【CM020】轴架冲压模具设计【FY+KT+RW】【级进】
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【CM020】轴架冲压模具设计【FY+KT+RW】【级进】,cm020,冲压,模具设计,fy,kt,rw,级进
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南昌航空大学科技学院 ie I in to It is is to A of of in to of AE by or is is of is as to be of is as as it a on of As 昌航空大学科技学院 1 by as to by of of of to a if of is in of be of to be as a at as so in to of a In of 1 he 1)to of so of in 昌航空大学科技学院 2 in of is to of in is In it is to of of 2 ie t be 2 of of AD AE of 昌航空大学科技学院 3 is if is to by AD AM -D he be as as -D on of it of 昌航空大学科技学院 4 3-D of at in -D by If be be by ue to be or be It is to by in By it is to is 3 is of is It is an to by it is to a it is to by a of on 昌航空大学科技学院 5 be by is AE to of be is by in is no 3 of is a of 4) on on of 昌航空大学科技学院 6 be of in is so of by of he so in by of be in In it to of is it is no an a is in is by by 昌航空大学科技学院 7 is If is by he of is of to be of of in to be be be in is to it is of 4 1) is (2) is on is to on (3) it in 1 ie 昌航空大学科技学院 8 000( 2 ， 1995， 5： 229 3 T， H ie 1993， 31(11)： 2709 2725 4 J 2000， 35(4)： 1391 5 ， ， ,et AE J J 2001， 111： 279 285 6 et J 2002， 14(4)： 26 29 文献出处： ie . 2006,13(1):4074 南昌航空大学科技学院 9 译文 模具热处理及其导向平行设计 李雄， 张鸿冰 ， 阮雪榆 ，罗中华， 张艳 摘要 ： 在一系列方式中，传统模具设计方法存在许多缺点。众所周知 ,热处理对模具起着非常重要的作用。为了克服模具热处理工艺存在的缺点，一种新的模具热处理工艺 并行设计方法已经被开发出来了。热处理 术是集成了并行环境和有关模型而建立的。这些调查研究可以显著提高效率，降低成本，并保证产品质量达到 R 和 关键词 ： 模具设计；热处理；模具 传统模具设计主要是依照自身实践经验或依照部分实践经验，而不是制造工艺。在设计完成之前，模具方案通常要被一次又一次的改进，于是有些缺点便出现，例如开发时期长，成本高和实际效果不明显。由于对精确性、使用寿命、开发期和费用的严格要求，先进的模具要求设计和制造得十分完善。因此越来越先进的技术和创新方法被应用其中，例如并行工程、 敏捷制造业、虚拟制造业、协同合作设计等。 模具的热处理与模具设计，制造和装配同样重要。因为它对模具的制造装配和使用寿命又及其重要的影响。模具设计与制造发展十分迅速，但是热处理发展却严重滞后它们。随着模具工业的发展，热处理必须保证模具有良好的制造装配和磨损耐热性能。不切实际的热处理将导致模具材料过硬或过软，同时影响模具装配性能。传统的热处理工艺是按照设计师提出的方法和特性制作出来的。这样会使模具设计师和热处理工艺师意见产南昌航空大学科技学院 10 生分歧，而模具设计师却不能充分地了解热处理工艺和材料的性能，相反热处理工艺师却很少了解模具 的使用环境和设计思路。这些分歧将在很大程度上影响模具的发展。因此，如果把热处理工艺设计放在设计阶段之前，则缩短开发周期，减少花费和保证质量等目标将会被考虑，而且从串行到并行的发展模式也将会实现。 并行工程是以计算机集成系统作为载体，在开始以后，每个阶段和因素都被看作如制造、热处理、性能等等，以避免出现错误。并行模式已经摒除了串行模式的缺陷，由此带来了一场对串行模式的革命。 在当前的工作中，热处理被集成到了模具开发的并行环境中，同时也正在进行这种系统性和深入性的研究。 并行模式与串行 模式存在根本的不同（见图 1）。对于串行模式，设计者大多考虑的是模具的结构与功能，但很难考虑相关的工艺，以致前者的错误很容易蔓延到后面。与此同时，设计本门很少与装配，预算会计和销售部门沟通。这些问题当然会影响模具的开发进度和市场前景。然而在并行模式中，不但以上部门关系联系密切，所有参加模具开发的部门都与买家有密切的交流。这有助于协调各部门消除矛盾，提高工作效率，同时降低成本。 (a) 南昌航空大学科技学院 11 (b) (a)串行模式 （ b）并行模式 图 并行工程系统框架示意图 并行环境下的热处理工艺不是在方案和工件确定以后，而是在模具设计的时候制定出来的。这样的话，将有利于优化热处理工艺，充分利用材料。 体化 从图 2 中可以看出，热处理工艺的设计与模拟是一体化模式的核心。在信息输入产品模块中后，经热处理工艺过程产生的热处理 热处理 块将对于零件图，热处理以后模拟温度场的微观结构分析和可能出现的缺陷（例如过热，烧伤）自动划分网络，如果优化是根据立体视觉技术的结果重新出现，则这项热处理工艺已经被审核。而且工具与夹具的 集成于这种系统中 。 南昌航空大学科技学院 12 图 体化系统框架示意图 以并行工程为基础的集成模式可以与其它类似模式共享信息。这样使热处理工艺得到优化，并确保改工艺准确。 用三维模型和立体视觉技术的热处理 在形成模具的基础上，材料，结构和尺寸的问题能通过热处理三维模型尽快发现出来。在热处理过程中，模具加热条件和相变条件是切合实际的，因为通过计算相变热力、相变动力、相应力、热应力、传热速度、流体动力等已经取得重要突破。例如，能进行局部复杂表面和不对称 模具的三维热传导模型计算，和能进行微观结构转变的 件模型。计算机能够在任何时间提交温度，微观结构和应力的信息，并通过连接温度场微观结构领域和力场来显示三维形式的全部改变过程。如果再加上这种特性，则各部分性能都能通过计算机预见。 处理工艺设计 由于对强度和硬度，表面粗糙度和模具热处理变形的特殊要求，淬火介质的种类、淬火温度、回火温度和时间等参数特性必须经过适当的选择，以及是否使用表面淬火或化学热处理，这种特性必须准确的制定下来。自从计算机技术在最近几十年迅速的发展，难以进行大型计算已经成为过去 。通过模拟和仔细考虑热处理特性，热处理后的成本和所须时间，这些都并不难优化热处理工艺。 处理数据库 热处理数据库在图 3 中描述。数据库是制定热处理工艺的基础。一般来说，热处理数据库分为材料数据库和工艺数据库。通过材料和工艺来预测特性已成为一种必然的趋势。尽管很难建立一个特性数据库，但通过一系列的测试来建立数据库是必要的。材料数据库包括材料牌号、化学成分、性能和国内外同级别目录表。工艺数据库包括热处理标准、种类、保温时间和冷却温度。基于数据库，热处理工艺可以通过推理规则创造出来 南昌航空大学科技学院 13 。 图 理数据库 处理工具和设备 在热处理工艺确定以后，工具及设备 统传送设计和制造的数值信息来控制装置。通过快速模具成型，可靠的工具和夹具都能被确定。整个程序通过网络传送，不存在任何人为干扰。 度，微观结构，应力和特性的联系 热处理程序是一个温度，微观结构和应力互相作用的程序。三方面都能影响材料特性（见图 4）。在加热和冷却期间，当微观结构转变时热应力和相变迟早会出现。微观结构温度相变和温度微观结构应力特性相互影响。对相互作用的四个因素的调查已经取得很大的发展，但普 通的数学模型还没有建立。许多模型能很好的满足测试结果，但不能投入到实践当中。大部分模型的难点是用分析的方法处理的，同时数值方法也运用了，导致存在不准确的计算 。 图 即使如此，把经验方法与定性分析相比较，通过计算机来进行热处理模拟取得了很大的进展。 南昌航空大学科技学院 14 型的建立和融合 在模具的开发过程中，涉及到设计、制造、热处理、装配、维修等。它们应该有自己的数据库和模型。它们通过事物的内在联系建立模型，互相串联起来，尽管建立和运用动态推理机制，但其目的在于完成优化设计。产品模型和其 它模型的联系已被建立。如果细小组织模型发生改变，则产品模型也将改变。事实上，它属于数据库与模具之间的联系。当热处理模型集成到系统以后，它已不再是一个孤立的单位，而是一个部分，同时在系统中接近其它模型。在搜查后，热处理数据库的计算和推理能力，热处理程序都被几何模型，模具制造模型和预算所限制，这是通行的。如果这种限制不服从，系统会发出解释性的警告。 所用设计的细小组织都是通过互连网连接的。 部分之间的管理和协调 复杂的模具需要其中各项目组之间密切合作。因为考虑到模具的开发，各部分都存在缺点，它必须得到管 理和协调。首先，各项目组应该确定其本身的控制条件和资源要求，同时了解不同环境下的工作程序，以避免发生冲突。其次，要提出开发计划和建立监控机制。如果开发受到限制则可逐步排除。 敏捷管理和协调有助于交流信息，提高效率和减少材料。同时这有利于激发人的创造力，消除阻碍和制定出最好的方法。 热处理 术已被集成到模具并行设计中去，同时热处理已被制成图表，这有利于提高效率，较易发现问题并解决问题。 模型的开发已在同一个平台运行。在这个平台中，当热处理工艺制定出来后，设计人员可获得相关信息和转让 部分信息到其它设计部门。 制定出正确的开发计划并按时调整可以极大缩短开发周期和降低成本。 文献出处 ： 李雄，张鸿冰，阮雪榆，罗中华，张艳 J. 钢铁研究学报英文版 ， 2006， 13（ 1） :4074 毕业设计（论文） 外文翻译 题目 模具热处理及其导向平行设计 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 078105218 学 生 姓 名 李皓东 指 导 教 师 贺红林 毕业设计（论文） 题目： 轴架冲压工艺及模具的设计 系 别 航空工程系 专业名称 机械设计制造及其自动化 班级学号 078105218 学生姓名 李皓东 指导教师 贺红林 二 O 一一 年 六 月 毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计 (论文 )题目： 轴架的冲压工艺及模具设计 业设计 (论文 )使用的原始资料 (数据 )及设计技术要求 给定某 轴架 零件图（如右图），要求根据该图完成以下工作： 1）分析该 轴架 的 冲压工艺性 ，并 提出几种 行的冲压 工艺方案； 2）在 工艺 方案分析的基础上，优选 冲压 工艺路线； 3）按选 定 的工艺路线 进行工艺计算 ； 4） 确定 模具结构 （ 模架型式 、 导向方式、毛坯定位、卸料、推料、压料、 出件方式等。） 5）确定模具主要零部件结构与尺寸； 6） 设计 模具 的装配图和零件工作图 ； 7）撰写毕业设计说明书。 业设计 (论文 )工作内容及完成时间： （ 1）查阅文献、熟悉相关软件使用，撰写开题报告； 第 1周 周 （ 2）相关外文文献阅读与翻译（ 6000字符以上）； 第 2周 周 （ 3） 接口 件 冲压工艺 分析及冲裁工艺方案确定 ； 第 3周 周 （ 4） 必要的 裁减 工艺计算 ； 第 5周 周 （ 5） 模具 结构 型式及其 主要零部件结构尺寸 确定 ； 第 7周 周 1周 （ 6） 模具总装图 设计 第 9周 5周 （ 7） 模具主要零件 的工作 图 设计 第 15周 6周 （ 8）答辩准备及毕业答辩 第 16周 7周 、主 要参考资料： 1 张如华 等主编 . 冲压工艺与模具设计 . 北京：清华大学出版社， 2006 2 锻压学会 编 . 锻压手册第 2卷 冲压（第 3版） . 北京：机械工业出版社， 2008 3 王孝培 主编 . 冲压手册（第 2版） . 北京：机械工业出版社， 1995 4 编写组 编 . 冲模设计手册 . 北京：机械工业出版社， 1991 5 （日）编委会 编 . 冲压加工技术手册 . 谷维忠等 译 . 北京：轻工业出版社， 1988 6 郑可 锽 主编 . 实用冲压模具设计手册 . 北京：宇航出版社， 1990 7 李天佑编 . 冲压模具图册 . 机械工业出版社， 198？ 8 冲模设计应用实例 . 北京：机械工业出版社， 1999 9 of in a A. 2005 航空工程 系 机械设计制造及其自动化 专业类 0781052 班 学生（签名）： 日期： 自 2011 年 1 月 03 日 指导教师（签名）： 助理指导教师 (并指出所负责的部分 )： 机 械设计 系（室） 主任（签名）： 附注 :任务书应该附 在已完成的毕业设计说明书首页。 毕业设计（论文）开题报告 题目 轴架冲压工艺及模具的设计 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 078105218 学 生 姓 名 李皓东 指 导 教 师 贺红林 填 表 日 期 2011 年 3 月 11 日 说 明 开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展 趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。 以下填写内容 各专业 可根据具体情况适当 修改 。但每个专业填写内容应保持一致。 一、选题的依据及意义 ： （ 1）通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模具设计的基本技能 （ 2）综合运用冷冲模课程和其它有关先修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决模具设计问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化。 （ 3）学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零部件的设计过程和计算方法，培养正 确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力。 二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 随着我国成为世界制造业的中心，电子信息技术中的电子元器件和汽车部件越来越多的成为中国制造，而模具是机械、电子、汽车、家电等工业产品的基础工艺装备，作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其它工业的发展起着十分重要的作用，在国际上称为“工业之母”。 2005 年我国模具产值为 610 亿人民币， 2006 年约 720 亿，平均每年以 20% 25%的速度增长。模具的技术水平明显有了提高，一些国产 优质模具的性能已接近国外同类产品的先进水平，但由于我国起步晚，许多模具不得不依赖进口，与发达国家相比差距还非常大。 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。其主要发展如下： 1. 工艺分析计算的现代化。它将与现代数学、计算机技术联姻，对加工零件进行计算机模拟和有限元分析，达到预测某一工艺方案对零件成形的可能性与成形过程中可能会发生的问题，供设计人员修改和选择。 2 造与分析（ 研究和应用将极大地提高模具制造效率，提高模具质量，使模具设计与制造技术实现一体化。 3. 模具的标准化、商品化、机械化及专业化自动生产 三、研究内容及实验方案： 1， 给定某轴架零件图（如右图）， 其研究内容 ： 1）分析该轴架的冲压工艺性，并提出几种行的冲压工艺方案； 2）在工艺方案分析的基础上，优选冲压工艺路线； 3）按选定的工艺路线进行工艺计算； 4）确定模具结构（模架型式、导向方式、毛坯定位、卸料、推料、压料、出件方式等 ） 。 5）确定模具主要零部件结构与尺寸； 6）设计模具的装配图和零件 工作图； 7）撰写毕业设计说明书。 2， 初步确定方案： 方案一：先冲孔，再弯曲，后落料。单工序模生产。 方案二：冲孔 弯曲 落料级进冲压。级进模生产。 方案三：落料 冲孔复合模冲压。复合模生产。 表 2各类模具结构及特点比较 模具种类比较项目 单工序模 （无导向）（有导向） 级进模 复合模 零件公差等级 低 一般 可达 可达 零件特点 尺寸不受限制厚度不受限制 中小型尺寸厚度较厚 小零件厚度 6宽度极小的异形件 形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达 3件平面度 低 一般 中小型件不平直，高质量制件需较平 由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面 生产效率 低 较低 工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高 冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低 安全性 不安全，需采取安全措施 比较安全 不安全，需采取安全措施 模具制造工作量和成本 低 比无导向的稍高 冲裁简单的零件时，比复合模低 冲裁较复杂零件时，比级进模低 适用场合 料厚精度要求低的 小批量冲件的生产 大批量小型冲压件的生产 形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产 根据分析结合表分析： 方案一模具结构简单， 制造周期短 ，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。 方案二只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本比较高。适合大批量生产。 方案三只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具 轮廓尺寸较小。 通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。 四、目标、主要特色及工作进度 由 零件 图可知，零件是以 2 个 凸包定位，腰圆孔用于侧盖的装配，故腰圆孔位置是该零件需要保证的重点。另外，该零件属隐蔽件，被侧盖完全遮蔽，外观上要求不高，只需平整。 工作进度： 第一周第二周 查阅文献、熟悉相关软件使用，撰写开题报告； 第三周 相关外文文献阅读与翻译； 第四周第五周 接口 件 冲压工艺 分析及冲裁工艺方案确定 ； 第六周 必要的裁减工艺计算 ； 第七周第八周 模具结构 型式及其 主要零部件结构尺寸 确定 ； 第八周第十四周 模具总装图 设计 第十五周第十六周 模具主要零件 的工作 图 设计 第十七周 答辩准备及毕业答辩 五、参考文献 1 张如华 等主编 . 冲压工艺与模具设计 . 北京：清华大学出版社， 2006 2 锻压学会 编 . 锻压手册第 2卷 冲压（第 3版） . 北京：机械工业出版社， 2008 3 王孝培 主编 . 冲压手册（第 2版） . 北京：机械工业出版社， 1995 4 编写组 编 . 冲模设计手册 . 北京：机械工业出版社， 1991 5 （日）编委会 编 . 冲压加工技术手册 . 谷维忠等 译 . 北京：轻工业出版社， 1988 6 郑可锽 主编 . 实用冲压模具设计手册 . 北京：宇航出版社， 1990 7 李天佑编 . 冲压模具图册 . 机械工业出版社， 198？ 8 冲模设计应用实例 . 北京：机械工业出版社， 1999 9 of in a A. 2005 学士学位论文原创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果 ,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，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后果由本人承担。 作者签名： 日期： 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。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 轴架冲压工艺及模具的设计 学生姓名 :李皓东 班级： 0781052 指导老师： 贺红林 摘要 :冲压成型是金属成型的一种重要方法，它主要适用于材质较软的金属成型，可以一次成型形状复杂的精密制件。本课题就是将轴架作为设计模型，将冷冲模具的相关知识作为依据，阐述冷冲模具的设计过程。 首先，对轴架的工艺性能进行分析，提出了三种可行的冲压工艺方案。通过对三种方案的分析比较，最终确定采用第二种方案，选定“冲孔 落料，级进模生产”的冲压工艺路线。然后，按选定的工艺路线进 行主要参数的工艺计算。确定模具的结构。即 模架型式、导向方式、毛坯定位、卸料、推料、压料、出件方式等。随后，确定模具主要零部件的结构与尺寸。并在此基础上绘制装配图和零件工作图。最后，确定压力机类型及主要参数。以达到预期效果。 关键词： 冲压模具 轴架 模具设计 指导老师签名： i 0781052 e is an of it is to be a of of is to as a as a to of of of of to of of of to of On on To 目 录 引言 . 错误 !未定义书签。 1 模具行业的发展现状及市场前景 . 错误 !未定义书签。 2 冲压工艺介绍 . 错误 !未定义书签。 3 冲压工艺的种类 . 错误 !未定义书签。 4 冲压行业阻力和障碍与突破 . 错误 !未定义书签。 1 冲裁件的工艺分析 . 错误 !未定义书签。 件材料 . 错误 !未定义书签。 件结构形状 . 错误 !未定义书签。 件尺寸精度 . 错误 !未定义书签。 2 冲裁工艺方案的确定 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 3 模具结构形式的确定 . 错误 !未定义书签。 具类型的选择 . 错误 !未定义书签。 作方式 . 错误 !未定义书签。 料、出件方式 . 错误 !未定义书签。 定送料方式 . 错误 !未定义书签。 定导向方式 . 错误 !未定义书签。 5 模具设计计算 . 错误 !未定义书签。 样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率 . 错误 !未定义书签。 压力的计算 . 错误 !未定义书签。 力中心的确定 . 错误 !未定义书签。 具刃口尺寸的计算 . 错误 !未定义书签。 6 主要零部件设计 . 错误 !未定义书签。 作零部件的结构设计 . 错误 !未定义书签。 7 校核模具闭合高度及压力机有关参数 . 错误 !未定义书签。 核模具闭合高度 . 错误 !未定义书签。 压设备的选定 . 错误 !未定义书签。 8 设计并绘制模具总装图及选取标准件 . 错误 !未定义书签。 9 模具的安装调试 . 错误 !未定义书签。 具的安装调试 . 错误 !未定义书签。 结论 . 错误 !未定义书签。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 0 目 录 引言 . 1 1 模具行业的发展现状及市场前景 . 1 2 冲压工艺介绍 . 1 3 冲压工艺的种类 . 2 4 冲压行业阻力和障碍与突破 . 2 1 冲裁件的工艺分析 . 5 件材料 . 5 件结构形状 . 6 件尺寸精度 . 6 2 冲裁工艺方案的确定 . 6 . 8 3 模具结构形式的确定 . 8 具类型的选择 . 9 作方式 . 9 料、出件方式 . 9 定送料方式 . 10 定导向方式 . 10 5 模具设计计算 . 11 样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率 . 11 压力的计算 . 15 力中心的确定 . 17 具刃口尺寸的计算 . 18 6 主要零部件设计 . 21 作零部件的结构设计 . 21 7 校核模具闭合高度及压力机有关参数 . 28 核模具闭合高度 . 28 压设备的选定 . 28 8 设计并绘制模具总装图及选取标准件 . 29 9 模具的安装调试 . 30 具的安装调试 . 30 结论 . 32 南昌航空大学科技学院学士学位论文 1 引言 1 模具行业的发展现状及市场前景 现代模具工业有 “ 不衰亡工业 ” 之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在 600亿至 650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产 值保持 13%的年增长率（据不完全统计， 2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近 200个亿的出口），到 2005年模具产值预计为 600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年 9000多万美元增长到 2005年的 2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有 80%的模具需要更换。 2003年我国汽车产销量均突破 400万辆，预计 2004年产销量各突破 500万辆，轿车产量将达到 260万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总 量的 20%之多。目前，中国 17000多个模具生产厂点，从业人数约 50多万。 1999年中国模具工业总产值已达 245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约占 6%，其它各类模具约占 11%。 2 冲压工艺介绍 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件 (冲压件 )的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工 (或称压力加工 )，合称锻压。冲压的坯料主 要是热轧和冷轧的钢板和钢带。 全世界的钢材中，有 60 70%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或 仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完南昌航空大学科技学院学士学位论文 2 成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 3 冲压工艺的种类 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制 成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成 本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具 (供小批量生产 )、复合模、多工位级进模 (供大量生产 )，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。 冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具 库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。 4 冲压行业阻力和障碍与突破 阻力一：机械化、自动化程度低 南昌航空大学科技学院学士学位论文 3 美国 680条冲压线中有 70%为多工位压力机，日本国内 250 条生产线有 32%为多工位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多；中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重； 封头成形设备简陋，手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的 510 倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用；液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。 突破点：加速技术改造 要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面，结合具体情况，采取新工艺，提高机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线，特别是大型多工位压力机方向发展。争取加大投资力度，加速冲压生产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有 了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。同时改造国内旧设备，使其发挥新的生产能力。 阻力二：生产集中度低 许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产集中度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞争力弱；摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于 “ 优而不胜，劣而不汰 ” 的状态；封头制造企业小而散，集中度仅 突破点：走专业化道路 迅速改变目前 “ 大而全 ” 、 “ 散乱差 ” 的格局，尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。通过专业化道路，才能把冲压零部件做大做强，成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。 阻力三：冲压板材自给率不足，品种规格不配套 目前，我国汽车薄板只能满足 60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金化镀锌板、超宽板 (1650上 )等都依赖进口。 突破点：所用的材料应与行业协调发展 汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展，并改善冲 压性能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用已势在必行。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 4 阻力四：科技成果转化慢先进工艺推广慢 在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成生产力。先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢。技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小企业在这方面的差距更甚。目前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术，对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。 突破点：走产、学、研联合之路 我国与欧、美、日等相比，存 在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体，科研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。所以应围绕大型开发和产业化项目，以高校和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。 阻力五：大、精模具依赖进口 当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准化程度尚低，大约为 40%45%，而国际上一般在 70%左右。 突破点：提升信息化、标准化水平 必须用信息化技术改造模具企业，发展重点在于大力推广 体化技术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术 (加速我国模具标准化进程，提高精度和互换率。力争 2005年模具标准件使用覆盖率达到 60%， 2010 年达到 70%以上基本满足市场需求。 阻力六：专业人才缺乏 业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要，尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大量外流。另外，众多合资公司由外方进行工程设计，掌握设计权、投资权，我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。 突破点：提高行业人员素质 这是一项迫在眉睫的任务，又是一项长期而系统的任务。振兴我国冲压行业需要大批高水平的科技人才，大批熟悉国内外市场、具有现代管理知识和能力的企业家，大批掌握先进技术、工艺的高级技能人才。要舍得花大力气，有计划、分层次地培养。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 5 1 冲裁件的工艺分析 本次设计冲压工件如下图： 图 1件图 件材料 由图 1析知： 为优质碳素结构钢，具有良好的塑性性、焊接性以及压力加工性，主要用于制作冲击件、紧固件，如垫片、垫圈等。适合冲裁加工。南昌航空大学科技学院学士学位论文 2 件结构形状 工件结构形状相对 简单，有一个不规则形状孔，孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为 1与孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁加工。 件尺寸精度 根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用 通冲裁完全可以满足要求。 根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。 2 冲裁工艺方案的确定 方案一：先冲孔，再弯曲，后落料。单工序模生产。 方案二：冲孔 弯曲 落料级进冲压。级进模生产。 方案三：落料 冲孔复合模冲压。复合模生产。 表 2各类模具结构及特点比较 模具种类比较项目 单工序模 （无导向）（有导向） 级进模 复合模 零件公差等级 低 一般 可达 可达 零件特点 尺寸不受限制厚度不中小型尺寸厚度较厚 小零件厚度 6宽度极小的异形件 形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达 3昌航空大学科技学院学士学位论文 7 受限制 零件平面度 低 一般 中小型件不平直，高质量制件需较平 由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面 生产效率 低 较低 工序间自动送料，可以自 动排除制件，生产效率高 冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低 安全性 不安全，需采取安全措施 比较安全 不安全，需采取安全措施 模具制造工作量和成本 低 比无导向的稍高 冲裁简单的零件时，比复合模低 冲裁较复杂零件时，比级进模低 适用场合 料厚精度要求低的小批量冲件的生产 大批量小型冲压件的生产 形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产 根据分析结合表分析： 方案一模具结构简单， 制造周期短 ，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要 求。 方案二只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本比较高。适合大批量生产。 方案三只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要 求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案二 低，模具轮廓尺寸较小。 通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 8 3 模具结构形式的确定 南昌航空大学科技学院学士学位论文 9 级进模是指在条料的送料方向上，具有两个以上的工位，并在压力机的一次行程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲 压工序的冲模。级进模的定距方式有两种：挡料销定距和侧刃定距。 本模具采用侧刃定距。侧刃代替了挡料销控制条料送进距离（步距），侧刃是特殊功用的凸模，其作用是在压力机每次冲压行程中，沿条料边缘切下一块长度等于送料近距的料边。在条料送进过程中，切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住，送进的距离即等于步距。 4 模具总体设计 具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。 作方式 零件 的生产批量为 10万件，但合理安排生产可用手动送料方式，既能满足生产要求，又可以降 低生产成本，提高经济效益。 料、出件方式 料方式 刚性卸料与弹性卸料的比较： 刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（ t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、南昌航空大学科技学院学士学位论文 10 材料厚度大于 2模具结构为倒装的场合。 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于 2件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（ t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。 工件平直度较高，料厚为 2料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。 件方式 因采用 级进 模生产，故采用向下落料出件。 定送料方式 因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度 B 小于送料方向的凹模长度 由右向左（或由左向右）送料。 定导向方式 方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模 座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。 方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。 方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。 方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。 根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方 式，为提高模具寿命和工件质量，南昌航空大学科技学院学士学位论文 11 该级复合模采用对角侧导柱模架的导向方式，即方案一最佳。 5 模具设计计算 样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率 样方式的选择 方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。 方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。 方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。 通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。 算条料宽度 搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。 搭边值通常由表 4 所列搭边值和侧搭边值确定。 根据零件形状，查表 4工件之间搭边值 a=5工件与侧边之间搭边值 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值 南昌航空大学科技学院学士学位论文 12 =（ 2 0 公式（ 5 式中 条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； 其值查表 6）可得 = 板料剪裁下的偏差；（其值查表 5）可得 = =176 2 条料宽度为 181 表 5搭边值和侧边值的数值 材料厚度t（ 圆件及 类似圆形制件 矩形 或类 似矩形制件 长 度 50 矩形 或类似矩形制件 长 度 50 工件间 a 侧边 工件间 a 侧边 件间 a 侧边 1 5通剪床用带料宽度偏差 （ 条料厚度 t(条料宽度 b(50 50 100 100 200 200 2 昌航空大学科技学院学士学位论文 13 2 3 3 5 5刃冲切得料边定 距宽度 条料厚度 t(条料宽度 b(金属材料 非金属材料 确定步距 送料步距 S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。 进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。 级进模送料 步距 S S= 公式（ 5 S 22 5 27样图如图 5 南昌航空大学科技学院学士学位论文 14 图 5样图 算材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。 一个步距内的材料利用率 /100% 公式（ 5 式中 A 一个步距内冲裁件的实际面积； B 条料宽度； S 步距； 由此可之，值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料 和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。 排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。因此，排样时应考虑如下原则： 1）、提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 15 2) 、排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。 3) 、 模具结构简单、寿命高。 4) 、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。 一个步距内冲裁件的实际面积 A=176 221222 =以一个步距内的材料利用率 = 100% 公式（ 5 =179 27 100% =考虑料头 、尾料和边角余料消耗，一张板材上的总利用率 总 为 总 = 100% 公式（ 5 式中 n 一张板料上冲裁件的总数目； 一个冲裁件的实际面积； L 板料长 度； B 板料宽度。 查板材标准，宜选用 6501300钢板，每张钢板可剪裁为 24 张条料（ 271300,每张条料可以冲 7个工件，所以每张钢板的材料利用率 总 = B 100% 公式（ 5 =24 7/650 1300 100% =根据计算结果知道选用直排材料利用率可达 满足要求。 压力的计算 裁力和拉深力的计算 在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压 力机和设计模具重要依据之一。 用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算： F=b 公式（ 5 式中 F 冲裁力； 南昌航空大学科技学院学士学位论文 16 L 冲裁周边长度； t 材料厚度； b 材料抗剪强度； 系数； L=396数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取 = 为 310380 b=380以 F=b =396 380 =293436N 料力、顶件力的计算 在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。从凸模上卸下箍着的料称卸料力；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称为顶件力。一般按以下公式计算： 卸料力 F X= 公式（ 5 顶件力 公式（ 5 293436N= 值查表 7可得） 293436N=昌航空大学科技学院学士学位论文 17 所以总冲压力 +D =293436N+力机公称压力应大于或等于冲压力，根据冲压力计算结果拟选压力机为 63。 表 5卸料力、推件力和顶件力系数 料厚 t/X D 钢 、铝合金 纯铜，黄铜 力中心的确定 模 具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可以按下述原则来确定： 1） 模的压力中心就是冲裁件的几何中心。 2） 模的压力中心与零件的对称中心相重合。 3） 孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。 ( 公式（ 5 /（ 公式（ 5 由于该工件高度对称，压力中心即为（ 0， 0）。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 18 具刃口尺寸的计算 裁间隙分析 根据 271 86规定，冲裁间隙是指凸，凹模刃口间隙的距离，用符号 值可为正也可为负，在普通冲裁模中均为正值。它对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的
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