冲压模具的工艺设计论文演示稿

冲压模具的工艺设计10春机械设计制造及其自动化张鑫第1章.绪论1.1模具模具是现代工业生产中重要的工艺装备，它在各种生产行业，特别是冲压和塑性成形加工中，应用极为广泛。我国模具工业总产值中，冲压模具的产值约占50%，现代模具技术的开展，在很大程度上依赖于模具标准化的程度，优质模具材料的研究，先进的模具设计和制造技术，专用的机床设备及高水平的生产技术管理等等，但其中模具设计是至关重要的一个方面。冲压模具设计包括冲压工艺设计和模具结构设计两方面。冲压工艺设计是对冲压件的生产过程，包括工艺方案、工艺安排、工序尺寸，使用的设备及模具类型，以及各项技术经济指标等作综合性的总体规划，而模具结构设计那么是按照冲压工艺设计的要求，设计所需模具的具体结构，绘制出模具装配图和模具零件图。1.2模具的开展趋势模具技术的开展应该为适应模具产品“交货期短〞、“精度高〞、“质量好〞、“价格低〞的要求效劳。到达这一要求急需开展如下几项：全面推广CAD/CAM/CAE技术；高速铣削加工；模具扫描及数字化系统；电火花铣削加工；提高模具标准化程度；优质材料及先进外表处理技术；模具研磨抛光将自动化、智能化；模具自动加工系统的开展。在我国，自改革开放以来，随着国民经济的高速开展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速开展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速开展。而随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、本钱和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最根底的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家开展水来的标志。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业开展的重要动力。1.3复合模的特点生产效率成倍提高例如，原来由两副模具分别完成落料、冲孔工序，假设使用落料、冲孔复合模时，那么可由一副模具在一次冲压行程中完成，生产效率提高一倍。假设原来由四副单工序模完成的落料、冲孔、翻边、胀形的冲压工序，在采用了四合一复合模后，生产效率提高四倍。而且还节省了人力、电力和工序间的搬运工作。提高冲压件的质量在复合模具中几道冲压工序是在同一工位上完成的，无需重新定位，因此在完成几道冲压工序过程中冲压件的定位基准不动，从而使冲压工件的位置精确度得到提高。例如当冲压件的外缘与内孔的同心度要求较高时，采用复合模就较容易满足要求。另外，对于那些尺寸较小的冲压工件或形状比较复杂而重新定位又比较困难的冲压工件，采用复合模就可防止重新定位的困难及在重新定位时产生的误差。复合模的同心度误差在以内。对模具制造精度要求较高由于复合模要在一副模具中完成几道冲压工序，因此模具结构一般要比单工序模复杂，而且各零部件字动作时要求相互不干预、准确可靠。这就要求模具的制造应有较高的精度。因此模具的制造本钱也就提高了，制造周期相对延长，维修也不如单工序模简便。1.4选择复合模的原那么确定是否采用复合模要考虑以下几个方面：生产批量复合模可以成倍地提高生产效率，生产批量越大，提高生产效率就越显得重要。因此，在大批量生产时更适合使用复合模。在单件小批生产中应采用单工序模，这样由于模具结构简单，几个单工序模可能比一套复合模的本钱还低。1.4.2冲压工件的精度当冲压工件的尺寸精度或同轴度、对称度等位置精度要求较高时，应考虑采用复合模。对于形状较复杂，重新定位可能产生较大加工误差的冲压件，也可采用复合模具。复合工序的数量一般复合模的复合工序数量在四工序以下，更多的工序将导致模具结构过于复杂，同时模具的强度、刚度、可靠性也将随之下降，制造及维修更加困难。第2章.冲压变形根本理论冲压变形原理是分析和制订各种冷冲压工艺的理论根底。塑性变形理论是一门研究对象和任务极为广泛的学科，也是一门比较年轻的学科。目前，对于塑性变形理论的研究，主要有以下三个方面：塑性变形理论的物理化学方面、数学力学方面以及物理化学方面。本章仅就塑性变形的物理现象及塑性变形的力学概念作简单的介绍。2.1金属的塑性与塑性变形塑性及塑性变形的概念在固体材料中，原子之间作用着相当大的力，足以抵抗重力的作用，所以在没有其他外力作用的条件下，物体具有自己的形状和尺寸。固体是由质点或微圆体所组成的。对固体施加外力，引起固体的形状和尺寸的改变，这种改变伴随着质点间距离的变化，或微圆体的形状和尺寸的变化。假设作用与物体的外力被取消后，由外力引起的变形随之消失，物体能完全恢复自己的原始形状和尺寸，这样的变形成为塑性变形〔剩余变形〕。他塑性变形也和弹性变形一样，它们都是在变形体部被破坏的条件下进行的，或在变形体中局部区域的不被破坏条件下进行的〔连续性不破坏〕。所谓塑性，是指固体材料在外力作用下产生塑性变形而不发生破坏其完整性的能力。塑性不仅与材料本身的性质有关，也与变形条件有关。所以，不同的材料在同一变形条件下有不同的塑性，而同一种材料，在不同的变形天件下也会出现不同的塑性。例如金属铅在一般情况下变形时，具有极好的塑性，但再三向拉应力的作用下，却像脆性材料一样也被破坏，而不产生任何塑性变。塑性的大小可用“塑性指标〞来。苏性指标是以材料临近开始破坏使得塑性变形量来表示的。苏性指标可用各种试验方法求得。影响金属塑性变形的因素影响金属塑性变形的因素很多，除金属的成分、组织结构等内在因素外，外部因素影响也是很大的。从冲压工艺的角度他出发，往往着重于外部条件的研究，以便创造条件，充分发挥材料的变形潜力，尽可能减少工序次数。a组织结构金属的组织结构决定于它的化学成分。组成金属的主要元素的晶格的类别，杂质的性质、数量及分布情况，晶粒的大小、方向及形状都与化学成分有关。对于多晶体金属本身的可塑性，受以下因素影响：晶界强度、晶粒大小、化学成分、组织上的均匀性以及可能发生滑移系统的数量等。一般来说，组成金属元素越少〔如春金属和固体液〕，可塑性越好；系统数量越多、力学性能越一致、晶界强度越大，可塑性越好。b变形温度在冲压工艺中，有时也采用加热成型的方法。加工目的地是：提高塑性降低材料的变形抵抗力；提高工件的成型准确度。此外，在某些工序中〔如差温拉伸〕还可采用局部的方法，提高板面危险断面的强度，以增加板料在一次成型中所能到达的变形程度。在弹性范围内，温度升高，可使金属的弹性模数下降。在塑性范围内，温度升高，主要影响金属的软化作用并使金属发生物理化学变化。金属的软化与冷作硬化恰好相反软化表现为金属强度指标降低，苏性变形能力提高。这是因为，随温度升高，金属内部出现了回复、再结晶，增加了新的滑移系统，产生了热塑性等现象的结果。当金属受热时，晶粒本身与晶粒之间产生了各种物理化学变化。例如，析出扩散异相、溶解自由相及晶间杂质、氧化与脱碳等。这些物理化学变化对于塑性变形的影响，视金属的具体性质而异。总之，为了提高材料的变形程度，减小材料的变形抗力，在决定变形温度时，必须根据不同材料的温度-力学性能区县、加热对材料可能产生的不利影响以及材料的变形性质作出正确的选择。c变形速度严格来说，变形速度是指单位时间内应变的变化量。但在实际应用中困难较大，故通常以压力机滑块的滑动速度近似说明金属的变形速度。2.2冲压成型的应力和应变在各种冲压成型中，外力通过冲压模具作用与毛坯，使毛坯产生相应的塑性变形；同时在毛坯内部引起对抗变形的内力。变形物体内部相互作用的力称为应力，包括由于外力引起的内力以及内部原有的相互作用的内力。单位面积上内力的大小称为应力。受外力后，通常只有一局部产生塑性变形，形成变形区。变形区的内力和变形的分布是不均匀的，为了分析和研究变形区的塑性变形，形成变形区。变形区的内力和变形的分布是不均匀的，为了分析和研究变形区的塑性变形过程，首先必须了解配料内各点的应力状态和应变状态，以及它们之间的关系。金属变形过程中随着塑性变形程度的增加，所有强度指标均增加，硬度提高，苏性指标却降低，这种现象称为加工硬化。材料的加工硬化对塑性变形影响很大，材料加工硬化不仅使所需变形力增加，而且对冲压成形有较大影响，有时是有利的，有时是不利的。例如加工硬化使变形力增大，限制了毛坯的进一步变形而降低了极限变形程度，甚至要在后续成型工序增加退火工序消除硬化。但加工硬化也有其有利的一面，如汽车冲压件利用塑性变形来体改其强度和刚度。因此，在处理冲压生产实际问题时，必须研究和掌握材料的硬化和硬化的规律以及它们对冲压成型工艺的影响，做到具体问题具体问题具体分析。2.3冷冲压成型中的硬化现象硬化现象硬化曲线表示变形抗力虽变形程度增加而变化的曲线叫做硬化曲线，也称实际应力曲线或真实应力曲线，它可以通过拉伸、压缩或板料的叶芽胀形试验等多种方法求得。绘制硬化曲线时，如果应力指标是采用下向里来表示的，即应力是按各家在瞬间的载荷F除以变形前式样原始截面积A0计算，没有考虑变形过程中式样截面界的变化，显然是不准确的，这种应力曲线多用于材料力学与结构力学中，以描述变形程度极小时的应力应变关系。而塑性加工中的硬化曲线的应力指标是采用真实应力来表示的，盈利是按各加载瞬间的载荷F与该瞬间试样的截面积A的比值F/A计算的。冲压件的生产过程包括原材料的准备，冲压工艺过程和其他必要的辅助工序，有时还要和切学加工、焊接、铆接配合才能完成。冲压工艺规程的制定是冲压生产中非常重要的工作。正确的制定工艺规程，对保证产品质量、提高劳动生产率、降低之间本钱、减轻劳动强度和保证平安是十分必要的。制定工艺方案时，应从企业现有条件出发，同时要尽量采用国内、外先进技术，对各种不同的工艺方案加以分析和比较，从中选择最正确的工艺方案。第3章.冲压工艺规程的制定3.1冲压工艺规程制定的步骤和内容制定冲压工艺规程的内容和工作步骤如下。分析制件的冲压工艺性根据产品样图分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求、外表质量己所用材料是否符合冲压工艺要求，能否用冲压的方法制造出来，是否用冲压的方法最经济，以及根据冲压工艺要求对图样提出合理的修改意见。首先分析冲压件的图样，其次，对冲压工艺性进行分析，最后对冲压加工的先进性和经济性进行分析。此外还应与其他加工方法比较，一是工艺更为合理，或找到影响先进性和经济性的关键所在，采取有力措施克服之。如深筒件采用官僚焊底的方法往往比拉伸更为经济。分析比较和确定工艺方案在以上冲压工艺性分析的根底上，列出各种不同的冲压工艺方案，加以分析比较，进而确定某一种工艺方案的工序性质、工作数量、工作顺序以及其他辅助工序〔热处理〕的工序安排。冲压件的构造可能是工序内容简单，工序数量少。选定冲模类型及结构形式根据确定的工艺方案和冲压件的形状特点、精度要求，加工条件和操作习惯选定其冲模的类型及结构形式。选择冲压设备根据其工艺性质，选择冲压设备的类型，并按照冲压加工所需的总的变形力〔或变形功〕和零件精度和尺寸，选定冲压设备的吨位。3.2制定工艺方案的原那么工艺方案的制定包括确定工序性质、工序数量和工序顺序。由于冲压种类繁多，生产批量和生产条件又不相同，因此制定冲压工艺方案时没有一个适合于任何情况的典型方法，而只能提出一些原那么。第4章.冲裁4.1冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲压工艺的适应性。主要包括以下几个方面。冲裁件的形状和尺寸a冲裁件的形状尽可能设计成简单、对称，使排洋时废料最少。b冲裁件的外形或内孔应防止锋利的清角，在各直线或曲线的连接处，除属于无废料冲裁或采用镶拼模结构外，宜有适当的圆角。c冲裁件的凸出悬臂和凹槽宽度不宜过小。d冲孔时，孔径不宜过小。其最小孔径与孔的形状、材料的机械性能、材料的厚度等有关。e冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离不应过小。f在弯曲件或拉深件上冲孔时，其孔壁与工件直壁之间应保持一定的距离，假设距离太小，冲孔时会使凸模手水平推力而折断。g在工件上冲制矩形孔时，假设工厂无电加工设备，那么其两端宜用圆弧连接，以便加工凹模。假设R>b/2,凹模也只好手工修整。但假设采用两侧无废料排样，R=b/2时，当条料出现正偏差就会使两端出现凸台，因而最好取R>b+δ/2。冲裁件的精度和外表粗糙度a冲裁件的内外形经济精度不高于GB1800-79IT11级。一般要求落料件精度最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。b非金属冲裁件内外形的经济精度为GB1800-79IT14-IT15级。对于纸胶板、布胶板、硬纸等材料.c冲裁件的弯曲，是落料时，冲件的周围与凹模孔壁之间发生摩擦，因而受到力偶的作用致使冲件弯曲变形。虽然冲件在脱离模孔后，因回弹作用，使其恢复平坦，但冲件仍残留有一定的弯曲度，这种弯曲程度随着凹、凸模之间间隙的大小，材料性质以及材料支撑方法而异。对弯曲的冲件需要冲孔时，如果冲孔的方向与落料方向一致，那么冲件弯曲度更为增大，如果冲孔的方向与下料方向相反，那么弯曲度可较原有者减小，利用复合模冲制，落料及冲孔同时完成，那么可得到冲件较高的平度。d冲裁件的外表粗糙度Ra一般在12.5μm以上。4.2冲裁件的排样排样是指工件在条料、带料或板料上布置的方法。工件的合理布置〔即材料的经济利用〕与零件的形状有密切关系。按零件的不同几何形状，可得出其相适合的排样类型，而根据排样类型又可分为有搭边与无搭边二种。排样的方式有多种多样，有直排、斜排、直对排和混合排。这些都属于有废料排样，模具沿工件全部外形进行冲裁，工件周边都留有搭边。这种排样能保证冲裁件的质量，冲裁寿命也长，但材料利用率低。分别为少废料和无废料排样。这两种排样方式对节省材料具有重要的意义，并有利于一次冲裁多个工件，故可以提高生产率。同时因冲裁周边减少，又可简化冲模结构和降低冲裁力。但采用少废料和无废料排样时，由于条料宽度的公差以及条料导向与定位所产生的误差，使工件的质量和精度较低。另外，由于采用单边冲裁，也影响断面质量及模具寿命。材料的利用率材料的经济利用可用材料的利用率指标来衡量。圆形工件可交错排列而成多列的设计，那么材料的利用率η=×100%。搭边排样时工件之间，以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。搭边的作用是补偿条料的定位误差，保证冲出合格的工件。搭边还可以保持条料有一定的刚度，便于送料。按零件的不同几何形状，可得出其相适合的排样类型，而根据排样类型又可分为有搭边与无搭边两种。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切外表质量。一般来说，搭边值是由经验确定的。首先，要知道排样的定义，即排样是指工件在条料、带料或板料上布置的方法。工件的合理布置〔材料的经济利用〕，与零件的形状有密切关系。

条料的宽度和导尺间距离的计算a有侧压条料宽度：b－⊿=(D+2a+⊿)－⊿导尺间距离:s=b+c1=D+2a+⊿+c1b无侧压条料宽度：b－⊿=[D+2(a+⊿)+c1]－⊿导尺间距离:s=b+c1=D+2(a+⊿+c1)式中D——冲裁件垂直于送料方向的尺寸；a——侧搭边的最小值；⊿——条料宽度的单向〔负向〕偏差；

c1——导尺与最宽条料之间的单面小间隙。c有刃侧条料宽度：b=L＋2a′＋nb1=L＋1.5a＋nb1(a′=0.75a)导尺间距离:s′=L＋1.5a＋nb1＋2c1s1′=L＋1.5a＋2c1′式中L——工件垂直于送料方向的尺寸；n——侧刃数；b1——侧刃裁切的条边宽度。c1′——冲裁后的条料宽度与导尺间的间隙。4.3凹凸模工作局部尺寸和公差尺寸计算原那么在确定冲模凸模和凹模工作局部尺寸时，必须遵循以下几项原那么：a根据落料和冲孔的特点，落料件的尺寸取决于凹模的尺寸，因此落料模应先决定凹模的尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸故冲孔模应先决定凸模尺寸，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。b根据刃口的磨损规律，刃口磨损后尺寸变大，其刃口的根本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；刃口磨损后尺寸减小，应取接近或等于工件的最大极限尺寸。c考虑工件精度和模具精度间的关系，在选择模具刃口制造公差时，既要保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值。一般冲模精度较工件精度高2-3级尺寸计算公式凸模与凹模分开加工这种加工方法适用于圆形或简单规那么形状的冲裁件。其尺寸计算公式如下表。表中D凸、D凹——分别为落料凸、凹模的刃口尺寸，单位为㎜；d凸、d凹——分别为冲孔凸、凹模的刃口尺寸，单位为㎜；D——落料件外形的最大的极限尺寸，单位为㎜；d——冲孔件孔径的最小极限尺寸，单位为㎜；δ凸、δ凹——分别为凸、凹模的制造公差，单位为㎜；⊿——零件〔工件〕的公差，单位为㎜；2cmin——最小合理间隙。4.4冲裁时的压力冲裁时，工件或废料从凸模上取下的力叫做卸料力，从凹模内将工件或废料顺着冲裁的方向推出的力叫推件力，逆冲裁方向顶出的力叫顶件力。目前多以经验公式计算：卸料力F卸=K卸F冲〔N〕推件力F推=nK推F冲〔N〕顶件力F顶=K顶F冲〔N〕式中F冲——冲裁力，单位为N；n——同时卡在凹模里的工件〔或废料〕数目。K卸、K推、K顶——分别为卸料力、推件力、顶件力系数。冲裁时之冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是否要考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待，即：采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模为：F总=F冲＋F卸＋F顶采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模为：F总=F冲＋F推采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模为：F总=F卸＋F推4.5冲裁模具的选择和设计4.5.1模具类型确实定常见的模具型式可分为单工序模、复合模和级进模三种。确定模具形式，应以冲裁工件的要求、生产批量、模具加工条件等为主要依据。冲裁生产的模具制造费用比较高，往往占冲压件本钱的10%～30%甚至高达40%。因此选用哪种生产方法，必须首先估算生产本钱。即使必须采用冲压加工方式，也须视生产批量决定采用何种模具形式进行生产。冲裁间隙冲裁模凸、凹模刃口局部尺寸之差称为冲裁间隙，其双面间隙用Z表示，单面间隙为。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量、冲裁力、模具寿命等影响很大，所以冲裁间隙是冲裁设计中一个很重要的工艺参数。设计模具时一定要选择合理的间隙，使冲裁件的断面质量较好，所需冲裁力较小，模具寿命较高。但分别按质量、精度、冲裁力等方面的要求，各自确定的合理间隙值并不相同，考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的零件。这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙值。由于各类间隙之间没有绝对的界限，因此，还况、模具结构、冲压方式以及模具加工方法等因素，酌情增减间隙值，如：a对于尺寸精度、断面垂直度要求高的冲裁件，应选用较小间隙值。对于尺寸精度和断面垂直度要求不高的冲裁件，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，可采用大间隙值。b在同样条件下，非圆形凸、凹模刃口形状比圆形的间隙大。冲孔比落料的间隙大。c凹模为斜壁刃口时，应比直壁刃口间隙小。d高速冲压时模具容易发热，间隙应增大。e热冲时材料强度低，间隙应比冷冲时减小。f冲裁热轧硅钢片应比冲冷硅钢片的间隙大。g电火花穿孔加工凹模型孔时，其间隙应比磨削加工时小。第5章.典型零件的工艺设计5.1工艺设计的工作程序工艺设计包括工艺制定和模具设计，是冲压生产前十分重要的技术准备工作，对于产品质量、劳动生产率、冲压件本钱、减轻劳动强度和保证平安生产都有重要影响。工艺人员应与产品设计人员、模具制造工人和冲压生产工人紧密结合，从现有的生产条件出发，综合地考虑各方面的因素，尽量采用国内、外先进技术，有根据地选择和设计出技术上先进、经济上合理、使用上平安可靠的工艺方案和模具结够，以便使冲压件的生产在保证到达设计图纸上所提出的各项技术要求的根底上，尽可能降低冲压件的工艺本钱和保证平安生产。5.2设计的原始资料冲压件的图纸及技术条件；原材料的尺寸规格、机械性能和工艺性能；生产的批量〔大量、大批或小批〕；供选用的冲压设备的型号、规格、主要技术参数及使用说明书；模具制造条件及技术水平；各种技术标准、设计手册等技术资料5.3设计的主要内容及步骤分析冲压件的工艺性根据产品图纸分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求及所用材料是否符合冲压工艺要求。良好的冲压工艺性应保证材料消耗少、工序数目少、占用设备数量少、模具简单而寿命高、产品质量稳定、操作简单等等。如果发现冲压件的工艺性很差，那么应会同设计人员，在保证产品使用要求的前提下，对冲压件的形状、尺寸、精度要求乃至原材料的选用进行必要的合理的修改。分析比较和确定工艺方案在冲压件工艺性分析的根底上，以极限的变形参数、变形的趋向性分析及生产的批量为依据，提出各种可能的冲压工艺方案〔包括工艺性质、工序数目、工序顺序及组成方式〕，以产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和寿命上下、工艺本钱、操作方便与平安程度等方面，进行综合分析、比较、然后确定适合于所给生产条件的最正确方案。选定冲模类型及结构形式，设计模具总图及零件图根据确定的工艺方案和冲压件的形状特点、精度要求、生产批量、模具加工条件、操作方便与平安的要求，以及利用现有通用机械化自动化装置的可能等，选定冲模类型及结构形式。然后进行必要的计