1、隔板的冲压工艺及模具设计吉 林 农 业 大 学学士学位毕业设计说明书 题目名称： 隔板的冲压工艺及模具设计 学生姓名： 王东麒 院 系： 工程技术学院 专业年级： 06级机械 指导教师： 赵清来 职 称： 讲师 2010 年 5 月 21 日隔板的冲压工艺及模具设计学 生：王东麒 专 业：机械设计制造及其自动化指导教师：赵清来摘 要：全文对隔板的冲压工艺及模具设计进行了具体的论证设计。通过工艺分析确定需要三套模具，分别是落料冲孔复合模、第一次弯曲成型模以及第二次弯曲成型模。根据工艺分析与确定，第一套模具先进行落料冲孔，相应的设计出落料冲孔复合模具。冲小孔的凸模需要进行强度校核。工件的第二道工序
2、是弯曲成型，由于产品展开后是不规则形状，所以在展开的时候我们要用特殊的软件来进行模拟展开，展开后的尺寸用于毛坯的选材；本道工序需要完成三个部分的弯曲，均为度型弯曲，弯曲圆角均为；在设计顶出器的时候为了保证一些零件表面的加工精度，我们要把顶出器一些尺寸与零件做配合，顶出时不至于使零件变形。关键词：冷冲压; 落料冲孔；弯曲During the process and die designName：Wang Dongqi Major：Automation of mechanical design and manufacture.Tutor：Zhao Qinglai Abstract: The who
3、le paper was mainly on the concrete proof design of the ramming craft for clapboard and its mold design. Needs three sets of molds through the craft analysis determination, respectively is falls the material, the first curving becomes the mold, the second curving becomes the mold .The second working
4、 procedure is curving takes shape, after because the product launches is the irregular shape, therefore in the time which launches we must use special software to carry on the simulation to launch, launch after the size to use in the semi-finished materials selection, this procedure need to complete
5、d three parts, all of the three are 90-degree U-bend and their bending round are R2. Goes against in the design time in order to guarantee some components surfaces the processing precision, goes against when as for does not cause the components distortion.Keywords: Fall to anticipate the blunt bore;
6、 Flection; Three sets1 前 言模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列优点，用模具生产制件所具备的高精度、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，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代经济的基础工业。现代工业品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平，因此模具工业对国民经济和社会发展将起越来越大的作用。冷冲压是一种先进的金属加工方法，它是建立在金属塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料金属进行加工，以获得所需的零件形
7、状和尺寸。冷冲压和金属加工比较，具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、产品尺寸精度稳定、操作简单、容易实现机械化和自动化等一系列优点，特别适合于大量生产。由于板料零件具有重量轻，有足够的强度和刚度，可以根据不同用途，采用不同材料加工成各种形状尺寸的零件，以满足产品需要。因此，现代汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表和各种民用轻工业产品中，都大量使用冷冲压零件。国防方面，如飞机、导弹、枪弹、炮弹等产品中，采用冷冲压加工的比例也是相当大的。随着汽车和家用电器等的飞跃发展，许多先进工业国家，对发展冷冲压生产给予了高度的重视。例如，美、日等国模具工业的产值已超过机床工业。美国1982年模具年产值为5
8、7.70亿美元，机床则为55亿美元。日本1982年模具年产值为8600亿日元，而机床则只有7842亿日元。在模具工业中冷冲模占的比例很大。因此可以看出冷冲压在国外的发展趋势。冷冲压工艺大致可区分为分离工序和成形工序两大类。分离工序又可分为落料、冲孔和切割。成形工序则可分为弯曲、拉深、翻孔、翻边、胀形、扩口、缩口和旋压等。根据产品零件的形状、尺寸精度和其他技术要求，可以分别采用各种工序对板料毛坯进行加工，以获得满意的零件。随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冷冲压技术也在不断革新和发展，主要表现在以下几个方面：（1）工艺分析计算方法的现代化。例如，生产汽车覆盖件的冲压工艺，传统方法系根据
9、已有的设计资料和设计者的经验，进行对比分析，确定工艺方按和有关参数，然后设计试验模具，进行试冲，经过反复试验和修改，才能转入批量生产。近几年来，国外（如美国福特汽车公司中心研究室）已开始采用有限变形的弹塑性有限元法，对覆盖件成形过程进行应力应变分析和计算机模拟，以预测某一工艺方案对零件成形的可能性和将会发生的问题，将结果显示在图形终端上，供设计人员进行修改和选择。这样，不仅可以节省昂贵的模具试验费用，缩短新产品的十指周期。而且可以逐步建立一套能紧密结合生产实际的先进设计方法，既促进了冷冲工艺的发展，也将塑性成形理论逐步达到对生产实际的指导作用。（2）模具设计制造技术现代化。为了加快机电产品的更
10、新换代，缩短工装设计、制造周期，许多工业先进国家正在大力开展模具计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）的研究，并在生产中开始应用。模具CAD/CAM技术应用较早的领域便是冷冲模。根据国外经验，采用这一技术，一般可提高模具设计制造率23倍，模具生产周期可缩短1/22/3，发展这一技术的最终目标，要达到模具CAD/CAM一体化，而模具图纸将只作为检验模具之用。采用模具CAD/CAM后，还可以提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新开发上。（3）冷冲压生产的机械化和自动化。为了满足大量生产的要求，冲压设备已由单工位低速压力机发展到多工位高速自动压力机。一般中小型冷
11、冲件，既可在多工位压力机上生产，也可在高速压力机上采用多工位级进模加工，使冷冲压生产达到高度自动化。大型冲压件（如汽车覆盖件）可在多工位压力机上利用自动送料、取件装置，进行机械化流水线生产，从而减轻劳动强度和提高生产率。（4）为了满足产品更新换代和生产批量小的发展趋势，发展了一些新的成形工艺（如高能成形和旋压等）、简易模具（如软模和的熔点合金模等）、通用组合模具、数控冲压设备和冲压柔性制造系统（FMS）等。这样，就使冷冲生产既适合大量生产，也同样适用于小批生产。（5）不断改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果。例如，研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件，以减轻零件重量和提高其结构强度。 冲压成
12、型工艺. 冲压件工艺分析此冲压件名称为隔板，是小型零件，大批量生产。结构为左右对称形式；材料为钢，为普通碳素钢，具有较好的可冲压性能；厚度为0.8；成型工艺包括落料冲孔、弯曲两部分。该连接件上的六道的弯曲工艺由两次弯曲成型。由于该连接件是U型弯曲工件，回弹一般比较小，经计算满足冲压工艺要求。此制件要求精度不高，不需较高的公差等级，属于一般冲裁弯曲精度。模具为普通冲裁弯曲模具即可达到之生产要求。冲孔的工艺性：该冲压件上有6个圆孔，孔径分别为23.2 、23.5、24.5，均大于1.3t（t为板料厚），方孔的尺寸为6070，满足冲孔条件，且孔的尺寸精度要求一般，可采用直接冲孔。弯曲的工艺性：图示零
13、件包含六个弯曲部位。在此连接件设计当中主要解决好以下几个问题：对冲压件进行工艺分析，设计出的模具结构能保证工件的正常生产；通过分析比较，确定最佳工艺方案。设计出的冲裁模结构必须有足够的强保证生产的正常运行；解决根据冲裁力和弯曲力选择压力机和根据模架最大闭合高度选择压力机间的矛盾；合理选择冲压设备；表面粗糙度，由于该件形状不太复杂，精度要求也不是很高，所以一般可要求Ra=0.4um以上，特别是圆角半径要求更高； 弯曲时如何控制回弹的影响；合理排样，最大限度的提高材料利用率。2.2 确定冲压工序：由于冲压加工的零件形状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等的不同，其冲压方法多种多样。但概括起来可
14、分为分离工序和变形工序两大类。分离工序是将冲压件和毛胚沿一定的轮廓相互分离；变形工序是在材料不产生破坏的前提下使毛胚发生塑性变形，成为所需要的形状和尺寸的制件。冷冲压可分为三个基本工序：（1）冲裁：落料 冲孔（2）弯曲 ：压弯（3）整形经过分析，本零件需要通过以下工序完成（1） 落料 冲孔 （2）压弯 （3）压弯 2.3 确定工艺方案：由于冲压加工的零件形状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等的不同，其加工的方式多种多样，一个冲压件往往需要经过多道工序才能完成，因此，编制工艺方案时，必须考虑是采用单工序模分散冲压呢？还是将工序组合起来，选用复合模或连续模生产。一般来说，这主要取决与冲压件的
15、生产批量、尺寸大小和精度等因素。生产批量大，冲压工序应尽可能地组合在一起，进行复合模或连续模冲压；小批量生产，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率低，也常选用复合模或连续模生产。对与有精度要求的零件，为了避免多次冲压的定位误差，也应选用复合模冲压。所以为其选择正确的模具加工形式，在满足冲压件质量要求的前提下，最大限度的降低冲压件的生产成本。确定模具的结构形式，必须解决好以下的问题。(1)模具类型的确定是简单模、复合模、还是级进模。(2)进出料方式的确定根据原材料的形式，确定进料方法、取出和整理零件的方法、原材料的定位方法。(3)压料和卸料方式的确定压料或
16、不压料、弹性或刚性卸料等。(4)模具精度的确定根据冲压件的精度确定合理的模具加工精度，选择合理的导向方式和固定方式。2.4 在满足上述要求，既制定生产方案(1)设计多套模具，使用简单模一套加工一个步骤的工序，第一模具进行落料加工，裁出工件的最基本外形。第二套模具进行冲孔加工，在第一套模具加工完的材料上进行冲几个圆孔和一个方孔的工艺。再用六套模具进行弯曲变形加工，分别压制六个弯曲边。(2)设计三套模具，使用倒装结构的复合模进行加工，第一套模具进行落料冲孔同时加工一道工序完成。由于最小孔径.，而且孔壁到弯曲边的距离较大st+r，（为弯曲半径）不会产生变形，可以一次冲出全部圆孔。第二套模具进行弯曲变
17、形的加工，弯曲两端和前端。第三套模具再次进行弯曲加工，达到零件要求。图2-1 第一套产品图 图2-2 第二套产品图Figure 2-1 The first product figure figure2-2 The second set of the product 图2-3 第三套产品图Figure 2-3 The third set of the product对两个方案进行比较，首先两套模具都能加工出合格的制件，虽然使用简单模加工会产生一些误差，但此制件要求的精度并不高，所以不太影响制件的加工，不过增加一套模具生产成本就会大大提高，此类一套模具的成本也在千元左右，而且随着模具的增加，也增加
18、装卸的次数，降低了生产的安全性。因此我选择了第二套方案。对于冲裁复合模是采用典型的倒装结构，加工废料可以从下模座孔落下，制件采用钢性推件装置推出，卸料板采用弹性卸料板，由于制件较大，采用四导柱模架。对于弯曲模，采用通过两套模具，分别以一步弯曲成型的方法实现两道弯曲工序，使其满足弯曲要求。3 冲裁工艺及其计算3.1 排样设计 冲裁件在板、条等材料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，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。在企业中能节省企业生产过程中的成本。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。毛坯排样，以确定毛坯在条料上的截取方式，设计搭边，载体等并定出步距。冲
19、裁件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标材料的利用率。其计算公式如下：一个单位进距内的材料的利用率为： 式中 A 冲裁件面积； N 一个进距内冲件实际面积； B 条料宽度； S 进距。一张板料上总的材料的利用率为： 式中 B-板料宽度N 一张板料冲件总数目； L 板材长度。条料、带料和板料的利用率 比一个进距内的利用率低。其原因是条料和带料有料头和料尾的影响，另外用板材剪成条料还有料边的影响。要提高材料的利用率就必须减少废料面积。冲裁过程中分为两种废料即结构废料和工艺废料。结构废料一般不能改变，而工艺废料却可改变，它主要取决于
20、冲压方式和排样方式。3.2 排样的方法(1)有废料排样 沿冲件全部外形冲裁，冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。(2)少废料排样 沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率稍高，冲模结构简单。(3)无废料排样 冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量和模具寿命更差，但材料利用率最高。当送进步距为两倍零件宽度时，一次切断便能获得两个冲件，有
21、利于提高劳动生产率。采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于模具单边受力（单边切断时），不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。为此，排样时必须统筹兼顾、全面考虑。在此设计中，采用有废料直排排样方式。.板料排样设计. 搭边搭边分段搭接点应尽量少，搭接点位置要避开产品零件的薄弱部位和外形的重要位，放在不注目的位置。排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。有公差要求的边和使用过程中有滑动配合要求的边应一次冲切，不宜分段，以免误差积累。外轮廓
22、各段毛刺方向有不同要求时应分解。刃口分解应考虑加工设备条件和加工方法，便于加工。条料排样的搭边值一般与工件形状、工件厚度t等有关，多工位连续模的搭边比单工序模的搭边稍微大一些。列出最小的搭边值的经验数表，可查表确定最小撘边值。搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。此外，还应保持条料与一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓线进行，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。搭边值要合理选择，如果过大，材料利用率低；过小，利用率虽高，却很难起到搭边的作用，在冲裁中会被拉断，造成送料困难，使工件
23、产生毛刺，有时还会被拉入模具间隙中，损毁模具刃口，降低模具寿命。影响搭边值大小的因素主要有：材料的力学性能，材料的厚度，工件形状和尺寸，排样的方式以及送料和挡料方式。. 条料宽度料宽排样方式和搭边值确定后，即确定条料或宽料的宽度及进距。条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板间送进，并于导板间有一定的间隙。因此在确定料宽时，要考虑到模具的结构中，是否采用侧压装置和侧刃，根据不同结构确定不同的料宽。为此，确定裁体形式与毛坯定位方式，并设计定位销直径，数量及布置。根据经验以及冲压成型工艺与模具设计P58 3-12可确定搭边值和料宽
24、具体尺寸本设计中排样相关设计:根据零件形状，采取直排样，并确定搭边值。两工件间搭边：a 1.8mm ；工件侧边搭边：a2.0mm ；进 距：h 300.4mm ；条料宽度：b 396.5mm ；冲裁件的面积：96972.3mm2一个进距内的材料的利用率：通过对制件的分析，最终的排样设计如图：图3-1 排样图Figure 3 1 The same figure4冲裁模工艺计算该模具采用弹性卸料和下出料的方式4.1冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了合理的选用冲床和设计模具,冲床的吨位必须大于所计算的冲裁力,以适应冲裁的要求.冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度和冲裁件的轮廓长度有关。用普通平刃口模
25、具冲裁时，其冲裁力F0一般按下式计算：F=K L t 式中： F冲裁力，N； L冲裁周边长度，mm； t材料厚度，mm； 材料抗剪强度，MPa； K系数。考虑冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均）、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取1.3。一般情况下，冲裁件从板料切下后，径向因弹性变形而扩张，板料上的孔则沿径向发生弹性收缩。同时，冲下的零件与余料还要试图恢复弹性弯曲。这两种弹性恢复的结果，会使落料梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。因此，须要计算卸料力和推件力。卸料力： （从凸模上将零件或废料卸下所需的力称卸料力）。推件力：
26、 （从凹模内顺着冲裁方向把零件或废料从凹模腔顶出的力称推件力）。其中： F 冲裁力；n 同时梗塞在凹模内的零件(或废料)数；K、K 卸料力、推件力系数。由表2查得：K卸=0.05 =0.055表4-1 卸料力、推件力和顶件力系数Table 2-1 discharge material force, force and push it against a force of料厚（mm）K卸K推K顶钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.060.090.040.070.0250.060.020.050.0150.040.10.0650.0550.0450.0250.140.080.06
27、0.050.03铝、铝合金0.030.080.030.07紫铜、黄铜0.020.060.030.09计算： (1)落料力：=1.31330.80.8450622.81KN 其中 L1104+225.4+2（27.5+70+365-35+236.6） 1330.8mm 取450MPa(2)冲孔力：1.3400.670.8450187.51KN其中 L22（60+70）+43.2+44.5 1330.8mm(3)落料时的卸料力：=0.05622.8=131.14KN (公式4-1) (4)冲孔时的推件力: =60.055187.5=161.88KN 根据材料厚度选取凹模洞口直筒高度为h5mm， 故
28、：nh/t5/0.86。(5)总压力F FFFF (公式4-2) 622.81+187.51+31.14+61903.34KN4.2 压力中心的计算根据力学原理，诸分力对某力矩之和等于其合力对同轴之矩，冲裁时的合力作用点或 多工序模各工序冲压力的合力作用点，称为模具的压力中心。设计时模具压力中心应与压力机滑块中心一致，如果不一致，冲压时会产生偏载，导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损，减低模具与压力机的使用寿命。所以在落料模、多凸模冲孔模和多工位连续模等模具设计时，必须确定模具压力中心。通常利用求平行力系合力作用点的方法来确定模具的压力中心。则有 由于冲裁力与周边尺寸成正比关系，即，（为板料厚度，
29、为板料抗剪强度），所以上式也可用周边尺寸表示如下形式：确定模具的压力中心，按比例画出零件的形状，选定坐标系XOY，因为零件左右对称，既0，故只需要计算。将工件冲裁周边分成N个基本线段。求出各段长度及各段的重心位置：（忽略圆角）图4-1 零件图Figure 4 1 part chartl1=225.4 y1=0l2=70 y2=17.5l3=73.2 y3=35l4=500 y4=160l5=73.2 y5=285l6=90 y6=307.5l7=140 y7=347.5l8=55 y8=378.75l9=104 y9=392.5l10=260 y10=130l11=20.1 y11=387.5
30、l12=28.26 y12=275l13=21.98 y13=134l14=21.98 y14=117l15=28.26 y15=45l16=20.1 y16=5压力中心位置：4.3 冲压设备的选用冲压设备的选用原则(1)压力机的行程大小，应该能保证成行零件的取出与毛坯的放进，例如拉深所用压力机的行程，至少应大于成品零件高度的两倍以上。(2)压力机工作台面的尺寸应大于冲模的平面尺寸，且还须留有安装固定的余地，但是过大的工作平面上安装小尺寸的冲模对工作台的受力是不利的。压力机工作台面的尺寸大于压力机滑块底面积, 压力机滑块底面积必须大于模具的尺寸,所以只须考虑压力机滑块底面积的大小。(3)所选的压力机的封闭高度应与冲模的封闭高度相适用。模具的闭合高度H是指上模在最低的工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面的距离。压力机的闭合高度H是指滑块在下死点时，工作台面到滑块下端面的距离。大多数压力机，其连杆长短能调节，也即压力机的闭合高度可以调整，故压力机有最大闭合高度Hmax和最小闭合高度Hmin。设计模具时，模具闭合高度H0得数值应满足下式：Hmax-5mmHHmin+10mm无特殊情况H应取上限值，即最好取在：HHmin+1/3L，这是为了连杆调节过长，罗纹接触面积过小而被压坏。如果模具闭合高度实在太小，可以在压床台面上
