所以在其分界面上的应力是完全相同的。在同一应力作用下，变形区和传力区都有可能产生塑性变形。由于变形区和传力区之间的尺寸关系不同，所以必有一个区所需的变形力较小而首先进入塑性状态产生塑性变形。也就是说，首先产生塑性变形的区是相对弱区。由此，我们得到一个重要的结论最小阻力定律：弱区必先变形，变形区应为弱区。,18,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,最小阻力定律,在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，当金属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻力最小的方向移动。,在冲压加工中，板料在变形过程中总是沿着阻力最小的方向发展。这就是塑性变形中的最小阻力定律。,弱区先变形，变形区为弱区,19,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,方板拉深试验最小阻力定律试验：,最小阻力定律是确定冲压极限变形系数和复杂形状工件的冲压工艺过程的依据。,20,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,如图示的缩口工艺：A区和C区分界面上有相同的压应力C塑变的形式是镦粗，需压应力 C不产生塑变的条件A塑变的形式是缩口，需压应力 A产生塑变的条件要实现缩口，必须有 因 取决于缩口系数 ,故 就成为确定极限缩口系数的依据。,21,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,另外，当变形区或传力区可能有两种以上的变形方式时，则首先发生的是所需变形力最小的变形。如缩口工艺中，变形区有切向收缩和失稳起皱两种变形的可能，而前者的变形力要小于后者。故在设计工艺方案及模具结构时，除应保证变形区为弱区外，同时还要保证变形区要实现的变形方式所需的变形力最小。,22,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,二、冲压加工中变形趋向性的控制冲压成形必须正确控制金属流动开流和限流：开流在需要金属流动的地方减小阻力，使其顺利流动，达到成形目的。当某处需要金属流入而不能流入时，该局部就会发生变薄，甚至产生断裂。限流在不需要金属流动的地方增大阻力，限制金属流入。当某处不需要金属流入而流入金属时，多余的金属就会使该处产生起皱。,23,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,例： P244图8-41加切口开流,24,增大外径尺寸限流若落料时外径为 ，则翻边时 与 之间的外环部分将产生切向收缩变形。把落料尺寸改为 后， 与 之间的外环部分成为翻边时的“强区”。,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,25,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,通过改变变形条件可以实现对变形趋向的控制。 措施： 1.合理确定毛坯和半成品的尺寸各部分的相对尺寸关系是决定变形趋向最为重要的因素。图示毛坯，由于尺寸 的相对关系不同三种可能的变形趋向：拉深、翻边、胀形三种形状完全不同的零件：,26,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,与 都较小时，宽度为 的环形部分是弱区，将产生毛坯外径收缩的拉深变形（图b）； 与 都较大时，宽度为 的环形部分是弱区，将产生毛坯内孔扩大的翻边变形(图c)； 很大而 很小或等于零(毛坯无内孔)时，毛坯的中间部分特别是凸模圆角处是弱区变薄而产生胀形(图d)。,27,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,因此，要实现所要求的变形，必须根据冲压件的形状合理确定毛坯各部分的相对尺寸关系。,28,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,2.改变模具工作部分的几何形状和尺寸控制毛坯变形趋向的常用措施。改变模具工作部分的几何形状和尺寸可以控制毛坯变形趋向：如：凸模圆角半径、凹模圆角半径拉深的阻力而翻边的阻力有利于翻边而不利于拉深。反之则有利于拉深而不利于翻边。3.改变毛坯与模具接触面之间的摩擦阻力如上图中，若压边圈及凹模表面与毛坯之间的摩擦阻力（通过减小压边力、加润滑等），则有利于拉深而不利于翻边和胀形。对变形毛坯的润滑以及合理确定润滑部位，是控制变形趋向的有效措施。,29,6.2 冲压成形中的变形趋向性及控制,4.降低变形区的变形抗力或提高传力区的强度措施：局部加热降低变形区的变形抗力局部深冷提高传力区的强度典型实例：温差拉深法,30,6.3 冲压工序的安排,工序安排是保证产品质量和降低生产成本的关键。一、工艺方案在技术上应满足的要求1.变形规律的要求应遵循“弱区必先变形，变形区应为弱区”的塑性变形规律。2.工件质量的要求保证工件的质量要求是拟定工艺方案的主要依据。3.操作要求 必须保证工人操作的方便与安全，注意减轻劳动强度。4.模具结构、强度和寿命的要求考虑工艺过程时应注意到模具的结构是否过于复杂、强度是否足够、工作是否可靠以及模具寿命如何。,第6章 冲压工艺设计,31,6.3 冲压工序的安排,二、工序性质的确定1.冲压件形状尺寸是确定工序性质的基本依据根据前面各章论述的各基本工序的变形性质和应用范围可知，相当多的冲压件都可以从产品零件图上直观地分析出工序性质。2.“弱区必先变形，变形区应为弱区”的结论是决定工序性质的基本准则对难以从形状、尺寸判断工序性质的冲压件，必须经过分析计算来判断冲压变形时的“弱区”，从而确定相应的工序性质。或有意识增加一些附加工序以便控制毛坯或前期工序半成品尺寸，人为地造成冲压变形时的“弱区”，使工序变形的性质符合成形要求。,32,6.3 冲压工序的安排,例如：翻边件的生产：若落料时外径为 ，则翻边时 与 之间的外环部分将产生切向收缩变形。把落料尺寸改为 后， 与之间的外环部分成为翻边时的“强区”。翻边后再切边，使外径尺寸切到要求的 ，切边工序就是附加工序。,33,6.3 冲压工序的安排,刹车阀体的冲压生产：落料时冲出 的孔，使拉深时 与 之间的毛坯底部和 与 之间的外部都产生一定变形，即利用孔的扩大来补偿外部材料的不足。冲孔是附加工序。 底孔可以改变变形的趋向，称为变形减轻孔。若不冲出 孔，则毛坯直径应为 ，拉深系数为 ，小于极限值，且凸缘圆角半径较小 一次拉深不可能实现,34,6.3 冲压工序的安排,3.保证冲压产品的质量要求，是确定冲压工序性质的基本出发点为保证冲压件质量要求，决定冲压工序性质时，应注意对几何形状或尺寸精度要求较高的零件增加必要的校形工序或其他工序：精度高的孔及落料件应采用精密冲裁或增加修整工序成形件在成形后采用校平或整形工序用变薄拉深的办法实现拉深件的精整有厚度变薄限制的零件，一般不用翻边工序而采用拉深后切底的工艺。,35,6.3 冲压工序的安排,三、工序数量的确定完成冲压件生产的全部工序，包括辅助工序。确定原则： 在保证产品质量的前提下，工序数量尽可能少。工序数量主要受零件几何形状及结构复杂程度的限制，同时也受产品精度要求、材料性质等诸因素的影响。充分利用冲压件结构特征和工艺特性，适当减少辅助工序，可以把工序数量控制到最少。,36,6.3 冲压工序的安排,四、工序顺序的安排主要取决于冲压变形规律和零件的质量要求，其次要考虑到操作方便、毛坯定位可靠及模具简单等。拟定冲压工序顺序时一般应遵循下述原则：1.工序顺序的安排要保证每道工序的变形区为“弱区”，同时不允许非变形区成为“弱区”参与变形。前工序要为后工序的变形区成为“弱区”创造条件，并杜绝前工序削弱后工序的非变形区。2.前工序成形后得到的符合零件图要求的部分，在以后各道工序中不得再发生变形。,37,6.3 冲压工序的安排,3.冲孔工序的安排原则孔一般应在平板毛坯上冲出，但后续工序中要变形或受变形影响的孔应后冲。拉深件外边缘和翻边件竖边部分的孔分别在拉深和翻边后冲出。成形件（如拉深件、弯曲件）上精度要求高的孔及有位置要求的孔，应在成形后冲出，其余孔可视情况提前冲出。冲裁件上大孔靠近小孔或者孔边距太小不能同时冲出时，应先冲大孔和精度一般的孔，后冲小孔和精度高的孔。,38,6.3 冲压工序的安排,4.弯曲件工序顺序的安排原则多角弯曲件主要从材料变形和板料在弯曲时的位置移动两方面考虑安排工序顺序，一般是先弯外部弯角，后弯内部弯角。5.精度高的成形部分应在成形后加校形工序6.注意安排适当的辅助工序 如热处理、酸洗、检验等,39,6.3 冲压工序的安排,五、工序的组合工序组合是指把多个简单工序合并成为一道工序用连续模或复合模进行冲压。在进行工序的组合时，应考虑以下几方面问题：对大批量生产，应尽可能用连续模或复合模冲压；对小批量生产宜采用单工序模冲压。大尺寸的零件一般采用单工序模冲压，小尺寸的零件则考虑采用连续模冲压。位置精度高的零件应考虑采用复合模冲压 位置精度排序：复合模 连续模 简单模,40,6.3 冲压工序的安排,应保证冲压出合格的零件图示零件：若将落料、拉深、冲孔组合为一道复合工序时，因冲孔需在拉深结束之前完成，冲出的孔在随后的拉深变形中会扩大而难以保证孔的尺寸精度。,41,6.3 冲压工序的安排,必须考虑模具的强度问题如若将落料、冲孔、翻边组合为一道复合工序时，如果翻边的高度很小，则复合模中凸凹模的壁厚必然很小：注意工序组合后不能给模具的制造及维修造成太大的困难,42,第6章 冲压工艺设计,思 考 题1.什么是冲压成形的变形趋向性？ 2.确定变形趋向性的依据是什么？ 3.如何控制冲压成形的变形趋向性？ 4.冲压工艺方案在技术上应满足哪些要求？ 5.如何确定冲压工序的变形性质？ 6.确定冲压工序顺序时应遵循哪些原则？ 7.冲压工序的组合应考虑哪些主要问题？,
