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1、底座冲压成型工艺及模具设计1 绪论目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我过模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。 随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂大型、精密，更新换代速度快等变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近年来许多模具企业因此加大了用于技术进步的投资
2、力度，一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中1.1国内冲压模具的现状和发展趋势冲压模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国冲压模具工业才驶入发展的快车道。虽然中国冲压模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在冲压模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有
3、较大差距，因此，每年需要大量进口模具。中国冲压模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加；“三资”及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。
4、从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面： （1）总量供不应求国内模具自配率只有70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有50%左右。（2）企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理 我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左
5、右，而国外模具超过70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”的组织形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%，而国外在50%以上。2004年，模具进出口之比为3.71，进出口相抵后的净进口额达13.2亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。（3）模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。（4）开发能力较差，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，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大
6、多是1520万美元，有的高达2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。造成上述差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视，以及多数国有企业机制不能适应市场经济之外，还有下列几个原因：（5）国家对模具工业的政策支持力度还不够虽然国家已经明确颁布了模具行业的产业政策，但配套政策少，执行力度弱。目前享受模具产品增值税的企业全国只有185家，大多数企业仍旧税负过重。模具企业进行技术改造引进设备要缴纳相当数量的税金，影响技术进步，而且民营企业贷款十分困难。（6）人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少模具行业是技术、资金、劳
7、动密集的产业，随着时代的进步和技术的发展，掌握并且熟练运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧张。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关重视不够，科研单位和大专院校的眼睛盯着创收，导致模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，致使模具技术发展步伐不大，进展不快。（7）工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低近年来我国机床行业进步较快，已能提供比较成套的高精度加工设备，但与国外装备相比，仍有较大差距。虽然国内许多企业已引进许多国外先进设备，但总体的装备水平比国外许多企业低很多。由于体制和资金等方面的原因，引进设备不配套，设备与附件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得
8、不到较妥善的解决。（8）专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差由于长期以来受“大而全”影响，模具专业化水平低，专业分工不细致，商品化程度低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占40左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不畅，难以完成较大规模的模具成套任务。模具标准化水平低，模具标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，特别是对模具制造周期有很大影响。（9）模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种问题往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢材相比有较大差距。塑料、板材、设备性能差，也直接影响模具水平的提高。【7】近十多年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未
9、有的共识，冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展，其特征是与高新技术结合，在方法和体系上开始发生很大变化。计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展。许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献
10、。 例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。3 虽然中国冲压模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。 2 冲孔落
11、料复合模工件名称：底座生产批量：大批量生产材料：20厚度：0.5mm工件简图:如图1所示2.1工艺分析该零件形状简单，对称，是有圆和直线组成的。冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT1114，孔中心与边缘距离尺寸公差为.将以上精度与零件的精度要求相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证，其他尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的要求，故决定采用冲压方式可以得到冲孔落料件，然后进行弯曲得到制件。此工件属于型弯曲，弯曲模没有固定的结构形式，有可能设计的很简单，也可能设计的很复杂，这需要根据工件的材料性能、形状、精度要求和产量进行综合分析，确定的模具的结构形式。本工件中的尺寸公差为未注
12、公差，在处理这类零件公差的等级时均按IT14级要求，故此件形状、尺寸、精度均满足弯曲工艺要求，可采用弯曲工序加工。2.1.1制件的总体分析图示零件材料为Q235号钢板，能够进行一般的冲压加工，市场上也容易得到这种材料，价格适中。由工件图可知：该工件既有冲孔落料又有弯曲，但工件上的的孔、槽是对称的，总的来说加工起来是容易的。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。2.1.2制件的外形分析制件形状简单对称，有利于冲压加工。2.2 冲压工艺方案的确定该零件包括冲孔落料和弯曲三个基本工序，可以有三种工艺方案。方案一：先冲孔，后落料，最后弯曲，采用三道工序模进行生产。方案二：冲孔落
13、料，最后弯曲。采用两道工序模具进行生产。方案三：冲孔落料-弯曲级进冲压成形。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需要三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足生产批量要求。方案二只需两副模具，首先使用一套模具进行冲孔落料生产，然后再使用一套弯曲模具完成最后一道弯曲成形制件。工件的精度及生产效率都高，易于批量生产，接近凸凹模的许用最小壁厚，见表2.9.6【6】模具强度较好制造难度小，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时，操作较方便，最后的一道弯曲将制件彻底成型使其满足要求。方案三只需要一副模具，生产效率高，但操作不方便，送料速度较快，通过对上述三种方案的分析比较，该件选择第二种
14、方案较为合适。冲压生产采用该方案为最佳。在此，首先通过使用一套冲孔落料正装复合模对下好的坯料板进行冲孔落料，形成下图2所示的半成品坯料，然后将其作为半成品坯料再用一套弯曲模对其进行一次弯曲成形，达到制件要求形状如图1所示。图2 半成品坯料2.3必要的工艺计算2.3.1 排样设计与计算设计复合模时，首先要设计条料排样图。根据工件的形状选择有废料排样，且为直排的形式，虽然材料的利用率低于少废料和无废料排样，但工件的精度高，且易于保证工件外形的圆角。2.3.2确定搭边与搭肩值 为了确保冲裁件质量，排样中各工件与料边之间、工件与工件之间留下的余量，称为搭边。在此处的搭边值是根据课本表2.9取得工件间a
15、1=2.0mm，a2=2.2mm。2.3.3确定零件的排样方案设计冲孔、落料复合模，首先要设计条件排样图。冲裁件在条料、带料或板料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样。合理的排样应是在保证制件质量、有利于简化模具结构的前提下，以最少的材料消耗，冲出最多数量的合格工件。底座的形状简单，由于零件外形尺寸为自由尺寸对精度要求不高，为了提高材料的利用率减少冲裁力，虽然这时会使零件外形尺寸公差等级降低但是经过等筹兼顾，全面考虑。这里我们采用有废料排样。如图3所示：2.3.4计算送料步距和条料的宽有课本2.33得送料步距A=D+a其中 D向的冲裁件宽度 a冲裁件之间的搭边值故 A=D+a=20+2=22mm结合图1中制件尺寸可知：当弯曲成形制件圆角半径较小（r=0.5t）时，根据中性层长度不变原理进行计算。因为R=0.80.52,由于弯曲变形时不仅弯曲圆角部分变薄严重，而且与圆角部分相邻的直边部分也产生了一定的变薄，所以应该按变形前后体积不变条件确定长度。按表3.5所示经验公式计算。由表3.5得:一次同时弯四个角应按公式D总=l1+2l2+2l3+t计算D总=l1+2l2+2l3+t=26+216+230+2=120mm模具采用无侧压装置的导料方式，条料宽度
