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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，用落料、拉深、冲φ23mm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φ11孔、拉深、冲φ23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φ11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ｍ小于一临界值ｍ0(08钢ｍ0=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Ф22-0.1有精度要求，故其工艺过程为落料、成形、冲孔。若内孔Ф22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。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φ60-0.4是以后各道工序的定位尺寸；图9-5所示零件，仅用尺寸φ62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φ5.5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φ22,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φ16.5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φ5.9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φ3.2小孔铆接在座板上，传动轴以IT11间隙配合装在φ16.5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φ16.50+0.12，φ22.30+0.14,φ160+0.2为IT11～IT12级。为保证外壳承托部位φ16.5与轴套同轴，三个小孔φ3.2与φ16.5的相互位置要准确，小孔中心圆直径φ42±0.1为IT10级。根据零件技术要求进行工艺性分析：零件属带凸缘筒件拉深,工艺性较好，φ22.30+0.14,φ16.50+0.12，φ160+0.2几个尺寸精度偏高，这可在末次拉深时采取较高模具制造精度和较小模具间隙，并安