TXZV型杆座安装架的冲压工艺分析及模具设计.docx

1、TXZV型杆座安装架的冲压工艺分析及模具设计第一章 绪论一、冲压概念、特点和应用把磨具装在冲压设备上面对材料进行施压就是冲压，让材料出现分离形变或塑性变形，然后我们可以获得需要的零件的压力加工方法。冲压这种方式一般情况下是需要常温状态针对材料冷变形的加工，板料是大多数用来加工成零件的材料，这样就俗称板冲压。压力加工或塑性加工的其实一种方法就是冲压。 冲压中用到的模具是冲模。冲模简单的说就是让材料批量加工为我们需要的冲件的一种工具。在冲压里冲模是很重要的，如果在生产中没有符合加工要求的冲模，生产就特别难进行；若没有比较先进的冲模，先进的冲压工艺也是实现不了的。构成冲压加工的三要素的是冲压工艺与模

2、具与冲压设备还有冲压材料，只有相互结合起来才能生产出冲压件。 冲压加工如果和其他的加工方法比较的话，都有很多的特点，技术方面和经济方面都是这样的。(1) 冲压加工效率是很高的，有很方便的操作，机械化与自动化的实现相对较容易。因为冲压需要依靠冲模和冲压设备来加工成功，一般压力机它行程次数能达到每分几十次，高速压力达到每分数百次还有的千次以上。 （2）冲压的时候，模具保证冲压件的尺寸还有形状的精度，一般情况下是不会破坏冲压件表面的质量,且模具的使用寿命长,导致冲压质量较稳定,互换性好,“一模一样”的特征。（3）尺寸范围较大、形状较复杂的零件，可以用冲压来加工。像钟表的秒表，汽车纵梁等，在冲压的时候

3、材料的刚度、冲压的强度、冷变形硬化效应，都比较高。（4）冲压一般材料的消耗较少，不用加热设备，省料节能成本较低。但冲压加工使用模具一般具有专用性，所以一般在冲压件大批量生产的情况下，冲压加工优点才能体现，可以获得较高的经济效益。 冲压现代在大批量工业生产中应用的广泛。很多工业部门中用冲压法加工产品零部件越来越多了。二、冲压的基本工序及模具 冲压加工的零件种类繁多，形状、尺寸和精度各不相同，在生产中冲压工艺方法很不同。大概分作分离工序和成形工序； 1、分离工序：使坯料沿一定的轮廓线分离得到一定形状、尺寸和断面质量； 2、成形工序：使坯料不破裂的条件下出现塑性变形来得到一定形状和尺寸的冲压件。 又

4、可以按变形方式不同分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种工序，这四中工序中每一种还含有多种单一工序。 在生产中，如果冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，如果用分散的单一工序，不经济甚至难于达到要求。这时把多种单一工序集中在一副模具内完成叫做组合的方法不同，可以分为三种组合方式。 1、复合冲压：压力机工作行程中，在模具相同工位上同时完成两种以上（含两种）不同单一工序的一种组合方式。 2、级进冲压：压力机工作行程中，按一定顺序在同一模具的不同工位上两种以上（含两种）不同单一工序的一种组合方式。 3、复合-级进：包含级进和复合两种方式的组合工序在一副冲模上。 冲模结构类型有很多。为冲裁模、弯曲模

5、、拉深模和成形模等，这是按工序性质分的。还可分为单工序模、复合模和级进模等，这是按工序的组合方式分的。但任何类型的冲模，都可看成上模和下模两部分组成，上固定在垫板和压力机工作台上是上模，是冲模的固定部分。加工时，坯料定位是在下模面上通过定位零件，压力机滑块带动上模下压，使坯料便产生分离或塑性变形在模具工作零件的作用下，加工成所需形状与尺寸的冲件。模具的卸料与出件装置在上模回升时，将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，为下一次冲压循环作准备。三、压技术的现状及展方向 随着世界的高速发展，很多新技术都不断持续的出现，这就促进了冲压技术不断创新。有几个主要表现和发展方向1、冲压成形理论及冲压工艺

6、冲压成形理论的研究是冲压技术改进的基础。目前，对冲压模具理论的研究，在材料性能研究、应力和应变分析的冲压规律、板材成形工艺研究的形变以及钢坯和模具的相互作用等方面取得了较大的进展。尤其是计算机技术的快速发展和进一步完善的塑性变形理论,使用国内外近年来,塑性成形过程的计算机仿真技术,利用有限元法(FEM)和价值分析方法来模拟金属塑性成形过程,根据分析结果,设计师可以预测成形过程的可行性和可能的质量问题,并通过在电脑上修改相关参数,可实现优化工艺和模具设计。这样既节省了昂贵的测试，又节省了制模具周期。研究推广可以提高生产率和产品质量，降低成本，扩大各种新技术的应用范围，冲压工艺也是冲压技术的发展方

7、向之一。目前国内外均已推出精密冲压工艺、软模成型工艺、高能模具多点成形技术，如高速成形工艺和精密冲压工艺，为新、高效、经济的发展。其中,精密冲裁是一种有效的方法来提高冲裁件的质量,它扩大了冲压加工范围,目前精冲加工零件的厚度可达25毫米,精度可以达到IT16年级 17;使用液体、橡胶、聚氨酯、等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺,可以用普通的加工方法难以加工的材料和复杂形状零件,具体生产条件有明显的经济效果；爆炸节能,如成形方法对于处理复杂的在所有大小,形状,体积小,高强度,高精度钣金零件,具有非常重要的现实意义;使用超级成型金属超塑性材料,可以使用,而不是形成多道常见的冲压工艺,加工复杂形状和大

8、型板料冲压有突出优势;无模多点成形过程是高度可调的穿孔组,而不是传统的模具对板料表面形成一种先进的技术,我们的国家有独立设计和制造多点成形设备的国际领先水平,解决多点冲压成型方法,可以改变变形路径和应力状态,提高材料的成形极限,同时使用反复成形技术可以消除残余应力的材料,形成实现回弹。非模块化多点成形系统是以CAD / CAM / CAE技术为基础，能够快速、经济地实现三维表面的自动成形。2、模具生产的基本条件的实现。在模具设计和制造,目前正在开发对以下两个方面:一方面,为了适应高速、自动、精确、安全、等大量的现代化生产的需要,冲孔模和寿命是效率高、精度高、高转移、多功能方向发展,相比之下,以

9、适应新的模具材料及热处理技术,各种效率高、精度、数控自动模机和测试设备和模具CAD / CAM技术在快速发展,升级,另一方面,为了适应产品和产品试制和小批量生产的需要,锌基合金模具、聚氨酯橡胶冲模、模具板和钢带,如简单组合模模具和制造技术发展迅速。 精密、高效多功能、多功能级和大型复杂汽车套，是现代模具冲压的技术水平。目前,50多个位置精密级进模距离可达2微米,多功能,不仅可以完成整个冲压级进模的过程,还可以完成焊接,装配过程,等。中国已经达到国际水平可以设计和生产精密 2 5微米,从2 3微米的精度、全寿命超过1亿次。我国主要汽车模具企业,已经能够生产成套汽车模具、设计和制造的方法和手段已基

10、本达到了国际水平,但在制造方法方面已基本达到了国际水平,模具结构和功能已接近国际水平,但在制造质量、精度、制造周期和成本,与国外相比有一定的差距。 模具制造技术的现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术不断融合，跨越传统制造技术，形成现代模具制造技术。高速铣削加工、电火花铣削、钢丝切割、精密磨削和抛光技术，数控测量代表现代模具制造技术水平。高速铣削不仅具有较高的处理速度和良好的加工精度和表面质量(主轴转速通常是15000 40000 r / min),加工精度一般可达10微米,最好的表面粗糙度Ra 1微米或更少),并与传统的切削与低温(工件只有3度),切削力很小,

11、可以处理和热敏感材料和零件刚性较差,选择合理的刀具和切削参数也可以是硬质材料(60 HRC)加工;电火花铣削加工(也称为电火花创成)是一种高速旋转的简单的管状电极对3 d或2 d轮廓加工(如数控铣),因此不再需要昂贵的电极形状,如日本的三菱公司EDSCAN8E edm铣床,配备自动电极损耗补偿系统、CAD / CAM集成系统,在线自动测量系统和动态仿真系统,反映了当前电火花机床技术水平;电火花线切割技术发展水平高,功能完善,自动化的程度已达到的程度无人值守操作,目前,切削速度达到300毫米/分钟,+ / - 1.5微米的加工精度,表面粗糙度的Ra = 1 0.2微米;精密磨削和抛光已经开始使用

12、数控成形磨床,数控光学曲线磨床,数控坐标磨床连续路径和自动抛光等先进的设备和技术,模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在的三坐标测量机除了复杂曲面的高精度测量数据,其良好的温度补偿装置,可靠的防震的保护能力,严格的粉尘控制措施和简单的操作步骤,使自动化测试成为可能。此外，激光快速成型技术(RPMS)和树脂浇注技术已成功应用于快速经济建模技术。通过快速成型的RPMS，可以快速地制造陶瓷压铸、电弧涂料、消失模、熔融模具等技术。如清华大学开发的“M - rpm -型多功能快速原型系统”是我国自主知识产权的世界只有两种快速成型技术(分层实体制造导弹和熔融挤压成形MEM)系统,它是基于模块化技

13、术集成的概念和设计和制造,具有良好的性能价格比。Faw模具制造公司在CAD / CAM加工过程中，在使用瑞士ciba精加工高强度树脂铸件的基础上，在国内汽车制造中采用树脂铸造，为小批量生产开辟了一条新的道路。3、冲压设备和冲压生产自动化方面冲压模具的良好性能是提高冲压生产设备技术水平的基本条件，高精度、高寿命、冲压模具的高效率，符合高精度、高自动化冲压设备的要求。为了满足高速生产的需要大量,冲压设备也由单纯形,单一功能,低速多工位压力机,多功能,高数控发展的速度和方向,结合机械,甚至使用机器人,冲压生产效率得到大大提高,各种冲压自动线和高速自动按已投入使用。数控折弯机及周边地区进入金属板空白,

14、控制在一个计算机程序可以完成四边形弯曲,从而大大提高精度和生产率;在高速自动冲压按定子转子冲,一分钟可以冲几百块,并且可以自动躺在,转子铁芯,生产效率是几次高于普通出版社,材料利用率高达97%;250 kn的公称压力是每分钟超过2000次。多功能媒体而言,日本田公司生产2000 kn冲压中心采用数控控制,只是5分钟时间可以自动完成,加油,并调整模具的工艺参数等工作;在美国惠特尼公司生产的数控钣金加工中心,同时,加工冲压件的数量对普通新闻4 10倍,冲孔,落料、弯曲和绘图操作。 近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的需求越来越高，更换周期也大大缩短。为了适应这种新的需求，冲压生产已经开发出

15、适合不同批次生产的各种技术、设备和模具。没有特殊的模具设计，先进的转塔数控传动机，激光切割和成型，通用数控折弯机等新设备已投入使用。特别是近年来在国外的发展，国内也开始使用冲压柔性制造单元(FMC)和柔性制造系统(FMS)，代表着新发展趋势的冲压生产。FMS系统以数控冲孔设备为主体，包括钣金、模具、冲压件分类贮存系统、自动进料和排放系统，生产过程由计算机控制，控制生产车间24小时。同时，根据不同的应用要求，可以完成各种冲压工艺、焊接、组装工艺，甚至更换新产品方便快捷，冲压精度高。4、冲压标准化及专业化生产方面模具工业中模具的标准化和专业化得到了广泛的重视。由于冲压是一个小批量生产，冲压件具有一

16、定的复杂性和精度，并且具有一定的结构典型性。因此，只有实现模具的标准化，才能使模具和冲压件生产实现专业化和商业化，从而降低模具成本，提高模具质量，缩短生产周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产水平已达70% 80%，模具工厂的工作部分需要设计和制造，大部分模具零件是从标准零件厂购买的，使生产效率显著提高。模具工厂专业学位并不是常规的越来越高,分工越来越细,如有模架厂、柱塞、植物、热处理、等,甚至一些模具工厂专业制造某些产品只有冲裁模、弯曲模,这样更有利于提高制造业和缩短生产周期。近年来，我国的模具标准化和专业化生产也取得了很大的发展，除了在标准零部件外，专业厂家也有了更多的提高，标准品种也

17、有了扩展，精度也得到了提高。总体情况，但也要满足模具工业发展的要求，主要表现在标准化程度不高(一般低于40%)、标准品种少、规格不规范，大多数标准零件制造商没有形成规模化生产、标准质量和有更多问题。此外，标准部件的销售、供应和服务仍有待改进。四、内容和要求 1完成冲压件的设计和模具设计和模具设计，包括:绘制冲压模具组装图，编写设计规范。 2设计应注意贯切保证产品的质量，节约原材料，降低成本，提高劳动生产率和减轻劳动强度的原则。 3制图要求：符合国家标准，图面应整洁美观，布局合理，说明书力求系统性，文字简洁，图文并茂，首页应列出全文目录，最后列出参考目录，各数据的选用说明书出处。五、设计步骤 根

18、据冲压件的材料，板厚，尺寸精度，形状，技术要求，生产批量等方面，分析实现冲压生产的可能性及难易程度。（1）工艺计算A）排样图的确定：排样方式、搭边值、材料利用率、条料宽度。B）压力计算：冲裁力、卸料力、顶件力、总压力、压力中心、对于连续模定距方式的选择、工步数量、各工步数量位置的确定、步距的计算、工步图的绘制。（2）冲压基本结构、工作部分及零件设计复合模具,模具周边厚度计算,确定凹模形成边缘,凹模,冲孔,凹凸模切边缘尺寸计算,凹模,冲孔,凹凸模固定方式,卸料装置、卸料装置、冲孔废料,放电方式,发送的材料设计和定位方法,卸载弹性计算。连续模具、模具、模具孔布置(根据工作步骤图)、模板、冲模切边尺

19、寸计算、冲压固定方式的确定、沉降装置、卸料装置的设计、卸料的计算。六、冲模设计要点模具结构的确定:要正确选择模具的结构，必须根据冲压件的形状、尺寸、精度要求，在满足材料要求的前提下，尽量减少冲压件的生产成本。要确定模具的结构，必须解决以下问题:a模具类型决定:简单模具，舞台模具，复合模具。b操作模式决定:手动操作，自动操作，半自动操作。c决定进料和入射材料的方法:以原材料的形式进行合理喂养的方法。d拆卸和组织部件的方法:根据原材料的位置。e压力和放电法的测定:压力或非压材料，弹性或刚性放电。模具值得注意的地方 根据冲压件的精度确定合理的模具加工精度，选取合理的导向方式或模具固定方式等。其他值得

20、注意的地方 在设计冲压模时必须对其维护性能，操作方便，安全性等方便予以充分的注意。例如：根据冲压件的精度，确定模具的精度，选择合理的引导方式或模具的固定模态。其他值得注意的领域是保持性能、操作方便、安全等。如:a) 模具结构应保证磨损后修模方便，尽量做到不拆卸可修复的工作零件，影响修模而必须去掉的零件（模柄等），可做成易拆卸的结构等。b) 冲模的工作零件较多，而且使用寿命相差较大时，应将易损坏几易磨损的工作零件做成快换结构的形式，而且应尽量做到可以分制调整和补偿易磨损件的尺寸。c) 需要经常修模和调整的部分应尽量放在模具的下部。d) 质量较大的模具应有方便的重孔和钩环等。e) 模具的结构应保证

21、操作者的手不必进入危险区，而且各活动零件（如卸料 板等）的结构尺寸，在其运动范围不致压伤操作的手指等。 第二章 冲压模具工艺分析计算与模具设计2.1 TX-Z-V型杆座安装架的冲压工艺分析与计算2.1.1 工件图及技术要求制件内型主要尺寸9.5+0.050 mm为IT10级，2-3.5 +0.120 mm为IT12级，外型主要尺寸2-3.5孔，其圆心线200.06 mm为IT11级，料厚=0.5mm，制件的刚度和强度较高，适合普通冲压工件材料： H62 料厚：0.5mm2.1.2 冲压工件的工艺分析 该工件具有冲孔、落料 、拉深、切边四道工序，其中冲孔和落料属于分离 工序，拉深为变形工序，此工

22、件为典型的圆筒拉深件，结构比较简单，但有别于一般圆筒拉深件，一般圆筒拉深件的凸缘是圆形的，而这里的凸缘是不规则图形，所以计算稍微复杂一些。在尺寸方面，两冲孔23.5 +0.120 mm和拉深部分外圆9.5+0.050 mm有较高的尺寸精度，且拉深部分外圆9.5+0.050 mm与底部7.5mm有较高的相对位置精度。此工件的工件材料为H62，指黄铜62，它具有高塑性，足够的强度和耐腐蚀性，拉深性好，故这里完全适合做冲压版料的材料。工件有冲压、落下、拉伸和切割的过程过程、深部变形过程，工件是典型的圆柱形深拉件，结构简单，但不同于一般的圆柱形深拉件，一般圆柱深拉部分的法兰是圆的，法兰是不规则的图形，

23、所以稍微复杂一点。就规模而言,两个冲压2 x3.5 + 0.120 + 0.120毫米深,特别是圆0.050毫米大小的精度高,和拉深的底部是圆的9.5 +0.050毫米和0.050毫米的相对位置精度高。工件的工件H62，指的是黄铜62，具有高塑性，足够的强度和耐蚀性，良好的深拉伸，所以这里是完全合适的材料冲压版材料。2.1.3 工艺方案的分析和确定外壳的形装表明它为拉深件，所以拉深为基本工序。凸缘上两个小孔和底部一个孔由冲孔工序完成。因两个小孔有200.06的尺寸要求，所以我初步将工序顺序安排为落料、拉深、冲孔、切边。接下来就是根据工序组合确定模具的类型，首先模具有单工序模，复合模，级进模三种

24、大的分类，单工序模是在压力机的一次行程中，在一个工位只完成一个冲压工序的模具；复合模是在压力机一次行程中，在只有一个工位，并在同一个工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具；级进模也称连续模。它是指在压力机一次行程中，在毛坯的送进送进方向上，具有两个或更多的工位，在不同的工位上逐次完成不同的冲压工序，往往在最后一工位上冲工件的模具。单工序模一次只能完成一种工序，适用于中小批量生产，生产效率低。复合模可以完成数道工序，结构紧凑，生产效率高，适合大批量生产，特别是孔与制件外形的同心度容易保证。本工件为薄料，小尺寸和形位精度要求高（薄料件与拉深件在生产时要求较高的同轴度）级进模在压力机一次行程中完

25、成多个工序。它具有操作安全的显著特点，模具强度较高，寿命长，便于自动化。但形位精度没有复合模的高，但结构复杂。所以经过多方论证，决定用3副模具来完成此工件的加工。第一副模具是落料和首次拉深复合模；第二副模具是第二次拉深单工序模；第三副是冲孔和切边复合模。拉深件的毛坯尺寸及拉深次数，应该通过计算确定。2.1.3.1 毛坯直径D的计算（1）判断此制件的凸缘类型（判断依据：凸缘部分直径与筒身的直径之比在1.11.4范围内为窄凸缘件，在1.4的情况下位宽凸缘件）dt=15mm,d=9.5=0.5=10.00mm,dt/d=15/10=1.51.4,故零件为宽凸缘圆筒形拉深件。查表“有凸缘零件修边余量”

26、得=1.6mm，故实际外径为dt=15+1.6218mm。（2）初算毛坯直径：由带法兰圆形拉深件毛坯直径计算公式初算毛坯直径D为式中：D毛坯直径 dt法兰直径 d筒形直径 R法兰处圆角半径 r筒底处圆角半径 h圆筒形工件高度 (注：这里R=r=0.8)将数据代入上式得 = 26mm考虑到毛坯轮廓的周边应圆滑过渡，不可有尖面或突变，而且R也要适当放大，以便最后修边，取R=3.8。2.1.3.2排样方式冲裁件在板、条料上的布置方式称为排样。排样分为有废料排样、少废料排样和无废料排样。有废料排样：沿冲件全部外形冲裁，冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高

27、，模具寿命也高，但材料利用率较低；少废料排样：沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率稍高，冲模结构简单；无废料排样：冲件与冲件之间或冲件与条料之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量和模具寿命更差一些，但材料排样的合理与否影响到材料的经济利用率，还会影响到模具结构、制件质量、生产率、生产操作方面与安全等。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。2.1.3.3 材料利用率由1查得一个步距内的材料利用率为 = nA/Bh采用竖排时：式中

28、 A冲裁件面积 A735（包括冲出的小孔） n一个步距内冲件数 n=1 B条料宽度 B=37.5mm h进距 h=27mm =735/37.5x 27 =72.59%同理 横排时=735/36X28.4=71.88%因为1,故用B=37mm的剪切条料，采用竖排形式，用定位销定距，两个挡料螺栓定位。2.1.3.4 拉伸次数及计算（1）是否采用压边圈当t/D=0.5/26=1.92，由1表采用或不采用压边圈的判据查得可不用压边圈，但本设计中要用到压边圈推出制件，故采用。（2）确定能否一次拉深成形：按h/d=9.1/10=0.91; dt/d=18/10=1.8; t/D=0.5/26=1.92查1

29、表4-9得h1/d1=0.58，小于零件的h/d=0.91，故零件一次拉不出来。（3）计算拉深次数及各次拉深直径：用逼近法确定第一次拉深直径，以便选取实际拉深系数稍大于极限拉深次数。 查表得首次极限拉深系数m，这个m，在不同的凸缘的相对直径dt/d1的比值为1.1、1.2、1.3、1.4、1.5在不同零件t/D的情况下有不同的m,结果，我们先分别填入下表内。列表如下：相对凸缘直径假定值N=dt/d1毛胚相对厚度t/D()第一次拉深直径d1=dt/N实际拉深系数m1=d1/D极限拉深系数由表4-11得 实际拉深系数与极限拉深系数相差值m1-m11.10.5/26=1.9218/1.1=16.41

30、6.36/26=0.630.510.63-0.51=+0.121.21.9218/1.2=1515/26=0.580.490.58-0.49=+0.091.31.9218/1.3=13.813.85/26=0.530.490.53-0.49=+0.041.41.9218/1.4=12.912.86/26=0.50.470.5-0.47=+0.031.51.9218/1.5=1212/26=0.460.450.46-0.45=+0.011.61.9218/1.6=11.311.25/26=0.430.450.43-0.45=-0.02从填写的表中得出的数据我们可以清楚的看到：实际的拉深系数减极限

31、拉深系数比零略大的实际拉深系数有m1=0.53 、0.5、0.46三个数值。负的意思是代表小于极限拉深系数，当然是不可以的，我们要选的是实际拉深系数必须大于极限拉深系数，而又不可以无限大，必须比零大。查表有凸缘拉深件的以后各次拉深系数mn得m2=0.73。当d1=13.8时，d2= d1m2=13.80.73=10mm;当d1=12.9时，d2= d1m2=12.90.73=9.4mm;当d1=12时，d2= d1m2=120.73=.8.8mm从上述数据可以看出，二次拉深便可完成。因为拉深部分圆的中径为9.5，所以最后一次拉深直径必须等于10。第一次拉深： d1=13.8mm m1=0.53 m1=0.49 第二次拉深： d2=10mm m2=0.73 m2=0.73（4） 计算各工序的圆角半径 根据Rd=0.8,rdn=(0.60.8)rd(n-1)和rp=(0.71)rd关系得各次rd和rp如下：rd1=rp1=1.5mm, rd2=rp2=0.8mm（5）计算第一次拉深高度：从材料第一次拉入凹模材料比最后拉深实际所需材料多3计算