圆盖零件冷冲压模具设计.docx

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圆盖零件冷冲压模具设计

1绪论

我国考古发现，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。

在走过了温长的发展道路之后，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，但与国发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。

1.2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。

1.2.1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年共同完成的精神模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EDS的UG，美国ParametricTechnology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AutoCADCATIA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，华中科技术大学、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，并已在生实践中得到成功应用，产生了良好的效益。

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。

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。

1.2.2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。

1.3

2分析零件的冲压工艺分析

图1-1

2.1材料及强度、刚度

此盖零件的材料为厚度t=1mm的08F低碳钢，具有优良的冲压性能。

1mm的厚度以及冲压后加强筋使零件的刚度和强度都有所增加，这些都有助于保证产品有足够的刚度和强度。

材料性能：

抗拉强度

/Mpa275—383

抗剪强度τ/Mpa216—304

屈服强度σ

/Mpa177

延伸率δ

╳10032

2.2尺寸精度

此盖零件主要的配合尺寸为基本尺寸为φ42mm，上下偏差分别为+0.25和0的内径；基本尺寸为φ4.5mm，上下偏差分别为0和-0.25的中心孔，查表确定其精度等级为IT12级，属于正常冲压尺寸范围。

2.3零件工艺性

根据产品的技术要求，分析其冲压工艺性：

从零件的结构特征以及冲压变形特点来看，该零件属于无凸缘的旋转体圆形件，并且深度h相对比较小，所以拉伸较容易。

由于零件的中心小孔属于配合部分，所以成型要求相对其它尺寸较高，因此在安排冲压顺序时将冲孔留到最后一道工序进行。

另外因为零件的深度较小，为了保证产品的质量，在进行落料的时候把落料的直径留大4mm，待冲压全部完成后再切除。

2.4加强筋成型方法

该处的加强筋用胀形的方法来做，并且精度不必太高，只要起到增加零件整体强度的效果即可。

由于在胀形过程中材料的塑性变形仅限于一个固定的变形范围，板料不向变形区外转移也不从变形区外进入变形区，所以加强筋在完成落料弯曲后进行且不会影响零件的精度。

3确定工艺方案

3.1计算毛坯尺寸

查冲压手册知简单圆桶形拉深件展开直径尺寸计算公式为

D2=d12+2r（3.14d2+4r）,

其中d1=32mm,r=5.5，d2=43mm如图2-1所示

得：

毛坯直径D=52.5mm,

D=[（d-2r）（d-2r）+4d（H-r）+2πr（d-2r）+8r*r]开根

=[（44-2×5）×（44-2×5）+4×44×（6-5）+2×3.14×5×（44-2×5）+8×5×5]开根

=51mm

D毛坯=D+2h

=51mm+3mm

=54mm

其中d－零件拉伸外径；

r－拉伸内部圆角；

H－拉伸件总高度；

h－切边余量。

因为胀形过程对毛坯计算没有任何影响，所以毛坯尺寸即为φ54mm。

3.2拉伸次数

该零件属于无凸缘圆筒形拉伸件

m1′=d1/D=43/51=0.84

因为（t/D）×100=（1/51）×100=1.96,根据《冲压工艺与模具设计》查表4.2.5得m1=0.6且m1′＞m1

所以该零件的拉伸工序只需进行一次拉伸。

图3-1

参考文献

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机械工业出版社马九荣1999.3

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