冲压模具设计论文

1、冲压模具设计论文一、简述冲压模具 -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）的一种专门工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模） 。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压力加工方法。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压 件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直截了当关系。 模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重 要标志之一，在专门大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能 力。二、分类冲压模具的形式专门多，冲模也依工作性质 ,模具构造

2、,模具材料三方面 来分类。一样可按以下几个要紧特点分类：1.按照工艺性质分类a. 冲裁模 沿圭寸闭或放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、凹模的形状直截了当复制成 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 .按照工序组合程度分类a. 单工序模 在压力机的一次行程中

3、，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。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：是将平坦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

4、多寡，乃有多种不同形式的模具，如一般弯曲冲模、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，使金属毛胚流淌变形，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。三、模具典型结构通常模具是由二类零件组成 :第一类 是工艺零件，这类零件直截了当参与工艺过程的完成并和 坯料有直截了当接触，包括有工作零件、定位零件、卸料与压料零件等； 第二

5、类 是结构零件，这类零件不直截了当参与完成工艺过程，也不和 坯料有直截了当接触，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，包括有导向零件、紧固零件、标准件及其它 零件等，如表 1.1.3所示。应该指出，不是所有的冲模都必须具备上述六种 零件，专门是单工序模，然而工作零件和必要的固定零件等是不可缺少的。四、模具先进制造工艺及设备模具制造技术现代化是模具工业进展的基础。随着科学技术的进展，运算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正持续向传统制造技术渗 透、交叉、融合，对事实上施改造，形成先进制造技术。模具先进制造技术的进展要紧体现在：1高速铣削加工 一般铣削加工采纳低的进给速度和

6、大的切削参数，而高速铣削加工则 采纳高的进给速度和小的切削参数，高速铣削加工有关于一般铣削加工具 有如下特点：a. 高效 高速铣削的主轴转速一样为 15000r/min40000r/min,最高可达 100000r/mi n。在切削钢时，其切削速度约为 400m/mi n,比传统的铣削加工 高 5 1 0倍；在加工模具型腔时与传统的加工方法 （传统铣削、电火花成形 加工等）相比其效率提升 45倍。b. 高精度 高速铣削加工精度一样为10卩m,有的精度还要高。c. 高的表面质量 由于高速铣削时工件温升小（约为 3 C）,故表面没 有变质层及微裂纹，热变形也小。最好的表面粗糙度 Ra小于1卩m,减

7、少 了后续磨削及抛光工作量。d. 可加工高硬材料 可铣削5054HRC的钢材，铣削的最高硬度可达6 0HRC。鉴于高速加工具备上述优点,因此高速加工在模具制造中正得到广泛 应用,并逐步替代部分磨削加工和电加工。2电火花铣削加工 电火花铣削加工（又称为电火花创成加工）是电火花加工技术的重大 进展,这是一种替代传统用成型电极加工模具型腔的新技术。像数控铣削 加工一样,电火花铣削加工采纳高速旋转的杆状电极对工件进行二维或三 维轮廓加工, 无需制造复杂、 昂贵的成型电极。 日本三菱公司最近推出的 E DSCAN8E 电火花创成加工机床,配置有电极损耗自动补偿系统、 CAD/CA M 集成系统、在线自动

8、测量系统和动态仿真系统,体现了当今电火花创成 加工机床的水平。3慢走丝线切割技术目前，数控慢走丝线切割技术进展水平已相当高，功能相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度。最大切割速度已达300mm2/mi n,力口工精度可达到士 1.5卩m,加工表面粗糙度 RaO.10.2卩m。直径0.030.1 mm 细丝线切割技术的开发,可实现凹凸模的一次切割完成,并可进行 0.0 4mm的窄槽及半径0.02mm内圆角的切割加工。锥度切割技术已能进行30 以上锥度的周密加工。4磨削及抛光加工技术 磨削及抛光加工由于精度高、表面质量好、表面粗糙度值低等特点, 在周密模具加工中广泛应用。目前,周密模具制造

9、广泛使用数控成形磨床、 数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光机等先进设备和技 术。5数控测量 产品结构的复杂,必定导致模具零件形状的复杂。传统的几何检测手 段已无法习惯模具的生产。现代模具制造已广泛使用三坐标数控测量机进 行模具零件的几何量的测量,模具加工过程的检测手段也取得了专门大进 展。三坐标数控测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振爱护 能力、严密的除尘措施以及简便的操作步骤,使得现场自动化检测成为可 能。模具先进制造技术的应用改变了传统制模技术模具质量依靠于人为因 素,不易操纵的状况,使得模具质量依靠于物化因素,整体水平容易操纵, 模具再

10、现能力强。五、模具新材料及热、表处理 随着产品质量的提升,对模具质量和寿命要求越来越高。而提升模具 质量和寿命最有效的方法确实是开发和应用模具新材料及热、表处理新工 艺,持续提升使用性能 , 不锈钢板材冲压模具材料改善加工性能。1. 冲压模具材料 制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、 低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金 工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质 合金、钢结硬质合金等等。a. 碳素工具钢在模具中应用较多的碳素工具钢为 T8A、T10A 等，

11、优点为加工性能好， 价格廉价。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低 1 。b. 低合金工具钢 低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提升了钢的淬透性，耐磨性 亦较好。用于制造模具的低合金钢有 CrWMn 、9Mn2V 、7CrSiMnMoV（ 代 号 CH-1）、6CrNiSiMnMoV（代号 GD）等。c. 高碳高铬工具钢常用的高碳高铬工具钢有 Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1 （代号D2）, 它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形专门小，为高耐磨 微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严

12、峻，必须进行反 复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不平均性，提升使用性 能。d. 高碳中铬工具钢用于模具的高碳中铬工具钢有 Cr4W2MoV、 Cr6WV 、 Cr5MoV 等，它 们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布平均，热处理变形小，具有 良好的淬透性和尺寸稳固性。与碳化物偏析相对较严峻的高碳高铬钢相比， 性能有所改善。e. 高速钢 高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力专门高。模具中常用的有 W18C4V （代号8-4-1）和含钨量较少的 W6Mo5 C r4V2 （代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提升韧性开发的降碳降钒 高 速钢6W6Mo5

13、Cr4V （代号6W6或称低碳M2 ）。高速钢也需要改锻，以 改善其碳化物分布 。f. 基体钢在高速钢的差不多成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以 改善钢的性能。如此的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有 一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性 冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo 2VNb （代号 65Nb）、7Cr7Mo2V2Si （代号 LD ）、5Cr4Mo3SiMnVAL （代号 012AL）等。g. 硬质合金和钢结硬质合金 硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和 韧性差。用作模具的硬

14、质合金是钨钴类，对冲击性小而耐磨性要求高的模 具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用含钴量较 高的硬质合金。钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、 钼 、钨、 钒等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相 ，用粉末冶金方法烧结而 成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺 点，能够切削、焊接、锻造和热处理。 钢结硬质合金含有大量的碳化物， 尽管硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬 度可达 68 73HRC。h. 新材料 冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类 最多的模具钢。要紧性能要求为强度、韧性、

15、耐磨性。目前冷作模具钢的 进展趋势是在高合金钢D2 （相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大 分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提升钢中碳化物分布平均度，突 出提升模具的韧性。 如美国钒合金钢公司的 8CrMo2V2Si 、日本大同专门钢 公司的 DC53（Cr8Mo2SiV） 等。另一种是以提升耐磨性为要紧目的，以习惯 高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的 320CrVMo13 ， 等。2热处理、表处理新工艺 为了提升模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采纳热、表处 理新技术，专门是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬 化处理方法外，近年来模具表面性

16、能强化技术进展专门快，实际应用成效 专门好。其中，化学气相沉积（CVD ）、物理气相沉积（PVD）以及盐浴渗 金属（TD ）的方法是几种进展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技 术。它们对提升模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意 义。六、冲压模具材料的选用原则 在冲压模具中，使用了各种金属材料和非金属材料，要紧有碳钢、合 金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、低熔点合金、锌基合金、铝青铜、合成树 脂、聚氨脂橡胶、塑料、层压桦木板等。制造模具的材料，要求具有高硬度、高强度、高耐磨性、适当的韧性、 高淬透性和热处理不变形 （或少变形 ）及淬火时不易开裂等性能。合理选取模具材料及实施正确的热处

17、理工艺是保证模具寿命的关键。 对用途不同的模具，应按照其工作状态、受力条件及被加工材料的性能、 生产批量及生产率等因素综合考虑，并对上述要求的各项性能有所侧重， 然后作出对钢种及热处理工艺的相应选择。1. 生产批量 当冲压件的生产批量专门大时，模具的工作零件凸模和凹模的材料应 选取质量高、耐磨性好的模具钢。关于模具的其它工艺结构部分和辅助结 构部分的零件材料，也要相应地提升。在批量不大时，应适当放宽对材料 性能的要求，以降低成本。2. 被冲压材料的，性能、模具零件的使用条件 当被冲压加工的材料较硬或变形抗力较大时，冲模的凸、凹模应选取 耐磨性好、强度高的材料。拉深不锈钢时，可采纳铝青铜凹模，因

18、为它具 有较好的抗粘着性。而导柱导套则要求耐磨和较好的韧性，故多采纳低碳 钢表面渗碳淬火。又如，碳素工具钢的要紧不足是淬透性差，在冲模零件 断面尺寸较大时，淬火后其中心硬度仍旧较低，然而，在行程次数专门大 的压床上工作时，由于它的耐冲击性好反而成为优固定板、卸料板类零件， 不但要有足够的强度，而且要求在工作过程中变形小。另外，还能够采纳 冷处理和深冷处理、真空处理和表面强化的方法提升模具零件的性能。关 于凸、凹模工作条件较差的冷挤压模，应选取有足够硬度、强度、韧性、 耐磨性等综合机械性能较好的模具钢，同时应具有一定的红硬性和热疲劳 强度等。3. 材料性能应考虑材料的冷热加工性能和工厂现有条件。

19、4. 降低生产成本注意采纳微变形模具钢，以减少机加工费用。5. 开发专用模具钢 对专门要求的模具，应开发应用具有专门性能的模具钢。6. 考虑我国模具的生产和使用情形 选择模具材料要按照模具零件的使用条件来决定，做到在满足要紧条 件的前提下，选用价格低廉的材料，降低成本。七、模具 CAD/CAM 技术 运算机技术、机械设计与制造技术的迅速进展和有机结合，形成了运 算机辅助设计与运算机辅助制造( CAD/CAM )这一新型技术。CAD/CAM 是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高 效益的系统工程，它以运算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具， 使工程技术人员能借助运算机对产品、模

20、具结构、成形工艺、数控加工及 成本等进行设计和优化。 模具 CAD/CAM 能明显缩短模具设计及制造周期、 降低生产成本、提升产品质量已成为人们的共识。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的显现，以三维造型为 基础、基于并行工程(CE)的模具CAD/CAM技术正成为进展方向，它能 实现面向制造和装配的设计，实现成形过程的模拟和数控加工过程的仿真， 使设计、制造一体化。快速经济制模技术为了习惯工业生产中多品种、小批量生产的需要， 加快模具的制造速度，降低模具生产成本，开发和应用快速经济制模技术 越来越受到人们的重视。目前，快速经济制模技术要紧有低熔点合金制模 技术、锌基合金制模技术、环氧树脂

21、制模技术、喷涂成形制模技术、叠层 钢板制模技术等。应用快速经济制模技术制造模具，能简化模具制造工艺、 缩短制造周期（比一般钢模制造周期缩短 70%90%）、降低模具生产成本 （比一般钢模制造成本降低60%80%）,在工业生产中取得了明显的经济 效益。对提升新产品的开发速度，促进生产的进展有着专门重要的作用。八、冲压模具行业进展现状及技术趋势1、现状改革开放以来，随着国民经济的高速进展，市场对模具的需求量 持续增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速进展，模具 工业企业的所有制成分也发生了庞大变化，除了国有专业模具厂外，集体、 合资、独资和私营也得到了快速进展。浙江宁波和黄岩地区的“

22、模具之乡”； 广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷 纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几 千家。随着与国际接轨的脚步持续加快，市场竞争的日益加剧，人们差不 多越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制 造是整个链条中最基础的要素之一。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进展的重要动力点。关于。一些国内模具企业已普及了二维 CAD ,并连续开始使用U G、Pro/Enginee、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了、 C-Flow、DYNAFORM 和MAGMAS

23、OFT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专门大进 步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆 盖件模具。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。 通过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM技术方面取得了明显进步；在提 升模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了奉献。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

24、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许多的用户。尽管中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的进展，但许多方 面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，周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、周密、复杂和长寿命模 具依靠进口。2、以后冲压模具制造技术进展趋势模具技术的进展应该为习惯模具产品 “交货期短”、“精度高”、“质 量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需进展如下几项：(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的进展方向。随着微机软件 的进展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已差不多成熟，各企业将 加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用 范畴。运算机和网络的进展正使 CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨 院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制 造成为可能。(2)高速铣削加工国外近年来进展的高速铣削加工，大幅度提升了加工效率，并可获得 极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形 小等优点。高速铣削加工技术