模具第一章序论

冷冲压模具设计主讲人刘泽明前言模具在汽车、拖拉机、飞机、家用电器、工程机械、动力机械、冶金、机床、兵器、仪器仪表、轻工、日用五金等制造业中，起着极为重要的作用；模具是实现上述行业的钣金件、锻件、粉末冶金件、铸件、压铸件、注塑件、橡胶件、玻璃件和陶瓷件等生产的重要工艺装备。采用模具生产毛坯或成品零件，是材料成形的重要方式之一，与切削加工相比，具有材料利用率高、能耗低、产品性能好、生产效率高和成本低等显著特点。从20世纪80年代初开始，工业发达国家的模具工业，已从机床工业中分离出来，并发展成为一个独立的工业部门，而且其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，中国的模具工业发展十分迅速；近年来,一直以每年15%左右的增长速度快速发展。目前，中国约有17000多个模具制造厂点，从业人数60多万；2001年中国模具工业总产值达320亿元人民币，中国模具工业的技术水平取得了长足的进步。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越多且越来越高的要求，巨大的市场需求推动着中国模具工业更快地发展。2001年中国大陆制造业对模具的市场总需求量约为430亿元人民币；今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。早在1989年，在国务院颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，模具被列为机械工业技术改造序列的首位。97年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》。课程安排总课时：40内容：分九个部分：导论、冲裁模、弯曲模、拉深模、成型模、复合模、级进模、模具材料、加工方法及计算机三维实体模具设计。考核方式：设计一套冲压模具。要求：学生课后要自已阅读讲义和参考书。第一章序论第一节冲压的基本工序及模具第二节冲压模具的典型结构第三节冲压模具主要零、部件的结构和设计二、主要冲压工序的分类及相应模具（一）冲孔落料模具简图工序特征工序简图工序名称类别用模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为废料用模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为工件冲裁用剪刀或模具切断板料，切断线不是封闭的切断分离工序主要冲压工序的分类及相应模具（二）切边模具简图工序特征工序简图工序名称类别用模具将工件边缘多余的材料冲切下来用模具将板料局部切开而不完全分离，切口部分材料发生弯曲切口分离工序主要冲压工序的分类及相应模具（三）翻边起伏（压肋）模具简图工序特征工序简图工序名称类别用模具将板料上的孔或外缘翻成直壁用模具将板料局部拉伸成凸起和凹进形状成形用模具使板料弯成一定角度或一定形状弯曲变形工序拉深用模具将板料压成任意形状的空心件整形模具简图工序特征工序简图工序名称类别将工件不平的表面压平；将原先弯曲或拉深件压成正确形状用模具对空心件加向外的径向力，使局部直径扩张用模具对空心件口部施加由外向内的径向压力，使局部直径缩小缩口变形工序主要冲压工序的分类及相应模具（四）胀形冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。冲压主要是利用冲模对板料进行加工。冷加工：常温下进行的板料冲压加工。第一节冲压的基本工序及模具一、冲压的基本工序（两大类）分离工序塑性变形工序1、分离工序：是使冲压件与板料沿要求的轮廓线相互分离，并获得一定断面质量的冲压加工方法。2、塑性变形工序：是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，以获得所要求的形状、尺寸和精度的冲压加工方法。为了提高劳动生产率，常将两个以上的基本工序合并成一个工序————复合工序二、主要冲压工序的分类及相应模具（一）冲孔落料模具简图工序特征工序简图工序名称类别用模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为废料用模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为工件冲裁用剪刀或模具切断板料，切断线不是封闭的切断分离工序主要冲压工序的分类及相应模具（二）切边模具简图工序特征工序简图工序名称类别用模具将工件边缘多余的材料冲切下来用模具将板料局部切开而不完全分离，切口部分材料发生弯曲切口分离工序主要冲压工序的分类及相应模具（三）翻边起伏（压肋）模具简图工序特征工序简图工序名称类别用模具将板料上的孔或外缘翻成直壁用模具将板料局部拉伸成凸起和凹进形状成形用模具使板料弯成一定角度或一定形状弯曲变形工序拉深用模具将板料压成任意形状的空心件整形模具简图工序特征工序简图工序名称类别将工件不平的表面压平；将原先弯曲或拉深件压成正确形状用模具对空心件加向外的径向力，使局部直径扩张用模具对空心件口部施加由外向内的径向压力，使局部直径缩小缩口变形工序主要冲压工序的分类及相应模具（四）胀形本节列举冲裁、弯曲、拉深等几套比较典型的冲压模具，介绍它们的工作原理和模具的基本结构。1、冲裁模例：垫圈的落料、冲孔复合冲裁模第二节冲压模具的典型结构2、弯曲模例：压弯U形冲压件的弯曲模结构工作时，毛坯靠定位销12和卸料板8定位。滑块下行，首先由凸模4与压料板14压紧毛坯，然后开始弯曲。夹紧力靠顶杆13传递冲床下部气垫的压力。弯曲后，再由顶杆13和压料板14将冲压件顶出模口。如果冲压件夹在凸模上，则由卸料板8退下冲压件。3、落料、拉深模例：单动冲床上使用的落料拉深复合模工作时，送入的毛坯托在凹模21、压边圈17和承料板27上。依靠挡料销8和导料销28定好位置。上模下行时，由卸料板4将毛坯压住，凸凹模10开始落料，随后进行拉深。此时，压边圈17通过顶杆19靠弹簧31的力紧紧的压住了毛坯，防止拉深时起皱。上模回程时，压边圈17将冲压件从凸模15上顶出，卡在凸凹模10内，直到推杆13碰到冲床的打料横梁，推动推件块14将冲压件顶出。该模具采用的由压边圈17、顶杆19、弹簧31及29、30、32组成的弹性压边装置，直接装在模具上，用来防止拉深时的起皱。如果冲压件的拉深深度较深，需要的压边力又较大时，则应采用附设在冲床上的拉深气垫进行压边。4、双动拉深模（介绍双动冲床用拉深模的工作原理）拉深凸模3固定在冲床内滑块1上，而压边圈4固定在外滑块2上。在每次冲压行程开始时，外滑块带动压边圈下降，压在毛坯的外边缘上，并在此位置上停止不动，随后内滑块也带动凸模下降，并开始进行拉深变形。当冲压过程结束后，紧跟着内滑块的回升，外滑块也带动压边圈回复到最上位置。这时冲床工作台下部的顶出装置将冲压件由模具推出。有时也利用外滑块完成拉深前的落料工作。第三节冲压模具主要零、部件的结构和设计冲模零、部件工艺构件辅助构件导向零件固定零件紧固及其他零件工作零件定位零件压料、卸料及出件零部件螺钉销钉键上、下模座模柄凸、凹模固定板垫板限位器导柱导套导板导筒卸料板推件装置顶件装置压边圈定位板、定位销挡料销导正销导尺（侧压）侧刃凸模凹模凸凹模其他弹簧、橡胶垫一、工作零件工作零件包括：冲裁、弯曲、拉深等各种工序中所用模具的凸模、凹模及凸凹模等。二、定位零件二是在与送料方向垂直方向上的定位，通常称为送进导向，如图中的销b,c。毛坯在模具中的定位有两个内容：一是在送料方向上的定位，用来控制送料的进距，通常称为挡料。如图中所示的销a。1、定位板和定位销单个毛坯进行冲压加工时，一般采用定位板或定位销定位。其主要形式如前图与右图所示。右图中a,b用于毛坯以外形定位；c,d用于毛坯以内孔定位。2、挡料销*挡料销的作用：保证条料送进时有准确的送进距。*挡料销的结构形式可分为三种：固定挡料销、活动挡料销、始用挡料销。1）固定挡料销左图a,b所示为固定挡料销，送进时，需要人工抬起条料送进，并将挡料销套入下一个孔中，向前抵住搭边而定位。其中a是圆柱头式挡料销，挡料销的固定部分和工作部分的直径差别很大，不至于削弱凹模的强度，并且制造简单，使用方便。其一般装固在凹模上，适用于带固定卸料板和弹性卸料板的冲模。其中b是钩形挡料销，其固定部分的位置可离凹模的刃口更远一些，有利于提高凹模强度。但此种挡料销由于形状不对称，为防止转动需另加定向装置。适用于加工较大、较厚材料的冲压件。2）活动挡料销挡料销在送进方向带有斜面，送进时当搭边碰撞斜面使挡料销跳跃搭边而进入下一个孔中时，然后将条料后拉，挡料销便抵住搭边而定位。每次送料都要先送后拉，做方向相反的两个动作。适用于厚度大于0.8mm的冲压材料，因为废料需带有一定的强度，如料太薄，则顶不起带有弹簧的挡料销。3）始用挡料销这种挡料销用于条料送进的首次定位。使用时，用手压出挡料销，条料定位后，在弹簧的作用下挡料销自动退出。3、导正销为了保证级进模冲裁件内孔和外缘的相对位置精度，在级进模中的定位可采用如图所示的导正销。导正销安装在落料凸模的工作端面上，落料前导正销先插入已冲好的孔中，确定内孔和外形的相对位置，消除送料和导向中产生的误差。设计有导正销的级进模时，挡料销的位置，应保证导正销在导正条料过程中条料活动的可能。挡料销的位置e可由以下公式计算e=c-D/2+d/2+0.1式中c——送料步距；D——落料凸模直径；d——挡料销头部直径；0.1——导正销往前推的活动余量1-导正销2-挡料销4、导尺采用条料或带料冲裁时，一般选用导尺或导料销来导正材料的送进方向。导尺常用于单工序模和级进模，导料销是导尺的简化形式，多用于有弹性卸料板的单工序模，其结构形式如1-11图。导尺的厚度根据条料的厚度、质量情况和工件的定位形式而定。导尺两侧定位部分之间的距离，应等于条料宽度加上0.2—1.0mm的间隙。如果条料宽度公差过大，则需在一侧导尺上装侧压装置，来消除条料的宽度误差，如1-12图。这样，条料总是被压向另一侧称之为基准导尺的面上。5、侧刃（一）侧刃是以切去条料旁侧少量材料来限定送料进距的，如图1-13。侧刃断面的长度等于步距，侧刃前后导尺两侧之间的距离不等，相差尺寸a，所以只有用侧刃切去长度等于步距的料边后，条料才有可能向前送进一个步距。根据断面形状，常用的侧刃有三种，如图1-13。其中a长方形侧刃制造简单，但当侧刃刃部磨钝后，会使条料边缘出现毛刺而影响正常送进。b成形侧刃可克服上述缺点，但制造较复杂，同时也由于增大了切边宽度，而造成原材料更多的消耗。C尖角形侧刃需与弹簧挡销配合使用，先在条料边缘冲切尖角缺口，然后将条料送进，当缺口滑过弹簧挡销后，反向后拉条料至挡销卡住缺口而定距。其优点是不浪费材料，但操作麻烦，生产效率低。图1-13侧刃断面形状a)长方形侧刃b)成形侧刃c)尖角侧刃5、侧刃（二）总的来说，侧刃定距准确可靠，生产效率较高，但增大总冲裁力和增加材料消耗。侧刃一般用于级进模的送料定距，适用的材料厚度为0.1——1.5mm。在其他场合，如能用挡料销满足定距要求时，就不采用侧刃。三、常用卸料、出件及压料零、部件1、卸料板卸料板刚性卸料板弹性卸料板封闭式刚性卸料板悬臂式刚性卸料板钩形刚性卸料板顺装式模具弹性卸料板倒装式模具弹性卸料板橡胶等弹性元件卸料板1）刚性卸料板刚性卸料板用螺钉和销钉固定在下模上，能承受的卸料力较大，常用于厚板冲压件的卸料。其卸料可靠、安全；但操作不便，生产效率不高。刚性卸料板和凸模的单边间隙一般取0.1——0.5mm。刚性卸料板的厚度与卸料力大小及卸料尺寸有关，一般取5——12mm。如图a)适用于冲压厚度在0.5mm以上的条料。如图b)适用于窄而长的毛坯。如图c)适用于简单的弯曲模和拉深模。2）弹性卸料板弹性卸料板有敞开的工作空间，操作方便，生产效率高，冲压前可对毛坯有预压作用，冲压后也可使冲压件平稳卸料。但由于受弹簧、橡胶等零件的限制，卸料力较小。并且结构复杂，可靠与安全性不如刚性卸料板。2、推件装置图a)的模具带有刚性推件装置，其推件力大，推件可靠，但不起压料作用。图b)的模具带有弹性推件装置，在冲压时能压住工件，冲出的工件质量较高，但弹性元件的压力有限，当冲压较厚材料时，推件力量不足或者结构庞大。3、压边圈在拉深工序中，为保证拉深件的表面质量，防止拉深过程中材料的起皱，常采用压边圈用合适的压边力使毛坯的变形区部分被压在凹模平面上，并使毛坯从压边圈与凹模平面之间的缝隙中通过，从而制止毛坯的起皱现象。在单动冲床上一般采用弹性压边装置，如“落料、拉深复合模”