鈑金模具成型及工藝講解

內容簡介：章沖壓模具設計與制造基礎章沖裁工藝與沖裁模設計章彎曲工藝與彎曲模設計章拉深工藝與拉深模設計章其它成形工藝與模具設計章沖壓模具設計與制造實例2021/5/91沖壓：一、沖壓與沖模概念第一章沖壓模具設計與制造基礎1.基本概念沖壓生產場景室溫下壓力機模具材料分離或塑性變形。2021/5/92加工對象：主要金屬板材加工依據：板材沖壓成形性能（主要是塑性）加工設備：主要是壓力機加工工藝裝備：沖壓模具一、沖壓與沖模概念1.基本概念沖壓模具：在沖壓加工中，將材料加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為沖壓模具（俗稱沖模）。2021/5/93一、沖壓與沖模概念1.基本概念合理的沖壓工藝先進的模具高效的沖壓設備沖壓生產的三要素2021/5/94特別強調：沖壓模具重要性沖模一種特殊工藝裝備。

沖模與沖壓件有“一模一樣”的關系。沖模沒有通用性。

沖模是沖壓生產必不可少的工藝裝備，決定著產品的質量、效益和新產品的開發能力。

沖模的功能和作用、沖模設計與制造方法和手段，決定了沖模是技術密集、高附加值型產品。

一、沖壓與沖模概念1.基本概念2021/5/952．沖壓成形加工特點

低耗、高效、低成本“一模一樣”、質量穩定、高一致性

可加工薄壁、復雜零件板材有良好的沖壓成形性能

模具成本高所以，沖壓成形適宜批量生產。

一、沖壓與沖模概念2021/5/96沖壓加工是制造業中最常用的一種材料成形加工方法。沖壓成形產品示例一——日常用品2．沖壓成形加工特點（續）一、沖壓與沖模概念沖壓成形產品示例二——高科技產品2021/5/97二、沖壓工序的分類根據材料的變形特點分：分離工序：分離工序、成形工序沖壓成形時，變形材料內部的應力超過強度極限σb，使材料發生斷裂而產生分離，從而成形零件。分離工序主要有剪裁和沖裁等。2021/5/98成形工序：沖壓成形時，變形材料內部應力超過屈服極限σs，但未達到強度極限σb，使材料產生塑性變形，從而成形零件。成形工序主要有彎曲、拉深、翻邊等。二、沖壓工序的分類2021/5/991.沖模的分類三、沖模沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等。（2）根據工序組合程度分類：單工序模、復合模、級進模（1）根據工藝性質分類：2021/5/9102.沖模組成零件沖模通常由上、下模兩部分構成。組成模具的零件主要有兩類：②結構零件：①工藝零件：三、沖模直接參與工藝過程的完成并和坯料有直接接觸，包括：工作零件、定位零件、卸料與壓料零件等；不直接參與完成工藝過程，也不和坯料有直接接觸，只對模具完成工藝過程起保證作用，或對模具功能起完善作用，包括：導向零件、緊固零件、標準件及其它零件等.2021/5/911沖壓產品生產流程：四、沖模設計與制造的要求（沖壓）產品設計沖壓成形工藝設計沖壓模具設計沖模制造沖壓產品生產相互影響相互關聯沖模設計與制造流程圖2021/5/912

沖壓模具設計與制造包括沖壓工藝設計、模具設計與模具制造三大基本工作。沖壓工藝設計是沖模設計的基礎和依據。沖模設計的目的是保證實現沖壓工藝。沖模制造則是模具設計過程的延續，目的是使設計圖樣，通過原材料的加工和裝配，轉變為具有使用功能和使用價值的模具實體。

四、沖模設計與制造的要求2021/5/913沖模設計與制造場景沖模制造2021/5/914多工位精密級進模2021/5/915沖壓成形產品示例一——日常用品2021/5/916第二章沖裁工藝與沖裁模設計第一節概述分類:沖裁模：沖裁：利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產生分離的一種沖壓工序。沖裁所使用的模具叫沖裁模，它是沖裁過程必不可少的工藝裝備。凸、凹模刃口鋒利，間隙小。普通沖裁、精密沖裁2021/5/917第二節沖裁變形過程分析一、沖裁變形時板材變形區受力情況分析四對力

沖裁時作用于板料上的力

1-凸模

2-板材

3-凹模

了解和掌握沖裁變形規律，有利于沖裁工藝與沖裁模設計，控制沖裁件質量。凸、凹模間隙存在，產生彎矩。

2021/5/918間隙正常、刃口鋒利情況下，沖裁變形過程可分為三個階段：二、沖裁變形過程1．彈性變形階段變形區內部材料應力小于屈服應力。2．塑性變形階段變形區內部材料應力大于屈服應力。

凸、凹模間隙存在，變形復雜，并非純塑性剪切變形，還伴隨有彎曲、拉伸，凸、凹模有壓縮等變形。3．斷裂分離階段

變形區內部材料應力大于強度極限。裂紋首先產生在凹模刃口附近的側面凸模刃口附近的側面上、下裂紋擴展相遇材料分離2021/5/919沖裁件質量：三、沖裁件質量及其影響因素垂直、光潔、毛刺小圖紙規定的公差范圍內外形滿足圖紙要求；表面平直，即拱彎小指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。2021/5/920三、沖裁件質量及其影響因素1、沖裁件斷面質量及其影響因素斷面特征圓角帶a：刃口附近的材料產生彎曲和伸長變形。光亮帶b：塑性剪切變形。質量最好的區域。斷裂帶c：裂紋形成及擴展。毛刺區d：間隙存在，裂紋產生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，間隙不正常、刃口不鋒利，還會加大毛刺。2021/5/921第三章彎曲工藝與彎曲模設計第一節概述彎曲方法：彎曲模：

將板料、型材、管材或棒料等按設計要求彎成一定的角度和一定的曲率，形成所需形狀零件的沖壓工序。彎曲所使用的模具。

彎曲方法可分為在壓力機上利用模具進行的壓彎以及在專用彎曲設備上進行的折彎、滾彎、拉彎等。生活中的彎曲件用模具成形的彎曲件之一、之二2021/5/922V形彎曲是最基本的彎曲變形。一、彎曲變形過程1.彎曲變形時板材變形區受力情況分析變形區主要在彎曲件的圓角部分，板料受力情況如圖所示。2.彎曲變形過程自由彎曲校正彎曲彈性彎曲塑性彎曲彎曲效果：表現為彎曲半徑和彎曲中心角的變化（減小）。2021/5/923二、塑性彎曲變形區的應力、應變窄板（B/t＜3）：彎曲后坐標網格變化。寬板（B/t＞3）：內區寬度增加，外區寬度減小，原矩形截面變成了扇形

橫截面幾乎不變，仍為矩形內區中性層外區2021/5/924二、塑性彎曲變形區的應力、應變應力狀態

寬板（B/t＞3）

窄板（B/t＜3）長度方向σ1：內區受壓，外區受拉厚度方向σ2：內外均受壓應力

寬度方向σ3：內外側壓力均為零長度方向σ1：內區受壓，外區受拉厚度方向σ2：內外均受壓應力

寬度方向σ3：內區受壓，外區受拉兩向應力三向應力2021/5/925相對彎曲半徑（r/t）：三、變形程度及其表示方法彎曲中心角為α

表示板料彎曲變形程度的大小。

2021/5/9261．中性層的內移四、板料彎曲的變形特點２．變形區板料厚度變薄和長度增加３．細而長的板料彎曲后的縱向翹曲與窄板彎曲后的剖面畸變管材、型材彎曲后的剖面畸變2021/5/927最小彎曲半徑rmin：在板料不發生破壞的條件下，所能彎成零件內表面的最小圓角半徑。常用最小相對彎曲半徑rmin/t表示彎曲時的成形極限。其值越小越有利于彎曲成形。

五、最小彎曲半徑1.影響最小彎曲半徑的因素（１）材料的力學性能（２）材料表面和側面的質量（３）彎曲線的方向（４）彎曲中心角

2021/5/928第四章拉深工藝與拉深模設計第一節概述拉深：又稱拉延，是利用拉深模在壓力機的壓力作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法。它是沖壓基本工序之一。可以加工旋轉體零件，還可加工盒形零件及其它形狀復雜的薄壁零件。拉深不變薄拉深變薄拉深拉深模：拉深模特點：結構相對較簡單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。拉深所使用的模具。2021/5/929圓筒形件是最典型的拉深件。一、拉深變形過程（二）拉深變形過程及特點1．變形現象（一）拉深成形時板料的受力分析平板圓形坯料的凸緣——彎曲繞過凹模圓角，然后拉直——形成豎直筒壁。變形區——凸緣；已變形區——筒壁；不變形區——底部。底部和筒壁為傳力區。2021/5/930一、拉深變形過程（二）拉深變形過程及特點（續）2．金屬的流動過程工藝網格實驗材料轉移：高度、厚度發生變化。3．拉深變形過程外力凸緣產生內應力：徑向拉應力σ1；切向壓應力σ3凸緣塑性變形：徑向伸長，切向壓縮，形成筒壁直徑為ｄ高度為Ｈ的圓筒形件（H>（D-d）/2）拉深單元變形動畫2021/5/9311.凸緣部分二、拉深過程中坯料內的應力與應變狀態拉深過程中某一瞬間坯料所處的狀態應力分布圖2.凹模圓角部分

3.筒壁部分

4.凸模圓角部分5.筒底部分

坯料各區的應力與應變是很不均勻的。拉深成形后制件壁厚和硬度分布2021/5/932三、拉深件的起皺與拉裂拉深過程中的質量問題：主要是凸緣變形區的起皺和筒壁傳力區的拉裂。凸緣區起皺：傳力區拉裂：由于切向壓應力引起板料失去穩定而產生彎曲；由于拉應力超過抗拉強度引起板料斷裂。2021/5/9331.凸緣變形區的起皺主要決定于：一方面是切向壓應力σ3的大小，越大越容易失穩起皺；另一方面是凸緣區板料本身的抵抗失穩的能力。

凸緣寬度越大，厚度越薄，材料彈性模量和硬化模量越小，抵抗失穩能力越小。

最易起皺的位置：凸緣邊緣區域起皺最強烈的時刻：在Rt=（0.7～0.9）R0時防止起皺：2021/5/934三、拉深件的起皺與拉裂2.筒壁的拉裂主要取決于：

一方面是筒壁傳力區中的拉應力；另一方面是筒壁傳力區的抗拉強度。

當筒壁拉應力超過筒壁材料的抗拉強度時，拉深件就會在底部圓角與筒壁相切處——“危險斷面”產生破裂。

防止拉裂：一方面要通過改善材料的力學性能，提高筒壁抗拉強度；

另一方面通過正確制定拉深工藝和設計模具，降低筒壁所受拉應力。

2021/5/935第五章其它成形工藝與模具設計第一節概述

在沖壓生產中，通過板料的局部變形來改變毛坯的形狀和尺寸的沖壓成形工序，統稱為其它沖壓成形工序。應用這些工序可以加工許多復雜零件。伸長類成形：如脹形和圓內孔翻孔，成形極限主要受變形區過大拉應力而破裂的限制；壓縮類成形：如縮口和外緣翻凸邊，成形極限主要受變形區過大壓應力而失穩起皺的限制。

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當坯料外徑與成形直徑的比值Ｄ/ｄ＞３時，其成形完全依賴于直徑為ｄ的圓周以內金屬厚度的變薄實現表面積的增大而成形。脹形的變形區一、脹形的變形特點2021/5/937

起伏成形俗稱局部脹形，可以壓制加強筋、凸包、凹坑、花紋圖案及標記等。

1．壓加強筋二、平板坯料的起伏成形簡單的起伏成形零件，其極限變形程度可按下式近似確定：若零件的加強筋超過極限變形程度時，可以采用多次成形的方法壓制加強筋所需的沖壓力，可用下式近似計算：2021/5/938空心坯料的脹形:三、空心坯料的脹形剛性模具脹形軟模脹形

軸向壓縮和高壓液體聯合作用的脹形

俗稱凸肚，它是使材料沿徑向拉伸，將空心工序件或管狀坯料向外擴張，脹出所需的凸起曲面，如壺嘴、皮帶輪、波紋管等。

2021/5/939三、空心坯料的脹形2.脹形的變形程度常用脹形系數Ｋ表示Ｋ和坯料伸長率2021/5/940三、空心坯料的脹形3.脹形的坯料尺寸計算

坯料直徑Ｄ坯料長度Ｌ式中――變形區母線長度；

――坯料切向拉伸的伸長率；ｂ――切邊余量，一般取ｂ＝10～20ｍｍ。

2021/5/941三、空心坯料的脹形4.脹形力的計算脹形時，所需的脹形力Ｆ可按下式計算：脹形單位面積壓力ｐ可用下式計算：

――脹形變形區實際應力，近似估算時取式中≈（材料的抗拉強度）2021/5/942第三節翻邊翻邊：在模具的作用下，將坯料的孔邊緣或外邊緣沖制成豎立邊的成形方法。1．圓孔翻邊（１）圓孔翻邊的變形特點與變形程度

一、內孔翻邊變形程度極限翻邊系數

翻邊后豎邊邊緣的厚度，可按下式估算：

2021/5/9431．圓孔翻邊一、內孔翻邊（２）翻邊的工藝計算1）平板坯料翻邊的工藝計算預沖孔直徑d豎邊高度H或極限高度2021/5/9441．圓孔翻邊一、內孔翻邊（２）翻邊的工藝計算2）先拉深后沖底孔再翻邊的工藝計算

先拉深后翻邊的高度h預制孔直徑或翻邊的極限高度拉深高度2021/5/9451．圓孔翻邊一、內孔翻邊（３）翻邊力的計算用圓柱形平底凸模翻邊時，可按下式計算：用錐形或球形凸模翻邊的力略小于上式計算值2021