兰州理工大学材料科学与工程学院
冲压工艺及模具设计
实 验 指 导 书
2005.10
实验一 扩孔试验：
在金属薄板成形件的结构中，为了结构上的需要，或者为了减轻结构重量，常常要冲较大的孔，为了增强板件的刚度，或因使用上的要求，常采用冲孔翻边和扩孔工艺，扩孔试验就是冲孔后翻边扩孔工艺的模拟试验。扩孔试验是用凸模定位销定位好中心孔，夹持在凹模与压边圈之间的毛料中间部分，压入凹模，周边凸缘被压死，在翻边形成过程中，中心孔不断扩大，出现裂口或颈缩时，即完成扩孔试验。以此时孔径为临界孔径（dL），临界孔径（dL）与原始孔径（d0）之比称为金属薄板的扩孔率（λ）。此时试件的高度（h），也可作为扩孔性能的一个参考指数。图1是经过扩孔成形后的试件图。
图1扩孔成形后的试件
1. 扩孔试验模具及试验步骤：
扩孔试验是德国人E.Slebe A.Pomp 于1930年提出来的，后来以他们的研究所Kaise Wihelm Institute的字头KWI命名了这个试验方法。图1是这个试验的试件。表1是KWI试验的模具尺寸。BHB—80A金属薄板试验机配备全套KWI试验模具。图2是进行扩孔试验用的模具和扩孔试件的剖面图。
D1d0
r2
r1
Q
D1d1
Q
D1
图2
表1 扩孔试验模具尺寸（单位mm）
板材厚度 t0凸模直径 D1凹模内径 D2凸模圆角半径 r1凹模圆角半径 r2 定位销直径 d0方形试样毛坯边长 试样毛料中心孔 d0试样外径 D0
图3是KWI配套模具中，一种板厚的试验模具图。用这套模具进行扩孔试验，取得的扩孔率称为KWI值。在BHB-80A金属薄板试验机上，进行扩孔试验，其步骤如下：
0.2～～～4.0 25-0.0527+0.05
40-0.0544+0.05
55-0.0563+0.05
7.5-0.05≥45～70 7.5+0.05≥45～70
12.0-0.05≥70 12.2+0.05≥70
16.5-0.05≥100 16.5+0.05≥100
图3试验模具图
(1)准备试件。试件毛料外形，可以是方形也可以是圆形。毛料尺寸见 表1，毛料打上编号。试件准备的关键是之中心孔，钻孔或冲孔后，需要绞孔。绞孔后，要用100目砂纸打磨，要求中心孔无毛刺和边裂。测量中心孔直径，按编号记录。
(2)按试件毛料厚度选择凹模，把凹模装在试验机的凹模座上。
(3)根据试件厚度和中心孔直径d0选择凸模，像装拉深凸模那样，把扩孔凸模装
在中心活塞上，把压边圈放在压边活塞上。
(4)按试件中心孔定位，把试件放在压边圈上。试件要事先涂上润滑油。 (5)按前述其他试验那样，使凹模座进入模筒。按压边按钮，调整压边力手柄，使压边压力达到2MP.
(6)按中心活塞上升按钮，凸模上升时，注意观察中心孔边缘，当出现颈缩时，立即停止凸模上升。取下试件，测量中心孔直径。
BHB－80A金属薄板试验机上装有电液控制器，可以用电液控制器上的调电流的旋钮，控制凸模上升速度。为了节省试验试件，初始阶段可以快一些，孔边缘临近裂纹时，要慢一些，以便观察。为了发现颈缩时，能及时停止凸模上升，使孔不继续扩大，可以立即旋回电液控制器上的旋钮，使小电流回零，或手指不离压边按钮的停止按钮，及时按下按钮。后者反应更为迅速。 2.数据处理与应注意的几个问题：
本试验每组取10个有效试件，按所测扩孔前中心孔直径（d0）和扩孔后直径（d1）算出每个试件的扩孔率（λi）。去掉λi中的一个最大值和一个最小值；取8个试件λi的算术平均值为所求之扩孔率（λ），亦称KWI值。
本试验d0与d1的测量，读数到小数点后两位，测量精度±0.02mm。 每个试件扩孔后的直径按下式算出：d1＝1/2（d1max －d1min） 每个试件扩孔率 λi＝
d1−d0
d0
n
×100％
所求扩孔率或KWI值 λ＝（∑λi）/n，式中：
i=1
d0 — 绞孔后孔的直径
d1 — 扩孔后孔的平均直径
d1max — 扩孔后孔的最大直径
d1min — 扩孔后孔的最小直径 λi — 一个试件的扩孔率 λ — 所求扩空率或KWI值
扩孔试验应注意以下几个问题：
(1) 各种金属薄板，在进行扩孔试验时，其颈缩和裂纹，不一定都发生在孔的边缘，有的可能发生在靠近边缘的部分。试验时，应注意观察孔的边缘和边缘附近，出现颈缩和微裂时，及时停止扩孔。以致数据不至于过于分散。
(2) 扩孔后的孔，偏离中心超过2.5毫米以上的试件，应属无效。试件孔边缘的裂口发生在试件的伤痕处，应属无效。
(3) 我国航空航天部，公布了HB6140－87《金属薄板成形性能试验方法》标准。此类国家标准也在制定中。把HB6140－87中扩孔试验所用的模具尺寸和试件尺寸附录于后。表2是其模具尺寸，表3是试件尺寸。
(4) HB6140－87中的模具尺寸，采用了KWI中的一种，只是中心孔定位销的直径有所差别。
欲按HB6140－87中的扩孔试验方法进行扩孔试验，只需在BHB－80A试验机的KWI配套模具中，配三个（φ8-0.05，φ10-0.05，φ12-0.05，）中心孔定位销即可。
大中心孔的试件进行扩孔时，若是孔径已扩大到凸模圆角部分，孔边缘仍未出现颈缩和裂纹，则换上小直径的定位销和小中心孔的试件毛料，再进行扩孔试验。
表2 (单位mm)
板材厚度 t0凸模直径 D1凹模直径 D2凸模圆角半径 r1凹模圆角半径 r2 定位销直径 d0
0.2～2.0 40-0.0544+0.055±0.1 1±0.1
8-0.05 10-0.05 12-0.05
表3 (单位mm)
板材厚度 t0
0.2～2.0
试样外径D0
70±0.1
试样毛坯中心孔径d0
8.0+0.05 10.0+0.05 12.0+0.05
实验二 杯突试验
杯突试验是评价金属薄板拉胀成形性能的一种简便的试验方法,这个方法是德国人艾利克森（Etichsen）提出来的，早在1912年成为德国专利。这个试验被命名为Etichsen试验，简称为IE值。多年来各国以IE值作为评价金属薄板成形性能的主要指数。我国已制定了这一试验方法的国家标准和航空航天部标准。
这种试验方法是把一定尺寸的试件毛料夹持在压边圈及凹模之间，用直径20毫米的球形突模进行冲压，在试件圆顶附近出现能够透光的裂缝时，就算完成了这一试验，以突模的压入深度，作为评价金属薄板成形性能的IE值。
图4
1.杯突试验模具及其试验步骤：
图4是BHB－80A金属薄板试验机上面的杯突试验模具的剖面图，图5是其外观
图，图6是这一试验的模具配套箱，这套模具的使用方法及其试验步骤如下： （1） 把凹模3座装在试验机的凹模座上；把凸模座（2）装到中心活塞上，其安装方法与前面的拉伸凸模，扩孔凸模相同；把压边圈放在压边活塞上，压边圈上的凸模和 压边活塞上的沟槽时压边圈的定位部分。
（2） 试件准备：杯突试验只适用于厚度0.2～2毫米的金属薄板，在BHB－80A上的杯突试件毛料，采用方形90×90±1毫米。试件毛料应平整无伤痕，边缘不应有毛刺。
（3） 把试件清洗干净，涂上润滑油，或在试件的两面贴上塑料薄膜。把试件放在压边圈上。压边圈上面构成正方形的沟槽是试件毛料定位线，把试件毛料对线放置即可。
（4） 欲前面其他试验一样，把试验机上的凹模座放在模筒中，按下压边按钮，调整压边液压手柄，是压边液压达到2.6MP(压边力等于100±1.0KN). （5） 按中心活塞上行按钮（原胀形按钮），注意观察试件，当试件圆顶
附件出现能够透光的裂缝时，迅速停止中心活塞。
图5
图6
2．杯突试验的测量与试验结果处理
杯突试验的测量，在BHB－80A金属薄板试验机上，是从试件的上方测量。现行的测量方法有三种，其基本方法是用本书《金属薄板的成形性能试验及其试验》第一部分中，测胀形高度的位移传感器WCY－50。 a)用WCY－50测量，用WCY－50上的刻度和指针读数。
b)用WCY－50测量，经过应变仪或直流放到器、信号放大器，用数字电压表读数。 c)用WCY－50测量，用液压胀形高度的同一系统SLJC－01板料双向拉伸试验数据检测与处理系统。
在杯突试验方法中规定，金属薄板的杯突值（IE）,是在试验时试件顶部出现“能够透光的裂缝”时，凸模的压入深度。“能够透光的裂缝”这句话本身就不严格，透光的范围有多大？用什么方法测得透光？实际上，在试验时凸模顶压着试件，虽然试件顶部破裂了，但是无法测得透光。只能认真目测，看看试件一旦出现裂缝，立即停止凸模，测下这时凸模的压入深度。
这方法写的是裂缝不是裂纹，也不是裂口。准确的监视裂缝的出现时很困难的，要做到每个试件的裂缝大小都一样，更是困难。由于对裂缝监视与测量上的困难，再加上摩擦与润滑等因素的影响，同样一张金属薄板上面裁的试件，其试验结果IE值很分散。
在目前金属薄板成形在以杯突值作为评价金属薄板成形性能的长期工作中，
性能测试方法的研究中，人们对杯突值的过于分散都深有感触。关于捕捉发生“能够透光的裂缝”的时刻，也曾试想过，利用最大载荷，当凸模力达到最大值时，记下这时的凸模压入深度。
但是，有的材料在最大载荷时出现裂缝；又有的材料在最大载荷时，并没有出现裂缝，而是由于材料失稳变形加速，在凸模力有些下降的情况下，试件才出现裂缝。所以，最大载荷法不能作为杯突试验的依据。在最大载荷时，试件的顶部有可能没有出现裂缝，这是与已有的国家标准不一致的地方。
采用本书第一部分中，液压胀形极限高度的测量方法，时可行的方法，液压胀形极限高度，是试件破裂前的高度，杯突值也可以说是这种特定的刚性模的极限成形高度。本试验以6块有效试件的凸模压入速度的算术平均值作为杯突值。在BHB－80A金属薄板试验机上进行杯突试验，所测的试件由平板到出现裂缝的高度，还需加上试件顶部的变薄量，才是这时的凸模压入高度，即IE值。
ti=t0－t h=hi+tiIE＝
式中：
t0 —— 试件原始厚度
t —— 试件顶点厚度 ti —— 试件顶点变薄量 hi —— 试件顶点增高值 h —— 凸模压入高度 n —— 试件个数 IE —— 杯突值
∑h/n
i=1
n
实验三 冲模装拆及测绘试验
一、试验目的：
1.了解典型冲模的构造，认识各零件在冲模中的作用。
2.通过冲模的零件测绘和总装图绘制，了解设计方案的制定以及模具主要零件的精度等级和相互配合。
二、试验内容：
1.试验者自行装拆冲模一付，测绘各零件并绘制该模具总装图。
2.学习冲模结构的一般知识，冲模与冲床的关系。
三、试验设备及用品：
1.冲床一台。（5吨开式冲床）
2.典型简单冲模10付。
3.活络扳手12〞，6〞10把。
4.内六角扳手10套，（M8M10M12）
5.手锤10把
6.测量工具：游标尺、各种塞尺两套，测量工作台一台、钢皮尺等
7.挂图 （冲模总装图）
四、试验步骤：
1.将一付冲模全部拆装成零件
2.测绘各个零件
3.将拆撒的冲模装成完整的模具
4.绘制该模具的总装图（草图）
五、试验报告：
1.绘制装拆模具总图
2.绘制冲裁工艺的工序图
3.各主要零件图，并论述各个冲模零件的作用
4.你认为冲模结构，冲裁工艺及其冲裁质量有哪些问题?其改进措施又如何？
兰州理工大学材料科学与工程学院
冲压工艺及模具设计
实 验 指 导 书
2005.10
实验一 扩孔试验：
在金属薄板成形件的结构中，为了结构上的需要，或者为了减轻结构重量，常常要冲较大的孔，为了增强板件的刚度，或因使用上的要求，常采用冲孔翻边和扩孔工艺，扩孔试验就是冲孔后翻边扩孔工艺的模拟试验。扩孔试验是用凸模定位销定位好中心孔，夹持在凹模与压边圈之间的毛料中间部分，压入凹模，周边凸缘被压死，在翻边形成过程中，中心孔不断扩大，出现裂口或颈缩时，即完成扩孔试验。以此时孔径为临界孔径（dL），临界孔径（dL）与原始孔径（d0）之比称为金属薄板的扩孔率（λ）。此时试件的高度（h），也可作为扩孔性能的一个参考指数。图1是经过扩孔成形后的试件图。
图1扩孔成形后的试件
1. 扩孔试验模具及试验步骤：
扩孔试验是德国人E.Slebe A.Pomp 于1930年提出来的，后来以他们的研究所Kaise Wihelm Institute的字头KWI命名了这个试验方法。图1是这个试验的试件。表1是KWI试验的模具尺寸。BHB—80A金属薄板试验机配备全套KWI试验模具。图2是进行扩孔试验用的模具和扩孔试件的剖面图。
D1d0
r2
r1
Q
D1d1
Q
D1
图2
表1 扩孔试验模具尺寸（单位mm）
板材厚度 t0凸模直径 D1凹模内径 D2凸模圆角半径 r1凹模圆角半径 r2 定位销直径 d0方形试样毛坯边长 试样毛料中心孔 d0试样外径 D0
图3是KWI配套模具中，一种板厚的试验模具图。用这套模具进行扩孔试验，取得的扩孔率称为KWI值。在BHB-80A金属薄板试验机上，进行扩孔试验，其步骤如下：
0.2～～～4.0 25-0.0527+0.05
40-0.0544+0.05
55-0.0563+0.05
7.5-0.05≥45～70 7.5+0.05≥45～70
12.0-0.05≥70 12.2+0.05≥70
16.5-0.05≥100 16.5+0.05≥100
图3试验模具图
(1)准备试件。试件毛料外形，可以是方形也可以是圆形。毛料尺寸见 表1，毛料打上编号。试件准备的关键是之中心孔，钻孔或冲孔后，需要绞孔。绞孔后，要用100目砂纸打磨，要求中心孔无毛刺和边裂。测量中心孔直径，按编号记录。
(2)按试件毛料厚度选择凹模，把凹模装在试验机的凹模座上。
(3)根据试件厚度和中心孔直径d0选择凸模，像装拉深凸模那样，把扩孔凸模装
在中心活塞上，把压边圈放在压边活塞上。
(4)按试件中心孔定位，把试件放在压边圈上。试件要事先涂上润滑油。 (5)按前述其他试验那样，使凹模座进入模筒。按压边按钮，调整压边力手柄，使压边压力达到2MP.
(6)按中心活塞上升按钮，凸模上升时，注意观察中心孔边缘，当出现颈缩时，立即停止凸模上升。取下试件，测量中心孔直径。
BHB－80A金属薄板试验机上装有电液控制器，可以用电液控制器上的调电流的旋钮，控制凸模上升速度。为了节省试验试件，初始阶段可以快一些，孔边缘临近裂纹时，要慢一些，以便观察。为了发现颈缩时，能及时停止凸模上升，使孔不继续扩大，可以立即旋回电液控制器上的旋钮，使小电流回零，或手指不离压边按钮的停止按钮，及时按下按钮。后者反应更为迅速。 2.数据处理与应注意的几个问题：
本试验每组取10个有效试件，按所测扩孔前中心孔直径（d0）和扩孔后直径（d1）算出每个试件的扩孔率（λi）。去掉λi中的一个最大值和一个最小值；取8个试件λi的算术平均值为所求之扩孔率（λ），亦称KWI值。
本试验d0与d1的测量，读数到小数点后两位，测量精度±0.02mm。 每个试件扩孔后的直径按下式算出：d1＝1/2（d1max －d1min） 每个试件扩孔率 λi＝
d1−d0
d0
n
×100％
所求扩孔率或KWI值 λ＝（∑λi）/n，式中：
i=1
d0 — 绞孔后孔的直径
d1 — 扩孔后孔的平均直径
d1max — 扩孔后孔的最大直径
d1min — 扩孔后孔的最小直径 λi — 一个试件的扩孔率 λ — 所求扩空率或KWI值
扩孔试验应注意以下几个问题：
(1) 各种金属薄板，在进行扩孔试验时，其颈缩和裂纹，不一定都发生在孔的边缘，有的可能发生在靠近边缘的部分。试验时，应注意观察孔的边缘和边缘附近，出现颈缩和微裂时，及时停止扩孔。以致数据不至于过于分散。
(2) 扩孔后的孔，偏离中心超过2.5毫米以上的试件，应属无效。试件孔边缘的裂口发生在试件的伤痕处，应属无效。
(3) 我国航空航天部，公布了HB6140－87《金属薄板成形性能试验方法》标准。此类国家标准也在制定中。把HB6140－87中扩孔试验所用的模具尺寸和试件尺寸附录于后。表2是其模具尺寸，表3是试件尺寸。
(4) HB6140－87中的模具尺寸，采用了KWI中的一种，只是中心孔定位销的直径有所差别。
欲按HB6140－87中的扩孔试验方法进行扩孔试验，只需在BHB－80A试验机的KWI配套模具中，配三个（φ8-0.05，φ10-0.05，φ12-0.05，）中心孔定位销即可。
大中心孔的试件进行扩孔时，若是孔径已扩大到凸模圆角部分，孔边缘仍未出现颈缩和裂纹，则换上小直径的定位销和小中心孔的试件毛料，再进行扩孔试验。
表2 (单位mm)
板材厚度 t0凸模直径 D1凹模直径 D2凸模圆角半径 r1凹模圆角半径 r2 定位销直径 d0
0.2～2.0 40-0.0544+0.055±0.1 1±0.1
8-0.05 10-0.05 12-0.05
表3 (单位mm)
板材厚度 t0
0.2～2.0
试样外径D0
70±0.1
试样毛坯中心孔径d0
8.0+0.05 10.0+0.05 12.0+0.05
实验二 杯突试验
杯突试验是评价金属薄板拉胀成形性能的一种简便的试验方法,这个方法是德国人艾利克森（Etichsen）提出来的，早在1912年成为德国专利。这个试验被命名为Etichsen试验，简称为IE值。多年来各国以IE值作为评价金属薄板成形性能的主要指数。我国已制定了这一试验方法的国家标准和航空航天部标准。
这种试验方法是把一定尺寸的试件毛料夹持在压边圈及凹模之间，用直径20毫米的球形突模进行冲压，在试件圆顶附近出现能够透光的裂缝时，就算完成了这一试验，以突模的压入深度，作为评价金属薄板成形性能的IE值。
图4
1.杯突试验模具及其试验步骤：
图4是BHB－80A金属薄板试验机上面的杯突试验模具的剖面图，图5是其外观
图，图6是这一试验的模具配套箱，这套模具的使用方法及其试验步骤如下： （1） 把凹模3座装在试验机的凹模座上；把凸模座（2）装到中心活塞上，其安装方法与前面的拉伸凸模，扩孔凸模相同；把压边圈放在压边活塞上，压边圈上的凸模和 压边活塞上的沟槽时压边圈的定位部分。
（2） 试件准备：杯突试验只适用于厚度0.2～2毫米的金属薄板，在BHB－80A上的杯突试件毛料，采用方形90×90±1毫米。试件毛料应平整无伤痕，边缘不应有毛刺。
（3） 把试件清洗干净，涂上润滑油，或在试件的两面贴上塑料薄膜。把试件放在压边圈上。压边圈上面构成正方形的沟槽是试件毛料定位线，把试件毛料对线放置即可。
（4） 欲前面其他试验一样，把试验机上的凹模座放在模筒中，按下压边按钮，调整压边液压手柄，是压边液压达到2.6MP(压边力等于100±1.0KN). （5） 按中心活塞上行按钮（原胀形按钮），注意观察试件，当试件圆顶
附件出现能够透光的裂缝时，迅速停止中心活塞。
图5
图6
2．杯突试验的测量与试验结果处理
杯突试验的测量，在BHB－80A金属薄板试验机上，是从试件的上方测量。现行的测量方法有三种，其基本方法是用本书《金属薄板的成形性能试验及其试验》第一部分中，测胀形高度的位移传感器WCY－50。 a)用WCY－50测量，用WCY－50上的刻度和指针读数。
b)用WCY－50测量，经过应变仪或直流放到器、信号放大器，用数字电压表读数。 c)用WCY－50测量，用液压胀形高度的同一系统SLJC－01板料双向拉伸试验数据检测与处理系统。
在杯突试验方法中规定，金属薄板的杯突值（IE）,是在试验时试件顶部出现“能够透光的裂缝”时，凸模的压入深度。“能够透光的裂缝”这句话本身就不严格，透光的范围有多大？用什么方法测得透光？实际上，在试验时凸模顶压着试件，虽然试件顶部破裂了，但是无法测得透光。只能认真目测，看看试件一旦出现裂缝，立即停止凸模，测下这时凸模的压入深度。
这方法写的是裂缝不是裂纹，也不是裂口。准确的监视裂缝的出现时很困难的，要做到每个试件的裂缝大小都一样，更是困难。由于对裂缝监视与测量上的困难，再加上摩擦与润滑等因素的影响，同样一张金属薄板上面裁的试件，其试验结果IE值很分散。
在目前金属薄板成形在以杯突值作为评价金属薄板成形性能的长期工作中，
性能测试方法的研究中，人们对杯突值的过于分散都深有感触。关于捕捉发生“能够透光的裂缝”的时刻，也曾试想过，利用最大载荷，当凸模力达到最大值时，记下这时的凸模压入深度。
但是，有的材料在最大载荷时出现裂缝；又有的材料在最大载荷时，并没有出现裂缝，而是由于材料失稳变形加速，在凸模力有些下降的情况下，试件才出现裂缝。所以，最大载荷法不能作为杯突试验的依据。在最大载荷时，试件的顶部有可能没有出现裂缝，这是与已有的国家标准不一致的地方。
采用本书第一部分中，液压胀形极限高度的测量方法，时可行的方法，液压胀形极限高度，是试件破裂前的高度，杯突值也可以说是这种特定的刚性模的极限成形高度。本试验以6块有效试件的凸模压入速度的算术平均值作为杯突值。在BHB－80A金属薄板试验机上进行杯突试验，所测的试件由平板到出现裂缝的高度，还需加上试件顶部的变薄量，才是这时的凸模压入高度，即IE值。
ti=t0－t h=hi+tiIE＝
式中：
t0 —— 试件原始厚度
t —— 试件顶点厚度 ti —— 试件顶点变薄量 hi —— 试件顶点增高值 h —— 凸模压入高度 n —— 试件个数 IE —— 杯突值
∑h/n
i=1
n
实验三 冲模装拆及测绘试验
一、试验目的：
1.了解典型冲模的构造，认识各零件在冲模中的作用。
2.通过冲模的零件测绘和总装图绘制，了解设计方案的制定以及模具主要零件的精度等级和相互配合。
二、试验内容：
1.试验者自行装拆冲模一付，测绘各零件并绘制该模具总装图。
2.学习冲模结构的一般知识，冲模与冲床的关系。
三、试验设备及用品：
1.冲床一台。（5吨开式冲床）
2.典型简单冲模10付。
3.活络扳手12〞，6〞10把。
4.内六角扳手10套，（M8M10M12）
5.手锤10把
6.测量工具：游标尺、各种塞尺两套，测量工作台一台、钢皮尺等
7.挂图 （冲模总装图）
四、试验步骤：
1.将一付冲模全部拆装成零件
2.测绘各个零件
3.将拆撒的冲模装成完整的模具
4.绘制该模具的总装图（草图）
五、试验报告：
1.绘制装拆模具总图
2.绘制冲裁工艺的工序图
3.各主要零件图，并论述各个冲模零件的作用
4.你认为冲模结构，冲裁工艺及其冲裁质量有哪些问题?其改进措施又如何？