2023學(xué)年完整公開(kāi)課版模具導(dǎo)論

模具：是一種特殊的模型，用來(lái)塑造(制造)產(chǎn)品；從工藝的角度，模具是一種成型制品的特殊工藝裝備。模具的重要性：

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，60%~90%的工業(yè)產(chǎn)品需要模具加工，模具工業(yè)已成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，許多新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)都依賴于模具，特別是汽車、電子電器、輕工、航空等行業(yè)。因此，模具是工業(yè)生產(chǎn)的重要裝備，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。模具被譽(yù)為工業(yè)之父。

現(xiàn)代模塑產(chǎn)品的舉例：

汽車用品系列

家用產(chǎn)品系列

軍工用品系列

工業(yè)產(chǎn)品系列模具的種類可分為十大種（如圖所示）

1.1沖壓加工基礎(chǔ)

一、沖壓加工的基本概念及特點(diǎn)

沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)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力加工方法。（沖壓生產(chǎn)場(chǎng)景）

沖壓板料沖壓加工的三要素先進(jìn)的模具（三要素）高效的沖壓設(shè)備沖壓加工的特點(diǎn)及應(yīng)用：

優(yōu)點(diǎn)：屬少、無(wú)屑加工，能加工形狀復(fù)雜的零件，零件精度較高，具有互換性，零件強(qiáng)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，操作方便，要求的工人技術(shù)等級(jí)不高，產(chǎn)品的成本低。

缺點(diǎn)：模具要求高、制造復(fù)雜、周期長(zhǎng)、制造費(fèi)昂貴，因而在小批量生產(chǎn)中受到限制。生產(chǎn)中有噪音。

二、沖壓工藝的分類

根據(jù)工藝性質(zhì)分：分離工序、成形工序根據(jù)工序組合程度分：?jiǎn)喂ば颉?fù)合工序、連續(xù)工序

分離工序：指坯料在模具刃口作用下，沿一定的輪廓線分離而獲得沖件的加工方法（如圖）成形工序：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工方法（如圖）常見(jiàn)的沖壓加工產(chǎn)品實(shí)物圖,試分析其沖壓成形方法。

三、塑性變形基礎(chǔ)

外力的作用下，金屬產(chǎn)生形狀和尺寸變化稱為變形，變形分為彈性變形與塑性變形。1.塑性及塑性指標(biāo)

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。塑性指標(biāo)：2.變形抗力

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。

注意：塑性和變形抗力是兩個(gè)不同的概念，前者反映塑性變形的能力，后者反映塑性變形的難易程度，它們是兩個(gè)獨(dú)立的指標(biāo)。人們常認(rèn)為塑性好的材料，變形抗力低，塑性差的材料變形抗力高，但實(shí)際情況并非如此。

3.一點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)

外力內(nèi)力

模具毛坯零件（1）應(yīng)力：

表示內(nèi)力的強(qiáng)度，毛坯單位面積上作用的內(nèi)力，用σ表示。

（2）點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)(如圖1.2.1)

空間一點(diǎn)無(wú)論受多少個(gè)力，都可簡(jiǎn)化為九個(gè)應(yīng)力分量。在靜力平衡時(shí)，根據(jù)剪應(yīng)力互等定理，可簡(jiǎn)化為六個(gè)應(yīng)力分量。

九種主應(yīng)力狀態(tài)圖。（3）應(yīng)變：微小六面體的變形，用ε表示。（4）點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)

三種主應(yīng)變狀態(tài)體積不變定律

該式說(shuō)明：金屬塑性變形前后，只有形狀的變化，而無(wú)體積的變化。

三個(gè)推論：

﹡塑性變形時(shí)，只有形狀的變化，而無(wú)體積的變化；

﹡不論什么應(yīng)變狀態(tài)，其中一個(gè)主應(yīng)變的符號(hào)與另外兩個(gè)主應(yīng)變的符號(hào)相反；

﹡已知兩個(gè)應(yīng)變就可求第三個(gè)應(yīng)變。4.塑性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系物體受力產(chǎn)生變形，所以應(yīng)力與應(yīng)變之間一定存在著某種關(guān)系。物體在彈性變形時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是線性的、可逆的，即一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)僅僅取決于該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。

塑性變形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性的、不可逆的、應(yīng)力應(yīng)變不能簡(jiǎn)單疊加。如圖為揭示塑性變形時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，塑性加工理論中通?？紤]用增量理論來(lái)建立起每一瞬間的應(yīng)變?cè)隽颗c相應(yīng)應(yīng)力的關(guān)系。其表達(dá)為：在簡(jiǎn)單加載情況下(各應(yīng)力分量都按同一比例增加)，可得出全量理論，其表達(dá)式

注意：當(dāng)作用毛坯變形區(qū)內(nèi)的拉應(yīng)力的絕對(duì)值為最大時(shí)，在這個(gè)方向上的變形一定是伸長(zhǎng)變形(如脹形、翻邊等)，一般以變形區(qū)板材變薄為特征；當(dāng)作用于毛壞變形區(qū)內(nèi)的壓應(yīng)力的絕對(duì)值為最大時(shí)，在這個(gè)方向上的變形一定是壓縮變形(如拉深、縮口等)，一般以變形區(qū)板厚增加為特征。圖1.2.1點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)

a)任意坐標(biāo)系;b)主軸坐標(biāo)系

1.2.5單向拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線圖1.2.6實(shí)際應(yīng)力曲線與假象應(yīng)力曲線

四、沖壓成形時(shí)變形毛坯的力學(xué)特點(diǎn)與分類

1.變形毛坯的分區(qū)(如圖1.3.1)2．沖壓變形的分類(1)沖壓毛坯兩向受拉應(yīng)力的作用：

（圖1.3.2Ⅰ象限）(2)沖壓毛坯變形區(qū)受兩向壓應(yīng)力的作用

（圖1.3.2Ⅲ象限）

(3)沖壓毛坯變形區(qū)受異號(hào)應(yīng)力的作用，而且拉應(yīng)力的絕對(duì)值大于壓應(yīng)力的絕對(duì)值（圖1.3.2）。(4)沖壓毛坯變形區(qū)受異號(hào)應(yīng)力的作用而且壓應(yīng)力的絕對(duì)值大于拉應(yīng)力的絕對(duì)值。

綜上所述：沖壓變形可分為伸長(zhǎng)類變形和壓縮類變形。

當(dāng)作用于毛坯變形內(nèi)的拉應(yīng)力的絕對(duì)值最大時(shí)，在這個(gè)方向上的變形一定是伸長(zhǎng)變形，稱這種沖壓變形為伸長(zhǎng)類變形。

當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)內(nèi)的壓應(yīng)力的絕對(duì)值最大時(shí)，在這個(gè)方向上的變形一定是壓縮變形，稱這種沖壓變形為壓縮類變形。

3.沖壓成形過(guò)程中變形趨向性及其控制(1)變形趨向性弱區(qū)必先變形，變形區(qū)應(yīng)為弱區(qū)。

案例(2)變形趨向性的控制

﹡合理確定坯料各部分的相對(duì)尺寸

環(huán)形毛坯的變形趨向﹡正確設(shè)計(jì)模具工作部分的幾何形狀和尺寸

﹡改變坯料和模具之間的摩擦阻力

﹡改變坯料局部區(qū)域的溫度沖壓方法變形區(qū)不變形區(qū)已變形區(qū)待變形區(qū)傳力區(qū)拉深A(yù)B無(wú)B翻孔AB無(wú)B縮口ABCC案例分析當(dāng)D-d較大，h較小時(shí)，可用帶孔的環(huán)形毛坯用翻邊方法成形；但是當(dāng)D-d較小，h較大時(shí)，如用翻邊方法成形，則不能保證毛坯外環(huán)是需要變形力較