简单冲裁模设计及模具寿命分析.docx

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简单冲裁模设计及模具寿命分析

简单冲裁模设计及模具寿命分析

1.  选题背景：

       在世界工业生产领域内，机械零件粗加工的75%和精加工的50%都可以用模具来完成，模具制造技术已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一，不仅如此，许多现代工业的发展和技术水平的提高，在很大程度上都取决于工业的发展水平，如此，模具制造业正逐步成为机床工业并驾齐驱的独立还有，成为当代工业生产的重要组成部分和工艺发展方向，成为国民经济发展的重要基础，而冷冲压模具在莫具生产领域内处于佼佼者，因此，冲裁模的设计和制造已成为当今社会的热门话题。

2.  设计思路：

       冷冲模是冷冲压加工中必不可少的工艺装备，没有先进的莫具技术，先进的冲压工艺就无法实现，本论文先讲了冲裁模各结构零件，再以简单的冲裁模设计实例说明冲裁模的具体设计步骤及冲裁模的工作过程和工作流程，从而发现模具工作时的影响失效形式，进而对其进行分析，以便在以后能够改进。

3.  论文结构：

       本论文总共分为九章，第一章切入课题，讲了冲压模的概论、特点、应用、现状和发展方向，第二章到第七章主要讲了冲裁模各结构零件的作用、材料及选用，为一个简单冲裁模设计的前期做准备，也是本文的主体部分，第八章讲了冲裁模具体设计步骤及一些简单冲裁模的设计实例，第九章主要讲了莫具的影响失效形式及影响模具寿命的一些因素。

摘要：

   冲裁模具按工序组合程度可分为：

简单冲裁模.连续冲裁模.复合冲裁模

   简单冲裁模即敞开模，及在一次冲裁中只能完成冲孔或落料的一个工序，他按导向方式可分为无导向单工序模.导板式简单冲裁模.导柱式简单冲裁模.其中无导向单工序模的特点是结构简单，重量轻，尺寸小，模具制造容易，成本低廉，但冲裁模使用安装时麻烦，模具寿命低，冲裁件精度差，操作也吧安全，适用于精度要求不高.形状简单.批量小或试制多重才件；导板式简单冲裁模精度高.寿命长.使用安装帧.操作安全，但制造比较复杂，一般用于形状较简单.尺寸不大的工件；导柱式简单冲裁模模具准确可靠，能保证冲裁间隙的工件精度高，模具寿命长，而且在冲床上安装使用方便，因此，导柱式简单冲裁模是应用最广泛的一种莫具，适用于大批量生产。

   本文主要介绍了简单冲裁模的设计及影响模具寿命的一些常见因素。

通过对简单冲裁模结构及其零部件进行抛析，以简单冲裁模的设计实例来进一步说明冲裁模各零部件在冲模结构中的作用，及一个简单冲裁模的具体工作过程及工作流程，进而对影响模具寿命的一些因素进行分析，以便在莫具设计时能尽量减小这些因素对莫具寿命的影响，从而延长模具寿命。

由于本人学识浅薄.水平有限.经验不足等诸多原因，在论文的选题和编写中可能存在这样那样的问题，希望老师和同学提出宝贵意见和建议，以利于我在以后不断改进，谢谢！

关键词：

模具、冲裁模具、摸座、模具寿命、模具使用寿命

                    目    录

第一章 绪论

 1.1冲压的概念.特点及应用…………………………………（6）

 1.2冲压的基本工序及模具…………………………………（8）

 1.3冲压技术的现状及发展方向……………………………（8）

第二章 冲压模的分类及其零部件

 2.1冲模的分类………………………………………………（13）

 2.1.1根据工艺性质分………………………………………（13）

 2.1.2根据工序组合程度分…………………………………（13）

 2.2冲模的零部件……………………………………………（13）

第三章 冲压工艺概述第一章

 3.1冲裁工艺性………………………………………………（15）

 3.2冲裁件的工艺性…………………………………………（15）

 3.3冲裁件的尺寸精度与表面粗糙度……………………… （15）

 3.4冲裁件的尺寸标注…………………………………………（15）

 3.5冲裁工艺的选用……………………………………………（17）

 3.5.1冲裁工序的组合…………………………………………（18）

 3.5.2冲裁顺序的安排………………………………………… （18）

 3.5.3多工序冲裁件用单工序冲裁时的顺序安排…………… （18）

第四章冲压工艺基础

 4.1选择模具的结构形式……………………………………… （20）

 4.2单工序冲裁模……………………………………………… （20）

 4.2.1落料模…………………………………………………  （20）

 4.2.1.1无导向单工序落料模…………………………………（20）

 4.2..1.2导板式单工序落料模…………………………………（21）

 4.2.1.3导柱式单工序落料模…………………………………（21）

 4.2.2冲孔模……………………………………………………（21）

 4.2.2.1导柱式冲孔模……………………………………………（21）

 4.2.2.2冲侧孔模…………………………………………………（21）

 4.2.2.3小孔冲模…………………………………………………（21）

 4.3多工位.多工序冲裁模……………………………………（22）

 4.3.1级进模……………………………………………………（22）

 4.3.1.1用导料销定位的级进模…………………………………（22）

 4.3.1.2侧刃定距的级进模………………………………………（22）

 4.3.1.3排样……………………………………………………（22）

 4.3.2复合膜………………………………………………………（23）

 4.3.2.1正装式复合膜……………………………………………（23）

 4.3.2.2倒装式复合膜……………………………………（23）

第五章 冲裁工艺计算

 5.1冲裁排样计算………………………………………… （24）

 5.1.1材料利用率计算……………………………………（24）

 5.1.2条料排样的分类……………………………………（25）

 5.1.3搭边的确定…………………………………………（26）

 5.1.4条料的宽度与导板间距离的计算…………………（27）

 5.2排样图…………………………………………………（28）

 5.2.1冲裁力的计算………………………………………（28）

 5.2.2卸料力.推件力及顶件力的计算……………………（30）

 5.2.3降低冲裁力的方法………………………………… （30）

 5.3冲裁模间隙值的确定……………………………………（31）

 5.4凸模与凹模刃口尺寸的确定……………………………（32）

 5.4.1刃口尺寸确定的原则……………………………………（33）

 5.4.2刃口尺寸的确定方法……………………………………（33）

第六章 冲压设备的选用

 6.1冲压设备类型的选择………………………………………（40）

 6.2冲压设备规格的选择………………………………………（40）

 6.2.1公称压力………………………………………………… （40）

 6.2.2滑块行程长度………………………………………………（41）

 6.2.3滑块行程次数………………………………………………（41）

 6.2.4冲压工作台面尺寸…………………………………………（41）

 6.2.5滑块模柄孔尺寸……………………………………………（41）

 6.2.6闭合高度………………………………………………… （41）

 6.3压力机的选型及其规格………………………………………（42）

第七章 冲裁模主要零部件的选择

 7.1定位零件………………………………………………………（43）

 7.1.1导料销.导料板………………………………………………（43）

 7.1.2侧压装置……………………………………………………（43）

 7.1.3挡料销………………………………………………………（44）

 7.1.4侧刃…………………………………………………………（44）

 7.1.5导正销………………………………………………………（45）

 7.1.6定位板和定位销……………………………………………（45）

 7.2卸料装置与推件顶件装置……………………………………（47）

 7.2.1卸料装置……………………………………………………（47）

 7.2.2推件和顶件装置…………………………………………（48）

 7.3模架及其组成零件的选用…………………………………（49）

 7.3.1模架…………………………………………………………（49）

 7.3.2模座…………………………………………………………（50）

 7.3.3导柱和导套零件……………………………………………（50）

 7.3.4连接于固定装置……………………………………………（51）

 7.4凸模与凹模……………………………………………………（52）

 7.4.1凸模…………………………………………………………（52）

 7.4.2凹模…………………………………………………………（53）

第八章 模具寿命及其影响因素

8.1模具寿命……………………………………………………………（58）

 8.1.1模具正常寿命……………………………………………（58）

 8.1.2模具失效形式及机理………………………………………（58）

 8.2模具寿命的影响因素………………………………………（59）

 8.2.1模具结构的影响……………………………………………（59）

 8.2.2模具工作条件的影响………………………………………（59）

 8.2.3模具材料性能的影响………………………………………（60）

 8.2.4模具制造过程的影响………………………………………（60）

 8.2.5冲裁间隙的影响……………………………………………（60）

结束语……………………………………………………………（62）

致谢词……………………………………………………………（63）

参考文献…………………………………………………………（64）

                      第一章  绪 论

1.绪论

板料冲压是金属加工的一种基本方法，他用以生产各种板料零件，具有生产效率高、尺寸精度好、重量轻、成本低并易于实现机械化和自动化等特点。

在现代汽车、拖拉机、电器电机、电子仪表、日用生活用品、航空航天以及国防工业等各个工业部门中均占有越来越重要的地位。

冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面还是在经济方面都具有许多独特的优点，其生产出来的工件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗的特点，是其他加工方法所不能比拟的。

但需要指出的是，由于进行冲压成型加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集新产品，其制造是单件小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高的特点。

所以只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成型加工的优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。

由于冲压加工具有上市突出的优点，因此在批量生产中得到了广泛应用，在现代工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业机密用工业生产中必不可少的加工方法。

冲压工序根据材料的变形特点可分为分离工序和变形工序两类。

分离工序是指坯料再冲压力作用下，变形部分的应力达到强度极限以后，使坯料发生断裂而产生分离。

分离工序包括：

切断、落料、冲孔、切口、切边、剖边等。

成型工序是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限，但未达到强度极限，是坯料发生塑性变形，成为居于有定形状尺寸与精度制件的加工工序。

成型包括：

弯曲、拉深、翻边、旋转、校平、压花等。

  如今面对廿一世纪的国内建设形势，企业要适应市场经济的发展，作为国家支拄产业的汽车工业将加大轻、微、轿车的产量，因而对模锻件的精度提出了更高的要求。

在生产过程中，提高模具寿命是一个复杂的综合性问题。

所有锻压工艺，特别是净形和近似净形加工工艺，在很大程度上取决于模具的精度和品质，取决于模具的技术水平。

模具技术反映在模具设计和制造上，而模具寿命除与上述两个环节有关外，还与使用环节有关.提高模具寿命有极大的经济效益，一般在试生产阶段模具工装费用占生产成本的25%左右，而定型生产时仅为10%.模具的早期失效形式，多为凸模断裂、模膛边缘堆塌、飞边遭桥部龟裂、模腔底部发生裂纹。

影响模具寿命的因素较多，涉及面广，模具设计是模具寿命的基础。

模具设计环节是指模具的结构设计、成形模腔设计和确定模具钢种、模具硬度等。

模具制造环节是指制模工艺、热处理规范和表面处理技术等。

1.1冲压的概念、特点及应用　

1.冲压的概念

冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。

板料，模具和设备是冲压加工的三要素。

冲压加工是一种金属冷变形加工方法。

所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。

它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。

　　冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。

冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。

冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。

2.冷冲压工艺的特点

冷冲压生产靠压力机和模具完成加工过程，与其他加工方法相比，在技术与经济方面具有下列特点：

（１）冷冲压是少、无切屑加工方法之一，所获得的冲压件一般无需再加工。

（２）普通压力机每分钟可生产几十件，高速压力机每分钟可生产千件以上，是一种高效率的加工方法。

（３）冲压件的尺寸精度由模具保证，所以质量稳定，互换性好。

（４）冷冲压可以加工壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件，为其他加工方法所不能替代。

另外，冷冲压加工不需加热、无氧化皮，表面质量好，操作方便，费用较低。

由于具有上述突出特点，冷冲压在生产中得到了广泛的应用。

全世界的钢材中，有６０％～７０％是板材，其中大部分是经过冲压制成。

汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。

仪器仪表、家用电器、自行车、办公器械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。

冷冲压可加工各种类型的产品，尺寸从小到钟表的秒针，大到汽车的纵梁、覆盖件；冲切厚度已达２０ｍｍ以上，加工尺寸幅度大，适应性强。

3冲压的应用

　与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。

主要表现如下。

（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。

这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。

（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。

　　（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

　　（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。

　　由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。

例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。

不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。

像飞机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲压件。

小轿车的车身，车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。

据有关调查统计，自行车，缝纫机，手表里有80%是冲压件；电视机，收录机，摄像机里有90%是冲压件；还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。

　　但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。

所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益的。

　　当然，冲压加工也存在着一些问题和缺点。

主要表现在冲压加工时产生的噪音和振动两种公害，而且操作者的安全事故时有发生。

不过，这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。

随着科学技术的进步，特别是计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快二完善的得到解决。

1.2冲压的基本工序及模具

（1）分离工序：

冲压工件与板料沿要求的轮廓线相互分离。

（2）成形工序：

毛在不破坏的条件下发生塑性变形，获得防需形状，尺寸和精度的加工方法。

（3）冲压模具：

　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--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。

1.3冲压技术的现状和发展趋势

     近十多年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展，其特征是与高新技术结合，在方法和体系上开始发生很大变化。

计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展。

本文着重结合汽车工业的发展需求，讨论冲压技术的现状和发展趋势。

　　1.冲压技术发展的特征　　

　　冲压技术的真正发展，始于汽车的工业化生产。

20世纪初，美国福特汽车的工业化生产大大推动了冲术的研究和发展。

研究工作基本上在板料成形技术和成形性两方面同时展开，关键问题是破裂、起皱与回弹，涉及可成形性预估、成形方法的创新，以及成形过程的分析与控制。

但在20世纪的大部分时间里，对冲压技术的掌握基本上是经验型的。

分析工具是经典的成形力学理论，能求解的问题十分有限。

研究的重点是板材冲压性能及成形力学，远不能满足汽车工业的需求。

60年代是冲压技术发展的重要时期，各种新的成形技术相继出现。

尤其是成形极限图（fld）的提出，推动了板材性能、成形理论、成形工艺和质量控制的协调发展，成为冲压技术发展史上的一个里程碑。

　　由于80年代有限元方法及cad技术的先期发展，使90年代以数值模拟仿真为中心的和计算机应用技术在冲压领域得以迅速发展并走向实用化，成为材料变形行为研究和工艺过程设计的有力工具。

汽车冲压技术真正进入了分析阶段，传统的板成形技术开始从经验走向科学化。

　　纵观上世纪的发展历程可见：

（1）冲压性能的研究和改进是与冲压技术的发展相辅相承的。

（2）汽车、飞机等工业的飞速发展，以及能源因素都是冲压技术发展的主要推动力。

进入新世纪，环境因素及相关的法律约束日益突出，汽车轻量化设计和制造成为当前的重要课题。

　　（3）成形过程数字化仿真技术的发展，推动传统冲压技术走向科学化，进入先进制造技术行列。

　　（4）冲压技术的发展涉及材料、能源、模具、设备等各方面。

工艺方法的创新及其过程的科学分析与控制是技术发展的核心；模具技术是冲压技术发展的体现，是决定产品制造周期、成本、质量的重要因素。

　　2、先进成形技术的发展

　　冲压技术的发展与材料和结构密切相关。

预计未来10-15年，环境要求和日益严格的环保法律，将促使汽车材料和结构发生很大变化。

为了减少城市co2的排放量，汽车力求轻量化，其最突出的发展方向是提高所用材料的比强度和比刚度及发展高效的轻量化结构。

现代车身结构中，高强度钢约占25%。

目前在继续开发超高强度钢的同时，结合发展新的“高效结构”和制造技术，争取使车身重量减少20%以上。

但更引人关注的努力方向是扩大铝、镁等低密度合金材料在汽车上的应用。

   欧美正在研究开发未来型的铝车身家用小汽车，可使重量减轻40-50%，耗油仅为现行小汽车平均值的三分之一。

目前的主要问题是开发低成本铝合金，发展新结构和高效制造方法，以及改进回收技术。

一旦成本问题解决了，铝合金可能成为汽车的主要结构材料。

　　自1991年以来，镁的产量每5年增加1倍，是很有前途的未来材料，预计2003年后镁的应用将有明显上升，包括大的车身外部零件。

　　复合板材料在汽车、飞机、医药、食品、化工、日用品等方面也均有广阔应用前景。

　　此外烘烤硬化板、表面改性板等改性材料。

80年代，欧美研究镀锌板的冲压技术；90年代，重点研究激光拼焊板的冲压及各种挤压管坯型材的精密成形技术。

铝型材骨架件的用量也在不断增加。

　　结构整体化是重要的发展趋势，不仅对于飞机，未来汽车也将扩大应用。

　　随着新材料和新结构的扩大应用，迫切需要发展相应的低成本冲压成形技术。

当前的研究重点：

　　铝合金覆盖件等车身零件的冲压技术。

国外已有实用的工艺及模具设计数据资料。

（2）多种厚度激光拼焊板坯的冲压技术。

　　（3）挤压管坯的内高压成形技术。

　　（4）复合板的成形技术等。

　　对于飞机工业来说，钛合金、铝锂合金复杂形状零件及铝合金特殊结构件的成形技术是当前的研究重点。

　　以液体直接或间接作为半模或传感应介质的各种液压成形技术，属于半模成形或软模成形，有很多优点（已有近60年历史），是飞机钣金零件的主要制造方法。

近十多年来在高压源及高压密封问题解决后，得以迅速发展，在汽车工业中获得重要应用。

液压成形包括液压橡皮囊成形、充液拉深成形和内高压胀管成形。

液压橡皮成形已从航空工业的传统应用扩大到汽车的复杂内外板件的成形，在100-140mpa的压力下，成形质量很好，适用于试制和小批量生产。

新兴的内高压成形技术已经实用化、工业化，生产发动机的支架、排气管、凸轮轴及框架件等，达到了很好的效率和效益预计液压成形、拼焊毛坯冲压成形及激光焊接装配将是未来汽车轻量化的三项关键技术。

　　此外粘介质压力成形、磁脉冲成形，以及各种无模成形技术的研究也有很大进展，显现出越来越多的工艺柔性。

　　3.数字化成形技术的发展

　　先进成形技术是在传统成形技术的基础上，以计算机为支柱，综合利用信息、电子、材料、能源、环境工程等各项高新技术及现代管理技术，有利于最终实现产品全生命期综合优化的冲压成形技术，是能越大程度地达到“精、省、净”目标，获得高综合效益的成形技术。

   发展先进成形技术的关键在于：

　　大力发展冲压成形过程的计算机分析仿真技术（cae）。

（2）并行工程（ce）、并行工作模式逐步取代传统的串行顺序式工作模式。

　　计算机辅助过程分析仿真（cae）是20世纪后期对于金属成形最具重大意义的技术进步之一，其核心是有限元分析技术。

　　以有限元法为基础的冲压成形过程中计算机仿