模具模塊一沖壓成形理論課件

1、 俗話說：俗話說：“沒有規(guī)矩不成方圓沒有規(guī)矩不成方圓”。世界上的許許多多。世界上的許許多多東西都是從他們各具特色的東西都是從他們各具特色的“規(guī)矩規(guī)矩”中誕生出來得。東西中誕生出來得。東西產(chǎn)品，規(guī)矩產(chǎn)品，規(guī)矩模具。模具。 模具：是一種特殊的模型，用來塑造模具：是一種特殊的模型，用來塑造(制造制造)產(chǎn)品；從工產(chǎn)品；從工藝的角度，模具是一種成形制品的特殊工藝裝備。藝的角度，模具是一種成形制品的特殊工藝裝備。 模具技術：研究模具設計、制造以及產(chǎn)品成形工藝的技模具技術：研究模具設計、制造以及產(chǎn)品成形工藝的技術。術。沖壓工藝是一種特殊的成形工藝，沖壓模具是模具中的沖壓工藝是一種特殊的成形工藝，沖壓模具是模

2、具中的一種。一種。 現(xiàn)代模塑產(chǎn)品舉例：現(xiàn)代模塑產(chǎn)品舉例： 汽車用品系列汽車用品系列 家用產(chǎn)品系列家用產(chǎn)品系列 軍工用品系列軍工用品系列 工業(yè)產(chǎn)品系列工業(yè)產(chǎn)品系列模具的種類可分為十大種模具的種類可分為十大種（如圖所示）（如圖所示） 一、沖壓加工概念一、沖壓加工概念 沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。力加工方法。 合理的沖壓成形工藝合理的沖壓成形工藝 沖壓加工的三要素沖壓加工的三要素 先進的模具先進的模具 高效的沖

3、壓設備高效的沖壓設備二、沖壓加工的特點及應用二、沖壓加工的特點及應用 屬少、無屑加工，能加工形狀復雜的零件，零件精度較高，屬少、無屑加工，能加工形狀復雜的零件，零件精度較高，具有互換性，零件強度、剛性高而重量輕，外表光滑美觀，材具有互換性，零件強度、剛性高而重量輕，外表光滑美觀，材料利用率高，生產(chǎn)率高，便于實現(xiàn)機械化和自動化，操作方便，料利用率高，生產(chǎn)率高，便于實現(xiàn)機械化和自動化，操作方便，要求的工人技術等級不高，產(chǎn)品的成本低。要求的工人技術等級不高，產(chǎn)品的成本低。 缺點：模具要求高、制造復雜、周期長、制造費昂貴，因缺點：模具要求高、制造復雜、周期長、制造費昂貴，因而在小批量生產(chǎn)中受到限制。生

4、產(chǎn)中有噪聲而在小批量生產(chǎn)中受到限制。生產(chǎn)中有噪聲。 三、沖壓工序的分類三、沖壓工序的分類 1.根據(jù)工藝性質分根據(jù)工藝性質分 ： 分離工序、塑性變形工序分離工序、塑性變形工序 2.根據(jù)工序組合程度分：單工序、復合工序、連續(xù)工序根據(jù)工序組合程度分：單工序、復合工序、連續(xù)工序 分離工序：指坯料在模具刃口作用下，沿一定的輪廓線分分離工序：指坯料在模具刃口作用下，沿一定的輪廓線分離而獲得沖件的加工方法離而獲得沖件的加工方法（如圖）（如圖）。 塑性變形工序：指坯料在模具壓力作用下，使坯料產(chǎn)生塑塑性變形工序：指坯料在模具壓力作用下，使坯料產(chǎn)生塑性變形，但不產(chǎn)生分離而獲得具有一定形狀和尺寸的沖件的加性變形，但

5、不產(chǎn)生分離而獲得具有一定形狀和尺寸的沖件的加工方法（工方法（如圖如圖）。）。 四、沖壓技術的發(fā)展四、沖壓技術的發(fā)展1.工藝分析計算現(xiàn)代化工藝分析計算現(xiàn)代化2.模具模具CAD/CAM/CAE3.沖壓生產(chǎn)自動化沖壓生產(chǎn)自動化4.經(jīng)濟模具、簡易模具經(jīng)濟模具、簡易模具5.模具新技術、新工藝、新材料模具新技術、新工藝、新材料6.模具先進制造工藝及設備模具先進制造工藝及設備 本章學習要求：本章學習要求： 1.掌握金屬塑性變形的基本概念；掌握金屬塑性變形的基本概念； 2.掌握板料沖壓性能和常見的沖壓材料；掌握板料沖壓性能和常見的沖壓材料； 3.了解塑性變形的力學基礎和沖壓成形方法的力學特點。了解塑性變形的力

6、學基礎和沖壓成形方法的力學特點。 1.1金屬塑性變形的基本概念金屬塑性變形的基本概念1.2金屬塑性變形的力學基礎金屬塑性變形的力學基礎1.3沖壓成形時變形毛坯的力學特點與分類沖壓成形時變形毛坯的力學特點與分類1.4板料沖壓成形性能及沖壓材料板料沖壓成形性能及沖壓材料 1.1金屬塑性變形的基本概念金屬塑性變形的基本概念 在外力的作用下，金屬產(chǎn)生形狀和尺寸變化為變形，變形在外力的作用下，金屬產(chǎn)生形狀和尺寸變化為變形，變形分為彈性變形與塑性變形分為彈性變形與塑性變形。1.1.1塑性變形的物理概念塑性變形的物理概念 外力破壞原子間原有的平衡狀態(tài)，造成排列的畸變，引起外力破壞原子間原有的平衡狀態(tài)，造成排

7、列的畸變，引起金屬形狀和尺寸的變化。金屬形狀和尺寸的變化。1.1.2塑性變形的基本方式塑性變形的基本方式 滑移滑移 孿生孿生 多晶體的塑性變形（變形后形成纖維組織、變多晶體的塑性變形（變形后形成纖維組織、變形織構）形織構）(如圖如圖1.1.1) 1.1.3金屬的塑性與變形抗力金屬的塑性與變形抗力1.塑性及塑性指標塑性及塑性指標 塑性：指金屬在外力的作用下，能穩(wěn)定的發(fā)揮塑性變形而塑性：指金屬在外力的作用下，能穩(wěn)定的發(fā)揮塑性變形而不破壞其完整性的能力。不破壞其完整性的能力。 塑性指標：常用的塑性指標有塑性指標：常用的塑性指標有 延伸率延伸率 斷面收縮率斷面收縮率 2.變形抗力變形抗力 金屬產(chǎn)生塑性

8、變形的力為變形力，金屬抵抗變形的力稱為金屬產(chǎn)生塑性變形的力為變形力，金屬抵抗變形的力稱為變形抗力。變形抗力。%100LLL00K%10000AAAK 1.1.4影響金屬的塑性與變形抗力的主要因素影響金屬的塑性與變形抗力的主要因素 1.化學成份和組織對塑性和變形抗力的影響化學成份和組織對塑性和變形抗力的影響 2.變形溫度對塑性和變形抗力的影響變形溫度對塑性和變形抗力的影響 3.變形速度對塑性和變形抗力的影響變形速度對塑性和變形抗力的影響 1.2 塑性變形的力學基礎塑性變形的力學基礎 外力外力 內力內力 模具模具 毛坯毛坯 零件零件1.2.1 一點的應力應變狀態(tài)一點的應力應變狀態(tài)1.一點的應力狀態(tài)

9、一點的應力狀態(tài) (如圖如圖1.2.1)2.一點的主應變狀態(tài)一點的主應變狀態(tài) 體積不變定律：體積不變定律： 三個推論：三個推論： 塑性變形時，只有形狀的變化，而無體積的變化；塑性變形時，只有形狀的變化，而無體積的變化； 無論什么應變狀態(tài)，其中一個主應變的符號與另外兩個無論什么應變狀態(tài)，其中一個主應變的符號與另外兩個主應變的符號相反；主應變的符號相反； 已知兩個應變就可求第三個應變。已知兩個應變就可求第三個應變。0321 1.2.2 屈服準則（塑性條件）屈服準則（塑性條件） 屈服準則屈服準則：材料進入塑性狀態(tài)的力學條件。當材料中的某材料進入塑性狀態(tài)的力學條件。當材料中的某點的應力滿足屈服準則，該點

10、就進入塑性狀態(tài)。點的應力滿足屈服準則，該點就進入塑性狀態(tài)。 1.屈雷斯加屈雷斯加(HTresca)屈服準則屈服準則 2. 密席斯密席斯(Von Mises)屈服準則屈服準則 3.屈服準則的幾何表示屈服準則的幾何表示 在平面應力狀態(tài)時，屈服準則可用屈服軌跡來表示（在平面應力狀態(tài)時，屈服準則可用屈服軌跡來表示（如圖如圖1.2.4）。）。 1.2.3 塑性變形時應力與應變的關系塑性變形時應力與應變的關系 單向拉伸應力單向拉伸應力-應變曲線應變曲線(如圖如圖1.2.5) 增量理論增量理論 全量理論全量理論 例：全量理論分析應力應變關系例：全量理論分析應力應變關系 1) 稱平面應變稱平面應變(或稱平面變

11、形或稱平面變形),由上式可得出由上式可得出: 2) 材料受單向拉應力材料受單向拉應力,由上式可得由上式可得: C131332322121Cdddddd131332322121時，022/ )(312時，且0, 03211321)2/1 (, 0 1.2.4硬化與硬化曲線硬化與硬化曲線 1.硬化硬化 材料的強度指標隨變形程度的增加而增加材料的強度指標隨變形程度的增加而增加,塑性隨之降低塑性隨之降低。 2.硬化曲線硬化曲線 實際應力曲線與假象應力曲線實際應力曲線與假象應力曲線 （如圖如圖1.2.6） 幾種常用沖壓板料的硬化曲線（幾種常用沖壓板料的硬化曲線（如圖如圖1.2.7） 硬化指數(shù)硬化指數(shù)是表

12、明材料冷變形硬化的重要參數(shù)，對板料的沖是表明材料冷變形硬化的重要參數(shù)，對板料的沖壓性能以及沖壓件的質量都有較大的影響。壓性能以及沖壓件的質量都有較大的影響。 1.3沖壓成形時變形毛坯的力學特點與分類沖壓成形時變形毛坯的力學特點與分類 1.3.1 變形毛坯的分區(qū)變形毛坯的分區(qū)(如圖如圖1.3.1)1.3.2 變形區(qū)的應力應變特點變形區(qū)的應力應變特點1. 沖壓毛坯兩向受拉應力的作用沖壓毛坯兩向受拉應力的作用 (可分兩種情況可分兩種情況)： （如圖（如圖1.3.2象限）象限）2.沖壓毛坯變形區(qū)受兩向壓應力的作用沖壓毛坯變形區(qū)受兩向壓應力的作用 （如圖（如圖1.3.2象限）象限）0, 00, 0trt

13、r且且0, 00, 0trtr且且 3.沖壓毛坯變形區(qū)受異號應力的作用，而且拉應力的絕對值沖壓毛坯變形區(qū)受異號應力的作用，而且拉應力的絕對值大于壓應力的絕對值。大于壓應力的絕對值。(可以分為兩種情況可以分為兩種情況) （如圖（如圖1.3.2）4.沖壓毛坯變形區(qū)受異號應力的作用，而且壓應力的絕對值沖壓毛坯變形區(qū)受異號應力的作用，而且壓應力的絕對值大于拉應力的絕對值。大于拉應力的絕對值。 (可以分為兩種情況可以分為兩種情況) 綜上所述：沖壓變形可分為伸長類變形和壓縮類變形綜上所述：沖壓變形可分為伸長類變形和壓縮類變形（如圖如圖1.3.3）。）。rtrrtr0,00,0且且rtrrtr0,00,0且

14、且 1.3.3 沖壓成形過程中變形趨向性及其控制沖壓成形過程中變形趨向性及其控制1.變形趨向性變形趨向性( (如圖如圖1.3.4) ) 弱區(qū)必先變形，變形區(qū)應為弱區(qū)弱區(qū)必先變形，變形區(qū)應為弱區(qū)2.變形趨向性的控制變形趨向性的控制 合理地確定毛坯尺寸（合理地確定毛坯尺寸（圖圖1.3.5 圖圖1.3.6 ） 正確設計模具工作部分形狀和尺寸正確設計模具工作部分形狀和尺寸 改變毛坯與模具表面的摩擦條件改變毛坯與模具表面的摩擦條件 其他工藝措施其他工藝措施 1.4 板料沖壓成形性能及沖壓材料板料沖壓成形性能及沖壓材料 1.4.1 板料的沖壓成形性能板料的沖壓成形性能 沖壓成形性能沖壓成形性能: 板料對各

15、種沖壓成形加工的適應能力。板料對各種沖壓成形加工的適應能力。 抗破裂性、抗破裂性、 貼模性、定形性貼模性、定形性 成形極限成形極限 沖壓件形狀尺寸精度沖壓件形狀尺寸精度1.4.2板材沖壓成形試驗的試驗方法板材沖壓成形試驗的試驗方法 板料沖壓性能試驗方法通常分為三種類型：板料沖壓性能試驗方法通常分為三種類型：力學試驗力學試驗、金金屬學試驗屬學試驗（統(tǒng)稱間接試驗）和（統(tǒng)稱間接試驗）和工藝試驗工藝試驗（直接試驗）。（直接試驗）。 拉伸試驗用的標準試樣和拉伸曲線（拉伸試驗用的標準試樣和拉伸曲線（圖圖1.4.1） 1.屈服極限屈服極限 屈服極限屈服極限 小小,材料容易屈服材料容易屈服,則變形抗力小則變形

16、抗力小.2.屈強比屈強比 屈強比小屈強比小,說明說明 值小而值小而 值大值大3.總延伸率總延伸率 與均勻延伸率與均勻延伸率 拉伸實驗中拉伸實驗中,試樣拉斷時的伸長率稱總伸長率試樣拉斷時的伸長率稱總伸長率1.4.3 板料的力學性能與沖壓成形性能的關系板料的力學性能與沖壓成形性能的關系ssbu圖1.4.1 拉伸試驗用的標準試樣和拉伸曲線4.硬化指數(shù)硬化指數(shù) 單向拉伸硬化曲線可寫成單向拉伸硬化曲線可寫成 ，其中，其中 為硬化指數(shù)。為硬化指數(shù)。5.厚向異性指數(shù)厚向異性指數(shù) 厚向異性指數(shù)是指單向拉伸試樣寬度應變和厚度應變厚向異性指數(shù)是指單向拉伸試樣寬度應變和厚度應變之比之比6.板平面各向異性指數(shù)板平面各

17、向異性指數(shù)nktb/2/ )2(45900 對拉深件質量的影響對拉深件質量的影響 （圖圖1.4.2）n圖1.4.2 對拉深件質量的影響 1.4.4常用沖壓材料及其力學性能常用沖壓材料及其力學性能1.沖壓常用的材料沖壓常用的材料 黑色金屬黑色金屬 金屬材料金屬材料沖壓材料沖壓材料 有色金屬有色金屬 非金屬材料非金屬材料2. 沖壓用新材料及其性能沖壓用新材料及其性能 1）高強度鋼板）高強度鋼板 2）耐腐蝕鋼板）耐腐蝕鋼板 3）雙相鋼板）雙相鋼板 4）涂層板）涂層板 5）復合板材）復合板材 圖1.1.1 晶格畸變(a)無外力作用；(b)外力作用產(chǎn)生彈性畸變；(c)晶格滑移或孿動；(d)外力卸去后的永久變形圖1.2.1 一點的應力狀態(tài)（