散热片零件冲压成形工艺及模具设计.docx
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散热片零件冲压成形工艺及模具设计
散热片零件冲压工艺及模具设计
摘要
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）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。
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接关系。
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，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
关键词：
凸模凹模压力机吨位
散热片零件冲压工艺及模具设计
Abstract：
Acompletepresstoolforcuttingtwoholesinworkmaterialatonestokeofthepress,asclassifiedandstandardizedbyalargemanufacture.
Anycompletepresstool,consistingofapairofmatingmemberforproducingpressworkedparts,includingallsupportingandactuatingelementsofthetool,isadie.pressworkingterminologycommonlydefinesthefemalepartofanycompletepresstoolasadie.
Apunchholdermountedtotheuppershoeholdstworoundpuncheswhichareguidedbybushingsinsertedinthestripper.
Acompounddieperformsonlycuttingoperationswhicharecompletedduringasinglepressstroke.Acompounddiecanproducepiercedblankstocloseflatnessanddimensionaltolerances.Acharacteristicofcompounddieistheinvertedpositionoftheblankingpunchandblankingdie.Thedieisfastenedtotheuppershoeandtheblankingpunchismountedonthelowershoe.Theblankingpunchalsofunctionsasthepiercingdie,havingataperedholeinitandinthelowershoeforslugdisposal..
Keyword:
RaisedmoldConcavemoldPresstonnage
1绪论………………………………………………………………5
1.1模具的现状和发展趋势…………………………………………5
1.1.1国内模具的现状………………………………………………5
1.1.2国内模具的发展趋势…………………………………………8
1.2国外模具的现状和发展趋势……………………………………9
1.3 散热片零件的冲压工艺及模具设计与制造方面……………10
1.3.1散热片零件的冲压工艺的设计思路…………………………10
1.3.2散热片模具设计的设计思路…………………………………10
1.3.3散热片模具设计的进度………………………………………11
2散热片冲压工艺的分析…………………………………………12
2.1工件工艺性分析与方案确定……………………………………12
2.1.1冲裁件工艺性分析……………………………………………12
2.1.2工艺方案的确定：
……………………………………………13
2.2排样设计…………………………………………………………13
2.2.1确定零件的排样：
……………………………………………13
2.2.2条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算………………14
2.3模具结构形式的选择与确定……………………………………14
2.4冲压力与压力中心的计算，初选压力机………………………15
2.4.1冲裁工序总力的计算…………………………………………15
2.4.2初选压力机……………………………………………………16
2.4.3压力中心的计算………………………………………………17
3模具主要零件和主要工作机构的设计与标准化………………18
3.1工作零部件的设计与标准化……………………………………18
3.1.1工作零部件的计算……………………………………………18
3.1.2工作零部件的设计与标准化…………………………………20
3.2定位装置的设计与标准化………………………………………23
3.2.1活动挡料销的设计与标准化…………………………………23
3.2.2导料销的设计与标准化………………………………………24
3.3联接件的选用与标准化…………………………………………24
3.4卸料装置与推件装置的设计与标准化…………………………24
3.5弹簧的选用与计算………………………………………………25
3.6支承零件的设计与标准化………………………………………26
3.6.1模座……………………………………………………………26
3.6.2模柄……………………………………………………………26
3.6.3模架……………………………………………………………27
3.6.4固定板…………………………………………………………28
3.6.5垫板……………………………………………………………28
4模具的安装与调试…………………………………………………29
4．1模具的装配……………………………………………………29
4．2模架装配…………………………………………………………30
4．3总装与调试问题的预测…………………………………………30
5结束语………………………………………………………………32
致谢……………………………………………………………………33
参考文献………………………………………………………………34
1绪论
模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
随着我国加入WTO，我国模具工业的发展将面临新的机遇和挑战。
1.1模具的现状和发展趋势
1.1.1国内模具的现状
国内模具行业的发展现状及市场前景
现代模具工业有“不衰亡工业”之称。
世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在700亿至850亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。
近几年，我国模具产业总产值保持15%的年增长率（据不完全统计，2005年国内模具进口总值达到700多亿，同时，有近250个亿的出口），到2007年模具产值预计为700亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2006年的2亿美元左右。
单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。
2005年我国汽车产销量均突破550万辆，预计2007年产销量各突破700万辆，轿车产量将达到300万辆。
另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。
目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。
1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。
工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。
在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。
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、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。
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。
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。
模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志，就我国而言，经过了这几十年曲折的发展，模具行业也初具规模，从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步，但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。
随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。
随着信息产业的不断发展，模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。
现在模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究和应用。
大大提搞了模具设计和制造的效率。
减短了生产周期。
采用模具CAD/CAM技术，还可提高模具质量，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和开发上。
尤其是pro/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展。
。
数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化。
电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。
模具的标准化程度在国内外现在也比较明显。
特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。
其大大的提高了它们的互换性。
加强了各个地区的合作。
对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。
1.1.2国内模具的发展趋势
巨大的市场需求将推动我国模具的工业调整发展。
虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。
未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:
1）高速铣削加工
国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，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。
高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。
目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。
2）模具扫描及数字化系统
高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。
有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。
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。
3）全面推广CAD/CAM/CAE技术
模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。
随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，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技术的应用范围。
计算机和网络的发展正使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。
4）电火花铣削加工
电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。
国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。
预计这一技术将得到发展。
5）提高模具标准化程度
我国模具标准化程度正在不断提高，估计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。
6）优质材料及先进表面处理技术
选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。
模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。
模具热处理的发展方向是采用真空热处理。
模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。
7）模具研磨抛光将自动化、智能化
模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。
8）模具自动加工系统的发展
这是我国长远发展的目标。
模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。
1.2国外模具的现状和发展趋势
模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。
用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。
模具生产技术水平的高低，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着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600～650亿美元左右。
美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。
国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是"大而专"、"大而精"。
2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织--德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。
2003年德国模具产值达48亿欧元。
其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。
随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高．故人均产值也较高．我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多15～20万美元，有的达到25～30万美元。
国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45％．
1.3 散热片零件的冲压工艺及模具设计与制造方面
1.3.1散热片零件的冲压工艺的设计思路
冲压加工与其它加工方法相比,无论在技术方面,还是在经济方面,都具有许多独特的优点.如:
冲压在少,无切屑加工方法之一,是一种省能,低耗,高效的加工方法,因而制品的成本较低.
冲压件的尺寸公差由模具保证,具有一模一样的特征,所以产品质量稳定,冲压可以壁薄,重量轻,形状复杂,表面质量好,刚性好的工件.冷冲压生产靠压力机和模具完成加工过程,其生产效率高,操作方便,易于机械化与自动化,用普通压力机进行冲压加工,每分钟可达几十件,用高速压力机生产,每分钟可达数百件或千件以上.
1.3.2散热片模具设计的设计思路
冲裁是冲压基本工序之一，它是利用冲压模在压力机作用下，将平板坯料沿一定的轮廓线产生分离的一种冲压工序。
根据变形机理的不同，冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁，常用的冲裁有落料，冲孔，切口，切断，剖切等。
其中以落料冲孔应用最多，落料是沿工件的外形封闭轮廓线冲切，冲下部分为工件，冲孔是沿工件的内形封闭轮廓线冲切，冲下部分为废料。
1.3.3散热片模具设计的进度
1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间20天；
2.确定加工方案，所用时间5天；
3.模具的设计，所用时间30天；
4．模具的调试．所用时间5天．
2散热片冲压工艺的分析
2.1工件工艺性分析与方案确定
2.1.1冲裁件工艺性分析
图1零件图
零件名称：
散热片
材料：
T2
料厚：
2mm
数量：
大批量生产
未注公差尺寸按IT13级精度制造
该零件形状简单，对称，是由圆弧和直线组成的，冲裁件内外形所能达到经济精度为IT11～IT14，孔中心与边缘距离尺寸公差为±0.5mm，将以上精度与零件的精度要求相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证，其他未注尺寸，生产批量等情况也均符合冲裁的工艺要求，故可采用冲压方式进行加工。
外形落料的工艺性：
散热片属于中等尺寸零件，料厚2mm，外形复杂程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工艺获得。
冲孔的工艺性：
内孔尺寸精度要求一般，可采用冲孔。
2.1.2工艺方案的确定：
该零件所需要的冲压工序为落料和冲孔，可拟定出以下三种工艺方案：
方案一：
用简单模分两次加工，即落料——冲孔
方案二：
冲孔，落料复合模
方案三：
冲孔,落料级进模
采用方案一，生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该工件为大批量生产，方案二和方案三更具有优越性。
散热片零件的外轮廓及内孔之间的最小距离为8mm，大于此零件要求的最小壁厚（4.9mm），可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料级进模。
复合模模具的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产率高，尽管模具结构比较复杂.级进模生产率也高，但零件的冲裁精度稍差，与保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造，安装较复合模并不复杂。
通过对上述三种方案的分析比较，散热片的冲压生产采用方案二冲孔落料复合模更为合理。
2.2排样设计
2.2.1确定零件的排样：
设计复合模时，首先要设计条料排样图，由于散热片零件外形矩形，形状较复杂，可采用直排排样的方法，可提高生产率。
如下图二为零件的排样图。
图2排样图
2.2.2条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算
查文献[1]中表2.9取得搭边值a1=2.0mm，侧面a=2.2mm。
计算条料宽度：
B=54+2×2.2=58.4mm
步距：
S=42+2.0=44.0mm
材料利用率的计算：
计算冲压件毛坯的面积：
A=42×54-4×（6×10+4×6）-12×2×6=1788mm2
一个步距的材料利用率：
=
式中A—一个冲裁件的面积，mm2;
n—一个步距内的冲裁件数量；
B—条料宽度，mm;
s—进距，mm
得
=1788／（58.4×44.2）×100%=69.27%
2.3模具结构形式的选择与确定
1）正倒装结构：
根据上述分析，本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，且孔边距较大，可采用正装式复合模结构，即冲孔凹模在下模和落料凹模安排在上模。
2）送料方式：
因是大批量生产，采用手动送料方式。
从右往左送料。
3）定位装置：
因散热片制件采用倒装式复合模，且制件外形较复杂，所以冲裁时所以直接用挡料销和导料板即可。
4）导向方式：
为确保零件的质量
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