PRESS TOOLS AND PRESSWORK 冲压工艺及模具设计 查五生 1， 材料科学与工程学院

本课程是材料成型及控制工程专业的专业必修课程。 教学目标： 1、掌握冲裁、弯曲、拉深及局部成形等冲压工序的成形原理、变形特点及工艺计算，熟悉不同用途冲压模具的结构类型及其工作原理，具有应用相关知识进行冲压工艺、冲压模具设计的能力。 2、掌握冲压模具工艺零件和结构零件的基本形式及工作原理，能够根据冲压件的结构及其冲压工艺方案，分析和设计冲压模具总体结构，进行模具零件的计算和设计，初步具备依据工艺方案进行模具设计的思路和综合能力。 3、在掌握相关的工艺计算和工艺设计原则的基础上，具备冲压工艺方案分析、对比和制定的能力。熟悉冲裁、弯曲、拉深等工序的主要失效形式、产生的原因及其影响因素，能够分析工艺参数及模具结构合理性对冲压质量的影响，提出控制冲压失效的主要措施，并能够在生产实际中，优化工艺方案和模具结构，提高模具寿命和冲压件质量。

课程教学内容及学时分配

课程考核主要包括作业、实验、期中考试和期末考试等环节，课程总评成绩由平时成绩、实验成绩、期中考试成绩和期末考试成绩构成

BASIC KNOWLEDGE §1-1General introduction 1、Definition CHAPTER 1 BASIC KNOWLEDGE §1-1General introduction 1、Definition 常温下，通过模具施加外力，使材料产生分离或塑性变形，获得所需形状、尺寸和性能的工件的加工方法。

2、Characters （1）Higher quality 工件形状较复杂,质量稳定,具有互换性； （2）Higher efficiency 操作简单，生产率高； （3）Lower cost 加工成本低,材料利用率高（70~80%）； （4）Higher rigidity 冲压件重量轻、刚度高； （5）More complex structure of tools 模具结构复杂，制作费用高。 Widely used in whole field 。 汽车覆盖件模具示意

汽车覆盖件 飞机蒙皮

3、Classification Separating work 分离工序 Forming work 变形工序

（1） Separating work 分离工序 Separated on definite contour line 材料沿一定的轮廓线互相分离。 ①Blanking 落料、Piercing 冲孔 ②Cut off 切断 ③Trimming 切边 ④Lancing 切舌 ⑤Parting 剖切

用模具沿封闭线冲切板材。冲下部分是工件。 落料 Blanking 用模具沿封闭线冲切板材。冲下部分是工件。

用模具沿封闭线冲切板材。冲下部分是废料。 冲孔Piercing 用模具沿封闭线冲切板材。冲下部分是废料。

切边Trimming 将拉深或成形后的半成品边缘部分的多余材料切掉。

切舌 （切口） Lancing 在毛坯上将板材部分切开，切口部分发生弯曲。

Parting

③Flaring翻边、Hole-flanging翻孔 ④Necking 缩口 ⑤Expanding 扩口 ⑥Bulging 胀形 （2） Forming work 变形工序 Only deformed, not disrupt。 ①Bending 弯曲 ②Drawing 拉深 ③Flaring翻边、Hole-flanging翻孔 ④Necking 缩口 ⑤Expanding 扩口 ⑥Bulging 胀形 ⑦Embossing 起伏 ⑧Sizing 整形

Bending

拉深 将板料冲制成空心零件，壁厚基本不变 Drawing

孔的翻边Hole-flanging 将板料或工件上有孔的边缘翻成竖立边缘

Necking

Expanding

Bulging

Embossing

§1-2 Discipiline of metal stamping 金属冲压变形规律 1、Condition of plastic formation 塑性变形的塑性条件 Yield condition 屈服条件 在多向应力作用下，只有各应力间符合一定关系时，材料才能进入塑性屈服状态，应力之间的这种关系即为塑性条件。 σ1-σ3≧（1~1.155）σS

2、Stress state of metal stamping 冲压变形应力状态 一般按平面应力状态处理 即σt=0; σr、σθ不等于零。 两向拉应力：翻边变形； 两向压应力：缩口变形； 一拉一压： 拉深变形的凸缘区；

3、冲压变形规律 （1）Unchangeableness in volume 体积不变 塑性变形前后，变形体体积不变； 三个真实应变：ε1+ε2+ε3=0； 最大应变与其它两个应变的符号相反。 用于确定板料尺寸和判断变形方式。 （2）Elastic recovery 弹性恢复 冲压时,只要发生塑性变形,均伴随弹性变形。 弹性恢复后，工件的尺寸和形状都会发生改变。 影响冲压工件的形状和尺寸。

（3） Work hardening 加工硬化规律 金属冷变形时，随变形程度的增加，强度和硬度提高，塑性和韧性下降。 冷作硬化，冷变形强化。 影响冲压加工的变形程度。 （4） Law of minimum resistance 最小阻力定律 塑性变形过程中，金属各质点有向多个方向流动的可能时，将向阻力最小的方向流动。 用于控制板料变形方式及其发生的位置。

4、Deforming tendency and control 冲压变形的变形倾向性及其控制 在冲压过程中，毛坯可能以不同的方式变形，即为变形倾向性（趋向性）。 （1）Partitioning of deformation 变形分区 Plastical deforming area 塑性变形区 No deforming area 非变形区： 已变形区、待变形区、不变形区

（2）Feeble area 变形弱区 所需要的变形力最小的区域为变形的弱区。 材料受力时，弱区先变形，为变形区。 在冲压工艺和模具结构设计时，应使变形区为弱区!

（3） Deformation control 控制措施 ①Diameter control 合理确定毛坯和半成品尺寸

改变D0、d0及d凸，可能产生拉深、翻边和胀形三种不同的变形。

D0小，d0小： D0/ dp＜1.5~2; d0/ dp＜0.15。

D0大，d0大： D0/ dp＞2.5; d0/ dp ＞ 0.2~0.3。

D0大，d0小： D0/ dp＞2.5; d0/ dp ＜0.15 。

②Tool control 改变模具的几何形状和尺寸 主要是圆角半径，以控制金属流动的难易程度。 ③Friction force control 改变毛坯与模具间的摩擦阻力 压边力、润滑。 ④Temperature control 改变毛坯的局部温度 局部加热或冷却。

§1-3 Introduction of press tools 冲压模具概述 1、Classfication of press tools 模具分类 （1）Single operation dies 单工序模 压力机滑块一次行程，只完成一道工序的模具。 single position and single operation 单工位，单工序 特点：模具结构简单，但生产率低、冲压件累计误差较大。 用于批量不大、精度要求不高的工件。

压力机滑块一次行程，在不同工位同时完成几道工序的模具。 （2）Multi-stage tools 级进连续模 压力机滑块一次行程，在不同工位同时完成几道工序的模具。 Multi-position and multi-operation 多工位，多工序 特点：模具结构较复杂、调整安装不方便、冲压件累计误差较大。 但生产率较高，用于批量大、精度要求不高、不宜采用复合模（凸凹模壁厚太薄）的工件。

多工位精密级进模

（3）Compound die 复合模 压力机滑块一次行程,在同一工位，同时完成几道工序的模具。 Single position but multi-operation 单工位，多工序 特点：生产效率高，冲压件精度好，但模具结构较复杂。用于批量大、精度要求较高的工件。

传递模 压力机滑块一次行程,在多个工位，多副有一定工艺联系的模模具，按工艺顺序同时完成多个工序。 生产效率高。 （1）在多工位冲床上使用； （2）每个工位都是一个完整的模具，完成特定的工艺。 （3）每个子模有一定联系，每个工步子模都可以独立调节，而且调节一般情况不受前后子模的限制； （4）传件方式：人工，或机械手传件。

2、Structure of die 模具的结构组成 （1）working portion 工作部分 直接完成冲压工序的零件。 主要指： Punch 凸模; Die 凹模; Punch-die 凸凹模。

（2）Locating portion定位部分 确定条料或坯料在模具中的位置。 主要有： Stop pin 挡料销; Stock guide 导尺; Trimming punch 侧刃; Guide pin 导料销; Pilot 定位销。

（3）Unloading portion 卸料部分 将工件或废料从凸模上和凹模中脱卸。 主要有： Stripper 卸料零件； Knockout plate 推件零件； Liftout plate 顶件零件； Blank holder 压边圈（拉深、翻边工序用）。 以上三部分零件都将与冲压材料直接接触，又统称工艺零件。

（4）Guiding portion 导向部分 保证上、下模之间的精确导向和凸、凹模间隙的均匀。主要有： Guide pillar 导柱； Guide bush 导套； Guide plate 导板等。

（5）Fixing and connecting portion 固定连接部分 将模具各零件固定连接在上、下模座上，并与压力机固定。主要有： Die holder 模座； Shank 模柄； Retainer 固定板； Backing plate 垫板； Bolt 螺钉； Pin 销钉。 以上二部分零件，又统称结构零件。