冲压工艺与模具设计的内容与步骤课件

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1、第9章 工艺与模具设计内容与步骤,9.1 冲压工艺设计的内容与步骤,(1)设计前的准备工作 1)生产任务书或产品图及其技术条件 包括电子文档或实物 2)原材料情况 板材的尺寸规格、牌号及其冲压性能、材料的供应情况及产地等。 3) 生产纲领 生产批量 4)设备情况 可供选用的设备型号、技术参数及使用说明书 5)模具技术水平 加工设备及技术力量 6)各种技术标准和手册资料 7)数字化设计的软硬件条件,(2)冲压工艺设计的主要内容及步骤 1)冲压件工艺性分析 根据冲压件产品图，分析冲压件的形状特点，尺寸大小，精度要求、原材料尺寸规格和力学性能，结合可选用设备规格以及模具制造条件、生产批量等因素，分析

2、零件工艺性。若工艺性不好，应在不影响产品使用前提下，向有关人员提出修改意见，对产品做出适合工艺性的修改。 冲压件工艺性:是指冲压件对某种冲压工艺的适应性能力或难易程度。,2)确定工艺方案 在冲压工艺性分析的基础上，提出各种可能的冲压工艺方案，经过综合分析、比较，最后确定适合于所给生产条件的最佳方案，内容包括工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式等。,3)选择模具类型与结构形式 根据冲压件的形状特点、精度要求、生产批量、工厂模具加工条件、操作上的习惯、现有通用机械化自动化装置的特点等确定模具类型和结构形式。 4)选择冲压设备 根据需要完成的冲压工序性质选定设备的类型，并进一步按照冲压加工所需要的

3、变形力、变形功和零件尺寸，选定设备的吨位。,9.2 确定冲压工艺方案的一般原则,(1)冲压工艺必须符合变形规律 在需经数道工序成形时，零件是逐步形 成的。每一道工序都使毛坯一部分变为成品的 一部分。为使每道工序都能顺利完成任务，应 使该道工序中应变形的部分为弱区。 1)有些几何形状相同的零件，由于尺寸差别， 为保证“变形区应为弱区”条件，必须采用不同 冲压加工方案。图9-1所示为油封内、外夹圈。 这两个零件材料和形状相同,由于尺寸上的差 别，必须采用不同的冲压方案。,图9-1 油封内夹圈与外夹圈的冲压工艺过程,2)为保证“变形区为弱区”的条件，有时要增加一些附加工序。 图9-2所示轴承盖，用落

4、料、拉深、冲23mm孔的方案，其拉深系数为0.43，已超过了极限拉深系数，不能一次成形。采用落料预冲11孔、拉深、冲23孔的方案，使法兰保持为弱区，但底部也可产生一定的变形量。拉深时11孔扩大，底部的部分材料转向侧壁，从而使成形高度得到增加。因此可一次拉深成形。,图9-2 轴承盖零件图,3)确定工序顺序时，应考虑冲压变形趋向性。 例如，有拉深变形和扩孔变形趋向的带底孔拉深件，研究表明：当拉深系数小于一临界值0(08钢0=0.6)时，拉深件底部的任意小孔都要发生变形。因此，该类零件上的小孔必须在拉深后冲出，否则，底部会发生扩孔变形。,(2)冲压件尺寸精度对冲压工艺过程要求 1)对孔的尺寸、位置或

5、零件上某一部分尺寸有较高精度要求时，应当把这种工序安排在成形之后。图9-3所示锁圈，内孔尺寸22 -0.1有精度要求，故其工艺过程为落料、成形、冲孔。若内孔22没有精度要求，不是配合尺寸，则其工艺过程可以是：落料冲孔、成形两道工序，这样工序少且效率高。,图9-3 锁圈的冲压工艺过程,2)拉深件口部、扩孔件孔边缘都难以得到规则而平齐的形状，尤其当使用的板料具有较大的方向性时更为严重。因此，在一般情况下，拉深件、翻边件、扩孔件等最后都安排一道修边工序。,3)对制件几何形状或尺寸有高精度要求时，须增加精整工序。图9-4调温器外壳在成形后就设有对底部和法兰的整形工序。实际上精压、校正弯曲也属于精整工序

6、。,图9-4 调温器外壳零件示意,4)对零件壁部的变薄有无要求，是选择伸长类成形或压缩类成形的主要依据。如图9-4所示的零件，若底部侧壁的壁厚要求不严，则可采用翻边工序；若不允许变薄，则必须是采用拉深工序，最后把底冲切掉。,(3)操作上的要求 1)当需要数道冲压工序加工时，解决好操作定位是保证冲压件尺寸精度的基本条件。如图9-4所示零件，第一道拉深工序拉深出的60-0.4是以后各道工序的定位尺寸；图9-5所示零件，仅用尺寸62定位是不够的。为了防止毛坯的转动，须加方向定位。该零件用两5.5孔解决冲侧孔和冲孔翻边工序的方向定位。,图9-5 增加工艺定位的零件,为消除多次定位的误差，尽量使全部工序

7、都用零件的同一个部分作为定位基准。定位基准最好是选用毛坯外形或孔，且应该使所选定毛坯定位部分，在冲压过程中不产生变形或位移。当在冲压中间毛坯上找不到合适的定位部分时，也可以利用在以后工序中需要切除的废料上冲制“工艺孔”来定位。,2)不便取拿操作小零件或形状特殊不易定位零件，不要先落料，应在冲压完成后分离。如各种链条零件及日用小五金零件等。 3)工艺稳定性是冲压工艺设计不可忽略的问题。原材料力学性能波动、厚度波动、模具制造误差、模具调整、润滑变化、设备精度等等，都对冲压工艺的稳定性有影响。 工艺稳定性差，废品率显著增高，对原材料、设备性能、模具精度、操作水平等的要求也很苛刻，有时在实际生产条件下

8、难以达到。提高工艺稳定性的主要措施是降低变形程度。,(4)模具的结构与强度上的要求 模具型式选定，主要决定于生产批量。当批量大时，尽量用级进模或复合模，把多工序合并成为一道冲压工序。当生产批量小时可选择简单模。复合模结构中，当凸凹模壁厚较小，强度得不到保证时，则应放弃复合模而选用级进模、单工序模或者修改冲压件的某些工艺尺寸。,(5)半成品形状与尺寸的确定 半成品是毛坯和制件之间的过渡件。半成品可分为两个组成部分：已成形部分，其形状与尺寸和制件相同；待成形部分，其形状与尺寸和制件不同。这些过渡性的尺寸与形状，虽然在零件冲压完成后会消失，但对每道工序成败及制件的质量有重要影响。确定半成品形状与尺寸

9、时，需要考虑的主要问题是变形的要求。下面以图9-6为例，来说明冲压半成品形状与尺寸确定的依据和方法。,图9-6 出气阀罩盖的冲压过程,1)半成品尺寸可根据极限变形参数求得，这样可减少工序、增加定位因素。图9-6a第一道落料拉深工序后的直径22,就是根据极限拉深系数计算得出的。,2)确定半成品尺寸时，必须保证每道工序中被 已形成部分隔开的部分在以后加工中都在本身 范围内进行金属分配和转移，不能从其它部分 补充金属，也不应有多余金属。图9-6b第二道 拉深工序后，便已形成直径16.5圆筒形部 分。该部分尺寸与制件相同，是已成形部分， 以后工序中不再变形。确定半成品尺寸时，必 须使被这部分隔开的部分

10、金属足够它们在以后 工序里形成制件相应部分的需要。因此，第二 道工序后的半成品内部各个尺寸，根据这个原 则按面积相等方法计算。,3)冲压局部的凹坑或凸起时，如所需材料不容易或不能从相邻部分得到补充，应在半成品相应部位采取储料措施。从图c所示第三道工序后的半成品底部形状和尺寸来看,凹坑的直径过小 ,第二道工序的半成品形状做成球面形状,为以后形成凹坑部位储存材料，使第三工序中一次成形凹坑成为可能。,4)曲面形状零件的半成品形状是具有较强抗失稳能力的，能有效防止下一道工序中的失稳起皱。如图9-6a、b中第一、二道工序球底形状，对第三道工序的成形是较为有利的。 5)有时半成品的过渡尺寸，直接影响制件的

11、表面质量。如多道工序中凸模的圆角半径或宽法兰边零件多次拉深时，凹模与凸模的圆角半径都不宜过小，否则在制件的表面上会残留有其圆角部位弯曲与变薄的痕迹，降低零件的表面光滑程度。,9.3 典型零件冲压工艺设计实例,图9-7 侧盖前支承零件,(1)摩托车侧盖前支承冲压工艺设计 图9-7为摩托车侧盖前支承，材料Q215钢，厚1.5，产量5万件。 1)零件冲压工艺性分析 该件以2个5.9凸包定位焊接在支架上，腰圆孔用于侧盖装配，位置是需要保证重点。该零件属隐蔽件，被侧盖完全遮蔽，外观要求不高。零件端部四角为尖角，采用落料工艺性较差，根据零件使用情况，将四角改为半径为2圆角，零件的“腿”较长，若有效利用过弯

12、曲和校正弯曲来控制回弹，则可以得到尺寸比较准确的零件。,腰圆孔边至弯曲半径R中心为2.5，大于材料厚度，位于变形区之外，弯曲时不会引起孔变形，故该孔可在弯曲前冲出。 2)确定工艺方案 首先根据零件形状确定工序类型和选择工序顺序。冲压该零件需要的基本工序有剪切（或落料）、冲腰圆孔、一次弯曲、二次弯曲和冲凸包，其中弯曲决定零件总体形状和尺寸，因此选择合理的弯曲方法十分重要。 a.弯曲方法比较 弯曲方法可采用图9-8中的任何一种,图9-8 弯曲成形方法,第一种方法（图9-8a）为一次成形，优点用一副模具成形，生产率高，减少设备和操作人员。缺点是毛坯都参与变形，零件表面擦伤严重，形状与尺寸都不精确，弯

13、曲处变薄严重，这些缺陷将随零件“腿”长的增加和“脚”长的减少而愈加明显。 第二种方法（图9-8b）先弯曲端部两角，再弯曲中间两角。这显然比第一种方法弯曲变形的激烈程度缓和。但回弹现象仍难控制，且增加了模具、设备和操作人员。,第三种方法（图9-8c）弯端部两角并使中间两角预弯45，再在另一副模具上弯曲成形，由于能够实现过弯曲和校正弯曲来控制回弹，形状和尺寸精度较高。由于成形过程中材料受凸、凹模圆角的阻力小，零件表面质量好。这种弯曲变形方法对于精度要求高或长“腿”短“脚”弯曲件的成形特别有利。 b.工序组合方案比较 根据冲压该零件需要的基本工序和不同的弯曲方法,有下列多种组合芳案。,方案一：落料与

14、冲腰圆孔复合、弯四角、冲凸包。优点是工序比较集中，占用设备和人员少，但回弹难控制，尺寸和形状不精确，表面擦伤严重。 方案二：落料与冲腰圆孔复合、弯端部两角、弯中间两角、冲凸包。优点是模具结构简单，投产快，但回弹难控制，尺寸和形状也不精确，而且工序分散，占用设备和人员多。,方案三：落料与冲腰圆孔复合、弯端部两角并使中间两角预弯45、弯中间两角、冲凸包。优点是回弹容易控制，尺寸和形状精确，表面质量好，缺点是工序分散，占用设备和人员多。 方案四：冲腰圆孔、切断及弯四角连续冲压、冲凸包。优点是工序比较集中，占用设备和人员少，但回弹难控制，尺寸和形状不精确，表面擦伤严重。,方案五：冲腰圆孔、切断及弯端部

15、两角连续冲压、弯中间两角、冲凸包。该方案实质上与方案二差不多，只是采用了结构复杂的连续模，故工件回弹难控制，尺寸和形状也不精确。 方案六：将方案三全部工序组合，采用带料连续冲压。优点是工序集中，只用一副模具完成全部工序，实质是把方案三各工序分别布置在级进模上，所以还具有方案三的各项优点，缺点是模具结构复杂，安装、调试和维修困难。制造周期长。,综合上述，该零件虽然对表面外观要求不高，但由于“腿”特别长，需要有效地利用过弯曲和校正弯曲来控制回弹，其方案三和方案六都能满足这一要求，但考虑到该零件生产批量不是太大，故选用方案三，其冲压工序如下：落料冲孔、一次弯曲（弯曲端部两角并使中间两角预弯45）、二

16、次弯曲（弯曲中间两角）、冲凸包。,3)确定各工序模具类型与结构形式 冲压工艺方案确定后，模具种类也就确定, 各工序模具结构形式见图9-9。 4)确定冲压设备(略),(a)落料冲孔 (b)一次弯曲图9-9 模具结构形式,(c)二次弯曲（弯曲中间两角） (d)冲凸包 图9-9 模具结构形式,(2)玻璃升降器外壳冲压工艺设计 图9-10为玻璃升降器外壳，材料08钢，厚度1.5，中批量生产。要求确定其工艺方案。,图9-10 外壳冲压件,1)零件工艺性分析 该零件是汽车车门上玻璃升降器外壳，部件图见图9-11。传动机构装于外壳内腔，通过凸缘上均布三个3.2小孔铆接在座板上，传动轴以IT11间隙配合装在16.5承托部位，通过制动弹簧、联动片、心轴与小齿轮联接，摇动手柄时，传动轴将动力传递至小齿轮，再带动大齿轮，升降车窗玻璃。,图9-11,图9-12,外壳用1.5厚钢板，保证了足够的刚度和强度。外壳内腔配合尺寸16.50+0.12，22.30+0.14, 16 0+0.2为IT11IT12级。为保证外壳承托部位16.5与轴套同轴，三个小孔3.2与