前端盖零件的修边冲孔模设计-带凸缘边圆筒件冲压模具【含8张cad图纸+文档全套资料】
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前端盖零件的修边冲孔模设计1绪论1.1 课题背景及意义 本课题内容为来自于前端盖零件冲压工艺分析与修边冲孔模设计。产品零件外形及整体零件结构较为简单，其间有孔、拉延及翻边等结构，设计中将对外形及内部结构进行深入的工艺分析，并以此为基础进行后序俢冲模具设计。 本次毕业设计过程中的工艺分析及模具设计将综合整理大学期间所学习的专业理论知识并将其运用于实践设计之中，从而提高自己的动手能力，以做到学以致用、融会贯通。通过本次设计过程，我将对冲压模具的设计有更深的体会和认识，全面整体的了解冲压模具设计的过程，以及在设计中通过各种软件对零件及模具进行分析优化，从而获得较为完善的加工工艺和理想的模具结构，以适应生产，满足各方面要求。1.2 课题目标与工作内容 拟订其工艺路线，根据其合理的工艺方案，设计出适用生产的整套模具。通过本次冲压模设计进一步巩固理论知识，能根据实际情况提出个几种可行方案，并根据实际情况进行综合分析、比较确定最优方案。撰写设计说明书，说明书中要求尽量使用三维图凸显制件要求和模具（包括典型零件）结构，设计说明书内容要求全面分析得理，计算无误，结论正确符合书写要求。2 当前国内外模具工业的现状与发展2.1 国内外模具技术现状 模具在国民经济中所占据的地位日益显著，可以说人类的衣、食、住、行，没有哪一方面离得开模具。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备，属于高新技术产品。作为基础工业，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上称为“工业之母”。 随着我国国民经济的快速发展，作为工业品基础的模具工业，也得到了蓬勃发展，已成为国民经济建设中的重要产业。模具工业不但在国民经济中占捬重要地位，在世界市场上也是独树一枝。世界模具市场总体上供不应求，市场需求在600到650亿美元。如今，模具工业的发展甚至已经超过了新兴的电子工业。模具按制造的产品分类，可以分为塑料模具（又分为注塑模具、铸压模具和吹塑模具）、冲压模具、铸造模具、橡胶模具和玻璃模具等。其中，尤以注塑模具和冲压模具用途广、技术成熟、占据的比重大。 伴随着我国国民经济的高速发展对模具工业也提出了越来越高的要求。汽车、摩托车、家电行业等是模具最大的市场，占整个模具市场的60%以上。例如一种型号的生产线共需要模具4000-6000套，价值达2亿-10亿元；一台电冰箱需要模具生产的零件约150个，共需要模具约350套，价值约400万元；单台彩电大约有150个零件需用模具生产，共需模具140套，价值达700万元。其中所需模具大部分为注塑模具和冲压模具。预计2005年，仅汽车行业就需要各种塑料制件36万吨；电冰箱、洗衣机和空调年产量均超过1000万台；彩电的产量已超过3000万台。到2010年，在建筑和建材行业方面，塑料门窗的普及率达到30%，塑料管的普及达到50%，这些都会大大增加对模具的需求重。 与国有经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、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，市场竟争激烈。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0.75亿美元,约合6.2亿元.根据我国海关统计资料,2004年我国共进口冲压模具5.61亿美联社元,约合46.6亿元.从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6亿元.其中国内市场需求为260.4亿元,总供应约为213.8亿元,市场满足率为82%。 在上述供求总体情况中,有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中的中低档模具,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,具有一定的竟争力,因此其在国际市场前景看好,2005年冲压模具出口达到1.46亿美元,比2004年增长94.7%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。 近年来，我国的模具工业一盶以每年13%左右的增长速度快速发展。据预测，我国模具行业在“十五”期间的增长速度将达到13%15%。模具钢的需求量也将以每年12%的速度递增，全国年需求量约70万吨左右，而国产模具钢的品种只占现有国外模具钢品种的60%，每年进口模具钢约6万吨。我国每年进口模具约占市场总量的20%左右，已超过10亿美元，其中塑料与橡胶模具占全部进口模具50%以上；冲压模具占全部进口模具约40%。由此可见我国的模具工业的发展潜力是巨大的。虽然近几年来，我国模具工业的技术水平已取得了很大的进步但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备还很少，许多先进的技术如CAD/CAE/CAM技术的普及率还不高，特别是大型、精密、复杂和长寿命模具远远不能满足国民经济各行业的发展需要。 纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。 目前，我国模具工业的当务之急是加快技术进步，调整产品结构，增加高档模具的比重，质中求效益，提高模具的国产化程度，减少对进口模具的依赖。现代模具技术的发展，在很大程度上依赖于模具标准化、优质模具材料的研究、先进的设计与制造技术、专用的机床设备，更重要的是生产技术的管理等。 21世纪模具行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品的质量及生产效率，缩短设计及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具行业的应变能力，满足用户。可见，未来我国模具工业和技术的主要发展方向将是： 大力普及、广泛应用CAD/CAE/CAM技术，逐步走向集成化。现代模具设计制造不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成。 提高大型、精密、复杂与长寿命模具的设计与制造技术，逐步减少模具的进口量，增加模的出口量。 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度咎使用性能，大大地提高模具质量。我国模具商品化、标准化率均低于30%，而先进国家均高于70%，每年我们要从国外进口相当数量的模具标准件，其费用约占年模具进口额的3%8%。 发展快速制造成型和快速制造模具，即快速成型制造技术，迅速制造出产品的原型与模具，降低成本推向市场。 积极研究与开发模具的抛光技术、设备与材料，满足特殊产品的需要。 推广应用高速铣削、超精度加工和复杂加工技术与工艺，满足模具制造的需要。 开发优质模具材料和先进的表面处理技术，提高模具的可靠性。 研究和应用模具的高速测量技术、逆向工程与并行工程，最大限度地提高模具的开发效率与成功率。 开发新的成型工艺与模具，以满足未来的多学科多功能综合产品开发设计技术。在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重人才的培养，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。 模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济吆部门发展的重要基础之一，模具讼计水平的高低，加工设备的好坏，制造能力的强弱，模具质量的优劣，直接影响着许多新老产品的开发和老产品的更新换代。影响着产品质量和经济效益的提高。工业先进的发达国家，其模具工业的年产值早已超过机床行业的产值。美国工业界认为：“模具工业是美国工业的基石”；日本模具协会认为：“模具是促进社会繁荣富裕的动力”；国际模具专家认为：“模具是金属加工业的帝王”。难怪模具工业赢得了“不衰亡工业”之称。 在对模具、模具产品、模具工业有了比较全面的认识之后，我们可以得出一个很明确的认识：在科技飞速发展的今天，模具作为一个高科技产业对国民经济、人们生活和国防建设都起着极其重要的作用。我国的模具工业在近年来得到了长足的发展，但是总体上和国际先进水平比起来还存在较大的差距。我国经济的高速发展给模具工业的发展提供了一个广阔的空间和巨大的发展潜力。 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CAD/CAM系统。如美国DS的UG，美国Parametric Technology公司Pro/Engineer，美国CV公司的CADSS，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron还引进了Auto CAD CATIA 等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普边采用了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。 快速原型（RP）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，样样制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，它标志着RPM应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。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。这一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基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，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美，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，可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。模具表面强化技术也得到广泛应用。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（TD处理）及许多镀（涂）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。激光切割和激光焊技术也得到了应用。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，模具制造技术现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企业的生存空间。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发展的重要动力。 一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。 以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步。我国已能生产部分轿车覆盖件模具。如东风汽车公司冲模厂，已设计制造了富康轿车部分内覆盖件模具。一汽模具中心生产了捷达王轿车外覆盖件模具。 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。在设计制造方法，手段上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、制造周期和成本方面，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叠片多功能模具，已达到国际水平。如南京长江机器制造厂的电机铁芯自动叠铆硬质合金多工位级进模具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组，转子铁芯扭斜，安全保护等功能，凹模采用拼块式，零备件可互换。 常州宝马集团公司的步进电机定转子带双回叠片硬质合金级进模。具有转子冲片落料、旋转72，再叠片，定子冲片落料、回转90再叠片、(以消除料厚误差)等功能。这两项模具精度达2m， 步距精度2-3m，双回转精度1，寿命达到1亿次以上，制造周期5-6个月，而价格仅为同类进口模具的1/2-1/3，已达到国际先进水平，完全可以替代进口。其他如48、54、68 条腿集成电路框架多工位级进模、电子枪硬质合金多工进级进模、别克轿车安全带座式工位级进模、空调器散热片多工位级进模，均达到国外同类产品水平。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。 在一般冲模方面，浙江慈溪鸿达电面模具制造中心的铁芯片复合冲模 ，实现系列化、 标准化、专业化生产，质量稳定，模具费用较一般低30%-50%，交货周期7-20天，并备有现货供应。在适应市场经济方面迈出了可喜的一步。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。 经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。2.2 国内外模具技术上存在的差距2.2.1产需矛盾 尽管经过半个世纪的发展，我国模具工业取得较大进步，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要。主要原因有三： 设计和工艺技术落后，如模具CAD/CAM技术采用不普遍，加工设备数控化率低等。 专业化、标准化程度低。 模具生产效率不高、周期长，不能满足市场的需要。2.2.2企业结构方面 模具生产企业结构不合理，主要生产模具能力集中在各主机厂的模具分厂(或车间)内，模具商品化率低，模具自产自用比例高达70%以上。而国外，70%以上模具是商品化。可见在我国冷冲压模具占居主导地位，作冲压模设计十分必要。2.2.3产品水平 衡量模具产品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等。国内外模具产品水平仍有很大差距。2.2.4工艺装备水平 我国机床工具行业已可提供比较成套的高精度模具加工设备，如：加工中心、数控铣床、座标磨床、三座标测量机等。但在加工和定位精度、加工表面粗糙度、机床刚性、可靠性等方面，跟国外仍有较大差距。2.3 模具技术的发展趋势 进入90年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。 冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。 模具是用来成型物品的工具,这种工具有各种零件构成,不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。 冲压与冲模冲压是在室温下,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,从而获得所需零件的一种加工方法。在冲压加工中,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,称为冲压模具。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”上午关系,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。 冲压加工与其他加工方法相比,无论在技术方面,还是在经济方面,都具有许多独特的优点。生产的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,是其他加工制造方法所不能比拟的。但需要指出的是,由于进行冲压成形加工必须具备相应的模具,而模具是技术密集型产品,其制造属单位小批量生产,具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高的特点。所以,只有在冲压零件生产批量大的情况下,冲压成形加工的优点才能充分体现,从而获得好的经济效益。由于冲压加工具有上述突出特点,因此在批量生产中得到了广泛的应用,在现代工业生产中占有十分重要的地位,是国防工业及民用工业中必不可少的加工方法。 冲模分类根据工艺性质可分为:冲裁模、弯曲模、拉深模、成型模。冲裁模是指沿封闭或长空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;弯曲模是指板料毛坯或其他坯料沿着直线或弯曲线产生弯曲变形,从而获得一定角度或形状的工件的磨具;拉深模是把板料毛坯制成开口空心件进一步改变形状和尺寸的模具;成型模具是指将毛坯或半成品工件按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。 根据工序组合成都分,可分为单工序模、复合模、和级进模。单工序模是指在压力机的一次行程中,只完成一道冲压工序的模具,复合模是指只有一个工位,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;级进模又称连续模,是指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。 冲模的零部件通常模具由两类零件组成,一类是公益零件,这类零件直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触,包括工作零件、定位零件、卸料与压料零件等;另一类是结构零件,这类零件不直接参与完成工艺过程,也不和坯料直接接触,只对模具完成工艺过程起保证作用,或对模具功能起完善作用,包括导向零件、紧固零件、标准件及其他零件等。 冲压件工艺分析产品零件图是分析和制定冲压工艺方案的重要依据,设计冲压工艺过程要从分析产品的零件图人手。分析零件图包括技术和经济两个方面: 冲压加工的经济性分析冲压加工方法是一种先进的工艺方法,因其生产率高,材料利用率高,操.作简单等一系列优点而广泛使用。由于模具费用高,生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用,批量越大,冲压加工的单件成本就越低,批量小时,冲压加工的优越性就不明显,这时采用其他方法制作该零件可能有更好的经济效果。例如在零件上加工孔,批量小时采用钻孔比冲孔要经济;有些旋转体零件,采用旋压比拉深会有更好的经济效果。所以,要根据冲压件的生产纲领,分析产品成本,阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。 冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度。在技术方面,主要分析该零件的形状特点,尺寸大小,精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求。良好的工艺性应保证材料消耗少,工序数目少,模具结构简单,且寿命长,产品质量稳定,操作简单,方便等。在一般情况下,对冲压件工艺性影响最大的是冲压件结构尺寸和精度要求,如果发现零件工艺性不好,则应在不影响产品使用要求的前提下,向设计部门提出修改意见,对零件图作出适合冲压工艺性的修改。 冲压件零件图的分析分析零件图还要明确冲压该零件的难点所在,对于零件图上的极限尺寸,设计基准以及变薄量,翘曲,回弹,毛刺大小和方向要求等要特别注意,因为这些因素对所需工序的性质,数量和顺序的确定,对工件定位方法,模具制造精度和模具结构形式的选择,都有较大影响。 冲压工艺设计冲压工艺设计是针对具体的冲压零件,首先从其生产批量、形状结构、尺寸精度、材料等方面入手,进行冲压工艺性审查,必要时提出修改意见;然后根据具体的生产条件,并综合分析研究各方面的影响因素,制定出技术经济性好的冲压工艺方案。其设计流程主要包括冲压件的工艺分析和冲压工艺方案制定两大方面的内容。在综合方析,研究零件成形性的基础上,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量质量要求为依据,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,从而选出最佳工艺方案(包括成形工序和各辅助工序的性质,内容,复合程度,工序顺序等),并尽可能进行优化。 国内、外冲压模具发展趋势及其行业特点 国内冲压现状与发展方向目前,我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后,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、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。随着工业产品质量的不断提高,冲压产品生产正呈现多品种、少批量,复杂、大型、精密,更新换代速度快的变化特点,冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。 为适应市场变化,随着计算机技术和制造技术的迅速发展,冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计(CAD)、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术转变。至今,我国模具制造行业的产值已经超过机床工业。有关板料冲压技术方面的问题愈来愈为人们所关注,相应的冲压工艺理论的研究及冲压加工机理的探讨也随之不断深化,如何从冲压工序基本应力与变形状态的分析着手,改善冲件的质量精度,并提高模具的使用寿命也就显得愈为重要。 国外模具发展趋势1988 年美国日本,西德的模具产值分别达到 62 亿美元,83 亿美元,4 亿美元,比 1957 年增长了约 100 倍,并超过了这些国家机床工业的产值。据有关资料介绍,工业发达国家的工业产品生产中。对模具的需求量日益增多,美国,日本约有 4050的工业产品的生产需用模具国际市场中模具的贸易量十分可观.近年来,由于工业发达国家的工费用增加,模具生产有向东南亚国家转移的趋势。日本的生产以高,精模具为主,需要人工劳动量大的模具则依靠进口解决.以模具出口大国日本为例,其 1980 年模具进口额为 24.98 亿日元,至 1989 年已上升到 132.32 亿 11 元。十年间提高了 5.3 倍由此可见,中低档模具的国际市场潜力十分巨大,只要我国模具的质量能有提高,交货期能有保证,模具出口的前景是十分乐观的.此外,国际市场对塑料模具模架及模具标准件的需求量也很大,目前我国只有塑料模具模架有少量出口。 模具行业特点，随着科学技术的发展,模具行业已由劳动密集型逐步转化为技术劳动密集型。尽管模具行业已应用了先进的数控设备,检验仪器和计算机辅助设计/分析/制造软件,但仍然需要高技艺的劳动。所以,模具行业又是高技术和高技艺紧密结合的一十行业。为适应不同制品的需要,模具的种类繁多,从设计,制造工艺,装备以至原材料都各不相同所以企业生产的模具宜专而不宜全,规模宜小而不宜大。模具基本上是单件生产。即使是生产专业化的模具企业,在生产同一类.模具时,也会由于不同模具的精度要求,复杂程度,加工难度等的不同而需要变化设备的配置和工程的安排。因此,模具企业还应在专业化的基础上实现生产的素性化三,市场分析据国际生产协会预测,到 2009 年工业品零件粗加工的 75%,精加工的 5%将由模具成型,可见模具在工业生产中的作用将日益重要.工业发达国家的模具行业在近四十年来取得了异常迅速的发展,已摆脱了属地位而成为独立的行业,并成为基础工业的重要组成部分。模具设计及加工技术的现状 模具设计技术: (1)工业发达国家在模具设计上已经大量使用计算机辅助设计软件进行模具的结构设计,并普及了计算机绘图。据有差资料介绍,美国和日本 75 的模具厂已使用了技术,香港的模具厂也开始采用这项技术。 (2)在注塑模具设计中,已开始普及应用计算机辅助工程分析软件,对塑料的流动,填充,冷却情况及模具的浇口配置,浇道大小,冷却加热系统和模具的刚度,强度等进行科学的分析和计算,从而保证注塑制品的质量与合理的生产节拍。 (3)国外的注塑模具中,多型腔,多层,大型精密模具已占 50%,不仅提高了生产效率,而且节省了大量塑料原料。 模具加工技术国外已大量使用数控机床,应用计算机辅助加工软件和数控编程技术对模具,特别是对具有复杂型腔(三维曲面)的模具进行加工,使模具的质量和附加值大为提高。模具的加工周期减少6以上,成本降低3以上,生产效率提高60以上为了提高加工效率及满足各种复杂曲面加工的要求,国外已开发出四轴和五轴的数控自动编程软件并且进了实用阶段。模具标准化程度日益提高,模具标准模架及模具标准件的应用日益普及,已实现商品化。模具结构更多地采用新技术,如注塑模具的热流道技术等。针对不同制品的要求,开发出适用于各种不同模具的专用模具钢,并实现商品化。根据模具生产的特点,模具企业向小而专的方向发展。如日本现有11656家模具企业,小厂有11142 家,占总数的 95.5%,百人以上的仅有 65家。占总数的54%韩国有1570家模具企业仅占总数的 9%;新加坡有 460 家模具企业仅占总数的3香港有6500家模具企业也占总数的0.46%。 复合模具复合模具是在压力机的一次行程下,可以同时完成多道工序的冲裁模。.复合模具具有生产效率成倍提高;提高冲压件的质量;对模具制造精度要求较高等的特点。复合模具可分为以下几类:冲裁类复合模如落料、冲孔复合模;切断、冲孔复合模等;成形类复合模如弯曲复合模、复合挤压模等;冲裁与成形复合模如落料、拉深复合模;冲孔、翻边复合模;拉深、切边复合模;落料、拉深、冲孔、翻边复合模等。 选择复合模的原则由以下几点因素决定: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。冲压工件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。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,制造和维修更加困难。模具结构的大小复合模的大小不同,其采用的结构和板块会有繁简的差异,而且脱料装置也不一样。注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局综合优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。 对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。 冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。 重视复合化成形技术的发展。以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展，也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。 加入WTO以后，中国的汽车工业、航空航天工业等支柱产业必将有大的发展。我国的冲压行业既充满发展的机遇，又面临进一步以高新技术改造传统技术的严峻挑战。国民经济和国防建设事业将向冲压成形技术的发展提出更多更新更高的要求。我国的板料加工领域必须加强力量的联合，加强技术的综合与集成，加快传统技术从经验向科学化转化的进程。加速人才培养，提升技术创新能力，提高冲压技术队伍的整体素质和生产企业的竞争力。 2.4 数字化成形技术的发展 先进成形技术是在传统成形技术的基础上，以计算机为支柱，综合利用信息、电子、材料、能源、环境工程等各项高新技术及现代管理技术，有利于最终实现产品全生命期综合优化的冲压成形技术，是能越大程度地达到“精、省、净”目标，获得高综合效益的成形技术。 发展先进成形技术的关键在于： 大力发展冲压成形过程的计算机分析仿真技术（CAE）。 并行工程（CE）、并行工作模式逐步取代传统的串行顺序式工作模式。 计算机辅助过程分析仿真（CAE）是20世纪后期对于金属成形最具重大意义的技术进步之一，其核心是有限元分析技术。 以有限元法为基础的冲压成形过程中计算机仿真技术或数值模拟技术，以冲压模具设计、冲压过程设计与工艺参数优化提供了科学的新途径，将是解决复杂冲压过程设计和模具设计的最有效手段。国外大型企业的应用步伐非常迅速，而汽车工业走在前列，现已逐渐成熟，用于模具设计和试模的时间减少50%以上。美国GM居世界领先地位。 数值模拟技术的发展趋势可概括如下： 进一步提高模拟计算的精度和速度。重点突破回弹精确预测；发展快速有限元模拟技术，实现“当天工程”、甚至“2小时工程”；同时加强基础研究，解决复杂变形路径等基础性问题。 降低软件对人员专业素质的要求。目前市场软件功能强大，主要面向分析师，买了先进软件系统，不一定能获得好的模拟结果。面向中小企业，推广更加困难。 降低软件对硬件平台的要求。目前，几乎著名的冲压模拟软件都已完成向微机版的转化。 加强初始化设计环节的研究。初始化设计环节（初始方案），作为计算分析的起点和修改的基础，至今仍需要靠有经验的人员完成。迫切需要发展知识库工程（KBE），将专家系统（ES）、人工智能技术（AI）与有限元模拟软件相结合，实现智能化初始工作，减少对工艺专家的依赖。 加强基础试验。材料性能本构关系、摩擦状态、缺陷判据等数据来自试验，其真实性、准确性是限制模拟分析达到可靠精度的重要因素。 进一步向产品冲压制造系统扩展，实现制造全过程、全生命期的综合优化。目前，成形过程分析，仍重在解决成“形”问题。未来，将同时向改“性”发展，实现变形方式、成形过程及成形后性能的综合优化。 普及CAE技术势在必行。CAD技术经过5-10年的大力普及，基本解决了手工绘图问题。未来5-10年，CAE技术的普及将势在必行。 中小机械制造企业70多万家，冲压、模具企业为数甚大，以高新技术改造传统技术的任务十分艰巨，结合产业调整，统筹规划，需要提上日程。3 零件结构工艺性分析零件如图3.1所示:零件名称:前端盖零件简图:如下图3-1所示生产批量:大批量零件材料:08铝材料厚度: 1.5mm图3-14 工艺计算及主要参数确定4.1 主要工艺参数计算冲压力的计算a. 修边(落料)力 F修=1.3Lt式中：F修-修边(落料)力，(N) t-板料厚度，（mm） -材料抗剪强度 ，由有关手册查得=300Mpa L-工件轮廓周长，（mm）， L=D则修边力F修=1.3Lt=1.33.142481.5300N=455551.2(N)b.卸料力 F卸 = K卸F落 式中K卸 -卸料力系数，其值由冲模设计技法及典型实例解析表3-17查得K卸=0.04则卸料力为 F卸 =0.04455551.2N18222.05(N)c.冲孔力。 F冲=1.3Lt L=D=3.1426=81.64（mm）则冲孔力为F冲=1.381.641.530047759(N)d.冲孔卸料力。 F卸(冲)=K卸F冲 式中K卸 -卸料力系数，其值由表3-17查得K卸=0.04则卸料力为F卸(冲)=0.0447759=1910.36(N)e.推料力。 F推=n K推F冲 式中F推 -推料力，(N) n-卡在凹模里工件的个数，n=h/t，其中，h为凹模刃壁垂直部分高度（mm），t为料厚（mm）。选择如图所示 图4-1刃口形式，取h=6，则n=h/t=6/1.5=4(个)。查表3-17，取K推=0.05。 故F推=40.0547759=9551.8(N)故总冲压力为 F总=F修+F卸+F冲+F卸(冲)+F推 =455551.2+18222.05+47759+1910.36+9551.8(N)=532994.41(N)533(KN)冲压设备的选择 按公称压力来选取压力机，这里选用公称压力为630KN(也就是63吨的压力机)的开式双柱可倾压力机J23-63，其主要技术参数为： 公称压力：630KN 滑块行程：130mm 最大闭合高度：360mm 闭合高度调节量：80mm 工作台尺寸：480mm710mm 模柄孔尺寸：50mm80mm4.2 主要工作部分尺寸确定4.2.1 修边(落料)刃口尺寸计算 根据冲模设计技法及典型实例解析表3-7查得，冲裁刃口的双面间隙Zmin=0.15mm，Zmax=0.19mm。 248mm凸凹模的制造公差由冲模设计技法及典型实例解析表3-18查得凸=0.03mm，凹=0.045mm，零件公差=0.46mm。 由于凸+凹Zmax+Zmin，故采用凸模与凹模配合加工方法。系数x由表3-19查得x=0.5，则D凹=(D +x )+ 0= (248+ 0.50.46) +0.045 0=247.77+0.045 0( mm)D凸按凹模配作，其双面间隙为0.150.19mm。其工作部分结构尺寸如图4-2， 4-3所示。 图4-2凸模 图4-3凹模4.2.2 冲孔工作部分尺寸计算 对于工件未注公差可按IT14级计算，26mm的IT14级的公差查互换性与技术测量表2-1得=0.52mm。 26mm凸凹模的制造公差由表冲模设计技法及典型实例解析表3-18查得凸=0.020mm，凹=0.025mm。 由于凸+凹Zmax + Zmin，故采用凸模与凹模配合加工方法。系数x由表3-19查得x=0.5，则d凸=(d+ x) 0 -凸=(26+ 0.50.52) 0 -0.02= 25.74 0 -0.02 ( mm) d凹按凸模配作，其双面间隙为0.150.19mm。4.3 弹性元件的设计计算 已知前端盖零件修边，冲孔复合模所需要的冲孔卸料力1910.36N，初步确定弹簧数量为4个。根据该模具已确定4根弹簧，得到每根弹簧分担的卸料力为 F0 = F卸(冲)/n=1910.36/4=477.59N 从冲模设计技法及典型实例解析表2-15初步选用45号规格圆钢丝弹簧， 得D=40mm，d=6mm， t=9.9mm， F2=1200N， H2=20.4mm， H=60mm，则由公式H0=F0 H2/F2得到弹簧的预压缩量H0=477.5920.4/12008.1mm 因推件块(卸料板)的工作行程H工 = t+1=1.5+1=2.5mm，取凸凹模修磨量H修=5mm，则由公式H2=H0+H工+H修=8.1+2.5+5=15.6 H2=20.4 所以选弹簧基本满足要求。 装配高度=H - H0=60 - 8.1=51.9mm 由公式n1=(H - d)/t得n1=(60 - 6)/9.9=5.5(圈)4.4 模具的总体设计 前端盖零件修边，冲孔复合模结构如图所示。主要由上模座和下模座，修边凸模和修边凹模，冲孔凸模和凹模，切刀，上顶块，打杆，上垫板和下垫板，弹簧等零件组成。根据主要工作部分尺寸，结构及弹性元件的尺寸，参照有关资料的标准，选取I级精度的中间导柱圆形模架，即 模架400245290 I GB/T 2851.6 凹模周界：D0=400mm 闭合高度： H=245290mm 上模座： 400mm55mm HT200 GB/T 2855.11 下模座： 400mm65mm HT200 GB/T 2855.12 导柱： A45h5230 mm 40Cr GB/T 2861.1 A50h5230mm 40Cr GB/T 2861.1 导套： A45h614053mm 40Cr GB/T 2861.6 A50h614053mm 40Cr GB/T 2861.6 下垫板厚度：30mm 上顶块兼卸料板厚度：37.5mm 上垫板厚度：12mm 切刀： 302028 T10A GB/T 2868.1-1981 模具闭合高度：H模=261mm 导柱，导套渗碳深度为0.81.2mm，硬度为5862HRC 修边凸模和修边凹模，冲孔凸模和凹模材料采用Cr12，热处理硬度凸模为5860HRC，凹模为6062HRC。 上下垫板，上顶块，打杆等均采用45钢，热处理硬度4348HRC。4.5 模架闭合高度的校核 模架整体闭合高度Hm=261mm； 压力机的最大闭合高度为249mm； 封闭高度调节量为80mm。 压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求，即Hmax-5mmHmHmin+10mm 式中: Hmax压力机的最大装模高度（mm）;Hmin压力机的最小装模高度（mm）；Hm模具闭合高度（mm） 考虑到上下模座的高度有：290-5Hm249+10，故模具的闭合高度满足要求。5 模具结构方案的确定5.1 修边模设计的基本原则 1）模具结构和模具材料应与制件批量相适应。 2）尽量选用标准模架和模具零件。 3）模架的平面尺寸，除与凹模尺寸相符，还应与压力机台面尺寸及开孔大小相符。 4）刃口尖角处宜用镶块，既便于加工，也可防止应力集中导致开裂。 5）安装于模具内的弹簧，在结构上应能保证弹簧断裂时不致蹦出伤人。 6）修边模的定位。 7）对于大型落料与修边模或冲件内孔有窄小凸出与凹槽时，应采用镶块结构。5.2 模具结构方案 修边冲孔模可采用一般的基本结构形式，修边凹模镶块和冲孔凸模装在上模座，修边凸模和废料刀装在下模座。凸模旁对称布置4个废料切刀（切刀刃口应低于凸模刃面约35倍料厚）。 其他结构设计如下： 导向装置：导柱和导套导向。 顶件装置：使用顶出器顶件。 卸料装置：采用弹簧以及推件快进行卸料。 连接与固定：大部分零件用螺钉连接固定。 定位装置：通过形状对板料定位。废料切刀：废料切刀是修边镶块的组成部分，修边废料是用废料刀切断的，镶块式废料刀是利用修边凹模镶块的结合作为一个废料刀刃口，相应的在修边凸模镶块外面装废料刀作为另一个废料刃口组成镶块式废料刀。5.3 模具功能分析 本套模具是修边冲孔模。模具装在开式双柱可倾压力机J23-63上，模具闭合高度为261mm，上下底板的尺寸为40055mm,40065mm，设计出的模具要在压床上运动。因此，模具的设计要考虑到压床上、下台面的形状和尺寸，以便设计出的模具能够正确的安装在压床上。压床的上下台面上都有螺栓，它是用来固定上、下模板的，因此上下模板上都有用来固定的压板槽。 综合考虑模具结构和成本，该模具采用镶块结构。对于大型和复杂形状的冲模，采用镶块结构是合理的，这不但节约贵重的工具钢，使模具易损部位更换方便，且能解决无法铸造大钢料，热处理变形等问题，并便于采用成型磨削，是制造简单化。但模具的装配比较困难。 为了便于制造和维修，修边凸模镶块和冲孔凹模镶块应做成两体，这时，还可以将凸模镶块局部开槽或开孔，放入冲孔凹模。但是必须考虑是否会影响凸模镶块强度和热处理变形等，在这种情况下镶块可设计的短一些，以便更换。 模具的修边凸模，修边凹模关系如图所示：5.4 模具总体结构5.4.1 模架的选择 由新编实用冲压模具设计手册表10-32可知，本次冲压模具设计的模架应选为中间导柱圆形模架。5.4.2 紧固件的选择 冲模中用到的紧固件主要是螺钉和销钉，都是标准件。本次冲压模具设计的螺钉的规格参考新编实用冲压模具设计手册表2-70，螺钉的公称直径可按与螺钉大径相同或小一规格来选取，螺钉的旋入深度一般取其公称直径的1.52倍。5.4.3 模柄的选择 由压力机的型号J23-6.3开式双柱可倾压力机.可查得模柄孔的直径为50,深度为80,为了不和导柱相冲突，所以该模柄大径要加工为65。由装配要求,模柄与模柄孔配合为H7/m6,模柄长度比模柄孔深度小510mm,由于凹模周界所以根据GB2862.3-81。 模具的装配图如图所示： 模具的工作过程如下：当冲床在上止点时将制件放入凹模，制件依靠周边废料刀及型面定位。机床上滑块下行，压件器首先将制件压贴在凸模上，弹簧被压缩。落料凸模与制件接触，进行冲孔工序，废料直接从模具底部卸出。随后进行修边工序，即弹簧压缩，推件块上移，进行修边的处理。冲裁下来的废料为圆形，套在修边凸模上，并在切刀的作用下分成4个圆弧形废料，实现废料的卸出。机床滑块正好到下止点，此时废料被完全切断并滑落到工作台面上。冲孔，修边工序完成后上模座上移，凸模，凹模分开，制件卡在凸模冲孔里，在打杆，推件块和弹簧的作用下滑块回程，制件从凸模中托起，取出制件，完成整个修边冲孔过程。 模具制造操作及维护：由于模具的制造成本比较高，所以在模具制造和操作及维护中都要求用科学的方法去选择制造模具的材料和制造模具的合理科学的工艺过程。这样可以使得模具的寿命延长，减少零件的制造成本。 对模具材料的要求是必须有足够的硬度和耐磨性，模具工
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