冷冲模具论文

-1-摘要冷冲模是广泛运用的模具之一，种类包括冲孔模、落料模、弯曲模、拉深模等，近年来冷冲模的应用越来越广泛。冷冲压具有成本低，产品质量稳定，能加工多种性能，状态的零件。同时它的应用和普遍也受到模具寿命和生产安全等方面的制约。通过熟悉各类模具的加工特点及内部结构，完成模具总体结构分析；随后作者进行毛坯尺寸、排样、工序尺寸、冲压压力、压力中心、模具工作部分尺寸等工艺计算，力争以最好的性价比设计了模具各零件的结构及装配关系，在此基础上确定模具的外形，完成了装配图和非标准的零件图。-2-前言模具行业的发展现状及市场前景现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在700亿至850亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持15%的年增长率（据不完全统计，2005年国内模具进口总值达到700多亿，同时，有近250个亿的出口），到2007年模具产值预计为700亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2006年的2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2005年我国汽车产销量均突破550万辆，预计2007年产销量各突破700万辆，轿车产量将达到300万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志，就我国而言，经过了这几十年曲折的发展，模具行业也初具规模，从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步，但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。随着信息产业的不断发展，模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。现在模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究和应用。大大提搞了模具设计和制造的效率。减短了生产周期。采用模具CAD/CAM技术，还可提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新和开发上。尤其是pro/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展。。数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化。电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。模具的标准化程度在国内外现在也比较明显。特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。其大大的提高了它们的互换性。加强了各个地区的合作。对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。-3-第一章冲压工艺设计第一节冲压件的工艺性分析及工艺方案1、冲压工艺介绍冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属板料。冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。冲压生产靠模具与设备完成加工过程，所以它的生产率高，而且由于操作简便，也便于实现机械化和自动化。利用模具加工，可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。冲压产品的尺寸精度是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需要再经过机械加工便可以使用。冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量的切削材料，所以它不但节能，而且节约材料。冲压产品的表面质量较好，使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料，在冲压过程中材料表面不受破坏。因此，冲压工艺是一种产品质量好而且成本低的加工工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。冲压加工在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。现代各种先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。当今，随着科学技术的发展，冲压工艺技术也在不断革新和发展，这些革新和发展主要表现在以下几个方面：（1）工艺分析计算方法的现代化（2）模具设计及制造技术的现代化（3）冲压生产的机械化和自动化（4）新的成型工艺以及技术的出现（5）不断改进板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。-4-2、冲压工艺的种类冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。-5-3、冲压件的形状和尺寸（图1）（冲压件的形状和尺寸特点分析）C20steel1mmthick图1零件图1冲压件的尺寸精度①材料：该冲裁件的材料C20钢是优质碳素钢，具有较好的可冲压性能。②零件结构：该冲裁件的结构简单，并在转角有两处R2.5圆角，比较适合冲裁。③尺寸精度：零件图上所有未注尺寸，属自由尺寸，按IT13级确定工件尺寸的公差。查《机械制造技术基础》表1-3，可得各尺寸公差零件外形:039.035mm033.020mm018.05mm014.05.2mm022.010mm零件内形：18.005mm结论：适合冲裁2.生产批量该零件为单件小批量生产。3．冲压工艺方案的制定该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：a)先落料，再冲孔，采用单工序模生产。b)落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。c)冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。-6-第二节确定工艺方案及模具结构型式1.模具结构形式的选择方案①模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低；由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式。由于级进模结构复杂能以制造，根据生产效率、精度、所使用的机床、卸料方式、废料出料、板料的定位方式、制造成本等方面分析最终确定用下出料，凹模固定在上模座上，凸模固定在下模座上。最后确定用复合冲裁方式进行生产。工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合结构采用倒装复合模及弹性卸料和定位钉定位方式。2.工序与排样在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。排样是指冲件在条料、带料或`板料上布置的方法。冲件的合理布置（即材料的经济利用），与冲件的外形有很大关系。根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而根据排样的类型，又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种。1）搭边设计排样时，冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。它的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证条料有一定刚度，便于送料。搭边数值取决于以下因素：①件的尺寸和形状。②材料的硬度和厚度。③排样的形式（直排、斜排、对排等）。④条料的送料方法（是否有侧压板）。⑤挡料装置的形式（包括挡料销、导料销和定距侧刃等的形式）。搭边值一般是由经验再经过简单计算确定的。查《冲压模具设计与制造》表2.5.2，确定搭边值：-7-两工件间的搭边：a=1.5mm工件边缘搭边：b=1.8mm步距为：12.2mm条料宽度B=)(BD=43.6mm（查《冲压工艺与模具设计》表2-8△=0.4）2）排样布局（附图）图2排样图确定后排样图如图2所示。一个步距内的材料利用率n为：n=A/BSx100%=（5*15+20*10+3.14/2*25-3.14/2*2.5^2）/(11.5*43.6)*100%=64.21%-8-第三节工艺计算1.凸模、凹模刃口尺寸的计算落料部分以落料凹模为基准，落料凸模按间隙配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。即以落料凹模、冲孔凸模为基准，凹凸模按间隙值配制。1落料凹模根据零件材料查《冲压工艺与模具设计》表2-3得：2Cmin=0.100mm2Cmax=0.140mm由零件为IT13级查《冲压工艺与模具设计》表2-5得：X=0.75则由公式dD=40max)(xD可得凹模刃口尺寸：(1)maxD=039.035mmdD=40max)(xD=0975.00708.34mm(2)maxD=033.020mmdD=40max)(xD=0825.00835.19mm(3)maxD=018.05mmdD=40max)(xD=045.00865.4mm(4)maxR=014.05.2mmmaxR=40max)(xD=035.00385.2mm-9-(5)max=022.010mmmax=40max)(xD=022.00835.9mm相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证两面间隙在0.100mm—0.140mm之间。2冲孔凸模根据零件材料查《冲压工艺与模具设计》表2-3得：2Cmin=0.100mm2Cmax=0.140mm由零件为IT13级查《冲压工艺与模具设计》表2—5得：X=0.75则由公式dD=40max)(xD可得凸模刃口尺寸max=18.005mmd=40max)(x=0045.0135.5mm相应凹模尺寸按凸模尺寸配作，保证两面间隙在0.100mm—0.140mm之间3落料凹模的周界的确定-10-凹模厚度：H=Kb（H≥15mm）（K查《冲压工艺与模具设计》表2-20）=0.35*40取H=15mm凹模边壁厚：C=（1.5—2）H=（1.5—2）*15取C=30mm凹模边长：L=b+2C=40+60=100mm查标准JB/T-6743.1-94:凹模宽B=100mm故确定凹模外形：100*100*15mm。将凹模作成薄形式并加空心垫板后实取为：100*100*12mm4冲裁力计算落料力F落=KptLNKp=1.3为材料抗剪强度L为冲裁周边总长t为材料厚度L=5+12.5*2+20*2+3.14*2.5+3.14*5=92.55mm-11-t=1mm查《冲压工艺与模具设计》附录A1可得=440MPaF落=1.3x1x92.55x440=52.94KN冲孔力F冲=1.3Lt=1.3x3.14x5x1x440=8.98KN卸料力F卸