钣金模具成型及工艺讲解

第一节 概述
拉深：
又称拉延，是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯 料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。
它是冲压基本工序之一。可以加工旋转体零件，还可加工盒 形零件及其它形状复杂的薄壁零件。
拉深 不变薄拉深
变薄拉深
拉深模： 拉深所使用的模具。
拉深模特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较
最小弯曲半径rmin：
在板料不发生破坏的条件下，所能弯成零件内表面的最小 圆角半径。
常用最小相对弯曲半径rmin/t表示弯曲时的成形极限。其值
越小越有利于弯曲成形。 1.影响最小弯曲半径的因素 （１）材料的力学性能 （２）材料表面和侧面的质量 （３）弯曲线的方向 （４）弯曲中心角
第四章 拉深工艺与拉深模设计
但未达到强度极限σ ，使材料产生塑性变形，从而 b
成形零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。
三、冲模
1.冲模的分类 （1）根据工艺性质分类： 冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模等。 （2）根据工序组合程度分类：
单工序模、复合模、级进模
三、冲模
2.冲模组成零件 冲模通常由上、下模两部分构成。组成模具的零件主要有两类：
刚性模具胀形 软模胀形 轴向压缩和高压液体联合作用的胀形
三、空心坯料的胀形
2.胀形的变形程度 常用胀形系数Ｋ表示 K dmax D Ｋ和坯料伸长率
dmax D K 1
D
三、空心坯料的胀形
3.胀形的坯料尺寸计算 坯料直径Ｄ
D dmax K
坯料长度Ｌ
L l[1 (0.3 ~ 0.4) ] b
拉深过程中某一瞬间坯料所处的状态 1.凸缘部分
应力分布图 2.凹模圆角部分 3.筒壁部分 4.凸模圆角部分 5.筒底部分
坯料各区的应力与应变是很不均匀的。 拉深成形后制件壁厚和硬度分布
三、拉深件的起皱与拉裂
拉深过程中的质量问题：
主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。
凸缘区起皱：由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲； 传力区拉裂：由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。
宽板（B/t＞3）：横截面几乎不变，仍为矩形 内区 中性层 外区 弯曲后坐标网格变化。
二、塑性弯曲变形区的应力、应变
长度方向σ1：内区受压，外区受拉 两
窄板 厚度方向σ2：内外均受压应力
向 应
（B/t＜3）宽度方向σ3：内外侧压力均为零
力
应力状态
宽板 长度方向σ1：内区受压，外区受拉 （B/t＞3）厚度方向σ2：内外均受压应力
l l0 (0.7 ~ 0.75)
l0
压制加强筋所需的冲压力，可用下式近似计算：
F KLt b
若零件的加强筋超过极限变形程度时，可以采用多次成形的方法
三、空心坯料的胀形
空心坯料的胀形:
俗称凸肚，它是使材料沿径向拉伸，将空心工序件或管状坯
料向外扩张，胀出所需的凸起曲面，如壶嘴、皮带轮、波纹管等。
①工艺零件：直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触，
包括：工作零件、定位零件、卸料与压料零件等；
②结构零件：不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接
触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模 具功能起完善作用，包括：导向零件、紧固零件、 标准件及其它零件等.
四、冲模设计与制造的要求
冲压产品生产流程：
一、胀形的变形特点
当坯料外径与成形直径的比值Ｄ/ｄ＞３时，其成形完全依 赖于直径为ｄ的圆周以内金属厚度的变薄实现表面积的增大而
成形。 胀形的变形区
二、平板坯料的起伏成形
起伏成形俗称局部胀形，可以压制加强筋、凸包、凹坑、花
纹图案及标记等。 1．压加强筋 简单的起伏成形零件，其极限变形程度可按下式近似确定：
式中 ――变形区母线长度； ――坯料切向拉伸的伸长率；
ｂ――切边余量，一般取ｂ＝10～20ｍｍ。
三、空心坯料的胀形
4.胀形力的计算
胀形时，所需的胀形力Ｆ可按下式计算：
F pA
胀形单位面积压力ｐ可用下式计算：
p
1.15
zx
2t d max
式中
――胀形变形区实际应力，近似估算时取
zx
≈
（材料的抗拉强度）
三、冲裁件质量及其影响因素
冲裁件质量：指断面状况、尺寸精度和形状误差。
垂直、 光洁、 毛刺小
图纸规定 的公差范 围内
外形满足图纸 要求；表面平 直，即拱弯小
三、冲裁件质量及其影响因素
1、冲裁件断面质量及其影响因素 断面特征
圆角带a：刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。 光亮带b：塑性剪切变形。质量最好的区域。 断裂带c：裂纹形成及扩展。 毛刺区d： 间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。
冲模是技术密集、高附加值型产品。
一、冲压与冲模概念
2．冲压成形加工特点
低耗、高效、低成本 “一模一样”、质量稳定、高一致性 可加工薄壁、复杂零件
板材有良好的冲压成形性能 模具成本高
所以，冲压成形适宜批量生产。
一、冲压与冲模概念
2．冲压成形加工特点（续）
冲压加工是制造业中最常用的一种材料成形加工方法。
三 向 应
宽度方向σ3：内区受压，外区受拉 力
三、变形程度及其表示方法
相对弯曲半径（ r/t）：表示板料弯曲变形程度的大小。
弯曲中心角为α
四、板料弯曲的变形特点
1．中性层的内移 ２．变形区板料厚度变薄和长度增加 ３．细而长的板料弯曲后的纵向翘曲与窄板弯曲后的剖面畸变
管材、型材弯曲后的剖面畸变
五、最小弯曲半径
h D d 0.57r 2
D (1 K ) 0.57r 2
翻边的极限高度 预制孔直径 d KminD 或 d D 1.14r 2hmax 拉深高度 h H hmax r
一、内孔翻边
1．圆孔翻边 （３）翻边力的计算
用圆柱形平底凸模翻边时，可按下式计算： F 1.1 (D d )t s
冲 压 生 产 场 景
一、冲压与冲模概念
1.基本概念 加工对象：主要金属板材 加工依据：板材冲压成形性能（主要是塑性） 加工设备：主要是压力机 加工工艺装备：冲压模具
冲压模具：在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）
的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲 模）。
一、冲压与冲模概念
1.基本概念
第五章 其它成形工艺与模具设计
第一节 概述
在冲压生产中，通过板料的局部变形来改变毛坯的形状和
尺寸的冲压成形工序，统称为其它冲压成形工序。 应用这些工序可以加工许多复杂零件。
伸长类成形：
如胀形和圆内孔翻孔，成形极限主要受变形区过大拉应力而 破裂的限制；
压缩类成形：
如缩口和外缘翻凸边，成形极限主要受变形区过大压应力而 失稳起皱的限制。
1.凸缘变形区的起皱
主要决定于：
一方面是切向压应力σ3的大小，越大越容易失稳起皱； 另一方面是凸缘区板料本身的抵抗失稳的能力。 凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越 小，抵抗失稳能力越小。
最易起皱的位置：凸缘边缘区域 起皱最强烈的时刻：在Rt=（0.7～0.9）R0时 防止起皱：
三、拉深件的起皱与拉裂
此外，间隙不正常、刃口不锋利，还会加大毛刺。
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第一节 概述
将板料、型材、管材或棒料等按设计要求弯成一定的角度 和一定的曲率，形成所需形状零件的冲压工序。
生活中的弯曲件
弯曲方法：弯曲方法可分为在压力机上利用模具进行的压弯以
及在专用弯曲设备上进行的折弯、滚弯、拉弯等。 弯曲模：弯曲所使用的模具。
冲压成形产品示例一——日常用品 冲压成形产品示例二——高科技产品
二、冲压工序的分类
根据材料的变形特点分：分离工序、成形工序
分离工序： 冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限σb，
使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分离 工序主要有剪裁和冲裁等。
二、冲压工序的分类
成形工序：冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限σs，
冲
压 合理的冲压工艺 生
产 的
先进的模具
三 要
高效的冲压设备
素
一、冲压与冲模概念
1.基本概念
特别强调：冲压模具重要性 冲模一种特殊工艺装备。
冲模与冲压件有 “一模一样”的关系。冲模没有通用 性。
冲模是冲压生产必不可少的工艺装备，决定着产品的质量、
效益和新产品的开发能力。 冲模的功能和作用、冲模设计与制造方法和手段，决定了
用模具成形的弯曲件之一、之二
一、弯曲变形过程
V形弯曲是最基本的弯曲变形。
1.弯曲变形时板材变形区受力情况分析
变形区主要在弯曲件的圆角部分，板料受力情况如图所示。
2.弯曲变形过程
自由弯曲
校正弯曲
弹性弯曲
塑性弯曲
弯曲效果：表现为弯曲半径和弯曲中心角的变化（减小）。
二、塑性弯曲变形区的应力、应变
窄板（B/t＜3）：内区宽度增加，外区宽度减小， 原矩形截面变成了扇形
分类: 普通冲裁、精密冲裁
第二节 冲裁变形过程分析
了解和掌握冲裁变形规律， 有利于冲裁工艺与冲裁模设计， 控制冲裁件质量。
一、冲裁变形时板材变形 区受力情况分析
四对力
凸、凹模间隙存在，产生弯矩。
冲裁时作用于板料上的力 1-凸模 2-板材 3-凹模
二、冲裁变形过程
间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为三个阶段：
预冲孔直径d
d D 2(H 0.43r 0.72t)
竖边高度H H D d 0.43r 0.72t
或
2 H D (1 K ) 0.43r 0.72t
2
极限高度
H max
பைடு நூலகம்
D 2
(1