冲孔切边冲压成型工艺及模具设计说明书.docx

1 绪论目前， 我国冲压技术与工业兴旺国家相比还相当的落后， 主要缘由是我国在冲压根底理论及成形工艺、 模具标准化、 模具设计、 模具制造工艺及设备等方面与工业兴旺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兴旺国家的模具相比差距相当大。1.1 国内模具的现状和进展趋势1.1.1 国内模具的现状我国模具近年来进展很快， 据不完全统计， 2023 年我国模具生产厂点约有 2 万多家，从业人员约 50 多万人，2023 年模具行业的进展保持良好势头， 模具企业总体上订单充分， 任务饱满， 2023 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 2023 年增长 18% 、32.4% 和 45.9% 。进 出口之比 2023 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，模具行业构造调整和体制改革步伐加快， 主要表现为： 大型、 周密、 简单、 长寿命中高档模具及模具标准件进展速度快于一般模具产品； 专业模具厂数量增加， 力量提高较快； “ 三资“ 及私营企业进展快速； 国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业进展快速，但远远不能适应国民经济进展的需要。我国尚存在以下几方面的缺乏:第一， 体制不顺， 根底薄弱。 “ 三资” 企业虽然已经对中国模具工业的进展起了乐观的推动作用， 私营企业近年来进展较快， 国企改革也在进展之中， 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根底薄弱， 因此， 行业进展还不尽如人意， 特别是总体水平和高技术方面。11其次，开 发力量较差，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， 在市场中常常处于被动地位。 我国每个模具职工平均年制造产值约合 1 万美元， 国外模具工业兴旺国家大多是 15 20 万美元， 有的高达 25 30 万美元， 与之相对的是我国相当一局部模具企业还沿用过去作坊式治理， 真正实现现代化企业治理的企业较少。第三，工 艺装备水平低，且 配套性不好，利 用率低虽 然国内很多企业承受了先进的加工设备， 但总的来看装备水平仍比国外企业落后很多， 特别是设备数控化率和 CAD/CAM 应用掩盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等缘由， 引进设备不配套， 设备与附配件不配套现象格外普遍， 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， 很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很多。模具标准化水平低， 标准件使用掩盖率低也对模具质量、 本钱有较大影响， 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、 寿命及本钱， 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 国内模具的进展趋势巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整进展。 虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速进展， 但与国外工业兴旺国家相比仍存在较大差距， 尚不能完全满足国民经济高速进展的需求。 将来的十年， 中国模具工业和技术的主要进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） 进展优质模具材料和先进的外表处理技术；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 争论和应用模具的高速测量技术与逆向工程；10 开发的成形工艺和模具。1.2 国外模具的现状和进展趋势模具是工业生产关键的工艺装备， 在电子、 建材、 汽车、 电机、 电器、 仪器仪表、 家电和通讯器材等产品中， 60 80 的零部件都要依靠模具成型。 用模具生产制作表现出的高效率、 低本钱、 高精度、 高全都性和清洁环保的特性， 是其他加工制造方法所无法替代的。 模具生产技术水平的凹凸， 已成为衡量一个国家制造业水平凹凸的重要标志， 并在很大程度上打算着产品的质量、 效益和产品的开发力量。 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、 周密、 简单、 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“。 2023 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。2023 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进展， 国外的一些把握和能运用技术的人才如模具构造设计、 模具工艺设计、 高级钳工及企业治理人才， 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制造模具产值约合 1 万美元左右 ，而 国外模具工业兴旺国家大多 15 20 万美元， 有的到达 25 30 万美元。国外先进国家模具标准件使用掩盖率达 70% 以上 ，而 我国才到达 45 2 U 形件工艺性分析名称： 凸圆 U 形件材料： 08 钢厚度： 1mm 生产批量： 大批图 1 工件图2.1 冲压零件的工艺性分析图示零件材料为 08 号钢板，能 够进展一般的冲压加工，市 场上也简洁得到这种材料， 价格适中。外形切边的工艺性： U 形件属于中等尺寸零件， 料厚 1mm ， 外形简单程度一般， 尺寸精度要求一般， 因此可承受落料工艺获得。冲孔的工艺性： 14 的孔， 尺寸精度要求一般， 可承受冲孔。此工件只有外形切边和冲孔两个工序。 图示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸， 按惯例取 IT14 级， 符合一般级进冲压的经济精度要求， 模具精度取 IT9 级即可。由以上分析可知， 图示零件具有比较好的冲压工艺性， 适合冲压生产。2.2 冲压工艺方案的选择依据制件的外形分析其冲压工艺方案可以承受以下三种方案： 第一： 先切边， 后冲孔。其次： 先冲孔， 后切边。第三： 同时进展切边， 冲孔。方案比照： 方案一与方案二的设计增加了一套模具， 同时制件的精度不高， 并且本钱也大大增加。 方案三不仅一副模具可以完成， 也提高了制件的精度， 同时也大大降低了制造模具的本钱。综合以上分析， 承受第三种方案进展冲压生产。3 模具构造形式的选择与确定3.1 模具构造形式的选择1） 正倒装构造： 依据上述分析， 本零件的冲压包括切边和落料两个工序， 由于制件的外形要求， 承受正装构造， 即冲孔凹模和落料凹模都安排在下模。2） 定位装置： 本工件在复合模中尺寸是较小的， 又是大批量生产，制件的精度要求不是太高， 又由于制件的特别性， 只须凸凹模与冲孔凸模同时定位就符合要求了。3） 导向方式： 为确保零件的质量及稳定性， 选用导柱、导套导 向。由于已经承受了手工送料方式， 为了提高开敞性和导向均匀性， 承受对角导柱模架。4） 卸料方式： 本模具承受正装构造， 冲孔废料和工件留在凹模孔洞中， 为了简化模具构造， 可以在下模座中开有通槽， 使废料和工件从孔洞中落下。 工件厚度为 1 mm ， 料厚比较薄， 为了简化模具构造和到达牢靠的卸料力， 选用打料快卸料和废料切刀。3.2 冲压力与压力中心的计算， 初选压力机3.2.1 冲裁工序总力的计算由工件构造和前面所定的冲压方案可知， 本工件的冲裁力包括以下局部。冲 35mm 孔的力 P1、 冲 14mm 孔的力 P ，2考虑到模具刃部被磨损、 凸凹模间隙不均匀和波动、 材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响， 实际计算冲裁力时按下面公式：P=KLt 式中P 冲裁力 kN L 冲裁件剪切周边长度 mm t 冲裁件材料厚度 mm 被冲材料的抗剪强度(MPa)K 系数， 一般取 1.3 。上式中抗剪强度 与材料种类和坯料的原始状态有关，可在手册中查询。为 便利计算，可 取材料的 =0.8 P=1.3Lt Lt , 故冲裁力表达式又可表示为：bb式中 被冲材料抗拉强度(MPa) 。 查手册表得 10 钢的b=335MPabP =2 × 17.5 × 1 × 335=41.76kN1P=2 × 7 × 2.2 × 335=16.7kN2工序总力 P=P +P总12=41.76+16.76=58.52kN3.2.2 初选压力机 1 压力机类型的选定。 其依据是所要完成工序的工艺性质， 批量大小， 工件的几何尺寸和精度。 通用压力机适合完成冲裁， 弯曲， 浅拉深等工艺。 对于大型， 较简单的拉深件多承受拉深压力机。 对于批量小， 厚板冲压或工艺力的施力行程较大者多承受液压机。对 于精度 要求不大高的中小型冲压机， 尽量选用开式压力机。 这是由于开式压力机具有三面放开的 操纵空间， 使用便利， 简洁实现机械化， 本钱低。1. 制品工序性质2. 生产纲领3. 工件几何尺寸4. 制件精度5. 工厂条件由以上可知， 该模具选用开式压力机。 2 压 力机吨位的选定。对 于一般的冲孔，落 料和压印工艺，工 作行程较短， 不会消灭标称压力行程和许用能量缺乏的问题， 在选用压力机吨位时， 可以只考虑标称压力的选择。 在实际工作中， 从模具寿命， 加工精度， 压力机疲乏强度， 修理等方面考虑， 通常所选用压力机的标称压力不小于总工艺力的 1.25 1.35 倍。可选的压力机为及可以满足压力的要求： J23 3.15 具体的参数如下表：公称压力表 1J23 10 100KN压力机的参数表压力机参数表滑块行程60mm滑块行程次数135 次/min最大闭合高度180mm最大闭合高度120mm封闭高度调整量50mm滑 块 的 中 心 线至立柱距离：130mm180mm床身的距离连杆调整长度25mm垫板尺寸 厚度 50mm前后360mm前后90mm工 作 台尺寸工 作 台孔尺寸左右 240mm左 右 ×180mm × 130mm孔径模柄孔尺寸30 mm× 40mm最大倾斜角度30 ° 3 最大装模高度的选择所选用压力机的最大装模高度应大于冲模的闭合高度 ，一 般至少要大于 5mm 。由于期望以缩短的连杆工作，并考虑到以后模具的修模会使模具高度削减， 可以选择最大装模高度模具闭合高度相近的压力机。 假设压力机装模高度过高， 固然可以在压力机工作台面上加垫板。3.2.3 压力中心的计算模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。 为了保证压力机和模具的正常工作， 应使模具的压力中心与压力机的中心滑块中心线重合。否则， 冲压时滑块就会承受偏心载荷， 导致滑块导轨与模具的导向局部不正常的磨损， 还会使合理的间隙得不着保证， 从而影响制件的质量和降低模具的寿命， 甚至损坏模具。由于此工件为中心对称的圆形工件， 所以压力中心与工件的中心重合。4 模具工作零件的计算图示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸， 按惯例取 IT14级， 符合一般级进冲压的经济精度要求， 模具精度取 IT9 级即可。查有关手册得：f350,f14+0.43 ,f160, 220.-0.620-0.43-0.52冲孔时， 间隙取在凹模上， 则： 凸模尺寸d= d+x 0 a p- p凹模尺寸d =(d+x +Zdm i n) + 0式中 DdD 落料凹模和凸模的刃口尺寸， mmpdd 冲孔凹模和凸模的刃口尺寸， mmpdx 磨损系数，由 手册 1 查表 2-30 得： IT14 级时 x=0.5 。Zm i n 双面间隙， mm 工件公差， mm 凸模和凹模的制造公差， mm 落料时， 间隙取在凹模上， 则：凸模尺寸D= (D - xD)+ddd0凹模尺寸d= (D - Z) 0pdmin -dp式中 DdD 落料凹模和凸模的刃口尺寸， mmpdd 冲孔凹模和凸模的刃口尺寸， mmpdx 磨损系数，由 手册 1 查表 2-30 得： IT14 级时 x=0.5 。Zm i n 双面间隙， mm 工件公差， mm 凸模和凹模的制造公差， mm 查冲裁模初始双面间隙值为 7.0 10.0mm,ZminZmax= 2(7.0 ´ 2 /100) mm = 0.28mm= 2(10.0´ 2 /100) mm = 0.4mmZmax- Zmin= 0.4 - 0.28 = 0.12mm落料： dd= -0.020, dp= +0.030d+ d= 0.020 + 0.030 = 0.050 < Z- Z= 0.12 符合要求。dpmaxmindD= (D - xD)+dd0= (35 - 0.5´ 0.62)+0.0300= 34.69+0.0300d= (Dpd- Z) 0min -dp= (34.69 - 0.28)0-0.020= 34.410-0.020冲孔 ：， dp= -0.020, dd= +0.020d+ d= 0.020 + 0.020 = 0.040 < Z- Z= 0.12dpmaxmind= (D + xD)0p-dp= (14+ 0.5´ 0.43)0-0.020= 14.230-0.020D= (ddp+ Z)+ddmin 0= (14.23+ 0.28)+0.0200= 14.50+0.02005 模具工作零件的设计5.1 凸模设计冲圆孔的凸模， 为了增加凸模的强度与刚度， 凸模非工作局部直径应作成渐渐增大的多级形式如图 6 所示：图 2 冲孔凸模的构造形式凸模长度一般是依据构造上的需要而确定的， 其凸模长度用以下公式计算：L=h+h +h +h123式中L 凸模长度， mmh 凸模固定板高度， mm1h 工件高度， mm2h 导尺高度， mm3h 附加高度， 一般取 1520mm 冲裁 14mm 孔凸模、凹模各尺寸及其组件确定和标准化 包括外形尺寸和厚度凸模长度L=25+26+22+1=74mm由小凸模刃口 d=14.23mm 查手册 2 表 2.54 可知 h=3mm, D=21mm, L=74 凸模强度校核： 要使凸模正常工作， 必需使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力， 即对于圆形凸模dm i n4tt s 式中 dm i n 圆形凸模最小截面直径， mmt 冲裁材料厚度， mmt 冲裁材料的抗剪强度， MPas4ttd = 凸模材料许用强度， 取 1.01.6 ×10 3 MPa4 ´1´ 335 =1.34mm所以承压力量足够。m i ns 1.0 ´103抗纵向弯曲力校核对于圆形凸模 有导向装置F 270d 2 /式中Lmax 允许的凸模最大自由长度， mm F 冲模力,N16.7 凸模最小截面的直径， mmFLmax 270d 2 /=270× 14.23 2 /=66.5mm所以长度适宜。凸模固定端面的压力q = F < s A式中q 凸模固定端面的压力， MPaF 落料或冲孔的冲裁力， Ns 模座材料许用压应力， MPaq =16.7 ´103 =175.79MPa95凸模固定板端面压力超过了 80 90 a ，为 此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。矩 形垫板材料可用 45 钢， 构造形式和尺寸规格见手册 表 15.60 ， 查得 125 × 100 × 85.2 凹模的设计整体式凹模如图 7 装于上模座上， 假设凹模高度 H 及模壁厚度 C 缺乏时， 会使凹模产生较大变形， 甚至破坏。 但由于凹模受力简单， 凹模高度可按阅历公式计算， 即凹模高度 H=KB凹模壁厚 C=(1.52)H式中 B- 凹模孔的最大宽度， mm 但 B 不小于 15mmC- 凹模壁厚， mm 指刃口至凹模外形边缘的距离； K= 系数， 取 0.20凹模高度 H=KB=0.20× 34.69=6.94mm按表取标准值 25mm 凹模壁厚 C=1.5H = 1.2 × 25=30mm图 3 整体式凹模的局部构造凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取 1.72.0 d。图 4 凹模上的螺孔设计与选用d 为螺孔的距离， 由于凹模厚度为 25mm ， 所以依据表 2.46 2 查得螺孔选用 4 ×M8 的螺钉固定在上模座。 应选用如图 8 ：螺孔到凹模外缘的最小距离 a=1.5d=1.5 × 8=12mm2a =1.13d 9mm3凹模上螺孔间距由表 2.47 查得最小间距为 40mm ， 最大间距为 90mm 。螺孔到销孔的距离一般取 b>2d, 所以 b 应大于 。根 据 上 述 方 法 确 定 凹 模 外 形 尺 寸 须 选 用 矩 形 凹 模 板 125 × 100 × 25 JB/T7643.1 如图：图 5 凹模外形落料凹模的长度选取要考虑以下因素：a) 保证有足够的安装刚性卸料板的位置。b) 便于导尺发挥作用， 保证送料粗定位精度。选取凹模边界为 125mm × 100mm 。凹模材料选用 Cr12 制造，热处理硬度为 58 62HRC 。由于承受整体式凹模， 所以由外形落料凹模确定其凹模板厚度， 其凹模刃口高度由表 2.40 查得 h=6mm ， = 2 05.3 凸凹模的设计冲孔， 落料复合模、凹模各尺寸及其组件确定和标准化 包括外形尺寸和厚度凸凹模长度L=27+10+1.50=38由凸模刃口 d=34.69mm 查得 D=45mm, h=7.5mm,L=38mm。d = 34.69mm, d1= 16mm, d2= 14.51mm, d3= 22mm, h = 7.5mm, h1= 9mm, L = 38mm.图 6 凸凹模凸凹模固定板端面压力超过了 80 90 a ，为 此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。矩形垫板材料可用 45 钢，结 构形式和尺寸规格见手册 表 15.60 ， 查得 125 × 100 × 86 模具标准件和零件的选取6.1 模具标准件模架 125´100´160 - -190JB / T 2851.5垫板 125´100´8 - 45钢JB / T 7643.3凸模固定板 125´100´ 25 - 45钢JB / T 4643.2 凸凹模固定板 125´100´ 28 - 45钢JB / T 4643.2 上模座 125´100´ 35JB / T 2855.9下模座 125´100´ 45JB / T 2855.10导柱 A22h6´120GB / T 2861.1导柱 A25h6´120GB / T 2861.1导套 A25h6´ 70´ 28GB / T 2861.1导套 A22h6´ 70´ 28GB / T 2861.16.2 标准件固定螺钉 GB5782 - 86M 8´ 60 固定螺钉 GB5782 - 86M 8´80 固定螺钉 GB5782 - 86M 8´ 306.3 模柄d = 20mm, d1= 67mm, d3= 44mm,d= 9mm, d45= 15mm, L = 58mm,L = 18mm, H = 9mm.1图 7 模柄6.4 废料切刀d=6mm,h=10mm,L=12mm,B=5mm,H=15mm图 8 废料切刀7 模具总装图及工作原理7.1 模具总装图1. 固定螺钉 2. 导柱 3. 垫板 4. 凸凹模 5. 工件 6. 废料切刀 7. 推件块8. 导套 9. 上模座 10. 固定螺钉 11. 推杆 12. 固定螺钉 13. 推杆14. 导杆 15. 模柄 16. 销钉 17. 垫板 18. 凸模固定板 19. 凸模 20. 凹模21. 凸凹模 22. 销钉 23. 下模座图 9 装配图7.2 冲孔. 边复合模的工作原理上模局部通过模柄安装在压力机滑块上，下模局部通过螺栓，压板安装在压力机工作台面上。 压力机行程一次， 完成落料， 冲孔一次， 压力机滑块回程， 带动上模局部上行， 卡在凸模外的工件有推件块推出， 卡在凸凹模内的废料从下模局部的落料孔中落出， 落料外的废料有废料切刀切成两局部， 有工人取出。 完成一次冲压。完毕语深圆筒件属于简洁拉深件， 分析其工艺性， 并确定工艺方案。 依据计算确定本制件是屡次拉深成的， 然后相应选取各次拉深时的压力机。本设计主要是最终一次拉深模具设计， 需要计算拉深时的间隙、 工作零件的圆角半径、 尺寸和公差， 并且还需要确定模具的总体尺寸和模具零件的构造， 然后依据上面的设计绘出模具的总装图。由于在零件制造前进展了推测， 分析了制件在生产过程中可能消灭的缺陷， 实行了相应的工艺措施。 因此， 模具在生产零件的时候才可以削减废品的产生。深圆筒件的外形构造较为简洁，但是高度太高不适合选用标准模架。要保证零件的顺当加工和取件， 必需有足够的高度，因 此需要转变导柱、导套的长度， 以到达要求。 模具工作零件的构造也较为简洁， 它可以相应的简化了模具构造。 便以以后的操作、 调整和维护。深圆筒模具的设计， 是理论学问与实践有机的结合， 更加系统地对理论学问做了更深切贴实的阐述。 也使我生疏到， 要想做为一名合理的模具设计人员， 必需要有扎实的专业根底， 并不断学习学问技术， 树立终身学习的观念， 把理论学问应用到实践中去， 并坚持科学、严谨、求实的精神， 大胆创， 突破技术， 为国民经济的腾飞做出应有的奉献。参考文献1 杨占尧主编. 塑料注塑模构造与设计 M .清华大学出版社.2 中国模具设计大典.3 王孝陪主编. 塑料成型工艺及模具简明手册 M .机械工业出版社. 20234 模具制造手册编写组. 模具制造手册 M . 机械工业出版社. 19965 冯炳尧，韩泰荣，蒋文生主编. 模具设计与制造简明手册 M . 上海科学技术出版社， 19986 贾润礼 ，程 志远主编. 有用注塑模设计手册 M . 中国轻工业出版社. 20237 唐志玉主编. 模具设计师指南. 国防工业出版社 J . 1999 ， 9 28 屈 华 昌 主 编 . 塑 料 成 型 工 艺 与 模 具 设 计 M . 机 械 工 业 出 版 社 . 19959 黄毅宏主编. 模具制造工艺 M . 机械工业出版社. 1999