《冲压模具设计与制造》课件

冲压模具设计与制造冲压模具设计与制造是现代工业生产中不可或缺的核心技术，它为各类金属板材加工提供了关键的工艺装备支持本课程将系统介绍冲压模具的设计理论、制造工艺以及实际应用，帮助学习者掌握从模具概念到实际生产的全过程知识体系通过本课程的学习，您将了解冲压模具的基本原理、设计方法、材料选择、制造工艺以及质量控制等关键环节，为今后从事相关行业工作打下坚实基础课程概述课程目标学习要求本课程旨在培养学生掌握冲压模具学生需具备机械制图、材料力学、设计与制造的基本理论和实践技金属材料学等基础知识，课程期间能，能够独立进行冲压模具的设需完成设计作业和实验报告，积极计、制造和调试，为进入相关行业参与课堂讨论和实践环节奠定扎实的专业基础考核方式平时成绩（）出勤率、课堂表现和作业完成情况；期中考试30%（）理论知识测试；期末项目（）完成一个实际冲压模具的设30%40%计方案本课程采用理论讲解与实践相结合的教学方式，通过案例分析、实验操作和项目设计等多种形式，帮助学生掌握冲压模具设计与制造的核心技能第一章冲压加工概述与冲压设备冲压基本概念冲压生产三要素冲压是一种利用专用工艺设备合理的冲压工艺、先进的模具（冲压模具）将金属板材加工设计和高效的冲压设备构成了成所需形状的技术，是现代工冲压生产的三大核心要素，三业生产中最经济高效的加工方者缺一不可法之一冲压技术的应用领域冲压技术广泛应用于汽车、家电、电子、航空航天等行业，是现代制造业的重要基础工艺本章将全面介绍冲压加工的基本概念、工艺特点、设备分类以及在各行业中的应用情况，为后续章节的深入学习奠定基础冲压技术作为一种高效、经济的金属板材加工方法，对现代工业生产具有不可替代的重要作用

一、冲压的基本概念冲压定义室温下利用压力机和模具加工材料的方法加工原理利用板材的塑性变形能力加工对象主要为金属板材冲压加工是在室温条件下，利用安装在压力机上的专用模具对板材施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的零件的加工方法这种加工方式无需加热材料，主要依靠材料本身的塑性变形能力来实现成形冲压加工的对象主要是厚度较小的金属板材，如冷轧钢板、铝合金板、不锈钢板等通过不同的模具设计和工艺安排，可以实现冲裁、弯曲、拉深、成形等多种加工方式，制造出各种形状复杂的零部件冲压加工的特点易于自动化产品质量稳定冲压工艺操作简单，易于实现机械化材料利用率高冲压加工是一种模具成形方法，一旦和自动化，减少人工干预，提高生产生产效率高通过合理的模具设计和排样，冲压加模具设计制造完成，产品的一致性和安全性和可靠性，是现代智能制造的冲压加工的生产节拍快，一般可达每工可以实现材料的高效利用，废料互换性好，质量稳定可靠，精度高，重要组成部分分钟几十次至几百次，特别适合大批少，节约原材料成本特别是采用精表面质量好量生产现代自动化冲压生产线的效密级进模时，材料利用率可达以85%率更是显著提高，大大降低了单件生上产成本正是由于这些突出的特点，冲压加工成为现代工业生产中不可或缺的重要工艺方法，尤其在需要大批量生产标准化零部件的行业中应用广泛冲压模具的基本概念定义将材料加工成零件的特殊工艺装备组成上模和下模两大部分功能实现特定的冲压工艺冲压模具是一种特殊的工艺装备，通过其特定的结构和工作方式，使金属板材在压力机的作用下变形或分离，从而获得所需的零件形状模具的设计质量直接决定了冲压件的精度和质量，是冲压生产的核心一套完整的冲压模具通常由上模和下模两大部分组成上模安装在压力机的滑块上，随滑块上下运动；下模固定在压力机的工作台上上下模之间的相对运动和作用力使板材产生塑性变形或分离，完成冲压工序模具的内部结构复杂，包含多种功能部件，如凸模、凹模、导向装置、卸料装置等冲压生产的三要素先进的模具设计包括结构设计、零件设计、材料选择等模具结构优化•合理的冲压工艺精密零件设计高效的冲压设备•合理材料选择包括工艺分析、工序安排、参数确定等•包括压力机选择、自动化设备等工艺路线设计压力机型号选择••工艺参数优化自动送料系统••成形方案确定安全保护装置••冲压生产的质量和效率取决于这三个关键要素的有机结合合理的工艺方案是基础，它决定了产品能否成功制造；先进的模具设计是核心，直接影响产品的精度和质量；高效的冲压设备是保障，为生产提供必要的动力和条件冲压件的分类按工艺分类按用途分类按材料分类根据主要成形工艺特点进行分类根据零件在产品中的功能进行分类根据零件材料种类进行分类冲裁件通过分离加工获得的零件结构件承担载荷、支撑或连接作用的钢板件普通碳钢、不锈钢等钢材制成•••零件弯曲件主要通过弯曲变形获得的零件•功能件具有特定功能的零件，如弹铝合金件各种铝合金板材制成••簧、卡扣拉深件通过拉深成形获得的空心零件铜合金件黄铜、紫铜等铜合金制成••装饰件提升产品美观度的外观零件•特殊材料件钛合金、镍合金等特种材•成形件通过局部变形获得特定形状的屏蔽件用于电磁屏蔽的特殊零件料••零件复合件需要多种工艺才能完成的复杂•零件不同类型的冲压件在设计和制造过程中有各自的特点和要求，需要针对性地设计工艺和模具了解冲压件的分类有助于更好地把握模具设计的重点和难点冲压技术在工业中的应用汽车工业冲压技术在汽车制造中扮演着核心角色，几乎所有的车身外板、内板、底盘结构件都依靠冲压工艺生产一辆普通轿车约有的零部件是通过冲压加工制造的现代汽车工业对冲60-70%压件的精度、强度和轻量化要求越来越高电子电器电子产品外壳、内部结构件、连接器、散热片等众多零件都采用冲压工艺制造精密电子元件如端子、引线框架、开关弹片等对冲压精度要求极高，一般需要采用精密级进模进行生产，公差可达微米级日用五金厨房用具、餐具、五金配件、硬币等日常生活中的金属制品大多通过冲压工艺生产这类产品生产量大、形状各异，冲压技术能够提供高效、经济的制造方案，满足大规模生产需求除上述行业外，航空航天、轨道交通、医疗器械等高端制造领域也广泛应用冲压技术冲压工艺的高效率、高精度和经济性使其成为现代工业生产中不可或缺的基础工艺

二、冲压设备概述机械压力机液压压力机利用曲柄连杆机构将旋转运动转化为利用液压系统产生工作力，压力大，往复直线运动，结构简单可靠，生产行程可调，适用于大吨位、低速冲压效率高，是最常用的冲压设备作业伺服压力机气动压力机采用伺服电机驱动，运动参数可精确利用压缩空气作为动力源，结构简控制，能够实现复杂的运动曲线，适单，适合小型、轻载冲压作业合高精度冲压选择合适的冲压设备是冲压生产成功的关键因素之一不同类型的压力机具有各自的特点和适用范围，应根据冲压工艺要求、产品特点和生产批量等因素进行综合选择现代冲压生产线通常配备自动送料系统、废料处理系统和安全保护装置等辅助设备，实现高效、安全的自动化生产机械压力机动力系统电动机提供旋转动力，通过皮带或齿轮传递给主轴传动系统曲柄连杆机构将旋转运动转化为滑块的往复直线运动工作系统滑块带动上模下行，与固定在工作台上的下模共同完成冲压工作控制与保护系统操作控制、超载保护、安全装置等确保设备安全可靠运行机械压力机按结构形式可分为曲柄压力机、肘杆压力机、偏心压力机等多种类型其中曲柄压力机应用最为广泛，适合各种冲裁、弯曲、浅拉深等工艺机械压力机的特点是速度快、效率高、结构坚固可靠，但滑块运动规律固定，不易调整，且在下死点附近压力较小在实际生产中，应根据冲压工艺要求和产品特点选择合适的机械压力机类型和规格，确保设备的公称力、工作台尺寸、行程和冲次等参数满足生产需要液压压力机工作原理结构分类液压压力机基于帕斯卡原理工作，根据液压缸的配置和作用方式，液通过油泵产生高压油，经液压系统压压力机可分为单动、双动和多动传递到液压缸，推动活塞运动，从液压机单动液压机只有一个主工而产生巨大的工作力这种工作方作缸；双动液压机有主工作缸和压式能够提供稳定、可控的压力输边缸，适合复杂拉深工艺；多动液出压机具有多个独立控制的液压缸，能实现复杂的协同动作应用优势液压压力机的最大优点是压力大、行程可调、压力恒定，特别适合大型深拉深件、厚板成形等工艺现代液压压力机配备精密电液控制系统，能够精确控制滑块运动参数，满足高精度冲压需求相比机械压力机，液压压力机具有结构简单、工作平稳、过载保护可靠等优点，但也存在速度较慢、能耗较高、维护成本高等缺点在实际应用中，应根据冲压工艺特点和产品要求选择合适的液压压力机类型和规格伺服压力机工作原理技术特点伺服压力机采用大功率伺服电机直接驱伺服压力机结合了机械压力机和液压压动传动机构，通过高精度控制系统实现力机的优点，具有速度快、精度高、能滑块运动参数的精确控制伺服控制系耗低、适应性强等特点它能够实现滑统能够根据工艺需求调整滑块的位置、块的自由编程控制，滑块可在任意位置速度、加速度和停留时间等参数，实现以任意速度运动，甚至可以在特定位置最佳的工艺效果短暂停留，为复杂冲压工艺提供了理想解决方案应用领域伺服压力机特别适用于高精度、复杂工艺的冲压生产，如精密电子元件、高强度钢板成形、铝合金复杂件拉深等在汽车制造、精密电子、航空航天等领域应用广泛，是当前冲压技术发展的重要方向虽然伺服压力机初期投资成本较高，但其卓越的性能和灵活性能够显著提高生产效率和产品质量，降低模具磨损和能源消耗，从长远看具有明显的经济优势随着伺服控制技术的不断进步和成本的降低，伺服压力机将在冲压领域获得更广泛的应用压力机参数选择第二章冲裁工艺与冲裁模设计冲裁概念与变形过程冲裁是最基本的冲压工序，通过了解其变形机理，可以更好地控制冲裁质量冲裁间隙与质量控制合理的冲裁间隙是获得高质量冲裁件的关键，需要根据材料和厚度科学确定冲裁力计算准确计算冲裁力是选择设备和设计模具的基础，直接关系到生产安全和效率4典型冲裁模结构掌握各类冲裁模的结构特点和设计方法，能够根据生产需求选择最合适的模具类型本章将详细介绍冲裁工艺的理论基础和冲裁模设计的关键技术冲裁是最基础的冲压工序，也是大多数冲压件加工的第一道工序，掌握其工艺原理和模具设计方法对于冲压模具设计至关重要冲裁的概念种3-570%主要冲裁工序应用比例冲孔、落料、切边、修边、冲剪等是最常用的冲约的冲压件加工以冲裁工序开始70%裁工序

0.1-300mm适用板厚范围从极薄的箔材到厚钢板均可采用冲裁工艺冲裁是利用冲模使板料沿闭合曲线分离的冲压工序，是最基础、应用最广泛的冲压工艺根据具体加工目的和特点，冲裁可分为多种类型冲孔是在板料上冲出孔洞，保留外围材料；落料是沿外轮廓线冲裁，保留内部的零件；切边是沿工件边缘切除多余材料；修边是对预成形件的边缘进行精加工；冲剪是将板料切断或切成条状冲裁是大多数冲压加工的第一道工序，为后续的弯曲、拉深等成形工序提供毛坯冲裁工艺的质量直接影响后续工序的加工效果和最终产品质量随着精密冲裁技术的发展，现代冲裁工艺已能够满足高精度零件的直接成形需求，无需后续精加工冲裁变形过程弹性变形阶段塑性变形阶段断裂阶段完成阶段凸模接触板料并施加压力，板料产压力增大，板料在模具边缘产生塑当变形超过材料极限，裂纹形成并板料完全分离，形成冲裁件和废生弹性变形但尚未发生分离性变形，材料开始流动迅速扩展，最终完成分离料，呈现特征性断面形貌冲裁过程是一个复杂的材料分离过程，包括弹性变形、塑性变形、裂纹形成和断裂扩展等阶段在冲裁力的作用下，板料首先在模具刃口处产生弹性变形，随着压力增加转变为塑性变形当变形达到材料的极限后，在模具刃口处形成初始裂纹，裂纹迅速扩展最终导致材料完全分离了解冲裁变形过程对于控制冲裁质量至关重要冲裁件的断面通常包含光亮带和断裂带两个区域，光亮带是塑性变形区域，断裂带是断裂分离区域合理的冲裁工艺应控制好这两个区域的比例，以获得良好的冲裁质量冲裁间隙冲裁间隙是指凸模和凹模工作部分之间的单侧间隙，是影响冲裁质量的最关键因素合理的冲裁间隙能够使上下裂纹顺利连接，形成光滑的断面；过小的间隙会导致二次剪切，增加冲裁力和模具磨损；过大的间隙则会造成毛刺增加和断面质量下降冲裁间隙的确定方法主要有经验公式法、实验法和优化设计法一般情况下，冲裁间隙取板厚的（软材料）或（硬材料）对于精密冲裁，间隙通常更5%-8%4%-6%小，约为板厚的在实际生产中，应根据材料类型、板厚和质量要求灵活确定最佳冲裁间隙1%-3%冲裁力计算减小冲裁力的方法斜刃冲裁阶梯冲裁削弱断面法凸模或凹模的工作面设将凸模设计成不同高度在冲裁线上预先加工凹计成倾斜状，使板料逐的阶梯状，使冲裁过程槽或孔，减小实际冲裁渐变形分离，而非同时分步进行，降低瞬时冲面积，降低所需冲裁分离，可减少冲裁力裁力，减少冲击振动力常用于厚板材料的适用于大型特别适合复杂形状的冲大型冲裁件加工30%-40%冲裁件和厚板材料裁振动冲裁在冲裁过程中对凸模施加高频振动，利用动态效应降低冲裁力，同时改善断面质量技术复杂但效果显著减小冲裁力的方法不仅可以降低设备负荷，延长模具寿命，还能改善加工质量，减少噪音和振动在实际应用中应根据具体情况选择合适的方法，有时可以组合使用多种方法以获得更好的效果冲裁模的分类简单冲裁模复合冲裁模连续冲裁模级进冲裁模结构简单，一次完成一个在一个冲程内同时完成两板料按固定步距连续移最复杂但效率最高的冲裁工序，如单工序的冲孔模个或多个不同工序，如同动，每次冲程完成一个工模，板料沿模具依次经过或落料模优点是制造成时进行冲孔和落料优点序，多次冲程后获得成多个工位，每个工位完成本低，调试维修方便；缺是生产效率高，零件精度品优点是结构相对简不同工序，一次冲程同时点是生产效率较低，需要好；缺点是结构复杂，制单，维修方便；缺点是精加工多个工件优点是生多副模具完成复杂零件的造难度大，成本高适用度受定位影响较大适用产效率极高，自动化程度加工适用于小批量生产于中等批量的复杂零件生于形状不太复杂的中小批高；缺点是设计制造复或形状简单的零件产量零件杂，成本高适用于大批量生产选择何种类型的冲裁模，应综合考虑产品形状复杂度、精度要求、生产批量和经济性等因素一般而言，批量越大，越倾向于选择复杂度高但效率高的模具类型；而对于小批量多品种生产，则宜选择结构简单、通用性好的模具冲裁模的基本结构工作部分凸模与凹模是核心工作部件导向系统确保凸凹模精确对正卸料系统防止材料粘附在模具上废料处理有效排出和收集废料冲裁模的基本结构由四个主要部分组成工作部分包括凸模和凹模，它们的形状和尺寸决定了冲裁件的轮廓和精度；导向系统确保凸模和凹模在工作过程中精确对正，通常由导柱、导套或其他导向机构组成；卸料系统防止板料在冲裁后粘附在模具上，通常采用弹性元件或机械机构实现自动卸料；废料处理装置负责排出和收集冲裁过程中产生的废料，防止废料堆积影响模具正常工作此外，冲裁模还包括上下模座、固定板、支撑板等支撑结构部件，以及定位机构、安全装置等辅助部件模具的各部分通过螺栓、定位销等连接件组装成一个完整的工作系统良好的模具设计应考虑结构强度、使用寿命、操作安全性和维修便捷性等多方面因素凸模与凹模的设计结构形式材料选择热处理要求装配方式整体式凸模钢淬火低温回火过盈配合锁紧螺母Cr12MoV++拼装式凸模钢淬火中温回火间隙配合侧向固定W18Cr4V++镶嵌式凹模轴承钢淬火低温回火过盈配合支撑环GCr15++整体式凹模工具钢淬火多次回火台阶定位螺栓固定T10A++凸模和凹模是冲裁模具的核心工作部件，其设计质量直接决定了冲裁件的精度和模具的使用寿命凸模通常有整体式、拼装式和可转位式等多种结构形式，应根据冲裁形状复杂度和生产批量选择合适类型整体式结构简单可靠，适合中小尺寸的简单形状；拼装式便于局部更换和维修，适合复杂形状；可转位式经济耐用，适合高产量生产模具材料的选择需要综合考虑硬度、耐磨性、韧性和加工性能等因素常用的材料包括各种工具钢、高速钢和硬质合金等热处理工艺对模具性能至关重要，一般要求硬度达到HRC58-，同时保持一定韧性装配方式应确保凸凹模同轴度和工作稳定性，常用的有过盈配合、锥度配合、螺纹连接等方式对于精密冲裁模，还需考虑表面处理和精度保证措施62导向系统设计导柱导套导向模板导向最常用的导向方式利用模板间的配合导向四柱导向配置最稳定可靠结构简单，成本低••双柱导向适合条形零件精度一般，维护要求高••精度可达适合简单模具•

0.01-

0.03mm•精密导向浮动导向用于高精度要求场合允许一定范围内自动调整采用精密滚珠导向可补偿安装误差••精度可达减少侧向力和磨损•

0.005mm•成本高但寿命长适合精密冲裁••导向系统的主要功能是确保凸模和凹模在工作过程中保持精确对准，防止错位和偏斜良好的导向系统可以提高冲裁精度，延长模具寿命，减少故障率导柱导套导向是最常见的方式，通常采用四柱对称布置，材料多为轴承钢，经过精密研磨和热处理，表面硬度达以上GCr15HRC60在设计导向系统时，需要考虑导向精度要求、模具尺寸、工作条件和经济性等因素对于高精度冲裁模，往往采用精密滚珠导向或复合导向系统；而对于一般精度要求，简单的导柱导套系统即可满足需要导向系统的设计应符合标准化和通用化原则，便于维护和零件更换卸料机构设计弹性卸料刚性卸料气动卸料利用弹簧、橡胶垫等弹性元件实现卸利用机械连杆、凸轮等刚性机构实现卸利用压缩空气提供卸料力，可实现大范料，结构简单，使用广泛优点是成本料，卸料力恒定且可靠优点是卸料稳围的力调节优点是力大小可调，动作低，可靠性高；缺点是卸料力不恒定，定，不受速度影响；缺点是结构复杂，平稳；缺点是需要气源，维护要求高随压缩量变化适用于一般冲裁模，特成本高适用于高速冲裁和要求稳定卸适用于需要精确控制卸料力的场合，如别是小型模具常用弹簧包括螺旋弹料力的场合常见的有连杆式、楔块式精密冲裁常与其他卸料方式配合使簧、碟形弹簧和聚氨酯弹簧等等结构用卸料机构的主要功能是防止板料在冲裁后粘附在模具上，确保材料顺利脱离模具合理的卸料设计不仅可以保证生产连续性，还能提高冲裁精度和模具寿命卸料力的计算通常基于材料厚度、强度和冲裁面积，一般取冲裁力的作为卸料力3%-8%在设计卸料机构时，需要考虑卸料力大小、卸料行程、工作频率和操作环境等因素对于复杂模具，往往需要采用多点卸料或复合卸料系统现代冲裁模越来越多地采用可调式卸料机构，以适应不同材料和工况的需要级进模设计工艺分析确定工序数量和加工方法工艺布置安排各工序在模具中的位置连接筋设计保证工件在模具中稳定传送结构设计完成模具各部分的详细设计级进模是现代冲压生产中应用最广泛的高效模具，它能在一套模具中完成多道工序，大大提高生产效率级进模设计的关键是合理的工艺布置，需要考虑工序顺序、工位间距、材料流动路径和废料处理等因素一般原则是将简单工序（如冲小孔）安排在前，复杂工序（如成形、拉深）安排在后，最后进行分离工序连接筋是级进模中的重要设计元素，它保持工件与料带相连，确保工件能够稳定传送到下一工位连接筋的位置、数量和尺寸需要综合考虑工件形状、材料特性和生产稳定性定位系统通常采用导正销和定位孔配合，确保料带准确进给现代级进模往往配备先进的安全保护装置，如料带检测、模具过载保护等，防止误操作导致模具损坏第三章弯曲工艺与弯曲模设计弯曲变形特点弯曲是一种重要的板材成形工艺，通过分析其变形特点可以更好地控制弯曲精度弯曲件回弹与补偿回弹是弯曲成形中的主要问题，了解回弹机理和补偿方法是获得精确弯曲件的关键弯曲力计算准确计算弯曲力是选择设备和设计模具的基础，关系到生产效率和安全4典型弯曲模结构掌握各类弯曲模的结构特点和设计方法，能够根据产品需求选择合适的模具类型本章将详细介绍弯曲工艺的理论基础和弯曲模设计的关键技术弯曲是继冲裁之后最常用的冲压工序，通过它可以将平板材料加工成各种角度件、槽形件等，广泛应用于各类产品制造弯曲的基本概念弯曲定义弯曲特点弯曲是一种使平直材料产生弯折变形的弯曲过程中，材料外层受拉伸变形，内冲压工序通过外力作用，使板材沿一层受压缩变形，中间存在一个既不拉伸定的轴线产生塑性变形，形成所需的角也不压缩的中性层这种变形特点导致度或曲面形状弯曲是最常见的板材成材料厚度在弯曲区域发生变化，外侧变形工艺之一，几乎所有的板材制品都会薄，内侧变厚弯曲后材料会产生回弹用到弯曲工序现象，需要采取相应的补偿措施应用领域弯曲工艺广泛应用于各类角度件、槽形件、波纹件等的制造在汽车、航空、家电、电子、建筑等行业中有大量应用常见的弯曲件包括支架、加强筋、壳体、托盘、导向槽等随着数控折弯技术的发展，弯曲工艺的应用范围不断扩大弯曲工艺的优点是设备简单、操作方便、生产效率高，能够制造各种复杂形状的零件与其他成形方法相比，弯曲不会显著改变材料的厚度和强度特性，材料利用率高，生产成本低掌握弯曲的基本原理和工艺特点，对于设计和制造高质量的弯曲件至关重要弯曲变形分析弯曲回弹现象回弹是弯曲成形中最常见的问题，它指的是板材在弯曲力移除后，由于材料的弹性恢复而导致弯曲角度减小、弯曲半径增大的现象回弹的主要原因是弯曲过程中材料各层产生的弹性变形和不均匀的塑性变形导致的内部应力不平衡当外力移除后，这些内部应力促使材料部分恢复原状，产生回弹影响回弹的因素很多，主要包括材料属性（弹性模量、屈服强度、加工硬化指数等），板材厚度，弯曲半径与板厚比，弯曲角度，以及弯曲工艺参数（弯曲速度、压力保持时间等）一般来说，强度高、弹性模量低的材料（如高强度钢、铝合金）回弹量大；弯曲半径越大，回弹量越大；板材越薄，回弹量越大回弹角可以通过实验测定或理论计算获得，常用的计算公式基于弹性恢复原理，但需要通过实验验证和修正弯曲回弹的补偿方法过度弯曲法过压处理法这是最常用的回弹补偿方法，通过设计比在弯曲到位后，增加压力并保持一段时所需角度更大的弯曲角度，使材料在回弹间，使材料在高应力状态下发生蠕变，减后达到目标角度例如，如果目标是少回弹量这种方法对铝合金等回弹量大，而材料回弹量为，则设计弯曲角的材料特别有效过压处理通常需要增加90°5°度为此方法简单实用，但需要准确的压力，保持时间根据材料特95°20%-30%的回弹数据支持性和厚度确定，一般为秒3-10矫形处理法对已弯曲的工件进行二次校正，通过专用矫形工装或手动调整使其达到所需角度这种方法适用于精度要求高但批量不大的情况，或作为其他方法的补充措施对于复杂形状的弯曲件，可能需要设计专门的矫形工装在实际应用中，针对特定材料和弯曲条件，往往需要建立回弹补偿数据库，通过试验获取不同参数下的回弹量，为模具设计提供依据对于新材料或特殊工况，可以采用有限元分析方法预测回弹行为，减少试验次数现代数控折弯机通常内置回弹补偿功能，能够根据材料、厚度和弯曲参数自动调整弯曲角度，大大提高了弯曲精度和生产效率对于批量生产的重要零件，建议在生产前进行小批量试制，验证回弹补偿方案的有效性，必要时进行调整优化弯曲力计算弯曲模的分类V形弯曲模最常见的弯曲模类型，结构简单，适用于各种角度的弯曲凸模为形或圆弧形，凹模为相应的形槽形模具具有结构简单、成本低、通用性好的特点，可以通过更换不同角度的凸模实现不同角V VV度的弯曲适用于小批量多品种生产U形弯曲模用于加工形槽或盒形件，凸模为形或矩形，凹模有相应的槽形弯曲比形弯曲复杂，因为它包含两个平行的弯曲区域和一个平底区域形弯曲通常需要压料装置防止工件变形，并可能需要U UU VU多次成形或后续矫形处理包边弯曲模用于板材边缘的包覆弯曲，使边缘形成闭合或半闭合的卷边包边弯曲通常需要多次成形，包括预弯和终弯两个阶段这种弯曲模常用于增强工件边缘强度、消除锐边或形成连接结构在家电外壳、汽车车门等产品中应用广泛此外，还有多次弯曲模、可调式弯曲模、旋转式弯曲模等特殊类型，用于特定的弯曲工艺或复杂形状选择何种类型的弯曲模，应考虑产品形状、精度要求、生产批量和经济性等因素对于大批量生产，通常采用专用模具；而对于小批量多品种生产，则倾向于选择通用性好、可调节的模具弯曲模结构设计凸凹模设计压料装置定位机构凸凹模是弯曲模的核心工作部件，其压料装置在弯曲过程中固定板材，防定位机构确保工件在弯曲前准确放形状和尺寸直接决定了弯曲件的质止工件移动和变形常用的有弹簧压置，常用的有定位销、定位块、定位量凸模通常采用整体式结构，材料料、气动压料和液压压料等形式压槽等形式良好的定位设计应满足选用或等工具钢；料力通常取弯曲力的，压一次定位、多次加工的原则，减少Cr12MoV GCr1520%-30%凹模则根据尺寸选择整体式或镶嵌式料面应平滑且有足够的接触面积对操作误差对于多次弯曲的工件，定结构凸凹模的工作表面需经过精密于复杂形状的弯曲件，可能需要设计位系统设计尤为重要，需考虑各次弯加工和热处理，硬度要求特殊形状的压料板曲的相互影响HRC58-62安全装置安全装置保护操作者和设备安全，包括防护罩、双手操作按钮、过载保护装置等现代弯曲模具通常配备传感器监测工件位置和弯曲参数，自动检测异常情况并停机，提高生产安全性弯曲模具的设计应遵循可靠性、经济性和易操作性原则对于批量生产的弯曲件，模具设计还需考虑生产效率和自动化程度随着计算机辅助设计技术的发展，弯曲模具设计越来越精确和高效，能够更好地满足现代制造业的需求第四章拉深工艺与拉深模设计拉深变形特点了解拉深过程中的材料流动和变形规律，是控制拉深质量的基础拉深工艺参数拉深比、减薄率、压边力等参数直接影响拉深成功与否拉深成形极限掌握材料的成形极限，合理设计工艺路线，避免失效拉深模结构不同类型拉深模具的结构特点和设计方法本章将详细介绍拉深工艺的理论基础和拉深模设计的关键技术拉深是一种重要的板材成形工艺，通过它可以将平板坯料制成各种开口空心零件，如杯形件、箱体件等，广泛应用于汽车、家电、厨具等行业拉深是三种基本冲压工艺（冲裁、弯曲、拉深）中最复杂的一种，它涉及复杂的三维变形过程和材料流动控制掌握拉深工艺原理和模具设计方法，对于制造高质量深拉深件至关重要在现代工业生产中，拉深技术不断创新发展，如多点成形技术、温热拉深、数字化模具设计等，为板材成形提供了更多可能性拉深的基本概念拉深定义将平板坯料制成开口空心件的塑性成形工艺拉深特点复杂的三维变形过程，材料流动不均匀主要应用3杯形件、箱体件、壳体、容器等制造拉深是一种将平板坯料制成开口空心件的塑性成形工艺在拉深过程中，凸模向下压入凹模，迫使板材沿凸模外形变形，最终形成所需的空心件与冲裁和弯曲相比，拉深是一个更为复杂的三维变形过程，涉及材料的拉伸、压缩、弯曲等多种变形方式拉深工艺的最大特点是材料流动不均匀，凸缘区材料沿径向向中心流动，同时在切向受压缩；筒壁区主要承受径向拉应力；底部区域则受到双向拉应力作用这种复杂的应力状态使拉深成为板材成形中技术要求最高的工艺之一拉深广泛应用于汽车车身、油箱、轮毂，家电外壳，厨房用具，容器，电子元件外壳等领域随着材料科学和模具技术的发展，拉深工艺能够加工的零件形状越来越复杂，尺寸精度和表面质量也不断提高拉深变形分析凸缘区变形圆角区变形筒壁区和底部区变形凸缘区是材料主要流入区域，承受复杂的凹模圆角区是变形最复杂的区域筒壁区主要受径向拉应力作用应力状态材料经历弯曲拉伸反弯曲过程应力逐渐减小，从凹模圆角处最大•--•径向拉应力，促使材料向中心流动•应力集中，易发生破裂材料厚度通常减薄，减薄率••5%-15%切向压应力，导致材料增厚和起皱•摩擦阻力大，增加拉深难度•底部区受双向拉应力作用，变形较均匀厚度方向压应力，由压边力产生•圆角半径设计至关重要，一般取值为6-10接近平面应力状态•控制凸缘区材料流动是拉深成功的关键，倍板厚合理的圆角设计和润滑条件可以厚度变化较小•过快流动会导致筒壁减薄断裂，过慢流动显著降低拉深难度与凸模底部充分接触，形状由凸模决则会导致凸缘区起皱•定了解拉深过程中各区域的变形特点，对于优化拉深工艺参数、设计合理的模具结构至关重要在实际生产中，应通过调整压边力、模具圆角、润滑条件等参数，实现各区域协调变形，避免断裂和起皱等缺陷拉深工艺参数拉深比减薄率1坯料直径与凸模直径之比，决定了拉深难度拉深后与原板厚相比的减薄程度，影响强度拉深间隙压边力凸模与凹模之间的间隙，通常大于板厚控制材料流动的关键参数，防止起皱拉深比是最重要的工艺参数，它定义为坯料直径与凸模直径的比值拉深比越大，拉深难度越大对于圆形件的首次拉深，最大拉深比通常在之间，D dD/d

1.8-

2.2取决于材料性能和板厚超过最大拉深比时，需采用多次拉深减薄率是衡量拉深质量的重要指标，过大的减薄率会导致零件强度不足或破裂一般控制在5%-15%范围内，关键部位的减薄率应特别关注压边力是控制材料流动的关键参数，过大的压边力会阻碍材料流动，导致筒壁减薄甚至破裂；过小的压边力则不能有效抑制起皱合理的压边力应随拉深过程动态调整，初期较大，后期逐渐减小拉深间隙通常取板厚的倍，过小会增加摩擦和拉深力，过大则可能导致起皱此外，模具圆角半径、润滑条件、拉深速度等也

1.1-

1.3是重要的工艺参数，需要综合考虑和优化拉深成形极限拉深力计算理论计算公式影响因素圆形件拉深力可以通过公式F=π·d·s·σb·k影响拉深力的因素很多，主要包括材料计算，其中d为凸模直径，s为板厚，σb强度和厚度、拉深比、模具几何参数圆为材料抗拉强度，为拉深系数拉深系角半径、间隙等、摩擦条件、拉深速度k数与拉深比、材料性能和工艺条件有等一般来说，材料强度和厚度越大，拉k关，通常在之间这个公式表明拉深力越大；拉深比越大，拉深力也越大；

0.6-

0.8深力主要由筒壁承受的拉应力决定模具圆角半径增大和摩擦减小都能降低拉深力修正系数由于实际拉深过程非常复杂，理论计算往往需要引入修正系数对于非圆形件，需要考虑形状系数；对于特殊材料，需要考虑材料系数；对于多次拉深，需要考虑工序系数修正系数通常通过实验或经验确定，确保计算结果更接近实际情况准确计算拉深力是选择压力机和设计模具的重要依据在实际应用中，为确保安全可靠，选择设备时通常取计算拉深力的倍作为压力机公称力要求此外，还需要考虑压边力，一般取拉深力的

1.5-

2.0，并根据拉深过程动态调整30%-50%对于复杂形状的拉深件，可以采用有限元分析方法预测拉深力和变形过程，提高计算精度通过仿真分析还可以优化工艺参数，预测可能的失效模式，缩短模具开发周期在模具试制阶段，应通过实测拉深力验证计算结果，必要时调整工艺参数和模具结构拉深模的分类单动拉深模结构最简单的拉深模，通过压力机的单一运动实现拉深在凸模下行时，首先由压边圈压紧坯料，然后凸模继续下行完成拉深单动拉深模的压边力由弹簧或气垫提供，不能精确控制，适用于拉深比较小、要求不高的简单拉深件优点是结构简单，成本低；缺点是压边力控制能力有限双动拉深模利用双动压力机的两个独立运动系统，分别控制压边圈和凸模的运动压边圈由外滑块驱动，凸模由内滑块驱动，可以独立控制压边力和拉深力双动拉深模能够实现精确的压边力控制，适用于拉深比大、形状复杂的深拉深件优点是工艺稳定性好，零件质量高；缺点是需要专用设备，成本高多次拉深模用于分多次完成深拉深件的成形，可以是多副独立模具，也可以是一副多工位模具多次拉深能够克服一次拉深比的限制，实现大拉深比零件的加工在多次拉深过程中，通常第一次拉深后需要退火处理，消除加工硬化，恢复材料塑性多次拉深模具的设计需要合理安排各次拉深比，确保材料流动均匀此外，还有复合拉深模（同时完成拉深和其他工序）、反向拉深模（利用反向变形减小应力）、液压拉深模（利用液体介质传递压力）等特殊类型选择何种类型的拉深模，应综合考虑零件形状、尺寸精度要求、生产批量和经济性等因素现代拉深模具设计越来越注重数字化和智能化，通过仿真优化和传感监测提高模具性能和可靠性拉深模结构设计凸模设计凸模形状决定工件内表面形状，需精确加工凹模设计凹模形状决定工件外表面形状，圆角半径关键压边装置控制材料流动的关键机构，压边力可调卸料机构拉深完成后将工件从凸模上卸下的装置拉深模的结构设计是保证拉深质量的关键凸模设计需考虑精度、强度和耐磨性，通常采用整体式结构，材料选用工具钢或硬质合金，表面经过精密加工和热处理凸模顶部圆角半径一般取倍板厚，过小会导致材料3-5撕裂，过大则影响底部平整度凹模设计中最关键的是圆角半径，它直接影响材料流动和应力分布，一般取6-倍板厚凹模内孔直径应考虑拉深间隙，通常为板厚的倍

101.1-

1.3压边装置是拉深模的核心部件，它控制材料的流动速率，防止凸缘起皱压边圈的工作表面应光滑平整，有时设计成特殊形状以调控材料流动现代拉深模具越来越多地采用可变压边力技术，根据拉深过程动态调整压边力，优化材料流动卸料机构用于拉深完成后将工件从凸模上卸下，通常采用弹簧推杆、气动或液压装置对于深拉深件，可能需要设计特殊的卸料装置，确保工件顺利脱模第五章冲压模具材料与热处理模具材料的选择原则模具材料的选择直接影响模具的性能和使用寿命，必须综合考虑工作条件、生产批量、精度要求和经济性等多种因素，选择最适合的材料类型常用模具钢种类及应用不同类型的模具钢具有各自的特点和适用范围，了解各种模具钢的性能特点和应用领域，是合理选择模具材料的基础热处理工艺与要求热处理是模具制造中的关键工序，通过合理的热处理工艺可以显著提高模具的硬度、耐磨性和使用寿命，同时保持适当的韧性表面处理技术表面处理技术可以改善模具表面性能，提高耐磨性、抗粘附性和抗腐蚀性，延长模具寿命，提高加工质量本章将详细介绍冲压模具材料的选择原则、常用模具钢的种类及应用、热处理工艺要求以及表面处理技术模具材料是决定模具性能和寿命的关键因素，选择合适的材料并进行正确的热处理和表面处理，对于制造高质量、长寿命的冲压模具至关重要随着现代工业对冲压零件精度和效率要求的不断提高，模具材料技术也在不断发展，新型模具材料和处理工艺不断涌现，为模具性能提升提供了更多可能性模具材料的要求常用模具钢及应用钢种类别代表牌号主要特点适用范围碳素工具钢、价格低，加工性好，小型简单模具，生产T8T10A淬透性差批量小合金工具钢、硬度高，耐磨好，尺中小型冲裁模，寿命Cr12Cr12MoV寸稳定性好要求高高速工具钢、红硬性好，韧性好，高速冲压，复杂精密W18Cr4V M2价格高模具特种模具材料硬质合金、陶瓷超高硬度，耐磨极超高精度，超大批量佳，脆性大生产碳素工具钢含碳量在之间，价格低廉，加工性能好，但淬透性差，只适用于小型简单模具

0.7%-

1.3%和是常用牌号，主要用于生产批量小、精度要求不高的冲压模具非工作部分或小型简T

80.8%C T10A

1.0%C单模具合金工具钢是冲压模具最常用的材料，添加、、等合金元素，大幅提高了淬透性、耐磨性和尺Cr MoV寸稳定性和是典型代表，适用于各种中小型冲裁模的凸凹模，以及弯曲模、拉深模的工作部Cr12Cr12MoV件高速工具钢含有大量合金元素，具有优异的红硬性、耐磨性和韧性，适用于高速冲压和复杂精密模具钨系和钼系是常用牌号，虽然价格较高，但在高速、重载工作条件下性价比突出此外，还有W18Cr4VM2一些特种模具材料，如硬质合金、陶瓷、金属陶瓷等，硬度极高以上，耐磨性极佳，但脆性WC-Co HRA90大，加工难度高，主要用于超高精度、超大批量的精密冲裁模具在实际应用中，应根据模具的工作条件、精度要求、生产批量和经济性等因素，选择最合适的模具材料模具热处理工艺退火退火是模具钢热处理的第一步，目的是消除内应力，细化组织，降低硬度，改善加工性能退火温度一般在℃，具体取决于钢种球化退火是模具钢常用的退火方式，可使碳化物呈球状分布，大幅提高切削加750-850工性能退火后的硬度通常在之间，便于机械加工HB200-250正火正火主要用于改善模具钢的组织均匀性，细化晶粒，为后续热处理做准备正火温度比退火略高，一般在℃，冷却速度也快于退火，通常在空气中冷却正火后的组织为索氏体或珠光体，硬度略高于退850-900火状态，但组织更均匀，性能更稳定对于大型模具坯料，正火可以改善心部组织淬火淬火是提高模具钢硬度和耐磨性的关键工序淬火温度一般在℃，取决于钢种合金工具钢800-1100如的淬火温度约为℃，高速钢如则需要℃的高温淬火冷却Cr12MoV1020-1050W18Cr4V1250-1280介质包括水、油、盐浴、空气等，选择取决于钢种的临界冷却速度淬火后的硬度可达，但HRC60-65内应力大，脆性高，必须及时回火回火回火是淬火后的必要工序，目的是消除内应力，调整硬度和韧性的平衡回火温度对最终性能影响极大低温回火℃保持高硬度，适合冲裁模；中温回火℃获得较好的硬度韧性150-250350-500-平衡，适合冲裁弯曲复合模；高温回火℃提高韧性，适合拉深模或大型模具重要模具-500-650通常需要进行次回火，以充分稳定组织，消除应力2-3模具热处理质量直接决定模具性能和寿命，必须严格控制每个环节的温度、时间和冷却条件现代模具热处理越来越多地采用真空热处理、可控气氛热处理等先进技术，提高热处理质量和一致性表面处理技术渗碳处理渗氮处理涂层PVD/CVD渗碳是一种在高温下使碳原子渗入钢表层渗氮是在℃的温度下使氮原子渗入物理气相沉积和化学气相沉积500-570PVD CVD的化学热处理工艺处理温度一般在钢表层的处理方法相比渗碳，渗氮温度是现代模具表面处理的先进技术通过在900-℃，渗碳时间根据所需渗碳层深度确低，变形小，但渗层薄一般模具表面沉积极薄的硬质涂层如、

9500.2-

0.6mmTiN定，通常为小时渗碳后的表层含碳量渗氮后表面硬度极高，可达以、、等，可大幅提高表面2-8HV1000TiCN TiAlNCrN可达，经淬火回火后表面硬度上，且具有优异的耐磨性、抗粘附性和抗硬度可达和耐磨性

0.8%-

1.0%HV2000-3000PVD可达，而心部保持较低硬度和腐蚀性渗氮不需要二次淬火，直接获得处理温度低℃，变形小，适合精HRC60-63400-500良好韧性渗碳主要用于中碳钢模具零高硬度表层，特别适合精密模具和已经热密模具；温度高℃，结合CVD800-1000件，如导柱、导套等需要耐磨表面但要求处理的模具气体渗氮、离子渗氮和液体力强，但需要二次热处理这些涂层还具韧性好的部件渗氮是三种主要方法有低摩擦系数和良好的抗粘附性，特别适合处理高速冲压和难加工材料的模具此外，还有表面强化处理如喷丸强化、滚压强化等，通过塑性变形使表层产生压应力，提高疲劳强度和耐磨性表面纹理技术如激光纹理、化学刻蚀等可以改善模具表面的摩擦特性和润滑条件选择何种表面处理技术，应考虑模具工作条件、基体材料、精度要求和经济性等因素现代模具往往采用复合表面处理，如渗氮涂层，以获得最佳综合性能+PVD第六章冲压模具制造工艺工艺路线合理的加工路线是高效制造的基础精密加工先进加工技术确保模具精度和质量装配调试精确装配和细致调试是模具成功的关键质量控制全过程质量管理确保模具性能和寿命本章将详细介绍冲压模具制造的工艺流程、精密加工技术、装配调试方法以及质量检验与控制措施模具制造是将模具设计转化为实际工具的关键环节，制造质量直接决定模具的精度、使用寿命和生产效率现代模具制造技术正在经历数字化、智能化转型，计算机辅助制造、数控加工、增材制造等先进技CAM术的应用，大大提高了模具制造的精度和效率同时，精密测量和质量控制技术的发展，为模具制造提供了可靠的质量保证掌握先进的模具制造工艺和方法，是制造高质量冲压模具的基础模具加工工艺路线毛坯制备根据模具尺寸和形状选择合适的毛坯，包括锻造、铸造或直接切割钢材毛坯应保留足够的加工余量，通常为，并进行必要的热处理如退火或正火，以改善切削性能3-10mm粗加工阶段通过铣削、车削、钻孔、镗孔等方法进行初步成形，去除大部分材料，形成基本轮廓粗加工应保留适当精加工余量，一般为粗加工阶段需考虑热处理变形因素，保留足够补偿量

0.5-2mm热处理阶段根据模具材料和使用要求进行淬火和回火热处理前应进行应力消除处理，减少变形热处理后检测硬度和组织，确保满足要求复杂模具可能需要多次热处理，如粗热处理和精热处理精加工阶段通过精密磨削、电火花加工、线切割、抛光等方法实现最终尺寸和表面质量精加工是模具精度的关键环节，需严格控制加工参数和环境条件，确保尺寸精度和表面质量模具加工工艺路线的设计应遵循先粗后精、先易后难、先基准面后其他面、先内腔后外形的基本原则合理的工艺路线不仅能保证模具质量，还能提高生产效率，降低制造成本对于复杂模具，通常需要制定详细的工艺卡片，明确每道工序的加工方法、设备、工装夹具、加工参数和检验要求随着数控技术和系统的发展，现代模具加工越来越实现数字化和自动化通过集成，可直接从设计CAM CAD/CAM模型生成加工程序，减少人为错误，提高加工效率和一致性对于高精度要求的模具零件，还需考虑材料内应力释放、环境温度控制和加工变形补偿等因素，确保最终精度总结与展望70%自动化程度现代冲压模具制造企业自动化水平不断提高25%成本降低新技术应用带来的生产效率提升和成本降低倍3寿命提升新材料和表面处理技术使模具寿命显著延长5G+智能化技术推动模具制造和冲压生产智能化发展5G本课程系统介绍了冲压模具设计与制造的基本理论和关键技术从冲压基本概念、冲压设备到三大基本工艺（冲裁、弯曲、拉深）的原理和模具设计，再到模具材料选择、热处理及制造工艺，构建了完整的知识体系冲压模具技术作为现代制造业的核心支撑技术，对提高产品质量、降低生产成本、促进产业升级具有重要意义展望未来，冲压模具技术将向数字化、智能化、绿色化方向发展新材料如高性能粉末冶金工具钢、纳米复合涂层的应用将大幅提升模具性能和寿命；数字孪生、人工智能等技术将革新模具设计和制造方式；模拟仿真技术的进步将使一次成功的模具设计成为可能；绿色制造理念下，无润滑冲压、温热成形等环保工艺将获得更广泛应用作为学习者，应不断更新知识结构，掌握新技术、新工艺，才能在行业发展中把握机遇，实现职业成长。