冲压件工艺分析.doc

湖南省机械工业技术学院 机械系 技师08-1班题 目：卡板冲孔落料复合模院 （系）：湖南省机械工业技术学机械系班 别：技师08-1班专 业：模具设计与制造学 号： 姓 名：陈锦标指导老师：戴乐日 期：2011年10月7日目录绪论。 4零件的工艺性分析。10冲压模具总体结构设计。11冲压模具的工艺与设计计算。11模具的总装图与零件图。16压力机行程的校核。25模具的工作原理。26个人总结。26参考文献。27摘要冲压模具在实际工业中应用广泛。在传统的工业生产中工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产率的提高。随着当今科技发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料及其一些复合型的冲裁模技术也投入到实际的生产中来，冲压模具可以大大提高劳动的生产率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。一、绪论冲压的概念、特点及应用冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。 冲压地、在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现 的。1.2 冲压技术的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。(1).冲压成形理论及冲压工艺方面 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。 研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。 (2) 冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的410倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。(3)冲压标准化及专业化生产方面 模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。设计要求:设计该零件的冲裁模 冲压件图如右图所示:表1材料：Q235厚度：t=1.5mm生产批量：中批量未标注公差：按IT14级确定。二、零件的工艺性分析.2.1、冲压件工艺分析 材料：Q235是碳素结构钢，适用于一般结构件和工程金属构件2.2 冲裁件的精度与粗糙度冲裁件的经济公差等级不高于IT14级,一般落料公差等级最好低于IT10级,冲孔件公差等级最好低于IT9级,由表1可得落料公差,冲孔公差分别为0.43,0.52而冲件落料公差,最高精度冲孔公差分别为0.52,0.62。因此可用于一般精度的冲裁,普通冲裁可以达到要求.由于冲裁件没有断面粗糙度的要求,我们不必考虑.2.3 冲裁件的材料由表1可知材料为Q235，抗拉强度=375460之间，Q235的钢塑性较好，有一定的强度，冲裁性较好，适用于普通冲裁加工。2.4 确定工艺方案.该冲裁件包括落料和冲孔两个基本工序,可采用的冲裁方案有单工序冲裁,复合冲裁和级进冲裁三种.零件属于中批量生产,因此采用单工序须要模具数量较多,生产率低,所用费用也高,不合理;若采用符合模，可以得出冲件的精度和平整度，生产率较高，所需费用也不高。若采用级进模冲裁模，生产率高操作方便，但误差较大，对于此冲件不合理。通过以上分析得出该零件采用冲孔落复合模。三、冲压模具总体结构设计3.1模具类型根据零件的冲裁工艺方案,采用复合冲裁模.3.2 操作与定位方式零件中批量生产,安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式. 保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，导正销导正。33 卸料与出件方式由表1分析得知此工件不是很大，外形规则，但厚度较小，因此采用刚性与弹性卸料方式。对于废料为了操作方便，可采取直接从凹模洞口直接掉出34 模架类型冲件尺寸较小，厚度较薄。模架的采用根据所选冲压设备查国家标准手册确定，上下模板尺寸50。采取后置式的标准模架。四、冲压模具工艺与设计计算41 排样设计与计算该冲裁件厚度较薄，尺寸小，类似方形，因此，可采用横排和竖排较合理，具体排样图如下所示：表2 （横排）表3 （竖排）根据表2表3两图可得知，条料的宽度b=54，搭边值为2，步距d=77由CAD计算面积S=2965.1813材料利用率 =70.3%4.2 设计冲压力与压力中心,初选压力机 冲裁力计算落料冲裁力FL=Lt=（308.51.5400）10000 =13.8825（t）冲孔冲裁力Fc= Lt =(211.5400)10000 =1.26(t)卸料力 Fx=KXF =0.0415.1425 =0.6057（t）推件力 Ft=KtFn =0.5515.14253 =24.985125(t)顶件力 Fd=KdF =0.0615.1425 =0.90855F总=FL+FC+FX+FT+FD=13.8825+1.26+0.6057+24.985125+0.90855 =41.641875417(KN)根据计算结果确定总冲压力是417KN，选择压力机型号是JH23-63，他的一些技术参数如下表：设备型号 JH23-63标称压力/kN 250滑块行程/mm 75滑块行程次数/次min-1 120最大封闭高度/mm 360封闭高度调节量/mm 80立柱间距/mm 350喉深/mm 260工作台尺寸/mm前后 480左右 710垫板尺寸/mm厚度 90孔径 250模柄孔尺寸/mm直径 50深度 80最大倾斜角 30电动机功率/kW 压力中心的计算由CAD计算出此冲件的压力中心为：X=25Y=40.54.3 计算凸、凹模刃口尺寸及公差由于材料较厚,模具间隙较小,模具的间隙由配作保证,工艺比较简单,并且还可以放大基准件的制造公差,(一般可取冲件公差的1/4),使制造容易,因此采用配作加工为宜.由落料尺寸得,凹模会变小, 所以以凹模为基准,配作凸模刃口尺寸。由材料厚度得知Zmin=0.132，Zmax=0.240.由落料，凹模磨损后变大，有A=50，A=13，由公差表查得工件各尺寸的公差等级，确定x=0.5Ad1=（50-0.5） =49.63Ad2=（13-0.5） =12.82由于Ad1, Ad2为落料尺寸,故以凹模为基准,配作凸模，所以落料凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，保证双面间隙值为0.1320.240mm.磨损后减小的尺寸有：A3=34Ad3=（34-0.5） =33.69磨损后基本不变的尺寸有A4=200+0.52Ad4=(20+)=20.260.065五、 模具的总装图与零件图5.1模具装配简图如下所示：5.2冲压模具的零件图(1).凹模设计凹模尺寸和形状以趋标准化，一般可根据冲裁件的形状和尺寸选用，对非标准尺寸凹模的设计主要是确定凹模的外形和尺寸。冲裁时，凹模受冲裁力和侧向力的作用。在生产中，时常根据冲裁件的轮廓尺寸和材料厚度，按下例公式概括地对凹模的尺寸进行计算，其计算公式如下：凹模高度 H=kb15mm。凹模壁厚（或有刃口到外缘的距离）C=（1.52）H（3040mm）式中 b凹模刃口的最大尺寸 K系数，考虑板料厚度的影响，其值可查书表2.20凹模高度的计算：查表可得系数k=0.5那么就可得到H=kb=0.550=25mm考虑到凹模上存在其他结构，可以将其取H=38mm。凹模壁厚的计算：将H值代入公式：C=(1.52)H=（1.52）38 =5776（mm）考虑到凹模板上要开设螺栓孔和销孔，所以凹模壁厚C值取65mm预定凹模板外形尺寸长x宽x高为：17016038其外形如下图所示：凹模材料的选用：根据生产批量要求及零件材料性能的影响，凹模材料选用T10A，热处理硬度为6062HRC。(2).凸模、凸凹模固定板设计模具的固定板主要用于凸模、凹模、凸凹模的固定，凸模或凸凹模固定板的外形与凹模的轮廓外形基本一致，厚度取凹模厚度的60%80%凸模、凸凹模的固定板的厚度：H1=（60%80%）H凹 =（60%80%）38 =22.830.4（mm）取凸模、凸凹模的固定板厚度为30mm。凸凹模固定板外形尺寸如下图所示：凸模固定板的外形尺寸如下图所示：凸模固定板：17016030凸凹模固定板：17016030凸模、凸凹模固定板材料的选用：分析固定板因不要承受太大的力，所以只要用45号钢即可。（3）凸模的结构设计及选材大、小凸模长度的确定：L=H+H1+H2+1 =38+30+20+0.5 =88.5mm式中：H凹模厚度 mm. H1固定板厚度 mm. H2支撑板厚度 mm.小凸模的外形如下图所示：大凸模外形尺寸如下图所示：凸模材料的选择：凸模在对板料施加压力时，要承受很大的载荷，所以凸模材料选用抗压强度要好的T10A。热处理后硬度为5860HRC。（4）卸料装置的选用：由于本模具采用的是倒装式复合模结构，采用弹性卸料装置比刚性的要好，而弹性卸料装置主要确定的是弹性元件的选用。弹性元件可选用的又弹簧和橡胶，弹簧所需的安装空间大，不易满足要求，弹簧的安装空间小，承受力大。产生的承受力教均匀，故而选用橡胶。根据模具结构可安放4块橡胶。总卸料力F=483600N则每个橡胶的卸料力为:F0=F/n=483600/4NF0=F/n=483600/4N =483600/4 =120900N确定橡胶的压缩量和高度h/H=30% 式中H橡胶的自由高度。 h橡胶的压缩量（1.5+1+4）/H=30% H=22橡胶的压缩高度为：H-h=22-6.5=15.5mm所以选用的橡胶高度为22mm根据公式F=AP可得出橡胶的所需面积式中：F冲裁力 A橡胶所需面积 P橡胶的单位压力（一般取23MPa）将所得数据代入公式中得出;417000=2AA=208.5cm2(5)卸料板的确定卸料板上在上模下行时起压料作用，在回程时起卸料作用。本模具所采用的卸料板形式为弹性卸料板。从经济性考虑弹性卸料采用橡胶承受力较大，工作平稳，安装调整灵活方便，更换容易。外形尺寸与凸凹模固定板相同，厚度为10mm，材料为Q235，硬度为4348HRC。弹性卸料板与凸凹模的间隙保证单边间隙C=0.2mm。材料的厚度为1.5mm.(6)凸凹模高度的确定凸凹模高度与卸料板、安装弹簧高度、支撑板及其凸凹模固定板有关。其结构如下图所示：由上图就可得知凸凹模的高度H=75.5mm凸凹模材料的选择凸凹模的材料必须要承受很大的冲击载荷，选用T10A可以满足工艺要求，热处理后硬度为6062HRC。凸凹模外形的确定：根据模具结构需要绘制出如下图所示：（7）模座的厚度、模柄的选择及其导柱导套的确定对于模座、模柄、导柱导套都与压力设备有关，根据冲裁力确定所需压力机的设备型号为JH23-63。模架的选择跟工作台孔的尺寸有关，查国家标准可得知模做的有关尺寸，而模柄也能相应的得出，导柱、导套的相关尺寸与上下模座的尺寸有关，查国家标准得出模座尺寸就得出模柄、导柱、导套尺寸。在此将模柄为例，模柄在GB/T2862.381中是B型。模柄的结构尺寸及其外形如下图所示：（8）退料螺钉的确定根据国家标准GB 2867.681选用，其尺寸由弹性元件中间空的大小选用，其结构简图如下：六、压力机行程的校核JB23-63型号压力机最大装模