安装板冲压成形工艺与模具设计.docx

1、安装板冲压成形工艺与模具设计1绪论进入21世纪，制造技术进展迅猛，模具技术作为现代制造技术的一个重要组成部份，对国民经济的进展起着愈来愈重要的作用。模具作为重要的生产装备和工艺进展方向，在现代工业的规模生产中日趋发挥着重大作用。通过模具进行产品生产具有优质、高效、节能、节材、本钱低等显著特点，因此在机械、电子、轻工、家电、通信、军事和航空航天等领域的产品生产中取得了普遍应用，作用不可替代，模具被赞为“金钥匙”、“制造业之母”、“进入富裕社会的原动力”等。利用模具成形零件的方式，实质上是一种少无切削、多工序重合的生产方式。采纳模具成形加工零件代替传统的切削加工工艺，能够提高生产率，保证零件质量，

2、节约原材料，降低生产本钱，从而取得很高的经济效益。据粗略统计，70%以上的汽车、拖沓机、电机电器、仪器仪表零件，80%以上的塑料制品，85%以上的运算机、电子行业产品的零件，都是采纳模具成形的方式来生产。因此，利用模具生产零件的方式已经成为工业上进行成批或大量生产的要紧技术手腕，它关于保证制品的质量、缩短产品研发周期、加速产品的更新换代等都具有重要意义。在我国，随着生产和科学技术的进展，专门是20世纪80年代以来，产品的更新换代迅速加速，品种数量迅速增加。这使模具的需求量相应增加，质量要求也愈来愈高，从而使模具技术在国民经济中的地位和作用日趋重要。显然，模具技术落伍，制造周期长，质量低劣，必将

3、阻碍生产进展和产品的更新换代，使产品丧失竞争力。国内模具的现状和进展趋势1.1.1国内模具的现状我国的模具制造技术是随着现代化工业建设的进展而进展起来的。20世纪50年代以前，我国的工业基础超级薄弱，大部份工业品不能自行生产，因此所需要的模具很少，也谈不上模具工业和模具技术，国内只能仿造一些简单的模具，且要紧依托钳工个人技术来实现。解放后，随着国民经济的进展，各类工业产品生产所需要的模具日趋增多，模具制造水平处于参照外国模具图样进行加工，而且多为单工序模具、简单的复合模具、少工序和较低精度的级进模具和机外脱模的塑料紧缩模具。随着国际经济技术合作交流的进展，国外的模具技术书刊、模具设计手册、模具

4、制造资料等接踵介绍到我国，对指导和增进模具技术的进展起到了重要作用，同时制造模具的一些专用加工设备如大型仿形铣床、坐标镗床等的引进，为制造大型模具打下了物质基础。到1956年，制造模具开始采纳成形磨削加工，模具结构采纳拼块方式，初步解决了模具钳工手工作业和热处置变形问题。这关于提高模具质量和精度、缩短制造周期起到了重要作用。20世纪50年代末，电火花加工技术开始应用于模具生产，这种方式能够把模具型腔、型面的精加工放在热处置以后，幸免了热处置变形对精度的阻碍，使模具制造技术水平又有一个较大的提高。尤其是1963年，国内研制成功电火花线切割加工机床，从而能够加工更为复杂、周密的冲裁模等，大大减少了

5、模具钳工的手工作业，并应用于塑料模、压铸模和其他成形模具的型孔加工。这一技术的应用和普及是我国模具制造技术进展的又一重要里程碑。改革开放以来，随着国民经济的高速进展及相关学科的技术进步，推动了模具制造技术及模具工业的迅猛进展，模具不管是从品种、数量仍是精度方面，都有了大幅度的进展，模具对工业产品生产的阻碍也愈来愈大，模具制造业也成了现代工业中一个相对独立的重要分支。模具标准化工作是代表模具工业和模具技术进展的重要标志。到目前为止，已经制定了冲压模、塑料模、压铸模和模具基础技术等50多项国家标准、近300个标准号，大体知足了国内模具生产技术进展的需要。模具的商品化程度也大大提高，从“八五”期间的

6、20%提高到目前的40%左右。一些先进、周密和高自动化程度的模具加工设备，如数控仿形铣床、数控加工中心、周密坐标磨床、持续轨迹数控坐标磨床、高精度低损耗数控电火花成型加工机床、慢走丝周密电火花线切割机床、周密电解加工机床、三坐标测量仪、挤压研磨机等模具加工和检测用的周密高效设备，由过去依托入口到慢慢自行设计制造，使模具加工工艺手腕登上了一个新台阶，同时为先进加工工艺的推行奠定了物质基础。专门是模具成型表面的特种加工工艺的研究和进展，使模具加工的精度和表面粗糙度都有专门大的改善。特种加工工艺设备的改良和提高，使模具加工自动化程度和效率都大大提高。模具新材料的应用，和热处置和表面处置技术的开发和应

7、用，使模具寿命大幅度提高。快速成型技术在模具制造上的应用，是近20年以来模具制造技术的又一重大进展。快速成型技术是综合了机械工程、CAD、数控机床激光技术和材料科学技术的一种全新的制造工艺，应用于模具制造，能够使模具设计和制造加倍速速、经济、有效，关于多品种、小批量产品的生产及新产品敏捷开发具有重要意义。我国模具制造技术水平，从过去只能制造简单模具进展到了能够制造大型、周密、复杂、长寿命模具。例如在冲压模具方面，我国设计和制造的电机定转子硅钢片硬质合金多工位自动级进模和电子、电气行业用的50余工位的硬质合金多工位自动级进模，都达到了国际同类模具产品的技术水平。凹模镶件重复定位精度,步距精度,模

8、具成型表面粗糙度为m，零件能够互换，模具寿命达1亿冲次。级进冲裁技术和叠铆原理相结合，在高速冲床上利用，具有自动冲切、叠压、铆合、扭角、计数分组和平安爱惜功能。在塑料模具方面，能设计和制造汽车保险杠及整体仪表盘大型注射模，大型彩色电视机、洗衣机和电冰箱等多种周密、大型注射模。例如天津市通信广播公司模具厂设计和制造的汽车保险杠模具重达10余吨、模具尺寸精度可达10m、型腔表面粗糙度为m，型芯表面粗糙度为m、模具寿命达30万次以上，达到国际同类模具产品的技术水平。我国模具制造行业近十余年来的年工业产值，持续以15%的增加速度在迅速递增，已经成为国民经济中一个举足轻重的工业分支。1.1.2国内模具的

9、进展趋势随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速进展，许多新技术、新工艺、新材料、新设备不断涌现，因此，促成了冲压技术的不断革新和进展。（1）冲压成形理论及冲压工艺冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究超级重视，在材料冲压性能研究、冲压成形进程应力应变分析、板料变形规律研究及配料与模具之间的彼此作用研究等方面均取得了较大的进展，专门是随着运算机技术的飞跃进展和塑性变形理论的进一步完善，最近几年来我国已开始应用塑性成形进程的运算机模拟技术，即利用有限元等数值分析方式模拟金属的塑性成形进程。据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的工艺性及可能显现的工艺问题，并通

10、过在运算机上有选择的修改有关参数，实现工艺及模具的优化设计。（2）冲压模具的设计与制造冲压模具是实现冲压生产的大体条件。在冲压模具的设计与制造上，目前正朝着以下两方面进展：一方面，为了适应高速、自动、周密、平安等现代化生产需要，冲压模具正向高效率、高精度、高寿命、自动化及多工位方向进展。在我国，工位数达50乃至更多的级进模、寿命达亿次的硬质合金模、精度和自动化程度相当高的冲压模具都已经应用在生产中，同时，由于如此的冲压模具对加工、装配、调整、维修要求很高，因此，各类高效、周密，数控、自动化的模具加工机床和检测设备也正在迅速进展；另一方面，为了产品更新换代和试制小批量生产的需要，锌合金冲压模具、

11、聚氨酯橡皮冲压模具、薄板冲压模具、钢带冲压模具、组合冲压模具等各类简易冲压模具及其制造工艺也取得了迅速进展。（3）模具材料模具材料及热处置与表面处置工艺对模具加工质量和寿命的阻碍专门大，世界各要紧工业国在此方面的研究取得了较大的进步，并开发了许多新的钢种，其硬度可达HRC5870,而变形只有一般钢的1/21/5。如火焰淬火钢可局部硬化，且无脱碳；我国研制的65Hb、LD和CD等新钢种，具有热加工性能好、热处置变形小、抗冲击性能佳等特点。与此同时，还进展了一些新的热处置和表面处置工艺，要紧有：气体软氮化、离子氮化、渗硼、表面涂金、化学气象沉积、物理迹象沉积、激光表面处置等。这些方式能提高模具工作

12、表面的耐磨性、硬度和耐侵蚀性，使模具寿命大大延长。（4）冲压模具的标准化和专业化模具的标准化和专业化生产，已取得模具行业的高度重视，这是由于模具标准化是组织模具专业化生产的前提，而模具的专业化生产是提高模具质量、缩短模具制造周期、低本钱的关键。我国已发布了冷冲压术语、冷冲模零部件的国家标准，冲压模具的专业化正处在踊跃组织和实施中，但总的来讲，我国冲压模具的标准化和专业化水平还处于较低水平。（5）冲压模具CAD/CAE/CAM技术模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术，它以运算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助运算机对产品、模具结构、成形工艺、

13、数控加工及本钱等进行优化设计从而显著缩短模具设计与制造周期，降低生产本钱，提高产品质量。随着功能壮大的专业软件和高效集成制造设备的显现，以三维造型为基础、基于并行工程的模具CAD/CAE/CAM技术正成为进展方向，它能实现制造和装配的设计、成形进程的模拟和数控加工进程的防真，还可对模具可制造性进行评判，使模具设计与制造一体化、智能化。(6)冲压设备和冲压生产自动化性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的大体条件。高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的压力机与之匹配。为了知足大量量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工序、单功能、低速朝着多工位、多功能、高速和数控方面进展，加上机械手

14、乃至机械人的大量利用，使冲压生产效率取得了大幅度的提高。冲压生产的自动化是提高劳动生产率和改善劳动条件的有效方法。由于冷冲压操作简单，坯料和工序件形状比较规那么，一致性好，因此，容易实现生产的自动化。冲压生产的自动化包括：原材料的运输、冲压工艺进程及检测、冲模的改换与安装、废料处置等各个环节，但最大体的是压力机自动化和冲压模具自动化。适用与各类条件下自动操作的通用装置和检测装置有：带料、条料或工序件的自动送料装置，自动出件与理件装置，送料位置和加工检测装置，平安爱惜装置等，都是实现一般压力机和冲压模具子自动化的大体装置。（7）快速模具制造技术由于传统模具制作进程复杂、耗时长、费用高，因此，目前

15、基于快速成型技术的快速模具制造技术已经成为一个新的进展方向和研究热点。目前，快速经济制模技术要紧有低熔点合金制模技术、锌基合金制模技术、喷涂成形制模技术等。采纳快速模具制造技术，能简化模具制造工艺，缩短制模周期，降低模具生产本钱，在工业生产中取得了显著的经济效益。国外模具的现状和进展趋势随着市场经济进展的需要和产品更新换代不断加速，对模具制造提出了愈来愈高的要求，模具制造质量提高、生产周期缩短已经成为该行业进展的必然趋势。纵观模具制造业近十余年来的进展道路，其要紧进展方向能够归纳为如下几个方面。1.2.1模具生产的专业化和标准化程度不断提高连年来的模具制造实践说明，要使模具技术高速进展，实现专

16、业化、标准化生产是关键，目前美国模具专业化程度已超过90%，日本也超过了75%。而我国模具专业化程度还处在25%左右。实现模具专业化生产，前提是要模具标准化，如此可使专业模具生产厂减少30%50%的制造工作量，降低本钱50%。有了模具的各项标准，才可能采纳专用的先进生产设备和技术，成立专门的机械化和自动化生产线，才可能采纳高精度的、专用的质量检测手腕，从而实现提高模具质量、缩短生产周期、降低制造本钱的目标。1.2.2模具粗加工技术向高速加工进展以高速铣削为代表的高速切血加工技术代表了模具零件外形表面粗加工进展的方向。高速铣削能够大大改善模具表面的质量状况，并大大提高加工效率和降低加工本钱。例如

17、IN-GERSOLL公司生产的VHM型超高速加工中心的切削进给速度为76mmin;主轴转速为45000rmin；瑞士SIP公司生产的AFX立式周密坐标镗床的主轴转速为30000rmin；日本森铁工厂生产的MV-40型立式加工中心，其转速达40000rmin。另外，毛坯下料设备显现了高速锯床、阳极切割和激光切割等高速、高效率加工设备，还显现了高速磨削设备和强力磨削设备等。1.2.3成形表面的加工向精度、自动化方向进展成形表面的加工向运算机操纵和高精度加工方向进展。数控加工中心、数控电火花成形加工设备、运算机操纵持续轨迹坐标磨床和配有CNC装修设备与周密测量装置的成形磨削加工设备等的推行利用，是提

18、高模具制造技术水平的关键。1.2.4光整加工技术向自动化方向进展当前模具成形表面的研磨、抛光等光整加工仍然以手工业为主，不仅花费工时多，而且劳动强度大、表面质量低。工业发达国家正在研制有运算机操纵、带有磨料磨损自动补偿装置的光整加工设备，能够对复杂型面的三维曲面进行光整加工，并开始在模具加工上利用，大大提高了光整加工的质量和效率。1.2.5反映制造工程制模技术的进展以三坐标测量机和快速成型制造技术为代表的的反向制造工程制模技术是一种以复制为原理的制造技术。它是模具制造技术上的又一重大进展，对模具制造具有重要阻碍。这种技术专门适用于多品种、少批量、形状复杂的模具制造，对缩短模具制造周期，进而提高

19、产品的市场竞争能力有重要意义。1.2.6模具CAD/CAM技术将有更快的进展模具CAD/CAM技术在模具设计和制造上的优势愈来愈明显，它是模具技术的又一次革命，普及和提高模具CAD/CAM技术的应用是模具制造业进展的必然趋势。1.2.7研制和进展模具用材料模具材料是阻碍模具寿命、质量、生产效率和生产本钱的重要方面。没有充沛的、高质量的、品种系列齐全的模具用材料，模具工业要赶上世界先进水平就只能是纸上谈兵。加速研发急需的模具新钢种，如高强韧、高耐磨新型优质模具钢，大力进展硬质合金模具材料已经势在必行。 安装板模具设计与制造方面1.3.1安装板模具设计的设计思路此工件形状、结构都比较简单，而且上下

20、对称，生产批量为大量量，用简单模分两次加工，就生产批量来讲有些费时，用级进模加工要设导正销，模具加工、安装较复杂，用复合模加工既能保证精度，还能保证生产效率，因此采纳复合模加工。设计此模具时，要设计好模具的工作零部件，其它的零件依照模具结构的需要添加即可，但必需要保证模具工作时的正常运行.增强板冲压工艺的分析1.3.2安装板模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的进展现状，所历时刻20天；2.确信加工方案，所历时刻5天；3.模具的设计，所历时刻30天；4模具的调试所历时刻5天2安装板冲压工艺分析冲压件的工艺分析工件名称：安装板生产批量：大量量材料：Q235厚度：1.5mm工件简图如左图所示：

21、 图2-1制件图该零件形状简单、对称，是有圆弧和直线组成的。冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT14级，孔中心与边缘距离尺寸公差为。将以上精度与零件的精度要求相较较，能够为该零件的精度要求能够在冲裁加工中取得保证，其他尺寸标注、生产批量等情形，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采纳冲压方式进行加工。该工件未标出冲裁件的拐角处圆角，可取得工件最小圆角半径R=冲压工艺计算和工艺方案2.2.1工艺方案的确信该零件所需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，既落料冲孔。方案二：冲孔、落料复合模。方案三：冲孔、落料级进模。采纳方案一，生产率低，工件的累计误差大，操作不方

22、便，由于该工件为大量量生产，方案二和方案三更具有优越性。该零件的孔与外缘之间的最小距离大于此零件要求的最小壁厚，能够采纳冲孔、落料复合模或冲孔、落料级进模。复合模具的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产率也高，尽管模具结构比较复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并非困难。级进模虽生产率也高，但零件的冲裁精度稍差，欲保证冲压件的行位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造、安装较复合模复杂。通过对上述三种方案的分析比较，该零件的冲压生产采纳方案二的复合模为佳。2.2.2必要的工艺计算（1）排样设计 设计复合模时，第一要设计条料排样图。该零件的形状为矩形，形状比较简单，采纳只排的排样方案

23、既能够提高材料的利用率、减少废料。查表取得搭边值为1.8mm和2.0mm。计算条料宽度：B=50mm+21.8mm=53.6mm步距：S=35mm+2mm=37mm材料利用率的计算： 图2-2依照一样的市场供给情形，原材料选用1000mm2000mm1.5mm的冷轧薄钢板，每块可剪成54mm1000mm规格的条料37条。计算冲压件毛坯的面积：A=5035=1750mm一个步距的材料利用率：=100% =（11750）/（37）100% =88%（2）计算凸凹模尺寸查表得间隙值Zmin= Zmax=表较大间隙的冲裁模具初始双面间隙材料厚度t/mm08、10、35、09Mn2、Q235ZminZm

24、ax小于极小间隙1）冲孔4-3.5mm凸凹模刃口尺寸的计算。由于制件结构简单、精度要求不高，因此采纳凸模和凹模分开加工的方式制作凸凹模，其凸凹模刃口尺寸计算如下：查表得凸凹模制造公差：凸= 凹=表简单形状冲裁件冲裁时的凸、凹值 （单位：mm）基本尺寸凸模公差凸凹模公差凹181830308080120校核： Zmax-Zmin=而凸+凹=+= 知足Zmax-Zmin凸+凹的条件查表得：IT14级的磨损系数x=按式（） d凸=（dmin+x）d凸=（+）=3.60mmd凹=(d凸+Zmin) =+）=3.732mm2）128矩形孔的凸凹模刃口尺寸计算。由于制件结构简单、精度要求不高，因此采纳凸模和

25、凹模分开加工的方式制作凸凹模，其凸凹模刃口尺寸计算如下：查表得凸凹模制造公差： 凸= 凹=校核：Zmax-Zmin=而凸+凹=+=知足Zmax-Zmin凸+凹的条件查表得： IT14级的磨损系数x=按式计算：d凸=（12+）= d凹=（d凸+Zmin）=（+）= d凸=（8+）= d凹=（d凸+Zmin）=（+）=3）5035落料部份的凸凹模刃口尺寸计算。由于该部份结构简单、精度要求不高，故采纳别离制造法制作凸凹模，其凸凹模刃口尺寸计算如下：查表得凸凹模制造公差凸= 凹=+校核：Zmax-Zmin=而凸+凹=+=知足Zmax-Zmin凸+凹的条件查表得：IT14级的磨损系数x=按式（）计算：D

26、凹=（Dmax-x） D凸=（D凹-Zmin） D凹=（）= D凸=（）= D凹=（）= D凸=（）= D凹=（）= D凸=（）=4）冲压力的计算：落料力：F落=Ltb L=（50-22）2+（35-22）2+22 = F落=450=冲孔力：F孔= Ltb L=122+82+4= F孔=450=冲孔时的推件力 F推=nK推F孔取直筒形刃口的凹模刃口形式 由表查得 h=6mm那么n=h/t=6mm/=4个查表得 K推= F推=nK推F孔=4=落料时的卸料力 F卸=K卸F落查表取K卸=表卸料力、推件力、顶件力系数料厚/mmK卸K推K顶钢纯铜、黄铜铝、铝合金故 F卸=K卸F落=总冲压力为： F总=F

27、落+F孔+F推+F卸 =+=为了保证冲压力足够，一样冲裁时压力机吨位应比计算的冲压力大30%，F总=F总=5）压力中心的计算。由于该零件上、下、左、右对称，故压力中心确实是零件的中心。 3模具的结构设计.模具整体设计依照上述分析，本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，且孔边距较大，可采纳倒装复合模具，可直接利用压力机的打杆装置进行推件、卸料靠得住、便于操作，工件留在落料凹模空洞中，应在凹模孔设置推件块。卡于凹模上的废料可由卸料板推出，而冲孔废料那么能够在下模座中开设通槽，使废料从空洞中落下，由于在该模具中压料是由落料凸模与卸料板一路配合工作来实现的，因此卸料板还应具有压料的作用，应选用弹性卸料板

28、来卸下条料废料。因为是大量量生产，采纳手动送料方式，从前向后送料，因该零件采纳的是倒装复合模，因此直接用挡料销和导料销即可。为确保零件的质量及稳固性，选用导柱、导套导向。由于该零件导向尺寸较小，且精度要求不是太高。因此宜采纳后侧导柱模架。模具要紧零部件的结构设计3.2.1凸模、凹模、凸凹模的结构设计，包括以下几方面：1）落料凸、凹模的结构设计 在落料凹模内部，由于要设置推件块，因此凹模刃口应采纳直筒形刃口，并查表取得刃口高度h=6mm。该凹模的结构简单，宜采纳整体式 查表得k= 既：凹模高度H=kb=50mm=20mm凹模壁厚C=20mm=30mm凹模的外形尺寸的确信：凹模外形长度L=(50+

29、230)mm=110mm 凹模外形宽度B=（35+230）mm=95mm凹模整体尺寸标准化： 取为 130mm100mm30mm2）冲孔凸模设计 为了增加凸模的强度与刚度，凸模应做成台阶式凸模。如以下图所示。因此选用a形圆凸模，凸模固定板厚度取凹模厚度的倍，故取凸模固定板厚度为16mm。凸模长度依照结构上的需要来确信： L=h凸模固定板+h落料凹模=（16+20）mm=36mm凸模强度校核：经查有关文献得Q235板料的抗剪强度为 =425Mpa，凸模材料选用合金工具钢（淬火），其直径为d=。凸模材料的许用压应力【y】=1800Mpa依照公式（）dmin得： =1.42mm 因为 d= 既 d

30、故设计合理由于此凸模长度较短，无需对此凸模进行弯曲应力校核，强度足够，冲裁时凸模进入凹模刃口1mm。 图3-1冲小孔凸模3）冲孔128凸模设计 图3-2异形凸模由于此凸模为异形凸模，为使凸模加工方便，将此凸模做成等断面，称为直通式凸模，其固定方式采纳N7/h6铆接固定。凸模固定板厚度取16mm，凸模长度依照结构上的需要来确信： L=h凸模固定板+h落料凹模=（16+20）mm=36mm由于此凸模直径较大，且长度较短，刚度和强度足够，因此无需对其进行强度校核。冲裁时凸模进入凹模刃口1mm。4）凸凹模的结构设计 本模具为复合冲裁模，除冲孔凸模和落料凹模外，还有一个凸凹模。依照整体模具的结构设计需要，凸凹模的结构简图应如以下图所示。确信凸凹模安排在模架上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。校核凸凹模的强度：查表得凸凹模的最小壁厚为-4.0mm，而实际最小壁厚为5mm，故符合强度要求。凸凹模的刃口尺寸按落料凹模尺寸配制，并保证双面间隙为-0.120mm。凸凹模上孔中心与边缘距离尺寸5mm的公差，应比零件所标注的精度高3-4级，既为（5）mm。 图3-3凸凹模3.2.2卸料弹簧的设计 依照模具结构初选4根弹簧，每根弹簧的预压力为：FoF卸/n=（1