冲压工艺设计指导(详细版)

第11章冲压工艺设计教学要求:■了解冲压工艺设计的内容■掌握冲压工艺设计的方法和步骤冲压工艺设计冲压工艺设计也称为冲压工艺过程设计。冲压工艺过程是指冲压件加工时各加工工序(包括冲压产品所用到的冲压加工基本工序及准备工序、辅助工序和后续工序)的总和以及这些工序的先后次序排列与协调组合。冲压工艺过程设计的宗旨是必须保证产品质量和生产率、必须考虑经济效益和操作的方便及安全，全面兼顾生产组织各方面的合理性与可行性，还必须充分重视环保以及可持续发展等多方面问题。1．冲压工艺设计的内容和程序（1）原始资料准备在接到冲压件的生产任务之后，首先需要熟悉原始资料，透彻地了解产品的各种要求，为此后的冲压工艺设计掌握充分的依据。原始资料的内容包括：①生产任务书或产品图及其技术条件。②原材料情况：板材的尺寸规格、牌号及其力学性能和冲压性能；③生产纲领或生产批量；④生产单位可选用的冲压设备的类型、型号、技术参数及使用说明书；⑤生产单位或协作单位模具加工、装配的能力与技术水平；⑥各种技术标准和技术资料。（2）设计的主要内容和步骤各项设计内容常常互相联系制约，因而各设计步骤应前后兼顾和呼应，有时要互相穿插进行。①冲压件的工艺性分析工艺性分析就是对产品的冲压加工方案进行技术和经济上的可行性论证，确定该产品冲压工艺性的好坏。由产品图对冲压件的形状、尺寸、精度要求、材料性能进行分析，看其是否适合采用冲压的方法进行加工。(图纸上没有标注公差的，为自由公差，按IT12~IT14，查公差表）首先判断该产品需要哪几道冲压工序，各道中间半成品的形状和尺寸由哪道工序完成，各个工序冲压工艺性要逐个分析，然后判定该冲压件加工的难易程度，确定是否需要采取特殊工艺措施。凡冲压工艺性不好的，可会同产品设计人员，在保证产品使用要求的前提下，对冲压件的形状、尺寸、精度要求及原材料作必要的修改。②确定最佳工艺方案在产品工艺性分析的基础上，结合工艺计算，提出各种可能的工艺方案并经分析、比较、论证，最终确定最佳工艺方案。（要从技术上、经济上以及其他方面进行论证）③选定模具结构类型按工艺方案，确定各道工序的模具类型（如单工序模、复合模、级进模）及模具总体结构（如正装还是倒装、送料方向、导向方式、定位方式、卸料和出件方式等），绘出其结构草图并初步确定其总体尺寸。有时还要计算冲模的压力中心等（圆形和对称的制件压力中心就在其几何中心，可以不计算，其他形状的制件都要计算压力中心；级进模一定要计算压力中心。压力中心位置计算出来后要保证模具的压力中心与模柄中心线和滑块中心线重合）。确定模具类型的一般原则：如果冲压件的生产批量很小，可以考虑单工序的简单模具（或简易模具），按冲压工序逐步来完成，以简化模具制造、降低冲压件的生产成本。如果生产批量很大，应尽量考虑将几道工序组合在一起的工序集中的方案以提高生产效率，可采用一副模具完成多道冲压工序的复合模或级进模。对于一些不便拿取的小冲压件，为方便送料和操作安全，批量小时也可采用工序集中的复合模或级进模；对于大型冲压件，考虑到工序间的传递不便和采用单工序模有可能使模具费用增加等因素，批量小时也可采用复合模。制件精度要求不高可采用简单模，制件精度要求高时应采用级进模或复合模。④完成工艺计算毛坯尺寸的计算，弯曲件和拉深件要计算毛坯尺寸，落料件要计算条料宽度。排样及材料利用率计算，落料和级进模要设计排样方式，要确定搭边值和送料步距；还要计算材料利用率。冲压所需的力、功计算，包括完成冲压变形所需的力及各种工艺力（工艺力应根据具体的模具结构进行计算）；有时还要进行变形功的计算和电机功率校核。各工序半成品件尺寸计算，例如多次拉深要计算每次拉深后的半成品尺寸。凸、凹模工作部分尺寸计算等等。⑤合理选用冲压设备根据工艺计算结果（冲压力、功）和模具空间尺寸（封闭高度及外形尺寸）的估算值等，结合本单位的现有设备条件合理选择各道冲压工序的设备。选择冲压设备的依据：公称压力、压力行程曲线、电机功率等闭合高度及其调节量滑块行程工作台面尺寸其它参数如模柄孔尺寸、垫板厚度等（3）编写工艺文件和设计计算说明书工艺文件指工艺过程卡（简称工艺卡）之类。冲压工艺文件一般以工艺卡的形式表示，它综合地表达了冲压工艺设计的具体内容，包括工序序号、工序名称或工序说明、加工工序简图（半成品形状和尺寸）、模具的结构形式种类、选定的冲压设备规格型号、工序检验要求、工时定额、板料的规格以及毛坯的形状尺寸等等。将上述内容以表格的形式表示，便称作工艺卡，工艺卡是组织文明生产的主要依据。设计计算说明书是制定工艺卡的依据。设计计算说明书应简明全面地纪录各工序设计的概况；冲压工艺性分析及结论；工艺方案的分析比较和确认的最佳方案；各项工艺计算的结果，如毛坯尺寸、排样、冲压次数、半成品尺寸、工序的冲压力和功等，模具类型和设备选择的依据与结论；必要时，说明书中可用插图方式达意。工艺卡和设计计算说明书都是重要的技术文件。2．工艺方案的确定工艺方案确定是在冲压件工艺性分析之后应进行的重要设计环节。这一设计环节需要作以下几步工作。（1）列出冲压所需的全部单工序根据产品图结合工艺计算，提出冲压该产品所需的所有基本工序。除了基本的成形工序外，有时还要根据产品的具体要求，增加一些附加工序，如：平面度要求较高的工件，应增加一道校平工序。弯曲件的弯曲半径小于允许值时，则在弯曲后应增加一道整形工序。当拉深件圆角半径较小或尺寸精度要求较高时，则需在拉深后增加一道或多道整形工序。当工件的断面质量和尺寸精度要求较高时，可以考虑在冲裁工序后再增加整修工序或者直接采用精密冲裁工序。当工件的变形次数较多时，要考虑增加中间退火工序以消除加工硬化，恢复材料的塑性，以利后续的成形。当工件对毛刺大小有要求时，要考虑增加去毛刺工序。（2）冲压顺序的初步安排对于所列的各道加工工序，还要根据其变形性质、质量要求、操作方便等因素，对工序的先后顺序作出安排。安排工序先后顺序的一般原则：对于带孔或有缺口的冲裁件，如果选用单工序模，一般先落料，再冲孔或冲缺口。若用级进模，则落料排在最后工序。对于带孔的弯曲件，其冲孔工序的安排，应参照弯曲件的工艺性分析进行。多角弯曲件，有多道弯曲工序，应从材料变形影响和弯曲时材料窜移趋势两方面考虑安排先后弯曲的顺序。一般先弯外角，后弯内角。对于带孔的拉深件，一般是先拉深后冲孔，但当孔的位置在工件底部，孔径较小且孔径尺寸精度要求不高时，也可先冲孔后拉深。若孔的位置在凸缘处，则一定要先拉深后冲孔。对于形状复杂的拉深件，为便于材料的变形流动，应先成形内部形状，再拉深外部形状。附加的整形工序、校平工序，应安排在基本成形工序之后。（3）工序的组合对于多工序加工的冲压件，还要根据生产批量、尺寸大小、精度要求以及模具制造水平、设备能力等多种因素，将已经初步依序而排的单工序予以必要的组合（包括复合）。组合时，有时可能对原顺序作个别调整。一般而言，厚料、低精度、小批量、大尺寸的产品宜用简单模单工序生产；薄料、小尺寸、大批量的产品宜用级进模连续生产；形位精度高的产品应用复合模加工。对于某些特殊的或组合式的冲压件，除冲压加工外，还有其它辅助加工，如钻孔、车削、焊接、铆合、去毛刺、清理、表面处理等。对这些辅助工序，可根据具体的需要，穿插安排在冲压工序之前、之间或之后进行。经过工序的顺序安排和组合，就形成为工艺方案。可行的工艺方案可能有几个，必须从中选择最佳方案。（4）最佳工艺方案的确定技术上可行的各种工艺方案总有各自的优缺点，应综合考虑各方面的因素从中确定一个最佳方案。确定最佳方案应考虑的因素：能可靠地保证产品质量和产量；使设备利用率最高；使模具成本最低；使人力、材料消耗最少；操作安全方便。不仅要从技术上，而且还要从经济上及其他方面反复分析、比较、论证，才能选出最佳方案作为最终的工艺方案。最终的工艺方案确定后，接下来的工作便是根据具体的工序进行详细的工艺计算。再下一步的工作便是进行模具总体结构设计和模具的零部件设计和计算。3.模具设计模具设计首先是确定模具的总体结构（如正装还是倒装、送料方向、导向方式、定位方式、卸料和出件方式等），然后是对各个部分的具体结构进行设计。导料：采用导料板还是导料销，需不需要侧压装置。条料定距：采用侧刃还是挡料销还是其他方式。工序件定位：采用什么样的定位方式：外形、内形、内孔或是其他方式。卸料方式：刚性卸料还是弹性卸料。出件（料）方式：上出件（料）还是下出件（料），刚性打件（料）还是弹性顶件（料），弹簧顶件（料）还是橡皮顶件（料）。模具导向方式：有无导向、导板还是导柱导套导向、中间导柱还是后侧导柱还是四角导柱、滑动导向还是滚动导向等等。绘制模具总装图。模具零件的选用、设计及计算1.凸模、凹模凸模工作部分形状尺寸按制件图确定，安装固定部分最好为圆形。小型圆形凸模可查标准。凸模长度根据模具总体结构确定。凹模厚度和壁厚根据制件形状尺寸按有关公式计算确定。2.凸、凹模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍。3.模架的选用根据凹模的最大外形尺寸L、B，计算凹模固定板的尺寸，根据它与凹模周界的关系，选用标准上、下模座，然后按此选取标准模架。由凹模的尺寸和标准模座的尺寸，确立其他模具模板的尺寸，厚度一般可取固定板厚度。4.垫板需不需要垫板，要进行强度校核。5.模柄的选用模柄的结构形式可查标准，模柄的尺寸必须与压力机模柄孔相适应。6.导料板尺寸查表。7.卸料板分弹性与刚性两种，可查表确定或按总体结构的需要确定。8.弹性元件的选择可使用弹簧和橡胶，最好使用弹簧。根据卸料力及卸料行程来决定弹簧的外径、长度、弹簧丝的直径以及预压力（弹簧或橡皮的选择一定要通过计算）。9.模具的闭合高度确定以上模板厚度后，便可计算出模具的闭合高度。10.螺钉、销钉的选择根据固定板或凹模的大小，选择上下模板紧固螺钉的尺寸和个数，根据螺钉的大小，确定销钉的大小，销钉只需两个，螺钉和销钉查表选取。根据卸料行程并参考凸模长度，确定卸料螺钉的长度，查表选取卸料螺钉。11.导柱、导套的选择确定导柱、导套的结构形式，根据标准模架上的导柱孔、导套孔来确定导柱和导套的安装尺寸，根据闭合高度，来确定导柱的长度。12.压力机校核①闭合高度Hmin-H１＋10≤H≤Hmax-H１－5②工作台面尺寸工作台面尺寸一般应大于模具底座50～70mm③工作台中心孔尺寸应满足工艺要求。④滑块行程滑块行程应保证方便地放入毛坯和取出零件。冲裁模一般不需要校核滑块行程；主要是拉深模和弯曲模需要校核：大于两倍工件高度。有些模具导柱、导套不能脱离接触，则滑块行程不能过大。绘制模具图应注意的事项1.图纸应遵守机械制图国家标准：1）图幅大小应按标准，并画上边框。2）视图布排、投影关系应符合机械制图标准。3）尺寸、公差、形位公差、粗糙度的标注应符合机械制图国家标准。4）装配图中零件序号的排列应符合机械制图标准。5）标题栏、明细表应符合机械制图国家标准。6）数字、文字、符号应采用长形仿宋体。2.绘制模具图纸的基本要领和注意事项：1）装配图绘制装配图的目的：反映模具的工作原理、装配关系及各种零件的数量。对于简单模具，通常用一个主视图和一个俯视图表达即可。复杂模具可增加视图。绘制主视图应选择模具工作时运行到下死点的位置。主视图一般采用全剖（少数简单对称的模具也有用半剖的），尽量将模具中的零件都剖切到（至少主要零件要剖切到），对于少数未剖切到的部位也允许画出。剖视图中实心件（如凸模等）不画剖面线，空心件（如凹模等）要画剖面线。相同零件可只剖一个。主视图中板料（或毛坯）、制件、冲孔废料等要涂黑。绘制俯视图时要拿掉上模画下模。俯视图中要将条料及其定位方式用假想线（双点划线）画出。装配图中一般只标注模具的封闭高度和长、宽尺寸，其他尺寸（包括配合尺寸）不必标出。装配图的右上角要画出本工序的制件图和毛坯图并标注尺寸，落料工序和级进模都要画出排样图并标注步距及料宽。装配图的右下角画标题栏和明细表。标题栏中要注明该模具的名称如：XXXX落料模、XXXX弯曲模、XXXX落料拉深模等。明细表中的序号要从下往上排。明细表的内容一般有：序号、名称、数量