级冲压工艺及模具设计实验指导书

实验一

实验项目名称：冲压模具拆装实验

实验项目性质：综合性实验

所属课程名称：《冲压工艺及模具设计》

实验计划学时：2

一、实验的目的

1 了解冲模的结构，各部分零件的名称及其在模具中的作用；

2 了解冲模工作原理。

二、实验内容

1 实验者自行拆装冲模一副，并绘制出该模具装配简图；

2学习冲模结构的一般知识，分析成形零件的加工方法。

三、相关知识

1 典型模具结构示意

图1 落料、冲孔正装复合模

1—顶件杆2—落料凹模3—冲孔凸模固定板4—推件块5—冲孔凸模6—卸料板7—凸凹模8—推件块9—模柄

图2 落料、拉深、冲孔复合模

1—导向螺栓2—压料板（卸料板）3—拉深凸模（冲孔凹模）4—档料销5—拉深凹模（落料凸模）6—顶出器7—顶销8—顶板9—推杆10—冲孔凸模11—弹性卸料板12—落料凹模13—盖板14—托杆

图1，图2所示的均为典型的模具结构，图1为落料、冲孔正装复合模，图2为落料、拉深、冲孔复合模，示意图能清楚表达模具的工作原理，所完成的冲压工序、组成零件的作用和基本的装配关系，供实验时绘制所拆装模具的装配结构示意图作参考。

2 冲模及其零件的分类

实验时，为便于理解和掌握模具的结构组成、工作原理、模具零件的作用等知识，应掌握冲模分类，掌握冲模零件分类。

（1）冲模的分类。冲压件品种、式样繁多，导致冲压模具的类型复杂，根据不同方法，冲模分类如下：

按完成的冲压工序性质可分为落料模、冲孔模、切断模、整修模、弯曲模、拉深模、成型模等。

按完成的冲压工序组合程度可分为单工序模、级进模和复合模等。

按导向方式可分为无导向的开式模、有导向的导板模、导柱模等。

按卸料方式可分为刚性卸料模、弹性卸料模等。

按送料、出件及排除废料的方式可分为手动模、半自动模、自动模等。

（2）冲模零件的分类。冲模根据其复杂程度不同，一般都由数个、数十个甚至更多的零件组成。根据零件的作用可将冲模零件分为五个类型。

工作零件：是完成冲压工作的零件，如凸模、凹模、凸凹模等

定位零件：这些零件的作用是保证送料时有良好的导向和控制送料的进距，如挡料销、定距侧刀、导正销、定位板、导料板、侧压板等。

卸料、推件零件：这些零件的作用是保证在冲压工序完毕后将制件和废料排除，以保证下一次冲压工序顺利进行。如推件器、卸料板、废料切刀等。

导向零件：这些零件的作用是保证上模与下模相对运动时有精确的导向，使凸模、凹模间有均匀的间隙，提高冲压件的质量。如导柱、导套、导板等。

安装、固定零件：这些零件的作用是使上述四部分零件联结成“整体”，保证各零件间的相对位置，并使模具能安装在压力机上。如上模板、下模板、模柄、固定板、垫板、螺钉、圆柱销等

四、实验工模具

典型冲模一副、钳工台、内六角扳手、螺丝刀、铜棒锤、钢尺、卡尺等。

五、实验步骤

1将模具拆成零件

(1)将模具从存放架上取下，放在钳工台上；（！注意由于模具是由能分开的上下模部分组成，为防止下模部分滑落，造成伤害，必须双手抬下模部分。）

(2)仔细观察冲模的外形结构，分清上模、下模部分，再抬住上模，用锤轻敲下模，将模具分开；

(3)仔细观察，了解模具中可见零件的名称、作用，初步掌握它所完成的冲压工序名称，毛坯与工件的大致形状；

(4)分别拆开上模、下模两大部分；（！注意以免造成模具主要零件的损伤，在拆装过程中，不允许用铁锤敲打模具的机加工面；模具是单件生产的，装配后各零件的相对位置不变，它们之间的位置关系有标记，拆开前注意观察，以防复原时安装不上。）

(5)依次了解凸、凹模的结构形状、加工方法、固定方法；定位部分的零件名称、结构形状及定位特点；卸料及压料部分的零件名称、结构、动作原理及安装方式；导向部分的零件名称、结构；固定零件名称、结构等。

2绘制该模具简要装配图；

3将拆散的模具零件按上模、下模两大部分依照一定顺序还原（注意标记方向），最终恢复成原状；

4检查是否装配正确，手抬模具下方，把它放回原处，整理好工具；

5经指导老师检查签名后，方准离开。

六、实验报告要求

1实验目的、内容、实验工模具；

2简述拆装冲模的工作原理；

3简述一副冲模的拆装过程；

4根据实验模具，绘出该模具的装配结构示意图；

5按所拆装的模具，对模具零件进行分类。

七、思考题

1分析冲裁模与拉深模工作原理与模具结构上的区别。

2分析冲裁模中弹性卸料与刚性卸料的区别。

实验二

实验项目名称：钣料实验机的结构原理和操作

实验项目性质：普通实验

所属课程名称：《冲压工艺及模具设计》

实验计划学时：2

一、实验目的：

了解试验机的基本结构原理，掌握对它的基本操作。

二、试验设备：BHB-80A型钣料试验机。

三、试验机的功能

该试验机是国产的钣料试验机。其功能齐全，能进行液压胀形，刚性模胀形，冲坯（拉深），扩孔（KWI），杯突（IE），锥杯（CCV）等实验，还可以做双向拉伸应力——应变曲线，成形极限图（FLD）及液压胀形应变分布等实验。配合其他试验手段可以对金属薄板进行从“宏观”到“微观”的多种试验研究工作。

四、主要技术参数

1、最大刚性模冲压力300KN

2、最大液压胀形液压32Mpa

3、最大压边力500KN

4、刚性模和冲压模行程100mm

5、系统最大液压35Mpa

6、最高压力40 Mpa

五、执行机构（模具）结构介绍

图1是执行机构的结构示意图，执行机构由模筒1、压边活塞2、中心活塞3、模底4及凹模组成。其中有液压油的三个工作空间：

Ⅰ－压边液压工作空间工作时根据不同材料所需的不同压边力，调整压边减压阀上的手柄，获得所需的压边力，其间液压在0～10Mpa范围内。

Ⅱ－工作液压工作空间其间压力在0～32Mpa范围内。液压胀形按此压力计算应力，刚性模胀形和冲杯等试验则以此压力乘以中心活塞面积来计算

冲压力，中心活塞的底面积为95cm2。

Ⅲ－液压胀形、刚性模胀形、冲杯等试验的工作空间。液压胀形时可用螺丝刀拧开中心活塞（旋2～4圈），液压油即从Ⅱ进入Ⅲ腔进行液压胀形。此时应将刚性半球凸模卸下放置起来。

在进行液压胀形或刚性模胀形时，凹模座6应装上如图所示的带梗凹模7。在进行冲杯等试验时，则应换上相应的标准凹模，并在压边活塞上放上平滑的压边圈。

在装卸模具时，千万注意不要损伤胀形凹模7的凸梗，否则将失去其油封功能。

凹模升降机构由凹模底座提升盘8，悬臂9、升降动作筒11及定位销等组成。在凹模底6的齿凸与模筒1的齿凹相对时，可将凹模底提起和放入。放入后，转动手柄10使二者的齿凸对正（注意：一定要对正），即可通油进行压边。

六、台面、操纵台及仪表板各器件和按钮如图2所示。

Ⅰ－仪表板。其上装有系统压力表1、压边压力表2、胀形压力表3、抽油负压表4及电液操制器。

Ⅱ－台面板。在四角上分别装有系统调压阀1、胀形调压阀2、压力继电器3和压边调压阀4。

Ⅲ－操纵台。自右向左装有油泵开关1、模座升开关2、模座降开关3、压边开关4、胀形开关5、抽油回程开关6和转换开关7。各按钮开关的绿钮为起动钮，红钮为停止钮。

七、操作步骤

现以液压胀形为例，说明试验的操作过程。其它试验的操作参照其进行。

1准备好试件，试件必须经过清洗，用白布擦拭。

2合上电源开关，打开钥匙开关，电源（220v、6v）指示灯亮。

3取在防尘挡油罩，旋动凹模座手柄10，使凹模座6的齿凸与模筒1的齿凹对正（见图4-1）。

4按下操纵台的按钮开关2的绿钮，凹模座提起，推开凹模座，放上试件。

5将凹模座6拉回，旋动手柄，使齿凸齿凹对正，按下操纵台上开关2的红钮，再按下开关3的绿钮，凹模座落下，再旋动手柄，使两者齿凸对正。

6若是第一次开车试验，须将台面上的手柄Ⅱ－1、Ⅱ－2、Ⅱ－4调松。避免使压力冲到最大值。

7按下操纵台上开关3的红钮，再按下开关4的绿钮，旋动手柄Ⅱ－1，使系统压力达到需要值（由系统压力表Ⅰ－1显示）。

8旋动手柄Ⅱ－4，使压边液压达到需要值（由压边压力表Ⅰ－2显示），但压边液压最大不得超过10Mpa。

9打开电液控制器的电源开关，旋动旋钮Ⅰ，使其电流表的值达到需要值。

10按下开关5的绿钮，旋动手柄Ⅱ－2，使胀形液压达到需要值（由胀形压力表Ⅰ－3显示）。

11在液压胀形接近“失稳”前，或其他实验产生裂纹前应缓慢加压。达到试验最后状态后，按下操纵台开关1的红钮，再按下开关4的红钮，系统全部卸压。

12按下操纵台上开关6的绿钮，压边及中心活塞回程，凹模座与模筒齿凸亦应脱离，旋动模座手柄，使凹、凸对正，再按下开关6的红钮。

13按下操作台上开关2的绿钮，将模座提起，用手将其推开，取下试件。

14试验结束时，应将一个试件垫在模具中，再将凹模座放入，盖上防尘挡油罩，关掉电源。

八、操作中的几点说明

1压力继电器Ⅱ－3的调整手柄一般情况下不调动，当压边液压达到0.3～0.8Mpa时。压力表Ⅰ－2上方的大的红指示灯亮时，表示此手柄位置适宜，并由锁紧螺母锁紧。

2压边调压阀Ⅱ－4用来调定压边的液压，可以根据试验要求选定。

3停机时间较长时，模具的Ⅰ腔和Ⅱ腔中可能进入空气。需反复升压几次，排除其间的空气。

4进行液压胀形时，需把中心的螺钉拧松2~4圈。在进行其它试验时，要把该螺钉拧紧，在放上其它相应的实验模具。

5胀形压力和胀形速度可用两种方法调整。一是电液控制器的输出电流调到0.6A以上，然后用手柄Ⅱ按所需压力和速度进行调整。或是将电流调到0.4～0.5之间，使调速阀对速度有节制作用，再用手柄Ⅱ调整。二是将电液控制器的电流调到零位，将手柄Ⅱ旋到关死位置，再调电液控制器的电流来控制升压速度。

6冲压力算式：P冲＝P2F

式中P2为Ⅱ腔的液压，MPa；F为中心活塞下部的面积，F＝95 cm2

压边力算式：P压＝P1S1 + P2S2

P1－压边（即Ⅰ腔）液压，MPa；P2－涨形（即Ⅱ腔）液压，MPa

S1－压边活塞大环形面积，S1=336 cm2，见图１Ⅰ腔加粗线

2见图１Ⅱ腔加粗线

实验三

实验项目名称：杯突实验

实验项目性质：普通实验

所属课程名称：《冲压工艺及模具设计》

实验计划学时：2

一、实验目的

测定金属薄板的胀形成形性能。

二、基本原理

用一块一定尺寸的试件毛坯，夹持在图1所示的压边圈4和凹模3之间压死，用球形凸模1进行冲压，直到试件圆顶附近出现能透光的裂缝时停止加截。

把凸模压入的深度称为IE值，作为评价金属薄板胀形成形性能指标。IE 值越高，钣料的胀形成形性能越好。杯突实验又称为艾利克森（Erichsen）实验。

三、实验设备及工具

1.本实验在BHB－80A型钣料实验机上进行。测量工具为高度尺或磁力千分表架及百分表。

四、模具与试件

按GB4156-84“金属杯突实验方法”中试件尺寸和模具的规定，本实验

试件为90×90mm，厚度≤2的方形金属薄板。试件表面应平整无伤痕，边缘不应有毛刺。

五、实验步骤

1把凸模座2装到实验机的中心活塞上，再把压边圈4放到压边活塞上。压边圈上的凸梗与压边活塞上的沟槽合好。起定位作用。

2把试件清洗干净，涂上润滑油后放到压边圈上，并由压边圈上的正方形

沟槽定位。

3把凹模3装在实验机的凹模座中，并把凹模底放置到模筒中，置于锁紧位置。

4按下压边开关的按钮。调整压边调压阀的液压手柄，使液压达到2.6MPa,此时压边力约为10KN。

5按下中心活塞上行按钮（即胀型开关的按钮），凸模上升进行冲压，注意观察试件，当试件圆顶附近出现能透光的裂缝时，迅速停止凸模上升。

图1 杯突实验装置

1—凸模 2—凸模座 3—凹模 4—压边圈 5-试件毛坯

此时，可拧动电液控制器上面的旋钮，使小电流表回零；或按下停止压边的按钮；或按停机按钮。

用另一试样，重复以上步骤在做一次。

六、实验数据记录和处理

按

GB4156-84，杯突实验应取6块有效试件的凸模压力深度的算术平均值

作为杯突值。为节省实验费用，本实验每种材料只做1～2件。 测量凸模压入的深度时应考虑到试件顶部的变薄量：

t

t t -=01

式中 0t ——试件原始厚度，mm; t ——试件顶点厚度，mm; 1t ——试件顶点变薄量，mm; 11t h h +=

式中 1h ——试件顶点增高值，mm; h ——凸模压入深度, mm; 杯突值（IE 值）为：

∑==n

i i

h n IE 11

式中 n ——有效试件数 。

表1 数据记录及处理

七、实验报告要求

本实验的目的、原理、实验装置，试件材料、尺寸规格、压边力、冲压力及IE 值计算过程等。 八、思考题

简述杯突实验中金属流动过程。

实验四

实验项目名称：冲杯实验 实验项目性质：普通实验

所属课程名称：《冲压工艺及模具设计》 实验计划学时：2

一、实验目的

确定金属薄板拉深成形的极限拉深比（LDR ）。 二、基本原理

把一定直径的圆形金属薄板，通过标准直径的凸模与凹模冲出杯形件。

在不破坏的条件下，能冲出杯形的最大毛坯直径m ax 0D 与凸模直径p d 之比作为拉深成型性能指标，称为极限拉深比（LDR ）： p

d D LDR max

0=

式中 m ax 0D --不破坏时的最大毛坯直径； p d --凸模（冲头）直径。 极限拉深比的倒数即为极限拉深系数

p

m

max 0D d m p p =

LDR 值越大，或p m 值越小，钣料的拉深成形性能越好，冲杯实验如图

６-１所示。 三、实验设备和工具

BHB-80A 型钣料试验机、卡尺等。

四、模具与试件

根据JB4409·3--88“薄钢板冲杯和冲杯荷载试验方法”规定，实验模具尺寸与试样厚度的关系如表1：

表1 冲杯实验模具和试件厚度关系表（mm）

试件外径一般根据材质和拉深系数由计算初步确定，然后，相邻试件直径的级差本实验取３～４mm(一般级差应取 1.25mm),试件表面不得有伤痕和划痕，试件边缘不应有毛刺。试件直径测量精度±0.05。

图１冲杯实验装置

１－凸模２－压边圈３－试件毛坯４－凹模５－试件

五、实验步骤

1凸模1装到试验机的中心活塞上，反螺纹拧紧。

2压边圈2放在压边活塞上。据试件直径选定位圈，把其放在压边圈上。 3在试件毛坯的两面涂上润滑油，把试件放在定位圈中，注意要放正，试件定位圈的外缘与压边圈的外缘对齐。

4按照试件的厚度选择相应尺寸的凹模，把凹模4装在试验机的凹模座内，再把凹模座放入试验机的模筒中，置于锁紧位置，盖上防尘挡油罩。

5按下压边开关的按钮，观察压边压力表的指示液压，调整压边调压阀手柄，使压边压力表指示早0.5MPa位置上。

6打开电液控制器的开关，拧动电流调整旋钮，使小电流表的指针在0.6A 以上的位置，保证电液调速阀在开启位置。

7胀形调压阀手柄在打开位置（拧松），按下胀形按钮，再向拧紧方向调整调压阀手柄，此时在胀形压力表上指示出推动凸模的活塞的液压压力。

8边观察冲杯试件，边观察胀形压力表指示的冲压压力。调整胀形调压阀手柄时，压力表指示不断升高；若压力表指示突然下降时，即表示试件的突缘材料全部进入凹模。冲杯试验完成。或者试件被拉裂。

9取出试件观察，试件拉裂是否因压力过大引起，若是则要减少压边力。若试件突缘起皱，则应适当增加压边力。上述过程边做，边试。

六、实验数据记录和处理

按照JB4409·3--88的要求，每组同样尺寸的试验要6件以上，逐级进行试验后，选出破裂数少于或等于3件的各组，其中实际毛坯直径最大的那一组，即是极限拉深时最大的毛坯直径D0max。

六．实验报告要求

实验的目的、原理、实验装置。试件材料、尺寸规格、压边力、冲压力、D、LDR及p m等。

m ax

八、思考题

1分析影响冲杯实验结果的因素。

2简述冲杯实验中金属流动过程。

实验五

实验项目名称：扩孔实验

实验项目性质：普通实验

所属课程名称：《冲压工艺及模具设计》

实验计划学时：2

一、实验目的

测定金属薄板的扩孔成形性能。

二、基本原理

扩孔实验如图1所示,试件毛坯2放在凹模4与压边圈6之间压死，用圆柱形平底凸模5把试件的中心孔d0胀大，直至孔边缘局部发生破裂时为止。

图1 扩孔实验装置

1-扩孔试件 2-试件毛坯 3-定位销 4-凹模 5-凸模 6-压边圈

测量扩孔试件的最大孔径d 1max 和最小孔径d 1min ，用下式计算扩孔率λ。作为扩孔成形的性能指标：

1000

1?-=

d d d λ% 式中：0d --试件中心孔的初始直径，mm

1d --扩孔后边缘破裂时孔径的平均值，mm ；)(min 1max 11d d d +=/2。 λ越大,钣料的扩孔成形性能越好。扩孔实验也叫KWI 实验。 三、实验设备及工具

BHB-80A 型钣料试验机、卡尺。 四、模具与试件

按照JB4409?4-88“薄钢板扩孔试验方法”规定，扩孔试验参数按表1

选择。

扩孔实验试件毛坯的外形可以是圆形，也可以是方形，本实验采用方形毛坯。中心孔在钻孔之后还要铰孔，并用100目的砂纸打磨，要求中心孔无毛刺和裂纹。试件表面不得有伤痕，边缘无毛刺。 五、实验步骤

1准备试样、编号、测量中心孔直径（精度±０.０２）。

2根据试样厚度从表1选择凹模，把凹模４装在试验机的凹模座上。

表1 扩孔试验参数表(mm)

3根据试件厚度和中心孔直径d 0从表1选择凸模，把凸模５装在中心活塞上，并把压边圈６放在压边活塞上。

4在试件上涂润滑油，以中心孔定位，定放在压边圈上。

5把凹模座落入模筒中，按下压边按钮，调整压边液压达到２MPa 。 6按压胀形按钮，凸模上升，开始阶段可以快些；当孔边缘临近裂纹时，

凸模上升应缓慢；当裂纹出现时，要立即停止凸模上升，并取下试件。 为了防止颈缩的裂纹不再继续扩大，可以立即旋回电液控制器上的旋钮，使小电流表指针回零位。或手指不离开压边开关的停止按钮，及时按下即可。 六、实验数据处理

根据JB4409·4－88，扩孔实验结果根据有效试件确定。凡扩孔后的孔偏离中心超过2.5mm 以上的试件、或试件起皱、或孔边缘的裂口发生在试件的伤痕的试件,均属无效试件。

每组取10个有效试件，按照扩孔前后的孔径d0和d1，算出每个试件的扩孔率λ，去掉其中一个最大值和一个最小值，算出剩下8个试件的算术平均值，即为所求的扩孔λ或称KWI 值。为节省费用,本试验只做两件。 每个试件扩孔后的直径(测量精度±0.02)算式为：

()min max 2

1

i i i d d d +=

%10000?-=d d d i i λ

所求的扩孔率λ或KWI 值：∑==n

i i

n 1

1λλ

表2 实验数据

七、实验报告要求

本实验的目的、原理、实验装置，试件材料、尺寸规格、压边力、冲压力及实验数据与KWI 值的计算结果等。 八、思考题

简述扩孔实验中金属流动过程。