曹正环-冲压工艺学

《冲压工艺学》浅析进入21世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，我国装备制造业在加入WTO以后，逐渐成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应模具制造行业的高精度、短交货期、低成本等迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步。在这种大环境下，我开始接触《冲压工艺学》，开始了我的模具课程学习。以下我将按照我的学习过程进行总结报告。通过学习，我发现模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具，例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工所使用的锻压模具、冷压模具及成型陶瓷、玻璃等制品使用的各种模具。经过课下的学习，我了解到模具作为工业产品生产的工具，是近100—150年形成的概念，它的发展可分为四个阶段：1）手工制造阶段，主要工具为锯、锉、锤和凿；2）机械化、半机械化阶段，车床、刨床成为模具加工的主要设备；3）工业化阶段（上世纪30年代～70年代），研发成功高速工具钢、Cr12、硬质合金、模具钢等模具成型用材料，开始利用电火花加工；4）模具制造阶段（上世纪70年代以后），随着计算机、现代化机床工业的发展，逐步形成以模具标准化为基础的、模具设计与制造一体化的现代模具生产体制，并普及了CAD/CAM/CAE系统。而模具的具体分类如下：序号模具类型范围1冲压模普通冲裁模、级进模、复合模、精冲模、拉深模、弯曲模、成形模、切断模等。2塑料模热塑性塑料注射模、热固性塑料注射模、压塑模、挤塑模、吹塑模、真空吸塑模等。3锻造模热锻模、冷锻模、金属挤压模、切边模、其它锻造模。4铸造模压力铸造模、低压铸造模、失蜡铸造模、翻砂金属模。5粉末冶金模金属粉末冶金模、非金属粉末冶金模。6橡胶膜橡胶注射成型模、橡胶压胶成型模、橡胶挤胶成型模、橡胶浇注成型模、橡胶封装成型模等。7拉丝模热拉丝模冷拉丝模。8无机材料成型模玻璃成型模、陶瓷成型模、水泥成型模等。9模具标准件冷冲模架、塑料模架、顶杆等。10其它模具食品成型模具、包装材料模具、复合材料模具、合成纤维模具等。经过一阶段对基础知识的学习与掌握后，我对模具行业越发感兴趣。特别是参观了模具车间之后对塑料模具设计以及冲压模设计进行了深入的研究。以下我就塑料模具设计以及冲压模具设计两方面进行报告。塑料模具设计步骤塑料模具设计的一般步骤1接受任务书制件的任务书通常由制件设计者提出，其内容如下：1)经过审签的正规制制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度等。2)制件说明书或技术要求。3)生产产量。4)制件样品。通常模具设计任务书由制件工艺员根据成型制件的任务书提出，模具设计人员以成型制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。2收集、分析、消化原始资料1)消化塑料制件图，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求2)消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。3确定成型方法采用直压法、铸压法或是注射法。4选择成型设备根据成型设备的种类来进行模具，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。例如对于注射机来说，在规格方面应当了解以下内容：注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见相关参数。5确定结构方案1)确定模具类型:如压制模（敞开式、半闭合式、闭合式）、铸压模、注射模等。2)确定模具类型的主要结构。图3-8模具结构设计模具结构及模具个别系统的因素很多，很复杂,主要有以下几个方面：型腔布置。根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。确定分型面。分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。确定浇注系统（主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小）和排气系统（排气的方法、排气槽位置、大小）。选择顶出方式（顶杆、顶管、推板、组合式顶出），决定侧凹处理方法、抽芯方式。决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位。根据模具材料、强度计算或者经验数据，确定模具零件厚度及外形尺寸，外形结构及所有连接、定位、导向件位置。确定主要成型零件，结构件的结构形式。考虑模具各部分的强度，计算成型零件工作尺寸。以上这些问题如果解决了，模具的结构形式自然就解决了。这时，就应该着手绘制模具结构草图，为正式绘图作好准备。6绘制模具图1)绘制总装结构图要求按照国家制图标准绘制，但是也要求结合厂家标准和国家未规定的工厂习惯画法并要符合制件图和工艺资料的要求,绘制总装结构图尽量采用1：1的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。模具总装结构图的技术要求：对于模具某些系统的性能要求。例如对顶出系统、滑块抽芯结构的装配要求。对模具装配工艺的要求。例如模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于0.05mm模具上、下面的平行度要求，并指出由装配决定的尺寸和对该尺寸的要求。模具使用，装拆方法。防氧化处理、模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求。有关试模及检验方面的要求。2)绘制全部零件图由模具总装图拆画零件图的顺序应为：先内后外，先复杂后简单，先成型零件，后结构零件。图形要求：一定要按比例画，允许放大或缩小。视图选择合理，投影正确，布置得当。为了使加工专利号易看懂、便于装配，图形尽可能与总装图一致，图形要清晰。(2)标注尺寸要求统一、集中、有序、完整。标注尺寸的顺序为：先标主要零件尺寸和出模斜度，再标注配合尺寸，然后标注全部尺寸。在非主要零件图上先标注配合尺寸，后标注全部尺寸。(3)表面粗糙度。把应用最多的一种粗糙度标于图纸右上角，如标注“其余3.2”，其它粗糙度符号在零件各表面分别标出。(4)其它内容。例如零件名称、模具图号、材料牌号、热处理和硬度要求，表面处理、图形比例、自由尺寸的加工精度、技术说明等都要正确填写。7校对、审图绘制完图纸后应按照《模具设计的自我校对》表中内容对图纸进行校对,校对完成后再送交相关人员审核,图纸会签完成后方可下发车间用于生产。8试模及修模虽然是在选定成型材料、成型设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是人们的认识往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后，进行试模试验，看成型的制件质量如何。发现问题以后，进行排除错误性的修模。9整理资料进行归档把从模具设计开始到模具加工成功，检验合格为止，在此期间所产生的技术资料，例如任务书、制件图、技术说明书、模具总装图、模具零件图、底图、模具设计说明书、检验记录表、试模修模记录等，按规定加以系统整理、装订、编号进行归档。在塑料模具的设计中，顶出系统尤为重要。顶出系统设计顶出系统是注塑模的重要功能结构之一，它由一系列的推出零件和辅助零件组成,可以具有不同的推出动作。顶出系统一般在动模上,通过注塑机的开模动作而将制品推出。在设计顶出机构时,必须根据制品的形状、复杂程度和注塑机的推出结构形式,采用不同的顶出机构。常用的顶出方法有：顶针类、推板类、空气压出类等。顶出系统选用原则:使制品脱模后不致变形，推力分布均匀，推力面尽可能大,并靠近型芯。制品在推出时不致造成碎裂，推力应设在制品能承受较大的力的地方。尽量不损伤制品的外观。推出机构应动作可靠，运动灵活，制造方便，配换容易。1、顶针类最常用的顶出元件，包括圆顶针、带肩顶针、扁顶针、推管。顶针选用的注意事项：防止塑件变形或损坏，正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及其所在部位，有针对性地选择合适的脱模装置，使顶出力施于塑件刚性及强度最大的部位，即尽可能顶在壁边，骨位、柱位下面，作用面积也尽可能大一些（即尽可能选直径大的顶针），以防塑件变形或损坏。图3-14图3-14顶杆脱模结构合理可靠，顶出机构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易且具有足够的强度和刚度。顶针直径在φ2.5以下而且位置足够时要做带肩顶针；推管壁在1mm以下或推管壁径比≤0.1的要做带肩推管，固定部分尽量取大值。顶针的有效配合长度=（2.5~3）D，最小不得小于8mm，我们在制作过程中一般取20-25mm。顶针尽量不要放在镶件拼接处对于10mm以上高的长弧位胶位，建议用扁顶针顶出。其扁身部分越短强度越好，加工也容易，设计规格中要注明圆柱部分长度；对于10mm以上高的管柱位建议用推管顶出。对于有斜顶针的场合，为防止产品跟斜顶滑行，斜顶附近的顶针面要磨“+”槽位2、推板类推板类脱模机构适用于大筒形塑件，薄壁容器及各型罩壳形塑件的脱模。推件板脱模的特点是顶出均匀、力量大、运动平稳、塑件不易变形。（图3-15示）图3-15推板脱模推板类脱模机构设计要点：推板应与型芯呈锥度配合，推板内孔应比型芯成形部分大0.2~0.3，防止两者之间磨伤，卡死等。为提高模具寿命，型芯应氮化处理。复杂推板要设计成能线切割加工。当用推板推出无通孔的大型深腔壳体类塑件时，须在型芯（CORE）增加一个进气装置。（图3-16示）图3-16深腔类制件的脱模强制性推出机构对一些小的倒扣可以用强行推出的办法脱模，此时塑件要产生足够的变形以克服倒扣。这种变形必须不导致产生塑性变形。3、斜顶机构在胶件有侧凹，而又方便斜顶顶出时，须做斜顶顶出。斜顶角度不要大于12度,通常取8度左右,如图3-17示。①斜顶近胶一端，须做大于6mm之配合位，并做一平台面，以避免注塑时斜顶受压而移动。②斜顶顶部需高于胶位0.05-0.10mm，以免顶出时擦伤胶位。③斜顶表面必须氮化，以增强耐磨性。④斜顶底部的销钉和滑套必须淬火（HRC50-52），以免磨损。图3-17斜顶机构在斜顶较长，且单薄，或倾斜角度较大的情况下，通常采用图3-17右图所示缩短斜顶的方法，以提高寿命。冲压模设计冲压是通过模具对板材施加压力或拉力,使板材塑性成形,有时对板材施加剪切力而使板材分离,从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法,由于冲压加工经常在材料冷状态下进行，因此也称冷冲压。冲压加工的原材料一般为板材或带材,故也称为板材冲压。第一节、冲压工艺的分类根据通用的分类方法，冲压工艺可以分成分离工序和成形工序两大类，具体的分类参见表4-1表4-1常用冲压工艺分类工序名称简称特点及应用范围分离工序落料用冲模沿封闭轮廓曲线冲切，冲下部分是零件，用于制造各种形状的平板零件冲孔用冲模按封闭轮廓曲线冲切，冲下部分是废料切边将成形零件的边缘修切整齐或切成一定形状成型工序弯曲把板材沿直线弯成各种形状，可以加工形状极为复杂拉深把板材毛坯成形制成各种空心的零件起伏把板材毛坯或零件的表面上用局部成形的方法制成各种形状的凸起与凹陷校形为了提高已成形零件的尺寸精度或获得较小的圆角半径而采用的成形方法翻边把板材半成品的边缘按曲线或圆弧成形成竖立的边缘其它扭曲、翻孔、拉弯、胀形、扩口、缩口、旋压第二节冲模设计要点氮化销钉一、设计的准备工作在接到冲压件的生产任务之后,首先需要熟悉原始资料,透彻的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。广而言之,原始资料包括以下各项:(1)生产任务书或产品图纸及技术条件(2)原材料情况:材料的尺寸规格、牌号及其冲压性能(3)生产批量(4)可供使用的冲压设备的型号、技术参数及使用说明书，各种技术标准及技术资料（5）模具加工、装配的能力及技术水平二、设计的主要内容和步骤掌握了原始资料以后，冲压工艺设计可按下述内容和步骤进行。需说明的是，各项内容是相互联系、相互制约，因而各设计步骤应前后兼顾和呼应，有时要相互穿插进行。1、冲压件的工艺性分析由产品图纸及技术条件，对冲压件的形状、尺寸、精度要求、材料性能进行分析，判断冲压件在技术和经济上的工艺性的好坏。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、确定最佳工艺方案结合工艺计算，并经分析比较，确定最佳工艺方案。3、完成工艺计算工艺方案确定后，对各道冲压工序进行工艺计算