垫板级进模设计

毕业设计（论文）垫板级进模设计专业材料成型及控制工程院机械工程学院二O一一年六月毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目垫板级进模设计系机电工程系专业材控班级07级3班学号学生指导教师接受任务时间2011228教研室主任（签名）系主任（签名）一毕业设计（论文）的主要内容及基本要求内容垫板级进模设计；产品工件图见附图；生产批量大批量要求要求有摘要（中、英文）、目录、设计任务书、产品图及设计说明书。1工件工艺性分析（1）根据工件图，分析其形状、尺寸、精度、断面质量、装配关系等要求。（2）根据生产批量，决定模具的结构形式、选用材料。（3）分析工件所用材料是否符合冲压工艺要求。2确定合理的工艺方案应有两个以上的工艺方案比较分析。（1）根据工艺分析，确定基本的工序性质。如落料拉深（2）根据工艺计算，确定工序数目。（3）根据生产批量和条件（材料、设备、工件精度）确定工序组合。如复合冲工序或连续冲压工序3工艺计算（1）计算毛坯尺寸，合理排样，绘排样图，计算材料利用率。（2）计算冲压力，如冲裁力、弯曲力、拉伸力、卸料力、推件力、压边力等以便确定压力机。（3）计算压力中心，防止模具受偏心负荷，受损。（4）计算并确定模具主要零件（凸模、凹模、凸模固定板、垫板等）外形尺寸及弹性元件的自由高度。（5）确定凸、凹模间隙，计算凸、凹模工作部分尺寸。（6）确定级进模工位、定距方法、挡料方法等。4模具总体结构设计（1）进行模具结构设计，确定结构件形式和标准。（2）绘制模具总体结构草图，初步计算并确定模具闭合高度，概算模具外形尺寸。5选择冲压设备根据工厂现有设备及要完成的冲压工序性质、冲压加工所需的变形力、变形功和模具的闭合高度、轮廓尺寸等因素，选用压力机的型号、规格。6模具图样设计（1）绘制模具总图主视图常取模具的工作位置，采用剖面画法。俯视图或仰视图一般是将上模部分（或下模部分）拿掉，视图只反映模具的下模俯视（或上模俯视）可见部分。侧视图和局部视图等必要时画。制件图常画在图样的右上角，要注明其材料、规格、制件本身的尺寸、公差、技术要求等。排样图必须在制件图下面绘制。应标明料宽、步距、搭边值。技术要求及说明一般在标题的上面写出该模具的冲压力、模具闭合高度、模具标记所选设备型号等其他要求。列出零件明细表。（2）绘制非标准零件图零号总装图一张；模具工作部分零件图8张（3号图纸），要求总量达到1张零号图纸（3）编写相应技术文件毕业设计说明书一份，论文字数不少于2万字，用电脑打印。（4）审核按规定时间完成，上缴本课题设计资料进行审核，并答辩。二指定查阅的主要参考文献及说明1）实用模具设计与制造手册，许发樾主编机械工业出版社2000102）冲模设计手册,冲模设计手册编写组编注机械工业出版社1999063）实用冲压技术手册，王孝培主编机械工业出版社2001034）冲压工艺与模具设计,姜奎华主编机械工业出版社199915）互换性与技术测量,廖念创等计量出版社1998026）金属材料及热处理,上海工大史美堂主编上海科技出版社，1980077）冲模图册,李天佑主编机械工业出版社，199510三进度安排设计（论文）各阶段名称起止日期1收集文献,提出体系架构需求，完成开题报告20113120113192确定设计方案,完成所有工艺计算，重点解决关键疑难问题并分析201132010104173撰写论文,完成装配图及零件图201141820115154校对、修改加工论文及图纸201151620115295毕业设计修改及提交，准备答辩20115302011611四毕业设计附图名称垫板工件图1材料技术要求（1）厚度1MM材料Q235（2）表面质量平整2大批量生产摘要针对冲裁零件的结构特点进行了工艺分析,确定了合理的工艺方案,按冲压工艺要求和成形条件，进行了工艺设计和模具总体结构的设计，模具结构合理，操作方便,并能保证生产效率和产品质量。关键词模具；设计；冲压；工艺分析；工艺方案；级进模ABSTRACTACCORDINGTOTHESTRUCTURALCHARACTERISTICSOFTHEPUNCHINGPART,CRAFTWORKANALYSISISCONDUCTEDANDREASONABLEPROPOSALISFORMULATEDICARRYONPROCESSDESIGNANDDESIGNOFTHEWHOLESTRUCTUREOFTHEMOLDTHEMOLDHASARATIONALCONSTRUCTIONANDTHEMOLDISEASYTOOPERATETHISMOLDCANALSOGUARANTEETHEEFFICIENCYANDQUALITYOFPRODUCTIONKEYWORDSMOULDDESIGN；STAMPING；TECHNOLOGYANALYSIS；PROCESSPLAN；PROGRESSIVEDIE目录摘要IABSTRACTII目录III第一章绪论111冲压与冲模的概念112冲压加工的特点113冲压模具的分类114冲压材料2141冲压对模具材料的要求2142冲模材料的选用原则3143冲压常见材料及热处理要求315冲压的优势616冲压应用领域617我国冲压模具的现状与发展7171冲压模具市场情况7172冲压模具水平状况8173冲压模具的发展重点与展望9174冲压模具业发展势头强劲11第二章工件工艺性分析1321工艺性分析1322冲裁件的工艺方案13221选择冲压基本工序14222确定冲压次数和冲压顺序14223确定工艺方案14第三章排样图设计及材料利用率的计算1731排样的初步设计1732材料利用率的计算19321条料宽度的确定19322材料利用率的计算1933排样图的确定20第四章工艺计算2241冲裁力2242降低冲裁力的方法2343冲裁力的计算2344压力机公称压力的确定2445压力中心的计算25第五章冲压设备的选择2951冲压设备类型的选择2952冲压设备规格的选择29第六章冲裁模工作部分主要尺寸的计算3261冲裁间隙3262间隙的影响32621对冲裁件质量的影响32622对模具寿命的影响33623对冲裁力、卸料力的影响3463合理间隙的选用3464凸凹模刃口尺寸的确定36641计算原则36642计算方法3665凹凹模刃口尺寸计算37第七章模具总体设计4071模具类型的确定4072送料方式的确定4073定位方式的选择4074卸料、出件方式的选择4175导向方式的选择41第八章模具主要零部件设计4281模架的选用4282凹模的设计44821凹模刃口形式44822凹模外形和边界尺寸的确定45823凸模、凹模的固定形式4683凸模长度计算及较核47831凸模长度的确定47832各工位处凸模长度计算47833凸模强度校核4884凸凹模材料选取的原则50841选取的一般原则50842模具选材的具体考虑因素5085模柄的选用5086闭合高度校核51第九章模具主要零部件的选择5291凸模固定板设计5292垫板设计5393挡料销的选用5394导料板的设计5595导正销5596侧压装置5597螺钉及销钉选用56971螺钉56972销钉规格的选用56第十章模具装配与设计图57101零件的装配57102模具装配图57103模具工作过程59104零件图59第十一章总结65参考文献66致谢67附录68附录一68附录二69第一章绪论11冲压与冲模的概念冲压是通过安装在压力机上的模具对材料施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的工件的加工方法。冲压工艺的应用范围十分广泛，既可以加工金属材料，也可以加工多种非金属材料。在冲压加工中，安装在压力机上，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，叫做冲压模具（简称冲模）。冲模在实现冲压加工中是必不可少的工艺装备，与冲压件是“一模一样”的关系，若没有符合要求的冲模，就不能生产出合格的冲压件；没有先进的冲模，先进的冲压成形工艺就无法实现。在冲压零件的生产中，合理的冲压成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素。12冲压加工的特点冷冲压生产靠压力机和模具完成加工过程，与其他加工方法相比，在技术与经济方面具有下列特点冷冲压是少、无切屑加工方法之一，所获得的冲压件一般无需再加工；普通压力机每分钟可生产几十件，高速压力机每分钟可生产千件以上，是一种高效率的加工方法；冲压件的尺寸精度由模具保证，所以质量稳定，互换性好；冷冲压可以加工壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件，为其他加工方法所不能替代。另外，冷冲压加工不需加热、无氧化皮，表面质量好，操作方便，费用较低。由于具有上述突出特点，冷冲压在生产中得到了广泛的应用。全世界的钢材中，有是板材，其中大部分是经过冲压制成。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、办公器械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。冷冲压可加工各种类型的产品，尺寸从小到钟表的秒针，大到汽车的纵梁、覆盖件；冲切厚度已达以上，加工尺寸幅度大，适应性强。13冲压模具的分类1根据工艺性质分类A冲裁模沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。B弯曲模使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。C拉深模是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。D成形模是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。2根据工序组合程度分类A单工序模在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。B复合模只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。C级进模（也称连续模）在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。D传递模综合了单工序模和级进模的特点，利用机械手传递系统，实现产品的模内快速传递，可以大大提高产品的生产效率，减低产品的生产成本，节俭材料成本，并且质量稳定可靠。3依产品的加工方法分类依产品加工方法的不同，可将模具分成冲剪模具、弯曲模具、抽制模具、成形模具和压缩模具等五大类。A冲剪模具是以剪切作用完成工作的，常用的形式有剪断冲模、下料冲模、冲孔冲模、修边冲模、整缘冲模、拉孔冲模和冲切模具。B弯曲模具是将平整的毛胚弯成一个角度的形状，视零件的形状、精度及生产量的多寡，乃有多种不同形式的模具，如普通弯曲冲模、凸轮弯曲冲模、卷边冲模、圆弧弯曲冲模、折弯冲缝冲模与扭曲冲模等。C抽制模具抽制模具是将平面毛胚制成有底无缝容器。D成形模具指用各种局部变形的方法来改变毛胚的形状，其形式有凸张成形冲模、卷缘成形冲模、颈缩成形冲模、孔凸缘成形冲模、圆缘成形冲模。E压缩模具是利用强大的压力，使金属毛胚流动变形，成为所需的形状，其种类有挤制冲模、压花冲模、压印冲模、端压冲模。14冲压材料141冲压对模具材料的要求不同冲压方法，其模具类型不同，模具工作条件有差异，对模具材料的要求不同。冲裁模主要用于各种板料的冲切成形，其刃口在工作过程中受到强烈的摩擦和冲击，具有高的耐磨性、冲击韧性以及耐疲劳断裂性能。弯曲模主要用于板料的弯曲成形，工作负荷不大，但有一定的摩擦，具有高的耐磨性和断裂抗力。拉深模要用于板料的拉深成形，工作应力不大，但凹模入口处承受强烈的摩擦，1材料应具有良好的塑性在变形工序中，材料的内应力分拉应力或压应力，其变形表现为伸长和压缩。当主要变形区的材料变形量超过材料的变形极限时，便会产生破裂或皱褶。因此，材料必须有良好的塑性和塑性变形的稳定性。影响材料塑性的主要因素是材料的化学成分、金相组织和机械性能。碳的质量分数低于005015的低碳钢具有良好的塑性。硅的质量分数在037以下，对材料塑性影响不大，但质量分数大于这一数值时，即使碳的质量分数很小也会使材料变得又硬又脆。硫在钢中与锰或铁相结合以硫化物的形态出现时，会严重地影响钢的热轧性能，硫化物促使条状组织产生，使钢的塑性降低。金属材料的晶粒大小对塑性影响也很大。晶粒大，塑性差，变形时容易破裂，或在制件表面上呈现粗糙的橘皮，对制件以后的抛光、电镀、涂漆等工序均有影响；金属材料的品粒过细，则使材料的弹性回复现象增加，因而材料的晶粒大小要适中。材料塑性的高低，通常用延伸率、屈强比、冷弯试验中的弯心直径和杯突试验深度来表示。延伸率、杯突试验深度值越大，塑性就越好；屈强比、弯曲半径越小，则材料的塑性越好。2材料应具有抗压失稳起皱的能力在制件的变形区，当材料内部主要承受压缩应力时，如直壁零件的拉深、缩口及外凸曲线翻边等，其应变主要表现为缩短或厚度增加，这时就容易产生受压失稳起皱。3材料应具有良好的表面质量材料表面如有划伤、麻点、气孔、缩孔，或材料断面上有分层现象时，则在冲压过程中，会在材料的缺陷部位造成应力集中而产生破裂；材料表面扭曲不平，会使剪裁或冲裁时定位不稳而造成冲压废品，或损坏模具。4材料的规格应符合标准金属板料厚度公差的大小是钢板轧制精度的主要标志，也是影响冲压加工质量稳定性的重要因素之一。模具间隙一经确定，所用材料的厚度公差就受到限制。板料的长、宽尺寸是根据制件的最佳的排样方案选定的。142冲模材料的选用原则1模具材料的选用，不仅关系到模具的使用寿命，而且也直接影响到模具的制造成本，因此是模具设计中的一项重要工作。在冲压过程中，模具承受冲击负荷且连续工作，使凸、凹模受到强大压力和剧烈摩擦，工作条件极其恶劣。因此选择模具材料应遵循如下原则（1）根据模具种类及其工作条件，选用材料要满足使用要求，应具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐冲击、耐疲劳性等；（2）根据冲压材料和冲压件生产批量选用材料；（3）满足加工要求，应具有良好的加工工艺性能，便于切削加工，淬透性好、热处理变形小；（4）满足经济性要求。143冲压常见材料及热处理要求模具材料的种类很多，应用也极为广泛。冲压模具所用材料主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、钢基硬质合金以及锌基合金、低熔点合金、环氧树脂、聚氨酯橡胶等。冲压模具中凸、凹模等工作零件所用的材料主要是模具钢，常用的模具钢包括碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢、高速工具钢、基体钢、硬质合金和钢基硬质合金等。冲压常用金属材料的力学性能比较见表11，常用模具钢的性能比较见表12，常用冷作模具钢国内、外牌号对照见表13。表11冲压常用金属材料的力学性能表12常用模具钢的性能比较表13常用冷作模具钢国内、外牌号对照15冲压的优势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,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。由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲压件。小轿车的车身，车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计，自行车，缝纫机，手表里有80是冲压件；电视机，收录机，摄像机里有90是冲压件；还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。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的。16冲压应用领域全世界的钢材中，有6070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。主要表现在以下几个方面1汽车行业的冲压。以拉深为主。在我国这部份主要集中在汽车厂、拖拉机厂、飞机制造厂等大厂，独立的大型冲压拉深厂还不多见；2汽车等行业零部件类冲压。主要是冲剪成形。这部分的企业有许多都归在标准件厂，也有一些独立的冲压厂，目前一些汽车厂或拖拉机厂的周围都有许多这样的小厂；3电器件冲压厂。这类厂是一个新的产业，随着电器的发展而发展起来，这部分厂主要集中在南方；4生活日用品冲压厂。做一些工艺品，餐具等，这些厂近几年也有大的发展；5家用电器部件冲压厂。这些厂都是在我国家用电器发展起来后才出现的，大部分分布在家电企业内；6特种冲压企业。如航空件的冲压等就属于这类企业，但这些工艺厂也都归在一些大厂。目前国内专业从事冲压的大型企业很少，如果有也是一些小厂。主要特征是零部件或部件厂。这是冲压行业的主要特征。不同于其它毛坯制造厂。16冲压行业面临的挑战1汽车、飞机发展和环保要求的提高，对冲压带来了压力。产品集约化生产、个性化发展、节能性要求、环保性要求，将促使冲压行业出现新一轮的技术革新和改造；2仿真技术的发展和应用是冲压发展必须借助的手段；3自动化和灵活性要求是冲压发展必须考虑的因素；4复合材料应用将推动冲压向前进步；5新工艺的出现带动行业进步，这些新工艺是A、复合材料成形工艺；B、多种厚度激光拼焊板坯的冲压技术；C、内高压胀管技术；D、轻合金成型技术；E、数字化成型技术。17我国冲压模具的现状与发展根据考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元各类冲压模具的生产能力。171冲压模具市场情况我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。现将2004年我国冲压模具市场情况简介如下据中国模具工业协会发布的统计材料，2004年我国冲压模具总产出约为220亿元，其中出口075亿美元，约合62亿元。根据我国海关统计资料，2004年我国共进口冲压模具561亿美元，约合466亿元。从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为2666亿元。其中国内市场总需求为2604亿元，总供应约为2138亿元，市场满足率为82。在上述供求总体情况中，有如下几个具体情况必须说明一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技术含量较低的中低档模具，因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率，这些模具的发展已滞后于冲压件生产，而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率；二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多，具有一定的竞争力，因此其在国际市场的前景看好，2005年冲压模具出口达到146亿美元，比2004年增长947就可说明这一点；三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。172冲压模具水平状况近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到12M，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到RA15M的精冲模，大尺寸精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。1模具CAD/CAM技术状况我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、“九五”期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国PARAMETRICTECHNOLOGY公司的PRO/ENGINEER，美国CV公司的CADS5，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及SPACEE，以色列公司的CIMATRON，还引进了AUTOCAD、CATIA等软件及法国MARTADARAVISION公司用于汽车及覆盖件模具的EUCLIDIS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术。DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生产实践中得到成功应用，产生了良好的效益。快速原型与传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样件制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，并且保证了制件的精度，为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证，它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。2模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和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，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工和超精加工。这些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。3模具表面强化技术状况近年来，也模具表面强化技术状况得到广泛应用，工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理及许多镀层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊接技术也得到了应用。4专业化程度及分布状况我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。国外模具自产自配比例一般为30，我国冲压模具自产自配比例为60。这就对专业化产生了很多不利影响。现在，技术要求高、投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件模具、多工位级进模和精冲模等。而一般冲模专业化程度就较低。由于自配比例高，所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策。例如四川有较大的汽车覆盖件模具的能力，江苏有较强的精密冲模的能力，而模具的用户大都不在本地。173冲压模具的发展重点与展望发展重点的选取应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定。可按产品重点、技术重点和其他重点分别叙述。1冲压模具产品发展重点冲压模具共有7小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。目前急需发展的是汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度。2冲压模具技术发展重点模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。为了提高CAD、CAE、CAM技术的应用水平，建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。从加工技术来说，发展重点在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。高精度加工目前主要是发展模具零件精度1M以下和表面粗糙度RA01M的各种精密加工。提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。为了提高冲压模具的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。3其他发展重点及展望其他发展重点及展望的内涵十分丰富，这里只就管理、专业化与标准化及行业调整三个方面作一些分析。企业管理是一个系统工程，是一门学问，是科学技术。与工业发达国家模具企业相比，在某种意义上说，我们的管理落后更甚于技术落后。因此改进管理十分重要，且任务繁重，目前模具企业的管理有许多形式，各有其适应对象，但搞好信息化建设，逐步实现信息化管理已成为发展方向，行业也对此有共识。由于历史和体制上的原因，我国模具专业化和标准化水平一直很低，其中冲压模具的专业化比塑料模和压铸模更低。这在一定程度上妨碍了冲压模具的发展，根据国内外模具专业化情况来看，专业化可以有多层意思（1）模具生产独立于其他产品生产，专业生产模具外供；（2）按模具种类划分，专门从事某一类模具生产；（3）在某一类模具中，按其服务对象或模具工艺及尺寸大小，选取该类模具中的某种模具进行专业化生产；（4）专业生产模具中的某一些零件供给模具生产企业；（5）按工序开展专业化协作。例如目前社会上专门从事模具设计的公司、专门进行型腔加工或电加工协作的企业、专门接受测量或热处理委托业务的企业及专业从事抛光业务的企业等等，这种多层次的专业化促进了模具行业的发展。但专业化的路途仍旧遥远，必须加快进程才能适应形势。因此，这也是发展重点。4模具行业调整模具行业调整是一个十分繁重的任务，模具行业更是如此。模具行业面临的调整任务主要有模具企业组织结构的调整。使模具分厂独立出来，成为面向社会、自负盈亏的独立法人是调整的方向。模具企业按小而精、小而专、小而特的方向发展，并且在条件成熟情况下企业之间进行联合，以及发展产、学、研和科、工、贸相结合的联合体，也是调整的方向。规模效应也引起大家的重视。5模具产品结构的调整随着汽车工业、电子信息工业和家电工业的发展，冲压模具市场结构正在发生很大变化。与此相适应，冲压模具产品结构必须进行相应的调整。例如汽车覆盖件模具、汽车零件精冲模具、高精度高难度的引线框架冲模、接插件多工位级进模、各种电机定转子级进冲模等，其产品种类和产量必将有很大发展，有关企业必须根据市场需求来调整其产品结构。总体来看，应不断提高技术含量的大型、精密、复杂、长寿命模具的比例。6模具技术结构的调整21世纪已进入信息时代，信息时代的发展日新月异，模具行业和企业要发展必须把握时代脉搏，自觉主动地调整自已的技术结构。传统的模具设计制造技术必须用先进适用的高新技术进行改造，模具的技术含量必将逐步而快速地提高，现代化工业企业管理技术也必将逐步替代作坊式的管理模式。模具行业和模具企业，只有不断进行技术结构的调整，才能在瞬息万变的市场经济中立于不败之地。7模具进出口结构的调整2005年，我国冲压模具进口726亿美元，出口197亿美元，进出口相抵后净进口529亿美元，进出口之比371。我国的冲压模具出口量只占生产量的5。这样的结构明显不合理。模具工业发达国家，模具产出中一般都有30左右的出口，出口模具大大多于进口模具。我们虽然不可能在短时间内达到模具工业发达国家一样的进出口结构，但努力扩大出口，逐步改善结构，经过若干年努力，尽量做到进出口基本平衡，则应该是我们调整的目标。在信息化带动工业化发展的今天，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，我国冲压模具必须尽快提高水平。通过改革与发展，采取各种有效措施，在冲压模具行业全体职工的共同努力奋斗之下，我国冲压模具也一定会不断提高水平，逐渐缩小与世界先进水平的差距。“十一五”期间，在科学发展观指导下，不断提高自主开发能力、重视创新、坚持改革开放、走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型轨道上来，我国的冲压模具的水平也必然会更上一层楼。174冲压模具业发展势头强劲随着外资布局中国，冲压模具行业加快结构调整，国内中低端模具企业品牌经营与可持续发展，2010年中国模具业仍将阳光灿烂。中小模具企业，加速发展高档模具。随着汽车工业近年以超过20的增幅发展，进入汽车领域的模具企业和模具产品比上年有大幅增加。汽车企业也对模具产品的质量提出了更高要求，促使模具企业加紧改进，不断提高水平。同时，由于模具出口大幅增长，也在很大程度上带动了模具水平的提升。2008年模具水平提高的主要表现有大型级进模长度已超过3米，精密级进模已可与2000次/分高速冲床匹配热流道模具和气辅模具有的已达国际水平在CAD/CAM技术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，CAD/CAE/CAM一体化技术得到发展，并取得较好成果模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，专利数量增多。1模具行业掀起电子商务热潮信息化特别是信息化管理，不但已被许多模具企业提到议事日程，而且得到了实施。在实施过程中，国内外有关软件同台竞技，二次开发富有成果，数据库日渐丰富。通过信息化管理，模具生产周期大为缩短，生产效率提高，企业效益增加。2中国模具企业走联合发展之路产需两旺的市场环境及良好的发展前景，使得许多企业家和投资者踊跃投资于我国的模具行业，其中外资和民营资本仍是主流，投资热情普遍高涨，较大的技改项目和新建项目在2006年不断涌现。由于集群生产具有方便协作、降低成本、扩大市场、利于交流及可享受较为优惠的政策特点，因此2008年这一生产方式得到进一步发展。现在全国已有十来个具有相当规模的模具城、模具园区、积聚生产基地等，正在建设、筹建或规划的还有十多个。除集群生产之外，有些地方还在发展模具联合体及虚拟制造。3模具企业品牌经营与可持续发展由于模具的从属性和对特殊用户的依赖性，品牌在模具行业长期不被重视。但是随着市场经济的发展，品牌效应已愈加重要，“经营品牌”已成为模具企业一项很重要的工作。据了解，全国已有10个左右的省、市级驰名着名模具商标和品牌，个别企业已在申报全国着名商标。随着质量工作的不断深入和对环保的重视，2008年又有一大批模具企业通过了ISO9000的国际质量体系认证及ISO14000环境管理认证。同时，2008年行业内又增加了一大批高新技术企业，包括国家级和省、市级，还有不少企业在2008年建立了模具技术中心或研发中心。4模具业发展的人才竞争优势鉴于模具行业人才特别是中高级人才短缺严重，近年来各地办学和培训工作备受关注。学校、培训点、企业三方面都在2009年加大了工作力度并受到了良好效果，中国模协的培训点在各地不断增加。为了进一步提高培训质量，中外交流和合作得到加强。例如苏州模协与新加坡有关方面的教育培训合作取得实质性成果，中国模协也与葡萄牙、德国等国外模协探讨了合作培训事宜。国家有关部门也正针对模具人才急需的现状，加紧研究开展模具人才远程培训事宜，模具设计师也成为国家认可的一个新工种。第二章工件工艺性分析21工艺性分析图21，垫板零件图，材料Q235，厚度1MM，表面平整，大批量生产。图21垫板零件图该冲裁件的材料为Q235钢，普通碳素钢，查参考文献【1】表136冲压常用金属材料的力学性能，查得材料抗剪强度303372MPA,抗拉强度B375460MPA，伸长率1923。由于两孔中心距的公差和尺寸26MM的公差等级均为IT12，零件没有标注公差，圆形件一般可按IT10级精度处理，工件尺寸公差按“入体”原则标注公差，即落料件正公差为零，只标注负公差，冲孔件负公差为零，只标注正公差。在经济精度范围内，对于普通冲裁件，其经济精度不高于IT11级，冲孔件一般比落料件高一级。对于未标注尺寸公差，取其精度等级为IT14。该零件上有3个槽和2个小孔，零件形状对称，结构并不复杂。材料、精度和结构均符合冲裁工艺性要求。22冲裁件的工艺方案工艺方案的内容是确定冲裁件的工艺路线，主要包括确定工序数、工序的组合和工序顺序的安排等，应在工艺分析的基础上制定几种可能的工艺方案，再根据工件的批量、形状、尺寸等多方面的因素，全面考虑、综合分析，选取一个较为合理的冲裁方案。在综合分析，研究零件成型性的基础上，以材料的极限变形参数，各种变形性质的复合程度及趋向性，当前的生产条件和零件的产品质量要求为依据，提出各种可能的零件成形总体工艺方案。根据技术上可靠，经济上合理的原则对各种方案进行对比、分析，从而选出最佳的工艺方案，并尽可能的进行优化。221选择冲压基本工序剪切、落料、切边、冲孔、弯曲、拉深、翻边等是常见的冲压工序，各工序有其不同的性质、特点和用途。有些可以从产品零件图上直观地看出冲压该零件所需工序的性质。有些零件的工序性质，则必须经过分析和计算才能确定。对垫板而言，很明显，从零件图上便能很直观的看出需要冲孔和落料两个基本工序。222确定冲压次数和冲压顺序（1）冲压次数冲压次数是指同一性质的工序重复进行的次数。如拉深件，可根据它的形状和尺寸，以及板料许可的变形程度，计算出拉深次数。但对于平板件，如冲孔、落料件，一般来说都是一次成形。就垫板来说，由于只有冲孔和落料两种性质的工序，属于平板件，故而冲孔一次，冲五个小孔，然后落料一次。（2）冲压顺序冲压顺序的安排应该有利于发挥材料的塑性以减少工序数量。主要是根据工序的变形特点和质量要求来安排。对于有孔或有缺口的平板件，若选用简单模时，一般先落料，再冲孔；若使用级进模时，则应先冲孔后落料。223确定工艺方案一个冲压件往往要经过多道工序才能完成。因此，编制工艺方案时，必须考虑是采用简单模一个一个工序完成还是将某些工序组合起来，用复合模或连续模生产。通常，模具的选用主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度要求等因素。生产批量大，冲压工序应尽可能地组合在一起，采用复合模或连续模冲压；小批量生产时，通常选用单工序简单模。但对于尺寸过小的冲压件，考虑到单工序模上料不方便和生产效率低，也通常选用复合模或连续模生产；若采用自动送料，一般用连续模冲压；为避免多次冲压的定位误差，通常选用复合模生产；当用几个简单模制造费用比复合模还高，而生产批量又不大时，也可考虑将工序组合起来，选用复合模生产。工序组合方式，可选用复合模或连续模。一般来说，复合模的冲压精度比连续模高，结构紧凑，模具轮廓尺寸比连续模小；但是，连续模的生产效率高，操作比较安全、简便，容易实现单机自动化生产，若装上自动送料装置，可适用小件的自动冲压。对于如图21所示的垫板，先拟订以下三种工序组合方式方案一先落料，后冲孔，采用单工序模生产。方案二落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案三冲孔落料级进冲压，采用级进模生产。三种类型模具优缺点比较如下表21表21模具类型比较单工序模复合模级进模结构简单较复杂复杂成本、周期小、短小、短高、长制造精度低较高高材料利用率高高低生产效率低低高维修不方便不方便方便产品精度高高低品质低低高安全性不安全不安全安全自动化易于自动化冲床性能要求低低高应用小批量生产大中型零件的冲压试制大批量生产内外形精度要求高大批量生产中小零件冲压分析方案一模具结构简单，即落料，冲孔，各需要一套模具，使得成本高而生产效率低，不能达到大批量生产。方案二工件的精度及生产效率都较高，结构紧凑，适合大批量生产，特别是孔与制件外形的同心度容易保证，但模具结构复杂，制造困难，复合模的冲孔废料落在下模表面，需及时清除，操作时不太安全，并且复合模存在最小壁厚问题。方案三可以完成复杂零件的冲裁，零件的冲压精度稍差，主要优缺点如下（1）操作安全简单，不必将手伸入模具的危险区域，对于垫板大批量生产采用自动挡料机构。2模具寿命长，工序分散在若干个工位，在工序集中的区域还可以设置空位，从而避免了凸、凹模壁厚过小的问题，改变了凸、凹模的受力状态，提高了模具强度。3产品质量高，级进模在一副模具内完成产品的全部成形工序，克服了用简单模时多次定位带来的操作不变和累积误差。4生产成本较低，级进模由于结构比较复杂，所以制造费用较高，同时材料利用率较低，单由于级进模生产率高、压力机占有数少、需要的操作工人数和车间面积少，减少了产品的储存和运输，因而产品零件的综合生产成本并不高。5设计和制造难度大，对经验的依赖性强，级进模结构复杂，技术含量高，设计灵活性大、难度大；设计和制造中的经验、推断和目测工作量多，人才培养时间长，个人之间的差异大；同一产品零件可有多种不同的设计方案，设计的灵活性大；设计和制造周期长，费用高，适用大批量生产。级进模还受产品零件尺寸限制，产品尺寸不宜太大。（6）按订单生产，而不是按计划生产，订货市场影响大，交货期要求短。综上三种方案的分析，可看出方案三最适合垫板的设计。结论采用方案三，采用冲孔落料级进模冲裁。第三章排样图设计及材料利用率的计算冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等，因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。31排样的初步设计结构废料由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料称为结构废料，它取决于工件的形状，一般不能够改变。工艺废料工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料称为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。根据材料的利用情况，排样的方法可以有三种1有废料排样沿工件的全部外形冲裁，工件与工件之间，工件与条料侧边之间都有工艺余料（搭边）存在，冲裁后搭边成为废料，如图31A。2少废料排样沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料侧边之间有搭边存在，如图31B。3无废料排样工件与工件之间。工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得工件，如下图31C。图31A有废料排样B少废料排样C无废料排样对于简单形状的工件，可以用计算方法选择合理的排样方式，而对于形状复杂的工件要作出正确判断则比较困难，通常用放样的方法，即用厚纸片剪35个样件，摆出各种可能的排样方案，从中选择一个比较合理的方案。参照参考文献【1】，表251有废料排样和少、无废料排样主要形式的分类，根据工件图，初步设计排样方案如下1无废料排样，单排。如图32。图32无废料排样2有废料排样，直排竖排。如图33。图33有废料排样竖排3有废料排样，直排横排。如图34。图34有废料排样横排32材料利用率的计算321条料宽度的确定最小条料宽度要保证冲裁时工作周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定间隙。因此，在确定条料宽度时必须考虑到模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃。根据不同结构分别计算。本模具结构采用有侧压装置的导料板之间送料。有侧压与无侧压装置如图32。条料宽度计算如下图35条料宽度的确定图35A无侧压的冲裁图35B有侧压的冲裁有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进，条料宽度和导料板间距离按下面公式计算条料宽度0MAX02DB（31）导料板间距离CAAX（32）322材料利用率的计算查参考文献【1】表252最小搭边值，查得最小横向搭边值A115MM，最小纵向搭边值A18MM。为了保证搭边的强度和刚度，在整张条料材料利用率相同情况下，取A13MM,A3MM。查表255导料板与条料之间的最小间隙，查得CMIN5MM。查表253条料宽度偏差，查得。M50一个步距内冲裁件的实际面积S2217M35243172305S方案1条料宽度B30MM导料板间距离35M0CBA步距S50MM一个步距内材料利用率8710271S方案2条料宽度3630A20505MX0）（DB导料板间距离M41XCA步距S50353MM一个步距内材料利用率38605362710SB方案3条料宽度5A205050