毕业设计（论文）-板料冲压冲压工艺与模具设计.doc

山东淄博职业学院毕业设计装订线摘 要本论文从应用的角度出发，系统地介绍冲压工艺与模具设计的基本知识、基本理论和设计方法。内容包括第一章板料冲压的概述、冷冲压的基本工序、常见的冲压设备；第二章分析冲压变形过程、阐述冷冲压变形的原理以及简单介绍冷冲压材料；第三章专门介绍凸、凹模刃口尺寸的设计、合理间隙的确定、冲裁工艺力的计算以及闭合高度的计算等。最后一章是对本论文的总结以及阐述冷冲模的发展前景。在设计的过程中，本文采用文字叙述介绍板料冲压的基本知识，并穿插相关图片和图表来进一步说明文章的内容，同时将冲把、冲头、上垫板、卸料板、模座垫板、阴模、固定板和冲槽模的组装及零件图详细给出。全文通俗易懂，实用性强。关键词： 板料冲压 冷冲压 凹模 凸模第一章 板料冲压1.1概述1.1.1板料冲压的适用范围和发展前景（1） 适用范围板料冲压加工在国民经济制造行业中占有十分重要地位，在机械、电子、汽车、航空、轻工业（如自行车、照相机、五金、日用器皿等生产）等领域有广泛应用。板料冲压在我国现代化建设中有着广阔的发展前景。冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件；既能够制造一般尺寸公差等级和形状的零件，又能够制造精密（公差在微米级）和复杂形状的零件。占全世界钢产60%70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分经过冲压制成成品。冲压在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器等制造中，具有十分重要的地位。（2）发展前景 冲压生产的工艺和设备正在不断发展，除传统的使用压力机和钢制模具制造冲压件外，液压成形以及旋压成形、超塑成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形等各种特种冲压成形工艺亦迅速发展，把冲压的技术水平提高到了一个新的高度。特种冲压成形工艺尤其适合多品种的中小批量（甚至是数十件）零件的生产。对于普通冲压工艺，可采用简易模具、低熔点合金模具、成组模具和冲压柔性制造系统等，组织多品种的中小批量零件的冲压加工。1.1.2板料冲压的概念板料冲压是利用装在冲床上的冲模对金属板料加压，使之产生变形和分离，从而获得零件和毛坯的加工方法。板料冲压的坯料通常都是较薄的金属板料，而且冲压时不需加热，故又称为薄板冲压和冷冲压，简称冷冲或冲压。加工的办法。它包括电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花同步回转加工、磨削、镗削、冲孔和刻字等工艺方法。1.1.3板料冲压的特点及应用1、板料冲压的特点与锻造和其它加工方法相比，板料冲压具有以下特点：（1） 它在常温下通过塑性变形对金属板料进行加工的，因而，原材料必须具有足够的塑性，并具有较低的变形抗力。（2） 金属板料经过塑性变形的冷变形强化作用，并获得一定的几何形状后，具有结构轻巧、强度和刚度较高的优点。（3） 冲压件尺寸精度高、质量稳定、互换性好，一般不再进行切削加工，既可作为零件使用。（4） 冲压生产结构简单，生产率高，便于实现机械化和自动化。（5） 冲压模具结构复杂、精度要求高、制造费用高，只有在大批生产的条件下，采用冲压加工方法在经济上才是合理的。2板料冲压的制造和应用板料冲压是机械制造中的重要加工方法之一，它在现代工业的许多部门都是得到广泛的应用，特别在汽车制造、拖拉机、电机、电器、仪器仪表、兵器及日用品生产等工业部中占有重要地位。冲压件的重量轻、厚度薄、刚度好。它的尺寸公差是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需再经机械切削即可使用。冷冲压件的金属组织与力学性能优于原始坯料，表面光滑美观。冷冲压件的公差等级和表面状态优于热冲压件。大批量的中、小型零件冲压生产一般是采用复合模或多工位的连续模。以现代高速多工位压力机为中心，配置带料开卷、矫正、成品收集、输送以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成生产率极高的全自动冲压生产线。采用新型模具材料和各种表面处理技术，改进模具结构，可得到高精度、高寿命的冲压模具，从而提高冲压件的质量和降低冲压件的制造成本。总之，冲压具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、操作简单、便于实现机械化与自动化等一系列优点。采用冲压与焊接、胶接等复合工艺，使零件结构更趋合理，加工更为方便，可以用较简单的工艺制造出更复杂的结构件。 1.2板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序有剪切、冲裁等。1、剪切：使坯料沿不封闭轮廓线分离的方法称剪切。2、冲裁：使坯料沿封闭轮廓线与坯料分离的冲压方法。冲裁是使板料沿封闭的轮廓线分离的工序，包括冲孔和落料。如图1.2.1所示落料 冲孔 图1.2.1落料和冲孔这两个工序的坯料变形过程和模具结构都是一样的，二者的区别在于冲孔是在板料上冲出孔洞，被分离的部分为废料，而周边是带孔的成品；落料是被分离的部分是成品，周边是废料。冲裁时板料的变形和分离过程如图1.2.2所示。凸模和凹模的边缘都带有锋利的刃口。当凸模向下运动压住板料时，板料受到挤压，产生弹性变形并进而产生塑性变形，当上下刃口附近材料内的应力超过一定限度后，即开始出现裂纹。随着冲头（凸模）继续下压，上、下裂纹逐渐向板料内部扩展直至汇合，板料即被切离。图1.2.2 冲裁过程 冲裁后的断面可明显地区分为光亮带、剪裂带、圆角和毛刺四部分。其中光亮带具有最好的尺寸精度和光洁的表面，其他三个区域，尤其是毛刺则降低冲裁件的质量。这四个部分的尺寸比例与材料的性质、板料厚度、模具结构和尺寸、刃口锋利程度等冲裁条件有关。为了提高冲裁质量，简化模具制造，延长模具寿命及节省材料，设计冲裁件及冲裁模具时应考虑：(1)冲裁件的尺寸和形状 在满足使用要求的前提下，应尽量简化，多采用圆形、矩形等规则形状，以便于使用通用机床加工模具，并减少钳工修配的工作量。线段相交处必须圆弧过渡。冲圆孔时，孔径不得小于板料厚度；冲方孔时，孔的边长不得小于0.9；孔与孔之间或孔与板料边缘的距离不得小于。(2)模具尺寸 冲裁件的尺寸精度依靠模具精度来保证。凸、凹模间隙对冲裁件断面质量具有重要影响，合理的间隙值可查表选择。在设计冲孔模具时，应使凸模刃口等于所要求孔的尺寸，凹模刃口尺寸则是孔尺寸加上两倍的间隙值。设计落料模具时，则应使凹模刃口尺寸为成品尺寸，凸模则减去两倍的间隙值。(3)冲压件的修整 修整工序是利用修整模沿冲裁件的外缘或内孔，切去一薄层金属，以除去塌角、剪裂带和毛刺等，从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。只有当对冲裁件的质量要求较高时，才需要增加修整工序。修整在专用的修整模上进行，模具间隙约为0.006-0.01mm.。修整时单边切除量约为0.050.2mm，修整后的切面粗糙度ra值可达1.25-0.63m尺寸精度可达it6it7。 1.3冲压设备1.3.1冲压设备的种类用来完成冲压件各种冲压工艺的机床通称为冲压设备和压床。冲压设备与其它加工设备相比有以下几个特点：在冲压生产中，制作的成形主要是由模具完成的，因此冲压设备的工作运动仅为简单的往复运动，这样机床的传动结构大为简单，且制造容易、操作方便、并具有很大的万能性；其次，冲压设备工作部分有良好的导向，故所冲压成的制作精度高、互换性较好；第三，冲压设备的传动系统灵敏可靠和极规律的往复运动，因而易于实现机械化和自动化生产。冲压设备种类很多，主要：1 机械压力机类。包括曲轴压力机、偏心压力机、拉延压力机、摩擦压力机、粉末制品压力机、模锻压力机、挤压用压力机和专门化压力机等。2 液压机类。有锻造液压机、冲压液压机、一般用途液压机、弯曲校正压紧用液压机、打包压块用液压机和专门化液压机。3 自动锻压机。如板料自动压力机。4 弯曲校正机、校正弯曲机和板料凸缘折压机等。1.3.2常用的冲压设备1 曲柄压力机曲柄压力机是主要的冲压设备。它能进行冲裁、弯曲、拉延和挤压等冲压工艺。曲柄压力机又有曲轴压力机（闭式和开式）和偏心压力机两种。通用曲柄压力机亦称冲床，这种压力机通常只有一个滑块，根据其床身结构的不同可分为开式冲床和闭式冲床。开式冲床的床身前面、左面和右面三个方向是敞开的，因此模具的安装、调整和操作等都很方便。开式冲床吨位较小，大都在100吨压力之下。 闭式冲床亦称龙门冲床。这种冲床床身为龙门式，刚度大、精度高，一般吨位较大，属于大、中型压力机。2 摩擦压力机摩擦压力机是一种螺旋压力机，通过螺杆相对于螺母旋转带动滑块沿导轨作上下往复运动。螺杆的旋转力矩是靠飞轮与摩擦盘之间的摩擦力获得。摩擦压力机有单盘式、双盘式、三盘式等集中，其中双盘式压力机应用最广泛。摩擦压力机特点是：构造简单，价格较便宜，滑块的行程不固定，当工作中超负荷时，仅仅只会引起飞轮与摩擦盘之间滑动，而不至于折断机件。摩擦压力机既可进行冲裁、弯曲校平压力机等，这种冲压工艺还可用来进行锻造工艺，如图1.3.1所示。如热模锻和挤压等。摩擦压力机的缺点是：飞轮轮缘的磨耗甚大；滑块行程速度低，故生产效率高。图1.3.1摩擦压力机3 液压机液压机是进行拉延、弯曲、成形和挤压等工艺的重要设备，液压机虽有多种规格，但其工作原理是一致的。液压机的特点为：在全行程内都能实现全压和长时间保压；工作速度可调节，如空行程和回程时可快速，合模时慢速，既利于操作，又可提高生产效率；此外，还具有工作平稳、撞击和振动轻、噪音小等优点。第二章 冷冲模的变形原理2.1冲裁变形过程图2-1-1所示,凸模4通过模柄固定在压力机的滑块5上,凹模2则固定在压力机的工作台1上。凸模与凹模组成上、下刃口，将板料3放在凸模与凹模中间。开动压力机时，凸模随着滑块向下运动，给板料施加压力，并使板料发生弹、塑性变形，最后凸模穿过板料进入凹模，使其分离而产生冲裁工作。2.2冲裁变形原理整个冲裁变形分离过程大致分为三个阶段。1 弹性变形阶段当凸模在滑块带动下接触板料以后，凸模开始对板料加压，板料发生弹性压缩产生弹性弯曲；凸模继续下降，压入板料，板料底面相应部分材料略挤入凹模洞口内，当材料内的应力达到弹性极限时结束。在这一阶段中，因材料内部的应力并没有超过弹性极限，所以当凸模卸载后，板料立即恢复原状，此阶段为弹性变形阶段。2 塑性变形阶段当凸模继续下降时，对板料的压力增加，使板料内的应力超过了屈服极限，材料的压缩和弯曲变形加剧，部分板料被挤入凹模洞口内，产生塑剪变形，形成光亮的裁剪断面。同时，因凸、凹模之间存在间隙，故在塑剪变形的同时，还伴有材料的弯曲与拉伸变形。3 断裂阶段随着凸模继续下压，材料在凸、凹模刃口处已形成的上、下裂纹将逐步扩大，并向内部发展，当上、下裂纹重合时板料被拉断分离，完成整个冲裁工作。由于拉断的结果，断面上形成一个粗糙的区域，此阶段为断裂阶段。2.3冷冲模材料的选用2.3.1对冷冲模材料的要求模具类型不同，模具工作条件有差异，对模具材料的要求也不同。所以冲模材料的选择应遵循一定的原则：（1）模具的种类及其工作条件，选择材料要满足使用要求，应具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐冲击、耐疲劳性等；（2）压材料及冲压件生产批量选用材料；（3）加工要求，应具有良好的加工工艺性能，便于切削加工，淬透性好、热处理变形小；2.3.2冷冲模材料及热处理要求冲压模具所用材料主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、钢结硬质合金以及锌基合金、低熔点合金、环氧树脂、聚氨酯橡胶等。冲压模具中凸、凹模等工作零件所合金工具钢、轴承钢、高速工具钢、基体钢、硬质合金和钢结硬质合金等模具零件加工。冷冲模具要求具有高的硬度和耐磨性、较高强度、足够韧性和良好的工艺性。常用的制作冷作模具的合金工具钢中有一部分为低合金工具钢，如crwmn、9crwmn等。对于要求热处理变形小的大型冷作模具采用高碳高铬模具钢（cr12、cr12mov）。cr12型钢中主要的碳化物是（cr、fe）7c3。这些碳化物在高温加热淬火时大量溶于奥氏体，增加钢的淬透性。因此， 在本设计中阴模材料选用cr12。常见热处理方法有退火、调质、淬火、回火、渗碳、氮化等。 根据零件及要求不同，热处理工序安排也不同。第三章 电机转子通风槽板冷冲模的设计3.1 尺寸计算原则及凸、凹模的技术要求 1.尺寸计算原则冲裁工作中，冲裁件的尺寸精度主要取决于凸模和凹模工作部分的尺寸精度，合理的间隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸来实现和保证的。因此，正确的确定凸、凹模刃口尺寸及公差，在设计和制造模具时是很重要的。生产实践证明:由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲下的孔都带有锥度，落料件的大小端尺寸等于或接近于凹模刃口的尺寸，冲孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸。在测量与使用中落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基础。冲裁时,凸模与凹模要与制件废料发生摩擦,凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。由此在确定模具刃口尺寸及制造公差时，需遵循以下原则：1)落料时,先确定凹模刃口尺寸。凹模刃口的基本尺寸取接近或等于零件的最小极限尺寸,以保证凹模磨损在一定范围内,仍能冲出合格零件。凸模刃口的基本尺寸则按凹模刃口基本尺寸减小一个最小合理间隙来确定。2)冲孔时，先确定凸模刃口尺寸。凸模刃口的基本尺寸取接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内，仍可使用，而凹模刃口的基本尺寸加上一个最小合理间隙值来确定。3)凸模与、凹模刃口的制造公差，主要取决于冲裁件的精度和形状。一般模具的制造精度比冲裁件的精度高23级，对于规则形状的制件，模具可按it67级精度取其公差。零件精度与模具制造精度的关系可以查表。2. 凸模、凹模的技术要求和加工特点冲裁属于分离工序，冲裁模凸、凹模带有锋利刃口，凸、凹模之间的间隙较小，一般尺寸精度在it6it9，工作表面粗糙度在ra=1.60.4m，热处理后的硬度为5862hrc。 凸模的加工主要是外形加工，凹模的加工主要是孔（系）加工。 凹模型孔加工和直通式凸模加工常用线切割方法。3.2凸模、凹模刃口尺寸的计算根据3.1节阐述的尺寸计算原则，就可确定凸、凹模的刃口尺寸及公差。但由于模具的加工和测量方法不同，在进行具体计算和尺寸公差标注时，其方法也不同，通常按下述方法进行。1.凸模、凹模分开加工这种方法适用于圆形或形状简单的冲裁件。采用这种方法时，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差。同时，为保证一定的间隙，模具的制造公差必须满足下列条件： 凸+凹 zmax-zmin或 凸=0.4（zmax-zmin） 凹=0.6（zmax-zmin）式中： 凸凸模制造公差 凹凹模制造公差zmax最大合理间隙zmin最小合理间隙2配作法 凸、凹模分开加工法，为了保证间隙在合理范围内，需要采用较小的凸、凹模制造公差才能满足凸+凹 zmax-zmin的要求。模具制造公差小，造成模具制造困难，成本提高，特别是单件小批生产时，采用这种方法更不经济。因此，生产时制造模具时，广泛采用配合加工的方法。配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。特点：模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。（1）根据磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口尺寸类型：磨损后变大，变小还是不变。（2）刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取。对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（）。刃口尺寸：落料模：凹模作尺寸基准 凸模d=凹模d-间隙z 图3.2.1 冲头冲孔模：凸模作尺寸基准 凹模d=凸模d+间隙z3. 冲头刃口实例计算 本例的冲模为冲孔模,即以凸模（冲头）为基准。尺寸如图3.2.1所示；由于冲头越磨越小，所以尺寸要靠近它的最大极限尺寸。查公差表得:it10=0.072故 d凹=11+0.072*3/4=11.05 凹=0.072*1/4=0.02 冲头长度l=槽长56+倒角1+0.5=57.5;具体尺寸参看图纸01-4冲头。33 冲裁模合理间隙的确定3.3.1间隙的重要性冲裁间隙z：指冲裁模中凹模刃口横向尺寸da与凸模刃口横向尺寸dt的差值。图1-6（1）间隙对冲裁件质量的影响间隙是影响冲裁件质量的主要因素。间隙过大过小都会使工件产生较大的毛刺，从而影响工件的质量。（2）间隙对冲裁力的影响随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，但影响不是很大。间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。（3）间隙对模具寿命的影响模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。模具失效的原因一般有：磨损、变形、崩刃、折断和涨裂。小间隙将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏。所以，为了延长模具寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的。图3.3.13.3.2冲裁模间隙值的确定在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙 zmin（1）理论确定法 如图3.3.1所示：（2） 经验确定法冲模间隙：冲裁模的上、下模刃口的错开量称为间隙。一般双边间隙z=(0.070.14)，为板厚，如果间隙过大，裂带大，刺大；间隙过小，刺大，磨损大（3）配合间隙的确定：本设计所冲钢板为1mm，由经验数据查表得，配合间隙z取0.080.12较合适。3.4冲裁工艺力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进人材料的深度(凸模行程)而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。1.冲裁力的计算用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力f一般按下式计算： (3.4.1) 式中 f冲裁力； l冲裁周边长度； t材料厚度； b材料抗剪强度；k系数。系数k是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般取k1.3。 为计算简便，也可按下式估算冲裁力： (3.4.2)式中材料的抗拉强度。(mpa) l冲裁件周长(mm) t材料厚度 (mm)2. 卸料力、推件力的计算由于冲裁时材料的弹性变形及摩擦的存在，当冲裁工作结束时，冲裁的零件及废料将发生弹性回复，使带孔部分的板料将箍在凸模上，而冲下部分的材料则紧卡在凹模洞口中。为了继续冲裁，必须将箍在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。将紧箍在凸模上的料卸下所需的力称为卸料力；将卡在凹模内的料推出所需的力称为推件力。在生产中都采用简单的经验公式来计算： p卸=k卸.p冲 k卸可查表得 p推=nk推.p冲 k推可查表得 n同时卡在凹模洞口内的件数，n=h/t,h为凹模刃口直壁高度（mm）,t为板料厚度（mm）。3、冲裁工艺力的计算如上所述，冲裁工艺力包括冲裁力、卸料力、推件力和顶件力。因此，在选择压力吨位时，需根据模具结构分别进行计算冲裁工艺力。本节我们设计的模具结构采用弹性卸料装置和下出料方式，因此冲裁工艺力可采用下列公式来计算：p总= p冲+ p卸+p推根据冲裁工艺力选择压力机时，一般应使所选压力机的吨位大于计算所得的值。已知： h=8mm t=1mm n=h/t=8/1=8 =470mpa由上述公式得：冲裁力p冲 =（56*2+11）*1*470=57810 n 卸料力p卸 =0.05*57810=2890.5 n 查表得： k卸=0.05推件力p推 =8*0.055*57810=25436.4 n 查表得： k推=0.055冲裁工艺力p总= p冲+ p卸+p推=57810+2890.5+25436.4 n=86kn3.5闭合高度的计算由附图得：闭合高度h= h1+ h2+ h3+ h4+ h5+ h6冲把垫板高度h1=20mm上垫板高度h2=5mm冲头高度h3=60mm阴模高度h4=20mm模座高度h5=33mm模座垫板高度h6=20mm 转子通风片的闭合高度h= h1+ h2+ h3+ h4+ h5+ h6=20+5+60+20+33+32=170mm第四章 总结与展望本文以冷冲模进行结构分析设计，其过程根据模具设计工艺学及机械原理对电机的转子通风槽板进行分析计算，并根据其零件在电动机中的位置及作用进行选用材料以保证模具的使用寿命。在进行结构工艺分析设计后得出电机转子通风槽板各部分的零件图、总装图。在设计中重点计算设备中的冲头、阴模、卸料板、固定板等。 本模具为冷冲压模具中最为简单的一种。冲压产品朝着复杂化、多样化、高性能、高质量方向发展；冲压模具也正朝着复杂化、高效率、高精度、长寿命方向发展；冷冲压具有生产效率高、加工成本底，材料利用率高，产品尺寸精度稳定，操作简单，易于实现机械化自动化等一系列优点，因而在模具行业中得到了广泛的应用。 模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标准之一。模具技术能促进工业产品的发展和质量的提高，并获得了极大的经济效益，经过多年的建设和努力，我国的模具