（机械制造及其自动化专业论文）汽车消音器进口发兰级进模技术开发与应用.pdf

申请江苏大学工程硕士学位论文 | f i i llli ii l li i iii ii ii if y 18 9 4 5 2 4 汽车消音器进口发兰级进模技术开发与 应用 d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t l o no fp r o g r e s s i v ed i e s t e c h n o l o g ya b o u tc a rm u f f l e ri n l e tf l a n g e 指导教师 蓝：监塑缝 姓 2 0 11年5 月 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密4 学位论文作者签名： 丕鞫 指导教师签 年喜月了日 加年 江苏大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品的成果。对本文 的研究作出重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确方式表明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签字： 日期： 蝣1 j 少，1 年6 月勺日 江苏大学工程硕士论文 摘要 板料冲压成形是汽车制造的关键技术。随着汽车工业产品质量的不断提高， 对冲压有了更高的要求。而随着模具设计与制造高新技术的应用与进步，多工位 级进模在普通级进模的基础上发展起来，并具有高精度、高效率、长寿命的特点， 成为技术密集型模具的重要代表，也成为冲模发展方向之一。 随着现在冲压技术的迅速发展，多工位级进模越来越多的被认识和使用，以 提高零件质量和冲压效率，降低冲压零件生产成本。但由于工位较多，模具的结 构复杂，设计开发难度大，技术要求高。本文以汽车消音器进口发兰为研究对象， 研究了多工位级进模的模具设计过程，具体内容如下： ( 1 ) 明确冲压加工的地位和特点，概述冲压模具的分类和应用，从而阐述 级进模基本概念、生产应用特点，尤其是对多工位级进模的应用条件及发展现状 和趋势进行了研究。 ( 2 ) 研究了板料冲压成形的基本原理，对冲裁、弯曲、翻边、翻孔等几种 变形过程进行了研究，讨论了板料冲压成形性能和板料成形工艺控制的主要方 法。 ( 3 ) 以汽车消音器进口发兰零件为例，分析零件图并初步确定工艺方案， 采用单工位多工序有限元建模及模拟方法，对板料的各工位的成形情况进行模拟 研究。根据模拟结果，优化成形工艺参数，确定合理的成形方案。 ( 4 ) 研究了汽车消音器进口发兰零件级进模的结构设计。在多工位级进模 设计要点和结构形式的基础上，对汽车消音器进口发兰零件级进模的模具结构进 行设计；并根据冲裁力选择合适的冲压设备进行试冲实验，证明多工位级进模设 计过程的有效性。 关键词：板料冲压；多工位：级进模；模具设计 江苏大学工程硕士论文 江苏大学工程硕士论文 a b s t r a c t s h e e tm e t a lf o r m i n gi st h ek e yt e c h n o l o g yo fa u t o m o b i l em a n u f a c t u r i n g w i t h t h ec o n t i n u o u si m p r o v e m e n to fa u t o m o t i v ep r o d u c t sq u a l i t y , h i g h e rr e q u i r e m e n t sf o r s t a m p i n gh a v eb e e np u tf o r w a r d a tt h es a m et i m e ，w i t ht h ea p p l i c a t i o n sa n dp r o g r e s s o ft h eh i g h - t e c ho fd i e sd e s i g na n dm a n u f a c t u r e ，m u l t i p o s i t i o np r o g r e s s i v em o l d ， w h i c h d e v e l o p e do nt h eb a s i so fg e n e r a lp r o g r e s s i v em o l d ，w i t hc h a r a c t e r i s t i c so fh i g h p r e c i s i o n ，h i g he f f h c i e n c y , l o n gl i f e ，h a sb e e na ni m p o r t a n tr e p r e s e n t a t i v e o f t e c h n o l o g y - i n t e n s i v em o l da n do n ed e v e l o p i n gd i r e c t i o no fd i e s w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs t a m p i n g ，m u l t i - p o s i t i o np r o g r e s s i v ed i eh a sb e e n r e c o g n i z e da n du s e dm o r ea n dm o r et oi m p r o v et h eq u a l i t ya n dt h ee f f i c i e n c yo f s t a m p i n gp a r t sa n dr e d u c et h ec o s to fs t a m p i n gp a r t s h o w e v e r , d u et ot h em o r e s t a t i o na n dm o r ec o m p l e xs t r u c t u r eo ft h em o l d ，t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n ti sv e r y d i f f i c u l ta n dd e m a n d sh i g h e rt e c h n o l o g y t h i sp a p e rs t u d i e dt h ed i e sd e s i g np r o c e s so f m u l t i p o s i t i o np r o g r e s s i v em o l d ，w i t hc a r si m p o r tm u f f l e rf l a n g ea sa no b j e c t d e t a i l s a r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) i tc l a r i f i e st h es t a t u sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fs t a m p i n g ，s u m m a r i e st h e c l a s s i f i c a t i o na n da p p l i c a t i o no fs t a m p i n gm o l d t h e r e b yi te l a b o r a t e st h eb a s i c c o n c e p t so fp r o g r e s s i v em o l da n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp r o d u c t i o na n da p p l i c a t i o n ， e s p e c i a l l yr e s e a r c h e st h ea p p l i c a t i o nc o n d i t i o n sa n dt h ed e v e l o p m e n ts t a t u sa n dt r e n d s o fm u l t i p o s i t i o np r o g r e s s i v em o l d ( 2 ) i td i s c u s s e st h eb a s i cp r i n c i p l e so fs h e e tm e t a lf o r m i n g ，r e s e a r c h e ss e v e r a l d e f o r m a t i o np r o c e s ss u c ha sp u n c h i n g ，b e n d i n g ，f l a n g i n g ，t u r n i n g ，d i s c u s s e st h em a i n m e t h o d so f p e r f o r m a n c eo fs h e e tm e t a lf o r m i n ga n ds h e e tm e t a lf o r m i n gp r o c e s s c o n t r 0 1 ( 3 ) t a k i n ga u t o m o b i l ei m p o r tm u f f l e rf l a n g ep a r t sf o re x a m p l e ，i ta n a l y z e sp a r t s d r a w i n g sa n dp r i m a r i l yd e t e r m i n e st h ep r o c e s sp l a n t h e nw et a k es i n g l e s t a t i o n m u l t i p r o c e s s f i n i t ee l e m e n tm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o nm e t h o d st os i m u l a t et h e p r o g r e s s i v em o l dm u l t i f o r m i n gp r o c e s s w eo p t i m i z et h es h e e tm e t a lf o r m i n gp r o c e s s p a r a m e t e r sa n dd e t e r m i n e ar e a s o n a b l ef o r m i n gs c h e m ew i t ht h eb a s eo ft h e s i m u l a t i o nr e s u l t s ( 4 ) i ts t u d i e st h es t r u c t u r a ld e s i g no fp r o g r e s s i v em o l do fc a r si m p o r tm u f f l e r f l a n g ep a r t s o nt h eb a s i so ft h ed e s i g nf e a t u r e sa n ds t r u c t u r eo fm u l t i - p o s i t i o n p r o g r e s s i v em o l d ，w ed e s i g nt h es t r u c t u r eo fc a r si m p o r tm u f f l e rf l a n g ep a r t s i i i 江苏大学工程硕士论文 p r o g r e s s i v em o l d b e s i d e s ，w ec h o o s es u i t a b l es t a m p i n ge q u i p m e n ta c c o r d i n gt o b l a n k i n gf o r c ei no r d e rt op r o v et h ee f f e c t i v e n e s so fm u l t i p o s i t i o np r o g r e s s i v em o l d d e s i g np r o c e s sb ye x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o n k e yw o r d s ：s h e e tm e t a ls t a m p i n g ；m u l t i - s t a t i o n ；p r o g r e s s i v ed i e s ；d i e sd e s i g n 江苏大学工程硕士论文 目录 第一章绪论1 1 1 冲压基本概述1 1 1 1 冲压加工在制造业中的地位1 1 1 2 冷冲压的概念1 1 1 3 冲压加工的特点2 1 1 4 冲模分类1 2 1 2 级进模概述3 1 2 1 级进模的概念3 1 2 2 级进模的分类3 1 2 3 级进模的特点5 1 2 4 多工位级进模的使用条件及应用6 1 3 级进模国内外的现状及发展趋势9 1 3 1 多工位级进模发展现状9 1 3 2 多工位级进模的发展趋势1 0 1 4 本论文的研究内容1 1 第二章板料冲压成形理论12 2 1 板料冲压成形的基本原理1 2 2 1 1 冲裁变形过程分析1 2 2 1 2 弯曲变形过程分析1 5 2 1 3 翻子l 与翻边1 8 2 2 板料冲压成形性能及其控制方法。，2 1 2 2 1 板料的冲压成形性能确t2 9 1 2 1 2 2 2 板料冲压成形性能试验方法及指标2 3 2 2 3 板料成形工艺控制方法2 4 2 3 本章小结2 6 第三章板料冲压成形c a e 技术与级进模2 7 3 1 板料冲压成形c a e 技术2 7 3 1 1 板料冲压成形c a e 技术概述2 7 3 1 2 板料冲压成形c a e 的关键技术2 8 3 1 3 冲压成形模拟3 1 3 2 级进模数值模拟3 5 3 2 1 零件工艺分析及计算3 5 3 2 2 零件工艺数值模拟4 0 3 3 本章小结4 3 第四章级进模结构设计4 4 4 1 级进模设计要点4 4 4 1 1 多工位级进模排样设计4 4 4 1 2 多工位级进模的工位设计4 5 4 1 3 多工位级进模分段切除时，相关部位的相接4 6 4 1 4 多工位级进模中条料载体的形式4 7 4 2 级进模结构设计要点4 7 4 2 1 级进模结构没计原则4 7 4 2 2 级进模基本结构形式4 8 v 江苏大学工程硕士论文 级进模结构设计概要 4 2 1 模架 4 2 2 支撑零件设计 4 2 3 卸料机构设计 4 2 4 导料与定距 4 2 5 导正机构设计 4 2 6 凸、凹模零件设计 4 2 7 总体装配 4 2 8 实冲试验 本章小结 4 8 4 8 5 1 5 2 5 3 5 4 5 4 5 8 5 8 6 1 第五章结束语6 2 参考文献6 3 致谢6 6 攻读学位期间发表的学术论文目录6 7 4 4 2 2 6 6 论望结展 1 2 5 5 江苏大学工程硕士论文 1 1 冲压基本概述 第一章绪论 1 1 1 冲压加工在制造业中的地位 制造业是人类社会赖以生存和发展的基础，是社会物质财富的主要来源。制 造是人类维持自身生存发展最基本的活动之一。近几十年来，计算机、机械、自 动化、微电子等技术的发展，大大提高了制造业的技术含量。据估计，工业化国 家6 0 - - - 8 0 的物质财富来源于制造业瞳1 。可以毫不夸张的浼，一切科学技术都将 通过制造业达到其最终的实现。制造业是实现现代化的原动力，是国家实力的支 柱，一个没有强大制造能力的国家永远成不了经济强国口1 。 模具是成批和大批量生产各种机电与家电产品必备的基础工艺装备，是进行 少、无切削加工的主要工具，是制造业发展的前提。模具行业是制造业中最为 重要的一个分支，人们对于“模具是工业生产的基础工艺装备”这一说法也达成 了共识，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中6 0 8 0 的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂 程度、高一致性、高生产率和低消耗是其它加工制造方法所不能比拟的n 3 。在模 具工业的总产值中，冲压模具约占6 5 。相比较而言，冷冲模所占比例最大，使 用最广。这是和板料冷冲压工艺在制造业中被广泛采用，以及现代冲压技术的不 断创新与拓展) j n t _ 范围密切相关，也是板料冲压工艺独具的技术和经济优势所决 定的n 1 。 1 1 2 冷冲压的概念 冷冲压( c o l dp r e s s i n g ) 是建立在金属塑性变形的基础上，在常温下利用 安装在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，从而获得一 定形状、尺寸和性能的零件的一种压力加工方法。陆“。1 在冷冲压加工中，将材料( 金属或非金属) 加工成零件( 或半成品) 的特殊 工艺装备，称为冷冲压模具( 俗称冷冲模，c o l d m p u n c h e dd i e s ) 。冷冲模在实 现冷冲压加工中是必不可少的工艺装备，没有先进的模具技术，先进的冷冲压工 艺就无法实现。晦1 江苏大学工程硕士论文 1 1 3 冲压加工的特点 冲压在现代工业生产中，尤其是在大批量生产中应用十分广泛。其加工方法 与机械加工及塑性加工的其他方法相比，冲压加工无论在技术方面还是在经济方 面都有许多优点，主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 节省材料。冷冲压是少、无切削加工方法之一。它不仅能做到少废料和 无废料生产，而且即使在某些情况下有边角余料，也可以充分利用，制成其他形 态的零件，使之不致于造成浪费。 ( 2 ) 制品有较好的互换性。冷冲压件的尺寸公差由模具保证，具有“一模一 样 的特征，且一般无需做进一步机械加工，故同一产品的加工尺寸具有较高的 精度和较好的一致性，因而具有较好的互换性。 ( 3 ) 冷冲压可以加工薄壁、重量轻、形状复杂、表面质量好、刚性好的零件。 ( 4 ) 生产效率高。用普通压力机进行冲压加工，每分钟可达几十件；用高速 压力机生产，每分钟可达数百件或千件以上，适用于较大批量零件的生产。 ( 5 ) 操作简单。冷冲压能用简单的生产技术，通用压力机和模具完成加工过 程，其生产效率高，操作简单，便于组织生产，易于实现机械化和自动化。 ( 6 ) 由于冷冲压生产效率高，材料利用率高，故生产的制品成本较低睛一9 “0 1 。 1 1 4 冲模分类n ( 1 ) 按工序性质分类，可分为落料模、冲孔模、切断模、切边模、切舌模、 整修模、精冲模等。 ( 2 ) 按工序组合分，可分为三类。 1 ) 单工序模( 俗称简单模) ，即在一副模具中只完成一种工序，如落料、冲 孔、切边等。 2 ) 级进模( 俗称连续模) ，即在压力机一次行程中，在模具的不同位置上同 时完成数道冲压工序。级进模所完成的同一零件的不同冲压工序是按一定的顺 序、相隔一定步距排列在模具的送料方向上的，压力机的一次行程可以得到一个 或数个冲压件。 3 ) 复合模，即在压力机的一次行程中，在一副模具的同一位置上完成数道冲 压工序。压力机的一次行程一般只得到一个冲压件。 ( 3 ) 按冲模有无导向装置和导向方法分类，可分为无导向的开式模和有导向 江苏大学工程硕士论文 的导板模、导柱模。 ( 4 ) 按送料、出件及排除废料的自动化程度分类，可分为手动模、半自动模 和自动模。 另外，按送料步距定位方法不同可分为挡料销式、导正销式、侧刃式等模具； 按卸料方法不同可分为刚性卸料式和弹性式等模具；按凸、凹模材料不同可分为 钢模、硬质合金模、钢带冲模、锌基合金模、橡胶冲模等。 对于一副冲模可能兼有上述几种特征，如导柱、导套导向，固定卸料，侧刃 定距的冲孔落料级进模等。 1 2 级进模概述 1 2 1 级进模的概念 级进模，通常又称为跳步模、连续模和多工位级进模，指模具上沿被冲原材 料的直线送进方向，具有至少两个或两个以上工位，并在压力机的一次行程中， 在不同的工位上完成两个或两个以上冲压工序的冲模引。被n - r 材料，事先加工 成一定宽度的条料，采用某种送进方法，每次送进一个步距。经逐个工位冲制后， 便得到一个完整的冲压工件。常见的冲压工序有冲孔( 圆孔和异形孔、窄缝、窄 槽等) 、压弯( 一次压弯和多次压弯) 、拉深、再拉深、整形、成形、落料等。由 于冲件各不相同，所完成的冲压工序性质和工位数也各不相同。其所用的模具在 统称级进模的前提下，一般用制件名称或多少工位加制件名称冠在级进模的前 面，以此称呼其不同的级进模。一般来说，无论冲压零件形状如何复杂，冲压工 序如何多，均可用一副级进模冲制完成。 因此，级进模必须具有高精度的导向和准确的定距系统，配合高速的冲压设 备，配备自动送料机构，既可实现高速自动化冲压生产，稳定冲件质量，又提高 了生产效率。所以说，级进模是一种较为先进、有更多发展空间和使用价值的工 艺装备。 1 2 2 级进模的分类 级进模的分类与名称因前提不同而不同，大致有如下几种n 副。 ( 1 ) 按冲压的特点分类 如以冲裁为主的有冲孔一落料级进模；以弯曲为主的冲废料一压弯一切断级 进模；以拉深为主的多工位连续拉深模和冲窄缝拉深多次拉深整形落料级进模； 江苏大学工程硕士论文 以成形为主的冲孔一翻孔一压包一落料级进模等。总之，由于冲裁是级进模的基 本冲压内容，级进模又是冷冲模中的一种，所以根据多工位级进模中常见的弯曲、 拉深、成形等，相应的各种级进模分类如图1 - 1 所示。 图卜l 多j r 位级进模按冲压特点分类 ( 2 ) 按被冲压的制件名称分类 如2 8 l 集成电路引线框级进模、传真机左右支架级进模、动簧片多工位级进 模、端子接片多工位级进模等，这些名称目前用得最多。 ( 3 ) 按工位数+ 制件名称分类 如3 2 工位电刷支架精密级进模、2 5 工位簧片级进模、如上位刷片级进模等。 ( 4 ) 按被冲压的制件名称+ 模具工作零件所采用特殊材料分类 如电池极板硬质合金级进模、极片钢结合金级进模、定转子铁心自动叠装硬 质合金级进模等。 ( 5 ) 按模具使用特征分类 带自动挡料销级进模、带定长切断装置的级进模、自动送料冲孔分段冲切级 进模等。 4 。 江苏大学工程硕士论文 ( 6 ) 按级进模排样的方式不同分类 可分为封闭形孔连续式级进模和分段切除多段式级进模。 1 ) 封闭形孔连续式级进模其特点是模具的工作形孔与被冲制件上的形孔 及制件外形( 对于弯曲件指制件展开外形) 完全一样。制件上的不同形孔分别安排 在适当的工位上，材料沿各工位经过连续冲压，往往在最后工位为落料，即冲下 来的是所要求的制件。用这种方法设计的级进模称为封闭形孑l 连续式级进模。 2 ) 分段切除多段式级进模其特点是列较为复杂的制件异形孔和外形通过 级进模( 排样) 分段逐步切除多余废料的方法，最后得到所需的制件。 分段切除多段式级进模的工位数，相对于封闭形孔连续式级进模，增加许多。 同前，许多大批量的电器产品中接插用小零件，都采用分段切除多段式级进模牛 产。其工位数少则十几个，多达几十个，故有多工位级进模之称。 ( 7 ) 按模具的结构分类 分为独立式级进模和分段组装式级进模。独立式级进模，工位数不论多少， 各工位都在同_ 一块凹模板上完成；分段组装式级进模，按排样冲压工序特点将相 同或相近冲压性质的工位组成一个独立的分级单元，然后将它同定到总模架上， 成为一副完整的多工位级进模。分段组装式级进模简化了制模难度，故在大型、 多工位、加工较困难的级进模中常用 1 2 3 级进模的特点 多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种高精度、高效率、长 寿命的模具，是技术密集型模具的重要代表，是冲模发展方向之一。这种模具除 进行冲孔落料工作外，还可根据零件结构的特点和成形性质，完成压筋、冲窝、 弯曲、拉深等成形工序，甚至还可以在模具中完成装配工序【1 2 , 1 4 】。冲压时，将带 料或条料由模具入口端送进后，在严格控制步距精度的条件下，按照成形工艺安 排的顺序，通过各工位的连续冲压，在最后工位经冲裁或切断后，便可冲制出符 合产品要求的冲压件。为保证多工位级进模的正常工作，模具必须具有高精度的 导向和准确的定距系统，配备有自动送料、自动出件、安全检测等装置。所以多 工位级进模与普通冲压模具相比要复杂得多，主要具有如下特点【1 0 】： ( 1 ) 与单工序模比较，多工位级进模在一副模具中，可以完成冲裁、弯曲、 拉深和成形等冲压工序。减少了模具、设备数量，提高了生产效率。但多工位级 江苏大学工程硕士论文 进模结构复杂，经常采用镶块结构，凸模位置、凹模孔位等位置精度要求高，制 造精度高，给模具的制造、调试及维修带来一定的难度。 ( 2 ) 与复合模比较，由于在级进模中几个工序可以分散在不同的工位上，为 了保证模具的强度，可以增加一些空位，调整工序之间的距离，没有复合模的“最 小壁厚 问题，模具的强度得到保证 ( 3 ) 多工位级进模采用自动送料、自动出件、安全检测等自动化装置，设备 采用高速冲压机床，具有较高的生产效率。目前，世界上最先进的冲压机床冲压 速度达4 0 0 0 次分以上。 ( 4 ) 多工位级进模工作零件强度要求高，材料常采用高合金工具钢、硬质合 金等。硬质合金具有8 9 9 5 h r a 硬度，高合金工具钢常在热处理淬硬后进行加工， 所以常采用先进的数控慢走丝电火花线切割、数控成形磨、数控坐标磨、数控光 学曲线磨等先进加工方法制造模具工作零件，加工设备价格较高。 ( 5 ) 在大批量的冲压件生产中，材料较薄、精度较高的中小型冲件，由于移 动和重复定位精度要求高，必须使用多工位级进模。 多工位级进模主要用于冲制厚度较薄( t = o 1 2 m m ，一般不超过2 m m ) 、产 量大、形状复杂、精度要求较高的中、小型零件。用这种模具冲制的零件，精度 可达i t i o 级。 多工位级进模优点很多，但是多工位级进模的结构比较复杂，模具零件在制 造过程中的累积误差影响冲压件的质量。因此模具设计要求高，模具加工精度要 求高，制造难度大、同时对冲压设备、原材料也有相应的要求，模具的成本高。 同时，在使用中要求模具维修工需具有一定的技术水平。因此，在模具设计前必 须对工件进行全面分析，然后合理确定该工件的冲压成形工艺方案，正确设计模 具结构和模具零件的加工工艺规程，以获得最佳的技术经济效益。 1 2 4 多工位级进模的使用条件及应用 如前所述，多工位级进模有许多特点与功能，但由于它的结构比较复杂，加 工制造比一般模具要求高，制造周期也相对较长，成本相对高等原因，而且其使 用条件也有一定要求。因此，对它的应用要从技术和经济方面慎重考虑n 2 “4 1 5 1 。 ( 1 ) 多工位级进模使用条件 1 ) 必须有一副合格的多工位级进模所谓合格，应该是具有一定精度、一 6 江苏大学工程硕士论文 定功能并能实现稳定、连续、正常生产。现在有许多模具都是委托专业模具厂制 造的。用户在接受该模具时，必须严格检查该模具是否达到正常使用要求。模具 结构、冲压工艺方案设计、试冲样件方面等有无缺陷和不足；在履行合同的有关 技术条款中，有无未尽事宜，或属于用户事先未提及的事，到了事后才提出而引 起不必要的纠纷或麻烦等。模具交付使用时，必须经过试冲合格验收通过。 2 ) 必须有会调整、维修、保养、刃磨修理的技术能力多工位级进模，使用 过程中，刃口磨损或局部可能出现故障，这是常见的事。例如小凸模的折断，冲 压过程中发现毛刺过大，刃口变钝了，凸、凹模镶件要更换或进行修理等。 多工位级进模的刃磨与一般模具不同，它不是简单地将某个凸模或凹模磨去 多少就完事。对于那些有弯曲、拉深成形的多工位级进模，在刃磨凸、凹模刃口 时，还要相应修正其他部分的相对高度，使刃磨或修理后的各凸、凹模之间仍保 持原设计应有的原始差量。对于这种刃磨和修理，必须要求修理人员具有较高的 专业理论和实践技能( 维修人员在拆卸模具前要了解模具的结构原理和凸、凹模 相互间尺寸关系等) 。用户也应为之配置供刃磨、维修使用的精密磨削加工和检 测用的必备设备。 3 ) 必须拥有能满足多工位级进模连续冲压生产要求的冲压设备这种冲压 设备与普通压力机相比，要求精度、刚度更好一些，功率、冲次、台面尺寸更大 一些，制动系统可靠稳定。另外还应具备行程可调( 一般都使用行程可调的偏心 压力机) 等功能，便于级进模的调试。 用多工位级进模进行冲压生产时，选取压力机的行程是不大的，一般以保证 冲压能顺利进行和送料能正常为原则。多工位级进模取小行程冲压，可以保持模 架的导柱、导套工作过程始终不脱开，这样有利于保证冲压精度。并且采用较小 行程对实现高速冲压，也是十分有利的。因此，不同的级进模，由于制件的不同， 所取行程大小虽不完全相同，但总的来说都是一个较小的范围。 冲压没备还应附有高精度的自动送料装置和安全保护装置，这在自动冲压无 人看管的情况下，保持连续安全工作十分重要。 4 ) 必须有稳定的高质量的适合多工位级进模生产的冲压用料用多工位级 进模冲压生产属于高效率大生产，所以对冲压用料是比较严的。冲压过程中，不 会因为料有质量问题而影响生产。 所谓提供的冲压用料要稳定、高质量，主要指材料的牌号、力学性能，每批 7 ， 江苏大学工程硕士论文 料都应一致，符合该材料所规定的技术条件，软硬符合使用要求，料的厚薄和宽 度尺寸应在规定公差范围内，表面状态良好。 多工位级进模冲压用材料，大多是长的带料，常用分条机裁切成一定宽度， 要求料宽的直线性好，绝不允许有“镰刀 弯之类缺陷存在，否则将直接影响送 料。正常生产条件下，带料的长度必须有保证。 使用多工位级进模，冲压用料必须达到使用要求，千万不能用不合格的料。 即使是试模，也要严格地按正常生产用料进行。哪怕是试模用的料冲下的件不一 定都用得上，而被当作废品处理掉，这一点投入是必要的。在实际工作中，往往 不太重视试模用合格材料而临时凑合，随意捡一块料用来试模，当试不出合格制 件时，就只在模具上找原因。当然试模的主要目的是找模具还存在哪些问题，需 要改进，以求达到圆满。但试模用料不合适，模具再好，照样冲不出合格的制件， 这对于拉深或弯曲成形等工序最为突出。许多例子告诉我们，在带有弯曲、成形 和拉深的级进模中，同一副模具，由于使用的料质量不同冲出的制件质量就截 然不同，这就证明冲压用料的重要性。 5 ) 制件应具备适合多工位级进模冲制的条件 制件的产量比较大，一般不少于5 万件。 制件的精度适中，一般为大于i t i o 级，近几年随着模具加工技术的进步， 多工位级进模的制造精度明显有了提高，从而使制件精度也提高，有的达i t 8 级 以内。 用单工序模不经济，用复合模又难以冲压加工的情况下，只能用多工位级 进模。 用单工序模不便定位和冲压加工，只能用多工位级进模生产的某些小而复 杂的微型或超小型件。 ( 2 ) 多工位级进模的应用 尽管多工位级进模有许多特点，但由于制造周期相对长些，成本相对高些等 原因，应用时必须慎重考虑。合理选用多工位级进模，应符合如下情况： 1 ) 制件应该是定型产品，而且需要量确实比较大。 2 ) 不适合采用单工序模冲制。如某些形状异常复杂的制件，如弹簧插头、 接线端子等。需要多次冲压才能完成制件的形状和尺寸要求，若采用单工序冲压 是无法定位和冲压的，而只能采用多工位级进模在- - n 模具内完成连续冲压，才 江苏大学工程硕士论文 能获得所需制件。 3 ) 不适合采用复合模冲制。如某些形状特殊的制件，例如集成电路引线框、 电表铁心、微型电动机定、转子片等，使用复合模是无法没计与制造模具的，而 应用多工位级进模能圆满解决问题。 4 ) 冲压用的材料长短、厚薄比较适宜。多工位级进模用的冲件材料，一般 都是条料，料不能太短，以致冲压过程中换料次数太多，生产效率上不去。料太 薄，送料导向定位困难：料太厚、无法矫直，且太厚的料长度一般较短，不适合 用于级进模，自动送料也困难。 5 ) 制件的形状与尺寸大小适当。当制件的料厚大于5 m m ，外形尺寸大于2 5 0 m m 时，不仅冲压力大，而且模具的结构尺寸大，故不适宜采用级进模。 6 ) 模具的总尺寸和冲压力适用于生产车间现有的压力机大小，必须和压力 机的相关参数匹配。 1 3 级进模国内外的现状及发展趋势 多工位级进模的应用，是当代冲压模具中生产效率最高、最适合大批量生产， 广泛使用的种高效、高速、高质、长寿的实用模到1 5 棚】。多工位级进模的广泛 应用是现代冲压模具水平的一个重要标志。 1 3 1 多工位级进模发展现状 我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具 技术有了很大发展，模具水平有了较大提高【2 0 乏2 1 。大型、精密、复杂、高效和长 寿命模具又上了新台阶。大型复杂冲模以轿车覆盖件为代表，我国主要汽车模具 企业，已能生产部分轿车覆盖件模具；体现高水平制造技术的多工位级进模应用 面大增，已从电机、电铁芯片模具，扩大到接插件、电子零件、汽车零件、空调 器散热片等家电零件模具上。 随着级进模使用的日渐广泛，冲压产品也日趋复杂，级进模工步数往往多达 数十工步，步距精度要求则达微米，设计、制造难度大大提高。为适应快速的市 场变化，提高产品竞争力，缩短产品的生产、制造周期，必须提高设计效率， c a d c a m 技术成为实现这一目标的根本途径。模具c a d c a m 技术的研究，尤其是 多工位级进模的研究首先集中在模具设计和制造的交互式图形系统和c n c 技术 上。经过近三十年的发展，模具c a d 系统由开始的二维系统发展成以实体造型、 9 江苏大学工程硕士论文 基于特征设计和c a d c a m 高度集成为特征的三维系统，并不断将人工智能( a i ) 技术和计算机网络技术引入这一领域，使系统逐步向智能化、自动化和网络化。 目前c a d c a m 集成系统，在软件结构、建模器、面向目标开发工具、数据模型、 智能设计、统一数据管理等方面实现新的突破，真正实现并行的工作方式，提供 更完善、更高效的设计、分析、管理、控制和制造等方面的环境和工具。作为 c a d c a m 的一个重要分支，模具c a d c a m 技术也在随着c a d c a m 的整体技术的不 断提高而不断进步。 近年来由于冲压技术的不断革新和发展，模具设计与制造高科技技术的应用 与进步，多工位级进模的应用越来越广。目前，国内外对多工位级进模的研究非 常重视，研究坯料成形工艺与模具之间的相互作用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 已丌始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元( f e m ) 等分析方法 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旺3 嗡1 。这样节省了昂贵的试模费用，也缩短了模具制造周期。 另外，研究推广可以提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用 范围的各种冲压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。 1 3 2 多工位级进模的发展趋势 多工位级进模已采用计算机辅助设计与辅助制造技术( c a d c a m ) ，提高了模 具设计水平与模具零件制造精度。冲压设备速度逐步提高，冲压冲裁件多工位级 进模冲压速度已经超过1 0 0 0 次m i n ，最高达4 0 0 0 次m i n 以上。冲压弯曲件的 冲压速度达到5 0 0 6 0 0 次m i n 。冲压多工序组合的冲压件的冲压速度达到2 0 0 4 0 0 次m i n 。 模具结构、制造精度、制造难度也在进一步提高。在实际生产中，单排级进 模已向双排、多排级进模发展，多工位级进模向大型化发展，以进一步提高生产 效率和材料的利用率。 先进的数控慢走丝电火花线切割、数控成形磨、数控坐标磨、数控光学曲线 磨等先进加工方法的使用，使模具零件制造精度及步距精度大大提高，可以达到 0 0 0 2 - - - 0 0 0 5 m m m i n ；冷作模具钢新材料的开发，也使模具的使用寿命可以达到 l o 江苏大学工程硕士论文 3 亿次。多工位级进模正在向高精度、高效率、长也使寿命的方向发展。 1 4 本论文的研究内容 本文在分析研究多工位级进模基本概念、生产特点及其应用现状和发展趋势 的基础上，以汽车消音器进口发兰级进模的设计过程为例，研究了薄板成形的相 关理论，分析板料冲孔、折弯、翻边、翻孔等成形变形情况，采用数值模拟和生 产试验相结合的方法，优化汽车消音器进口发兰的成形工艺，确定零件的生产排 样图；再次，在级进模有限元建模方法的基础上，采用单工位多工序有限元建模 及模拟方法，对汽车消音器进口发兰的级进模多工序成形过程进行了有限元模 拟，优化参数，缩短模具的生产制造周期，结合生产试验，确定了汽车消音器进 口发兰成形的生产工艺；最后，进行模具的结构设计，从而完成整套模具的设计， 并选取合适的压力机，进行实冲试验，到加工出合格的汽车消音器进口发兰零件。 各章内容安排如下： 第一章：在概述冲压加工的地位和特点的基础上阐述了国内外级进模设计应 用的特点和应用现状，尤其是对多工位级进模的应用条件及发展现状和趋势进行 了研究。 第二章：在板料冲压成形的基本原理基础上，对冲裁、弯曲、翻边、翻孔等 几种变形过程进行了研究，讨论了板料冲压成形性能和板料成形工艺控制的主要 方法，有助于板料成形的工艺设计。 第三章：以汽车消音器进口发兰零件为例，进行工艺分析并初步确定工艺方 案，然后采用单工位多工序有限元建模及模拟方法，在d y n a f o r m 软件的应用基 础上建立有限元模型，进行板料的各工位的成形情况进行模拟，根据模拟结果， 确定工艺参数，制定合理的工艺方案。 第四章：在级进模结构设计原则的基础上，尤其是多工位级进模设计要点和 结构形式，对汽车消音器进口发兰零件级进模的模具结构进行设计，得到级进模 的整体结构；然后根据冲裁力选择合适的冲压设备进行试冲实验，通过试验验证， 证明多工位级进模设计过程的有效性。 第五章：总结本文的研究成果，并对将来的工作提出展望。 江苏大学工程硕士论文 第二章板料冲压成形理论 2 1 板料冲压成形的基本原理 汽车消音器进口发兰形状复杂，成形时坯料上各部分的变形状态较为复杂， 差别较大，各处应力也不均匀，零件的成形兼有冲孔、折弯、翻边、翻孔等多种 变形方式。 多步成形根据材料变形区域的受力特点和流动规律，可划分为冲裁、折弯、 翻边、翻孔等基本成形方式【1 0 1 4 , 2 6 ，2 让8 1 。 2 1 1 冲裁变形过程分析 2 1 1 1 冲裁变形过程 冲裁是利用模具使板料产生相互分离的冲压工序。冲裁工序的种类很多，常 用的有切断、落料、冲孔、切边、切口、剖切等。 冲裁是冲压工艺中最基本的工序之一，它既可直接冲出成品零件，又可为弯 曲、拉深和成形等其他工序制备坯料，因此，在冲压加工中应用非常广泛。图 2 一l 所示为冲裁工作示意图。凸模1 与凹模2 具有与冲件轮廓相同的锋利刃口， 且相互之间保持均匀合适的间隙。冲裁时，板料3 置于凹模上方，当凸模随压力 机滑块向下运动时，便迅速冲穿板料进入凹模，使冲件与板料分离而完成冲裁工 作。 眩习 i 2 l l 3 t j 忒懋 图2 1 冲裁：【作示意图 卜凸模2 一凹模3 一板料 从凸模接触板料到板料相互分离的过程是在瞬间完成的。当凸、凹模间隙正 常时，冲裁变形过程大致可分为三个阶段。 ( 1 ) 弹性变形阶段如图2 - 2 a 所示，当凸模接触板料并下压时，在凸、凹模 压力作用下，板料开始产生弹性压缩、弯曲、拉伸( a b a b ) 等复杂变形。这时， 1 2 江苏大学工程硕士论文 凸模略微挤入板料，板料下部也略微挤入凹模洞口，并在与凸、凹模刃口接触处 形成很小的圆角。同时，板料稍有穹弯，材料越硬，凸、凹模间隙越大，穹弯越 严重。随着凸模的下压，刃口附近板料所受的应力逐渐增大，直至达到弹性极限， 弹性变形阶段结束。