第一篇：5-沖壓成形理論-趙軍

研究生課程教學大綱

課程所屬類別：碩士

課程編號：

2080503005

課程名稱：沖壓成形理論

開課院系：機械工程學院

任課教師：趙軍

先修課程：金屬塑性成形原理、沖壓工藝學

適用學科范圍：材料加工工程 學時：24學時

開課學期：2

課程目的和基本要求：

本課程是材料加工工程專業的專業課。

課程教學所要達到的目的是掌握板材沖壓成形的理論與應用問題，如板材成形問題的應力應變狀態特點、厚向異性板的屈服準則、厚向異性板的應力應變關系、板材塑性失穩理論、板材沖壓性能及軸對稱薄板自由脹形理論、軸對稱曲面零件拉深解析理論及板材沖壓成形智能化控制理論等。課程主要內容及學時分配：

第1章 各向異性塑性理論（4學時）

第2章 板材的拉伸失穩及成形極限理論（1學時）第3章 軸對稱薄板自由脹形解析理論（2學時）第4章 圓錐形件拉深過程的實驗力學分析（3學時）第5章 軸對稱曲面件拉深過程解析理論（3學時）第6章 板材成形智能化控制理論（8學時）第7章 板料沖壓性能簡介（3學時）

1、各向異性塑性理論 1）R.Hill各向異性屈服準則

在各向同性材料屈服準則（即H.Tresca屈服準則和Mises屈服準則）的基礎上，講授各向異性板料的應力應變關系及R.Hill各向異性屈服準則。厚向異性板的應力應變關系

主要介紹面內同性，厚向異性的板料在平面應力狀態下的屈服準則、等效應力、等效應變及應變增量（或全量）與應力之間的關系。厚向異性板的屈服軌跡

講授利用參數方程做出的厚向異性板的屈服軌跡及厚向異性指數r對屈服軌跡的影響。

2、板材塑性失穩理論 壓縮失穩

學分：1.5學分

開課形式：授課 介紹板條在受壓狀態下的塑性失穩及筒形件拉深不用壓邊的條件。拉伸失穩

介紹單向拉伸失穩理論和雙向拉伸失穩理論及成形極限理論。理論成形極限圖FLD 講授如何利用板材成形極限圖判斷板材的成形極限。實驗確定成形極限圖的方法—網格技術

介紹利用網格技術確定成形極限圖的方法及成形極限圖的作用。軸對稱薄板自由脹形理論

主要講授軸對稱薄板自由脹形的幾何和力學特點、自由脹形的解析理論基礎、主應力之比與脹形輪廓之間的關系及薄板自由脹形的力學解析等。

4、圓錐形件拉深過程的實驗力學分析

主要講授圓錐形件拉深過程中變形特點、應力應變關系、摩擦條件及實驗力學分析等。

5、軸對稱曲面件拉深過程解析理論

主要講授軸對稱曲面件拉深過程的力學模型、接觸摩擦的簡化處理、拉深力－行程曲線的能量法解析、各變形區質點的等效應變等。

6、板材成形智能化控制理論

主要講授V形彎曲的智能化控制、拉深成形智能化控制、材料性能參數和摩擦系數的在線識別、最佳工藝參數的在線預測及錐形件智能化拉深系統等。

7、板材沖壓性能

1）板材沖壓性能的涵義與構成

主要介紹板材沖壓性能的涵義、沖壓性能的構成及與各種影響因素的關系。

2）板材單向拉伸實驗

介紹用來評定板材沖壓性能的實驗值（包括屈服極限、抗拉強度、屈強比、均勻延伸率、總延伸率、硬化指數及各向異性指數等）的方法。

3）板材沖壓性能的工藝實驗（模擬實驗）

介紹利用模擬生產實際中的某種沖壓成形工藝的方法來測量相應的工藝參數。

4）板材單向拉伸性能與沖壓成形性能的相關性

介紹由單向拉伸實驗測得的板材性能參數與板材沖壓性能之間的關系。

課程主要教材：《板材成形理論》（自編）

主要參考文獻：1 梁炳文,胡世光.板料成形塑性理論.北京:機械工業出版社,1987,12 2 李碩本.沖壓工藝學.北京:機械工業出版社,1983 撰寫人：趙軍

系主任（簽字）：

主管院長（簽字）：

制定時間：2008年12月20日

第二篇：沖壓模具的快速成形技術介紹

沖壓模具的快速成形技術介紹

隨著經濟的快速發展和市場需求的多樣化,人們對產品生產周期的要求越來越短,尤其在小批量甚至單件生產方面,要求現代制造技術不僅要有較高的柔性,還要有更新的、更能滿足市場要求迅速變化的生產模式。數控單元沖壓模具快速成形技術,就是為適應此種狀態而產生的。

單元沖模快速成形的數字化編碼鈑

鈑件的形狀可分割成一些簡單的圖形元素,然后合成所需圖形。例如:矩形是4個直角的合成;波浪形是一些曲線的合成等。因此,對于一些精度要求較高的小批量甚至單件生產的鈑金件,可以用一些通用件迅速組裝成單元沖壓模具,采用數控技術,使之快速成形。將被加工鈑金件看成一個可被分割的平面圖形,對分割出來的簡單圖形元素進行數字化處理。即按其方位進行定位編碼。非等距簡單圖形零件的數字化,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),設現有通用沖頭的寬等于Δx,長等于Δy。缺口1由位置(2,0)以及位置(3,0)合成,缺口2、3、4同樣由兩個位置合成,方孔由8個位置合成。如果采用矩形單元快速成形,可以獲得如圖2所示的二維編碼,由于劃分過細使得到的編碼較長。如果采用正方形單元快速成形,則可以獲得如圖3所示的二維編碼,其編碼減小一半。

快速成形的結構設計

目前，大部分中小型企業尚不具備購買高檔數控沖床的經濟實力，數控單元沖壓模具可以直接安裝在普通沖床上作為簡易數控沖床來使用，上模為凸模機構。光電頭安裝在上模板下方以檢測凸模的起落。坯料的裝夾要根據不同的需要進行設計。料板由步進電機控制絲杠分X,Y方向驅動。下模為凹模機構，直接安裝在工作臺上。

快速成形的控制系統設計

電機驅動及選用，步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。共有3種:永磁式、反應式和混合式。混合式集中了前二種的優點，從性價比方面進行綜合考慮，擬選用步進角1.8o的兩相混合式步進電機。驅動器的型號、種類較多，細分型為考慮對象。因為細分型可消除電機的低頻振蕩，可提高電機的輸出轉矩及分辨率。顧及速度和精度細分系數定為4。

系統硬件設計數控單元沖模是安裝在曲軸式壓力機上的，機床的沖壓原理不變。需要控制的是兩方面內容:首先要確定零點以及各工位點的位置;其次在上沖模往復動作的啟停間被加工件的按編碼所得的X,Y方向的快速進給送料運動以及這兩個動作的協調。即實現沖壓和送料動作的同步控制。

數控系統的人機界面采用鍵盤輸入LED顯示鍵盤具有數字鍵、設定、修改、查尋、X及Y方向的調整、執行等的功能鍵，可用來完成加工程序的輸入、修改及對控制的操作和調整等。操作人員根據被加工件的形狀在計算機上進行編碼，自動生成加工程序，通過串行口將加工程序下載給單片機并且保存在FLASH ROM中。工模安裝后手動調整零位。進入執行后單片機從FLASH ROM中取得加工程序，并計算X,Y方向的步進距離后再將其轉換成相應的步進脈沖數控制X,Y方向的步進電機的轉動步數。當光電信號檢測到上模位于開啟位置時數控系統迅速將待加

工件定位到加工位置，并且啟動沖床上沖模下壓，實現一次沖壓。在沖床帶動上沖模開啟時數控系統迅速地將待加工件移動到下一加工位置等待下次沖壓，直到完成加工停止沖床運動。

系統軟件設計

整個系統由上位機來管理。系統軟件語言采用Visual Basic 6.0編制其集成開東莞市拓步電子有限公司電話：0769-82123458傳真：0769-82123428 網址：http:///發環境(IDE)集設計、修改、調試、生成等功能于一體，人機交互界面十分友好。它是功能強大的Windows環境下的編程語言簡單易學可視化程度高。系統軟件結構采用模塊化結構，共有5個功能模塊:系統開機后進入Windows界面雙擊“數控單元沖模”圖標，即彈出應用界面，可選擇功能模塊。

隨著數控技術、伺服技術、運動元件的發展，以及市場經濟的需要，數控單元沖壓模具快速成形技術得到迅速發展。對于中小型傳統企業，這種結合傳統制造工藝的高新技術無疑是一種投資省，見效J陜，方便、快捷的技術。隨著經濟和科學技術的不斷發展，實現自動上下料裝備、外置模具庫自動換模裝備等，已經擺在人們的面前。可見，數控沖壓的發展是以相關技術和新結構的研制為基礎的。單元沖壓模具快速成形技術，無疑是先進沖壓技術發展的一個新起點 模內攻牙技術

模內攻牙又稱模內攻絲,是一種替代了傳統人工攻牙的新技術,目前傳統的攻牙設備已經不能適應沖壓產品需求,效率太低,加工時間長.遠遠滿足不了市場的需要.模內攻牙技術的導入使得沖壓模具真正的實現了自動化,效率化,攻牙范圍可達到最小M0.6,最大可達到M45.精度可達到0.01mm,模內攻牙技術使的沖出來的產品不需要再進行第二次人工攻牙,其擠壓出來的產品質量有保證,表面光潔度好,效率高,成本低.廣泛應用于沖壓。

制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質合金、鋼結硬質合金、鋅基合金、低熔點合金、鋁青銅、高分子材料等等。目前制造沖壓模具的材料絕大部分以鋼材為主，常用的模具工作部件材料的種類有：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻或中鉻工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質合金、鋼結硬質合金等等。基本分類

a.碳素工具鋼在模具中應用較多的碳素工具鋼為T8A、T10A等，優點為加工性能好，價格便宜。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低。

b.低合金工具鋼低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎上加入了適量的合金元素。與碳素工具鋼相比，減少了淬火變形和開裂傾向，提高了鋼的淬透性，耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代號CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代號GD)等。

c.高碳高鉻工具鋼常用的高碳高鉻工具鋼有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代號D2）、SKD11，它們具有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性，熱處理變形很小，為高耐磨微變形模具鋼，承載能力僅次于高速鋼。但碳化物偏析嚴重，必須進行反復鐓拔（軸向鐓、徑向拔）改鍛，以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能。

d.高碳中鉻工具鋼用于模具的高碳中鉻工具鋼有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它們的含鉻量較低，共晶碳化物少，碳化物分布均勻，熱處理變形

小，具有良好的淬透性和尺寸穩定性。與碳化物偏析相對較嚴重的高碳高鉻鋼相比，性能有所改善。

e.高速鋼高速鋼具有模具鋼中最高的的硬度、耐磨性和抗壓強度，承載能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代號8-4-1）和含鎢量較少的W6Mo5 Cr4V2（代號6-5-4-2，美國牌號為M2）以及為提高韌性開發的降碳降釩 高速鋼 6W6Mo5 Cr4V（代號6W6或稱低碳M2）。高速鋼也需要改鍛，以改善其碳化物分布。

f.基體鋼在高速鋼的基本成分上添加少量的其它元素，適當增減含碳量，以改善鋼的性能。這樣的鋼種統稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲勞強度和韌性均優于高速鋼，為高強韌性冷作模具鋼，材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有 6Cr4W3Mo2VNb（代號65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代號LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代號012AL）等。

g.硬質合金和鋼結硬質合金硬質合金的硬度和耐磨性高于其它任何種類的模具鋼，但抗彎強度和韌性差。用作模具的硬質合金是鎢鈷類，對沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用含鈷量較低的硬質合金。對沖擊性大的模具，可選用含鈷量較高的硬質合金。

鋼結硬質合金是以鐵粉加入少量的合金元素粉末（如鉻、鉬、鎢、釩等）做粘合劑，以碳化 鈦或碳化鎢為硬質相，用粉末冶金方法燒結而成。鋼結硬質合金的基體是鋼，克服了硬質合金韌性較差、加工困難的缺點，可以切削、焊接、鍛造和熱處理。鋼結硬質合金含有大量的碳化物，雖然硬度和耐磨性低于硬質合金，但仍高于其它鋼種，經淬火、回火后硬度可達 68 ~ 73HRC。

h.新材料沖壓模具使用的材料屬于冷作模具鋼，是應用量大、使用面廣、種類最多的模具鋼。主要性能要求為強度、韌性、耐磨性。目前冷作模具鋼的發展趨勢是在高合金鋼D2（相當于我國Cr12MoV）性能基礎上，分為兩大分支：一種是降低含碳量和合金元素量，提高鋼中碳化物分布均勻度，突出提高模具的韌性。如美國釩合金鋼公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊鋼公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一種是以提高耐磨性為主要目的，以適應高速、自動化、大批量生產而開發的粉末高速鋼。如德國的320CrVMo13，等。

選用原則

在沖壓模具中，使用了各種金屬材料和非金屬材料，主要有碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鑄鋼、硬質合金、低熔點合金、鋅基合金、鋁青銅、合成樹脂、聚氨脂橡膠、塑料、層壓樺木板等。

制造模具的材料，要求具有高硬度、高強度、高耐磨性、適當的韌性、高淬透性和熱處理不變形(或少變形)及淬火時不易開裂等性能。

合理選取模具材料及實施正確的熱處理工藝是保證模具壽命的關鍵。對用途不同的模具，應根據其工作狀態、受力條件及被加工材料的性能、生產批量及生產率等因素綜合考慮，并對上述要求的各項性能有所側重，然后作出對鋼種及熱處理工藝的相應選擇。

當沖壓件的生產批量很大時，模具的工作零件凸模和凹模的材料應選取質量高、耐磨性好的模具鋼。對于模具的其它工藝結構部分和輔助結構部分的零件材料，也要相應地提高。在批量不大時，應適當放寬對材料性能的要求，以降低成本。

當被沖壓加工的材料較硬或變形抗力較大時，沖模的凸、凹模應選取耐磨性好、強度高的材料。拉深不銹鋼時，可采用鋁青銅凹模，因為它具有較好的抗粘著性。而導柱導套則要求耐磨和較好的韌性，故多采用低碳鋼表面滲碳淬火。又如，碳素工具鋼的主要不足是淬透性差，在沖模零件斷面尺寸較大時，淬火后其中心硬度仍然較低，但是，在行程次數很大的壓床上工作時，由于它的耐沖擊性好反而成為優點。對于固定板、卸料板類零件，不但要有足夠的強度，而且要求在工作過程中變形小。另外，還可以采用冷處理和深冷處理、真空處理和表面強化的方法提高模具零件的性能。對于凸、凹模工作條件較差的冷擠壓模，應選取有足夠硬度、強度、韌性、耐磨性等綜合機械性能較好的模具鋼，同時應具有一定的紅硬性和熱疲勞強度等。

應考慮材料的冷熱加工性能和工廠現有條件。注意采用微變形模具鋼，以減少機加工費用。對特殊要求的模具，應開發應用具有專門性能的模具鋼，選擇模具材料要根據模具零件的使用條件來決定，做到在滿足主要條件的前提下，選用價格低廉的材料，降低成本。

第三篇：先進材料成形技術與理論大綱

研究生課程教學大綱

課程編號：S292023 課程名稱：先進材料成形技術與理論

開課院系：機電工程學院 任課教師：郭永環 先修課程：理論力學、材料力學、材料成型原理、工程材料等 適用學科范圍：機械工程 學時： 36 開課學期：2 課程目的和基本要求：

本課程主要介紹與材料成型與加工相關的知識，通過本課程的學習，可以使學生對液態成形、連接成形、固態塑性成形、粉末冶金及成形、高分子材料及成形、陶瓷材料及成形、復合材料及成形基本過程有較深入的理解；掌握典型機械零件制造的基本工藝，初步具備根據零件使用要求合理選擇成形工藝以及根據成形工藝要求合理設計零件結構的能力，并能進行簡單的技術經濟性分析。

學分： 2 開課形式：講授

課程主要內容：

第一章 金屬材料與熱處理

主要內容包括金屬材料的機械性能、金屬的晶體結構和結晶、常用的熱處理工藝。第二章 鑄造成型技術

主要內容包括合金的鑄造性能、常用的鑄造合金和鑄造方法、先進液態金屬成型技術。第三章 壓力加工成型技術

主要內容包括壓力加工成型的特點和方法、鍛造和沖壓等常用壓力加工技術、超塑性成形、粉末鍛造等特殊壓力加工新技術。

第四章 焊接成型技術

主要內容包括焊接原理及方法、焊接接頭的組織和性能、常用金屬的焊接、激光焊和微連接技術等新的連接技術。

第五章 粉末冶金及其成型

主要內容包括粉末冶金基礎知識及粉末冶金工藝過程知識。第六章 高分子材料及其成型

主要內容包括工程塑料的分類和工程塑料成型工藝、塑料制品的結構工藝性。第七章 陶瓷材料及成型 主要內容包括陶瓷材料的性能。第八章 復合材料及其成型

主要內容包括復合材料的定義和分類、復合材料成型工藝和應用。第九章 快速成型技術

主要內容包括快速成型技術的原理、分類及特點 第十章 成型材料與方法選擇

主要內容包括材料成型方法選擇的原則、幾種常用的機械零件的毛坯成型方法的選擇方法。

課程主要教材：

樊自田.先進材料成形技術及理論，化學工業出版社，2006 主要參考文獻：

1．劉建華.材料成型工藝基礎，西安電子科技大學出版社，2007 2．毛萍莉.材料成形技術，機械工業出版社，2007 3.毛衛民.金屬材料成形與加工，清華大學出版社，2008

學院審核意見： 學位分委員會審批意見：

簽字： 簽字：

日期： 日期：

第四篇：2012年材料成形理論與技術理論內容

材料成形理論與技術

理論主要是金屬塑性成形理論（講課）

技術液態金屬成形、固態金屬成形，金屬連接成形的先進技術（講座）

第1章緒論

第2章應力分析

第3章應變分析

第4章屈服準則

第5章應力應變關系

第6章主應力法第7章滑移線法

第8章上限法第9章其它方法

第10章 各向異性材料的屈服條件和流動理論

第11章 金屬粘塑性本構關系

第12章 粉末體塑性成形理論

參 考 書

先進材料成形技術與理論樊自田...[等] 編著TB3/202化學工業出版社 2006

現代材料成形新技術徐光, 常慶明, 陳長軍編著TB3/307化學工業出版社2009

特種塑性成形理論與技術 李峰主編 北京大學出版社 2011 金屬塑性成形原理俞漢清主編機械工業出版社2002

第五篇：先進材料成形技術與理論

《先進材料成形技術與理論》 博士考試大綱

一、《先進材料成形技術及理論》課程概述

編 號：MB11001 學時數：40 學 分：2.5 教學方式：講課30、研討

6、實驗參觀4

二、教學目的與要求：

材料的種類繁多，其加工方法各異，近年來隨同科學技術的發展，新材料、材料加工新技術不斷出現。本課程將概述材料的分類及其加工方法的選擇；重點介紹液態金屬精密成形、金屬材料塑性精確成形及金屬連接成形等研究與應用領域的新技術、新理論；闡述材料加工中的共性與一體化技術。本課程作為材料加工工程專業的學位課，將使研究生對材料加工的新技術與新理論有個全面的了解，引導研究生在大材料學科領域進行思考與分析，為從事材料加工工程技術的研究與發展奠定基礎。

三、課程內容：

第一章 材料的分類及其加工方法概述

1.1 材料的分類及加工方法概述

1.2 材料加工方法的選擇（不同材料）及不同加工方法的精度比較（同一種材料）1.3 材料加工中的共性（與一體化）技術 1.4 材料加工技術的發展趨勢

第二章 液態金屬精密成形理論及應用

2.1 材料液態成形的范疇及概述

2.2 消失模精密鑄造原理及應用(原理、關鍵技術、應用實例、缺陷與防治)2.3 Corsworth Process新技術(精密砂型鑄造：鋯英（砂）樹脂砂型、電磁澆注、熱法舊砂再生)2.4 半固態鑄造成形原理與技術（流變鑄造、觸變成形、注射成形）

2.5 鋁、鎂合金的精確成形技術（金屬型鑄造、壓鑄、反重力精密鑄造、精密熔模鑄造等）2.6 特殊凝固技術（快速凝固、定向凝固、振動凝固）

2.7 金屬零件的數字化鑄造（鑄件三維造型、工藝模擬及優化、樣品鑄件快速鑄造、工業化生產及其設計）

2.8 高密度粘土砂緊實機理及其成形技術（高壓造型、氣沖造型、靜壓造型）

第三章 金屬材料塑性精密成形工藝及理論

3.1 金屬塑性成形種類與概述

3.2金屬材料的超塑性及超塑成形（概念、條件、成形工藝）

3.3 復雜零件精密模鍛及復雜管件的精密成形（精密模鍛、復雜管件成形）3.4 板料精密成形（精密沖裁、液壓脹形、其它板料精密成型）

3.5 板料數字化成形（點（錘）漸進成形、線漸進（快速）成形、無模（面、液壓缸作頂模）成形）3.6 特種鍛造（電鐓、擺鍛、輥鍛、其它特種鍛造）3.7 液壓成形（原理、設備、工藝）

3.8 新技術對成形模具的要求（數字化、柔性模具）

第四章 先進連接技術理論及應用

4.1 材料連接成形概述

4.2 幾種新型連接方法的原理及特點

高能密束焊、攪拌磨擦焊、微連接等連接方法基本原理、工藝及應用、復合加工工藝原理及新技術 4.3 典型先進材料的特性、連接工藝與物理冶金

(鋁鋰合金、高溫合金等金屬材料；陶瓷材料、復合材料、有序金屬間化合物、非晶材料等非金屬材料及功能材料的焊接性、連接方法的選擇、接頭性能與工藝特點)4.4 嚴酷條件下的連接技術

(空間連接技術的發展；零重力條件下的焊縫成形與焊接冶金特性；空間結構材料的焊接性。輻射條件下的焊接。水下焊接技術)4.5 材料表面改性新技術

(激光表面改性、氣相沉積、真空熔結、電火花強化等；表面改性技術選擇。)4.6連接接頭質量控制與性能評價

(連接接頭質量控制；接頭性能評價方法；獲得優質結構的現代連接和連接工程學的基本內涵及相關學科之間的關系)4.7 數值模擬與仿真技術在連接成形技術中的應用（數字化連接技術）

第五章 復合化成形加工方法及技術基礎

5． 1 材料成形加工技術的復合化 5．2 5．3 5．4 5．5 5．6 連鑄連軋

成形與精密加工復合化 復合能量場成形 新材料制備與成形一體化 CAD/CAE/CAM一體化技術

第六章 粉末材料及其成形技術

5.1 粉末材料的制備 5.2 粉末冶金原理及應用

5.3 粉末材料噴射成形原理及應用 5.4 粉末材料注射成形原理及應用

四、主要參考文獻：

1、《材料加工新技術與新工藝》，謝建新等，冶金工業出版社，2004

2、《先進材料成形技術與理論》，樊自田等，化學工業出版社，2006