二维薄板冲床自动换模机构及模具组件设计论文(doc 62页).doc

1、哈尔滨理工大学学士学位论文摘 要针对目前在钣材上冲栽不同形式的孔需要换几次模或在不同冲床上进行加工。这样不但降底了生产效率、增加工人劳动强度还不能保证工件的精度。为了解决这个问题我现在设计一种自动换模机，用一个工序来完成不同形式孔的冲栽。冲床上安有两个转盘，分别装有同样数目的凸模和凹模，凸模装在上转盘，凹模装在下转盘。凸模和凹模互相对准，同步回转，来实现自动换模。上、下转盘的转轴并不相连，以便工件通过，只有位于压力机滑块下的凸模可以随滑块上下滑动进行冲压，其于的凸模都不动。冲裁过程中需要的模具按数控指令转入压力机滑块下，对板材进行加工。关键词 转盘 ；凸模 ；凹模 ；换模AbstractIn

2、view of blanking different types holes on the sheet metal, it is necessary to replace several models or process on the some punches,which not only reduces production efficienency and increase workers labor intensity,but also not guarantee the precision of workpiece .In order to solve the problem,we

3、are designing one automatical replacing model machine,which could blank different forms holes in some procedure.There are two table on the punch which have the same number male moulds and female dies.Male mould is on the upper rotary table,while female is on the turntable .Two models are mutually al

4、igned ,synchronize vibrating,aiming at replacing models automatically.The shafts of two therotary tables arent linked, to make workpieces pass .Only one pair of male mould under the press slider could move up and down with the slider, carrying out stamp,but other male moulds stay quiet .Based on the

5、 NC instrction ,punch dies on the rotary disk will transferred to undersurface of the press slider to process the sheet metals.Key words Turntable ；Plunger ；Lower die目录摘要IAbstractII目录III第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1国内模具的现状11.1.2国内模具的发展趋势21.2国外模具的现状和发展趋势31.4 本文研究的主要内容4第2章 换模机构设计52.1换模机构驱动电机的选择52.2步进电机工作原理52.

6、3传动方式的选择82.4自动换模工作原理92.5传动轴设计102.6传动齿轮设计102.7压力机的选择14第3章 冲压模具设计143.1冲压的概念、特点及应用143.2 冲压的基本工序及模具163.3 冲压技术的现状及发展方向173.3.1冲压成形理论及冲压工艺方面173.3.2冲模的设计制造方面183.3.3 冲压设备和冲压生产自动化方面193.3.4冲压标准化及专业化生产方面203.4薄板冲模的冲压原理和受力分析203.5 凸凹模设计233.5.1冲压主要技术参数233.5.2冲压图形233.5.3凸凹模刃口尺寸计算233.5.4冲压工艺力243.6 上、下模座的设计25第4章 液压定位支

7、承销设计264.1 液压定位支撑销作用264.2 液压定位支撑销的组成264.3 液压定位支撑销尺寸确定27第四章 三维实体造型324.1概述324.2凸模的建模过程32第4章 装配344.1装配过程344.1.1 子组的装配344.2本章小结致谢39参考文献40附录141Die history41附录25157第1章 绪论1.1 课题背景目前如果在钣材上冲栽不同形式的孔就需要换几次模或在几个冲床上加工。这样就降低了生产效率，增加了工人的劳动强度。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。所以在这种情况下

8、在老师的带领下做了二维薄钣冲床自动换模机构及配套组件的设计。1.1.1国内模具的现状我国冲压模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余

9、都是小型企业。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。低档模具过剩，高档模具供不应求，甚至有的依赖进口，因此，模具企业必须找准自己的弱点，尽快缩短与国外的差距。(1)体制不顺，基础薄弱“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业

10、发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 (2)人才严重不足，科研开发及技术攻关方面投入太少模具行业是技术密集、资金密集的产业，随着时代进步和技术发展，能掌握和运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧缺。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关不够重视，因而总体来看模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，民营企业贷款困难也影响许多企业的技术改造，致使科技进步不大。 (3)工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金

11、等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。(4)专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 (5)模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种

12、往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1.1.2国内模具的发展趋势巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:(1)模具日趋大型化；(2)在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；(3)模具扫描及数字化系统；(4)在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；(5)提

13、高模具标准化水平和模具标准件的使用率；(6)发展优质模具材料和先进的表面处理技术；(7)模具的精度将越来越高；(8)模具研磨抛光将自动化、智能化；(9)研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；(10)开发新的成形工艺和模具。1.2国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品

14、的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和

15、能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多1520万美元，有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45。1.3 研究的目的和意义通过给冲床装上自动换模机构实现模具换模自动化，搞高生产效率，同时降底工人的劳动强度。由于模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，而且模具在很大程度上决定着产品的质量、经济效益和开发新产品的能力等，所以自动换模机构的研究具有重要意义。1.4 本文研究的主要内

16、容本设计的主要内容是设计自动换模机构和配套的冲压模具，实现冲床自动换模，缩短换模辅助时间，提高生产效率，降底工人的劳动强度；同时又可以提高劳动生产率，保证产品质量。第2章 换模机构设计2.1换模机构驱动电机的选择控制电动机可以分为交流伺服电动机、直流伺服电动机、步进电动机。步进电机的种类繁多，有旋转运动的，直线运动的和平面运动的。 由于步进电动机具有结构简单、可靠性高和成本低的特点，所以步进电动机广泛应用在生产实践的各个领域；尤其是在数控机床制造领域。由于步进电动机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。所以本机器的换模机构驱动电机选用

17、步进电机。步进电机又分为反应式步进电机( VR) 、永磁式步进电机( PM) 、混合式步进电机(HB) 和单相式步进电机等。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成, 定子上有多相励磁绕组, 利用磁导的变化产生转矩。永磁式步进电机一般为两相, 转矩和体积较小, 步进角一般为7.5或15, 反应式步进电机一般为三相, 可实现大转矩输出, 步进角一般为1.5, 但噪声和振动都很大，且步距角较大，会影响到加工精度。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。最后从结构可靠性及位置精度的控制等方面考虑选用90BF002混合式步进电机。2.2步进电机工作原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

18、当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。下面叙述三相反应式步进电机原理。1结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3,（相邻两轴子齿轴线间的距离为齿距以表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3，C与齿3向右错开2/3，A与齿5相对齐，（A就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：图21 定转

19、子展开图2旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3，此时齿3与C偏移为1/3，齿4与A偏移（-1/3）=2/3。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3，此时齿4与A偏移为1/3对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A通电，电机就每步（每脉冲）1/3,向右旋转。如按A，C，B，A通电，电机就反转。由于步进

20、电机传送过来的转矩是用于上下转盘的转动，为了机器能够正常的运行。在低速情况下，保持转矩（步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩）必须大于负载转矩。3负载转矩的计算 （21） （22） （23） （24） =15.52+110.92 =126.44kg （25） （26）（27） 式中：为凸模质量，单位为；为凸模半径，单位为；为凸模高度，单位为；为8个凸模的总质量，单位为；为上转盘质量，单位为；为上转盘半径，单位为；为上转盘厚度，单位；为通过上转盘厚度轴的质量，单位；为上转盘质量和，单位为；为上转盘的摩擦力矩，单位；为角接触球轴承的摩擦因素；为推力轴承的摩擦因素。2.3传动方式的选择传动方

21、式大致可分为带传动、链传动、齿轮传动、液压传动等。它们各有忧缺点：齿轮传动优点：试用的圆周速度和功率范围广；效率高；传动平稳；寿命较长；工作可靠；可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动。齿轮传动缺点：要求具有较高的制造和安装精度，成本较高；不适于与距离两轴间的传动。链条传动优点：能吸震缓冲，结构简单，加工成本底，安装精度要求低；能在温度较高、湿度较高，油污较重等恶劣条件下工作。链条传动缺点：瞬时传动比不恒定，传动平稳性差，工作时有冲击和噪声，动载荷较大带传动的忧点：能缓和载荷冲击，运行平稳无噪声；过载时将引起带在带轮上打滑，因而防止其他零件损坏；制造和安装精度不像啮合那么严格；可增

22、加带长以适应中心距较大的工作条件。带传动的缺点：带于带轮的弹性滑动使传动比不准确，寿命较短；传递同样大的圆周力时，外轮廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大；不适于高温、易燃等场合。液压传动的优点 在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更大的动力；液压装置工作比较平稳；易于实现过载保护；液压传动易于自动化，对液体压力、流量或流动方向易于进行调解和控制；液压装置能在大范围内实现无级调速，还可以在运行过程中进行调速。 液压传动的缺点： 传动效率偏低；不能保证定比传动；对温度变化比较敏感，易受到温度影响；造价较高；故障诊断困难。由于齿轮的瞬间传动=比恒定、稳定性高、结构稳定可靠、圆周速度、功率范围广、

23、传动准确、机械效率高、噪音低、使用寿命长和工作安全可靠。因此本机器的换模系统采用齿轮传动。2.4自动换模工作原理冲模上、下转盘分别悬挂和支承在机身上。步进电动机通过一级锥齿轮带动一级圆柱齿轮转动，使上、下转盘同步回转，以选择模具，并用液动定位支撑销使上、下转盘最终定位，保证上、下模同轴。上、下转盘分别装有八套凸模和凹模，凸模在上转盘，凹模在下转盘。凸模和凹模互相对准，通过齿轮的转动同步回转换模。但是上、下转盘的转轴相互之间并不相连，以便工件通过。只有位于压力机滑块下的一副凸模可以随滑块上下运动，进行冲压，其于的凸模都不动。冲裁过程中需要的模具按数控指令转入压力机滑块下，对板材加工。1转盘 2直

24、齿轮 3锥齿轮 4轴图22 转盘工作原理图根据冲床的尺寸、转盘对凸模有一定的导向作用（滑块行程60mm）及转盘自重等因素，转盘直径初步设计为500mm,厚度为80mm 。2.5传动轴设计由于本机器的传动轴只有扭矩，所以在这里按扭矩强度来设计轴。由机械设计式152可得：轴的最小直径 查机械设计表153 其中因是传动轴直径的最小值，所以取较大值，取。步进电机一般在较大范围内调速由于其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下： （28） （29） （210）式中：为功率，单位为；为每秒角速度，单位为；为每分钟转速，单位为；为力矩单位为牛顿米。转速为，由于转速相对比较小，在此力矩就认为等于

25、保持转矩由于，所以在满足强度要求。2.6传动齿轮设计 小齿轮转速；齿数比 =5；由步进电机驱动，工作寿命15年（每年工作300天），一两班制。材料选择。小齿轮材料为（调质），硬度为，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为，二者材料硬度差为。选择小齿轮齿数，大齿轮数。1按齿面强度设计由机械设计式512a可得确定公式中的各计算数值试选择载荷系数小齿轮传递的转矩 查机械设计表59选取齿宽系数查机械设计表511查得材料的弹性影响系数查机械设计图528d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强度极由机械设计式531计算应力循环次数查机械设计图524查得接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力取失效

26、概率为1%，安全系数。由机械设计表式（526）可得 计算小齿轮分度圆直径代入中较小值得 计算圆周速度 （211） 计算齿宽机械设计式59可得 计算齿宽与齿高之比模数 齿高 计算载荷系数根据 ，查机械设计图59查得动载荷系数；直齿轮，假设。查机械设计表57查得 查机械设计表58查得使用系数 ；查机械设计表510查得6级精度、小齿轮相对支称非对称布置时，将数字代入后得由；查机械设计图510得；故载荷系数这实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，计算模数m2按齿根弯曲强度设计由机械设计式（525）得弯曲强度的设计公式 确定公式内的各计算数值查机械设计图526c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲

27、疲劳强度极限；查机械设计图528查得弯曲疲劳系数， ；计算变曲疲劳许用应力取弯曲疲劳系数 ，由机械设计式（1012）得计算载荷系数查机械设计表525查得查取应力校正系数查机械设计表525可查得计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大。则：由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关。所以满足强度要求。验算 齿宽圆整后取所以合适。2.7压力机的选择本换模装置所装模具最大总裁泛围为。冲裁厚度；材料为；查资料得。冲裁力为： （212） 卸料力为： （213） 查表211 得卸料系数冲压总工艺力为： （214） 从满足冲压工艺力的要求看，选

28、用开式压力机。 压力机参数： 发生公称压力时滑块距下死点的距离 公称压力 滑块行程 行程次数 第3章 冲压模具设计3.1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

29、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,

30、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

31、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。3.2 冲压的基本工序及模具冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分

32、组成，下模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产

33、生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合模具。按组合的方法不同，又可将其分为复合、级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同

34、工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。3.3 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。3.3.1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

35、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25

36、mm，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

37、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。3.3.2冲模的设计制造方面目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲

38、模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2 5微米，进距精度23微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的

39、基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为1500040000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电

40、极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300mm /min,加工精度可达1.5微米，表面粗糙度达Ra=010.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除

41、了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用

42、瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。3.3.3 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

43、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

44、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。3.3.4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

45、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

46、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。3.4薄板冲模的冲压原理和受力分析由于薄板冲模的凸、凹模刃口的形状、硬度与常规钢冲模相同，都属于间隙裁，所以薄板冲模与常规钢冲模一样，冲压过程也基于“双向裂纹扩展相迎分离理论”，即第一阶段为弹性变形阶段，即当睛模接触冲压毛坯后，就不断对毛坯加压，使毛坯产生弹性变形、弹性拉伸和弯曲变形，并稍稍挤入凹模孔口，这时，

47、毛坯内由于凸模下行施压所产生的内压力，还没有超过它本身的强度极限，当凸模继续下行对毛坯加压，毛坯的内应力达到其屈服极限时，部分金属被挤入凹模孔口内，产生塑性变形，成为第二个阶段塑性变形阶段。此时的表征毛坯被弯曲和拉伸，内应力不断增大，使得毛坯在凸、凹模刃口处产生应力集中，沁内应力超过毛坯的抗剪强度时，此处便产生裂纹，当凸模再下行加压，在凸、凹模刃口处的材料的裂纹便向材料内部延伸扩展，毛坯随即被拉断，成为第三阶段撕裂阶段。冲裁过程中的受力分析：图所示为无压紧装置冲裁时材料的受力情况。当凸模对钣料进行冲裁时，由于凸、凹模作用于钣料上的力呈不均匀分布状态，主要集中在凸、凹模刃口处，材料同时受到：图3

48、1 冲裁过程中钣材受力图（1）分别为凸模和凹模对材料产生的垂直作用力；（2）分别为凸模和凹模对材料产生的侧压力；（3）分别为凸模和凹模端面对材料产生的摩擦力；（4）分别为凸模和凹模侧面对材料产生的摩擦力；由于凸、凹模之间有间隙，作用与不在同一直线上，便形成弯曲扭矩，使凸凹模刃中附近的材料产生弯曲变形；侧压力和也不在同一直线上，两者的距离随凸模下降切入材料的深度变化为，同样产生力矩与弯曲扭矩时刻保持平衡，即而侧压力和会使钣料产生径向应力，由上式可知： （31）式中 凸凹模之间的单向间隙，单位为； 剪切应力，单位为； 侧向应力，单位为； 钣料开始分离时凸模压入的深度，单位为； 钣料的厚度，单位为；

49、 被冲钣料的抗剪强度，单位为； 冲裁切口周长，单位为。图32 冲裁过程中模具刃口受力图从图32可知塑性变形阶段，凸、凹模刃口附近处材料内A、B、C、D 4个点的应力状态分析：A点： 为凸模侧向挤压力与材料弯曲引起的径向压应力； 为材料弯曲引起的压应力与侧面挤压力引起的拉应力合成的切向拉应力； 为因凸模下降产生的轴向拉应力。B点：由于凸模下压及材料弯曲引起3个方向同时受压力。C点： 和为材料弯曲引起的径向拉应力和切向拉应力，为凹模挤压材料产生的压应力。D点： 和分别为径向应力和切向应力，为材料弯曲时产生的拉应力与凹模侧面挤压力引起的压应力的合成力，一般为拉应力；为凸模下行压材料引起的轴向拉应力。

50、综合分析A、B、C、D 4点的应力状态可知：B点和C点（即凸模与凹模端面）的压力高于A点和D点（凸、凹模侧面），又因钣料弯曲，凸模一侧材料受双向压缩，凹模一侧材料受到双向拉伸，所以凸模刃口附近的材料所受的压应力又比凹模刃口附近材料所受的压应力要大。如前所述，由于刃口端面的压应力高于刃口侧面，而在凹模刃口凹侧面，因而材料最早产生裂纹处不在刃口端面，而在凹模刃口侧面，然后在凸模刃口产生，随着凸模的下行，压力不断加大，裂纹逐步发展，最后钣料在拉伸、弯曲、剪切这三种力的作用下断裂分离。3.5 凸凹模设计3.5.1冲压主要技术参数1. 材料: 钢板2. 材料厚度: 3. 生产批量:中批量4. 未注公差:

51、按IT10级确定。3.5.2冲压图形 图33模具图形3.5.3凸凹模刃口尺寸计算在冲裁过程中，冲孔件尺寸决定于凸模刃口尺寸，落料件尺寸决定于凹模尺寸。因此，确定冲裁模刃口尺寸时应遵循以下原则：落料模先确定凹模刃口尺寸，其公称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸，凸模刃口公称尺寸比凹模小一个最小合理间隙；冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其公称尺寸应取接近或等于制件的最大极限尺寸，凹模刃口公称尺寸比凸模大一个最小合理间隙；在选择模具刃口制造公差时，要考虑制件精度与模具精度的关系，既要保证制件的精度要求，以要保证有合理的间隙值，一般冲模精度较制件精度高23级。计算图23 （1）的工艺尺寸确定凸凹模间隙及制造公差：表318，凸凹模间隙凸凹模制造公差按IT8精度选取，由附表D查得：对落料尺寸。由于凸、凹模均满足条件，故可采用凸凹模分开加工法。（2）确定凸、凹模工作部分尺寸：冲裁： （32） （33） 式中：分别为冲孔凹、凸刃口公称尺寸，单位为；冲孔件公称尺寸，单位为；制件的制造公差，单位为，；磨损系数，查表317，。基本尺寸（20）： （34） （35）式中：分别为凹、凸模刃口公称尺寸，单位为；制件公称尺寸，单位