车门垫板冲裁工艺及模具设计.docx
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车门垫板冲裁工艺及模具设计
1绪论
目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计……
1.1国内模具的现状和发展趋势
1.1.1国内模具的现状
我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2007年我国模具生产厂点约有6万多家，从业人员约100多万人……改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。
近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。
浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。
随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。
而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现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企业的生存空间。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。
一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。
以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。
此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。
经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。
例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。
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。
1.1.2 国内模具的发展趋势
巨大的市场需求将推动中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……目前,中国经济的持续高速发展为模具工业的发展提供了广阔的空间。
为了适应用户对模具制造的短期交货、高精度、低成本的迫切要求,模具产品必然会有如下发展趋势:
（1）模具日趋大型化
一方面是由于用模具成形的零件日趋大型化,另一方面也是由于应高生产率要求而发展的一模多腔（现在有的已达一模几百腔）的结果。
例如:
自动扶梯整体梯压铸模外形尺寸达1850mm×l310mm×l250mm,重量达22t。
（2）模具的精度越来越高
现在模具的制造精度已达2～3μm,不久lμm精度的模具也将上市。
随着零件微型化及精度要求的提高,有些模具加工精度的要求会在lμm以内,这就要求发展超精加工。
（3）多功能复合模具将进一步发展
新型多功能复合模具是在多工位级进模的基础上开发出来的。
一副多功能模具除了冲压成形零件外,还担负着叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务。
这种多功能模具生产出来的不再是单个零件,而是成批的组件。
如触头与支座的组件、各种微小电机、电器及仪表的铁芯组件等等。
（4）在模具设计中全面推广CAD/CAM/CAE技术
模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个里程碑,实践证明模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。
近年来模具CAD/CAM技术的硬件和软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度,为其进一步普及创造了良好的条件。
（5）微机CAD/CAM/CAE将发挥越来越重要的作用
在90年代,能进行复杂形体几何造型和NC加工的CAD/CAM系统主要是在工作站上采用U2NIX操作系统开发和应用的。
随着微机技术的突飞猛进,在90年代后期新一代的微机CAD/CAM软件不仅在采用诸如UNRBS曲面、三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作站级CAD/CAM软件的优点,而且Windows风格、动态导航、特征树、面向对象等方面具有工作站级软件所不能比拟的优点。
21112 基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统走向成熟最新的CAD/CAM集成化系统Delcam’sPowerSolution覆盖几何建模、逆向工程、工业设计、工程制图、仿真分析、快速原型、数控编程、测量分析等领域。
系统的每一个功能模块均可独立运行,又可通数据接口与其它系统相兼容,并能按使用要求进行组合,形成专业化的CAD/CAM系统,做到了开放性、兼容性和专业性的统一。
21113 CAD/CAM软件的智能化程度正在逐渐提高由于在现阶段,模具设计和制造在很大程度上仍然依靠模具设计与制造工程师的经验,仅凭CAD/CAM软件有限的数值分析功能无法为用户提供完善和正确的设计结果,因此软件的智能化功能是必不可少的。
面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具设计与制造软件先进性和实用性的重要标志之一。
例如,Cimatron公司开发的注塑模具专家软件,能方便地根据脱模方向自动地产生分模线和分模面,并在此基础上自动地将工件分为型腔与型芯两部分。
在模架的设计过程中实现了模架零件的全相关,并能自动产生材料明细表和供NC加工的钻孔表格。
在NC加工方面,实现了智能化的粗加工、加工参数的设定以及对整个加工过程和加工结果进行校验分析,这些智能化的功能都可以显著地提高注塑模具的生产效率和产品质量。
21114 模具3D设计与3D分析的重要性更加明确目前一些专业注塑模设计软件均采用3D设计,在3D型腔和型芯设计的基础上采用交互方法进行3D的模架配置和3D的典型结构设计,十分先进。
（6）高速铣削（HSM）加工将成为模具主要加工方法
HSM（指主轴转速在10000r/min以上的高速加工是模具加工工艺的发展方向。
近年来发展的高速铣削加工机床,主轴转速可达40000～100000r/min,快速进给速度可达到30～40r/min,加速度可达1g,换刀时间可提高到l～2s。
这样就大幅度提高了加工效率,并可获得Ra≤lμm的加工表面粗糙度。
另外还可加工硬度达60HRC的模块,形成了对电火花成形加工的挑战。
（7）电火花铣削加工技术将得到发展
电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术,它是用高速旋转的简单的管状电极做三维或二维的轮廓加工（像数控铣一样）,不再需要制造复杂的成形电极,这显然是电火花成形加工领域的重大发展。
（8）新的表面精加技术将得到研究和开发
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。
我国目前仍以手工抛光为主,不仅效率低（约占整个模具生产周期的1/3）,且工人劳动强度大、质量不稳定,制约了我国模具加工向更高层次发展。
因此,研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。
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,应注意发展特种研磨与抛光方法,如挤压衍磨、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。
（9）模具标准化程度将不断提高
模具标准件在缩短模具制造周期、提高质量和降低成本等方面有十分显著的作用。
国内模具标准化程度正在不断提高,估计目前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。
为了适应模具工业发展,模具标准化工作必须进一步加强,模具标准化程度要进一步提高。
（10）新材料和先进表面处理技术的应用将更为普及
在模具的选材上,可选用优质钢材（如硬质合金、陶瓷材料、复合材料等）和应用相应的表面处理技术来提高模具寿命及满足特殊产品的需要。
模具热处理发展的方向是采用真空热处理。
模具表面处理除完善普及常用表面处理方法即扩渗（如渗碳、渗氮、渗硼、渗铬、渗钒等）以外,应发展设备昂贵、工艺先进的气相沉积（TiN、TiC）、等离子喷涂等技术。
（11）以计算机技术为核心的逆向工程、并行工程和虚拟技术成为现实
高速扫描机和以计算机技术为核心的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,大大缩短了模具的研制制造周期。
有些快速三维扫描系统可安装在已有的数控铣床及加工中心上实现快速数据采集,采集的数据通过软件可自动生成各种不同数控系统的加工程序及不同格式的CAD数据,用于模具制造的逆向工程和并行工程。
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……
1.3 冲裁模具设计与制造方面
1.3.1冲裁模具设计的设计思路
冲裁是冲压基本工序之一，它是利用拉深模在压力机作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。
它不仅可以加工旋转体零件，还可以加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件，但是，加工出来的制件的精度都很底。
一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT13级以下，不宜高于IT11级……
1.3.2冲裁件模具设计的进度
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车门垫板冲压工艺的分析
2.1冲孔切断工艺分析
原始资料：
如图所示
材料：
Q235
厚度：
4mm
此工件为22型客车车门垫板.每辆数量为6个,一般冲裁精度按未注公差计算，大批量生产。
2.2冲裁件工艺计算和工艺方案的确定
冲裁件的工艺计算是冲裁工艺设计中的一个环节，本制件的工艺计算属于最简单的冲裁工艺，零件尺寸公差无特殊要求,按IT14级选取,利用普通冲裁方法可达到图样要求.由于该件外形简单,形状规则,适于冲裁加工.材料为Q235钢板，бb=450Mpa.
2.2.1工艺方案的确定
根据制件的工艺分析可知，制件形状简单，零件属于大批量生产,工艺性较好.但不宜采用复合模.因为最窄A的距离为6.5mm（见表2-27）,所以不能采用复合模．如果采用落料后再冲孔，则效率太低，而且质量不宜保证．由于该件批量较大,因此确定零件的工艺方案为冲孔-切断级进模较好,并考虑凹模刃口强度,其中间还需留一空步.
2.2.2排样方案
由于该零件形状简单,外形规则.并且为了提高经济效益.故采用无废料排样方式.如下图所示:
排样图
3模具的结构设计
3.1模具工作部分的计算
3.1.1冲裁力的计算
冲裁力的计算根据式（2-4），冲孔力
F=Ltбb=494×4×450N=889200N
切断力
F=Ltбb=375×4×450N=675000N
根据式（2-5）,冲孔部分和切断部分的卸料力
F卸=（F1+F2）K卸
查表2-20，F卸=0.04，故
F卸=（889200+675000）×0.04N=62568N
根据式（2-7）,冲孔部分推料力
F卸1=F1K推n
查表2-20得K推=0.04,故
F推=889200×0.04×8/2N=71136N
切断部分推件
F推2=F2K推n=675000×0.04×8/4N=54000N
所以F总=F1+F2+F卸+F推1+F推2
=（889200+675000+62568+71136+54000）N
=1751904N
3.1.2压力中心的计算
压力中心分析图下图所示：
压力中心分析图
根据式（2-8）和式（2-9）得
X0=
=192.6
取整数为193。
Y0=
=37.96
取整数为38。
3.1.3凸凹模工作部分的尺寸和公差
凹模厚度：
按式（2-19），其中b=115mm（按大孔），K按表2-24查得，K=0.03
H=Kb=0.3×115mm=34.5mm
但该件上还需冲一较小孔和切断，且均在同一凹模上进行，所以凹模厚度应适当的增加，故取H=40mm.
按式（2-20），C=（1.5~2）H≈80mm
根据工件尺寸即可估算凹模的外形尺寸：
长度*宽度为480mm×120mm.
计算凸凹模工作部分尺寸：
由表2-9查的Zmin=0.64mm，Zmax=0.88mm。
冲孔凸模I
工件孔尺寸：
宽22mm时，长85mm
由表2-12查得：
尺寸为22mm时P=0.02mm；
尺寸为85mm时P=0.025mm。
查表2-13，x=0.5。
根据表2-14，Bp=（B+X△）。
根据表2-16，查得△=0.52mm。
则Bp1=（22+0.5×0.52）mm=22.26mm
Bp2=（85+0.5×1）mm=85.5mm
冲孔凸模Ⅱ
工件孔尺寸：
宽22mm、25mm，长50mm、115mm、（见图6-1）。
根据表2-12查得：
尺寸为20mm、25mm、长50mm时
p=0.02mm，尺寸为115mm时
p=0.025mm。
查表2-13，x=0.5。
根据表2-16，尺寸20、25、50的公差分别为
△1=0.52mm、△2=0.63mm、△3=0.81mm。
根据表2-12公式
Bp1=（20+0.5×0.52）
mm=20.26
mm
Bp2=（25+0.5×0.63）
mm=25.31
mm
Bp3=（50+0.5×0.81）
mm=50.4
mm
Bp4=（115+0.5×1）
mm=115.5
mm
切断凸模宽度
工件宽度40
mm（见图6-1）
由表2-12查得：
尺寸为40mm时P=0.02mm。
查表2-13，x=0.5。
切料处相当于落料，应以凹模为基准，由于凹模并非整体，因此还应换算到以凸模为基准进行配研。
此处为单面剪切，凸模与挡铁贴靠后与凹模之间的间隙为一般冲裁模单边间隙的2/3，因此zmin=（2/3）×0.64/2mm=0.21mm
按表2-14公式
Ad=（A-X△）
Ap=Ad-zmin=（A-X△-zmin）
=（40-0.5×0.5-0.21）
mm
=39.54
mm
凹模工作部分尺寸均按凸模研配，保证两侧共有0.64~0.88mm的均匀间隙，切断部分保证具有0.21~0.29的均匀间隙。
计算侧压力：
切断部分是单侧冲裁。
所以凸模切刃的另一侧需要有挡块平衡侧压力。
侧压力的大小可按剪切时计算侧压力的计算方法计算，即
侧压力F侧=（0.10~0.18）F2
=0.15×675000N
=101250N
设计挡块时需要按侧压力核算压应力以及螺钉的大小及数量。
3.1.4其它主要零件的计算
凸模固定板的厚度：
H1=0.7H=0.7×40mm=28mm,取整数为30mm.
垫板的采用与厚度：
是否采用垫板，以承压面较小的凸模进行计算，冲小矩形孔的凸模承压面的尺寸如图下图所示。
小矩形凸模
按式（2-10），其承压应力
σ=
=
MPa
=
MPa
=205.99MPa
查表2-39得铸铁模板的[
p]为90～140MPa
故
﹥[
p]
因此需要采用垫板，垫板厚度为8mm。
卸料橡皮的自由高度：
根据工件材料厚度为4mm，冲裁时凸模进入凹模深度取1mm，考虑模具维修时刃磨留量为2mm,再考虑开启时卸料板高出凸模1mm，则总的工作行h工件=8mm，根据式（8-5），橡皮的自由高度h自由=h工件/（0.25-0.03）=27～32mm.
取h自由=32mm
模具在组装时橡皮的预压量为
h预=10％～15％×h自由=3.2～4.8mm
取h预=4mm
由此可算出模具中安装橡皮的空间高度尺寸为28mm.
3.1.5选用模架、确定闭合高度及总体尺寸
模具总体设计：
有了上述各步计算所得的数据及确定的工艺方案，便可以对模具进行总体设计并画出模具草图，如下图所示：
模具结构草图
从模具结构图初算出闭合高度：
H模=（65+8+74+40+75-1）mm
=261mm
根据凹模的外形尺寸，确定下模板的外形尺寸为610mm×310mm。
模具主要零部件的设计本模具是采用手工送料的级进模，切断凸模面积较大可直接用螺钉与圆柱销固定，冲孔凸模则需用固定板固定，凹模可直接用螺钉和圆柱销固定。
切断凸模的外侧须有挡块以克服侧压力，挡块同时起定位作用。
另外，横向的定位可在凹模上增设一个定位销。
卸料装置采用弹性的，导向装置采用导柱导套。
选定设备该模具的总冲压力：
F总=1751904N
闭合高度：
H模=261mm
外廓尺寸：
610mm×310mm
某工厂有1500kN的压力机和3150kN的压力机，根据所需要的总冲压力来看，须选用3150kN的压力机。
该压力机的主要技术规格为：
最大冲压力3150KN
滑块行程460mm
连杆调节量150mm
最大装模高度400mm
滑块底面尺寸800mm×970mm
工作台尺寸980mm×1100mm
因此根据冲压力、闭合高度、外廓尺寸等数据，选定该设备是合适的。
绘制模具总图
总模具图如附图所示
4冲裁模具的安装与调试
4.1冲裁模具的安装
4.1.1冲空切断级进模装配的技术要求
（1）.装配好的冲模，其闭合高度应符合设计要求；
（2）.模柄8装入上模座1后，其轴心线对上模座1上平面的垂直度误差，在全长范围内不大于0.05mm；
（3）.导柱3与导套2装配后，其轴心线应分别垂直于下模座16的底平面和上模座1的上平面，其垂直度误差应符合表8-4的规定；
（4）.上模座1的上平面应与下模座16的下平面平行，其平行度应符合规定；
（5）.装入模架的每对导柱3和导套2的配合间隙应符合表8-5的规定；
（6）.装配好的模架，其上模座1沿导柱3上、下移动应平稳，无阻滞现象；
（7）.装配好的导柱，其固定端面与下模座下平面应保留1~2mm；
（8）.凸模17、18与凹模14的配合间隙应符合设计要求，沿整个刃口轮廓应均匀一致；
（9）.定位装置应保证定位正确可靠，卸料、顶料装置要动作灵活、准确，出料孔要畅通无阻，保证制件及废料不卡在冲模内；
（10）.模具应在生产现场进行试模，冲出的制件应符合设计要求。
4.1.2冲裁模的装配
（1）模柄的装配
冲裁模一般选用标准模架，装配时需对标准模架进行补充加工，然后进行模柄、凸模和凹模等装配。
模柄8和上模座1的配合为H7/m6。
先将模柄8压入模座孔内，并用角尺检查模柄圆柱面与上模座上平面的垂直度，其误差不大于0.05mm。
模柄垂直度检查合格后再加工骑缝销孔，装入骑缝销。
然后将端面在平面磨床上磨平。
在凸模固定板上压入多个凸模，应先压入容易定位和便于作为其他凸模安装基准的凸模。
凡较难定位或要依靠其他零件通过一定工艺方法才能定位的凸模，应后压入。
（2）凸模和凹模的装配
模具的凹模为整体式凹模。
凹模与固定板的配合常采用H7/m6或H7/n6。
总装前应先将凹模压入固定板，并在平面磨床上将上、下平面磨平。
凸模与固定板的配合常采用H7/m6或H7/n6。
凸模压入固定板后，其固定端的端面和固定板的支撑面应处于同一平面。
凸模应和固定板的支撑面垂直。
（3）冲裁模的总装
把凹模14放在下模座上，按中心线找正凹模的位置后用平行夹头夹紧，通过螺钉孔在下模座16上钻出锥窝。
然后拆去凹模，在下模座上按锥窝钻螺纹底孔并攻螺纹。
再重新将凹模板置于下模座上校正，校正后用螺钉紧固。
然后再钻铰销钉孔，打入销钉定位。
在凹模板上安装挡铁21并用内六角螺钉20固定。
配钻卸料螺钉孔将卸料板13套在已装入固定板的凸模17、18上，在凸模固定板与卸料板之间垫入适当高度的等高垫块，并用平行夹头将其夹紧。
按卸料板上的螺钉孔在固定板上钻出锥窝，拆其平行夹头后，按锥窝钻固定板上的螺钉孔。
将凸模固定板11中的凸模17、18插入凹模型孔中。
在凹模14与凸模固定板11之间垫入适当高度的等高垫块，将垫板放在凸模固定板11上，装上上模座，用平行夹头将上模座1和凸模固定板11夹紧。
通过凸模固定板上模座1上钻锥窝。
拆开后按锥窝钻孔。
然后用圆柱销6紧固上模座。
调整凸、凹的配合间隙。
将装好的上模部分套在导柱上，用锤子轻轻敲击凸模固定板11的侧面，使凸模插入凹模的型孔；再将模具翻转，用透光调整法调整凸、凹模的配合间隙，使配合间隙均匀。
将卸料板13套在凸模上，装上橡皮和卸料螺钉，装配后要求卸料运动灵活并保证在橡皮作用下卸料板处于最低的位置时，凸模的下端面应压在卸料板的孔内0.3~0.5mm左右。
4.2冲裁模具的调试
模具按图纸技术要求加工与装配后，必须在符合实际生产条件的环境中进行试拉深，可以发现模具设计与制造的缺陷，找出产生原因……
4.2.1冲裁模的调试要点
（1）凸、凹模刃口及其间隙的调整
冲裁模的上、下模要吻合。
特别是对于无导向装置的冲模，上、下模安装在压力机上时，其工作零件要咬合，凸模进入凹模的深度要适中，不能太浅和太深，以能冲下制品为准。
其调整是依靠调整压力机连杆来实现的。
凸、凹的间隙要均匀一致。
对于我所设计的模具而言，调整比较方便，只要能保证导向件运动灵活而无发涩现象即可保证间隙均匀；对于无导向冲模，为了使间隙均匀，可以在凹模刃口周围衬以紫铜皮或硬纸板进行调整，也可以用塞尺及透光测试方法在压力机上调整，直到上、下模的凸、凹模相互对中间隙均匀后，再用螺钉紧固模板于压力机工作台面上，方可进行试冲。
（2）定位装置的调整
在调整冲模时，应充分保证坯件的定位的稳定、可靠性，并时常检查定位销、定位块、定位杆定位时是否合乎定位要求，有无位置偏移。
假如位置不合适及定位现状不准，应及时修整其位置和形状，必要时要重新更换定位零件。
（3）卸料系统的调整
卸料系统的卸料板要调整至与冲件贴附；卸料弹簧或卸料橡皮弹力要足够大；卸料板的行程要调整到足够使制品卸出的位置；漏料空应畅通无阻；打料杆、推料板应调整到顺利将制品推出，不能有卡住、发涩现象。
（4）导向系统调整
模具的导柱、导套要有良好的配合精度，不能发生位置偏移及发涩现象。
4.2.2调试方法
（1）模具卸料困难模具卸料困难的调整方法
模具的制造与装配不正确，如卸料板与凸模配合过紧或因卸料板倾斜、卸料零件装配不当，使得卸料机构不能正常工作或被卡死不动作，使得卸料困难或根本卸不出料来，应修正卸料装置或重新装配，使其调整正确。
②橡皮弹力不够，应重新更换弹力大的橡皮。
③凹模有倒锥，或装配时凹模与下模座漏料孔没有对正，致使漏不下料来应重新安装凹模及修正凹模孔和漏料孔。
④打料杆及顶料杆长度不够，难以顶出制件及废料，应重新更换打料杆及顶料杆或加厚顶料板。
（2）凸、凹模刃口相咬，发生啃刃及凸、凹模间隙不均
凸模、凹模或导柱、导套安装时不垂直于工作台面，致使凸模与凹模不同心造成“户啃”，致使模具损坏。
此时，应重新
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