1、冲压设计 西南科技大学本科生毕业论文 I第一章 绪论 . 31.1 前言 .31.2 冲压的基本工序及模具 .41.3 冲压技术的现状及发展方向 .4第二章零件的工艺分析 .82.1 零件图 .82.2 零件图的工艺分析 .10第三章 冲裁力、卸料力、顶出力的计算 .123.1 冲裁力的计算 .123.2 卸料力的计算 .133.3 顶件力的计算 .143.4 计算总冲裁力 .14第四章 初选压力机 .154.1 压力机的选取原则 .154.2 选取压力机 .15第五章 凸模的结构设计 .165.1 凸模选取原则 .165.1.1 精确定位 .165.1.2 防止拔出 .165.2 凸模的结构
2、 .165.3 计算凸模长度 .17第六章 凹模的结构设计 .196.1 凹模结构 .196.2 计算凹模厚度 .19第七章 刀刃的尺寸计算 .207.1 配作法制模刃口尺寸计算 .207.1.1 凸模刃口尺寸 .20第八章 压力中心的计算 .22第九章 定位中心的设计 .239.1 挡料销 .239.2 弹性定位销 .239.2.1 弹簧的选取 .24第十章 卸料装置的设计 .2610.1 卸料板的选取 .2610.2 弹性元件的选取及计算 .2610.2.1 弹性元件选取 .2610.2.2 确定橡胶参数 .2610.3 卸料螺钉的选取 .28第十一章 顶料装置的设计 .3011.1 顶料
3、装置的选取 .3011.2 圆柱弹簧参数的选取 .30第十二章 冲模导向的设计 .32第十三章 其他零件的设计 .33西南科技大学本科生毕业论文 II第十四章 模架和其他零件的选用 .3514.3 模座 .3614.4 模柄的选择 .3614.5 固定板的选择 .3714.6 垫板的选择 .3714.7 紧固件的选择 .3714.8 限位圈的选择 .3714.9 模具主要零件的尺寸规格及闭合高度 .38第十五章 模的安装和安全技术 .39第十六章 整个模具的动作分析 .40总结.41致谢 .42参考资料 .43西南科技大学本科生毕业论文1第一章 绪论1.1 前言冲压形成是一个涉及领域机器广泛的
4、行业，深入到制造业的方方面面，在国外，冲压被称为板料成形。冲压形成加工是通过冲压模具来实现的。冲压模具是大批量生产同形产品的工具，是冲压形成的主要工艺装备。使用冲压模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低，节约能源和原料和原材料等一系列优点，其生产的制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低能耗，是其他加工制造方法所不能比拟的，它以成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。而整个模具发展业已很大程度上决定着现代工业品的发展和技术水平的提高。因此模具工业对国民经济和社会发展起举足轻重的作用。早在 1989 年 3 月国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中，就把模具列为机械工
5、业技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二位（仅次于大型发电设备及相应的输变设备） ，确立模具工业在在国民经济中的重要地位。1997 年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入了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 。经国务院批准，从 1997 至 2000 年，对 80 多国家有专业模具厂实行增值税返还 70%的优惠政策，以扶植模具工业的发展。从1977 年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。据统计，在家电、玩具等轻工行业，近 90%的零件是模具生产的；在飞机、汽车、农机和无线电行业，在这个比例也超过 60%。从产值看，20 世纪 80 年代以来，美
6、国、日本等工业发达国家模具行业的产值已超过机床行业，并又有继续增长的趋势。据国际生产技术协会预测，到 2010 年，产品零件粗加工的 75%、精加工的 55%将由模具完成，以上的金属板材、80%以上的塑料都将通过模具转化成产品。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
7、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
8、形状精度，且一般不破坏冲压件的表面西南科技大学本科生毕业论文 2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
9、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。1.2 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
10、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，
11、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，
12、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。西南科技大学本科生毕业论文 31.3 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
13、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
14、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
15、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
16、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 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
17、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。西南科技大学本科生毕业论文 4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
18、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
19、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2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
20、-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
21、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
22、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西南科技大学本科生毕业论文 5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。FM
23、S 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
24、%，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
25、都还有待于进一步提高。西南科技大学本科生毕业论文 6第二章零件的工艺分析2.1 零件图图 1.1 零件1、工艺方案分析该工件包括落料、拉深两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，首次拉深一，再次拉深。采用单工序模生产。方案二：落料+拉深复合，后拉深二。采用复合模+单工序模生产。西南科技大学本科生毕业论文 7方案三：先落料，后二次复合拉深。采用单工序模+复合模生产。方案四：落料+拉深+再次拉深。采用复合模生产。方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，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，成本较低。
26、方案三也只需要二副模具，制造难度大，成本也大。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，但模具成本造价高。通过对上述四种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。2、主要工艺参数的计算(1)确定修边余量该件 h=70mm，h/d=70/50=1.4,查冲压工艺与模具设计表 4-10可得 mh8.3则可得拉深高度 HH=h+ =70+3.8=73.8mm(2)计算毛坯直径 D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= 2257.0.14RdHd= 25.8350m13(3)确定拉深次数按毛坯相对厚度 t/D=0.8/130 和工件相对高
27、度 H/d=73.8/50=1.36062.查冲压工艺与模具设计表 4-15 可得 n=2，初步确定需要两次拉成，同时需增加一次整形工序。(4)计算各次拉深直径由于该工件需要两次拉深，查冲压工艺与模具设计表 4-11 可得，首次拉深系数 m和二次拉深系数 m :12m =0.53 m =0.7612西南科技大学本科生毕业论文 8初步计算各次拉深直径为：d = m D=0.53 130 69mm1d =m D=0.76 130 50mm2(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,故首次拉深凹模圆角半径 r 应取大些,1d根据压工艺与模具设计表 4-7 知：r =10t=1
28、0 0.8=8 mm1d由冲压工艺与模具设计式（4-49）和式（4-50）即：r =(0.70.8) r 和 r =(0.70.8)rdn1dnpndn计算各次拉深凹模与凸模的圆角半径，分别为：r =8 mm r =6 mm 1d1pr =6 mm r =5 mm 22(6)计算各次工序件的高度根据冲压工艺与模具设计式（4-39）计算各次拉深高度如下：H =1/4(D )1 1112/57.0.drd=1/4（ ）69/.62.96/32=49mmH =1/4=(D )2 222/57.0.1/drd=1/4=( )50/.30mm742.2 零件图的工艺分析冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。虽然冲压加工工艺过程包括备料冲压加工工序必要的辅助工序质量检验组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况
