垫板冲压工艺及模具设计.pdf

1 1 绪论绪论 随 着 我 国 改 革 开 放 步 伐 的 进 一 步 加 快，中 国 正 逐 步 成 为 全 球 制 造 业 的 基地，特别 是 加入 WTO 后，作为制 造业基础 的模 具 行业近 年 来得到 了 迅 速 发 展。模 具 是 工 业 生 产 的 基 础 工 艺 装 备，在 电 子、汽 车、电 机、电 器、仪 表、家 电 和 通 信 等 产 品 中，60%80%的 零 部 件 都 依 靠 模 具 成 型。国 民 经 济 的 五 大 支 柱 产 业，即 机 械、电 子、汽 车、石 化、建 筑，都 要 求 模 具 工 业 的 发 展 与 之 相 适 应。模 具 生 产 水 平 的 高 低，己 成 为 衡 量 一 个 国 家 产 品 制 造 水 平 高 低 的 重 要 标 志，在 很 大 程 度 上 决 定 着 产 品 的 质 量、效 益 和 新 产 品 的 开 发 能 力。因 此，我 国 要 从 一 个 制 造 业 大 国 发 展 成 为 一 个 制 造 业 强 国，必 须 要 振 兴 和 发 展 我 国 的 模 具 工 业，提 高 模 具 工 业 的 整 体 技 术 水 平。目 前，我 国 冲 压 技 术 与 工 业 发 达 国 家 相 比 还 相 当 的 落 后，主 要 原 因 是 我 国 在 冲 压 基 础 理 论 及 成 形 工 艺、模 具 标 准 化、模 具 设 计、模 具 制 造 工 艺 及 设 备 等 方 面 与 工 业 发 达 的 国 家 尚 有 相 当 大 的 差 距，导 致 我 国 模 具 在 寿 命、效 率、加 工 精 度、生 产 周 期 等 方 面 与 工 业 发 达 国 家 的 模 具 相 比 差距相 当 大。1.1 1.1 国 内模 具 的 现状 和 发展 趋 势 国 内模 具 的 现状 和 发展 趋 势 1.1.1 1.1.1 国 内模具 的 现 状国 内模具 的 现 状 我 国 模 具 近 年 来 发 展 很 快，目 前，我 国 制 造 业 的 资 源 已 突 破 了 企 业 社 会 国 家 的 界 线，制 造 业 的 国 际 化 已 是 一 个 客 观 事 实。据 不 完 全 统 计，2003 年我 国 模具 生 产厂点约 有 2 万多家，从业 人员约 50 多万 人，2004 年模具 行 业的发 展 保持良 好势头，模具企 业总 体上 订单 充 足，任 务 饱 满，2004 年模 具 产值 530 亿元。进 口模具 18.13 亿 美元，出口模 具 4.91 亿美 元，分别 比 2003 年 增长 18%、32.4%和 45.9%。进出口 之比 2004 年 为 3.69:1，进出 口 相抵 后 的进 净口 达 13.2 亿美 元，为净进 口量 较大 的 国 家。在 2 万多 家生 产 厂点中，有一半 以上是 自产自用 的。在模具 企 业 中，产 值 过 亿元的 模 具企 业 只有 20 多 家，中型企 业几十 家，其余 都是小型 企 业。近 年来，模具行 业结 构调 整和 体制 改革步伐 加快，主 要表现 为：大 型、精 密、复 杂、长 寿 命 中 高 档 模 具 及 模 具 标 准 件 发 展 速 度 快 于 一 般 模 具 产 品；专 业 模 具 厂 数 量 增 加，能力 提 高 较 快；三 资 及 私 营 企 业 发 展 迅 速；国企 股 份制 改 造步伐加 快等。虽然 说我 国模 具业 发展 迅速，但 远远不 能 适应国民经 济发展的 需 要。我 国 尚 存在以 下 几方 面 的不足:第一，体制 不 顺，基 础薄弱。“三资”企业虽 然已经对 中国模 具 工 业 的 发 展 起 了 积 极 的 推 动 作 用，私 营 企 业 近 年 来 发 展 较 快，国 企 改 革 也 在 进 行 之 中，但 总 体 来 看，体 制 和 机 制 尚 不 适 应 市 场 经 济，再 加 上 国 内 模 具 工 业 基 础 薄 弱，因 此，行 业 发 展 还 不 尽 如 人 意，特 别 是 总 体 水 平 和 高 新技术 方 面。第二，开发 能 力较差，经 济效益 欠 佳.我国模 具企业技 术 人员 比 例 低，水 平 较 低，且 不 重 视 产 品 开 发，在 市 场 中 经 常 处 于 被 动 地 位。我 国 每 个模具 职 工平 均 年创造产 值约 合 1 万美元，国外模 具工业发 达国 家 大 多 是 1520 万美 元，有的 高达 2530 万美元，与 之相对的 是我国 相 当 一 部 分 模 具 企 业 还 沿 用 过 去 作 坊 式 管 理，真 正 实 现 现 代 化 企 业 管 理 的 企 业 较少。第三，工 艺装 备水 平低，且 配套 性不 好，利用 率低虽 然国内 许 多 企 业 采 用 了 先 进 的 加 工 设 备，但 总 的 来 看 装 备 水 平 仍 比 国 外 企 业 落 后 许 多，特别 是 设备 数 控化率和 CAD/CAM 应用覆 盖 率要比 国 外企 业低得 多。由 于 体 制 和 资 金 等 原 因，引 进 设 备 不 配 套，设 备 与 附 配 件 不 配 套 现 象 十 分 普 遍，设 备 利 用 率 低 的 问 题 长 期 得 不 到 较 好 解 决。装 备 水 平 低，带 来 中 国模具 企 业钳 工 比例过高 等问 题。第四，专 业化、标 准化、商品化 的程度低、协作差 由 于长 期 以 来 受“大 而 全”“小 而 全”影 响，许 多 模 具 企 业 观 念 落 后，模 具 企 业 专 业 化 生 产 水 平 低，专 业 化 分 工 不 细，商 品 化 程 度 也 低。目 前 国 内 每 年 生 产 的模具，商品 模 具只 占 45%左右，其馀为 自产自用。模具 企业之间 协 作 不 好，难 以 完 成 较 大 规 模 的 模 具 成 套 任 务，与 国 际 水 平 相 比 要 落 后 许 多。模 具 标 准 化 水 平 低，标 准 件 使 用 覆 盖 率 低 也 对 模 具 质 量、成 本 有 较 大 影 响，对 模具 制造 周 期影响 尤甚。第 五，模 具 材 料 及 模 具 相 关 技 术 落 后 模 具 材 料 性 能、质 量 和 品 种 往 往 会 影 响 模 具 质 量、寿 命 及 成 本，国 产 模 具 钢 与 国 外 进 口 钢 相 比，无论 是 质 量 还 是 品 种 规 格，都 有 较 大 差 距。塑 料、板 材、设 备 等 性 能 差，也 直 接 影响模 具 水平 的 提高。1.1.2 1.1.2 国 内模具 的 发 展趋 势国 内模具 的 发 展趋 势 巨大 的市 场需 求将 推动 中国模 具 的工 业调整发 展。虽然我 国 的模具 工 业 和 技术在 过 去的 十 多年得到 了快 速发展，但与 国外工业 发达国家 相 比 仍 存 在较大 差 距，尚 不能 完全 满足 国民 经济高速 发展的需 求。未来 的 十 年，中国 模 具工 业和 技术的 主 要发 展方向包括以 下几方面:1）模具 日趋 大 型化；2）在模 具设 计 制造中 广 泛应用 CAD/CAE/CAM 技术；3）模具 扫描 及 数字化 系 统；4）在塑 料模 具 中推广 应用 热流道 技 术、气辅注 射成 型和 高压 注 射成 型 技 术；5）提高 模具 标 准化水 平 和模具标 准件 的使用率；6）发展 优质 模 具材料 和 先进的表 面处 理技术；7）模具 的精 度 将越来 越 高；8）模具 研磨 抛 光将自 动 化、智能 化；9）研究 和应 用 模具的 高 速测量技 术与 逆向工程；10）开发 新的 成 形工艺 和模 具。1.2 1.2 国 外模 具 的 现状 和 发展 趋 势国 外模 具 的 现状 和 发展 趋 势 用 模 具 生 产 制 作 表 现 出 的 高 效 率、低 成 本、高 精 度、高 一 致 性 和 清 洁 环 保 的 特 性，是 其 他 加 工 制 造 方 法 所 无 法 替 代 的。近 几 年，全 球 模 具 市 场 呈 现供不 应 求的 局 面，世界 模具市 场年交易总 额 为 600 650 亿美 元 左 右。美 国、日 本、法 国、瑞 士 等 国 家 年 出 口 模 具 量 约 占 本 国 模 具 年 总 产 值 的 三分之 一。国外 模具 总量 中,大型、精密、复 杂、长寿命 模具的 比 例占 到 50%以 上；国外 模具 企 业的组 织 形式是 大而 专、大而精。2004 年中国 模 协 在 德 国 访问时，从德 国 工、模具行业 组 织-德国机 械 制造商 联 合会（VDMA）工 模 具 协会了 解 到，德国 有 模 具企业 约 5000 家。2003 年德国 模 具产值 达 48 亿 欧元。其中（VDMA）会 员模具企 业有 90 家，这 90 家骨干 模具企 业 的 产 值 就占德 国 模具 产 值的 90%，可见 其规模效益。随 着 时 代 的 进 步 和 技 术 的 发 展，国 外 的 一 些 掌 握 和 能 运 用 新 技 术 的 人 才 如 模 具 结 构 设 计、模 具 工 艺 设 计、高 级 钳 工 及 企 业 管 理 人 才，他 们 的 技 术 水 平 比 较 高 故 人 均 产 值 也 较 高 我 国 每 个 职 工 平 均 每 年 创 造 模 具 产 值 约合 1 万美 元左 右，而国外 模具 工 业发达国家 大多 15 20 万美 元，有 的 达 到 25 30 万美 元。国外 先进 国家 模具 标准 件使用 覆 盖率 达 70%以上，而我国 才达 到 45 随。1.1.3 3 冲 孔落 料 模 具设 计方 面 冲 孔落 料 模 具设 计方 面 1.31.3.1.1 冲 压的概 念冲 压的概 念、特点 及 应 用特点 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 分离或 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 行 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 行；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 和 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 和 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 表 面 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 强度和 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 件的成本 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 体 现，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，少则 60%以上，多 则 90%以上。不 少 过 去用锻 造=铸造 和 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 和 产 品 质 量、降 低 生 产 成 本、快 速 进 行 产 品 更新换 代 等都 是 难以实现 的。1.1.3.3.2 2 冲 压的 基 本工 序 及 模具冲 压的 基 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 寸和 精 度要 求 又 各 不 相 同，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 分 离 工 序 和 成 形 工 序 两 大 类；分 离 工 序 是 指 使 坯 料 沿 一 定 的 轮 廓 线 分 离 而 获 得 一 定 形 状、尺 寸 和 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 和 尺寸的 冲 压件 的 工序。上述 两 类 工序，按基 本 变形 方 式 不 同 又可 分 为 冲裁、弯曲、拉深 和 成 形 四 种基本 工 序，每 种基 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，若 用 分 散 的 单 一 工 序 来 冲 压 是 不 经 济 甚 至 难 于 达 到 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 和 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 和 级 进 两 种 方 式 的 组 合 工 序。冲模 的 结 构类 型 也 很 多。通 常 按 工序 性质 可 分 为冲 裁 模、弯 曲模、拉 深 模 和 成 形 模 等；按 工 序 的 组 合 方 式 可 分 为 单 工 序 模、复 合 模 和 级 进 模 等。但不 论 何种 类型 的冲模，都可 看成是由上 模 和下 模两 部分 组成，上 模被 固 定 在 压 力机 工 作 台或 垫 板 上，是冲 模 的固 定 部 分。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 生分 离或 塑性 变 形，从 而 获 得 所 需 形 状 与 尺 寸 的 冲 件。上 模 回 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 行 下 一 次 冲 压 循 环。1.31.3.3.3 冲 压技 术 的现 状 及 发展 方向冲 压技 术 的现 状 及 发展 方向 随着 科 学 技术 的 不 断 进 步和 工 业 生产 的迅 速 发 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 和 发 展。其主 要表 现 和发展 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 的基 础。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 发 展 和 塑 性 变 形 理 论 的 进 一 步 完 善，近 年 来 国 内 外 已 开 始 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 成 本 和扩 大 冲压 工 艺应 用 范 围 的 各 种 压 新 工 艺，也 是 冲 压 技 术 的 发 展 方 向 之 一。目 前，国 内 外 相 继 涌 现 出 精 密 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 密、高 效、经 济 的 冲 压 新 工 艺。其 中，精 密 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 密 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 和 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 和 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 行 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 和 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 行 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 残 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 基 本条 件.在冲 模 的设 计 制 造 上,目 前 正朝 着 以 下 两 方 面 发 展:一 方 面,为 了 适 应高 速、自 动、精 密、安 全 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 发 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 密、数控 自 动化 的模 具加工 机 床和 检测设备以 及 模具 CAD/CAM 技 术也在 迅 速 发 展；另 一 方 面，为 了 适 应 产 品 更 新 换 代 和 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 到了迅速发 展。精密、高 效的 多工 位 及 多功 能级 进模 和大型 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 达 到 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 达到国际水平 的精度 达 2 5 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 基 本 达 到 了 国 际 水 平，但 在 制 造 方 法 手 段 方 面 已 基 本 达 到 了 国 际 水 平，模 具 结 构、功 能 方 面 也 接 近 国 际 水 平，但 在 制 造 质 量、精 度、制 造 周 期 和 成 本 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 发 展 的 基 础。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、交 叉、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 密 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 和 表 面 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 表 面粗糙 度 Ra 1 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 料和 刚性 差的 零 件，合 理选 择 刀具和 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 统和动 态 仿真系 统，体 现 了 当 今 电 火 花 加 工 机 床 的 技 术 水 平；慢 走 丝 线 切 割 技 术 的 发 展 水 平 已 相 当 高，功 能 也 相 当 完 善，自 动 化 程 度 已 达 到 无 人 看 管 运 行 的 程 度，目 前 切 割速度 已 达到 300mm/min,加工 精度可达 1.5 微米，表 面粗糙度 达 Ra=010.2 微米;精度 磨 削 及抛 光已 开始使 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 设备和技 术;模具 加 工 过 程 中 的 检 测 技 术 也 取 得 了 很 大 的 发 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 和熔融 挤 压成 形 MEM）的 系统，它基 于“模 块化技 术 集成”之概念 而设计和 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 为基 础，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 和小批 量 生产 开 辟了新的 途径。3)冲压 设备 和 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 基 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 速和 数控 方向发展，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 和 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 和 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 和 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 相同的 时间 内，加 工冲压件 的 数量 为普通压 力机的 410 倍，并 能 进 行 冲孔、分段 冲裁、弯曲和 拉深 等多种作业。近 年来，为 了适 应市 场 的激烈竞 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 备和 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 光切割和成形 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 发展 起来、国内亦 开 始 使 用 的冲压 柔 性制 造 单元（FMC）和 冲压柔性制造 系统（FMS）代表了冲 压 生 产新的 发 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 和 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 和 精 密 性，又 具 有 一 定 的 结 构 典 型 性。因 此，只 有 实 现 了 冲 模 的 标 准 化，才 能 使 冲 模 和 冲 模 零 件 的 生 产 实 现 专 业 化、商 品 化，从 而 降 低 模 具 的 成 本，提 高 模 具 的 质 量 和 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，大部分 模 具零件 均 从标 准件 厂 购 买，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 和 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 发 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 发 展 的 要 求，主 要 体 现 在 标准化 程 度还 不 高（一 般在 40%以下），标准件 的 品种和 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、服 务等都还有待 于进一 步 提高 1.3.4 1.3.4 垫 板冲 孔 落料 模 具 设计 的设计 思 路垫 板冲 孔 落料 模 具 设计 的设计 思 路 1.明确 设计 任 务书，收 集有 关资 料 在 指 导 老 师 的 指 导 下，拟 定 设 计 任 务 阶 梯 形 件 拉 深 以 及 设 计 进 度 计 划，并 仔 细 阅 读 冷 冲 模 设 计 指 导 教 材，了 解 本 设 计 的 目 的、内 容、要 求 和 步 骤，以 及 查 阅 有 关 模 具 图 册、设 计 手 册 等 资 料；了 解 本 设 计 零 件 的 用 途、结 构、性 能，在 整 个 产 品 中 的 装 配 关 系、技 术 要 求、生 产 批 量，采 用 的 冲 压 设 备 型 号 和 规 格，模 具 零 件 的 制 造 加 工 工 艺 及 标 准 化 等 情 况。2、工艺 分析 及 工艺方 案 的制定经 分 析 制 件 的 技 术 要 求，结 构 工 艺 性 及 经 济 性 都 符 合 工 艺 要 求，确 定 总 体 工艺方 案，填写 工 艺卡。3、工艺 计算 及 设计（1）、排样 及 材料 利用 率计算（2）、刃口 尺 寸的计 算（3）、冲 压 的 计 算，压 力 中 心 的 确 定，冲 压 设 备 的 初 选，根 据 排 样 图 和 所 选 的 模 具 结 构 形 式，可 以 方 便 计 算 出 所 需 总 压 力。待 模 具 总 设 计 好 后，校核 设 备装 模尺 寸，最终 确定 设 备型号及工 艺参数。4、模具 结构 设 计(1)、确 定 凹 模 尺 寸 先 计 算 出 凹 模 的 厚 度，再 根 据 厚 度 确 定 凹 模 周 界 尺 寸，在 此 需 要 考 虑 的 三 个 问 题：第 一，要 考 虑 凹 模 上 的 螺 孔、销 孔 的 布 置；第 二，压 力 中 心 一 般 与 凹 模 的 几 何 中 心 重 合；第 三，凹 模 外 形 尺 寸 尽量按 国 家标 准 选取。（2）、选 择 模 架 并 确 定 其 他 冲 模 零 件的 主 要 参 数 根 据 凹 模 周 界 尺 寸 大 小，从 冷 冲 模 国 家 标 准 中 确 定 模 架 规 格 及 主 要 冲 模 零 件 的 规 格 参 数。（3）、画 冲 模 装 配 图 装 配 图 上 零 件较 多、结 构 复 杂，为 准 确、迅 速 地 完 成画图 工 作，必 须掌 握正 确的 画法。（4）、画冲 模 零件 图（5）、编 写 技 术 文 件 技 术 文 件 包 括：说 明 书、冲 压 工 艺 卡 和 机 械 加 工 工 艺过程 卡。1.3.5 1.3.5 垫 板冲 孔 落料 模 具 设计 的进度垫 板冲 孔 落料 模 具 设计 的进度 1.了解 目前 国 内外冲 压 模 具的发 展 现 状，所用时 间 15 天；2.确定 加工 方 案，所用 时间 5 天；3.模具 的设 计，所用 时 间 30 天；4 模具 的调 试 所用 时 间 5 天。2 2 垫板的工艺性分析 垫板的工艺性分析 2.1 2.1 引 言引 言 设 计 的 目 的 是 在 于 巩 固 所 学 的 理 论 知 识，熟 悉 了 解 有 关 资 料，树 立 正 确 的 设 计 思 想，掌 握 设 计 方 法，培 养 实 际 工 作 能 力，通 过 冲 模 结 构 设 计，在 冲 压 工 艺 性 分 析，冲 压 工 艺 方 案 论 证，冲 压 工 艺 计 算，冲 模 零 件 结 构 设 计，编 写技 术文 件 和查阅 技术 文 献等方面受 到依次综 合训练。本 设 计 题 目 为 阶 梯 形 件 拉 深 模,但 对 做 毕 业 设 计 的 毕 业 生 有 一 定 的 设 计 意 义，它 概 括 了 拉 深 零 件 的 设 计 要 求、内 容 及 方 向。通 过 对 该 零 件 模 具 的 设 计，进 一 步 加 强 了 设 计 者 冲 压 模 设 计 的 基 础，为 设 计 更 复 杂 的 冲 压 模 具做好 了 铺垫 和 吸取了更 深刻 的经验。拉 深 件 的 工 艺 性 是 指 从 冲 压 工 艺 方 面 来 衡 量 其 设 计 是 否 合 理，一 般 地 讲，在 满 足 工 件 的 使 用 要 求 条 件 下，能 以 最 简 单 的 最 经 济 的 方 法 将 工 件 冲 制 出来。2.2 2.2 冲 孔落 料 件 的工 艺性 分 析冲 孔落 料 件 的工 艺性 分 析 原 始资 料:如 图 1 所示 材 料：Q235 厚 度：1.2mm 图 1 该零 件材 料 为 Q235 结构简单 冲孔有直 径为 8 和 4 的圆 孔根据课 本知 冲 孔 时,因 受 凸 模 强 度 的 限 制,孔 的 尺 寸 不 应 太 小.冲 孔 的 最 小 尺 寸 取 决 于 材 料 性 能,凸 模 的 强 度 和 模 具 结 构 等.根 据