{dy}单元  概述

模具的动作过程：模具的动作过程是指模具在加工工作时所做的往复循环的。

模具的基本组成：按照工作时的位置，可以将模具分为上模和下模两个部分。上模部分与压力机的滑块相连接，包括模柄、上模座、凸模垫板、凸模和导套等；下模部分与压力机的工作台相固定，包括卸料板、凹模、凹模固定板、下模座和导柱等。

下面以聚氨酯橡胶薄板冲裁模为例

图1所示为一个聚氨酯橡胶落料模典型结构。件5为钢制凸模，其形状与冲裁件形状相同．凸模与聚氨酯模垫7共同完成落料加工。由图可见，作为凹摸的聚氨酯模垫是装在容框内的整体聚氨酯橡胶平板。容框尺寸比凸模5每边大0.5～1.5 mm，对于复杂形状的落料件，容框与凸模仿形即可。聚氨酯橡胶垫应比容框大0.5mm。以利于模垫的安装固定。这种模具结构形式不存在修配凸、凹模的间隙问题，从而使模具制造工时大大下降。这种无间隙的冲裁模加工出的工件剪切断而无毛刺，冲压件平整。

图1 聚氨酯橡胶落料模

1—底座（下模座） 2—凸模固定板 3、6、16—螺钉 4—橡胶 5—凸模 聚氨酯橡胶模垫8—垫板  9—模柄 10—上模座 11—容框垫板 12、15—销钉 13—容框 14—卸料板

聚氨酯橡胶也可以做冲孔模或落料一冲孔复合模。在做冲孔模时，为使工件平整，应使用钢制凹模，聚氨酯模垫作凸模。同样为使工件平整，复合模应使用钢制的凸凹模，而使用聚氨酯橡胶模垫做冲孔的凸模和落料的凹模，

此模垫也只是一块玉钢制凸凹模外形防形的平板聚氨酯橡胶。

冲压的基本概念

有关冲压的基本定义有以下的两种定义

冲压是指用模具和冲压设备对金属板料进行加工，以获得所需零件的形状和尺寸的塑性成形方法，也称冷冲压或板料冲压。还有一种是指冲压加工是利用安装在压力机上的模具，对放置在模具内的板料施加变形力，使板料在模具内产生变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。由于冲压加工多是在常温下进行，故此也称冷冲压。

冲压成形是建立在金属塑性变形理论基础上的材料成形工程技术。

     冲压工艺是指冲压加工的具体办法（各种冲压工序的总和）和技术经验。

冲压模具是指将板料加工成冲压零件的特殊专用工具。

板料、模具和冲压设备是构成冲压加工的三个必备要素。

冲压加工的特点及其应用

冷冲压与其他加工方法相比较，以冷冲压与切削工艺相比较为例，冷冲压在技术和经济方面有如下特点：

冷冲压具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、产品尺寸精度稳定、操作简单、容易实现机械化和自动化等一列优点，特别是用于大批量生产。

冲压加工也存在一些缺点，主要表现在冲压加工时的噪声、振动两种公害，这些问题并不是冲压工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备落后所造成。随着科学技术的进步，这些些问题一定会得到解决。

冲压工艺的分类

冲压加工的方法多种多样。但是概括起来可以分为分离工序和成形工序两大类。分离工序又可以分为落料、冲孔、剪切等，其目的是在冲压过程中实现板料与冲压件沿一定的轮廓线相互分离。成型工序可以分为弯曲、拉深、翻孔、翻边、胀形、缩口等，其目的是实现冲压毛坯在不被破坏的前提条件下发生塑性变形，并转化为所要求的制件形状。如下表所示

分离工序

成形工序

冲压技术的发展方向

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压工艺和冲模技术也在不断的革新和发展。冲压加工技术在今后的发展方向和动向，主要集中在以下几个方面：

l  工艺分析计算的现代化。

l  冲压生产的自动化。

l  为适应市场经济的需求，大批量与多品种小批量共存，发展适宜于小批量生产各种简易模具，经济模具和标准化且容易变幻的模具系统。

l  模具计算辅助设计，制造与分析（CAD/CAM/CAE）的研究和应用，将极大提高模具制造效率、提高模具质量、实现模具设计与制造技术的一体化。

{dy}单元      冲压变形的基本原理

金属塑性变形的基本概念

一、塑性变形的物理概念

在外力作用下，金属产生形状与尺寸的变化称为变形，它分为弹性变形和塑性变形。

所有的固体金属都是晶体，原子在晶体所占的空间内有序排列。在没有外力作用时，金属中原子处于稳定的平衡状态，金属物体具有自己的形状与尺寸。施加外力，会破坏原子.

原来的平衡状态，造成原子排畸变图1，引起金属形状与尺寸的变化。

图1晶体变形

a〕无变形 b〕弹性变形 c〕弹性变形+塑性变形 d〕塑性变形

假若除去外力，金属中原子立即恢复到原来稳定平衡的位置，原子排列畸变消失和金属xx恢复了自己的原始形状和尺寸，则这样的变形称为弹性变形（图 1a ）。增加外力，原子排列的畸变程度增加，移动距离有可能大于受力前的原子间距离，这时晶体中一部分原子相对于另一部分产生较大的错动（图 1c ）。外力除去以后，原子间的距离虽然仍可恢复原状，但错动了的原子并不能再回到其原始位置（图 1d ），金属的形状和尺寸也都发生了{yj}改变。这种在外力作用下产生不可恢复的{yj}变形称为塑性变形。

受外力作用时，原子总是离开平衡位置而移动。因此，在塑性变形条件下，总变形既包括塑性变形，也包括除去外力后消失的弹性变形。

二、塑性变形的基本形式

先了解单晶体的变形规律，单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生方式进行。

1.滑移  

滑移是晶体一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相对于另一部分作相对移动。由阻力最小定律滑移总是沿原子排列最密的面的最密排的方向进行。一种滑移面及其面上的一个滑移方向组成一个滑移系。晶体的滑移系越多，则可能出现的滑移位向越多，金属的塑性也越好。晶体的滑移是通过位错的移动而产生的，并不需要整个滑移面上的全部原子一齐移动，而只是在位错中心附近的少数原子发生移动，且它们的移动距离小于一个原子间距故通过位错移动的滑移所需应力要小得多。滑移会在宏观上形成滑移线和滑移带。

2.孪生  

孪生是晶体一部分相对另一部分，对应于一定的晶面（孪晶面）沿一定方向发生转动的结果。孪生时，晶体变形部分中所有与孪晶面平行的原子平面均向同一方向移动，移动距离与该原子面距孪晶面之距离成正比。虽然相邻原子间的位移只有一个原子间距的几分之一，但许多层晶面积累起来便可形成比原子间距大许多倍的变形。金属的临界孪生剪切应力比临界滑移剪切应力大得多，只有在滑移过程很困难时，晶体才发生孪生。孪生对变形过程的直接贡献不大，但是孪生后由于晶体转至新位向，将有利于滑移，因而使金属的变形能力得到提高。滑移和孪生二者往往交替进行。

3.多晶体塑性变形

实际使用的金属都是多晶体，由大小、形状、位向都不xx相同的晶粒组成，各晶粒之间由晶界相连接。多晶体塑性变形包括晶内变形和晶间变形。

(1)    晶内变形   单就一个晶粒来说， 其晶内塑性变形方式同单晶体。多晶体在受到外力作用时，塑性变形首先发生在位向最有利的晶粒中，如图 2a 中的晶粒 A 和 B 。随着外力增加，作用在位向不太有利的滑移面上的切应力达到了塑性变形所需要的数值，塑性变形开始遍及越来越多的晶粒。各晶粒的变形先后不一致，变形量也不一致，在同一晶粒内变形也不一致，这就造成了多晶体变形的不均匀性。

图2 多晶体的塑性变形

a〕晶内变形 b〕晶外变形

2)     晶间变形   多晶体中各晶粒之间在外力的作用下发生相互移动和转动，即晶间变形。对于塑性较差的材料，其晶间结合力弱，晶粒之间的相对移动会破坏晶界面降低晶粒之间的机械嵌合，易于导致金属的破裂。

多晶体塑性变形后会引起下述组织改变：

(1)纤维组织   晶粒沿{zd0}变形方向伸长，形成纤维状的晶粒组织，即纤维组织。

(2)变形织构   塑性变形过程中晶粒形状变化的同时，部分晶粒在空间发生转动（图 2b ），使滑移面移动方向趋于一致，形成变形织构。

具有变形织构的金属，各晶粒的位向接近，力学性能、物理性能等明显地出现各向异性，对其工艺性能和使用都有很大的影响。例如，冷轧钢板具有变形织构组织，在拉深过程中各方向的变形不等，得到的拉深件在口部不平整。

三、金属的塑性与变形抗力

1.塑性及塑性指标

(1)塑性

是指金属在外力作用下，能稳定地发生{yj}变形而不破坏其完整性的能力。它反映了金属的变形能力，是金属的一种重要的加工性能。

(2)塑性指标  

塑性一般以材料开始破坏时的塑性变形量来表示。常用的塑性指标有：

伸长率：

断面收缩率：

镦粗率：

式中   L0 、 A0 ——拉伸试样原始标距长度、原始断面积；

LK 、 A K ——拉伸试样破断后标距间的长度、破断处的断面积；

H 0 、 H K －－ 镦粗试样原始高度、侧表面出现{dy}条裂纹时的高度。

塑性指标是通过实验得出的，各种实验都有其特定的受力状况和变形条件，所以塑性指标仅具有相对的和比较的意义。

2.变形抗力及指标

塑性变形时，使金属产生塑性变形的外力称为变形力，金属抵抗变形的力称为变形抗力。因此，变形抗力反映了使材料产生塑性变形的难易程度。变形抗力和变形力数值相等，方向相反，一般用作用在金属和工具接触面上的平均单位面积变形力表示其大小。压缩变形时的变形抗力即是作用于施压工具表面的单位面积压力，亦称单位流压力。

通常用真实应力作为变形抗力大小的指标。但变形抗力与真实应力是两种不同的概念，真实应力是在单向拉伸（或压缩）试验时作用在试样瞬时断面上的应力，即初始的下的真实应力。金属塑性加工过程多数是在两向或三向应力状态下进行的，对于加工同一种材料，其变形抗力一般要比单向应力状态的真实应力大得多，可达1.5－6倍。因此，变形抗力的大小除了取决于该材料在一定变形温度、变形速度和变形程度下的真实应力外，还取决于塑性加工时的应力状态、接触摩擦及相对尺寸因素等。

四、影响金属塑性和变形抗力的主要因素

(一)影响金属塑性的主要因素

金属的塑性不是固定不变的，它受金属的内在因素（晶格类型、化学成分、组织状态等）和外部条件（变形温度、应变速率、变形的力学状态等）的影响。因此通过创造合适的内、外部条件，就有可能改善金属的塑性行为。

1.化学成分及组织的影响

（1）化学成分的影响   它对金属塑性的影响是很复杂的。工业用的金属除基本元素之外大都含有一定的杂质，有时为了改善金属的使用性能也往往人为地加入一些合金元素。它们对金属的塑性均有影响。 

（2）组织结构的影响   一般情况下，单相组织（纯金属或固溶体）比多相组织的塑性好，固溶体比化合物的塑性好。而多相组织的塑性又与各相的特性、晶粒的大小、形状、分布等有关。

2.变形温度对塑性的影响

就大多数金属和合金而言，总的趋势是：随着温度的升高，塑性增加。但在升温过程中的某些温度区间，塑性会降低，出现脆性区。如碳钢随着温度的升高，塑性增加，但是大约在 200 ～ 250 ° C 、 800 ～ 900 ℃、超过 1250℃三个温度范围内，出现塑性下降，分别称为蓝脆区、热脆区和高温脆区。

3.变形速度对塑性的影响

变形速度对塑性有两个不同方面的影响，谁大谁小，要视具体情况而定。

1）随变形速度的增大，要驱使更多的位错同时运动，使金属的真实流动应力提高，进而使断裂提早，所以使金属的塑性降低。另外，在热变形条件下，变形速度大时，可能没有足够的时间发生回复和再结晶，使塑性降低。

2）随着变形速度的增大，温度效应显著，会提高金属的塑性。

4.应力状态对塑性的影响

主应力状态中的压应力个数越多，数值越大，金属的塑性越好；反之拉应力个数越多，数值越大，其塑性越低。原因是：压应力阻止或减小晶间变形；有利于抑制或xx晶体中由于塑性变形引起的各种微观破坏；能抵消由于不均匀变形所引起的附加应力。

(二) 影响金属变形抗力的主要因素

1.化学成分及组织的影响

1）化学成分的影响  

对于各种纯金属，因原子间作用特性不同，变形抗力也不同。纯度越高，变形抗力越小。不同牌号的合金，组织状态不 间，变形抗力值也不同。如退火的纯铜，常温下的变形抗力为 70Mpa ，而退火的纯铝，变形抗力为 30Mpa 左右，硬铝合金 LY12 ，在退火状态下变形抗力为 100MPa ，淬火时效后为 300MPa （上述数据都是屈服应力）。

合金元素、杂质元素对变形抗力的影响，主要取决于它们与基体原子间的相互作用特性、原子的大小、分布情况及引起基体点阵畸变程度等。一般，合金、杂质含量越高，变形抗力越大。尤其以弥散分布形式，对变形抗力的增大影响较大。 

2.变形温度对变形抗力的影响

温度升高，金属原子 间结合 力降低，变形抗力降低（图 3 ）。但对那些在升温过程中在某些温度区间出现脆性区则存在例外。

图3 碳钢在不同温度下的流动应力

3.变形速度对变形抗力的影响

变形速度的增大使热效应增大，从而使变形抗力降低；另一方面，缩短了变形时间，位错运动的发生与发展的时间不足，又使变形抗力增加。一般来说，随着变形速度的增加，金属的真实应力提高，但提高的程度与变形温度有关。冷变形时变形速度对真实应力影响不大；而在热变形时变形速度的提高会引起真实应力明显提高。实际应用中，为了方便地求得不同温度下的动载流动应力，可将材料静载下的流动应力 S 乘以速度系数 w （也称古布金系数，见表 1 ），即为所求的动载荷下的应力。

4.变形程度对变形抗力的影响

随着变形程度的增加，只要回复和再结晶来不及发生，都会必然产生加工硬化，提高变形抗力。其提高的幅度与材料的硬化率有关。

5.应力状态对变形抗力的影响

塑性理论指出，只有应力差才会导致物体的形状变形。物体受到的静水压力越大，其变形抗力越大。如挤压时金属受三向压应力作用，拉拔时受两压一拉的应力作用，虽然两者产生的变形状态是相同的，但挤压时的变形抗力远大于拉拔时的变形抗力。