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河北工程大学课程设计1第1章绪论1.1冲压工艺概述1.1.1冲压工艺简介冲压是塑性加工的基本方法之一，它是利用安装在压力机上的模具，在室温下对材料施加压力使其产生变形或分离，从而获得具有一定形状、尺寸和精度的制件的一种压力加工方法。因为它主要用于加工板料制件，所以也称板料冲压。在机械制造中是一种高效率的加工方式。冲压广泛应用于金属制品各行业中，尤其在汽车、仪表、军工、家用电器等工业中占有极其重要的地位。冲压工艺有如下特点：1.能冲压出其它加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的零件。比如，从仪器仪表小型零件到汽车覆盖件、纵梁等大型零件，均由冲压加工完成。2.冲压件质量稳定，尺寸精度高。由于冲压加工是有模具成型，模具制造精度高、使用寿命长，故冲压件质量稳定，制件互换性好。尺寸精度一般可达IT10～IT14级，最高可达到IT6级，有的制件不需要在加工，便可满足装配和使用要求。3.冲压件具有重量轻、强度高、刚性好和表面粗糙度小等特点。4.冲压加工生产效率极高，没有其它任何一种机械加工方法能与之相比。比如，汽车覆盖件这样的大型冲压件的生产效率，可达每分钟数件；高速冲压小型制件，可达每分钟上千件。5.材料利用率高，一般为70%～85%。因此冲压件能实现少废料或无废料生产。在某些情况下，边角余料也可充分利用。6.操作简单，便于组织生产，易于实现机械化和自动化生产。对操作工人的技术素质要求不高，新工人经短时培训便能上岗操作。7.冲压的特点是模具制造时间长、制造成本高，故不适宜于单件小批量生产。另外，冲压生产多采用机械压力机，由于滑块往复运动快，手工操作时，劳动强度大，易发生事故，故必须特别重视安全生产、安全管理以及采取必要的安全技术措施。8.冲压模设计需要有很强的想象力与创造力，对于模具的设计者和制造者无论在理论、经验、创造力方面都要有很高的要求。河北工程大学课程设计21.1.2冲压模具的发展近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到1～2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra≤1.5μm的精冲模，大尺寸（φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。1.模具CAD/CAM技术状况我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。2.模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。1.2工艺方案的确定1.2.1锡青铜QSn4-4-2.5的性能QSn4-4-2.5经退火处理后，其抗剪强度为125～550MPa，其抗拉强度为294～490河北工程大学课程设计3MPa，其伸长率为5%～35%，适合于做冲压材料。××图1—1—1压圈（二维图）图1—1—2压圈（三维图）1.2.2方案确定方案一：冲孔—落料方案二：落料，冲孔(复合)方案三：落料，冲孔(连续)方案一：单工序模，先冲孔再落料保证一定的精度，但主要适用于生产量较小或单件生产，生产率较低，且多了一模具，生产周期长。方案二：避免了多次定位的结构，并在冲裁过程中可以压料，工件较平整，较单工序模缩短生产周期。方案三:根据生产量，模具可以采用连续模，但是连续模的结构复杂，对制造精度河北工程大学课程设计4的要求高，连续模比复合模比较生产周期长，成本高，维护也困难。经过比较分析压圈的冲压模具设计采用方案二。1.2.3有关设计压圈由落料冲孔单工步成型，只需设计落料冲孔复合模。压圈生产过程由于结构废料较多，原材料的利用率较低，而模具费用的份额比例较大，这样要求模具的结构简单，生产率高，落料冲孔复合模设计成一模一腔。复合模采用倒装结构，冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，卸件可靠，操作安全方便，生产效率高，并为机械化出件提供有利条件，应用十分广泛。第2章复合冲压模具设计与计算2.1冲裁件的工艺设计2.1.1冲裁件的工艺性分析冲裁件的工艺性分析是指冲裁件对冲裁的适应性，即冲裁件的形状结构、尺寸的大小及偏差等是否符合加工的工艺要求。冲裁件的工艺性是否合理对冲裁件的质量、模具的寿命和生产率有很大影响。压圈形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的，冲裁件内外所能达到的经济精度为IT11，该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证．其生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故经压圈符合冲裁工艺要求。2.1.2确定工艺方案及模具形式综上分析，冲裁件精度要求不高，尺寸不大，形状不复杂生产量为大批量生产，材料厚度，t=0.2mm,且孔位精度无要求，采用手工送料、刚性卸料、自动漏料、导料销导料的冲孔落料复合冲裁模具结构形式。2.2凹凸模间隙的选择冲裁间隙指凸、凹模刃口间隙的距离。冲裁间隙是冲压工艺和模具设计中的重要参数，它直接影响冲裁件的质量、模具寿命和力能的消耗，应根据实际情况和需要合理的选用。冲裁间隙有单面间隙和双面间隙之分。2.2.1冲裁间隙的分类根据冲裁件尺寸精度、剪切质量、模具寿命和力能消耗等主要因素，将金属材料冲河北工程大学课程设计5裁间隙分成三种类型：Ⅰ类（小间隙），Ⅱ类（中等间隙），Ⅲ类（大间隙）。2.2.2冲裁间隙对冲裁件的影响1、间隙过小时，由凹模刃口处产生的裂纹在继续加压的情况下将产生二次剪切，继而被挤入凹模。这样，制件端面中部留下撕裂面，而两头出现光亮带，在端面出现挤长的毛刺。毛刺虽长单易去除，只要中间撕裂不是很深，仍可用。2、间隙过大时，材料的弯曲与拉伸增大，拉伸应力增大，材料容易被撕裂，使制件的光亮代减小，圆角与断裂都增大，毛刺大而厚，难去除。所以随着间隙的增大，制件的断裂面的倾斜度的增大，毛刺增高。2.2.3间隙对尺寸精度的影响当凸、凹模的间隙较大时，材料所受拉伸作用增大。冲裁完后，材料的弹性恢复使落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径。此时穹弯的弹性恢复方向与其相反，鼓薄板冲裁时制件尺寸偏差减小。在间隙较小时，由于材料受凸、凹模挤压力大，故冲裁完后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，冲孔孔径减小。2.2.4间隙对冲裁力的影响随着间隙的增大，材料所受的拉力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。但是继续增大间隙时，会因从凸、凹模刃口处产生的裂纹不重合，冲裁力减小。由于间隙的增大，使冲裁件的光亮面变小，落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或顶件力也随之减小。但是，间隙继续增大时，因为毛刺增大，引起卸料力、顶件力也迅速增大。2.2.5间隙对模具寿命的影响冲裁模具的寿命通常以保证获得合格产品时的冲裁次数来表示。冲裁过程中模具的失效形式一般有：磨损、变形、崩刃和凹模刃口涨裂四种。间隙增大时可使冲裁力、卸料力等减小，因而模具的磨损也减小；但当间隙继续增大时，卸料力增加，又影响模具磨损，一般间隙为（10%--15%t）时磨损最小模具寿命较高。间隙小时，落料件梗塞在凹模洞口的涨裂力也大。2.2.6确定合理间隙的理论依据由以上分析可见，凸、凹模对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命等都有很大的影响。河北工程大学课程设计6因此，在设计和制造模具时有一个合理的间隙值，以保证冲裁件的断面质量好，尺寸精度高，所需冲裁力小，模具寿命高。生产中常选用一个适当的范围作为合理间隙。这个范围的最小值称为最小合理间隙Zmin,最大值称为最大合理间隙Zmax。设计与制造新模具时采用最小合理间隙值。确定合理间隙的理论根据是以凸、凹模刃口处产生的裂纹相重合为依据。可以计算得到合理间隙值，计算公式如下：Z=2t(1-th0)tanβ由上式可看出，间隙z与材料厚度t、相对切入深度h0/t及破裂角β有关。对硬而脆的材料，h0/t有较小值时，则合理间隙值较大。对软而韧的材料，h0/t有较大值，则合理间隙值较小。板厚越大，合理间隙越大。由于理论计算在生产中不便使用，故目前广泛使用的是经验数据。2.2.7合理间隙的选择表2-1常用金属材料的冲裁初始间隙（双面）zmax=zmin＋△z，由表可知，此复合模的最小双面间隙为zmin=0.010mm，最大双面间隙为zmax=0.020mm。2.3凹凸模制造方法及刃口尺寸的计算2.3.1凹凸模的制造方法凸、凹模的加工方法有两种：凸、凹模分开加工法和凸、凹模配合加工方法。材料厚度低碳钢，铜，紫铜，铝中碳钢，杜拉铜高碳钢，不锈钢最小值△z最小值△z最小值△z0.20.010+0.0100.012+0.0100.014+0.0100.30.0150.0180.0210.40.0200.0240.0280.50.0250.0300.0350.60.030+0.0200.036+0.0200.042+0.0200.70.0350.0420.049河北工程大学课程设计7当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批量生产，但精度要求很高，制造困难，相应的会增加加工成本。凸、凹模配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简单，成本低。鉴于上述分析，就零件图所需的凸、凹模宜采用凸、凹模配合加工。2.3.2凹凸模刃口尺寸的计算模具刃口尺寸精度等级是影响冲裁件尺寸精度等级的主要因素，模具的合理间隙值也是靠模具刃口尺寸及其精度来保证的。因此，在确定凹、凸模工作部分尺寸及其制造精度时，必须主要考虑到冲裁变形规律、冲裁件精度等级、模具磨损和制造特点等。(1)落料时，先确定凹模工作部分尺寸，其大小应取接近于或等于工件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，仍能冲出合格工件。凸模公称尺寸应比凹模公称尺寸小一个合理间隙值。(2)冲孔时，先确定凸模工作部分尺寸，其大小应取接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，仍能冲出合格工件。凹模公称尺寸应比凸模公称尺寸大一个合理间隙值。(3)对于落料件，一般标注单向负公差。假定工件的尺寸为D，工件公差为△，则工件尺寸就是0D。冲孔件的公差一般为单向正公差，假定冲孔件的公称尺寸为d，工件公差为△，则冲孔件公差为0d。若工件尺寸标注有正负公差，则应将正负偏差换成上述要求的等价的正公差或负公差，若工件没有标注公差，则工件公差按国家标准非配合尺寸的IT14级来处理。凹凸模配合加工，是指先加工凸模（或凹模），然后根据制好的凸模（或凹模）的实际尺寸，配做凹模（或凸模），在凹模（或凸模）上修出最小合理间隙值。其方法是把先加工出的凸模（或凹模）做为基准件，它的工作部分的尺寸作为基准尺寸，而与它配做的凹模（或凸模），只需在图纸上标明相应部分的凸模公称尺寸（或凹模公称尺寸），注明“××尺寸按凸模（或凹模）配做，每边保证间隙××”。这样基准件的制造公差δp（或δd）的大小就