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1、1 1 前言随着近代工业的发展，各个行业的产品中 60至 80的零部件都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的优点是其他加工制造方法所无法比拟的。经历了金融危机之后，模具工业呈现新发展特点与趋势，结构调整等方面取得了不少成绩，信息社会经济全球化不断发展进程，模具行业发展趋势主要模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。 当今世界正进行着新一轮的产业调整一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国。
2、近年来，外资对我国模具行业投入量增大，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。但与国民经济需求和世界先进水平相比，我国模具差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈，所以我国一般技术水平的模具消费已经相对饱和。 一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技术含量较低的中低档模具，因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率，这些模具的发展已滞后于冲压件生产，而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率；二是由于我
3、国的模具价格要比国际市场低格低许多，具有一定的竞争力，因此其在国际市场的前景看好。这决定了我国模具行业还是大有可为的。从起步到现在，我国模具工业已经走过了半个多世纪。从 20 世纪以来，我国就开始重视模具行业的发展，提出政府要支持模具行业的发展。从产品水平上来说，为 B 级及以下档次轿车及其他乘用车商用车等配套全套汽车模具，为电子行业配套精度达 2m，寿命达 2 亿次以上精密高速多工位级进模，单套模具重量超过 100 吨巨型模具，长达 6 米大型多工位级进模具，表面粗糙度达到 Ra1.5m 的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模，导光板模具、光盘模具、生物芯片模具等许多高水平模具己
4、都能生产。计算机技术、信息技术等先进技术在模具技术中得到广泛的应用，是模具设计与制造水平发生了深刻的革命性的变化。目前最为突出的是模具 CAD/CAE/CAM。这些技术显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在这方面，国际上有许多应用成熟的计算机软件，我国不但能消化、应用国外的有关软件，少数单位还能自行开发或正在开发模具 CAD/CAE/CAM 软件。在一些行业，如汽车行业的主要模具行业，实现了模具 CAD/CAE/CAM 一体化。尽管其总体水平与国际上的还有差距，但它代表了我国模具技术行业的发展成果与发展方向。为了提高冲压模具的寿命，模具表面的各种强化超硬处
5、理等技术也是发展重点。对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。经过“十一五”努力，我国模具水平以达到进入亚洲先进水平的行列，再经过两个五年计划，2020 年时基本达到国际水平，使我国不但成为模具生产大国，而且进入世界模具生产制造强国之列。2 2 工艺方案的制定图 2.1 为汽车离合器的零件的冲压件，材料为 Q235 钢板，厚度 3mm，属于大量生产，要求编制冲压工艺方案。图2.1 零件实体图及各部分尺寸2.12.1 冲压件的工艺分析该零件为汽车离合器
6、配件，材料较厚。零件外形对称，无尖角、凹陷或其他形状突变，表面不允许有折皱及折痕等缺陷，系典型的板料冲压件。零件外形尺寸无公差要求，壁部圆角半径 r12。通过上述工艺分析，可以看出该零件为普通的拉深冲孔件，毛坯料为圆形，先拉深后冲孔，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成形问题，有属于大量生产，一次可以用冲压方法生产。2.22.2 确定工艺方案2.2.1 计算毛坯尺寸工件的主要成形工序有落料、拉深、冲孔，旋转体零件采用圆形毛坯，其直径按面积相等的原则计算（不考虑板料的厚度变化） ，计算毛坯尺寸时，现将零件划分为若干便于计算的简单几何体，分别求出面积后相加。得零件总面积，则毛坯A直径为：（2-AD/41
7、）即 D= （2-2 1256. 072. 14rrddhd2）式中 D 平面毛坯直径（mm） ；d 拉深后的圆筒直径（mm） ，d=197mm；r 圆角半径（mm） ，r=12mm；h 拉深高度（mm） ，h =h+h，h=2mm，h=48.5mm，h 修边余11量；毛坯尺寸为：D =2 1256. 072. 14rrddhd=221256. 01971272. 15 .501974197=273(mm)所以，该汽车离合器配件的毛坯直径为 273mm。2.2.2 确定排样方式和计算材料利用率图 2.2 毛坯形状和尺寸较大，为便于手工送料，选用单排冲压。工件沿边搭边a=4mm,工件间搭边 a1
8、=4mm,排样图如图 2.3 所示图 2.2 毛坯落料图图 2.3 排样图一个进距的材料利用率（2-%100bhnA3）式中 A 冲裁件的面积，A=r2；n 一个进距内冲裁件数目；b 条料宽度；h 进距；所以，%1002772815 .13612 =75.16%2.2.3 冲压工序性质和工序次数的选择冲压该零件，需要的基本工序和次数有：（1） 落料；（2） 拉深；（3） 冲孔；（4） 修边。2.2.4 工序组合及其方案比较根据以上这些工序，可以作出下列各种组合方案。方案一：按照基本工序顺序：落料拉深修边冲孔方案二：按照基本工序：落料冲孔拉深修边方案三：将落料、拉深复合，按照基本工序：落料、拉深
9、复合修边冲孔对以上三种方案进行比较，可以看出：方案一：按照基本工序排列的冲压工艺每步工序都只使用简单模具，结构简单，制造周期短，价格较低，适合中小批量生产；从生产效率、模具结构和寿命方面考虑，将落料、拉深和冲孔在三套模具上冲压，有利于降低冲裁力和提高模具寿命。但是由于工序较多，操作不方便，零件的尺寸不易控制，又增加了模具数量，依照零件的批量要求来看，单工序模不合适。方案二：与方案一比较，冲孔后在再拉深容易使孔变形，不能保证零件形状，影响产品质量。方案三：将落料、拉深复合，实现两道工序在一副模具上完成，减少了工序数和模具数，降低模具的费用和零件的生产费用，冲压出的工件质量较高，符合零件大批量的要
10、求，提高了经济效益，降低了生产成本。通过上述对三种方案的分析，最终选用方案三：落料、拉深复合修边冲孔。其基本工序为：（1）第一步工序：落料、拉深复合，工件如图 2.4。 图 2.4 落料、拉深工件图（2）第二步工序：修边，工件如图 2.5。 图 2.5 修边工件图（3）第三步工序：冲孔，工件如图 2.6。图 2.6 冲孔工件图2.3 计算工序冲压力和选择冲压设备计算冲裁力的目的是为了合理地选用压力机和设计模具。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应于冲裁要求。2.3.12.3.1 第一道工序落料拉深（1）落料力的计算（2-tLF落4）式中 L冲裁件周长（mm）,L=；Dt 材料的厚度（mm
11、） ，t=3mm；材料抗剪强度（MPa） 。选择设备吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素，实际冲裁力可能增大，所以应取LtF3 . 1落（2-5bLt）式中 材料抗拉强度，(Mpa); Q235 =375460Mpa，取bb；Mpab420所以 落FbLt42032731080.10（KN）（2）拉深力的计算首先确定工件的拉伸次数：工件总的拉深系数：（2-6）Dd总m式中 d 拉深后圆筒直径， （mm） ；D 毛坯直径， （mm） ；所以 273197总m=0.72毛坯的相对厚度：10. 1%1002733%100Dt由相对厚度查极限拉深系数，查表 2.1 得极限拉深系数为。53
12、. 01m因为 1mm总所以，工件只需要一次拉深就能满足要求。表 2.1 极限拉深系数拉深系数毛坯的相对厚度100/Dt0.300.600.601.01.11.5m10.580.550.53根据公式计算拉深力(2-7)bLkFt1深式中 k 系数；圆筒件第一次拉深时的系数=0.55；11kL 圆筒件的周长（mm） ，为圆筒件的第一次工序直径，1Ld1d由于工件厚度1mm,所以根据料厚中线计算，=197mm；1dt 材料厚度， （mm） ；t=3mm； 材料抗拉强度， （Mpa） ，Q235 的材料抗拉强度为 375460 Mpa，b取=420 Mpa。 b所以 420319755. 0深F=4
13、28.68（KN）（3） 压边力由是否采用压边圈的条件，判断是否需要压边圈。 因为 100%=1.1018300.0200.025 30800.0200.030 801200.0250.035 1201800.0300.040为了保证冲模的间隙小于最大合理间隙：（mm）070. 0040. 003. 0dp（mm）180. 0460. 0640. 0minmax ZZ因为 minmaxZZdp则取 （mm） 030. 0p（mm）040. 0d由于零件为圆形且比较简单，所以凸凹模可以分开加工，且零件的公差等级为IT12 级，公差为 0.46mm，即。mm46. 0落料凹模的尺寸：（3-1）dx
14、DDd0)(式中 D 落料件外径的基本尺寸， （mm） ； 凹模的制造公差， （mm） ；d 工件的制造公差， （mm） ； 磨损系数，其值在 0.51 之间；取系数 x=0.5。x所以 040. 00)46. 05 . 0273(dD=272.77（mm）040. 00落料凸模的尺寸：（3-2）0 min)( pZxDDp式中 D 落料件外径的基本尺寸， （mm） ； 凹模的制造公差， （mm） ；p 工件的制造公差， （mm） ； 磨损系数，其值在 0.51 之间；取系数 x=0.5；xZ 最小合理间隙， （mm） 。min所以0 030. 0)46. 046. 05 . 0273(pD=
15、272.31（mm）0 030. 0（2）拉深凸、凹模刃口尺寸根据凸、凹模制造公差表，查得表 3.3 拉深凸、凹模的制造公差：凸模：（mm）06. 0p凹模：（mm）10. 0d表 3.3 凸、凹模的制造公差拉深直径/mm100材料厚度/mmd p1.5 0.10 0.08零件的公差等级为 IT12 级，制造公差为 0.46mm，即=0.46mm。拉深凸模的刃口尺寸：（3-3）0 max)75. 0( pZDDp式中 D 拉深件的最大外形尺寸， （mm） ；max 工件的制造公差， （mm） ；Z 拉深模的双面间隙， （mm） ；Z=2c；凸、凹模间隙c：c=tmax+kt，系数 k=0.12所以)72. 646. 075. 0200(pD0 06. 0=192.94（mm）0 06. 0凸模的圆角半径过大或过
