模具设计过程与基本概念

PAGE109/NUMPAGES129摘要冲裁工艺在工业生产中应用广泛。冲压模具设计与制造技术是一项技术性和经验性都专门强的工作。本次毕业设计选择了冲压工艺分析与模具的CAD设计，利用计算机CAD软件辅助设计。用Donform软件对冲压工艺进行分析和模拟。依照分析结果选择合理的冲压工艺和合理的模具结构，在此基础上优化零件结构和选择合适的零件材料。通过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，通过工艺分析和对比，采纳冲孔落料工序，通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定压力机的型号。再分析对冲压件加工所需的模具类型，选择所需设计的模具类型。得出将设计的模具类型后，将模具的各工作零部件设计过程表达出来。本文首先叙述了冲压模具的进展状况，模具在现代工业中的作用，和在整个国民经济中的地位。讲明了冲压模具的重要性与本次设计的意义，接着是简单讲明了模具设计的差不多概念和模具设计的一般步骤、模具的分类、模具零件的分类、模具的结构形式、冲压的差不多概念、冲压工艺基础理论、塑性力学基础理论。然后对冲压件进行工艺分析，完成了工艺方案的确定，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。再进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算，为选择冲压设备提供依据。其次对要紧零部件的设计和标准件的选择，为本次模具零件图的绘制和模具的成形提供依据，以及为装配图各尺寸提供依据。通过前面的设计方案画出模具各零件图和装配图。再次依照模具的使用要求和具体加工条件设计了模具零件的加工工艺。最后利用Donform软件模拟加工过程分析受力情况。本次设计阐述了冲压倒装复合模的结构设计及工作过程。本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。关键字：冲压；落料冲孔；复合模；模具结构ABSTRACTApplicationisbroadaccordingtocuttinghandicraftinthecommercialrun.Thatdiesdesignsandmakesatechnologyisoneitemtechnicalityandallverystrongjobofexperience.Originally,time,graduationpracticehaschosenstampingindustrialanalysisandthemouldCADhasdesignedthat。MakeuseofthecomputerCADsoftwaretoassistdesign。MakeuseoftheDonformsoftwaretocarryoutanalysisandthesimulationontostampingahandicraft.Chooserationalstampinghandicraftandrationalmouldstructureaccordingtoanalysingresult.Thebasisfixesthepartmaterialoptimizingpartstructureandchoosingrightlyhere.Lookupadatathrough..Firstbegoingtocarryoutindustrialanalysisonthepart,Industrialanalysisandcontrastpass.Adoptpunchedholeblankworkingprocedure.Passingaccordingtocuttingaforce,beingequivalenttoaforceinbeingunloadedpiecestrenuously,andsoonsecretlyschemesagainst,ascertainthepressmachinetype.Againanalysisstampsthetypeprocessingtherequiredmouldpiecefacetoface.Choosetherequiredmouldtype.Reachwiththemouldtypequeenwhodesignsthat,Theprocesseverymouldjobcomponentandpartisdesignedisexpressedout.Situationthemainbodyofthebookhasbeennarratedfirststampingdevelopmentofmould.Mouldeffectinmodernindustryandpositionindrawinginentirenationaleconomy.Haveexplainedthesignificancethatdiessignificanceandcapitaldesigntime.Thestephavingexplainedthedesignfordieandmouldbasicconceptandthedesignfordieandmouldsortsimplelyfollow,themouldclassification,mouldpartclassification,themouldstructureform,thebasicconceptstamping,stamphandicraftbasictheory,engineeringplasticitybasictheory.Andthencarryoutindustrialanalysisonstampingpiece.Accomplishhandicraftschemeascertainingthat.Arrangethemasterdrawingdesigntothepart.Becompletedtomaterialtheutilizationratiocalculation.CarryoutthecalculationaccordingtocuttingaforceagainandThedesignaccordingtocuttingthemodeljobpartsecretlyschemesagainst.Bethattheequipmentchoosingstampingprovidesabasis.Secondarychoicetomaincomponentandpartdesignandstandardpiece.Drawingandthemouldformingthattimeofmouldpartpursuesprovideabasisto.And,everydimensionprovidesabasistoassemblingpicture.Bythefactthattheprecedingdesignplandrawsupamould,everypartpursuesandassemblespicture.Onceagain,accordingtothemould,sigmatismdemandsconditionandprocessesconcretelytohavedesignedmouldparttreatinghandicraft.MakeuseoftheDonformsoftwareimitatetoprocessprocessanalysisacceptingforceconditionfinally.Designthephysicaldesignandcourseofworkhavingsetforththestampingupsidedownmountingcompoundmodeloriginallytime.Themouldfunctionisreliableoriginally,operationisstable,haveraisedproductqualityandtheefficacy,havereducedtheintensityoflabourandcostofproduction.Keywords:Stamping;BlankingandPunching;Compounddie;Diestructure目录摘要…………ⅠABSTRACT……………………..Ⅰ第1章绪论………………11.1模具技术的历史现状与进展水平……11.1.1冲压模具的历史……………………11.1.2冲压模具的市场情况……………11.1.3冲压模具水平状况……………21.2模具在现代工业中的地位……………31.3模具工业在国民经济中的地位……………31.4我国模具技术的现状与进展…………4第2章模具设计过程与差不多概念…………………62.1冲压模具设计的一般设计步骤……62.1.1取得必要的资料…………………62.1.2确定工艺方案及模具结构型式…………………72.1.3进行必要的工艺计算……………82.1.4模具的总体设计…………………82.1.5模具要紧零部件的结构设计……82.1.6选定冲压设备……………………92.1.7绘制模具总图…………………92.1.8绘制各非标零件的零件图………102.1.9填写模具记录卡和编写冲压工艺文件………102.2冲压模具的作用及差不多要求………102.2.1制造精度高……………………112.2.2操作性能良好……………………112.2.3使用寿命长………112.2.4制造周期短………122.2.5模具成本低………122.3模具的分类………122.4模具零件的分类……………………132.4.1工艺零件…………132.4.2传动零件………142.4.3辅助结构零件…………………142.5模具结构形式的选用………………14第3章冲压的定义与差不多概念………203.1冲压的定义和优缺点……………203.1.1冷冲压的定义……………………203.1.2冷冲压的优点如下………………203.1.3冷冲压也有其不足之处…………213.2冲压的要紧工序…………………213.3冲压件的精度……………………21第4章塑性力学基础………………234.1塑性力学差不多概念………………234.1.1点的应力与应变状态……………234.1.2金属的屈服条件……………234.1.3结论………………244.2金属塑性变形的一些差不多规律…………………254.2.1塑性变形的差不多概念……………254.3冲压材料及其冲压成形性能……264.3.1材料的冲压成形性能……………264.3.2冲压材料…………28第5章模具的设计过程………………295.1冲压工艺分析………295.1.1材料……………295.1.2零件结构……………………295.1.3尺寸精度………305.1.4结论……………295.2冲压力与压力中心计算……………295.2.1冲压力分析……………………5.2.2冲压力计算5.3工作零件刃口尺寸计算……………315.3.1冲孔部分以冲孔凸模为基准计算………………335.3.2刃口尺寸计算5.4零件结构尺寸………345.4.1落料凹模板尺寸…………………5.4.2：凸凹模长度……………………5.4.3冲孔凸模尺寸……………………365.5凸模强度校核……………………375.6其他模具零件结构尺寸………375.7选择压力机………425.8模具工作过程……………………435.8.1初始状态…………5.8.2凹模在最低点时的状态…………5.8.3凸模、凹模随滑块上提时的状态………………5.8.4凹模、凸模接着上提到达最高点完成一个工作循环…………第6章模具零件设计…………………456.1模架结构的选择……………………456.2下模座的选择设计…………………456.3上模座的选择设计…………………476.4导柱的选择设计……………………476.5导套的选择设计……………………486.6各种版厚的确定…………………48参考文献…………………50致谢………………………52附录一……………………53附录二……………………61第1章绪论1.1模具技术的历史现状与进展水平1.1.1冲压模具的历史我国考古发觉，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。在走过了温长的进展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同。）各类冲压模具的生产能力。1.1.2冲压模具的市场情况我国冲压模具不管在数量上，依旧在质量、技术和能力等方面都已有了专门大进展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍专门大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特不是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍要紧依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。依照我国海关统计资料,2004年我国共进口冲压模具5.61亿美联社元,约合46.6亿元.从上述数字能够得出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讲明:一是进口模具大部分是技术含量高的大型周密模具,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,这些模具的进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%就可讲明这一点;三是近年来港资、台资、外资企业在我国进展迅速，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。1.1.3冲压模具水平状况近年来，我国冲压模具水平已有专门大提高。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内也能生产了。精度达到1~2μm，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Ra≤1.5μm的精冲模，大尺寸（φ≥300mm）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技术的进展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采纳了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，多数企业差不多向三维过渡，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。（2）模具设计与制造能力状况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，能够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。1.2模具在现代工业中的地位在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等生产行业中得到了广泛应用。由于采纳模具进行生产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证一定的加工质量要求，因此，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常品等产品的零部件专门多都采纳模具进行加工。据国际技术协会统计，2000年产品零件粗加工的75%，精加工的50%都由模具加工完成。1.3模具工业在国民经济中的地位模具工业是“百业之母”，是工业产品的“效益放大器”。各国对模具的美誉专门多，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”；国际模具协会认为：“模具是金属加工业的帝王”。模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。例如，冲压件和锻件是通过冲压或锻造方式使金属材料在模具内发生塑性变形而获得的：金属压铸件、粉末冶金零件以及塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成形的。世界上一些工业发达国家，模具工业的进展是专门迅速的。据有关资料介绍，某些国家的模具总产值已超过了机床工业的总产值，其进展速度超过了机床、汽车、电子等工业。模具工业在这些国家已摆脱了从属地位而进展成为独立的行业，是国民经济的基础工业之一。模具技术，特不是制造周密、复杂、大型、长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。1.4我国模具技术的现状与进展尽管我国的模具工业这些年来进展较快，模具制造的水平也在逐步提高，但和工业发达国家相比，仍存在较大差距，要紧表现在模具品种少、精度差、寿命短、生产周期长等方面。当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。在这种情况下，用户对模具制造的要求是“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”。模具技术的进展应该与这些要求相适应。(1)在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术，是模具技术进展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的进展方向。现在，全面普及CAD/CAM/CAE技术的条件已差不多成熟。随着微机软件的进展和进步，技术培训工作也日趋简化。(2)模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用高速扫描机和模具扫描系统，已在我国200多家模具厂点得到应用，取得良好效果。由于模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。逆向工程和并行工程将在今后的模具生产中发挥越来越重要的作用。(3)气体辅助注射技术和高压注射成形等工艺将进一步进展气体辅助注射成形是一种塑料成形的新工艺，它具有注射压力低、制品翘曲变形小、表面质量好以及易于成形壁厚差异较大的制品等优点，可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。国外已比较成熟。国内目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成形包括塑料熔体注射和气体(一般均采纳氮气)注射成形两部分，比传统的一般注射工艺有更多的工艺参数需要确定和操纵，而且气体辅助注射常用于较复杂的大型制品，模具设计和操纵的难度较大，因此，开发气体辅助成形流淌分析软件，显得十分重要。(4)模具标准化程度将不断提高我国模具标准化程度正在不断提高，可能目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。为了适应模具工业进展，模具标准化工作必将加强，模具标准化程度将进一步提高，模具标准件生产也必将得到进展。(5)模具研磨抛光将向自动化、智能化方向进展模具表面的精加工是模具加工中未能专门好解决的难题之一。另外，由于模具型腔形状复杂，任何一种研磨抛光方法都有一定局限性。应注意进展特种研磨与抛光方法，如挤压研磨、电化学抛光、超声抛光以及复合抛光工艺与装备，以提高模具表面质量。第2章模具设计过程与差不多概念2.1冲压模具设计的一般设计步骤模具设计实质上是冲件工艺方案的制定和模具结构的设计。一般步骤可归纳为以下几点：2.1.1取得必要的资料依照相关资料分析工件的冲压工艺性，对工件进行工艺审核及标准化审核。（1）取得注明具体技术要求的产品零件图样。了解工件的形状、尺寸与精度要求。关键孔的尺寸（大小和位置），关键表面，分析并确定工件的基准面。事实上，冲压件的各项工艺性要求并不是绝对的。尤其在当前冲压技术迅速进展的情况下，依照生产实际的需要和可能，综合应用各种冲压技术，合理选择冲压方法，正确进行冲压工艺的确定和模具结构的选择使之既满足产品的技术要求，又符合冲压工艺的条件。（2）收集工件加工的工艺过程卡片。由此可研究其前后工序的相互关系和在各工序间必须相互保证的加工工艺要求及装配关系等。（3）了解工件的生产批量。零件的生产对冲压加工的经济性起着决定性的作用，为此，必须依照零件的生产批量和零件的质量要求，来决定模具的型式、结构、材料等有关事项，并由此分析模具加工工艺的经济性及工件生产的合理性，描绘冲压工步的轮廓。（4）确认工件原材料的规格及毛胚情况（如板料、条料、卷料、废料等），了解材料的性质和厚度，依照零件的工艺性确定是否采纳无废料排样，并初步确定材料的规格和精度等级。在满足使用性能和冲压工艺性能要求的前提下，尽量采纳低廉的材料。（5）分析设计和工艺上对材料纤维方向的要求、毛刺的方向。（6）分析工（模）具车间制造模具的技术能力和设备条件以及能够采纳的模具标准件的情况。（7）熟悉冲压车间的设备资料或情况。（8）研究消化上述资料，初步构思模具的结构方案。必要时可对既定的产品设计和工艺过程提出修改意见，使产品设计、工艺过程和模具设计与制造三者之间能更好的结合，已取得更加完善的效果。2.1.2确定工艺方案及模具结构型式工艺方案的确定是冲压件工艺分析之后应进行的一个最重要的环节。它包括：（1）依照工件的形状特征、尺寸精度及表面的质量的要求，进行工艺分析，推断出他的要紧属性，确定差不多工序的性质。即落料、冲孔、弯曲、拉深、翻边和涨形等差不多工序。列出冲压所需的全部单工序，一般情况可从产品图样要求直接确定。（2）依照工艺计算，确定工序数目。关于拉深件，还应计算拉深次数。而弯曲件、冲裁件等也应依照其形状、尺寸及精度要求等，确定是一次依旧几次加工。（3）依照工序的变形特点、尺寸精度要求及操作方便性等要求，确定工序排列的先后顺序。如采纳先冲孔后弯曲、依旧先弯曲后冲孔等。（4）依照生产批量、尺寸大小、精度要求以及模具制造水平、设备能力等多种因素，将已初步依次而排的单工序予以可能的工序组合。如复合冲压工序、连续冲压工序等。通常，厚料、低精度、小批量、大尺寸的冲件宜采纳单工序生产，选用简单模；薄料小尺寸、大批量的冲件宜用级进模连续生产；而形位精度高的冲件，则宜采纳复合模进行冲压。在确定工序的性质、顺序及工序的组合后，即确定了冲压的工艺方案。也即决定了各工序模具的结构型式。2.1.3进行必要的工艺计算（1）设计材料的排样和计算毛胚尺寸。（2）计算冲压力（包括冲裁力、弯曲力、拉深力、翻边力、涨形力、及卸料力、推件力、压边力等），必要时还需计算冲压功和功率。（3）计算模具的压力中心。（4）计算或估算各要紧零件的厚度。如凹模、凸模固定板、垫板的厚度以及卸料橡皮或弹簧的自有高度等。（5）决定凸、凹模的间隙，计算凸、凹模工作部分的的尺寸。（6）关于拉深工序，需决定拉深的方式（压边或不压边），计算拉深次数及中间工序的半成品的尺寸。关于某些工艺，如带料的料、连续拉深，则需进行专门的工艺计算。2.1.4模具的总体设计在上述分析计算的基础上，进行模具结构的总体设计（现在一般只需勾出草图即可），并初步计算出模具的闭合高度，概略地定出模具的外形尺寸。2.1.5模具要紧零部件的结构设计（1）工作部分零件。如凸模、凹模、凸凹模等结构形式的设计及固定形式的选择。（2）定位零件。在模具中常用的定位装置有专门多的型式。如可调定位板、固定挡料销、活动挡料销及定居侧刀，需要依照具体的情况进行选用及设计。在连续模中还需要考虑是否采纳初始挡料销。（3）卸料和推件装置。如选用刚性依旧弹性的，弹簧和橡皮的选用和计算等。（4）导向零件。如选用导柱、导套导向依旧导板导向，选用中间导柱、后侧导柱依旧对角导柱，是滑动导套依旧带钢球的滚珠导套等。（5）支持及夹持零件、紧固零件。如模柄、上下模座的结构形式的选择等。2.1.6选定冲压设备冲压设备的选择是工序设计和模具设计的一项重要的内容。合理的选用设备对工件质量的保证、生产率的提高、操作时的安全性等都有重要的阻碍，也为模具的设计带来方便。冲压设备的选择要紧决定001其类型和规格。冲压设备类型的选定，要紧取决于工艺要求和生产批量。冲压设备规格的确定，要紧取决于工艺参数及模具结构尺寸。关于曲柄压力机来讲，必须满足以下要求：（1）压力机的标称压力必须大于冲压的工艺力。即P压>ΣP。更确切的讲，应该是冲压过程的负荷曲线必须在压力机的许用负荷之下。关于拉深件还需计算拉深功。（2）压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求。（3）压力机的行程要满足工件成形的要求。如对拉深工序所用的压力机，其行程必须大于该工序中工件高度的2—2.5倍，以便放入毛胚和取出工件。（4）压力机的台面尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并留有固定模具的位置。一般每边应大出50—70mm以上。压力机台面上的漏料孔尺寸必须大于工件（或废料）的尺寸。2.1.7绘制模具总图模具总图（包括零件工作图）的绘制应严格按照制图标准（GB/T4457—GB/T4460和GB/T131—1993）。同时在实际生产中，结合模具的工作特点和安装、调整的需要，其图面的布置已形成一定的适应。模具总图包括：（1）主视图。绘制模具在工作位置的剖面图。一般情况下，其中一半绘制冲压开始往常（冲床滑块在上止点位置时）毛胚置入的情况；另一半绘制冲压结束后、工件已成形（或已分离）、冲床滑块在下止点位置的状态。（2）俯视图。通常情况下一半绘制下半部分俯视图，另一半绘制上半部分的俯视图。依照需要有时也完全绘制下半部分俯视图。（3）侧视图。仰视图及局部视图等，必要时绘制模具工作位置的侧视图。有时在图样的右上角还绘制模具上半部分的仰视图及局部视图等。（4）工件图。一般工件图右上角。关于由数套模具完成的工件，除了绘出本工序的工件图外，还需绘出上道工序的工件图。（5）排样图。关于级进模则需要绘出排样方式、工序安排顺序及各工步所完成的冲压内容；应标出工步间距、搭边值、条料尺寸。冲裁模的排样图则只需标出排样方式、条料尺寸和搭边值的大小。（6）列出零件明细表，注明材质及数量。凡标件都要选定规格。（7）技术要求及讲明。技术要求包括冲压力、所选用的设备型号、模具总体的形位公差及装配、安装、调试、模具闭合高度、模具间隙以及其他技术要求。2.1.8绘制各非标零件的零件图零件图上应注明全部尺寸、公差及配合、形位公差、表面粗糙度、所用材料及热处理要求，以及其他各项技术要求。2.1.9填写模具记录卡和编写冲压工艺文件。关于小批量生产时，应填写工艺路线明细表；而在大量生产时，则需对每个零件制定工艺过程卡和工序卡。2.2冲压模具的作用及差不多要求模具的作用一方面是将压力机的作用力通过模具传递给金属板料，在其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定的数值时，板料毛胚或毛胚的某个部分便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得满足一定性能要求及符合所需尺寸及形状的制品；另一方面，通过模具的作用，能够保证上下模之间的正确导向，并使配料稳固的压紧与精确的定位，从而冲制出达到一定精度要求的冲件。在生产实际中，模具的作用在于保证冲件的质量、提高生产率和降低成本等。为此，除了采纳行之有效的工艺手段、进行正确的模具设计及选择合理的模具结构之外，还必须以先进的模具制造技术作为保证。关于各类模具的制造，一般都应满足如下的几个差不多要求。2.2.1制造精度高模具的精度要紧由冲件精度和模具结构的要求所决定的。为了保证冲件的精度，模具工作部分的精度要求一般要比冲件的精度高23倍；为此关于组成模具的零部件也就要提出较高的要求。如关于凸模和凹模之间的间隙，必须要有严格的操纵，并精确的保证其间隙的均匀性；对拉深凸模和凹模刃口部分的圆角保持相当准确的尺寸，零件其他的尺寸精度、导向精度、空的位置精度也都必须达到规定的加工精度要求。同时还需保证其装配的质量。2.2.2操作性能良好将模具安装到冲床上时，其方法要简便，调整工作量要少，操作时送料定位要快速、准确可靠，出料顺畅自如。在整个使用工过程中，重建的尺寸和形状变化微小，可放心的进行生产。取出制件方便，无螺钉松动及模具零件破损等故障。2.2.3使用寿命长模具加工费用约占成本的10%--30%，其使用寿命的长短直接阻碍到产品成本的高低、工艺部分负荷的轻重等。为了保证高效率的生产，都要求模具具有较长的使用寿命。2.2.4制造周期短模具制造周期的长短要紧取决于制造技术和生产治理水平的高低。为了生产的需要，提高产品的竞争力，必须在保证质量的前提下尽量缩短模具的制造周期。在规定的时刻内完成制造，同时在规定的使用期间内，冲件的冲制符合使用要求。2.2.5模具成本低模具的成本应该是生产单件（或千件）时所发生的模具费用。（2-1）模具成本与模具结构的复杂程度、模具材料、加工精度和加工方法等都有关。在设计和加工模具时，应依照实际情况作全面的考虑。Ji2应在保证冲件质量的前提下，选择与冲件生产量相适应的模具结构和方便有用的零件制造方法，尽量降低模具的制造费用和维修费用。在不阻碍使用的前提下，模具结构应尽量简单、材料廉价，并尽量采纳标准件，使模具成本降低到最低限度。2.3模具的分类冲模的形式有专门多，一般能够按不同的特征来进行分类。下表即按不同特征所作的分类方式。事实上，有时在一幅模具中可能同时兼有上述的几种特征。在表明该模具时往往采纳其要紧的特征来称呼，诸如导柱导向、带有定距侧刀和固定卸料板的冲孔—落料级进模，硬质合金变薄拉深等。冲裁模具分类示意图如图2.1图2.1冲裁模具分类示意图2.4模具零件的分类依照冲件的形状、大小、精度和不同的工艺要求，以及考虑到生产量、经济性等不同的要求，模具的结构型式和复杂程度各不相同。但模具的结构组成是专门有规律性的。对功能齐全的手工送料模具来讲，依照其模具的作用情况，因此的零件能够分为工艺零件、传动零件和辅助结构零件三大类。2.4.1工艺零件这类零件是直接参加完成冲压工序及与材料和冲件相互接触，他们对完成工艺过程其要紧作用，直接使板料产生金属流淌、造成塑性变形或引起材料分离的零件。其中包括：（1）工作零件直接完成工作要求的一定变形或造成材料分离的零件。如凸模、凹模、凸凹模等；（2）定位零件用以确定加工中材料和毛胚正确位置的零件。如当料销。定位板、定距侧刀等；（3）卸料、推料及压料零件用于夹持毛胚或在冲压完成后进行推件及卸料的零件。在某些情况下，也能起到限位，校整和关心提高冲件精度的作用。如卸料版压边圈、顶件器、废料切刀以及与模具安装在一起的送料、送件装置等。2.4.2传动零件使板料进给送料、或使模具工作部分产生某种特定的运动方向，使得压力机垂直上下运动变成工艺过程中所需的运动方向的零件。如凸轮。斜楔、滑板、铰链接头等。2.4.3辅助结构零件这类零件不直接参与完成工艺过程，也不和胚料直接发生作用。只是在模具结构中有安装夹持及装配的作用，对模具完成工艺过程其保证作用或对模具功能起完善与辅助的作用。其中包括：（1）导向零件作为上模在工作时的运动方向，保证模具上、下部分正确的相对位置的零件。（2）夹持及支持零件用以安装工艺零件及传递工作压力，并将模具安装固定到压力机上的零件。（3）紧固及其他零件连接紧固工艺零件与辅助零件，及将模具固定到压力机台面上的零件。2.5模具结构形式的选用在冲压工艺方案确定后，模具结构形式的选定，也是一项相当关键的内容。它直接关系到冲压过程的生产率、冲件的生产成本、冲件的质量和尺寸精度以及模具的寿命高低。表2.3表明了不同的冲压生产批量情况时应选用的合理的模具结构形式，表2.4为几种冲模特征的对比[1]。表2.3冲压生产批量与合理模具形式（单位：千件）批量项目单件小批中批大批大量大件<11-22-2020-300>300中件<11-55-5050-1000>1000小件<11-1010-100100-5000>5000模具形式简易模简单模连续模、复合模连续模、复合模连续模、复合模组合模组合模简单模简单模简单模简易模半自动模自动模设备形式通用压力机通用压力机高速压力机机械化高速压力机自动机专用压力机与自动机自动和半自动通用压力机注：表内数字为每年班产量的概略数值（千件）。表2.4三种要紧冲模特征的对比比较项目连续模复合模多工位模送料方式与完成工序方式随带料、卷料送进。在压力机的一次行程内能完成多个工序一次性切离。在压力机的一次行程内可同时完成二个以上的要紧工序。切离后夹持送料。在多工位压力机上分步完成各工序采纳高速、自动压力机可在行程次数为每分钟600次或更高的高速压力机上工作高速时出件困难，可能损坏弹簧缓冲机构。只能在单压力机上实现部分操作不推举采纳冲压自动化程度高，能够实现无人操作采纳高速压力机则专门困难冲件的形状、尺寸及最大的尺寸范围形状不受限制。同意料厚0.2-6mm，进料X料宽=250X250mm最小凸模宽度为0.2mm形状受模具结构与强度的限制同意料厚为0.05—4mm，最大直径可达Φ3000mm受两个工位间中心距大小的限制，落料直径（或长度）为1/2机床中心距尺寸冲件侧面和反面加工的可能性困难冲件毛刺在不同方向不能冲件毛刺刺在同一方向可能增加工位数可能有限度可能冲件质量中小件不平坦（有穹弯）高质量件需校平由于压料冲裁同时得到校平制件平坦（不穹弯），且有较好的剪切断面冲裁件不平坦（有穹弯）冲件精度中级和低级精度（IT10—14级）。有模具结构、送料精度、材料情况等决定。能够提高精度和形位公差高级和中级精度（IT6—9级）。冲件形位公差能够达到专门高的要求中级和低级精度（IT10—14级）。有模具结构、送料精度、材料情况等决定。能够提高精度，但形位公差稍差冲压工作的稳定性和模具工作的安全状态工序分得愈合理，冲压工作的稳定性愈高一般较稳定、安全冲压的稳定性差，模具工作的安全性也稍差冲压工作的稳定性好，模具专门安全适用性适合于中、小零件大批量的生产适合冲件材料特不贵重、需要提高材料的利用率、冲件产量专门大的生产适于品种少、大批量、系列化复杂制件的生产最佳工序种类冲裁冲裁、冲裁拉深深拉深复杂的弯曲工作有限度的增加不能可能翻转和变更冲压方向不能不能可能材料利用率需较大的搭边较高一般较高对材料宽度的要求较严格不严格不严格生产效率工序间自动送料，能够自动排除冲件，生产效率高冲件被被顶到模具工作面上，必须用手或机械排除，生产效率低工序间自动送料，机械手传递胚料、自动排除冲件、废料吸除等，并有模具自动润滑。生产效率高模具制造成本与工位、工序数成比例上升。冲裁简单形状零件比复合模低中等冲裁复杂形状比连续模低较低模具制造难易制造困难，维修中等制造和维修都较难较容易各工位模具能够分不调整，也便于模具的维修和更换模具材料可用硬质合金较难用硬质合金可用硬质合金模具寿命较高较低最高为降低冲压成本、缩短生产周期，除了提高压力机的冲压速度以外，选用简易模具、通用模具及组合模具则是简便、有效的途径。尤其是关于样品试制及产量小、品种多、要求快出制件的部门更是如此。各种简易冲模及其冲压工艺中的应用列表于表2.5。[2]表2.5简易冲模及其应用模具名称适用冲压工艺大致应用范围技术经济效果薄板模冲裁t≤3mm，形状一般的中小型有色金属板件用于电子、仪器、仪表等小批量板状零件，模具寿命小于1万件厚板模冲裁与一般冲裁模相同结构简单、成本低、模具寿命长，大于1万件钢带模冲裁t≤6mm的大中型非金属或软金属板用于汽车、拖拉机因此的板件，模具寿命小于1万件钢皮模(凹模厚度0.5-1mm)冲裁t≤3mm的黑色、有色金属及非金属板料用于试制性或批量小的冲件，模具寿命小于1万件夹板模冲裁t≤3mm的黑色、有色金属板料用于汽车、飞机等大中型冲件，模具寿命小于1万件组合冲模冲裁、修边、弯曲、拉深与常规模具应用范围相同。但冲件形状简单用于试制性强的工厂及品种、小批量生产的简单零件聚氨酯橡胶模冲裁、弯曲、成形、涨形、翻边、拉深t≤1.5mm的小型冲件用于电子、仪器、仪表等小批量的零件，模具寿命小于1万件锌基、铋基低熔点合金模冲裁、弯曲、成形、翻边、拉深t≤1mm的大、中、小型的各种零件模具寿命低于2万件，模具顺坏后可溶解低熔点合金重复使用喷焊刃口模落料、冲孔t≤1mm的大型零件各行均可适用，模具寿命小于1万件超塑性材料冲模冲裁t≤0.8mm的大中型零件模具寿命数千件，再使用时模具性能下降第3章冲压的定义与差不多概念3.1冲压的定义和优缺点3.1.1冷冲压的定义冷冲压也称板料冲压，是塑性加工的一种差不多方法。一般是以金属板料为原材料（也有采纳金属管料和非金属材料的），利用压力机上的模具作往复运动，再常温下对金属板料施加压力，使金属板料内部产生变形的应力。当内力的作用达到一定数值时，板料毛胚的某个部分便产生与内力的性质相对应的变形，使板料分离（或局部分离）或产生塑性变形，从而获得所需尺寸及形状的零件。3.1.2冷冲压的优点如下。[3]（1）技术上①在材料消耗不大的前提下，制造出的零件质量轻、刚度好、精度高。由于在冲压过程中材料的表面不受破坏，使得制件表面质量较好，外观光滑美观。同时通过塑性变形后，金属内部的组织得到改善，机械强度有所提高。②在压力机的简单冲击作用下，一次工序即可完成有其他加工方法所不能或难以制造完成的较复杂零件的加工。③制件的精度较高，并能保证零件尺寸的均一性和互换性。不需进一步的机械加工即能够满足一般的装配和使用要求。（2）经济上①原材料是冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或带材。②采纳适当的冲压工艺后，可大量节约金属材料，能够实现少切屑和无铁屑的加工方法。材料利用率一般可达75%--85%,因而制件的成本相应地比较低。③节约能源。冲压时可不需加热，也不像切削加工那样将金属切成碎屑而需要消耗专门大的能量。④生产率高。每分钟一台冲压设备可生产零件从几件到几十件。目前的高速冲床生产率则每分钟高达百件甚至一千件以上。⑤操作简单，便于组织生产。在大批量的生产中，易于实现机械化和自动化，进一步提高劳动生产率。⑥对操作人员的技术要求不高。当生产进展需要时，用短期培训的方法即可解决操作人员不足的矛盾。3.1.3冷冲压也有其不足之处（1）需要有专用的模具，其制造周期长、费用高。因此，在生产批量小时，经济上不合适。（2）需要有制作精度较高、相适应于冲压工艺要求（满足相应的应力状态、符合一定的变形要求）的模具。因此，有时不能制造出精度要求极高的制件。3.2冲压的要紧工序按照不同的生产特点，冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来能够分为分离工序和成型工序两大类。分离工序是指板料按一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和切断面质量的冲压件；成型工序则是指坯料在不破裂的生产条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序按冲压方法的不同又可分成专门多差不多工序，见图3.13.3冲压件的精度采纳一般的模具进行冲压时，冲压件一般能达到的尺寸精度为冲裁IT11—IT12光洁冲裁IT9—IT11周密冲裁IT6—IT8整修IT6—IT7冲孔IT11压弯IT11—IT12筒形拉深件的高度IT11—IT12带凸缘拉深件的高度IT9—IT11拉深件的直径IT9—IT11拉深件的厚度IT11—IT12冷挤压IT9立体成型（放开式模具）IT12—IT13（封闭式模具）轴向尺寸IT10—IT11径向尺寸IT7—IT8第4章塑性力学基础4.1塑性力学差不多概念4.1.1点的应力与应变状态金属冲压成形时，外力通过模具作用在坯料上，使其内部产生应力，同时发生塑性变形。一定的力的作用方式和大小都对应着一定的变形，受力不同，变形就不同。由于坯料变形区内各点的受力和变形情况不同，为了全面、完整地描述变形区内各点的受力情况，引入点的应力状态的概念。某点的应力状态，通常是围绕该点取出一个微小（正）六面体（即所谓单元体），用该单元体上三个相互垂直面上的应力来表示。一般可沿坐标方向将这些应力分解成9个应力重量，即3个正应力和6个剪应力，由于单元体处于静平衡状态，依照剪应力互等定理（τxy=τyx，τxz=τzx，τyz=τzy），实际上只需要明白6个应力重量，即3个正应力和3个剪应力，就能够确定该点的应力状态。关于任何一种应力状态，总是存在如此一组坐标系，使得单元体各表面只有正应力而无剪应力，如此，应力状态的表示将大大的简化。我们称剪应力为零的平面为主平面，与主平面垂直的各条轴线称主轴，作用在主平面上的正应力称为主应力（一般用б1、б2、б3表示），以主应力表示的应力状态，称为主应力状态，表示主应力有无与方向的图形，称主应力状态图。塑性变形过程中，可能出现的主应力状态图共有九种，4.1.2金属的屈服条件众所周知，在材料单向拉伸中，由于质点处于单向应力状态，只要单向拉伸应力达到材料的屈服极限，该质点即行屈服，进入塑性状态。在多向应力状态时，显然就不能仅仅用某一应力重量来推断质点是否进入塑性状态，必须同时考虑其它应力重量。研究表明，只有当各应力重量之间符合一定的关系时，质点才进入塑性状态。这种关系叫做屈服条件，或屈服准则，也称塑性条件或塑性方程。满足屈服条件表明材料处于塑性状态。材料要进行塑性变形，必须始终满足屈服条件。关于应变硬化材料，材料要由弹性变形转为塑性变形，必须满足的屈服条件叫初始屈服条件；而塑性变形要接着进展，必须满足的屈服条件则叫后继屈服条件。在一般应力状态下，塑性变形过程的发生、进展，实质上能够理解为一系列的弹性极限状态的突破——初始屈服和后继屈服。材料是否屈服和进入塑性状态，要紧取决于两方面的因素：①在一定的变形条件（变形温度和变形速度）下材料的物理机械性质——转变的依照。②材料所处的应力状态——转变的条件。目前在工程上常用的屈服条件可表示如下[4]：σ1-σ3=βσS式（4-1）式中σ1、σ3、σS——最大主应力、最小主应力和屈服应力；β——应力状态系数，其值在1～1.155之间。4.1.3结论了解塑性变形时应力应变关系有助于分析冲压成形时板材的应力与应变。通过对塑性变形时应力应变关系的分析，可得出以下结论：（1）应力重量与应变重量符号不一定一致，即拉应力不一定对应拉应变，压应力不一定对应压应变；（2）某方向应力为零其应变不一定为零；（3）在任何一种应力状态下，应力重量的大小与应变重量的大小次序是相对应的，即б1＞б2＞б3，则有ε1＞ε2＞ε3。（4）若有两个应力重量相等，则对应的应变重量也相等，即若б1＝б2，则有ε1＝ε2。4.2金属塑性变形的一些差不多规律冲压成形是金属塑性成形加工方法之一，是建立在金属塑性变形理论基础上的材料成形工程技术。要掌握冷冲压成形加工技术，就必须具有金属塑性变形理论的基础知识。4.2.1塑性变形的差不多概念在金属材料中，原子之间作用着相当大的力，足以抵抗重力的作用，因此在没有其它外力作用的条件下，金属物体将保持自有的形状和尺寸。（1）弹性变形当物体受到外力作用之后，它的形状和尺寸将发生变化即变形，变形的实质确实是原子间的距离产生变化。假如作用于物体的外力去除后，由外力引起的变形随之消逝，物体能完全恢复自己的原始形状和尺寸，如此的变形称为弹性变形。（2）塑性变形假如作用于物体的外力去除后，物体并不能完全恢复自己的原始形状和尺寸，如此的变形称为塑性变形。塑性变形和弹性变形差不多上在变形体不破坏的条件下进行的（即连续性不破坏）通常用塑性表示材料塑性变形能力。（3）塑性指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性能力。金属的塑性不是固定不变的，阻碍它的因素专门多，除了金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等内在因素之外，其外部因素——变形方式（机械因素即应力状态与应变状态）、变形条件（物理因素即变形温度与变形速度）的阻碍也专门大。阻碍金属塑性的要紧因素如表1.3.1所示。衡量金属塑性高低的参数称为塑性指标（延伸率δ、断面收缩率ψ）。（4）塑性指标是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示，它可借助于各种实验方法测定。目前应用比较广泛的是拉伸试验，对应于拉伸试验的塑性指标，用延伸率δ和断面收缩率ψ表示。δ和ψ的数值由下式确定：需要指出，各种试验方法差不多上相关于特定的受力状况和变形条件的，由此所测定的塑性指标，仅具有相对的比较意义。（5）变形力塑性变形时，使金属产生变形的外力称为变形力。（6）变形抗力金属抵抗变形的力称为变形抗力，它反映材料产生塑性变形的难易程度，一般用金属材料产生塑性变形的单位变形力表示其大小。4.3冲压材料及其冲压成形性能冲压成形加工方法与其它加工方法一样，差不多上以自身性能作为加工依据，材料实施冲压成形加工必须有好的冲压成形性能。4.3.1材料的冲压成形性能材料对各种冲压加工方法的适应能力称为材料的冲压成形性能。材料的冲压性能好，确实是指其便于冲压加工，一次冲压工序的极限变形程度和总的极限变形程度大，生产率高，容易得到高质量的冲压件，模具寿命长等。由此可见，冲压成形性能是一个综合性的概念，它涉及的因素专门多，但就其要紧内容来看，有两方面：一是成形极限，二是成形质量。（1）成形极限在冲压成形过程中，材料能达到的最大变形程度称为成形极限。关于不同的成形工艺，成形极限是采纳不同的极限变形系数来表示的。由于大多数冲压成形差不多上在板厚方向上的应力数值近似为零的平面应力状态下进行的，因此，不难分析：在变形坯料的内部，凡是受到过大拉应力作用的区域，就会使坯料局部严峻变薄，甚至拉裂而使冲件报废；凡是受到过大压应力作用的区域，若超过了临界应力就会使坯料丧失稳定而起皱。因此，从材料方面来看，为了提高成形极限，就必须提高材料的塑性指标和增强抗拉、抗压能力。4.3.2冲压材料(1)对冲压材料的要求冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求，还应当满足冲压工艺的要求和冲压后继的加工要求（如切削加工、焊接、电镀等）。冲压工艺对材料的差不多要求要紧是：①对冲压成形性能的要求为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有良好的冲压成形性能。而冲压成形性能与材料的机械性能紧密相关，通常要求材料应具有：良好的塑性，屈强比小，弹性模量高，板厚方向性系数大，板平面方向性系数小。②对材料厚度公差的要求材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接阻碍制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。③对表面质量的要求材料的表面应光洁平坦，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量好。(2)常用冲压材料冲压用材料的形状有各种规格的板料、带料和块料。板料的尺寸较大，一般用于大型零件的冲压，关于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。带料（又称卷料）有各种规格的宽度，展开长度可达几千米，适用于大批量生产的自动送料，材料厚度专门小时也是做成带料供应。块料只用于少数钢号和价钞票昂贵的有色金属的冲压。关于各类材料的牌号、规格和性能，可查阅有关手册和标准。表1.3.6给出了常用冷冲压材料的机械性能，从表中数据，能够近似推断材料的冲压性能。第5章模具的设计过程5.1冲压工艺分析5.1.1材料。该冲裁件的材料Q235为碳素结构钢。具有较好的可冲压性能。力学性能为：抗剪强度440-560MPa,抗拉强度530-685MPa屈服点360MPa伸长率15%。5.1.2零件结构结构相对简单，一次冲压成形即可完成。5.1.3尺寸精度尺寸属自由尺寸按IT14确定工件尺寸的公差5.1.4结论：适合冲裁5.2冲压力与压力中心计算图5.1冲压力示意图5.2.1(1)冲孔凸模将凸凹模内的冲孔废料推出故需要冲孔推件力(2)推件块将落料凹模内，冲孔凸模外的工件推出，故需要落料推件力和冲孔卸料力(3)弹压卸料装置将箍在凸凹模外的落料废料卸下故需要落料卸料力5.2.2冲压力计算（1）冲孔力F冲=KL'tτb=1.3X471X10X460=2816.58KN（5-6）L'冲孔的周长（2）落料卸料力FX落=kXF落=0.035X602.784=21.09KN（5-7）（3）冲孔卸料力Fx冲=kXF冲=0.035X2816.58=98.58KN（5-8）（4）落料推件力FT落=KTF落=0.045X602.784=27.125KN（5-9）（5）冲