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1、张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计第一章 绪 论1.1 冲模概述1.1.1 冲模的概念、作用及其特点所谓冲压成形就是利用安装在压力机上的模具，使板料或带料产生 分离或塑性变形，从而获得具有一定尺寸、形状和力学性能的产品或半成品的塑性加工方法。由于冲压通常在常温下进行，因此常被称为冷冲压。在冲压加工过程中，将毛坯材料加工成冲压件的一种特殊工艺装备，被称为冲压模具（或称冲模、冷冲模）。故此，冷冲压具有一下特点： (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，
2、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，
3、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。1.1.2 冲模结构组成 对于一套冲模而言，无论
4、其结构形式如何，一般都是由固定部分和活动部分两大块组成。通常，固定部分用压铁、螺栓等紧固零件固定在压力机的工作台上，称为下模；而活动部分一般固定在压力机的滑块上，称为上模。上模随着压力机的滑块按照一定的运动规律做周期性的往复直线运动，从而完成冲压加工。 一套冲模根据其复杂程度不同，一般都由几个、几十个甚至更多的零件组成。但无论其结构形式和复杂程度如何，大多都可以将模具零件分为工作零件、定位零件、卸料和推料零件、导向零件、安装和固定零件等五种类型。 当然，并不是所有的冲模都必须具备上述五部分零件。对于试制或小批量生产的情况，位了缩短生产周期、节约成本，可把冲模简化成只有工作部分零件如凸模、凹模和
5、几个固定部分零件即可；而对于大批量的连续生产，为了提高生产效率和保证冲压生产的顺利进行，还应增加自动送料装置等。1.1.3 冲模分类 冲模的结构形式和分类方式多种多样，可以分别根据冲模的工艺特点、冲模工序的组合方式和组合程度、冲模的结构形式、凸（凹）模的材料等进行分类。（1） 根据冲模的工艺特点，可将冲模分为冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模、翻边模等。（2） 根据冲模工序的组合方式和组合程度，可将冲模分为单工序模、复合模和连续模等。（3） 根据冲模的结构形式进行分类。按上、下模的导向方式，可分为无导向模、导柱模和导板模等；按卸料装置的形式，可分为固定卸料板冲模和弹性卸料板冲模；按挡料形式，可分为
6、固定挡料销冲模、活动挡料销冲模、导正销冲模和侧刃定距冲模等。（4） 根据冲模工作部分的材料，可将冲模分为普通冲模、硬质合金模、钢结硬质合金模、钢带冲模、橡皮冲模和聚氨酯冲模等。1.2 冲模技术现状及发展分析1.2.1 冲模设计与制造水平 冲模设计是一项技术性很强的工作，设计过程是一个创造性的工作过程，设计包括合理的模具结构的选择和各部分的详细设计，要依据制定的冲压工艺规程，充分考虑毛坯的定位、出件、废料排除等问题，模具的制造维修方便、操作安全可靠等因素以及可供选用的冲压设备。冲模的制造更是受到来自软件的、硬的两方面因素的影响。所谓软的因素就是指参与模具制造有关的技术人员和加工人员，而硬的因素则
7、是指与模具制造紧密联系的加工装备的水平以及各种环境因素等。20世纪80年代以来，我国冲模的设计与制造能力经过几十年的发展，在现代信息、计算机技术的支撑下，已具有了相当高的水平，然而与国际先进水平相比仍有教大差距。目前，应该进一步提高和改进的方面包括：加大力度发展大型、精密、复杂、长寿命的模具；进一步发展多工位级进模和多功能模具；开发和利用先进的冲模加工方式和装备；大力培养冲模设计和制造的高级专门人才；进一步改进管理水平，提高组织实施能力，包括建立信息化平台等；深入研究与冲模制造有关的技术，包括新材料的开发、表面处理新技术的应用等。1.2.2 冲模CAD/CAM技术 近几十年来，计算机技术、机械
8、设计与制造技术的迅速发展和有机结合，形成了计算机辅助设计与计算机辅助制造（CAD/CAM）这一新技术，而且一直在不断的发展和提高。 CAD/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高技术、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助计算机对冲压产品、模具结构、成形工艺、数控加工及生产成本等进行设计和优化。冲模CAD/CAM技术能显著缩短冲模设计及制造周期、降低生产成本、提高产品质量，这已称为人们的共识。 我国模具CAD/CAM技术的发展已有30多年的历史。在“八五”、“九五”、“十五”期间，国内几乎所有的模具企业已推广普及了计算机绘图技术，数控
9、加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量的商业化CAD/CAM系统。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现，以三维造型为基础、基于并行工程(CE)的模具CAD/CAM/CAE技术正成为模具行业的重点发展方向，它能实现面向制造和装配的设计，实现成形过程的模拟和数控加工过程的仿真，使设计、制造、分析（CAD/CAM/CAE）一体化。然而，目前的模具CAD技术大多停留在计算机辅助绘图的层面上，如何实现真正意义上的计算机辅助设计、实现CAD/CAM/CAE技术的一体化，是有关人员应该密切关注和深入研究的重点。1.2.3 冲模专业化程度 模具专业化包含有多层意思：模具生产独立于其他产品生产，
10、作为专业模具生产厂家生产模具外供；按模具种类划分，专门从事某一类模具生产，如冲模制造企业等；在某一类模具中，按其服务对象或模具工艺及尺寸大小，选取该模具中的某种模具进行专业化生产，如汽车覆盖件模具、多工位级进模具、精冲模具生产等；专业生产模具中的某一些零件供给模具生产企业，如模架、冲头、弹性元件生产企业等；按工序开展专业化协作，如我国江浙一带某些进行模具生产的民营企业，它们专业化程度高、分工细、投资少、合作灵活、见效快。相比国外先进水平，我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。国外模具自产自配比例一般位30%，我国冲模自产自配比例为60%，这就对冲模专业化产生了很多不利影响。1.
11、3 模具标准化1.3.1 模具标准化的意义由于冲压生产的高效率以及冲压产品良好的综合力学性能，在现代工业产品中越来越多的冲压件取代机械加工零件已是大势所趋。要想很好地满足日趋增长的冲压产品的需要，必须有高效批量的冲模生产方式和手段与之相适应，这就需要冲模工业打破传统的生产制造模式，其关键是大力提倡和发展冲模标准化。模具的标准化是把模具的每一个零部件的外形尺寸和各零件的装配尺寸进行标准化、系列化，制定出在模具设计与制造中应遵循和应用的一系列技术规范与基准。例如：除对模架中各零部件进行标准化、系列化以外，对凸模、凹模、垫板、凸（凹）模固定板、卸料板、顶件装置等其他零部件的外形尺寸和模具安装螺孔、销
12、孔的位置尺寸与模架一起进行标准化、系列化。而且，各系列零部件的安装位置尺寸也必须进行统一。在新产品开发上，为使新产品更早更快地投放市场，在模具设计和制造上，模具采用标准化，就可以制造出模具的模块，然后把旧产品的同一系列模具中的模块更换下来，在做适当加工就能很快投入使用。这就能够在很大程度上缩短模具制造、生产周期，并且也可以减少产品的一次性投资成本。1.3.2 中国模具标准件产需概况由于中国模具标准化工作起步晚、进展慢，中国模具标准件长期以来一直是一种品种规格少、生产规模小、流通不畅通的状态。即使是目前生产较多的模架、导向件、弹性元件等，也是中低档产品多、中高档产品少的局面。目前，冷冲模架和弹性
13、元件已达到了很高的使用覆盖率，然而其中的钢板模架和精密模架的需求缺口还是比较打的。此外，模板模块、导向件、标准凸凹模等模具标准件的品种规格少，使用覆盖率低，自产自用的多。1.3.3 冲模标准制定原则制定冲模标准时，必须使制定出的标准能全面有效地控制、保证和提高模具设计和制造质量，最大限度地节约原材料，提高材料利用率和生产效率。其制定原则主要包括以下几个方面。 保证模具产品标准的通用性。制定模具通用零件标准，必须保证其通用性强。 基于国家的模具标准尺寸。冲模的零、部件的主要尺寸和尺寸系列须采用国家标准标准尺寸。 采纳或等效采纳国际通用模具标准。在制定、修定模具技术标准时，采纳或等效采纳国际通用标
14、准，参照或采纳国际先进的模具技术标准，是我国标准化工作的一项技术政策。 参照或采纳国际先进标准。制定我国模具技术标准时，参照或采纳国际先进企业标准，也是一条重要的技术政策。 执行和采用国家基础标准。设计要求：张力盘落料、冲孔、拉深复合模工件简图如下图1-1所示。 图 1-1冲压技术要求：工件名称：张力盘生产批量：大批量材 料：Q235-A钢 厚度t=0.8mm 第二章 冲裁模设计计算2.1 冲件工艺分析2.1.1 冲压件的工艺分析从工件简图看，图样所示零件均未标注公差的一般尺寸,按惯例取 IT14级,符合一般冲压的精度要求。图样零件材为 Q235 钢板,能够进行一般的冲压加工,市场上也容易得到
15、这种材料,价格适中；外形落料的工艺性: 零件属于中小零件,材料厚 t= 0.8mm,外形简单,尺寸精度要求一般,因此可用冲裁落料工艺；冲孔工艺: 冲中心孔孔径为 7.4mm,三个腰形孔孔径为16 mm,24mm,R2孔尺寸精度要求一般可采用冲孔工艺；该工件从变形的程度来看属局部浅拉深起伏件。因此，在起伏过程中能否一次成形，保证工件平整且无裂纹是该工件模具设计的关键。2.1.2 确定工艺方案 方案一：采用单工序模。即分多次对该工件进行冲压加工，但对工作效率有一定的影响，且该工件位大批量生产，故该方案排除。 方案二：采用级进模。级进模可以进行多工序连续冲裁，甚至成形和装配，比单工序模生产率高，减少模具数量。但其结构相对复杂。更者，该工件工序较多，结构较复杂，故此方案也不宜选用。 方案三：采用复合模。对该工件应采用复合模方可实现落料、冲孔、拉深等工序。 经多方论证，方案三可行，且实惠。2.2. 冲裁工艺设计
