《冷冲压工艺与模具设计》答案.docx

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《冷冲压工艺与模具设计》答案

《冷冲压工艺与模具设计》复习题

绪论:

冲压加工:

通过模具对毛坯施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得一

定尺寸、形状和性能的工件的加工方法,又称冷冲压。

冲压加工工艺特点:

①用冷冲压加工方法可以得到形状复杂、用其它加工方

法难以加工的工件。

如薄壳零件。

②冷冲压件的尺寸精度是由模具保证的,因此,尺寸稳定、互换性好。

③材料利用率高,工件重量轻、刚性好、强度高,冲压过程耗能少,因此,工件的成本较低。

④操作简单,劳动强度低,易于实现机械化和自动化,生产率高。

⑤冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂、生产周期较长、成本高。

多用于成批大量生产,单件小批量生产受到限制。

⑥缺点:

噪声和振动。

第一章冲压成形原理

1、概念:

塑性、塑性变形、滑移、屈雷斯加准则、米赛斯准则

塑性:

产生永久变形而不被破坏的能力。

塑性变形:

在外力作用,产生不可恢复的永久变形,称为塑性变形。

单晶体一

般有滑移和孪生两种形式,多晶体则有晶内变形（滑移和孪生）、晶间变形。

（单晶体）滑移:

晶体一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分作相对移动。

屈雷斯加准则:

材料中的最大切应力达到某一定值时,材料就开始屈服。

米赛斯准则:

材料中的等效应力达到某一定值时,材料开始屈服。

2、塑性变形对金属性能和组织的影响

塑性变形对金属性能和组织的变化:

①纤维组织:

各晶粒沿最大的变形方向伸长,形成纤维状的晶粒组织,即纤维组织。

②加工硬化③残余应力④织构现象:

各向异性

3、影响材料塑性和变形抗力的因素有哪些?

塑性:

产生永久变形而不被破坏的能力。

影响塑性的主要因素:

①金属本身的晶格类型、化学成份和金相组织等。

②变形时的外部条件:

变形温度、变形速度、变形方式等。

变形抗力:

抵抗塑性变形的能力。

影响变形抗力的主要因素:

①金属的内部性质。

②金属的变形条件。

塑性和变形抗力是两个不同的概念。

塑性反映材料破坏前的变形程度大小,变形

抗力是从力的角度反映塑性变形的难易程度。

4、应力状态对塑性变形的影响

应力状态中压应力个数越多,压应力越大,即静水压力大,材料的塑性越好;反之,压应力个数少,压应力小,甚至存在拉应力,则塑性差。

静水压力:

三向等压应力状态。

5、冲压成形中变形趋向性控制原理及措施

冲压成形中的变形趋向性及其控制:

①变性趋向:

在冲压成形过程中,需要最小的变形力的区是个相对的弱区,弱区必先变形,即,变形区为弱区。

②控制:

1、改变毛坯各部分的相对尺寸（原则:

相对尺寸不同,弱区位置不同）

2、改变模具工作部分的几何形状和尺寸（原则:

圆角半径增大,变形阻力减小）

3、改变毛坯与模具之间的摩擦阻力（原则:

摩擦阻力大则变形较难,反之亦然）

4、改变毛坯局部区域的温度（局部加热,使金属软化,易于变形而成为变形区;局部冷却,增大承载能力,使难于变形而成为非变形区。

）

第二章冲裁工艺

1、概念:

冲裁、排样、搭边、精密冲裁

冲裁:

使板料分离的冲压工序称为冲裁,是分离工序的总称。

排样:

冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。

搭边:

排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。

精密冲裁:

指带齿圈压板的精密冲压加工工艺,简称精冲。

2、精密冲裁与普通冲裁的区别

普通冲裁:

由凸凹模刃口之间产生裂缝的形式实现板料分离。

精密冲裁:

以变形的形式实现板料分离。

（断面光洁、精度较高）（变形机理不同）

3、冲裁过程分哪几个变形阶段?

各有何特点?

三个变形阶段:

弹性变形阶段（特点:

1、弹性极限内,上表面弹性压缩、拉伸、弯曲、上翘;下表面弹性弯曲、上翘。

2、板料与凸、凹模接触处形成很小的圆角。

）塑性变形阶段（特点:

1、达到屈服点,未达到断裂点2、产生塑性剪切变形,形成光亮的剪切断面。

）

形成塌角（圆角）。

断裂分离阶段（特点:

1、达到断裂极限2、凸、凹模刃口附近产生微裂纹,上下裂纹沿最大切应力方向延伸,相遇,剪断分离。

）

4、为什么会出现毛刺,且在凸、凹模侧面?

冲裁裂纹并非正对凹模刃口,而是在距离不远的侧面上

5、冲裁件断面的特征。

圆角带（塌角）:

冲裁过程中刃口压入材料,刃口附近的材料被牵连拉入而变形的结果。

光亮带（剪切面）:

刃口切入板料后产生塑性剪切变形时,在材料内部产生相对滑移过程中,凸凹模侧面与材料挤压而形成的光亮垂直的断面。

精度高、粗糙度小。

断裂带:

微裂纹扩展而形成的撕裂面。

毛刺:

刃尖部分为高静水压力状态,裂纹在刃口附近产生的结果。

在普通冲裁中是不可避免的。

6、冲裁间隙对断面质量、尺寸精度、形状精度、冲裁力、模具寿命分别有何影响?

断面质量:

间隙过小:

间隙过小时,断面两端呈光面,中间有带夹层（潜伏裂纹）的毛面,塌角小,冲裁件的翘曲小,毛刺随笔合理间隙时高一些,但易去除,如果中间夹层裂纹不是很深,仍可使用。

间隙合适:

间隙合适时,上下刃口处产生的剪切裂纹基本重合,此时尽管断面与材料表面不垂直,但还是比较平直、光滑,塌角、毛刺和毛面斜角均较小,断面质量较好。

间隙过大:

间隙过大时,材料的弯曲与拉伸增大,拉应力增大,易产生剪切裂纹,塑性变形阶段较早结束,致使断面光面减小,毛面、塌角、毛刺及冲裁件拱弯增大,毛面斜角增大,断面质量不理想。

尺寸精度:

间隙较大时,材料所受拉伸作用增大,冲裁后因材料的弹性回复使落料件尺寸小于凹模尺寸,冲孔件的孔径大于凸模尺寸。

间隙较小时,则由于材料受凸、凹模侧向挤压力大的影响,故冲裁后材料的弹性回复使落料件尺寸增大,冲孔件孔径变小。

形状精度:

间隙过大,弯曲变形大,残余弯曲变形量大。

间隙极小时,也会导致弯曲变形大,残余弯曲变形量大。

（常用加压板的方法解决）

冲裁力:

间隙合理,上下裂纹重合,最大剪应力较小;间隙小,材料受力矩和拉应力减小,压应力增大,材料不易撕裂,二次剪切使冲裁力增大,凸模切入材料深度增加,冲裁功大;

间隙大,材料受力矩和拉应力增大,易撕裂分离,最大冲裁力减小,质量不高。

模具寿命:

间隙减小,冲裁力与摩擦力都增大,使刃口所受压应力增大,造成刃口变形与端面磨损加剧,甚至发生崩刃。

过小的间隙对模具寿命是极为不利的,间隙大利于减小磨损;但过大的间隙对模具寿命也会造成磨损加快。

（注:

过小间隙导致模具侧面磨损加剧,过大间隙导致模具端面磨损加剧,间隙不均匀分布则加剧磨损）

7、冲裁加工尺寸计算

1、凸模和凹模分别加工

2、凸模和凹模配合加工

3、配合加工时凸模和凹模尺寸的换算

8、降低冲裁力的方法

1、阶梯凸模冲裁

2、斜刃口冲裁（落料:

凸模平刃口,凹模斜刃口;冲孔:

凸

模斜刃口,凹模平刃口;一般斜刃应对称分布,单边斜刃仅适用于切口折弯;冲裁复杂轮廓时,不宜用斜刃模。

）3、材料加热冲裁

9、冲裁件的结构工艺性

①应尽量避免应力集中的结构;②应避免有过长的悬臂和窄槽;③因受凸模刚度限制,冲裁件的孔径不宜过小,如采用凸模带保护套的模具,冲孔可适当减小,但若以批量生产为前提,则Φ0.15被认为是现阶段的冲裁极限;④冲裁件上孔与孔、孔与边之间的距离不宜过小;

⑤在弯曲件或拉深件上冲孔时,为避免凸模受水平推力而折断,孔壁与制件直壁之间应保持一定距离,使L≥R+0.5t;

第三章弯曲

1、概念:

弯曲、弯曲系数、回弹、翘曲

弯曲:

将金属材料弯成一定的角度、曲率和形状的冲压工艺方法

弯曲系数:

最小相对半径

回弹:

外载荷去除后,塑性变形保留下来,弹性变形则完全消失,使弯曲件的弯曲角和弯曲半径与模具的尺寸不一致,这种现象称为回弹

翘曲:

卸去外载时弯曲件在宽度方向上的变形

2、宽板弯曲的应力应变状态

立体（三向）应力、平面应变状态

3、提高弯曲件精度的措施

改变弯曲件局部结构,合理选用材料:

加强筋,K=1-2,E大;利用回弹规律补偿回弹:

反变形法;改变弯曲变形区应力状态校正回弹;拉弯工艺;弯曲工艺措施:

退火,减少U形弯曲间隙,背压法,校正弯曲等。

4、弯曲件的工艺性

即弯曲工件的形状、尺寸、精度要求、材料选用以及技术要求等是否符合弯曲加工的工艺要求（弯曲半径、直边高度、孔边距离、形状与尺寸的对称性、部分边缘弯曲）

①弯曲件的圆角半径不宜小于最小弯曲半径,也不宜过大。

因为过大时,受到回弹的影响,弯曲角度与圆角半径的精度都不易保证。

②弯曲件的直边高度应大于两倍料厚,否则不易成形。

③对阶梯形坯料进行局部弯曲时,应减小不弯曲部分的长度,以免撕裂。

假如制件的长度不能减小,则应在弯曲部分与不弯曲部分之间加工出槽。

④弯曲有孔的坯料时,孔边到弯曲区的距离应大于1~2t。

⑤弯曲件的弯曲半径应左右一致,以保证弯曲时板料的平衡,以防止产生滑动。

5、弯曲模工作部分尺寸计算

1、凸凹模圆角半径:

凸模圆角半径rp应等于弯曲件内侧的圆角半径r,但不能小于材料允许的最小弯曲半径rmin。

如果r

加一道校正工序,校正模的rp=r;当弯曲件内侧的圆角半径较大时（r/t>10）,则必须考虑回弹,修正凸模圆角半径。

凹模圆角半径rd根据板材的厚度t选取:

t≥2mm,rd=（3~6）t;t=2~4mm,rd=（2~3）t;t>4mm,rd=2t

2、凹模深度:

查表。

弯曲U形件时,若直边高度不大或要求两边平直,凹模深度应大于零件的高度;否则,凹模深度可小于零件高度

3、凸凹模间隙:

V形件:

调整压力机的闭合高度;U形件:

一般:

Z/2=tmax+kt=t+Δ+kt

4、模具宽度尺寸:

弯曲件宽度尺寸标注在外侧时,应以凹模为基准,先确定凹模尺寸。

如果考虑到模具磨损和弯曲件的回弹,凹模宽度尺寸应为Bd=（B—0.75Δ）0+δd凸模尺寸按凹模配置,保证单边间隙C,即Bp=Bd—2C弯曲件宽度尺寸标注在内侧时,则应以凸模为基准,先计算凸模尺寸:

Bp=（B+0.25Δ）0-δp,凹模尺寸按凸模配置,保证单边间隙C,即Bd=Bp+2C注:

B弯曲件基本尺寸;Δ弯曲件制造公差δp、δd凸凹模制造公差

5、U形件弯曲模的凸凹模工作部分尺寸计算

1、弯曲件标注外形尺寸以凹模为基准件:

Ld=（Lmax-3/4Δ）+TdLp=（Ld-Z）-Tp

2、弯曲件标注内形尺寸以凸模为基准件:

Lp=（Lmin+3/4Δ）–TpLd=（Lp+Z）+Td

第四章拉深

1、概念:

拉深、反拉深

拉深:

利用专用模具将平板毛坯制成空心件的一种冲压工艺方法

反拉深:

使毛坯内表面变成外表面的一种冲压工艺方法

2、拉深变形过程中各部分的应力应变状态、所起的作用。

状态:

1、平面凸缘部分（主要变形区）2、凸缘圆角部分（过渡区）（特点:

切向被压缩,径向被拉伸）3、筒体部分（传力区）（特点:

单向受拉应力（厚度变薄）,筒壁上厚下薄）4、底部圆角部分（过渡区）危险截面5、筒体底部特点:

双向拉伸变薄（类似于胀形）

3、拉深中压边圈有何作用?

压边防皱定位卸件作用

4、拉深工艺的常见缺陷及其出现的机理、防止措施。

起皱和拉裂起皱:

主要是由于凸缘的切向压应力超过了板材临界压应力所引起的。

措施:

采用便于调节压边力的压边圈和拉深肋或拉深槛,把凸缘紧压在凹模表面上。

（其他:

零件形状、模具设计、拉深工序的安排、冲压条件以及材料特性）拉裂:

可能是由于凸缘起皱,毛坯不能通过凸凹模间隙,使筒壁总拉应力增大;或者由于压边力过大,使总拉应力增大;或者是变形程度太大,即拉深比D/d大于极限值;总之,当拉深的变形抗力超过筒壁（特别是变薄最严重的地步圆角附近最薄弱部分）的材料抗拉强度时,拉深件就要破裂。

措施:

根据板材成形性能,采用适当的拉深比和压边力;增加凸模表面的粗糙度;改善凸缘部分的润滑条件;选用σs/σb比值小、n值和r平均值大的材料等。

5、以后各次拉深工艺中,为什么拉裂往往出现在拉深快结束时?

随着拉深高度增加,压边力增加

6、盒形件拉深有何特点?

阶梯形件、半球形件?

盒形:

1、凸缘变形区内径向拉应力的分布是不均匀的。

在圆角部分最大,直边部分最小。

（与圆筒形件相比,平均拉应力载荷要小很多）2、由于直边和圆角变形区内材料的受力情况不同,直边处材料向凹模流动的阻力要远小于圆角处）3、在毛坯外周边上,切向压应力的分布也是不均匀的,从角部到中间直边部位,压应力的数值逐渐减小。

阶梯:

1、原理与圆筒形件拉深基本相同;2、判断一次拉深成形的方法:

相对高度;3、多次拉深工艺:

①相邻阶梯直径的比值大于相应的圆筒形件的极限拉深系数,则按从大阶梯到小阶梯的顺序拉深;②相邻阶梯直径的比值小于相应的圆筒形件的极限拉深系数,则该对应的相邻阶梯拉深顺序颠倒;③最小的阶梯超过极限时可以用胀形方法获得;④浅拉深可是用球面件（大圆角件）+整形工序;半球:

凸缘变形区与圆筒形件拉深基本相同,但中间部分比较复杂,顶点附近是胀形,受双向拉伸变形（应力）,随着与顶点距离的加大,逐渐过渡到压应力状态,存在应力界圆）;易起皱,可采用带校整作用的有底凹模;拉深系数为常数,常用毛坯的相对厚度作为判定拉深的难易的主要依据。

7、拉深件的结构工艺性

1、拉伸件的形状应尽量简单、对称,尽可能一次拉伸成形,如需多次拉深则要限制每次拉深的程度在许用范围之内。

2、凸缘和底部圆角半径不能太小,还应提高圆角处的表面粗糙度要求,否则会使制件圆角处发生破裂。

3、凸缘的大小要适当。

凸缘过大时凸缘处不易产生变形;凸缘过小,压边圈与凸缘接触面减小,拉伸时易起皱。

4、拉伸件的壁厚是由边缘向底部逐渐变薄,因此,对拉深件的尺寸标注只标注外形尺寸（或内形尺寸）和坯料的厚度。

5、拉深件的直径公差等级一般为IT12~IT15级,高度公差等级为IT13~IT16级。

当拉深件的尺寸公差等级要求高或圆角半径小时,可在拉深以后增加一道整形工序。

第七章冲压工艺过程设计

1、冲压工艺设计合理性评价指标有哪些?

优质高产低消耗,操作安全又可靠

2、辅助工序如何安排?

拉深工艺中有润滑、热处理、酸洗

第八章冲模结构设计

1、按工序组合程度,模具可分几类?

各有何特点?

工序组合程度:

单工序模、级进模和复合模。

单工序模:

在一副模具中只完成一个工序。

如落料模、冲孔模、弯曲模、拉深模等。

级进模:

在一次行程中,在一副模具的不同位置上完成不同的工序。

因此对工件来说,要经过几个工位也即几个行程才能完成。

而对模具来说,则每一次行程都能冲压出一个制件。

所以级进模生产率相当高。

复合模:

在一次行程中,一副模具的同一个位置上,能完成两个以上工序。

因此复合模冲压出的制件精度较高,生产率也高。

2、冲模零件分哪几类?

各起什么作用?

1.工作零件是完成冲压工作的零件,如凸模、凹模、凸凹模等。

2.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、定距侧刃、导正销、定位板、导料板、侧压板等。

3.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。

4.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。

5.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。

3、凸凹模采用镶拼结构要注意哪些方面?

镶块的分块:

1、刃口尖角处因机械加工困难,淬火时也易破裂,因而可在尖角处分段;2、凸出或凹进的易磨损部分,应单独做成一块,以便于加工和更换;

3、圆弧部分应单独做成一块,对凹进圆弧的接合线最好设在直线部分,接合点离圆弧与直线相交处约4~5mm或5~7mm;

4、如有对称线,为便于加工,应沿对称线分开,对于圆形的工作部分,应尽量按径线分割,以便于紧固;

5、如果凹模和凸模都采用镶块,为避免产生毛刺,凹模镶块接合线与凸模镶块接合线应错开,错开距离为3~5mm;

6、卫视镶块间良好接合,也减少磨削量,接合线不宜过长,一般约为12~15mm,其余留2mm空隙

4、以后各次拉深模的特点。

与首次拉深模不同之处是毛坯为筒形件半成品,定位板要厚一些。

拉深后零件由下模掉下。