最新冷镦模具设计基础知识大全

c．应力状态对塑性及变形抗力的影响 在外力作用下，金属内部产生内力，其单位面积之强度称之为应力。
受力金属处于应力状态下。
从变形体内分离出一个微小基元正方体，在所取的正方体上，作用有 未知大小但已知方向的应力，把这种表示点上主应力个数及其符号的 简图叫主应力图。
表示金属受力状态的主应力图共有九种，其中四个为三向主应力图， 三个为平面主应力图，两个为单向主应力图，如图36-1所示。
(3)扭转试验
扭转试验是以试样在扭断机上扭断时的扭转角或扭转圈数来表示的。 生产中最常用的是拉伸试验和镦粗试验。不管哪种试验方法，都是相 对于某种特定的受力状态和变形条件的。由此所得出的塑性指标，只 是相对比较而言，仅说明某种金属在什么样的变形条件下塑性的好坏。
1.1.3 影响金属塑性及变形抗力的主要因素
d．冷变形硬化对金属塑性及变形抗力的影响
金属经过冷塑性随着变形程度的增加，所有的强度指标（弹性极限、比例极限、 流动极限及强度极限）都有所提高，硬度亦有所提高；塑性指标（伸 长率、断面收缩率及冲击韧性）则有所降低；电阻增加；抗腐蚀性及 导热性能降低，并改变了金属的磁性等等，在塑性变形中，金属的这 些性质变化的总和称作冷变形硬化，简称硬化。
磷在钢中使变形抗力提高，塑性降低。含磷高于0.1%～0.2%的钢具 有冷脆性。一般钢的含磷量控制在百分之零点零几。
其他如低熔点杂质在金属基体的分布状态对塑性有很大影响。 总之，钢中的化学成分愈复杂，含量愈多，则对钢的抗力及塑性的影
响也就愈大。这正说明某些高合金钢难于进行冷镦（压）加工的原因。 b．变形速度对塑性及变形抗力的影响 变形速度是单位时间内的相对位移体积：
钢中随含碳量的增加，则钢的抗力指标（бb、бp、бs等）均增高， 而塑性指标（ε、ψ等）均降低。在冷变形时，钢中含碳量每增加 0.1%，其强度极限бs大约增加6～8 kg/mm2。

2. 变形力的简单计算
冷镦加工与冷镦变形力有着密切的关系。冷镦变形力是确定工艺参数、 模具设计、设备设计和选择设备的重要依据。在正常生产中，一般不需经 常进行变形力的计算，但对于非标零件与几何形状复杂零件加工时，为便 于合理地选用设备、设计工艺和模具等，必要时需要进行变形力计算，所 以必须掌握变形力的计算方法。
形过程中,随着变形的增大,由于冷作硬化
变形抗力 (N/mm2)
作用使金属的硬度和强度随之增大， 变形抗力也大大增加，而塑性却有所降 低，这将给后道工序带来变形的困难。
电工纯铁
金属材料冷作硬化后实际变形抗力如
图1.1-1所示,材料的含碳量越高，其变
形抗力越大。所以，在冷加工过程中需
适当增加中间热处理工序，以消除冷作硬 化和内应力。
4.冷镦变形力计算方法 F=KσT A 式种： F — 冷镦变形力 (MPa)
K — 镦锻头部的形状系数, 一般螺钉、螺栓取 2～2.4 σT — 考虑到冷作硬化后的变形抗力
σT = σbIn (A/A0) (MPa) σb — 金属材料的强度极限 (MPa)
A — 镦锻后头部的最大投影面积 (mm2) A0 —镦锻前坯的断面积 (mm2)
冷镦工艺与模具设计
一、冷镦变形工艺一些基本概念
1. 金属变形的基本概念
a. 金属的结构 一切金属的组织是由许多小晶体组成的，这些小晶体称为“晶粒” 。 常用冷镦材料的晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方 晶格 。
b. 金属变形的基本概念 金属材料在外力作用下，所引起尺寸和形状的变化称为“变形”。
表面润滑要求
冷镦材料的改制过程
材料热处理—低温去应力退火、完全退火、球化退火（对于C>0.25% 中碳钢，为了满足冷变形工艺要求，常需要进行球化退火。）、固溶 处理（对于冷镦用的1Cr18Ni9Ti等奥氏体不锈钢，需采用固溶处理方 法，实现钢材软化。）

2023
冷镦基础知识和工艺分析 ppt
contents
目录
• 冷镦成型工艺简介 • 冷镦成型工艺特点 • 冷镦成型工艺影响因素 • 冷镦成型工艺应用场景 • 冷镦成型工艺发展趋势 • 冷镦成型工艺常见问题及解决方案
01
冷镦成型工艺简介
冷镦成型工艺定义
冷镦成型工艺是指利用模具在常温下对金属坯料施加压力， 使其产生塑性变形而形成所需形状和尺寸的零件的一种成型 方法。
03
在冷镦成型工艺中，模具是关键的工艺装备之一，其结构形式、材料选择、热 处理工艺等因素直接影响到零件的质量和生产效率。
02
冷镦成型工艺特点
提高生产效率
加工效率
采用多工位冷镦成型方式，可同时处理多个零件，提高生产效率。
生产周期
通过减少或消除加热、矫直、打磨等辅助工序，缩短了生产周期。
提高零件强度
材料纯净度
3
材料中的杂质会对成型效果产生不良影响。
模具设计因素
模具结构
合理的模具结构可以降低成型难度和提高成型效 果。
模具材料
模具材料的硬度、耐磨性和抗冲击性能对成型效 果有影响。
模具加工精度
模具加工精度对成型件的尺寸和形状精度有影响 。
工艺参数选择
冷镦速度
速度过快会导致成型不充分，速 度过慢则会影响生产效率。
优化材料性能
材料利用率
冷镦成型工艺可以最大限度地利用原材料，提高材料的利用率，降低生产成本。
性能优化
通过合理的材料选择和冷镦工艺优化，可以进一步优化零件的性能，提高其使用 效果和寿命。
03
冷镦成型工艺影响因素
材料因素
1 2
材料硬度
硬度过高会导致成型困难，硬度过低则会使成 型效果不佳。

和使用性能。
04
冷镦模具的应用与发展
冷镦模具的应用范围
汽车零件制造
冷镦模具被广泛应用于汽车零件的制造，如 螺栓、螺母、齿轮等。
机械制造业
机械制造业中，冷镦模具用于生产各种紧固 件、连接件等。
建筑行业
在建筑行业中，冷镦模具用于生产钢筋、螺 杆等紧固件。
其他行业
如航空航天、电子、家具、家电等行业，都 离不开冷镦模具的应用。
冷镦模具的结构设计应考虑成形 工艺的特点，如拉伸、冲压等， 以及零件的形状、尺寸和材料等
因素。
冷镦模具的材料选择
01
根据成形工艺和零件材料的不同，冷镦模具的材料选择也有所 不同。
02
常用的冷镦模具材料包括优质碳素结构钢、合金结构钢、不锈
钢、硬质合金等。
在选择冷镦模具材料时，需要考虑材料的耐磨性、抗冲击性和
提高解决实际问题的能力。
展望
随着制造业的快速发展，冷镦模具设 计领域面临着越来越多的挑战和机遇 。未来，该领域将更加注重技术创新 和跨学科融合，推动产业升级和发展 。
新材料和新工艺的不断涌现将为冷镦 模具设计带来更多的可能性，如采用 高性能材料制造高精度、长寿命的模 具，以及利用3D打印技术实现快速原 型制作等。
此外，随着智能制造和数字化转型的 加速推进，冷镦模具设计将更加注重 信息化和智能化，实现数据驱动的设 计优化和生产自动化。
06
参考文献与致谢
参考文献
01
参考文献1
作者1，书名，出版社，出版年份 。
参考文献3
作者3，书名，出版社，出版年份 。
03
02
参考文献2
作者2，书名，出版社，出版年份 。
参考文献4
作者4，书名，出版社，出版年份 。

定制化
绿色环保
随着个性化消费需求的增加，冷镦模具设 计正朝着定制化方向发展，以满足不同客 户的需求。
随着环保意识的提高，冷镦模具设计正朝 着绿色环保方向发展，采用环保材料和工 艺，降低能耗和减少废弃物排放。
技术展望
数字化设计
利用数字化技术进行冷镦模具设计， 实现参数化、可视化和优化设计，提 高设计效率和精度。
模具表面处理技术
总结词
模具表面处理技术是提高模具表面性能的关 键环节，它涉及到表面涂层、表面强化以及 表面改性等方面。
详细描述
常用的模具表面处理技术包括渗碳淬火、氮 化处理、离子注入、物理气相沉积（PVD） 、化学气相沉积（CVD）等。通过表面处理 技术，可以改变模具表面的成分、结构和性 能，从而提高模具的耐磨性、耐腐蚀性和抗 疲劳性能，延长模具的使用寿命。
模具材料处理
总结词
模具材料处理是保证模具性能的重要环节，它涉及到材料的选用、材料的加工以及材料 的热处理等方面。
详细描述
在选择模具材料时，需要考虑材料的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及热稳定性等因 素。同时，还需要根据材料的特性，选择合适的加工工艺，如铸造、锻造、切削加工、 电火花加工等。此外，合理的热处理工艺可以充分发挥材料的潜力，提高模具的使用寿
增材制造
利用增材制造技术进行冷镦模具制造 ，实现快速原型制造和个性化定制。
智能检测
利用智能检测技术对冷镦模具进行质 量检测和寿命预测，提高产品质量和 可靠性。
虚拟仿真
利用虚拟仿真技术进行冷镦模具设计 和分析，实现虚拟装配和优化设计。
THANK YOU
命。
模具热处理工艺
总结词
模具热处理工艺是提高模具性能的关键 环节，它涉及到加热、保温和冷却等过 程。

c．应力状态对塑性及变形抗力的影响 ． 在外力作用下，金属内部产生内力，其单位面积之强度称之为应力。 在外力作用下，金属内部产生内力，其单位面积之强度称之为应力。 受力金属处于应力状态下。 受力金属处于应力状态下。 从变形体内分离出一个微小基元正方体，在所取的正方体上， 从变形体内分离出一个微小基元正方体，在所取的正方体上，作用有 未知大小但已知方向的应力， 未知大小但已知方向的应力，把这种表示点上主应力个数及其符号的 简图叫主应力图。 简图叫主应力图。 表示金属受力状态的主应力图共有九种，其中四个为三向主应力图， 表示金属受力状态的主应力图共有九种，其中四个为三向主应力图， 三个为平面主应力图，两个为单向主应力图，如图36-1所示。 所示。 三个为平面主应力图，两个为单向主应力图，如图 所示
1.1.3 影响金属塑性及变形抗力的主要因素 金属的塑性及变形抗力的概念：金属的塑性可理解为在外力作用下， 金属的塑性及变形抗力的概念：金属的塑性可理解为在外力作用下， 金属能稳定地改变自己的形状而质点间的联系又不被破坏的能力。 金属能稳定地改变自己的形状而质点间的联系又不被破坏的能力。并 将金属在变形时反作用于施加外力的工模具的力称为变形抗力。 将金属在变形时反作用于施加外力的工模具的力称为变形抗力。 影响金属塑性及变形抗力的主要因素包括以下几个方面： 影响金属塑性及变形抗力的主要因素包括以下几个方面： a．金属组织及化学成分对塑性及变形抗力的影响 ． 金属组织决定于组成金属的化学成分，其主要元素的晶格类别， 金属组织决定于组成金属的化学成分，其主要元素的晶格类别，杂质 的性质、数量及分布情况。组成元素越少，塑性越好。 的性质、数量及分布情况。组成元素越少，塑性越好。例如纯铁具有 很高的塑性。碳在铁中呈固熔体也具有很好的塑性，而呈化合物， 很高的塑性。碳在铁中呈固熔体也具有很好的塑性，而呈化合物，则 塑性就降低。如化合物Fe3C实际上是很脆的。一般在钢中其他元素 实际上是很脆的。 塑性就降低。如化合物 实际上是很脆的 成分的增加也会降低钢的塑性。 成分的增加也会降低钢的塑性。 钢中随含碳量的增加，则钢的抗力指标（бb、бp、бs等 均增高， 钢中随含碳量的增加，则钢的抗力指标（бb、бp、бs等）均增高， 而塑性指标（ 均降低。在冷变形时， 而塑性指标（ε、ψ等）均降低。在冷变形时，钢中含碳量每增加 0.1%，其强度极限бs大约增加6 бs大约增加 kg/mm2。 ??) 0.1%，其强度极限бs大约增加6～8 kg/mm2。(??) 硫在钢中以硫化铁、硫化锰存在。硫化铁具有脆性， 硫在钢中以硫化铁、硫化锰存在。硫化铁具有脆性，硫化锰在压力加 工过程中变成丝状得到拉长， 工过程中变成丝状得到拉长，因而使在与纤维垂直的横向上的机械指 数降低。所以硫在钢中是有害的杂质 含量愈少愈好。 硫在钢中是有害的杂质， 数降低。所以硫在钢中是有害的杂质，含量愈少愈好。

assemblymaindiesdieconstruction模具的材质hotworksteel耐热钢highspeedsteel高速钢carbideinsert钨钢assemblymaindiesdiedesign模具设计的类型solidmaindie实心主模stepsolidmaindie台阶实心主模diepieceinsert套片整装主模stepdiepieceinsert台阶套片整装主模assemblymaindiesdiedesign模具设计的类型lowcost成本低廉normalcost成本一般easyassemble组装简易easyassemble组装简易longtoollife模具寿命长久toollifeshorter模具寿命较短someassemblyproblem某些组装问题someassemblyproblem某些组装问题difficultalignment对齐困难difficultalignment对齐困难shortdiepiecelife套片寿命短shortdiepiecelife套片寿命短highcost成本昂贵veryhighcostdifferentdiedesigns不同模具设计的成因成本最昂贵assemblymaindiesdiesurfacefinishing模具表面加工的重要性grindingmarkspromotecracks模具研磨纹路造成脆裂roughsurfacespromotegalling粗糙的表面造成表面磨伤poorinternalsurfacecausesshortkoplife粗糙的内孔面缩短顶针使用寿命sharpradiuscausesdiechipfracture模具尖角太锋利造成模具脆裂或破损assemblymaindiescompressivestress压应力05hotshrinkfitinterference05预热组合的过盈配合量propercompressivestressreducematerialbreathingduringforming适当的压力可减少在冷锻时材料的伸展increaseproductdimensionstability增加产品尺寸的稳定性extendtoollife延长模具寿命05taperpressinterference05斜角部分的过盈配合量05coldpressinterference05冷装组合过盈配合量a

实例三：多工位冷镦模具设计
总结词
多工位冷镦模具设计是较为复杂的，需要考 虑多个工位的协调和加工精度的保证等因素 。
详细描述
多工位冷镦模具设计需要考虑多个工位的协 调和加工精度的保证等因素。在确定设计方 案时，需要考虑每个工位的加工任务和顺序 ，以及各个工位之间的相互关系。在制造过 程中，需要采用高精度的加工设备和工艺， 以保证每个工位的加工精度和质量。此外，
05
未来冷镦模具设计的发展趋势
Chapter
高精度、高强度、高效率的趋势
高精度
随着制造业的不断发展，对冷镦 模具的精度要求越来越高，设计 师们需要关注模具的加工制造精 度，提高模具的重复使用率和生
产效率。
高强度
为了满足高强度材料的需求，冷 镦模具需要具备更高的耐磨性和 抗冲击性能，同时要优化模具结
实例二：复杂零件的冷镦模具设计
总结词
复杂零件的冷镦模具设计较为复杂，需要考虑材料、尺寸、结构、制造和维修等因素，同时需要采用多种工艺。
详细描述
复杂零件的冷镦模具设计需要考虑材料的选择，以及材料之间的匹配。在确定尺寸时，需要考虑零件的用途、批 量和精度等因素。在结构设计时，需要考虑零件的形状、尺寸和精度等因素。此外，还需要考虑制造和维修等因 素。为了实现复杂零件的冷镦加工，需要采用多种工艺，如多工位冷镦、弯曲、切边等。
在冷镦过程中，模具会受 到周期性的应力循环作用 ，模具设计需考虑材料的 疲劳强度特性。
03
冷镦模具设计实例分析
Chapter
实例一：简单零件的冷镦模具设计
总结词
简单零件的冷镦模具设计相对较为简单 ，主要考虑材料、尺寸和结构等因素。
VS
详细描述
简单零件的冷镦模具设计通常需要考虑材 料的性质、尺寸和结构等因素。在选择材 料时，需要考虑材料的强度、韧性和耐磨 性等因素。在确定尺寸时，需要考虑零件 的用途和生产批量等因素。在结构设计时 ，需要考虑零件的形状和尺寸等因素。此 外，还需要考虑模具的制造和维修等因素 。

汽车制造
研发用于汽车制造的冷镦产品，提高汽车制造效 率和性能。
高压容器
进一步拓展冷镦工艺在高压容器等领域的应用， 提高设备的安全性和性能。
市场发展趋势和前景展望
市场需求持续增长
随着制造业的发展，冷镦市场的需求将持续增长。
竞争加剧
随着更多的企业进入冷镦市场，竞争将变得更加激烈。
产品升级与换代
随着技术的进步和应用领域的拓展，冷镦产品将不断升级和换代。
定义工艺参数
根据产品要求和材料特性，确定冷镦压型的工艺参数，如压力、 速度、温度等。
操作设备
根据设定的工艺参数，操作冷镦设备进行压型。
检查产品质量
在冷镦压型过程中，需要随时检查产品质量，如直径、高度等参 数是否符合要求。
后续处理
去除毛刺
由于冷镦工艺是金属材料在低 温下进行加工，所以可能会产 生毛刺，需要进行去除处理。
材料选择
模具材料的选择对冷镦工艺的质量和效率有重要影响。常见的模具材料包括碳素工具钢、 合金工具钢、高速钢等。
其他辅助设备与工具
定义
除了冷镦机和模具外，冷镦工艺还需要其他辅助设备和工具，如起重机械、运输 工具、测量仪器等。
功能
辅助设备和工具在冷镦工艺中起到重要作用，如起重机械用于吊装模具和工件， 运输工具用于物料运输，测量仪器用于检测工件尺寸等。
06
冷镦发展方向和前景
技术创新方向
高效节能技术
研发更高效的冷镦设备和工艺，提高生产效率，降低能源消耗。
自动化与智能化
应用先进的自动化和智能化技术，实现生产过程的自动化控制和 智能化管理。
精细化与超精密加工
研究和发展更精细和超精密的冷镦加工技术，提高产品质量和精 度。

形），但金属本身的完整性又不会被破坏的变形，称为塑性变形。 塑性的好坏通过伸长率、断面收缩率、屈服极限来表示。
1.1.2 塑性的评定方法
为了评定金属塑性的好坏，常用一种数值上的指标，称为塑性指标。 塑性指标是以钢材试样开始破坏瞬间的塑性变形量来表示，生产实际 中，通常用以下几种方法：
(1)拉伸试验
1.1.4 提高金属塑性及降低变形抗力的工艺措施
针对影响金属塑性及变形抗力的主要因素，结合生产实际，采取有效 的工艺措施，是完全可以提高金属塑性及降低其变形抗力的，生产中， 常采取的工艺措施有：
a．坯料状况
冷镦用原材料，除了要求化学成份、组织均匀，不要有金属夹杂等以 外，一般要对原材料进行软化退火处理，目的在于消除金属轧制时残 留在金属内部的残余应力，使组织均匀，降低硬度，要求冷镦前金属 的硬度HRB≤80。对中碳钢，合金钢一般采取球化退火，目的是除消 除应力、使组织均匀外，还可改善金属的冷变形塑性。
d．冷变形硬化对金属塑性及变形抗力的影响
金属经过冷塑性变形，引起金属的机械性能、物理性能及化学性能的 改变。随着变形程度的增加，所有的强度指标（弹性极限、比例极限、 流动极限及强度极限）都有所提高，硬度亦有所提高；塑性指标（伸 长率、断面收缩率及冲击韧性）则有所降低；电阻增加；抗腐蚀性及 导热性能降低，并改变了金属的磁性等等，在塑性变形中，金属的这 些性质变化的总和称作冷变形硬化，简称硬化。
主应力由拉应力引起的为正号，主应力由压应力引起的为负号。
在金属压力加工中，最常遇到的是同号及异号的三向主应力图。在异 号三向主应力图中，又以具有两个压应力和一个拉应力的主应力图为 最普遍。
同号的三向压应力图中，各方向的压应力均相等时（б1=б2=б3），并 且，金属内部没有疏松及其它缺陷的条件下，理论上是不可产生塑性 变形的，只有弹性变形产生。

Proper compressive stress to reduce material breathing during forming
适当的压力可减少在冷锻时材料的伸展
1.
Increase product dimension stability
增加产品尺寸的稳定性
1.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Extend tool life
Assembly and setup of COD & COK 2 Basic Mechanism of Shearing (Half Cut COK) 半剪
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
No Control of Blank Different Shear Patterns Blank Not Straight Big Roll-over Low Cost Easy to Setup Long Tool Life
Tool Life Shorter
模具寿命较短
Some Assembly Problem
某些组装问题
Some Assembly Problem
某些组装问题
Difficult to Alignment
对齐困难
Difficult to Alignment
对齐困难
Short Die-piece Life
套片寿命短
Short Die-piece Life
套片寿命短
High Cost
成本昂贵
Very High Cost
The REASON for different die designs 不同模具设计的成因
成本最昂贵
Assembly and setup of main dies • Importance of Die Surface Finishing

05
冷工
材料选择优化
总结词
选择合适的材料是冷镦工艺优化的关键，直接影响产品 的质量和生产效率。
详细描述
在选择材料时，应考虑材料的机械性能、加工难度、成 本等因素，根据产品用途和要求进行权衡。对于高强度、 耐磨性要求较高的产品，应选用高碳钢、合金钢等材料； 对于需要轻量化的产品，可选用铝合金、镁合金等轻质 材料。
模具设计优化
总结词
合理的模具设计能够提高冷镦产品的质量和生产效率， 降低生产成本。
详细描述
在模具设计过程中，应充分考虑产品的形状、尺寸、 精度要求等因素，合理设计模具结构、确定模具材料 和热处理工艺。同时，应注重模具的耐磨性和使用寿 命，以提高生产效率和产品质量。
设备调整优化
总结词
设备调整是实现冷镦工艺优化的重要环节，通过对设 备的合理调整可以提高生产效率和产品质量。
THANKS
感
01
02
03
04
螺栓、螺母等紧固件的生产。
汽车、摩托车等机械制造业的 零部件生产。
五金工具、电器等行业的零部 件生产。
其他需要大量金属塑性加工的 领域。
02
冷基知
冷镦材料
冷镦材料的选取对冷镦工艺的成功与 否具有决定性影响。
冷镦材料应具备足够的塑性和韧性， 以便在冷镦过程中不易开裂或破裂。 常用的冷镦材料包括低碳钢、不锈钢、 铜合金和铝合金等。
冷镦模具
冷镦模具的设计和制造质量直接影响产品的精度和生产效率。
冷镦模具应具备足够的强度和耐磨性，以确保在多次使用后 仍能保持精度。模具设计应充分考虑材料的流动性和成型性， 以获得理想的冷镦产品。
冷镦设备
冷镦设备是实现冷镦工艺的重要工具，其性能和稳定性对 生产过程具有重要影响。