模具设计与制造第一章教案

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模具设计与制造 主讲人:唐文斌 模具工业是国民经济的基础工业,是高技术行业。模具设计与制造技术水平的高低,是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一。 模具在日本被誉为“进入富裕社会的原动力”、在德国被称为“金属加工业中的帝王”。 模具设计与制造专业人才 是制造业紧缺人才。 我国模具工业发展十分迅速(沪宁杭) ,1996~2002年间,模具产值年平均增速在14%左右。06年产值720亿,2008年中国模具销售额达到950亿元人民币,近几年呈快速增长之势。 由上可见,模具技术是先进制造技术的重要代表,模具工业是高新技术产业的一个重要组成部分,模具工业又是高新技术产业化的重要领域。 课程情况总体简介 授课学时:42学时(7X4+7X2),其中实验4学时 课程性质:模具设计与制造是机制类专业方向的一门主干 课,是一门实践性、理论性、综合性很强的课 程。 课程任务: 冲压模具设计基础,冲裁及冲裁模设计;塑 料模具设计基础,热塑性塑料注射模设计 考核方式: 考试。(总评=期末70%+平时(包括实验、 纪律、考勤、作业)30%) 第一篇 冲压模具设计★第1章 冲压模具设计基础 ★第2章 冲裁及冲裁模设计 第3章 弯曲工艺及弯曲模 第4章 拉深工艺及拉伸模 第5章 其它冲压工艺和模具 第6章 冲压工艺规程的编制第1章 冲压模具设计基础 概述 冲压模具设计与制造技术是一项技术性和经验性都很强的工作, 包括:冲压工艺设计、模具设计、模具制造。 三者关系: 相互关联、相互影响。 冲压工艺设计是冲模设 计的基础和依据; 冲模设计的目的是保证实现冲压工艺; 冲模制造则是模具设计过程的延续,目的是使设 计图样,通过原材料的加工和装配,转变为具有 使用功能和使用价值的模具实体。 第1章 冲压模具设计基础1.1冲压与冲模概念 1.1.1基本概念 冲压: 用压力机和模具对金属板材加工,使其分离或产 生塑性变形,以达到所需要的形状和尺寸。 冲 压 生 产 场 景第1章 绪论1.1冲压与冲模概念 1. 1.1基本概念(续) 加工对象:主要金属板材 加工依据:板材冲压成形性能(塑性变形规律) 加工设备:压力机、冲床等 加工工艺装备:冲压模具 冲压模具:在冲压加工中,将材料加工成零件(或半成品) 的一种特殊工艺装备,称为冲压模具(俗称冲 模)。 第1章 绪论1.1冲压与冲模概念 1. 1.1基本概念(续) 冲 压 生 合理的冲压工艺 产 的 先进的模具 三 要 高效的冲压设备 素第1章 绪论1.1冲压与冲模概念 1.1.1基本概念(续) 冲压模具重要性 冲模一种特殊工艺装备。冲模与冲压件有“一模一样”的 关系,冲模没有通用性。 冲模是冲压生产必不可少的工艺装备,决定着产品的质量、 效益和新产品的开发能力。 冲模的功能和作用、冲模设计与制造方法和手段,决定了 冲模是技术密集、高附加值型产品。 第1章 绪论1.1冲压与冲模概念 1.1.2冲压成形加工特点 优点:低耗、高效、低成本; 精度高、质量稳定、高一致性; 可加工薄壁、复杂零件; 高材料利用率、便于组织生产; 易机械化和自动化。 缺点:模具设计制造周期长,费用高。 所以,冲压成形适宜批量生产。 第1章 绪论1.1冲压与冲模概念 1.1.2冲压成形加工特点(续) 冲压加工是制造业中最常用的一种材料成形加工方法。 冲压成形产品示例一——日常用品 冲压成形产品示例二——高科技产品第1章 绪论1.2冲压工序的分类 根据材料的变形特点分:分离工序、成形工序。 分离工序:冲压成形时,将冲压件或毛料沿一定轮廓相互分离, 其特点是使材料发生剪切而产生分离,从而成形零件。 分离工序主要有冲裁和剪裁等。 第1章 绪论1.2冲压工序的分类 成形工序:冲压成形时,变形材料内部应力超过屈服极限σs, 但未达到强度极限σb,使材料产生塑性变形,从而 成形零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。 复习思考题? 1. 什么是板料冲压?它有哪些特点?? 2.冲压加工的基本工序有哪几种类型?各有 什么特点?? 3.什么是弹性变形?什么是塑性变形?? 4.冲压模具设计包括哪三部分?? 5.什么是冲压模具? 第二节 板料塑性变形及其基本规律一、塑性变形的基本概念 变形: 弹性变形、塑性变形。 塑性: 表示材料塑性变形能力。它是指固体材料在外力作用下发 生永久变形而不破坏其完整性能力。 塑性指标: 衡量金属塑性高低的参数。常用塑性指标为延伸率δ和断 面收缩率ψ。延伸率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的 百分率,用符号δ表示。断面收缩率指试样拉断后,断面缩小 的面积与原来截面积之比,用?表示。 (越大越好) 二、塑性力学基础1.金属塑性变形时的应力应变关系 弹性变形阶段:应力与应变之间的关系是线性的、可逆的,与加载历史无关; 塑性变形阶段:应力与应变之间的关系则是非线性的、 不可逆的,与加载历史有关。 应力状态: 通常是围绕该点取出一个微小(正)六面体(即所 谓单元体),用该单元体上三个相互垂直面上的九个应力分量 来表示。已知该九个应力分量,则过此点任意切面上的应力都 可求得。 图1、应力-应变曲线C点:开始塑性变形(屈服),应力等于初始屈服极限。CGb段:屈服平台,应变增大,应力上升。G点(卸载):应力GH返回,应变HJ(弹性变形)到OH(塑性变形)Gb: 屈服应力由于变形的增大而提高,也即材料在硬化。二、塑性力学基础(续)2.金属的屈服条件 屈服——塑性状态,主要取决于两方面的因素:(1)屈雷斯加条件:最大剪应力达某一定值 P6(五)(2)密席斯条件:等效应力达某一定值 。3.应力应变关系(1)增量理论:加载瞬间 应力状态确定瞬时增量(2)全量理论:小弹塑性变形 应力状态确定塑性变形应变 分量的全量三、金属塑性变形的一些基本规律 1.塑性变形体积不变定律 金属材料在塑性变形时,体积变化很小,可以忽略不计。 一般认为金属材料在塑性变形时体积不变,可证明满足: ε1 +ε2 + ε3 = 0 2.最小阻力定律 在塑性变形中,破坏了金属的整体平衡而强制金属流动, 当金属质点有向几个方向移动的可能时,它向阻力最小的方向 移动。 在冲压加工中,板料在变形过程中总是沿着阻力最小的方 向发展。这就是塑性变形中的最小阻力定律。 第三节 冲压所用材料及常用设备一.板料的机械性能与冲压成形性能的关系 板料的强度指标越高,产生相同变形量的力就越大; 塑性指标越高,成形时所能承受的极限变形量就越大; 刚度指标越高, 成形时抵抗失稳起皱的能力就越大。 不同冲压工序对板料的机械性能的具体要求有所不同。二.冲压材料 (1)对冲压材料的要求: a.对冲压成形性能的要求 b.对材料厚度公差的要求 c.对表面质量的要求 (2)常用冲压材料 黑色金属板料:(优质)碳素钢钢板(Q235、Q215等)。 有色金属板料:黄铜板(带)、铝板(带)。 非金属材料: 纸板、胶木板、橡胶、塑料板、纤维板。三.冲压常用设备 (1)摩擦压力机:主要校正模、压印模、挤压模。 (2)液压机:主要校正模、压印模、挤压模。 (3)曲柄压力机:适用于各类冲模,应用最普遍。 包括偏心冲床和曲柄冲床。 第四节 冲压技术现状与发展方向 一.我国冲压技术现状 技术落后、经济效益低。 主要原因:①冲压基础理论与成形工艺落后; ②模具标准化程度低; ③模具设计方法和手段、模具制造工艺及设备落后; ④模具专业化水平低。 所以,结果导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期 等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。二.冲压技术发展方向 产品市场变化: 技术发展:多品种、少批量,更新换代速度快 计算机技术、制造新技术 牵引 推动冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计(CAD)、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术转变。(1) 冲压成形理论研究及冲压新工艺的开发加强理论研究, 开发新的冲压工艺。(2) 模具CAD/CAM先进制造技术及装备 (3) 新材料的开发利用提高使用性能,改善加工性能 ,提高寿命。(4) 冲压生产过程的自动化和智能化(5) 快速经济制模技术,加快模具的制造速度,降低模具生产成本。适应小批 量试制。(6) 先进生产管理模式,并行工程思想、标准化、专业化生产。第1章 绪论 冲 模 设 计 冲 模 制 造 冲模设计与制造场景第1章 绪论 冲 压 成
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