冲孔切边冲压成型工艺及模具设计说明书

PAGEPAGE221绪论目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。1.1国内模具的现状和发展趋势1.1.1国内模具的现状我国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。我国尚存在以下几方面的不足:第一，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，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。

第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是15～20万美元，有的高达25～30万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。

第三，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。

第四，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，其馀为自产自用。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。第五，模具材料及模具相关技术落后．模具材料性能、质量和品种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，60％－80％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600～650亿美元左右。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15～20万美元，有的达到25～30万美元。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％．2U形件工艺性分析名称：凸圆U形件材料：08钢厚度：1mm生产批量：大批图1工件图2.1冲压零件的工艺性分析图示零件材料为08号钢板，能够进行一般的冲压加工，市场上也容易得到这种材料，价格适中。外形切边的工艺性：U形件属于中等尺寸零件，料厚1mm，外形复杂程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工艺获得。冲孔的工艺性：φ14的孔，尺寸精度要求一般，可采用冲孔。此工件只有外形切边和冲孔两个工序。图示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸，按惯例取IT14级，符合一般级进冲压的经济精度要求，模具精度取IT9级即可。由以上分析可知，图示零件具有比较好的冲压工艺性，适合冲压生产。2.2冲压工艺方案的选择根据制件的形状分析其冲压工艺方案可以采用以下三种方案：第一：先切边，后冲孔。第二：先冲孔，后切边。第三：同时进行切边，冲孔。方案对比：方案一与方案二的设计增加了一套模具，同时制件的精度不高，并且成本也大大增加。方案三不仅一副模具可以完成，也提高了制件的精度，同时也大大降低了制造模具的成本。综合以上分析，采用第三种方案进行冲压生产。3模具结构形式的选择与确定3.1模具结构形式的选择1）正倒装结构：根据上述分析，本零件的冲压包括切边和落料两个工序，由于制件的形状要求，采用正装结构，即冲孔凹模和落料凹模都安排在下模。2）定位装置：本工件在复合模中尺寸是较小的，又是大批量生产，制件的精度要求不是太高，又由于制件的特殊性，只须凸凹模与冲孔凸模同时定位就符合要求了。3）导向方式：为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。由于已经采用了手工送料方式，为了提高开敞性和导向均匀性，采用对角导柱模架。4）卸料方式：本模具采用正装结构，冲孔废料和工件留在凹模孔洞中，为了简化模具结构，可以在下模座中开有通槽，使废料和工件从孔洞中落下。工件厚度为1mm，料厚比较薄，为了简化模具结构和达到可靠的卸料力，选用打料快卸料和废料切刀。3.2冲压力与压力中心的计算，初选压力机3.2.1冲裁工序总力的计算 由工件结构和前面所定的冲压方案可知，本工件的冲裁力包括以下部分。冲φ35mm孔的力P1、冲φ14mm孔的力P2，考虑到模具刃部被磨损、凸凹模间隙不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响，实际计算冲裁力时按下面公式：P=KLtτ式中P—冲裁力（kN）L—冲裁件剪切周边长度（mm）t—冲裁件材料厚度（mm）τ—被冲材料的抗剪强度(MPa)K—系数，一般取1.3。上式中抗剪强度τ与材料种类和坯料的原始状态有关，可在手册中查询。为方便计算，可取材料的τ=0.8σb,故冲裁力表达式又可表示为：P=1.3Ltτ≈Ltσb式中σb—被冲材料抗拉强度(MPa)。查手册表得10钢的σb=335MPaP1=2×17..5π×1×335=41.76kNP2=2π×7×2.2×335=16.7kN工序总力P总=P1+P2=41.76+16.76=58.52kN3.2.2初选压力机（1）压力机类型的选定。其依据是所要完成工序的工艺性质，批量大小，工件的几何尺寸和精度。通用压力机适合完成冲裁，弯曲，浅拉深等工艺。对于大型，较复杂的拉深件多采用拉深压力机。对于批量小，厚板冲压或工艺力的施力行程较大者多采用液压机。对于精度要求不大高的中小型冲压机，尽量选用开式压力机。这是因为开式压力机具有三面敞开的操纵空间，使用方便，容易实现机械化，成本低。1.制品工序性质2.生产纲领3.工件几何尺寸4.制件精度5.工厂条件由以上可知，该模具选用开式压力机。（2）压力机吨位的选定。对于一般的冲孔，落料和压印工艺，工作行程较短，不会出现标称压力行程和许用能量不足的问题，在选用压力机吨位时，可以只考虑标称压力的选择。在实际工作中，从模具寿命，加工精度，压力机疲劳强度，维修等方面考虑，通常所选用压力机的标称压力不小于总工艺力的1.25—1.35倍。可选的压力机为及可以满足压力的要求：J23—3.15具体的参数如下表：表1压力机的参数表J23—10压力机参数表公称压力100KN滑块行程60mm滑块行程次数135次/min最大闭合高度180mm最大闭合高度120mm封闭高度调节量50mm滑块的中心线至床身的距离130mm立柱距离：180mm连杆调节长度25mm垫板尺寸（厚度）50mm工作台尺寸前后360mm工作台孔尺寸前后90mm左右240mm左右×孔径180mm×130mm模柄孔尺寸30mm×40mm最大倾斜角度30°（3）最大装模高度的选择所选用压力机的最大装模高度应大于冲模的闭合高度，一般至少要大于5mm。由于希望以缩短的连杆工作，并考虑到以后模具的修模会使模具高度减少，可以选择最大装模高度模具闭合高度相近的压力机。如果压力机装模高度过高，当然可以在压力机工作台面上加垫板。3.2.3压力中心的计算模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机的中心滑块中心线重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨与模具的导向部分不正常的磨损，还会使合理的间隙得不着保证，从而影响制件的质量和降低模具的寿命，甚至损坏模具。由于此工件为中心对称的圆形工件，所以压力中心与工件的中心重合。4模具工作零件的计算图示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸，按惯例取IT14级，符合一般级进冲压的经济精度要求，模具精度取IT9级即可。查有关手册得：冲孔时，间隙取在凹模上，则：凸模尺寸dap=（d+x△）-δp0凹模尺寸dd=(d+x△+Zmin)0+δ式中DdDp——落料凹模和凸模的刃口尺寸，mmdpdd——冲孔凹模和凸模的刃口尺寸，mmx——磨损系数，由手册﹝1﹞查表2-30得：IT14级时x=0.5。Zmin——双面间隙，mm△——工件公差，mmδ——凸模和凹模的制造公差，mm落料时，间隙取在凹模上，则：凸模尺寸凹模尺寸式中DdDp——落料凹模和凸模的刃口尺寸，mmdpdd——冲孔凹模和凸模的刃口尺寸，mmx——磨损系数，由手册﹝1﹞查表2-30得：IT14级时x=0.5。Zmin——双面间隙，mm△——工件公差，mmδ——凸模和凹模的制造公差，mm查冲裁模初始双面间隙值为7.0—10.0mm,落料：符合要求。冲孔：，5模具工作零件的设计5.1凸模设计冲圆孔的凸模，为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分直径应作成逐渐增大的多级形式如图6所示：图2冲孔凸模的结构形式凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的，其凸模长度用下列公式计算：L=h1+h2+h3+h式中L—凸模长度，mmh1—凸模固定板高度，mmh2—工件高度，mmh3—导尺高度，mmh—附加高度，一般取15~20mm①冲裁φ14mm孔凸模、凹模各尺寸及其组件确定和标准化（包括外形尺寸和厚度）凸模长度L=25+26+22+1=74mm由小凸模刃口d=14.23mm查手册﹝2﹞表2.54可知h=3mm,D=21mm,L=74凸模强度校核：要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力，即对于圆形凸模dmin≥式中dmin—圆形凸模最小截面直径，mmt—冲裁材料厚度，mm—冲裁材料的抗剪强度，MPa—凸模材料许用强度，取（1.0~1.6）×103MPadmin≥==1.34mm所以承压能力足够。抗纵向弯曲力校核对于圆形凸模（有导向装置）Ｌｍａｘ≤270d2/式中Lmax——允许的凸模最大自由长度，mmF——冲模力,Nｄ——凸模最小截面的直径，mmLmax≤270d2/=270×14.232/=66.5mm所以长度适宜。凸模固定端面的压力q=<式中q—凸模固定端面的压力，MPaF—落料或冲孔的冲裁力，N—模座材料许用压应力，MPaq==175.79MPa凸模固定板端面压力超过了80～90ＭＰa，为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。矩形垫板材料可用45钢，结构形式和尺寸规格见手册﹝２﹞表15.60，查得125×100×85.2凹模的设计整体式凹模如图7装于上模座上，若凹模高度H及模壁厚度C不足时，会使凹模产生较大变形，甚至破坏。但由于凹模受力复杂，凹模高度可按经验公式计算，即凹模高度H=KB凹模壁厚C=(1.5~2)H式中B凹模孔的最大宽度，mm但B不小于15mmC凹模壁厚，mm指刃口至凹模外形边缘的距离；K=系数，取0.20凹模高度H=KB=0.20×34.69=6.94mm按表取标准值25mm凹模壁厚C=1.5H=1.2×25=30mm图（3）整体式凹模的局部结构凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取（1.7~2.0）d。图（4）凹模上的螺孔设计与选用d为螺孔的距离，由于凹模厚度为25mm，所以根据表2.46﹝2﹞查得螺孔选用4×M8的螺钉固定在上模座。故选用如图8：螺孔到凹模外缘的最小距离a2=1.5d=1.5×8=12mma3=1.13d≈9mm凹模上螺孔间距由表2.47查得最小间距为40mm，最大间距为90mm。螺孔到销孔的距离一般取b>2d,所以b应大于１６。根据上述方法确定凹模外形尺寸须选用矩形凹模板125×100×25（JB/T7643.1）如图：图（5）凹模外形落料凹模的长度选取要考虑以下因素：a)保证有足够的安装刚性卸料板的位置。b)便于导尺发挥作用，保证送料粗定位精度。选取凹模边界为125mm×100mm。凹模材料选用Cr12制造，热处理硬度为58～62HRC。由于采用整体式凹模，所以由外形落料凹模确定其凹模板厚度，其凹模刃口高度由表2.40查得h=6mm，β=5.3凸凹模的设计冲孔，落料复合模、凹模各尺寸及其组件确定和标准化（包括外形尺寸和厚度）凸凹模长度L=27+10+1.50=38由凸模刃口d=34.69mm查得D=45mm,h=7.5mm,L=38mm。图（6）凸凹模凸凹模固定板端面压力超过了80～90ＭＰa，为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。矩形垫板材料可用45钢，结构形式和尺寸规格见手册﹝２﹞表15.60，查得125×100×86模具标准件和零件的选取6.1模具标准件模架垫板凸模固定板凸凹模固定板上模座下模座导柱导柱导套导套6.2标准件固定螺钉固定螺钉固定螺钉6.3模柄图（7）模柄6.4废料切刀d=6mm,h=10mm,L=12mm,B=5mm,H=15mm图（8）废料切刀7模具总装图及工作原理7.1模具总装图1.固定螺钉2.导柱3.垫板4.凸凹模5.工件6.废料切刀7.推件块8.导套9.上模座10.固定螺钉11.推杆12.固定螺钉13.推杆14.导杆15.模柄16.销钉17.垫板18.凸模固定板19.凸模20.凹模21.凸凹模22.销钉23.下模座图（9）装配图7.2冲孔.边复合模的工作原理上模部分通过模柄安装在压力机滑块上，下模部分通过螺栓，压板安装在压力机工作台面上。压力机行程一次，完成落料，冲孔一次，压力机滑块回程，带动上模部分上行，卡在凸模外的工件有推件块推出，卡在凸凹模内的废料从下模部分的落料孔中落出，落料外的废料有废料切刀切成两部分，有工人取出。完成一次冲