1、- 1 -冲压工艺与模具设计（第 2 版） 思考与练习参考答案思考与练习 11什 么 是 冲 压 加 工 ？ 冲 压 加 工 常 用 的 设 备 和 工 艺 装 备 是 什 么 ？答 ： 冲 压 加 工 是 在 室 温 下 利 用 安 装 在 压 力 机 上 的 模 具 对 材 料 施 加 压 力 ， 使 其 产 生分 离 或 塑 性 变 形 ， 从 而 获 得 具 有 一 定 形 状 、 尺 寸 和 性 能 的 零 件 的 压 力 加 工 方 法 。常 用 的 设 备 一 般 有 机 械 压 力 机 、 液 压 机 、 剪 切 机 和 弯 曲 校 正 机 。冲 压 模 具 是 冲 压 加 工
2、 所 用 的 工 艺 装 备 。2 冲 压 工 艺 有 何 特 点 ？ 列 举 几 件 你 所 知 道 的 冲 压 制 件 ， 说 明 用 什 么 冲 压 工 序 获 得的 ？答 ： 冲压工艺与其它加工方法相比，有以下特点： 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，如薄板薄壳零件等。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。 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。 操作简单、劳动强度低、生产率高、易于实现机械化和自动化。 冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，生产周期较长、成本较高。冲 压 加工是 一 种 制 件
3、 质 量 较 好 、 生 产 效 率 高 、 成 本 低 ， 其 它 加 工 方 法 无 法 替 代 的加 工 工 艺 。汽 车 覆 盖 件 、 饭 盒 、 不 锈 钢 茶 杯 等 是 通 过 落 料 拉 深 工 序 完 成 ；垫 圈 是 通 过 落 料 冲 孔 工 序 完 成 ；电 脑 主 机 箱 外 壳 是 通 过 落 料 冲 孔 、 翻 边 成 形 等 弯 曲 工 序 完 成 。3 简 单 叙 述 曲 柄 压 力 机 的 结 构 组 成 及 工 作 原 理 。结 构 组 成 ： 工 作 机 构 （ 曲 柄 滑 块 机 构 ） 、 传 动 系 统 （ 带 传 动 和 齿 轮 传 动 等 机
4、 构 ） 、操 纵 系 统 （ 离 合 器 、 制 动 器 及 其 控 制 装 置 ） 、 能 源 系 统 （ 电 动 机 和 飞 轮 ） 、 支 承 部 件（ 床 身 ） 。尽管曲柄压力机有各种类型，但其工作原理和基本组成是相同的。如 图 1-2 所示的开式双柱可倾压力机的工作原理见图 1-6 所示，其工作原理如下：电动机 5 的能量和运动通过带传动传给中间传动轴，再由齿轮传动传给曲轴 9，连杆 10 上端套在曲轴上，下端与滑块 11 铰接，因此，曲轴的旋转运动通过连杆转变为滑块的往复直线运动。将上模装在滑块上，下模装在工作台垫板 1 上，压力机便能对置于上、下模间的材料进行冲压，将其制成工
5、件。4 简 单 叙 述 如 何 选 择 冲 压 设 备 。答：冲压设备的选择直接关系到设备的安全以及生产效率、产品质量、模具寿命和生思考与练习参考答案- 2 -产成本等一系列重要问题。冲压设备的选择主要包括设备的类型和规格参数两个方面的选择。 冲压设备类型的选择主要根据所要完成冲压工序的性质、生产批量大小、冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择冲压设备的类型。 冲压设备规格的选择 在选定冲压设备的类型以后，应进一步根据冲压加工中所需要的冲压力（包括卸料力、压料力等） 、变形工序以及模具的结构型式和闭合高度、外形轮廓尺寸等选择冲压设备的规格。思考与练习 21板料冲裁时，其断面有何特征？影响冲裁件断面
6、质量的因素有哪些？答：过程所得的冲裁件的断面并不是光滑平直的。观察实际冲裁件的剪切断面可以发现，在整个断面上形成了四个特征区：圆角带，光亮带，断裂带，毛刺。影响冲裁件断面质量的因素有：材料性能的影响 材料塑性好，冲裁时裂纹出现得较迟，材料被剪切的深度较大，所得断面光亮带所占的比例就大，圆角也大。模具间隙的影响 冲裁时，断裂面上下裂纹是否重合，与凸、凹模间隙值的大小有关。当凸、凹间隙合适时，凸、凹模刃口附近沿最大切应力方向产生的裂纹在冲裁过程中能会合，制件的断面质量较好。当间隙过大或过小时，都会使上、下裂纹不能重合，影响断面质量。模具刃口状态的影响 模具刃口状态对冲裁过程中的应力状态及制件的断面
7、质量有较大影响。当刃口磨损成圆角时，挤压作用增大，所以制件塌角带和光亮带增大。同时，使冲裁断面上产生明显的毛刺。当凸、凹刃口磨钝后，即使间隙合理也会在制件上产生毛刺。2试分析冲裁间隙对冲裁件断面质量、冲裁件尺寸精度、冲裁力及模具寿命的影响。答：冲裁间隙对冲裁件断面质量有决定性影响。如间隙过大，凸模产生的裂纹相对于凹模产生的裂纹将向里移动一个距离。剪切断面圆角加大，光亮带的高度缩短，断裂带的高度增加，锥度也加大并有明显的拉长毛刺，冲裁件可能产生穹弯现象。如间隙过小，凸模产生的裂纹将向外移动一个距离。上、下裂纹不重合，产生第二次剪切，从而在剪切面上形成了略带倒锥的第二个光亮带。在第二个光亮带下面存
8、在着潜伏的裂纹。由于间隙过小，板料与模具的挤压作用加大，最后被分离时，冲裁件上有较尖锐的挤出毛刺。冲裁间隙对于冲裁件精度也有很大的影响。当间隙适当时，在冲裁过程中，板料的变形区在比较纯的剪切作用下被分离，冲裁后的回弹较小，冲裁件相对于凸模和凹模尺寸的偏差也较小。冲裁间隙过大，则冲裁力就会减小，模具的磨损减小，延长模具的使用寿命；冲裁间冲压工艺与模具设计（第 2 版）- 3 -隙过小，则冲裁力就会加大，缩短模具的使用寿命。3确定冲裁工艺方案的依据是什么？冲裁工艺的工序组合方式根据什么来确定？答：确定冲压件的工艺方案就是确定冲压件的工艺路线，需要考虑冲压工序的性质、数量、顺序、组合方式以及其他辅助
9、工序的安排。冲压工艺方案如何确定，首先应在工艺分析的基础上，根据冲裁件的生产批量、尺寸精度的高低、形状复杂程度、材料的厚薄、冲模制造条件与冲压设备条件等多方面的因素，拟订出多种可能的不同工艺方案，然后对各种工艺方案进行分析与研究，比较其综合的经济技术效果，从中选择一个合理的冲压工艺方案。概括起来，确定工艺方案的主要原则是保证冲裁件质量，经济性和安全性。冲 裁 工 艺 的 工 序 组 合 方 式 应根 据 工 件 的 形 状 、 尺 寸 、 精 度 等 要 求 对 各 工 序 进 行必 要 的 分 析 和 计 算 ， 然 后 比 较 ， 确 定 最 佳 的 工 序 数 量 和 顺 序 ， 且 保
10、 证 后 一 道 工 序 不 影响 前 道 工 序 的 加 工 精 度 。4. 题图 2-1 所示底板零件已决定用复合模进行冲裁，试确定其排样方法和搭边值，并计算条料宽度和材料利用率。材料： 08F 料厚： 2mm题图 2-1 底板解：排样方法：有废料的直排；搭边值：查表可知，工件间 a 为 1.2mm，侧面 a1 为 1.5mm ；条料宽度： ；m05.82材料利用率：72.1%。（计算略）5冲裁如图所示零件，求其压力中心。思考与练习参考答案- 4 -材料： 10 料厚： 1.5mm解：（计算略）X017.1mm （距长直边的距离）Y012.3mm （距下底边的距离）6为了保证合理间隙，冲裁
11、凸、凹模刃口尺寸的计算有哪两种常用方法？各适用于什么情况？答：模具有两种制造方法。一种是凸模与凹模分别加工，成批制造，可以互换。另一种是凸模与凹模配合加工，先加工基准件，然后非基准件按基准件配作，加工后的凸模与凹模不能互换。分别加工方法主要用于冲裁件形状简单，加工容易；凸、凹模合理间隙变动范围较大；有高精度的模具加工设备。配合加工常用于形状复杂或板料较薄的冲裁件。7如题图 2-2 所示垫片零件，材料为 Q235，板厚为 1.2mm。试判定可否分别加工？并确定冲裁凸、凹模的刃口尺寸和计算冲裁力。材料： Q235 料厚： 1.2mm题图 2-2 垫片解：（计算略）冲压工艺与模具设计（第 2 版）-
12、 5 - 可以分别加工。 落料：凸模 mm， mm；02.87902.859凹模 mm， mm。3.03.0冲孔：凸模 mm， 2.4516凹模 mm。03.7冲裁力： 201.8KN8如题图 2-3 所示硅钢片零件，材料为 D42 硅钢板，厚度为 0.35mm，用配合加工方法制造模具，试确定落料凸、凹模刃口尺寸。材料： D42 料厚： 0.35mm题图 2-3 硅钢片解：（ 计 算 略 ）落料以凹模为基准，凹模磨损后尺寸增大的是：， ，mA026.1mA026.29A012.36mA07.432凹模磨损后尺寸减小的是： B18.0凹模磨损后尺寸不变的是： C02.6计算后落料凹模刃口尺寸为思
13、考与练习参考答案- 6 -m，m，125.003.057.065. 681829819 .3.2045. 凸模尺寸按凹模实际尺寸配作，保证双面间隙为 0.0250.032。思考与练习 31简要说明板料弯曲变形区的应力和应变情况。答： 板料弯曲变形区的应力情况：切向应力：外层受拉，内层受压径向应力：变形区金属层之间相互挤压产生径向应力，应力由表面向里面逐渐递增，表面为零，中性层最大宽度方向应力：窄板宽度方向应力为零。宽板外层为拉应力，内层为压应力 板料弯曲变形区的应变情况： 切向应变：外层为拉应变，内层为压应变宽度方向与厚度方向产生的应变与切向方向相反，但对宽板，其宽度方向的应变为零板料弯曲时的
14、应力应变状态板宽内外侧内侧外侧2影响弯曲回弹的因素有哪些？采取什么措施能减小弯曲回弹？答：影响弯曲回弹的因素： 材料的力学性能 / 的比值愈大，则弯曲回弹越sE冲压工艺与模具设计（第 2 版）- 7 -大。 相对弯曲半径 相对弯曲半径 / 越小，回弹值越小。 弯曲件角度 弯曲件角度rt越小，回弹角越大。 弯曲方式 自由弯曲与校正弯曲比较，减小了弯曲回弹；在无底凹模内作自由弯曲时，回弹最大。 模具间隙 压制 U 形件时，模具间隙对回弹值有直接影响。间隙减小，可使回弹减小。 弯曲件形状 弯曲件形状越复杂，一次弯成角的数量越多，由于各部分的回弹相互牵制，故回弹就越小。一般弯曲 U 形件比 V 形件的
15、回弹小。减小弯曲回弹的措施： 弯曲件的合理设计。 采取补偿措施，抵消弯曲回弹变形。通过预先估算或试验出工件弯曲后的回弹量，在设计模具时，使工件的变形超出原设计的变形，冲压回弹后得到所需形状。 从工艺上采取措施，采用拉弯工艺代替普通的弯曲方法。采用校正弯曲代替自由弯曲。 从模具结构上采取措施，让校正压力集中在弯曲处使其产生一定塑性变形克服回弹。3板料弯曲时的变形程度用什么表示？弯曲时的极限变形程度受到哪些因素的影响？答：板料弯曲时的变形程度用相对弯曲半径 r/t 来表示。影响极限变形程度的因素： 材料的力学性能（塑性越好，伸长率值愈大，变形程度越大。 ） 弯曲件角度（弯曲件角度越大，最小相对弯曲
16、半径越小。 ） 板宽的影响（窄板比宽板的变形程度大） 板料的热处理状态（经退火的材料塑性好，弯曲变形程度也大；经冷作硬化的材料塑性差，弯曲变形程度也小。 ） 板料的表面质量与切断面的质量（弯曲前，应将坯料的毛刺和缺陷去除；弯曲时将有毛刺的边缘放在弯曲区内侧，使最小相对弯曲半径减小一些。 ） 折弯方向（弯曲件的弯曲线与板料的纤维方向垂直时，不易弯裂，最小相对弯曲半径的数值就小。 ）4弯曲过程中引起坯料偏移的原因有哪些？可以采取哪些措施来防止偏移？答：弯曲过程中引起坯料偏移的原因： 制件的形状不对称造成偏移； 制件的结构不对称造成偏移； 弯曲模的结构圆角不对称、间隙不对称导致偏移；防止偏移的措施：
17、 采用压料装置，使坯料在压紧状态下逐渐弯曲成形，从而防止坯料的滑动。 利用坯料上的孔或设计工艺孔，用定位销插入孔内定位之后再弯曲，使坯料无法移动。 将不对称形状的弯曲件组合成对称弯曲件弯曲，使坯料弯曲时受力均匀，不容易产生偏移，弯曲之后再将工件切开。 模具制造准确，间隙调整一致，以减少偏移的发生。5安排弯曲件的弯曲工序顺序时要注意什么？答：安排弯曲件的弯曲工序顺序时应注意： 对于形状简单的弯曲件，如 V 形、U形、Z 形工件等，可以一次弯曲成形。对于形状复杂的弯曲件，一般要采用两次或多次弯曲成形。 对于批量大而尺寸较小的弯曲件，应尽可能采用复合模或多工位级进模。 需多次弯思考与练习参考答案-
18、8 -曲时，弯曲顺序一般是先弯两端，后弯中间部分，前次弯曲应考虑后次弯曲有可靠的定位，后次弯曲不能影响前次已弯成的形状。 当弯曲件几何形状不对称时，为避免压弯时坯料偏移，应尽量采用成对弯曲，然后再切成两件的工艺。6试计算题图 3-1 所示弯曲件的坯料长度。a） b）题图 3-1 弯曲件解：（ 计 算 略 ）（a） mL9.63（b） 1407如题图 3-2 所示工件，材料为 08 钢，t=1mm， =196Mpa，E =186000Mpa，试s确定凸模的工作部分尺寸。题图 3-2 工件解：（ 计 算 略 ）011 2.8762.m，r凸冲压工艺与模具设计（第 2 版）- 9 -0281思考与练
19、习 41圆筒形零件拉深时，坯料变形区的应力应变状态是怎样的？答：圆筒形零件拉深时，坯料变形区的应力应变状态：凹模口的凸缘部分(主要变形区) 在凸缘部分产生径向拉应力 ，产生切向压应力 ，产生厚向压应力 。其132应变状态为径向拉应变 ，切向压应变 ，板厚方向产生拉应变 。凹模圆角部分132（过渡区） 径向受拉产生拉应力 和拉应变 ，切向受压产生压应力 与压应变 ，11 33厚度方向产生压应力 。这时 的值最大，其相应的拉应变 的绝对值也最大。筒21壁部分（传力区） 这部分只承受单向拉应力 的作用，发生少量的纵向伸长和厚度变1薄（+ 与- ） 。凸模圆角部分（过渡区） 这部分承受径向拉应力 和切
20、向拉应12 1力 的作用，同时厚度方向形成较大的压应力 ，其应变状态与筒壁部分相同，但其压32应变 引起的变薄现象比筒壁部分严重得多。筒底部分 它受到径向和切向两向拉2应力 与 ，其应变为平面方向的拉应变 和 和厚度方向的压应变 。13 1322分别说明拉深工序中坯料的哪个部位容易起皱或拉裂？原因何在？如何防止？答：拉深时平面凸缘变形区的起皱和筒壁传力区上危险断面的拉裂是拉深件的主要质量问题。凸缘区起皱是由于切向压应力引起板料失去稳定而产生皱折，传力区的拉裂是由于拉应力超过材料的抗拉强度引起板料断裂。为了防止起皱，在生产实践中通常采用压边圈，并可利用压边力的合理控制来提高拉深时允许的变形程度。
21、要防止筒壁的拉裂，一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；另一方面是通过正确制定拉深工艺和设计模具，合理确定拉深变形程度、凹模圆角半径、合理改善润滑条件等，以降低筒壁传力区中的拉应力。3影响极限拉深系数的因素有哪些？极限拉深系数对拉深工艺有何意义？答：影响极限拉深系数的主要因素： 材料的力学性能 材料的屈强比 愈小，bs/材料的伸长率 愈大，对拉深愈有利。 板料的相对厚度 相对厚度 愈大， Dt/t有利于减小极限拉深系数。 模具结构 采用压边圈并施加合理的压边力对拉深有利，思考与练习参考答案- 10 -可以减小极限拉深系数。采用合适的凸、凹模圆角半径与凸、凹模间隙可以减小极限拉深系数
22、。 拉深次数 第二次及其以后的各次拉深，其拉深系数要比首次拉深大得多，而且通常后一次的拉深系数都略大于前一次的拉深系数。 摩擦与润滑条件 凹模（特别是圆角入口处）与压边圈的工作表面应十分光滑并采用润滑剂，可以减小极限拉深系数。对于凸模工作表面，则不必做得很光滑，也不需要润滑，有利于减小极限拉深系数。拉深系数可用来表示拉深过程中的变形程度，拉深系数值愈小，说明拉深前后直径差别越大，亦即该道工序拉深变形程度愈大。在制定拉深工艺时，如果每道工序的拉深系数取得愈小，则拉深件所需要的拉深次数也愈少，但拉深系数取得过小,就会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。所以极限拉深系数是制定拉深工艺的重要依据。4有凸
23、缘圆筒形件的拉深与无凸缘圆筒形件的拉深其本质区别是什么？答：有凸缘圆筒形件拉深时，坯料凸缘部分材料不是全部进入凹模口部成为筒壁，而是将坯料凸缘的一部分材料拉入凹模，当凸缘外径由坯料直径 D 缩小到工件所需要的直径时，拉深即告结束。因此，拉深成形过程和工艺计算与无凸缘圆筒形件的差别主要是td首次拉深。无凸缘圆筒形件拉深变形程度是用拉深系数 表示的，对有凸缘圆筒dm/形件而言，单凭 就不能正确反映其变形程度，因为即使是同一个 m 值，其变形程度也1m还会随凸缘直径 或拉深高度 h 变化，当 愈接近 d 或 h 愈大时，由凸缘拉入凹模 的 材tdt料 愈 多 ， 其 变 形程度愈大；反之，当 愈接近 D 或 h 愈小时，由凸缘拉入凹模的材料愈t少，其变形程度愈小。因此，有凸缘圆筒形件的拉深变形程度应该用 和 h（或 /d 和tdth/d）来表示。5试计算题图 4-1 所示零件拉深凸、凹模工作部分尺寸。材料：08F 料厚： 1mm 材料：10 料厚： 2mm题图 4-1 a） 罩壳 题图 4-1 b） 轴碗解：（计算略）（a）D 毛=122.6mm h=3.8mm m1=0.6 m2=0.802 n=2（次）
