1、 第 1 页 共 31 页 1 英文原文名 Forming and Die Design 中文译名 成形工艺及模具设计 第 2 页 共 31 页 2 英文原文版出处 ： 模具设计与制造专业英语 刘建雄 王家惠 廖丕博 主编 北京大学出版社 2006 年 3 月 第 1 版 译文： 金属加工是工程科学的一个分支 ,它的制造金属部件和结构通过塑性成形过程加工、焊接和铸造来完成。这部分着重于在金属冲压成形工艺及其模具设计 加工。冲压主要用于薄板成形 ,它不仅可以用在金属成形 ,而且也可以用在非金属形成。在冲压成型 ,模具的作用下 ,内力变形发生在板上。 当内力达到一定程度时，相应的塑性变形在空白区域
2、发生。因此一定形状的变形部分，是生产规模的特性。 冲压是通过冲模在压力机上对金属板料施加压力使其产生塑性分离或变形从而得到满足使用要求的加工方法，具有较高的生产效率。由于其操作简单易于实现冲压机械化和自动化。生产冲压件的模具可以用来生产复杂的部分，所以可以用于其他加工方法难以加工的工件 。冲压件在使用中一般无需进一步加工。通常冲压过 程中不需加热。因此，它不仅节约了材料，也节约了能量。此外，冲压件具有重量轻、刚度大的特点。 生产中为满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求，采用多种多样的冲压加工方法。概括起来冲压加工可以分为分离工序与成形工序两大类。分离工序是在冲压过程中使冲
3、压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序。对分离的横截面的表面质量必须满足一定的要求。成型工序包括弯曲、拉深、翻边、胀形、缩口、挤压、扩口等，是毛坯在不被破坏的条件下产生塑性变形，形成所要求的形状和尺寸精度的制件。冲压工艺广泛应用在表 1-1 列出。 表 1-1的冲压工艺分类及其特征 第 3 页 共 31 页 3 第 4 页 共 31 页 4 第 5 页 共 31 页 5 1.2 落料冲孔模 1.2.1 冲裁 冲裁是利用模具使板料的一部分另一部分沿一定的轮廓形状分离的冲压方法，包括落料、冲孔、切断、修边、切舌、剖切等工序，其中落料和冲孔是最基本的冲裁工序。落料和冲孔是金属片沿一封闭轮廓处分离的过
4、程。经落料和冲孔板分为两部分。沿封闭轮廓处分离，且分离的目的是为了获得封闭轮廓形状以外内的部分（即落下来的是工件）则为落料，如果是为了得到封闭轮廓形状以外的部分（即落下的是废料，带孔的是工件）则为冲孔。落料和冲孔的模具结构是相同的， 通常落料和冲孔的变形过程也是相同的。通过冲裁工艺，可以生产成品与半成品的变形过程。在图 1-1 垫环显示的情况下，得到的工件是 22 毫米的圆叫落料，它的冲裁变形过程在 1.2.2 中。 1.2.2 冲裁变形过程 冲裁时把板料固定在凹模上，凸模向下移动与板料接触并开始冲裁。由于凸、凹模之间存在间隙，凸模对凹模和板料的力主要集中在凸模的边缘。 冲裁变形过程显示在图
5、2 中。如果模具间隙合适，在凸模和凹模的作用下，变形过程经历三个阶段，即，弹性变形，塑性变形和断裂分离阶段 第 6 页 共 31 页 6 1.弹性变形阶段 在凸模压力下，材料首先产生弹性压缩，产生拉伸和弯曲变形，在这一阶段，内部应力不超过弹性极限而不发生塑性变形，卸载压力时变形恢复。 2.塑性变形阶段 凸模继续下压，当材料内的应力满足屈服准则时便开始进入塑性变形阶段，在凸模和凹模的压力下，对胚料的表面进行压缩，由于凸模、凹模之间的间隙，使板料受到弯矩的的作用，产生弯曲变形，使凹模上的板料翘曲，两者的过渡处（凸凹模刃口处）形成圆角。当凸模挤入板料的深度增大，材料的塑性变形程度增大，变形区材料硬化
6、加剧。当刃口附近的材料 由于拉应力作用出现裂纹时，冲裁变形抗力达到最大值，塑性变形结束。 3.断裂分离阶段 凸模的继续下压，顶部和底部的裂缝逐渐延伸到金属板的内层，当上下裂纹重合时，板料便被剪断分离，完成冲裁。 在冲裁过程中的断裂带的力量平衡图 1-3 所示； F1、 F2 是凸、凹模对板料的垂直作用力，F3、 F4 是凸凹模对板料的侧压力；。 F1、 F2 是凸凹模断面与板料间的摩擦力， F3、F4是凸凹模侧面与板料间的摩擦力； F1 和 F2 的方向与凸模和凹模之间的间隙有关。 第 7 页 共 31 页 7 冲裁力的分析表明 ， F3和 F4 侧向压力必须小于垂直压力 F1 和 F2；而裂
7、纹扩展更容易发生在压力小的区域。因此，冲裁时初始裂纹发生在凹模的侧面。裂纹萌生和发展通过电子显微镜扫描表明，当凸模向下挤压的深度进入板料达到 20%时，裂纹发生在凸模和凹模刃侧表面，然后在顶部和底部的裂纹迅速扩展，当两个裂纹重合，毛坯剪切和断裂过程结束。 1.2.3 冲裁件质量 冲裁件的质量主要是指割断面状况、尺寸精度和形状误差。工件的断面质量是决定冲裁工艺是否成功一个重要因素。 如图，冲裁件断面可分为四个区域：蹋角带、光亮带、断裂带和毛刺。 由于第 8 页 共 31 页 8 凸凹模刃口对板料进行塑性剪切而形成光亮带，由于同时受到模具侧面的挤压力该区域不仅光亮且与板平面垂直，是断面上质量最好的
8、区域，当间隙合适时，光亮带约占板料厚度的1/21/3。 断裂带形成于冲裁变形的断裂阶段，是裂纹向板内部扩散的结果，是冲裁断面上质量最差的部分，不仅粗糙且带有斜度。 蹋角带是由于刃口附近的材料产生拉伸弯曲的结果，材料塑性越好，蹋角带约大。毛刺形成于断裂分离阶段，形成的毛刺是细长的且附在工件上。 影响断面质量的因素很多，四个区域的比例（蹋角带、光亮带、断裂带和毛 刺）随冲裁条件的变化而变化，如工件材料、冲床、模具和设备等。 图 1-5显示影响冲裁件断面质量的主要因素，图 1-6显示影响冲裁件的尺寸精度的因素。研究分析表明，凸模和凹模之间的间隙是影响表面质量和冲裁工件尺寸精度的重要因素，提高冲裁工件
9、的表面质量，是研究间隙对机制的影响具有重要的意义，从而找到计算凸模和凹模之间间隙的最佳的方法。 第 9 页 共 31 页 9 1.2.4 冲裁模总体结构设计 1.冲裁模典型结构 （ 1）单工序模 单工序模也叫简单模，是指压力机的一次行程只完成一道冲压工 序的模具。其结构简单（见图 1-7中所），所以它可以容易地制造，它是适用于小批量生产。 第 10 页 共 31 页 10 （ 2）级进模 压力机在一次行 程下在不同工位完成多道工序的模具叫级进模，如图 1-8 所示。条料送进时， 定位销 2 在冲孔之前定位，冲孔凸模 4向下移动完成冲孔，产生工件 8。当冲孔凸模返回时，凸模 4 上的板料通过卸料板 6 卸下废料 7，胚料前进一个步距，然后开始第二个落料，重复以上步骤，板料的进距是通过定位销来控制的。 （ 3）复合模 复合模是只有一个工位，并在压力机的一次行程过程中完成两道或两道以上的冲压工序的模具称为复合模，如图 1-9 所示。该复合模的主要特点是有一个凸凹模。凸模 1的外圆冲裁凸模 切边，而内孔是拉深模。凸模 1跟滑块向下移动，冲裁过程是通过冲压模 1和冲裁模4来完成的，冲裁工件的拉深凸模 2 推动工件，然后拉深模向下移动进行拉深。推杆 5和卸料板 3 卸下拉深件 9时，滑块返回。复合模适用于大批量生产和高精度的冲裁。
