设计前的前期准备.doc

1.1冲压的概念、特点及应用冲压是利用安装在冲压设备主要是压力机上的模具对材料施加压力，使其产生别离或塑性变形，从而获得所需零件俗称冲压或冲压件的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进展冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料金属或非金属批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进展；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备与冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模与冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。2冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的外表质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样的特征。3冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度与刚度均较高。4冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的本钱较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分表达，从而获得较好的经济效益。 冲压地、在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少那么60%以上，多那么90%以上。不少过去用锻造=铸造与切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率与产品质量、降低生产本钱、快速进展产品更新换代等都是难以实现 的。1.2 冲压的根本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸与精度要求又各不一样，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为别离工序与成形工序两大类；别离工序是指使坯料沿一定的轮廓线别离而获得一定形状、尺寸与断面质量的冲压俗称冲裁件的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状与尺寸的冲压件的工序。 上述两类工序，按根本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深与成形四种根本工序，每种根本工序还包含有多种单一工序。 在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，假设用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于到达要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进与复合-级进三种组合方式。 复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进在一副冲模上包含复合与级进两种方式的组合工序。 冲模的构造类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模与成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模与级进模等。但不管何种类型的冲模，都可看成是由上模与下模两局部组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定局部。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件即凸模、凹模的作用下坯料便产生别离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模上升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进展下一次冲压循环。1.3 冲压技术的现状及开展方向 随着科学技术的不断进步与工业生产的迅速开展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新与开展。其主要表现与开展方向如下。(1).冲压成形理论及冲压工艺方面 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的根底。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃开展与塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开场应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元FEM等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。 研究推广能提高生产率及产品质量、降低本钱与扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的开展方向之一。目前，国内外相继涌现出精细冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精细、高效、经济的冲压新工艺。其中，精细冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精细冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料与复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高与精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进展超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂与大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进展板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内剩余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。(2.)冲模是实现冲压生产的根本条件.在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面开展:一方面,为了适应高速、自动、精细、平安等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向开展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精细、数控自动化的模具加工机床与检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速开展；另一方面，为了适应产品更新换代与试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速开展。 精细、高效的多工位及多功能级进模与大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可到达2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出到达国际水平的精度达25微米，进距精度23微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已根本到达了国际水平，但在制造方法手段方面已根本到达了国际水平，模具构造、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期与本钱方面与国外相比还存在一定差距。 模具制造技术现代化是模具工业开展的根底。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、穿插、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精细磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度与外表质量主轴转速一般为1500040000r/min,加工精度一般可达10微米，最好的外表粗糙度Ra1微米，而且与传统切削加工相比具有温升低工件只升高3摄氏度、切削力小，因而可加工热敏材料与刚性差的零件，合理选择刀具与切削用量还可实现硬材料60HRC加工；电火花铣削加工又称电火花创成加工是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工像数控铣一样，因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统与动态仿真系统，表达了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的开展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已到达无人看管运行的程度，目前切割速度已到达300mm/min,加工精度可达±1.5微米，外表粗糙度达Ra=010.2微米;精度磨削及抛光已开场使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备与技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的开展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术RPM与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺分层实体制造SSM与熔融挤压成形MEM的系统，它基于“模块化技术集成之概念而设计与制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为根底，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制与小批量生产开辟了新的途径。(3) 冲压设备与冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的根本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速与数控方向开展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线与高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度与生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料与调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在一样的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的410倍，并能进展冲孔、分段冲裁、弯曲与拉深等多种作业。 近年来，为了适应市场的剧烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备与模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割与成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经开展起来、国内亦开场使用的冲压柔性制造单元FMC与冲压柔性制造系统FMS代表了冲压生产新的开展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。(4)冲压标准化及专业化生产方面 模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业与广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性与精细性，又具有一定的构造典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模与冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的本钱，提高模具的质量与缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大局部模具零件均从标准件厂购置，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高与制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大开展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业开展的要求，主要表达在标准化程度还不高一般在40%以下，标准件的品种与规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、效劳等都还有待于进一步提高。正文如下列图所示材料为黄铜，厚度0.5mm，制件高度10mm，制件精度IT14级。该制件形状简单，尺寸小，属普通冲压件。试制定该工件的冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺规程。根据?冲压模具课程设计指导与范例?表9-13 工件精度为IT14级，查得尺寸公差为20 10 10 19（一） 设计前的前期准备1、 阅读拉深件产品图阅读拉深件产品图的目的是了解该制件的技术要求、尺寸规格、所用的材料、冲压性能、生产批量等要求，最终是为了确定该工件的加工方法。2、 分析拉深工艺如下图制件为无凸缘圆筒形零件，要求外形尺寸。对厚度变化没有要求。制件的形状满足拉深工艺要求。底部圆角半径R=2.5mm，大于拉深凸模圆角半径r1【r1=23t=23×0.5=11.5】t为板料厚度，满足首次拉深对圆角半径的要求，尺寸20按IT14级要求，满足拉深工序对制件公差等级的要求。3、 拉深模生产状况筒形件拉深模的加工方法相比照拟简单，特别是此件公差要求较低，凸、凹模用通用的机械设备加工能满足设计要求，对于模座、固定板等板型零件的加工主要是平面加工与孔系加工。故平面加工后，孔系加工均在加工中心进展，简单方便。（二） 拉深模方案确实定经过对制件工艺性分析，工件适合拉深成型，故采用单工序拉深模在单动压力机上拉深。（三） 拉深模构造形式确实定1、 采用的构造形式拉深模构造采用带压边圈的倒装式构造，采用这种构造的优势在于可采用通用的弹顶装置弹性压边装置2、 拉深模构造简图的画法根据所确定的拉深模构造形式，画出拉深工作构造局部，这时画出的构造图是拉深工作示意图，不需要按比例画，其目的是为了分析所确定的构造是否合理，毛坯拉深成型工件，能否满足产品图的技术要求。根据分析结果对模具简图进展修正，为最后确定拉深模构造做准备，支座拉深模构造简图如下图：3、 模具构造特点及工作过程这种拉深模构造简单，使用方便，制造容易。工作时将毛坯放入压边圈上面的定位销或定位板内，上模下降，弹性压边圈先将毛坯压住，然后凸模对毛坯进展拉深。当拉深完毕上升时，包在凸模上的工件压边圈顶出，（四） 工艺方案及模具构造类型1、工艺方案分析该工件包括落料、拉深、冲孔三个根本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，冲孔，拉深。采用单工序模生产。方案二：落料+拉深，后冲孔。采用复合模+单工序模生产。方案三：先落料，后拉深+冲孔。采用单工序模+复合模生产。方案四：落料+拉深+冲孔。采用复合模生产。方案一模具构造简单，但需三道工序三副模具，本钱高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需二副模具，工件的精度及生产效率都较高，工件精度也能满足要求，操作方便，本钱较低。方案三也只需要二副模具，制造难度大，本钱也大。方案四只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。通过对上述四种方案的分析比拟，该件的冲压生产采用方案四为佳。（五） 拉深工艺计算1、 拉深件毛坯尺寸的计算在计算拉深毛坯尺寸时，应首先确定修边余量。并把修边余量加到拉深工件高度上，这时拉深件的高度H为原拉深件h与修边余量之与，即H=h+ 1该件h=10mm，h/d=10/20=0.5,查?冲压模具课程设计指导与范例?表4-1可得=1mm 那么可得拉深高度HH=h+=10+1=11mm2计算毛坯直径 由于板厚小于1mm，故可直接用工件图所示尺寸计算，不必用中线尺寸计算。 D= 33.32mm 式中：D拉深件毛坯尺寸，mm r拉深件底部圆角半径，mm (3)确定拉深系数与拉深次数m总=d按毛坯相对厚度t/D×100=0.5/× 查?冲压模具课程设计指导与范例?表4-5得各拉深系数 m=0.49 m m总m故工件可以一次拉深成型。4、拉深件直径的计算由于工件可以一次拉深成型，古拉深直径根据拉深件三维零件图来计算d= m总××(5)选取凸凹模的圆角半径考虑到实际采用的拉深系数均接近其极限值,故拉深凹模圆角半径r应取大些,根据经历公式凹模圆角半径r的合理值应不小于4tt为板料厚度。取拉深模圆角半径r=2mm凸模的圆角半径r r对拉深半径的影响不像r那样会影响拉深的全过程，但r过大或过小同样对防止起皱与拉裂及降低极限拉深系数不利。故r的合理值不应小于23t。只有变形程度较小时，才允许取r=2t。本工件只需一次即可拉深成型，所以r取与制件底部圆角半径一样的R值，即r=2.5 r23t（六） 确定排样图与裁板方案1、 制件的毛坯为简单的圆形件，而且尺寸比拟小，考虑到操作方便，宜采用单排。t=mm,查?冲压工艺与模具设计?附表7轧制薄钢板拟选用规格为： 36350的板料。2、 排样设计图3查?冲压工艺与模具设计?表2-10，确定搭边值 两工件间的搭边a=；工件与条料的搭边a=； 步距S=d+a=+1=mm； 条料宽度B=36故一个步距内的材料利用率为： =A/BS100 =/BS100 =×100%=70.5%由于直板材料选取×36×350 故每块板料可裁剪10个工件故每块板料×36×350的利用率为： =nA/LB100 =10×871.52/350×36×100% =8715.2/12600×100% =69%（七） 凸、凹模工作局部的尺寸的设计计算对于制件一次拉成的拉深模具，其凸模与凹模的尺寸及公差应按制件的要求确定凹模尺寸 5× ?根据冲压工艺与模具设计?表4-19=0.04 =0.03 =0.03 D=D =20×0.52 d=dZ =19×0.520.525 D=D =10×0.36 d=dZ =10×0.60.525（八） 拉深力的计算拉深所需要的压力：P=P+P+PP=dt4×20××340×P=Ap=20×0.75 4××P=dt4×10××340× =4270.4N P=P+P+P 初选压力机： 压力机的公称压力 P1.61.8P 取 P=1.8× 应选公称压力为30KN的压力机（九） 压力中心的选择因为该零件为圆形，所以压力中心在其圆心上。（十） 拉深模闭合高度的计算拉深模具的闭合高度H是指滑块在下止点位置时，上模座上平面与下模座下平面之间的距离，即 H=H+H+H+H+H+H+s+t H上模座厚度 mm H下模座厚度 mmH凹模固定板厚度 mmH凹模厚度 mmH压边圈厚度 mmH凸模固定板厚度 mmt拉深件厚度 mm s平安距离 mm第 17 页