金属塑性成型工艺与模具设计第一二章

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金属塑性成型工艺 与 模具设计材料科学与工程学院 张绪平

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第一章 概述 第二章 冲裁 第三章 弯曲 第四章 拉深

内 容 提 纲

第五章 其它成形工艺 第六章 冲压工艺规程 第七章 冲模结构设计

第八章 特种模具

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第一章 概述内容简介:本章讲述冲压模具设计的基础知识。 涉及冲压和冲 模概念、冲压工序和冲模分类；常见冲压设备及工作 原理、选用原则；冲压成形基本原理和规律；冲压成 形性能及常见冲压材料；模具材料种类；模具制造特 点、模具零件加工方法及应用等 。

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学习目的与要求：1.掌握冲压和冲模概念、冲压工序和冲模分类； 2.认识常见冲压设备，掌握选用原则； 3.了解屈服准则、塑性变形时应力应变关系、体积 不变条件、硬化规律等冲压成形基本规律； 4.了解冲压成形性能与机械性能关系； 5.认识模具制造特点，掌握模具零件加工方法。

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重点内容：冲压成形基本概念、冲压设备及选用、冲压成形基 本规律及应用、冲压成形性能与机械性能关系、常 用模具零件加工方法及应用。 难点内容： 冲压成形基本规律、冲压成形性能与机械性能关系。

主要参考书：[1] 王同海.实用冲压设计技术.北京：机械工业出 版社，2000 [2] 冯炳尧.模具设计与制造简明手册.上海：上海 科学技术出版社，2000

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章节内容： 1.1冲压的定义 1.2冲压工序分类 1.3冲压工艺的特点及其应用 1.4冲压变形的理论基础

1.5冲压用板料1.6冲压设备简介

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1.1 冲压的定义冲压是利用冲模在冲压设备上对板料施加压 力(或拉力),使其产生分离或变形，从而获得一 定形状、尺寸和性能的制件的加工方法。

冲压加工的对象一般为金属板料(或带料)、 薄壁管、薄型材等，板厚方向的变形一般不侧重考 虑，因此也称为板料冲压，且通常是在室温状态下 进行(不用加热，显然处于再结晶温度以下),故 也称为冷冲压。

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锻造和冲压合称为锻压，锻造加工的对象一般 为金属棒料(或锭料),必须考虑长、宽、高3个 方向的变形，且通常是在再结晶温度以上进行，故 常称为热锻。

基于通常要施加一定的压力才能完成加工的共 性，锻造、冲压与轧制、挤压、拉拨等总称为金属 压力加工；金属压力加工迫使加工对象发生塑性变 形，既改变了尺寸、形状，又改善了性能，故还称 为塑性加工。动画:课程相关的知识点(说明该课程主要知识点与 相关课程的关系)

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轧制、拉拨、挤压等方法是将钢锭加工成棒料、 板料、管材、线材等制品，但通常不制成零件，称 为一次塑性加工；锻压加工则是在一次塑性加工的 基础上，将棒料、板料、管材、线材等制成具有

特 定用途的制件(或零件),可称为二次塑性加工。 20世纪后期又流行将塑性加工称为塑性成形。冲模、冲压设备和板料是构成冲压加工的3个基 本要素。所谓冲模就是加压将金属或非金属板料 或型材分离、成形或接合而得到制件的工艺装备。 没有设计和制造水平均很先进的冲模，先进的冲 压工艺就无法实现。

动画二:冲模设计与制造流程图

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1.2 冲压工序的分类生产中为满足冲压零件形状、尺寸、精度、批 量大小、原材料性能的要求，冲压加工的方法是多种 多样的。 概括起来可以分为分离工序与成形工序两大类。分 离工序又可分为落料、冲孔和剪切等，目的是在冲压 过程中使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，表 1所示。成形工序可分为弯曲、拉深、翻孔、翻边、 胀形、缩口等，目的是使冲压毛坯在不破坏的条件下 发生塑性变形，并转化成所要求制件形状，见表2。 表3是立体塑性成形工序立体冲压。

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动画三:典型冲压零件

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1.3 冲压工艺的特点与应用 特点： (1)冲压件的尺寸精度由模具来保证，具有一模一 样的特征，所以质量稳定，互换性好。

(2)由于利用模具加工，所以可获得其它加工方法 所不能或难以制造的，壁薄、重量轻、刚性好、表面 质量高、形状复杂的零件。(3)冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加 工那样，大量切削金属，所以它不但节能，而且节约 金属 。 (4)对于普通压力机每分钟可生产几十件，而高速 压力机每分钟可生产几百上千件。所以它是一种高效 率的加工方法。

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由于冲压工艺具有上述突出的特点，因此在国 民经济各个领域广泛应用。例如，航空航天、机械、 电子信息、交通、兵器、日用电器及轻工等产业都 有冲压加工。不但产业界广泛用到它，而且每一个 人每天都直接与冲压产品发生联系。冲压可制造钟 表及仪器中的小型精密零件，也可制造汽车、拖拉 机的大型覆盖件。冲压材料可使用黑色金属、有色 金属以及某些非金属材料。冲压也存在一些缺点， 主要表现在冲压加工时的噪声、振动两种公害。这 些问题并不完全是冲压工艺及模具本身带来的，而 主要是由于传统的冲压设备落后所造成的。随着科 学技术的进步，这两种公害一定会得到解决。

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1.4冲压变形的理论基础1.4.1金属塑性变形的概念 塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发 挥塑性变形而不破坏其完整性的能力。 塑性指标：常用的塑性指标如下LK L0 伸长率： 100 % L0 A0 A K 断面收缩率： 100 % A0 镦粗率： c H0 H K 100 % H0

变形抗力： 引起塑性变形的单位变形力。 (金属产生

塑性变形的力为变形力，金属抵 抗变形的力称为变形抗力)。