級沖壓工藝及模具設計實驗指導書

實驗一實驗項目名稱：沖壓模具拆裝實驗實驗項目性質：綜合性實驗所屬課程名稱：沖壓工藝及模具設計實驗計劃學時：2一、實驗的目的1 了解沖模的結構，各部分零件的名稱及其在模具中的作用；2 了解沖模工作原理。二、實驗內容1 實驗者自行拆裝沖模一副，并繪制出該模具裝配簡圖；2學習沖模結構的一般知識，分析成形零件的加工方法。三、相關知識1 典型模具結構示意1圖1 落料、沖孔正裝復合模1頂件桿 2落料凹模 3沖孔凸模固定板 4推件塊 5 沖孔凸模 6卸料板 7凸凹模 8推件塊 9模柄圖2 落料、拉深、沖孔復合模1導向螺栓 2壓料板（卸料板） 3拉深凸模（沖孔凹模） 4檔料銷 5拉深凹模（落料凸模） 6頂出器 7頂銷 8頂板 9推桿 10沖孔凸模 11彈性卸料板 12落料凹模 13蓋板 14托桿2圖1，圖2所示的均為典型的模具結構，圖1為落料、沖孔正裝復合模，圖2為落料、拉深、沖孔復合模，示意圖能清楚表達模具的工作原理，所完成的沖壓工序、組成零件的作用和基本的裝配關系，供實驗時繪制所拆裝模具的裝配結構示意圖作參考。2 沖模及其零件的分類實驗時，為便于理解和掌握模具的結構組成、工作原理、模具零件的作用等知識，應掌握沖模分類，掌握沖模零件分類。（1）沖模的分類。沖壓件品種、式樣繁多，導致沖壓模具的類型復雜，根據(jù)不同方法，沖模分類如下：按完成的沖壓工序性質可分為落料模、沖孔模、切斷模、整修模、彎曲模、拉深模、成型模等。按完成的沖壓工序組合程度可分為單工序模、級進模和復合模等。按導向方式可分為無導向的開式模、有導向的導板模、導柱模等。按卸料方式可分為剛性卸料模、彈性卸料模等。按送料、出件及排除廢料的方式可分為手動模、半自動模、自動模等。（2）沖模零件的分類。沖模根據(jù)其復雜程度不同，一般都由數(shù)個、數(shù)十個甚至更多的零件組成。根據(jù)零件的作用可將沖模零件分為五個類型。工作零件：是完成沖壓工作的零件，如凸模、凹模、凸凹模等定位零件：這些零件的作用是保證送料時有良好的導向和控制送料的進距，如擋料銷、定距側刀、導正銷、定位板、導料板、側壓板等。卸料、推件零件：這些零件的作用是保證在沖壓工序完畢后將制件和廢料排除，以保證下一次沖壓工序順利進行。如推件器、卸料板、廢料切刀等。導向零件：這些零件的作用是保證上模與下模相對運動時有精確的導向，使凸模、凹模間有均勻的間隙，提高沖壓件的質量。如導柱、導套、導板等。安裝、固定零件：這些零件的作用是使上述四部分零件聯(lián)結成“整體”，保證各零件間的相對位置，并使模具能安裝在壓力機上。如上模板、下模板、模柄、固定板、墊板、螺釘、圓柱銷等四、實驗工模具典型沖模一副、鉗工臺、內六角扳手、螺絲刀、銅棒錘、鋼尺、卡尺等。五、實驗步驟1將模具拆成零件 (1)將模具從存放架上取下，放在鉗工臺上；（！注意 由于模具是由能分開的上下模部分組成，為防止下模部分滑落，造成傷害，必須雙手抬下模部分。） (2)仔細觀察沖模的外形結構，分清上模、下模部分，再抬住上模，用錘輕敲下模，將模具分開； (3)仔細觀察，了解模具中可見零件的名稱、作用，初步掌握它所完成的沖壓工序名稱，毛坯與工件的大致形狀； (4)分別拆開上模、下模兩大部分；（！注意 以免造成模具主要零件的損傷，在拆裝過程中，不允許用鐵錘敲打模具的機加工面；模具是單件生產的，裝配后各零件的相對位置不變，它們之間的位置關系有標記，拆開前注意觀察，以防復原時安裝不上。） (5)依次了解凸、 凹模的結構形狀、加工方法、固定方法；定位部分的零件名稱、結構形狀及定位特點；卸料及壓料部分的零件名稱、結構、動作原理及安裝方式；導向部分的零件名稱、結構；固定零件名稱、結構等。2繪制該模具簡要裝配圖；3將拆散的模具零件按上模、下模兩大部分依照一定順序還原（注意標記方向），最終恢復成原狀；4檢查是否裝配正確，手抬模具下方，把它放回原處，整理好工具；5經指導老師檢查簽名后，方準離開。六、實驗報告要求1實驗目的、內容、實驗工模具；2簡述拆裝沖模的工作原理；3簡述一副沖模的拆裝過程；4根據(jù)實驗模具，繪出該模具的裝配結構示意圖；5按所拆裝的模具，對模具零件進行分類。七、思考題1分析沖裁模與拉深模工作原理與模具結構上的區(qū)別。2分析沖裁模中彈性卸料與剛性卸料的區(qū)別。實驗二實驗項目名稱：鈑料實驗機的結構原理和操作實驗項目性質：普通實驗所屬課程名稱：沖壓工藝及模具設計實驗計劃學時：2一、實驗目的： 了解試驗機的基本結構原理，掌握對它的基本操作。二、試驗設備：BHB-80A型鈑料試驗機。三、試驗機的功能該試驗機是國產的鈑料試驗機。其功能齊全，能進行液壓脹形，剛性模脹形，沖坯（拉深），擴孔（KWI），杯突（IE），錐杯（CCV）等實驗，還可以做雙向拉伸應力應變曲線，成形極限圖（FLD）及液壓脹形應變分布等實驗。配合其他試驗手段可以對金屬薄板進行從“宏觀”到“微觀”的多種試驗研究工作。四、主要技術參數(shù) 1、最大剛性模沖壓力 300KN 2、最大液壓脹形液壓 32Mpa 3、最大壓邊力 500KN 4、剛性模和沖壓模行程 100mm 5、系統(tǒng)最大液壓 35Mpa 6、最高壓力 40 Mpa五、執(zhí)行機構（模具）結構介紹 圖1是執(zhí)行機構的結構示意圖，執(zhí)行機構由模筒1、壓邊活塞2、中心活塞3、模底4及凹模組成。其中有液壓油的三個工作空間：壓邊液壓工作空間 工作時根據(jù)不同材料所需的不同壓邊力，調整壓邊減壓閥上的手柄，獲得所需的壓邊力，其間液壓在010Mpa范圍內。 工作液壓工作空間 其間壓力在032Mpa范圍內。液壓脹形按此壓力計算應力，剛性模脹形和沖杯等試驗則以此壓力乘以中心活塞面積來計算沖壓力，中心活塞的底面積為95cm2。提供壓邊力1098675124311圓環(huán)面凹模提升進油壓邊進油脹形進油凹模下降進油1模筒 2壓邊活塞 3中心活塞 4模底 5半球凸模 6凹模座 7凹模 8凹模座提升盤 9懸臂 10手柄 11升降動作液缸 壓邊液壓腔 工作液壓腔 脹形等實驗空間圖1 BHB80A試驗機執(zhí)行機構示意圖 液壓脹形、剛性模脹形、沖杯等試驗的工作空間。液壓脹形時可用螺絲刀擰開中心活塞（旋24圈），液壓油即從進入腔進行液壓脹形。此時應將剛性半球凸模卸下放置起來。在進行液壓脹形或剛性模脹形時，凹模座6應裝上如圖所示的帶梗凹模7。在進行沖杯等試驗時，則應換上相應的標準凹模，并在壓邊活塞上放上平滑的壓邊圈。在裝卸模具時，千萬注意不要損傷脹形凹模7的凸梗，否則將失去其油封功能。凹模升降機構由凹模底座提升盤8，懸臂9、升降動作筒11及定位銷等組成。在凹模底6的齒凸與模筒1的齒凹相對時，可將凹模底提起和放入。放入后，轉動手柄10使二者的齒凸對正（注意：一定要對正），即可通油進行壓邊。圖 2 臺面器件儀表板 臺面 操縱臺 1油泵開關 2凹模座升開關 開 3凹模座降開關 4壓邊開關 5脹形開關 6抽油回程開關 開關7轉換開關綠鈕紅鈕壓力繼電器壓邊調壓器左右系統(tǒng)調壓閥脹形調壓閥12341234脹形壓力表壓邊壓力表系統(tǒng)壓力表抽油負壓表指示燈電 液控制器六、臺面、操縱臺及儀表板各器件和按鈕如圖2所示。儀表板。其上裝有系統(tǒng)壓力表1、壓邊壓力表2、脹形壓力表3、抽油負壓表4及電液操制器。臺面板。在四角上分別裝有系統(tǒng)調壓閥1、脹形調壓閥2、壓力繼電器3和壓邊調壓閥4。操縱臺。自右向左裝有油泵開關1、模座升開關2、模座降開關3、壓邊開關4、脹形開關5、抽油回程開關6和轉換開關7。各按鈕開關的綠鈕為起動鈕，紅鈕為停止鈕。七、操作步驟現(xiàn)以液壓脹形為例，說明試驗的操作過程。其它試驗的操作參照其進行。1準備好試件，試件必須經過清洗，用白布擦拭。2合上電源開關，打開鑰匙開關，電源（220v、6v）指示燈亮。3取在防塵擋油罩，旋動凹模座手柄10，使凹模座6的齒凸與模筒1的齒凹對正（見圖4-1）。4按下操縱臺的按鈕開關2的綠鈕，凹模座提起，推開凹模座，放上試件。5將凹模座6拉回，旋動手柄，使齒凸齒凹對正，按下操縱臺上開關2的紅鈕，再按下開關3的綠鈕，凹模座落下，再旋動手柄，使兩者齒凸對正。6若是第一次開車試驗，須將臺面上的手柄1、2、4調松。避免使壓力沖到最大值。7按下操縱臺上開關3的紅鈕，再按下開關4的綠鈕，旋動手柄1，使系統(tǒng)壓力達到需要值（由系統(tǒng)壓力表1顯示）。8旋動手柄4，使壓邊液壓達到需要值（由壓邊壓力表2顯示），但壓邊液壓最大不得超過10Mpa。 9打開電液控制器的電源開關，旋動旋鈕，使其電流表的值達到需要值。10按下開關5的綠鈕，旋動手柄2，使脹形液壓達到需要值（由脹形壓力表3顯示）。11在液壓脹形接近“失穩(wěn)”前，或其他實驗產生裂紋前應緩慢加壓。達到試驗最后狀態(tài)后，按下操縱臺開關1的紅鈕，再按下開關4的紅鈕，系統(tǒng)全部卸壓。12按下操縱臺上開關6的綠鈕，壓邊及中心活塞回程，凹模座與模筒齒凸亦應脫離，旋動模座手柄，使凹、凸對正，再按下開關6的紅鈕。13按下操作臺上開關2的綠鈕，將模座提起，用手將其推開，取下試件。14試驗結束時，應將一個試件墊在模具中，再將凹模座放入，蓋上防塵擋油罩，關掉電源。八、操作中的幾點說明1壓力繼電器3的調整手柄一般情況下不調動，當壓邊液壓達到0.30.8Mpa時。壓力表 2上方的大的紅指示燈亮時，表示此手柄位置適宜，并由鎖緊螺母鎖緊。2壓邊調壓閥4用來調定壓邊的液壓，可以根據(jù)試驗要求選定。3停機時間較長時，模具的腔和 腔中可能進入空氣。需反復升壓幾次，排除其間的空氣。4進行液壓脹形時，需把中心的螺釘擰松24圈。在進行其它試驗時，要把該螺釘擰緊，在放上其它相應的實驗模具。5脹形壓力和脹形速度可用兩種方法調整。一是電液控制器的輸出電流調到0.6A以上，然后用手柄按所需壓力和速度進行調整。或是將電流調到0.40.5之間，使調速閥對速度有節(jié)制作用，再用手柄調整。二是將電液控制器的電流調到零位，將手柄旋到關死位置，再調電液控制器的電流來控制升壓速度。6沖壓力算式：P沖P2F式中P2為腔的液壓，MPa；F為中心活塞下部的面積，F(xiàn)95 cm2壓邊力算式：P壓P1S1 + P2S2P1 壓邊（即腔）液壓，MPa；P2 漲形（即腔）液壓，MPaS1 壓邊活塞大環(huán)形面積，S1=336 cm2，見圖腔加粗線S2 脹形油腔壓邊活塞小環(huán)形面積，S2=59 cm2見圖腔加粗線材料材料代號液壓MPa壓邊力KN不銹鋼1Cr18Ni9Ti8316合金鋼30CrMnSi7276優(yōu)碳素鋼206237優(yōu)碳素鋼105197優(yōu)碳素鋼084158硬鋁LY-12M1.559實驗三實驗項目名稱：杯突實驗實驗項目性質：普通實驗所屬課程名稱：沖壓工藝及模具設計實驗計劃學時：2一、實驗目的測定金屬薄板的脹形成形性能。二、基本原理用一塊一定尺寸的試件毛坯，夾持在圖1所示的壓邊圈4和凹模3之間壓死，用球形凸模1進行沖壓，直到試件圓頂附近出現(xiàn)能透光的裂縫時停止加截。把凸模壓入的深度稱為IE值，作為評價金屬薄板脹形成形性能指標。IE值越高，鈑料的脹形成形性能越好。杯突實驗又稱為艾利克森（Erichsen）實驗。三、實驗設備及工具 1.本實驗在BHB80A型鈑料實驗機上進行。測量工具為高度尺或磁力千分表架及百分表。四、模具與試件 按GB4156-84“金屬杯突實驗方法”中試件尺寸和模具的規(guī)定，本實驗中模具的尺寸如下（mm）：試件寬度試件厚度沖頭直徑凹?？讖綁哼吶讖?02202733試件為9090mm，厚度2的方形金屬薄板。試件表面應平整無傷痕，邊緣不應有毛刺。五、實驗步驟1把凸模座2裝到實驗機的中心活塞上，再把壓邊圈4放到壓邊活塞上。壓邊圈上的凸梗與壓邊活塞上的溝槽合好。起定位作用。2把試件清洗干凈，涂上潤滑油后放到壓邊圈上，并由壓邊圈上的正方形溝槽定位。3把凹模3裝在實驗機的凹模座中，并把凹模底放置到模筒中，置于鎖緊位置。4按下壓邊開關的按鈕。調整壓邊調壓閥的液壓手柄，使液壓達到2.6MPa,此時壓邊力約為10KN。214535按下中心活塞上行按鈕（即脹型開關的按鈕），凸模上升進行沖壓，注意觀察試件，當試件圓頂附近出現(xiàn)能透光的裂縫時，迅速停止凸模上升。圖1 杯突實驗裝置1凸模 2凸模座 3凹模 4壓邊圈 5-試件毛坯此時，可擰動電液控制器上面的旋鈕，使小電流表回零；或按下停止壓邊的按鈕；或按停機按鈕。 用另一試樣，重復以上步驟在做一次。六、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 按GB4156-84，杯突實驗應取6塊有效試件的凸模壓力深度的算術平均值作為杯突值。為節(jié)省實驗費用，本實驗每種材料只做12件。 測量凸模壓入的深度時應考慮到試件頂部的變薄量： 式中 試件原始厚度，mm; 試件頂點厚度，mm; 試件頂點變薄量，mm; 式中 試件頂點增高值，mm; 凸模壓入深度, mm; 杯突值（IE值）為：式中 有效試件數(shù) 。表1 數(shù)據(jù)記錄及處理 序號項目名稱1234毛坯厚度(mm)壓邊腔液壓MPa脹形最大液壓MPa壓邊力KN最大沖壓力KN試件頂點厚度(mm)試件頂點變薄量(mm)試件頂點增高值(mm)凸模壓入深度(mm)IE值(mm)七、實驗報告要求本實驗的目的、原理、實驗裝置，試件材料、尺寸規(guī)格、壓邊力、沖壓力及IE值計算過程等。八、思考題簡述杯突實驗中金屬流動過程。實驗四實驗項目名稱：沖杯實驗實驗項目性質：普通實驗所屬課程名稱：沖壓工藝及模具設計實驗計劃學時：2一、實驗目的確定金屬薄板拉深成形的極限拉深比（LDR）。二、基本原理 把一定直徑的圓形金屬薄板，通過標準直徑的凸模與凹模沖出杯形件。在不破壞的條件下，能沖出杯形的最大毛坯直徑與凸模直徑之比作為拉深成型性能指標，稱為極限拉深比（LDR）： 式中 -不破壞時的最大毛坯直徑； -凸模（沖頭）直徑。極限拉深比的倒數(shù)即為極限拉深系數(shù)值越大，或值越小，鈑料的拉深成形性能越好，沖杯實驗如圖-所示。三、實驗設備和工具BHB-80A型鈑料試驗機、卡尺等。四、模具與試件根據(jù)JB44093-88“薄鋼板沖杯和沖杯荷載試驗方法”規(guī)定，實驗模具尺寸與試樣厚度的關系如表1：表1 沖杯實驗模具和試件厚度關系表（mm）板厚凸模凹模0.400.560.500.800.801.141.141.701.702.5050-0.0550.151.8+0.0552.56+0.0553.64+0.0555.20+0.0557.00+0.056.40.19.10.113.00.118.00.125.00.1試件外徑一般根據(jù)材質和拉深系數(shù)由計算初步確定，然后，相鄰試件直徑的級差本實驗取mm(一般級差應取1.25mm),試件表面不得有傷痕和劃痕，試件邊緣不應有毛刺。試件直徑測量精度0.05。圖沖杯實驗裝置凸模壓邊圈試件毛坯凹模試件五、實驗步驟1凸模1裝到試驗機的中心活塞上，反螺紋擰緊。 2壓邊圈2放在壓邊活塞上。據(jù)試件直徑選定位圈，把其放在壓邊圈上。 3在試件毛坯的兩面涂上潤滑油，把試件放在定位圈中，注意要放正，試件定位圈的外緣與壓邊圈的外緣對齊。 4按照試件的厚度選擇相應尺寸的凹模，把凹模4裝在試驗機的凹模座內，再把凹模座放入試驗機的模筒中，置于鎖緊位置，蓋上防塵擋油罩。 5按下壓邊開關的按鈕，觀察壓邊壓力表的指示液壓，調整壓邊調壓閥手柄，使壓邊壓力表指示早0.5MPa位置上。 6打開電液控制器的開關，擰動電流調整旋鈕，使小電流表的指針在0.6A以上的位置，保證電液調速閥在開啟位置。 7脹形調壓閥手柄在打開位置（擰松），按下脹形按鈕，再向擰緊方向調整調壓閥手柄，此時在脹形壓力表上指示出推動凸模的活塞的液壓壓力。 8邊觀察沖杯試件，邊觀察脹形壓力表指示的沖壓壓力。調整脹形調壓閥手柄時，壓力表指示不斷升高；若壓力表指示突然下降時，即表示試件的突緣材料全部進入凹模。沖杯試驗完成?；蛘咴嚰焕选?9取出試件觀察，試件拉裂是否因壓力過大引起，若是則要減少壓邊力。若試件突緣起皺，則應適當增加壓邊力。上述過程邊做，邊試。六、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理按照JB44093-88的要求，每組同樣尺寸的試驗要6件以上，逐級進行試驗后，選出破裂數(shù)少于或等于3件的各組，其中實際毛坯直徑最大的那一組，即是極限拉深時最大的毛坯直徑D0max。表2 數(shù)據(jù)記錄和處理結果實驗次序項目名稱1234毛坯外徑 D0(mm)毛坯厚度to(mm)壓邊腔液壓MPa最大脹形腔液壓MPa壓邊力KN最大沖壓力KN六實驗報告要求實驗的目的、原理、實驗裝置。試件材料、尺寸規(guī)格、壓邊力、沖壓力、LDR及等。八、思考題1分析影響沖杯實驗結果的因素。2簡述沖杯實驗中金屬流動過程。實驗五實驗項目名稱：擴孔實驗實驗項目性質：普通實驗所屬課程名稱：沖壓工藝及模具設計實驗計劃學時：2一、實驗目的測定金屬薄板的擴孔成形性能。二、基本原理rdrpd0dpdpQd1dpQ擴孔實驗如圖1所示,試件毛坯2放在凹模4與壓邊圈6之間壓死，用圓柱形平底凸模5把試件的中心孔d0脹大，直至孔邊緣局部發(fā)生破裂時為止。圖1 擴孔實驗裝置1-擴孔試件 2-試件毛坯 3-定位銷 4-凹模 5-凸模 6-壓邊圈測量擴孔試件的最大孔徑d1max和最小孔徑d1min，用下式計算擴孔率。作為擴孔成形的性能指標：%式中：-試件中心孔的初始直徑，mm -擴孔后邊緣破裂時孔徑的平均值，mm；/2。越大,鈑料的擴孔成形性能越好。擴孔實驗也叫KWI實驗。三、實驗設備及工具BHB-80A型鈑料試驗機、卡尺。四、模具與試件 按照JB44094-88“薄鋼板擴孔試驗方法”規(guī)定，擴孔試驗參數(shù)按表1選擇。擴孔實驗試件毛坯的外形可以是圓形，也可以是方形，本實驗采用方形毛坯。中心孔在鉆孔之后還要鉸孔，并用100目的砂紙打磨，要求中心孔無毛刺和裂紋。試件表面不得有傷痕，邊緣無毛刺。五、實驗步驟1準備試樣、編號、測量中心孔直徑（精度.）。 2根據(jù)試樣厚度從表1選擇凹模，把凹模裝在試驗機的凹模座上。表1 擴孔試驗參數(shù)表(mm)鈑料基本厚度t0凸模凹模中心孔初始直徑d0導料銷直徑d試件毛坯