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1、冲压工艺与模具设计1第一章 绪论冲压历史 据考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。 1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字）各类冲压模具的生产能力。 2第一章 绪论冲压模具水平状况 近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多
2、工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 3第一章 绪论冲压产品汽车零件：4五金零件：第一章 绪论5军工产品：第一章 绪论6家居用品：第一章 绪论7冲压工艺的定义及分类 1、冲压工艺定义 冲压是是利用安装在压力机上的模具，在常温下对毛坯施加外力，使其产生变形或分离，从而获得具有一定尺寸、形状和性能的零件的一种塑性加工方法。 2、冲压工艺分类 分离工艺 成形工艺第一章 绪论8分离工艺第一章 绪论9成形工艺第一章 绪论10第一章 绪论11第一章 绪论12第一章 绪论13冲压方法的优点1、与铸造和锻造方
3、法相比，冲压制品具有表面光洁，精度较高，尺寸稳定，互换性好的特点，采用精密模具制成的工件精度可达微米级，冲压还可制出其他方法难于制造的带有翻边、起伏、加强筋或肋的工件。2、生产效率高，生产成本低，操作简单，容易实现自动化和机械化，特别适合于大批量生产，可实现由带材开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产，一台冲压设备每分钟可生产几十件到几百件零件。3、冲压制品一般不需要再进行切削加工，或仅需要少量的切削加工，节约金属材料。4、冲压加工一般不需加热，可节省能源。第一章 绪论14冲压工艺与模具设计的新发展 1、目前现状（1）冲压行业的机械化、自动化程度较低，生产集中度低。（2）冲压板材自给率不足，
4、品种规格不配套。（3）大、精模具依赖进口，模具标准化程度低。（4）科技成果转化慢，先进工艺应用缓慢。（5）专业人才缺乏。第一章 绪论152.1 冷冲压设备一、冲压设备分类 机械压力机：曲柄压力机、偏心压力机、拉深压 力机、摩擦压力机、粉末制品压力 机、模锻精压机、挤压用压力机、 专用压力机 液压压力机：冲压液压机、一般用途液压机、弯 曲校正压紧用液压机、打包压块用 液压机、专门化液压机 第二章 板材冲压成型的基本知识161、曲柄压力机 图2-1 曲柄压力机结构示意图1电动机；2皮带轮；3皮带；4飞轮；5离合器；6轴承；7曲轴；8连杆；9滑块；10上模；11下模；12工作台；13制动器；14导块
5、；15床身 第二章 板材冲压成型的基本知识17 闭式单点 闭式双点第二章 板材冲压成型的基本知识182、摩擦压力机 图2-2 摩擦压力机传动系统示意图1电动机；2皮带；3、5摩擦盘；4轴；6飞轮；7拨杆；8螺母；9螺杆；10连杆；11挡块；12滑块；13手柄第二章 板材冲压成型的基本知识193、偏心压力机（1）结构 图2-3 偏心压力机传动系统示意图1脚踏板；2工作台；3滑块；4连杆；5制动器；6偏心轴；7离合器；8带轮；9电动机；10床身；11操纵机构；12工作台垫板第二章 板材冲压成型的基本知识204、液压机 （1）结构组成 各种液压机都由三部分组成本体部分：包括立柱，上、下横梁、活动横梁
6、、工作缸、顶出器。动力部分：为工作缸和顶出缸提供高压油的高压泵。操纵部分：包括操纵箱和一些操纵阀。 第二章 板材冲压成型的基本知识21 图2-6 Y32-300型液压机外形图 1工作缸；2上横梁；3立柱； 4活动横梁；5顶出缸；6下横梁 a本体部分 b操作控制系统 c动力部分 第二章 板材冲压成型的基本知识223、高速压力机第二章 板材冲压成型的基本知识23图2-8 高速压力机及其附属机构1开卷机；2校平机构；3供料缓冲装置；4送料机构；5高速自动压力机；6弹性支承第二章 板材冲压成型的基本知识244、数控冲模回转头压力机 第二章 板材冲压成型的基本知识25 图2-9数控冲模回转头压力机工作原
7、理示意图1蜗杆副；2定位销；3回转头；4离合器；5、8滚珠丝杠；6液压马达；7工作台；9上滑块；10夹钳；11滑块；12肘杆机构第二章 板材冲压成型的基本知识263. 冲裁模工作原理（如图3-14）第三章 冲裁工艺及冲裁模具273.8 单工序模的典型结构 单工序模又称简单模，是指压力机在一次行程中只能完成一种冲裁工序的冲模。3.8.1 无导向模（如图3-15） 特点：结构简单，重量轻，尺寸较小，模具制造容易，成本低廉。但冲裁模使用时安装麻烦，模具寿命低，冲裁件精度差，操作也不安全。 应用：适用于精度要求不高，形状简单，批量小或试制的冲裁件。第三章 冲裁工艺及冲裁模具28第三章 冲裁工艺及冲裁模
8、具图3-15 无导向模1-模柄 2-凸模 3-卸料板 4-导料板5-凹模 6-下模座 7-定位板293.8.2 导板冲模（如图3-16） 特点：比无导向模精度高，寿命长，使用安装容易，操作安全，但制造比较复杂。 应用：一般适用于形状较简单，尺寸不大的制件。第三章 冲裁工艺及冲裁模具30第三章 冲裁工艺及冲裁模具图3-16 导板冲模1-模柄 2-上模座 3-垫板 4-凸模固定板 5-凸模 6-导板7-导料板 8-固定挡料销 9-凹模 10-下模座 11-承料板313.8.3 导柱式简单模（如图3-17） 特点：导向准确可靠，能保证冲裁间隙的均匀，冲裁的制件精度较高，模具使用寿命长，而且在压力机上
9、安装使用方便。 应用：最广泛的一种冲裁模，适合大批量生产。第三章 冲裁工艺及冲裁模具32第三章 冲裁工艺及冲裁模具图3-17 导柱式简单模1-挡料销 2-导套 3-导柱 4-凸模 5-刚性卸料板 6-导料板 7-凹模333.9 连续冲裁模的典型结构 连续模又称级进模或跳步模，是指压力机在一次行程中，依次在几个不同的位置上，同时完成多道工序的冲模。3.9.1 用导正销定距的连续模（如图3-18） 特点：结构简单。 应用：只适用于厚度较大的材料。第三章 冲裁工艺及冲裁模具34第三章 冲裁工艺及冲裁模具图3-18 导正销定距连续冲裁模1-模柄 2-螺钉 3-冲孔凸模 4-落料凸模 5-导正销 6-固
10、定档料销 7-始用档料销353.9.2 用侧刃定距的连续模（如图3-19） 特点：结构较复杂，材料利用率下降。 应用：适用于材料厚度为0.10.5mm的制件。 连续模特点：是目前应用比较多的冲模结构，生产率高，送料方便，安全可靠，易实现自动化生产。但连续模的结构一般都比较复杂，制造困难，成本较高。 应用：适于批量大的冲压件生产。第三章 冲裁工艺及冲裁模具36第三章 冲裁工艺及冲裁模具图3-19 侧刃定距连续冲裁模1-下模座 2-凹模 3-卸料板 4、13、17、19-螺钉 5-卸料螺钉 6-卸料弹簧7-凸模固定板 8-垫板 9-侧刃 10-防转销导 11-模柄 12、18-圆柱销 14、15-
11、冲孔凸模 16-落料凹模 20-承料板 21-侧刃挡块 22、23-导料板373.10 复合冲裁模的典型结构 复合模与连续模一样，也是一种多工序模，是指压力机在一次行程中,在模具同一位置上，同时完成几道工序的冲模。 基本结构(如图3-20）第三章 冲裁工艺及冲裁模具38第三章 冲裁工艺及冲裁模具图3-20 冲孔落料复合模的基本结构1-凸凹模 2-落料凹模 3-冲孔凸模 39常见的弯曲零件之一40常见的弯曲零件之二41第五章 弯曲工艺及弯曲模具弯曲件的弯曲方法 42 拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心件，或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种加工方法。拉深也称为拉
12、延。图 61 圆筒件的拉深1凸模；2压边圈；3凹模；4坯料；5拉深件第六章 拉深工艺及拉深模具 43图62 拉深模结构图1模柄；2上模座；3凸模固定板；4弹簧；5压边圈；6定位板；7凹模；8下模座；9卸料螺钉；10凸模第六章 拉深工艺及拉深模具 44a) 轴对称旋转体零件；b) 轴对称盒形件；c) 不对称复杂件图 63拉深件示意图 第六章 拉深工艺及拉深模具 456.2 拉深件质量分析 拉深过程中出现质量问题主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。 6.2.1 起皱 图 69 毛坯凸缘的起皱情况 第六章 拉深工艺及拉深模具466.2.2 拉裂 筒壁是否拉裂取决于两个方面：1、筒壁传力区中的拉
13、应力；2、筒壁传力区的抗拉强度。防止筒壁拉裂的措施：1、改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；2、正确制定拉深工艺和设计模具，合理确定拉深变形程度、凹模圆角 (a)半径、合理改善条件润滑等，以降低筒壁传力区中的拉应力。 （b) 图610 筒壁的拉裂 第六章 拉深工艺及拉深模具47 6.2.3 硬化 拉深时产生的加工硬化使工件的强度和刚度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料进一步拉深时变形困难。在工艺设计时，特别是多次拉深时，应正确选择各次的变形量，并考虑半成品件是否需要退火以恢复其塑性。 图611拉深件厚度和硬度的分布 第六章 拉深工艺及拉深模具48第六章 拉深工艺及拉深模具6.4.2 拉深系数及
14、其影响因素 1、拉深系数的概念和意义 拉深系数是指拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯（或半成品）的直径之比。图 616 拉深工序示意图 49第七章 其他冲压方法及模具设计7.1胀形 常用的胀形方法有刚模胀形和以液体、气体、橡胶等为施力介质的软模胀形。 一、涨形成形的特点及成形极限图7-1 胀形成形 a）胀形示意图 b）胀形的应力与应变状态1凸模 2拉深肋 3压边圈 4一毛坯 5凹模50二、涨形工艺 （一）平板毛坯的局部胀形（起伏）第七章 其他冲压方法及模具设计51（二）圆柱形空心毛坯胀形图7-4 圆柱形空心毛坯胀形a)波纹管 b）凸肚件第七章 其他冲压方法及模具设计527.2 翻边 按其工艺特点
15、可分为内孔翻边、外缘翻边和变薄翻边等。 一、内孔翻边 （一）内孔翻边的变形特点和变形程度 变形程度用翻边前孔 径与翻边后的平均直 径的比值表示 第七章 其他冲压方法及模具设计53（二）翻边的工艺计算1.毛坯翻边时预冲孔直径及翻边高度 a) b)图7-10 内孔翻边尺寸的计算a）平板毛坯翻边 b）在拉深件底部翻边 第七章 其他冲压方法及模具设计547.3 缩口 一、缩口变形特点及变形程度图7-16 缩口的应力应变状态第七章 其他冲压方法及模具设计55校平和整形工序的共同特点：只在工序件局部位置使其产生不大的塑性变形，以达到提高零件的形状和尺寸精度的目的；由于校形后工件的精度比较高，因而模具的精度
16、相应地也要求比较高；校形时需要在压力机下止点对工序件施加校正力，因此所用设备最好为精压机。若用机械压力机时，机床应有较好的刚度，并需要装有过载保护装置，以防材料厚度波动等原因损坏设备。第七章 其他冲压方法及模具设计56一、平板零件的校平 校平通常是校正冲裁件的穹弯。校平的方式通常有三种：模具校平、手工校平和在专门校平设备上校平。平板零件的校平模有光面校平模和齿形校平模两种形式。光面校平模适用于软材料、薄料或表面不允许有压痕的制件。光面模改变材料的内应力状态的作用不大，仍有较大回弹，特别是对于高强度材料的零件校平效果比较差。 第七章 其他冲压方法及模具设计57图7-18 光面校平模a)上模浮动式
17、 b)下模浮动试 第七章 其他冲压方法及模具设计58图7-21 旋压原理及旋压件举例a)旋压原理 b)旋压件举例1-顶板 2-毛坯 3-滚轮 4-模具 5-加工中的毛坯 第七章 其他冲压方法及模具设计7.5 旋压59 7.6 冷挤压 冷挤压是将冷挤压模具装在压力机上，利用压力机简单的往复运动，使金属在模腔内产生塑性变形，从而获得所需要的尺寸、形状及一定性能的机械零件。冷挤压是在室温条件下进行的，不需要对毛坯进行加热。 冷挤压加工可以在冷挤压压力机上进行，也可以在普通机械压力机(冲床)、液压机、摩擦压力机或高速锤上进行。第七章 其他冲压方法及模具设计60一、概述 （一）冷挤压方法 1.正挤压 金
18、属的流动方向与凸模的运动方向相同。 图7-26 正挤压实心件 图7-27 正挤压空心件 a)挤压示意图 b)毛坯与挤压零件 a)挤压示意图 b)毛坯与挤压零件第七章 其他冲压方法及模具设计61 2.反挤压 反挤压时，金属的流动方向与凸模的运动方向相反。 图7-28 反挤压 a)挤压 b)毛坯与挤压零件 第七章 其他冲压方法及模具设计62 3.复合挤压 复合挤压时，毛坯上一部分金属的流动方向与凸模的运动方向相同，而另一部分金属的流动方向则相反。 图7-29 复合挤压 a)挤压 b)毛坯与挤压零件第七章 其他冲压方法及模具设计637.7 锌基合金模 锌基合金是一种以锌为基体的锌、铝、铜、镁四元素合
19、金材料，它具有熔点低及铸造性好等特点，因此可以通过铸造成型方法来制作多种冲压成形模和冲裁模。 一、锌基合金材料及性能 二、锌基合金模的特点及应用 1、设计、制造用期短 2、极易保证模具间隙均匀 3、节省材料，制模费用低第七章 其他冲压方法及模具设计647.8 聚氨酯橡胶模7.8.1 概述 聚氨酯是聚氨基甲酸酯橡胶的简称，是一种人工合成的以氨基甲酸脂为主链的具有高弹性的高分子材料。 与普通天然橡胶相比，它具有其高强度、耐磨、耐油、耐酸、耐老化和良好的抗撕裂性及机械加工性能等优点。 按其加工方法可分为浇注型、热塑型和混炼型三种； 按其主要原料不同又可分为聚酯型、聚醚型及聚酰氨型三种。 第七章 其他冲压方法及模具设计65