5-冲压成形理论-赵军

第一篇：5-冲压成形理论-赵军

研究生课程教学大纲

课程所属类别：硕士

课程编号：

2080503005

课程名称：冲压成形理论

开课院系：机械工程学院

任课教师：赵军

先修课程：金属塑性成形原理、冲压工艺学

适用学科范围：材料加工工程 学时：24学时

开课学期：2

课程目的和基本要求：

本课程是材料加工工程专业的专业课。

课程教学所要达到的目的是掌握板材冲压成形的理论与应用问题，如板材成形问题的应力应变状态特点、厚向异性板的屈服准则、厚向异性板的应力应变关系、板材塑性失稳理论、板材冲压性能及轴对称薄板自由胀形理论、轴对称曲面零件拉深解析理论及板材冲压成形智能化控制理论等。课程主要内容及学时分配：

第1章 各向异性塑性理论（4学时）

第2章 板材的拉伸失稳及成形极限理论（1学时）第3章 轴对称薄板自由胀形解析理论（2学时）第4章 圆锥形件拉深过程的实验力学分析（3学时）第5章 轴对称曲面件拉深过程解析理论（3学时）第6章 板材成形智能化控制理论（8学时）第7章 板料冲压性能简介（3学时）

1、各向异性塑性理论 1）R.Hill各向异性屈服准则

在各向同性材料屈服准则（即H.Tresca屈服准则和Mises屈服准则）的基础上，讲授各向异性板料的应力应变关系及R.Hill各向异性屈服准则。厚向异性板的应力应变关系

主要介绍面内同性，厚向异性的板料在平面应力状态下的屈服准则、等效应力、等效应变及应变增量（或全量）与应力之间的关系。厚向异性板的屈服轨迹

讲授利用参数方程做出的厚向异性板的屈服轨迹及厚向异性指数r对屈服轨迹的影响。

2、板材塑性失稳理论 压缩失稳

学分：1.5学分

开课形式：授课 介绍板条在受压状态下的塑性失稳及筒形件拉深不用压边的条件。拉伸失稳

介绍单向拉伸失稳理论和双向拉伸失稳理论及成形极限理论。理论成形极限图FLD 讲授如何利用板材成形极限图判断板材的成形极限。实验确定成形极限图的方法—网格技术

介绍利用网格技术确定成形极限图的方法及成形极限图的作用。轴对称薄板自由胀形理论

主要讲授轴对称薄板自由胀形的几何和力学特点、自由胀形的解析理论基础、主应力之比与胀形轮廓之间的关系及薄板自由胀形的力学解析等。

4、圆锥形件拉深过程的实验力学分析

主要讲授圆锥形件拉深过程中变形特点、应力应变关系、摩擦条件及实验力学分析等。

5、轴对称曲面件拉深过程解析理论

主要讲授轴对称曲面件拉深过程的力学模型、接触摩擦的简化处理、拉深力－行程曲线的能量法解析、各变形区质点的等效应变等。

6、板材成形智能化控制理论

主要讲授V形弯曲的智能化控制、拉深成形智能化控制、材料性能参数和摩擦系数的在线识别、最佳工艺参数的在线预测及锥形件智能化拉深系统等。

7、板材冲压性能

1）板材冲压性能的涵义与构成

主要介绍板材冲压性能的涵义、冲压性能的构成及与各种影响因素的关系。

2）板材单向拉伸实验

介绍用来评定板材冲压性能的实验值（包括屈服极限、抗拉强度、屈强比、均匀延伸率、总延伸率、硬化指数及各向异性指数等）的方法。

3）板材冲压性能的工艺实验（模拟实验）

介绍利用模拟生产实际中的某种冲压成形工艺的方法来测量相应的工艺参数。

4）板材单向拉伸性能与冲压成形性能的相关性

介绍由单向拉伸实验测得的板材性能参数与板材冲压性能之间的关系。

课程主要教材：《板材成形理论》（自编）

主要参考文献：1 梁炳文,胡世光.板料成形塑性理论.北京:机械工业出版社,1987,12 2 李硕本.冲压工艺学.北京:机械工业出版社,1983 撰写人：赵军

系主任（签字）：

主管院长（签字）：

制定时间：2008年12月20日

第二篇：冲压模具的快速成形技术介绍

冲压模具的快速成形技术介绍

随着经济的快速发展和市场需求的多样化,人们对产品生产周期的要求越来越短,尤其在小批量甚至单件生产方面,要求现代制造技术不仅要有较高的柔性,还要有更新的、更能满足市场要求迅速变化的生产模式。数控单元冲压模具快速成形技术,就是为适应此种状态而产生的。

单元冲模快速成形的数字化编码钣

钣件的形状可分割成一些简单的图形元素,然后合成所需图形。例如:矩形是4个直角的合成;波浪形是一些曲线的合成等。因此,对于一些精度要求较高的小批量甚至单件生产的钣金件,可以用一些通用件迅速组装成单元冲压模具,采用数控技术,使之快速成形。将被加工钣金件看成一个可被分割的平面图形,对分割出来的简单图形元素进行数字化处理。即按其方位进行定位编码。非等距简单图形零件的数字化,缺口1、2、3、4的(Δx,Δy)均相等,方孔5的(Δx,Δy)均等于2倍的(Δx,Δy),设现有通用冲头的宽等于Δx,长等于Δy。缺口1由位置(2,0)以及位置(3,0)合成,缺口2、3、4同样由两个位置合成,方孔由8个位置合成。如果采用矩形单元快速成形,可以获得如图2所示的二维编码,由于划分过细使得到的编码较长。如果采用正方形单元快速成形,则可以获得如图3所示的二维编码,其编码减小一半。

快速成形的结构设计

目前，大部分中小型企业尚不具备购买高档数控冲床的经济实力，数控单元冲压模具可以直接安装在普通冲床上作为简易数控冲床来使用，上模为凸模机构。光电头安装在上模板下方以检测凸模的起落。坯料的装夹要根据不同的需要进行设计。料板由步进电机控制丝杠分X,Y方向驱动。下模为凹模机构，直接安装在工作台上。

快速成形的控制系统设计

电机驱动及选用，步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。共有3种:永磁式、反应式和混合式。混合式集中了前二种的优点，从性价比方面进行综合考虑，拟选用步进角1.8o的两相混合式步进电机。驱动器的型号、种类较多，细分型为考虑对象。因为细分型可消除电机的低频振荡，可提高电机的输出转矩及分辨率。顾及速度和精度细分系数定为4。

系统硬件设计数控单元冲模是安装在曲轴式压力机上的，机床的冲压原理不变。需要控制的是两方面内容:首先要确定零点以及各工位点的位置;其次在上冲模往复动作的启停间被加工件的按编码所得的X,Y方向的快速进给送料运动以及这两个动作的协调。即实现冲压和送料动作的同步控制。

数控系统的人机界面采用键盘输入LED显示键盘具有数字键、设定、修改、查寻、X及Y方向的调整、执行等的功能键，可用来完成加工程序的输入、修改及对控制的操作和调整等。操作人员根据被加工件的形状在计算机上进行编码，自动生成加工程序，通过串行口将加工程序下载给单片机并且保存在FLASH ROM中。工模安装后手动调整零位。进入执行后单片机从FLASH ROM中取得加工程序，并计算X,Y方向的步进距离后再将其转换成相应的步进脉冲数控制X,Y方向的步进电机的转动步数。当光电信号检测到上模位于开启位置时数控系统迅速将待加

工件定位到加工位置，并且启动冲床上冲模下压，实现一次冲压。在冲床带动上冲模开启时数控系统迅速地将待加工件移动到下一加工位置等待下次冲压，直到完成加工停止冲床运动。

系统软件设计

整个系统由上位机来管理。系统软件语言采用Visual Basic 6.0编制其集成开东莞市拓步电子有限公司电话：0769-82123458传真：0769-82123428 网址：http:///发环境(IDE)集设计、修改、调试、生成等功能于一体，人机交互界面十分友好。它是功能强大的Windows环境下的编程语言简单易学可视化程度高。系统软件结构采用模块化结构，共有5个功能模块:系统开机后进入Windows界面双击“数控单元冲模”图标，即弹出应用界面，可选择功能模块。

随着数控技术、伺服技术、运动元件的发展，以及市场经济的需要，数控单元冲压模具快速成形技术得到迅速发展。对于中小型传统企业，这种结合传统制造工艺的高新技术无疑是一种投资省，见效J陕，方便、快捷的技术。随着经济和科学技术的不断发展，实现自动上下料装备、外置模具库自动换模装备等，已经摆在人们的面前。可见，数控冲压的发展是以相关技术和新结构的研制为基础的。单元冲压模具快速成形技术，无疑是先进冲压技术发展的一个新起点 模内攻牙技术

模内攻牙又称模内攻丝,是一种替代了传统人工攻牙的新技术,目前传统的攻牙设备已经不能适应冲压产品需求,效率太低,加工时间长.远远满足不了市场的需要.模内攻牙技术的导入使得冲压模具真正的实现了自动化,效率化,攻牙范围可达到最小M0.6,最大可达到M45.精度可达到0.01mm,模内攻牙技术使的冲出来的产品不需要再进行第二次人工攻牙,其挤压出来的产品质量有保证,表面光洁度好,效率高,成本低.广泛应用于冲压。

制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。基本分类

a.碳素工具钢在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。

b.低合金工具钢低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。

c.高碳高铬工具钢常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2）、SKD11，它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。

d.高碳中铬工具钢用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形

小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。

e.高速钢高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代号8-4-1）和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2（代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提高韧性开发的降碳降钒 高速钢 6W6Mo5 Cr4V（代号6W6或称低碳M2）。高速钢也需要改锻，以改善其碳化物分布。

f.基体钢在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代号LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代号012AL）等。

g.硬质合金和钢结硬质合金硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用含钴量较高的硬质合金。

钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、钼、钨、钒等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达 68 ~ 73HRC。

h.新材料冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320CrVMo13，等。

选用原则

在冲压模具中，使用了各种金属材料和非金属材料，主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、低熔点合金、锌基合金、铝青铜、合成树脂、聚氨脂橡胶、塑料、层压桦木板等。

制造模具的材料，要求具有高硬度、高强度、高耐磨性、适当的韧性、高淬透性和热处理不变形(或少变形)及淬火时不易开裂等性能。

合理选取模具材料及实施正确的热处理工艺是保证模具寿命的关键。对用途不同的模具，应根据其工作状态、受力条件及被加工材料的性能、生产批量及生产率等因素综合考虑，并对上述要求的各项性能有所侧重，然后作出对钢种及热处理工艺的相应选择。

当冲压件的生产批量很大时，模具的工作零件凸模和凹模的材料应选取质量高、耐磨性好的模具钢。对于模具的其它工艺结构部分和辅助结构部分的零件材料，也要相应地提高。在批量不大时，应适当放宽对材料性能的要求，以降低成本。

当被冲压加工的材料较硬或变形抗力较大时，冲模的凸、凹模应选取耐磨性好、强度高的材料。拉深不锈钢时，可采用铝青铜凹模，因为它具有较好的抗粘着性。而导柱导套则要求耐磨和较好的韧性，故多采用低碳钢表面渗碳淬火。又如，碳素工具钢的主要不足是淬透性差，在冲模零件断面尺寸较大时，淬火后其中心硬度仍然较低，但是，在行程次数很大的压床上工作时，由于它的耐冲击性好反而成为优点。对于固定板、卸料板类零件，不但要有足够的强度，而且要求在工作过程中变形小。另外，还可以采用冷处理和深冷处理、真空处理和表面强化的方法提高模具零件的性能。对于凸、凹模工作条件较差的冷挤压模，应选取有足够硬度、强度、韧性、耐磨性等综合机械性能较好的模具钢，同时应具有一定的红硬性和热疲劳强度等。

应考虑材料的冷热加工性能和工厂现有条件。注意采用微变形模具钢，以减少机加工费用。对特殊要求的模具，应开发应用具有专门性能的模具钢，选择模具材料要根据模具零件的使用条件来决定，做到在满足主要条件的前提下，选用价格低廉的材料，降低成本。

第三篇：先进材料成形技术与理论大纲

研究生课程教学大纲

课程编号：S292023 课程名称：先进材料成形技术与理论

开课院系：机电工程学院 任课教师：郭永环 先修课程：理论力学、材料力学、材料成型原理、工程材料等 适用学科范围：机械工程 学时： 36 开课学期：2 课程目的和基本要求：

本课程主要介绍与材料成型与加工相关的知识，通过本课程的学习，可以使学生对液态成形、连接成形、固态塑性成形、粉末冶金及成形、高分子材料及成形、陶瓷材料及成形、复合材料及成形基本过程有较深入的理解；掌握典型机械零件制造的基本工艺，初步具备根据零件使用要求合理选择成形工艺以及根据成形工艺要求合理设计零件结构的能力，并能进行简单的技术经济性分析。

学分： 2 开课形式：讲授

课程主要内容：

第一章 金属材料与热处理

主要内容包括金属材料的机械性能、金属的晶体结构和结晶、常用的热处理工艺。第二章 铸造成型技术

主要内容包括合金的铸造性能、常用的铸造合金和铸造方法、先进液态金属成型技术。第三章 压力加工成型技术

主要内容包括压力加工成型的特点和方法、锻造和冲压等常用压力加工技术、超塑性成形、粉末锻造等特殊压力加工新技术。

第四章 焊接成型技术

主要内容包括焊接原理及方法、焊接接头的组织和性能、常用金属的焊接、激光焊和微连接技术等新的连接技术。

第五章 粉末冶金及其成型

主要内容包括粉末冶金基础知识及粉末冶金工艺过程知识。第六章 高分子材料及其成型

主要内容包括工程塑料的分类和工程塑料成型工艺、塑料制品的结构工艺性。第七章 陶瓷材料及成型 主要内容包括陶瓷材料的性能。第八章 复合材料及其成型

主要内容包括复合材料的定义和分类、复合材料成型工艺和应用。第九章 快速成型技术

主要内容包括快速成型技术的原理、分类及特点 第十章 成型材料与方法选择

主要内容包括材料成型方法选择的原则、几种常用的机械零件的毛坯成型方法的选择方法。

课程主要教材：

樊自田.先进材料成形技术及理论，化学工业出版社，2006 主要参考文献：

1．刘建华.材料成型工艺基础，西安电子科技大学出版社，2007 2．毛萍莉.材料成形技术，机械工业出版社，2007 3.毛卫民.金属材料成形与加工，清华大学出版社，2008

学院审核意见： 学位分委员会审批意见：

签字： 签字：

日期： 日期：

第四篇：2012年材料成形理论与技术理论内容

材料成形理论与技术

理论主要是金属塑性成形理论（讲课）

技术液态金属成形、固态金属成形，金属连接成形的先进技术（讲座）

第1章绪论

第2章应力分析

第3章应变分析

第4章屈服准则

第5章应力应变关系

第6章主应力法第7章滑移线法

第8章上限法第9章其它方法

第10章 各向异性材料的屈服条件和流动理论

第11章 金属粘塑性本构关系

第12章 粉末体塑性成形理论

参 考 书

先进材料成形技术与理论樊自田...[等] 编著TB3/202化学工业出版社 2006

现代材料成形新技术徐光, 常庆明, 陈长军编著TB3/307化学工业出版社2009

特种塑性成形理论与技术 李峰主编 北京大学出版社 2011 金属塑性成形原理俞汉清主编机械工业出版社2002

第五篇：先进材料成形技术与理论

《先进材料成形技术与理论》 博士考试大纲

一、《先进材料成形技术及理论》课程概述

编 号：MB11001 学时数：40 学 分：2.5 教学方式：讲课30、研讨

6、实验参观4

二、教学目的与要求：

材料的种类繁多，其加工方法各异，近年来随同科学技术的发展，新材料、材料加工新技术不断出现。本课程将概述材料的分类及其加工方法的选择；重点介绍液态金属精密成形、金属材料塑性精确成形及金属连接成形等研究与应用领域的新技术、新理论；阐述材料加工中的共性与一体化技术。本课程作为材料加工工程专业的学位课，将使研究生对材料加工的新技术与新理论有个全面的了解，引导研究生在大材料学科领域进行思考与分析，为从事材料加工工程技术的研究与发展奠定基础。

三、课程内容：

第一章 材料的分类及其加工方法概述

1.1 材料的分类及加工方法概述

1.2 材料加工方法的选择（不同材料）及不同加工方法的精度比较（同一种材料）1.3 材料加工中的共性（与一体化）技术 1.4 材料加工技术的发展趋势

第二章 液态金属精密成形理论及应用

2.1 材料液态成形的范畴及概述

2.2 消失模精密铸造原理及应用(原理、关键技术、应用实例、缺陷与防治)2.3 Corsworth Process新技术(精密砂型铸造：锆英（砂）树脂砂型、电磁浇注、热法旧砂再生)2.4 半固态铸造成形原理与技术（流变铸造、触变成形、注射成形）

2.5 铝、镁合金的精确成形技术（金属型铸造、压铸、反重力精密铸造、精密熔模铸造等）2.6 特殊凝固技术（快速凝固、定向凝固、振动凝固）

2.7 金属零件的数字化铸造（铸件三维造型、工艺模拟及优化、样品铸件快速铸造、工业化生产及其设计）

2.8 高密度粘土砂紧实机理及其成形技术（高压造型、气冲造型、静压造型）

第三章 金属材料塑性精密成形工艺及理论

3.1 金属塑性成形种类与概述

3.2金属材料的超塑性及超塑成形（概念、条件、成形工艺）

3.3 复杂零件精密模锻及复杂管件的精密成形（精密模锻、复杂管件成形）3.4 板料精密成形（精密冲裁、液压胀形、其它板料精密成型）

3.5 板料数字化成形（点（锤）渐进成形、线渐进（快速）成形、无模（面、液压缸作顶模）成形）3.6 特种锻造（电镦、摆锻、辊锻、其它特种锻造）3.7 液压成形（原理、设备、工艺）

3.8 新技术对成形模具的要求（数字化、柔性模具）

第四章 先进连接技术理论及应用

4.1 材料连接成形概述

4.2 几种新型连接方法的原理及特点

高能密束焊、搅拌磨擦焊、微连接等连接方法基本原理、工艺及应用、复合加工工艺原理及新技术 4.3 典型先进材料的特性、连接工艺与物理冶金

(铝锂合金、高温合金等金属材料；陶瓷材料、复合材料、有序金属间化合物、非晶材料等非金属材料及功能材料的焊接性、连接方法的选择、接头性能与工艺特点)4.4 严酷条件下的连接技术

(空间连接技术的发展；零重力条件下的焊缝成形与焊接冶金特性；空间结构材料的焊接性。辐射条件下的焊接。水下焊接技术)4.5 材料表面改性新技术

(激光表面改性、气相沉积、真空熔结、电火花强化等；表面改性技术选择。)4.6连接接头质量控制与性能评价

(连接接头质量控制；接头性能评价方法；获得优质结构的现代连接和连接工程学的基本内涵及相关学科之间的关系)4.7 数值模拟与仿真技术在连接成形技术中的应用（数字化连接技术）

第五章 复合化成形加工方法及技术基础

5． 1 材料成形加工技术的复合化 5．2 5．3 5．4 5．5 5．6 连铸连轧

成形与精密加工复合化 复合能量场成形 新材料制备与成形一体化 CAD/CAE/CAM一体化技术

第六章 粉末材料及其成形技术

5.1 粉末材料的制备 5.2 粉末冶金原理及应用

5.3 粉末材料喷射成形原理及应用 5.4 粉末材料注射成形原理及应用

四、主要参考文献：

1、《材料加工新技术与新工艺》，谢建新等，冶金工业出版社，2004

2、《先进材料成形技术与理论》，樊自田等，化学工业出版社，2006