轮盘冲压成型工艺与模具设计

摘要冲压模具在实际工业生产中应用广泛。随着当今科技的发展，模具已经越来越多地被 应用到工业生产中来。冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要 的技术进步意义和经济价值。冲压工艺是一种生产效率很高的、少切屑或无切屑的先进加工方法，在经济和技术方 面都有很多的优点。冲压工艺按其变形性质可以分为材料的分离和成形两大类，每一类中 包括许多不同的工序.本次设计的零件为轮盘冲压，所用材料是Q235。本论文分析了该工件的成形工艺，计 算了该工件的毛坯形状尺寸及各工序尺寸，并在此基础上确定了合理的冲压工序，分为三 道工序分别为工序一落料和拉深，工序二冲孔腰形孔，工序三内外缘翻边。此方案的特点 是模具结构简单，制造成本低，操作方便，并且尺寸和精度达到工艺要求，具有良好的性 价比。本设计工序采用曲柄压力机进行冲压，具有生产效率高、维修简单、工作环境整洁等 特点。本文模具进行模具结构的分析，主要零件的设计和模具的经济分析，并且详细介绍 了设计方法和步骤。关键词： 冲压工艺；模具设计；曲柄压力机；复合模AbstractPunching dies was used widely in industrial production applications. With todays technology development, mold has been an increasing use of industrial production. Punching die can greatly improve labor productivity and reduce the burden of the workers, further more it has important technological progress and economic value.Punching process is a high production efficiency, no or less process methods, in the economic and technical aspects which has many advantages. The essential procedure of Punching are separating and shaping, each category includes a number of different processes.This design components is wheel plate ,the material of wheel plate is Q235. In the paper, the molding technology of the stainless steel drawing part was analyzed, the dimensions and shape of the blank were calculated, the drawing times and dimensions of the part were determined and made sure on this foundation reasonable of hurtle and press the work preface is divided into three working procedure difference as the first working procedure is blank and elongating, the second working procedure is the work preface four slice the side and pressing the raised package , the third working procedure is piercing .The characteristics of this project is the molding tool structure simple, the manufacturing cost is low, operation convenience, and the size and accuracies attain the craft request, having the low price and well quality to compare.The design procedure adopts the crank pressure machine to press the parts. Because it has many merits, such as producing efficiency high, maintaining simple and work surrounding neatness. In this paper ,analyzes the combination die crafts respectively and gives a detailed introduction to the calculation method and steps .Key words:Punching；mold structure；crank ；combination die引言全世界的钢材中，板材占很大比例，而其中大部分是经过冲压制成成品。如汽车的 车身，底盘，邮油箱，散热器片等均是冲压加工而成。冲压件具有薄，均，轻，强的特点 且工作精度高，价格一致。冲压是一种金属塑性加工方法，其坯料主要是板材，利用冲压设备通过模具的作用， 使之获得所需要的零件形状和尺寸。冲压的三要素是材料、模具和设备。 冲压加工要求被加工材料具有较高的塑性和韧性，较低的屈强比和时效敏感性，一般 要求碳素钢伸长率运16%、屈强叭勺0%,低合金高强度钢左14%、叭经%。否则， 冲压成形性能较差，工艺上必须采取一定的措施。模具是冲压加工的主要工艺装备。冲压件的表面质量、尺寸公差、生产率以及经济效 益等与模具结构及其合理设计的关系很大。冲压模具按照冲压工序的组合方式不同分为： 单工序的简单模、多工序的连续模和复合模。冲压设备主要有机械压力机和液压机。在大批量生产中,应尽量选用高速压力机或多 工位自动压力机；在小批量生产中,尤其是大型厚板冲压件的生产中,多采用液压机。它在工业中占有十分重要的地位。随着当今科技的发展, 工业生产中模具的使用已 经越来越引起人们的重视,而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投 入到实际的生产中,冲压模具可以大大的提高劳动生产效率,减轻工人负担,具有重要的 技术进步意义和经济价值。模具与压力机是决定冲压质量、精度和生产效率的两个关键因素。先进的压力机只有 配备先进的模具,才能充分发挥作用,取得良好效益。同时冲压工艺在各行业都有广泛的 应用。(1) 汽车行业的冲压。以拉深为主。在我国这部份主要集中在汽车厂、拖拉机厂、飞机 制造厂等大厂,独立的大型冲压拉深厂还很多见。(2) 汽车等行业零部件类冲压。主要是冲剪成形。这部分的企业有许多都归在标准件厂, 也有一些独立的冲压厂,目前一些汽车厂或拖拉机厂的周围都有许多这样的小厂。(3) 电器件冲压厂。这类厂是一个新的产业,随着电器的发展而发展起来,这部分厂主 要集中在南方。(4) 生活日用品冲压厂。做一些工艺品,餐具等,这些厂近几年也有大的发展。(5) 家用电器部件冲压厂。这些厂都是在我国家用电器发展起来后才出现的,大部分分 布在家电企业内。(6) 特种冲压企业。如航空件的冲压等就属于这类企业,但这些工艺厂也都归在一些大 厂。目前国内专业从事冲压的大型企业很少,如果有也是一些小厂。主要特征是零部件或 部件厂,这是冲压行业的主要特征。不同于其它毛坯制造厂。本文是轮盘的冲压成形工艺及其模具设计。鉴于以上所述的冲压三要素,该设计应详 细论述轮盘的成形工艺特点、所采用的模具结构、冲压加工的具体方法及选用何种性能的 压力机。1.文献综述.1.1 冲压生产工艺概况1.1.1 冲压工艺介绍冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或 分离，从而获得所需形状和尺寸的冲压件的成形加工方法。冲压的坯料主要是热轧和冷轧 的钢板和钢带。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压 力机上完成多道工序，实现由开卷，矫平，冲裁到成形，精整的全自动的生产。生产效率 高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。冲压的坯料主要是热轧和冷轧 的钢板和钢带。世界的钢材中，有6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成的成品。汽车的车身、 底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压 加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制 造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度 可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态 低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成 多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高， 劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。1.1.2 冲压的基本工序研究冲压成形首先需要将冲压工序进行分类，同时还要根据板料冲压变形中的力学特 点进行分类，在此基础上分析研究每一类成形规律，为制定冲压工艺规程、设计模具、确 定工艺参数和解决成形工艺中的各种实际问题提供可靠的依据。所以只有能够充分反映冲 压毛坯的受力与变形特点的分类方法，对于冲压成形研究，才可能具有实用的意义。冲压与其它加工方法相比，在技术方面和经济方面都有其独特的优点，其优点主要是：(1) 生产率高，操作简便，易于实现机械化和自动化，适合于大批量生产；(2) 制件精度较高，尺寸稳定，互换性好；(3) 是一种能耗低、材料利用率高的少、无切削加工方法；(4) 能加工壁薄、形状复杂、表面质量好、刚性好、重量轻的零件。加工过程中，轧 制板料表面一般不受破坏。冲压工艺按其变形性质可以分为材料的分离和成形两大类，每一类中包括许多不同的 工序.分离工序是在冲压过程中，使冲压件与板料在切应力和拉应力作用下，沿一定的轮廓 线相互分离，其冲压件分离面质量应该满足一定的要求。分离工序主要是指冲裁，包括落 料、冲孔、切断、切边、剖切等工序。成形工序是指在冲压过程中，使毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，成为所要求的 形状，同时冲压件应该满足尺寸精度方面的要求。成形工序主要包括弯曲、拉深、胀形、 翻边、扩口、旋压等工序冲压板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均 匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均 匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验 等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械 压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并 利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、 排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重 要的问题。1.2.3 冲压工艺设计的基本内容与步骤在清楚了解并掌握了原始资料的基础上，工艺设计的基本内容与步骤如下：（1）分析产品零件图的冲压工艺性冲压工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性，亦即冲压结构形状、尺寸大小、精度要 求及所用材料等方面是否符合冲压加工的工艺要求。在工艺设计时，首先分析冲压件的工 艺性，目的是为制定工艺方案奠定基础。分析冲压件的工艺性，主要包括如下两方面内容： 对产品图进行工艺性审查根据产品图样，认真分析研究该冲压件的形状特点、尺寸大小及精度要求，病的可能 性，由此了解它们对冲压加工难易程度的影响情况。在分析产品图时，要特别注意零件的 极限尺寸（如最小冲孔尺寸、最小窄槽宽度、最小孔间距和孔边距、最小弯曲半径、最小 拉深圆角半径）、尺寸公差、 设计基准及其他特殊要求。因为这些要素对所需的工序性质、 数量、排列顺序的确定以及冲压定位方式、模具结构形式与制造精度的选择均有显著影响。 总之，对产品图进行工艺性审查，其目的就在于明确该零件是否适合冲压加工的工艺特点， 用冲压方法制造是否经济合理及粗要解决的主要技术问题有哪些。 对产品图提出修改意见经过上述的分析研究，如果发现冲压件的工艺性很差，则应会同产品设计人员，在不 影响产品使用要求的前提下，对冲压件形状、尺寸、精度要求乃至原材料的选用等进行适 当的修改。必要时，应建议产品设计部门重新设计。具体来说若发现产品图中零件形状过 于复杂，或尺寸精度和表面质量要求太高，或尺寸标注及基准选择不合理，或通过适当改 变其局部形状和尺寸，能有利于排样和节约原材料的，或能用薄料代替厚料，用黑色金属 代替有色金属，均可向产品设计部门提出修改意见。(2) 确定冲压工艺方案在对冲压件进行工艺性分析的基础上，根据生产批量和工厂现有条件并综合考虑产品 质量、生产效率、模具寿命、材料消耗及操作方便安全等因素好，通过对各种方案的仔细 分析、比较，然后确定一种最佳工艺方案。冲压工艺方案的确定，要求工艺人员能在一系 列技术和经济特征具体条件下，通过对各种方案反复研究，从中寻求最合理、最有效的工 艺方案。工艺方案的确定一般可按如下步骤进行： 进行必要的工艺计算根据产品图样，计算毛坯展开尺寸、工序间的半成品尺寸、冲压力。上述工艺计算， 无疑是确定工艺方案所必需的。 提出各种可能的工艺方案在上述有关工艺计算的基础上，通过对冲压件的工序性质、工序数量、工序顺序及工 序组合方式的综合分析，提出各种可能的工艺方案。冲压件的工序性质是指工件所需的工 序种类，如落料、冲孔、弯曲、拉深、翻边等基本工序，一般可根据冲压件的结构形状直 观确定。工序数量主要取决于工件的复杂程度、尺寸精度要求及材料的冲压工艺性能。冲 压工序顺序的安排，既要考虑冲压件质量的稳定性，又要保证经济上的合理性，它主要取 决于各工序的变形特点和尺寸要求。对冲压件的工序性质、数量和工序顺序初步确定之后， 还应考虑这些工序的组合问题。工序的组合要考虑组合的必要性、可行性与组合方式三个 方面。组合的必要性取决于生产批量，可行性则受冲压变形特点、工件质量、模具结构及 制模条件的限制。组合方式目前主要是复合冲压和连续冲压两种。 选择最佳工艺方案任何一个冲压件往往可有几种不同的冲压工艺方案，因此需综合考虑各方面的因素， 并通过分析、比较，从中选择一种在技术和经济上都较为合理的最佳方案。所谓最佳方案 总是相对而言的，它与工厂的具体生产条件有关。因此，在确定工艺方案时，应从工厂现 有的生产条件出发，在保证产品质量和满足生产批量要求的前提下，寻求以最经济合理的 方式完成冲压件的加工过程。此外还应注意，对某些组合冲压件或有特殊要求的冲压件， 尚需考虑非冲压辅助工序，如钻孔、铰孔 、车削等机加工工序，焊接、铆合、热处理、 表面处理及去毛刺等工序。这些辅助工序应视具体情况作出合理安排，有的可放在冲压工 序之间进行，有的可置于冲压工序前或后进行。(3) 选择模具类型工艺方案确定后，即确定了冲压加工的工序数量、顺序以及工序的组合方式。选择模 具类型时，需综合考虑冲压件的使用要求、生产批量大小、冲压设备情况及模具制造能力 等各方面的因素。通过分析比较，最终确定出采用简易模、单工序模、还是采用复合模或 级进模。一般来说，简易模（聚氨酯橡胶模、低熔点合金模、锌基合金模、板模及钢带冲 模等）寿命低、成本低、通常适用于试制、小批量生产。对于生产批量大、精度要求高的 冲压件，应选用复合模或级进模。当冲压件尺寸很大时，为便于制造模具及简化模具结构， 应采用单工序模；当冲压件尺寸小且形状复杂时，为便于生产操作，常采用复合模或级进 模。（4）选择冲压设备 冲压设备选择是工艺设计中的一项重要内容。它直接关系到设备的安全及合理使用， 并对产品质量、模具寿命、生产效率和生产成本等有着重要影响。设备选择主要包括设备 类型和设备规格选择两方面。一般来说，设备类型的选择主要取决于冲压的工艺性质、生 产批量、工件的几何尺寸及精度要求等因素，而设备规格的选择主要与冲压力、模具闭合 高度及其轮廓尺寸等因素有关。1.1.4 冲压工艺发展概况冲压加工技开始于18世纪末叶至 19世纪初年。因为产业革命促成了动力制造技术 的发展，以机械化方式来加工金属板就逐渐成为主流。其后，由于辊轧机（RollingMill） 的发明，生产者利用它来高速，连续地生产金属板。利用表面光滑，厚度均匀的金属板来 制造各种饰品，家庭用品以及机械零件的工作方法。逐步形成产业化。不过，利用板金工 作方法所制造的精巧产品实际上却是 19世纪末叶 20 世纪初年的事。此期间随着金属板制 造方法及其成型技术的改进，以及大量生产的需要，是冲压加工和其所需的机械已日臻高 速且大型化的阶段。今天的冲压加工技术仍然继续不断在改进其发展进步比往昔更为迅速 惊人，尤其自动化的推进下，冲压加工技术成为工业生产中降低成本不可或缺的最佳方案 之一。冲压技术的迅速发展主要由于其成本底，外观美丽、重量轻、加工厚度均匀、能大 量生产、有优越的互换性与尺寸精度良好等。同时起工作时间短，节省劳力。适用于自动 操作范围广泛和无须熟练技术人员等制造业。能满足轻、薄、短、细、小的产品要求。此 外又有生产量愈大，生产成本愈底的特点。与讲求价廉物美的现代生活用品趋势极为吻合。冲压加工适用于制造精密机械、飞机、汽车、轮胎、军火、建筑用板金零件及其钟 表、计算机、照相机、打字机、大家、电机、电子、家电等诸多产品的零组件。其应用范 围极为广泛。近来多数机械加工产品、铸件、压铸品、铸造品已逐渐被冲压品所取代。所谓“冲压加工”就是指利用板金加工机械（Sheet Metal Working Machine泛称冲压 机械）即冲床或压床（Press）其专用工具，即模具（Die）对薄板金属试行冲剪、成型、 弯曲、拉深、压缩等加工。借以制造各种工业用及家用钣金零件与制品。而所谓“薄钣” 一般是指厚度在 3.2mm 以下的金属板。1.2 模具的技术发展1.2.1 模具技术介绍改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。模具，是 工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60 80的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定着产品质量的高低，模具生产的工 艺水平及科技含量的高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，它在很 大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞 争力。 因此，模具被称之为“百业之母”。近年来，模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成 分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发 展。我国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步。大型、精密、复杂、高效和长 寿命模具上了一个新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表，已能生产部分新型轿 车的覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖面，已从电机、电器铁芯片 模具，扩展到接插件、电子枪零件、空调器散热片等家电零件模具。在精密塑料模具方面， 已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模 方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。在现代工业生产中，模具是生产各种产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过 一定的方式使得材料成形。采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节 省能源和原材料等一系列优点，在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶 瓷制品等生产行业中得到了广泛的应用，成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。 模具工业对国民及和社会的发展起着越来越重要的作用。 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。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制 造技术现已成为衡量国家经济实力的标志之一。1.2.2 国内外的模具设计发展概况(1) 模具分类及其特征模具基本上是单件生产的，其形状复杂，对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度 和加工精度都有很高的要求，所以模具生产需要有很高的技术水平。加工金属的模具按所 采用的加工工艺分类，常用的有：冲压模，包括冲裁模、弯曲模、拉深模、翻孔模、缩孔 模、起伏模、胀形模、整形模等；锻模，包括模锻用锻模、镦锻模等；以及挤压模和压铸 模。用于加工非金属和粉末冶金的模具，则按加工对象命名和分类，有塑料模、橡胶模和 粉末冶金模等。冲模大型冲模覆盖件模具为代表。我国已能生产部分轿车覆盖件模具。如东风汽车公司冲 模厂，已设计制造了富康轿车部分内覆盖件模具。一汽模具中心生产了捷达王轿车外覆盖 件模具。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。在设计制造方法，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产 化进程中前进了一大步。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动叠片多功能模具，已 达到国际水平。如南京长江机器制造厂的电机铁芯自动叠铆硬质合金多工位级进模具有自 动冲切、叠压、铆合、计数、分组，转子铁芯扭斜，安全保护等功能，凹模采用拼块式， 零备件可互换。常州宝马集团公司的步进电机定转子带双回叠片硬质合金级进模。具有转 子冲片落料、旋转 72再叠片，定子冲片落料、回转 90再叠片、（以消除料厚误差）等功能。塑料模 塑料模应用最广泛的一类模具。近年来，我国塑料模有长足的进步。在大型塑料模 方面，已能生产34大屏幕彩电塑壳模具，6kg大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠 和整体仪表板等的塑料模具。模具重要可达 10-20 吨。在精密塑料模具方面，能生产多型 腔小模数齿轮模具和 600 腔塑封模具，还能生产厚度仅为 0.08mm 的一模两腔的航空杯模 具和难度较高的塑料门窗挤出模等。在制造技术方面，首先是采用CAD/CAM技术，用计 算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段， CAE 软件也得到应用。一般均采用内热 式或外热式热流道装置。少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具，完 全消除了制件的浇口痕迹。 其它冲裁模 平面冲裁模可用电火花加工初成形，再用成形磨削、坐标磨削等方法进一步提高精度。坐标磨床一般用于模具的精密定位，以保证精密孔径和孔距。也可用计算机数控连续轨迹 坐标磨床，磨削任何曲线形状的凸模和凹模。型腔模主要用于立体形状工件的成形，因此在长、宽、高三个方向都有尺寸要求，形 状复杂，制造难度较大。像冷挤压模、压铸模、粉末冶金模、塑料模、橡胶模等都属于型 腔模，型腔模多用仿形铣床加工、电火花加工和电解加工。将仿形铣加工与数控联合应用， 和在电火花加工中增加三向平动头装置，都可提高型腔的加工质量。（2）现代模具工业的发展趋势 现代模具与传统模具不同，它不仅形状与结构十分复杂，而且技术要求更高，用传统 的模具制造方法显然难于制造，必须借助于现代化科学技术的发展，采用先进制造技术， 才能达到技术要求。当前整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。 为适应市场对模具制造的短交货期，高精度、低成本的迫切要求，模具将有如下发展趋势。愈来愈高的模具精度10年前，精密模具一般为5pm,现在已达2-3ym，不久lym 精度的模具即将上市。随着零件微型化及精度要求的提高,有些模具的加工精度要求在lpm 以内，这就要求发展超精加工。 日趋大型化的模具 这一方面是由于用模具成形的零件 日渐大型化，另一方面也是由于高生产率要求的一模多腔（现在有的已达一模几百腔）所 致。扩大应用热流道技术 由于采用热流道技术的模具可提高制件的产效率和质量，并能 大幅度节约制件的原材料。因此，热流道技术的应用在国外发展较快，许多塑料模具厂所 生产的模具 50%以上采用的热流道技术，甚至80%以上，效果十分明显。热流道在国内也 已用于生产，有些企业使用率达到20%30%。123未来冲压模具制造技术发展趋势口模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的 要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：(1) 全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展 和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/C AM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发 展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可 能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。(2) 高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁 度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的 发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、 智能化、集成化方向发展。(3) 模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸 多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数 控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同 格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家 电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。(4) 电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加 工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一 样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国 外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。(5) 提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。(6) 优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热 处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采 用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、 等离子喷涂等技术。(7) 模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、 智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。2 方案论证2.1 冲压工艺性分析冲压件的工艺性，是指冲压件对冲压工艺的适应性，即冲压件的结构、形状，尺寸及 公式差等技术要求是否符合冲压加工的工艺要求。工艺性是否合理，对冲压件的质量、模 具寿命和生产率有很大的影响。(1)冲压工件为轮盘，工件图见图 1。该工件外轮廓为圆形，直径为 71mm。058图 1 工件图(2) 该工件形状尺寸精度要求为冲压件的经济精度。从变形的程度来看属于局部浅拉 深的起伏件，但需要内外缘同时翻边。因此，在起伏过程中能否一次成型，保证工件平整 而且无裂纹是该工件模具设计的关键。(3) 该零件用 Q235-A 制造，且形状规则，适宜采用冲压加工。(4) 由于该产品大批量生产，不宜采用单一工序，而用级进模模结构又太复杂，所以 适用于复合模。2.2 工艺方案论证2.2.1 该冲压零件需要的基本工序 落料、冲孔、拉深、翻边。2.2.2 该工件设计的出拟工艺方案 方案一：落料拉深与冲中间孔复合外缘翻边复合。 方案二：落料拉深冲孔外缘翻边。 方案二：落料与拉深复合冲中间孔和外缘翻边。2.2.3 工序组合方案及比较 方案一：落料拉深与冲中间孔复合，外缘翻边。该方案的特点是落料拉深冲孔工件中 间孔的尺寸难以保证，结构复杂。方案二：落料拉深冲孔外缘翻边。该方案的特点是模具制造简单，工件 尺寸比较精确，但工序过于复杂，生产效率不高。方案三：落料与拉深复合，冲中间孔和外缘翻边。冲孔与修边复合。该方案的特点是 模具制造简单，模具使用寿命长。工件形状尺寸较精确，而且工序比较少。大大提高了工 件的生产效率。2.3 确定工艺方案落料与拉深复合冲中间孔和外缘翻边。3 工艺计算3.1 搭边3.1.1 毛坯尺寸计算 根据等面积原则，用解析法求该零件的毛胚直径。首先将该零件分成圆，圆环，圆锥台三个简单的几何体，由表 1 查得它们的面积公式分别为：A=n d2/4=3.14X 38/4=1133.54A2=n (d32-d22)/4=3.14X(58-42)/4=1256A3=n l(d2+d22)/2=3.14 X 4.8 X 40=602.88则毛坯展开尺寸 D=71.1mm表1有凸缘圆简件的修边余量Ah (mm)凸缘直径d凸凸缘的相对直径d凸/d1.5以下1.5-22-2.52.5-3251.61.41.21502.521.81.61003.532.52.21504.33.632.520054.23.52.72505.54.63.82.83006543附图3.1.2 搭边计算排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。搭边的作用是补偿定位 误差，保证冲出合格的工件。搭边还可以使条料有一定的刚度，便于送进。搭边值要合理确定。从节省材料出发，搭边值越小越好，但搭边小于一定数值后，对 模具寿命和剪切表面质量不利。在搭边值过小时，作用在凸模侧表面上的法向压力沿着落料毛坯周长的分布将不均匀。为了使作用在毛坯侧表面上的应力沿切离毛坯周长的变化不 大，必须使搭边的最小宽度大于塑变区的宽度，而塑变区宽度与材料性质和材料厚度有关， 一般约等于0.5t。所以搭边的最小宽度可取大约等于毛坯的厚度。若搭边值小于材料厚度, 在冲裁中还可能被拉入凸、凹模间隙中，使零件产生毛刺，甚至损坏模具刃口，降低模具 寿命。Q235-A在冲裁时的搭边值，t=1mm.降低模具寿命。查表1得，搭边值 a=1.5mm,a1=1.5mm.表2冲裁金属材料的搭边值(单位为mm)材料厚度t手工送料自动送料圆形非圆形往复送料aa】aa】aa注：a材料宽度方向上的搭边值;a1材料长度方向上的搭边值;3.1.2 条料的宽度的计算：条料宽度 B= D0+2c=71.1mm+2xl.5mm=74.1mmc侧搭边的最小值条料送进步距 h=71.1mm+1.5mm=72.6mm 3.1.3 材料的经济利用在冲压零件的成本中，材料费用占 60%以上，因此材料的经济利用是一个重要问题， 而材料的经济利用又与排样方式有关。衡量排样经济性的标准是材料利用率，也就是工件 的实际面积与所占材料面积的比值，可分为：一个进距内的材料利用率:n= （nF/Bh） xlOO%（3-1）式中：F冲裁件面积（可以包括冲出小孔在内）；n一个进距内冲件数目； B条料宽度；h进距。则 n= （nF/Bh）X100%= 74%3.2 排样工件的合理布置（即材料的经济利用）与零件的形状有密切关系。按零件的不同几何形状，可得出其适合的排样类型，经分析该零件的排样类型如图 2。图 2 排样图3.3 半成品尺寸计算3.3.1计算毛坯翻边预制孔直径 d d=D-2（H-0.43r-0.72t）式中：D一翻边直径（mm） ,D=16mm+l=17mm；H一翻边高度（mm） ,H=1.4mm；r一竖边缘的圆角半径（mm）, r=1mm；t一料厚（mm） ,t=1mm.则 d=17mm- 2x（1.4-0.43x1-0.72x1）mm=16.5mm翻边高度h=1.4mm时，翻边系数K=d/D=0.97，查表3,用圆柱形凸模，用冲孔模冲孔时, K（极限翻边系数）=0.85vK=0.97，即一次能安全翻出h=1.4mm的高度。外缘翻边可算 得K=0.92。K（极限翻边系数）=0.85vK=0.92,即外缘也能一次安全翻出h=3.4mm的高 度。表 3 低碳钢的极限翻边系数 K翻 边 方 法孔的加工方法比值d/t100503520151086.5531球 形 凸 模钻后 去毛 刺用 冲孔 模冲 孔0.700.600.520.450.400.360.330.310.300.250.200.750.650.570.520.480.450.440.430.420.424 落料拉深复合模模具设计4.1 工作零件设计4.1.1 刃口尺寸计算（1）落料模：圆形凹模和凸模可采用分开加工的方法。7213 Lr/O.B图 3 凸模落料件直径为70.2mm,以未注公差按IT13级计算，查表4得,其极限偏差 =0.46mm。 磨损系数由表5得x=0.5,由表5查得，凹模的制造公差（5凸=0.012mm,表4冲裁件内形和外形的尺寸公差厶（单位为mm）公等基本尺寸料厚t-33-66-1010-1818-30IT13 级-10.140.160.220.270.33IT14 级IT14 级1-2.50.250.300.360.430.52IT12 级30-5050-8080-120120-180180-260IT13 级-10.390.460.54IT14 级1.001.15IT14 级1-2.50.620.740.87表 5 磨损系数 x材料厚度t/mm非圆形圆形10.750.50.750.5工 件 公 差 /mm-10.360.161-20.420.202-40.500.2440.600.30表6圆形凸、凹模的极限偏差（单位为mm）=69.7 +00.008又由表 7 查得，Z . =0.100mm,Z=0.140mmminmax表7冲裁模初始双面间隙z（z=2c）（单位为mm）材料厚度小于0.508、10、35、09Mn、A3、B316Mn40、5065MnZ .minL-极Zmax1小Z .min!间Zmax1隙Z .min1ZmaxZ .minL-ZmaxL0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0921.00.1000.1400.1000.1400.1000.1400.0900.1261.50.1320.2400.1700.2400.1700.2302.00.2460.3600.2600.3800.2600.3802.50.3600.5000.3800.5400.3800.540由表7查得，8 =0.010mm凸则 D = (D-xA -Zmin) -8 = (70.2-0.5x1.00-0.100) 0001(4-2)凸 凸 - 0.01=69.7 0 mm- 0.01式中：D 落料凹模的刃口尺寸（mm）；凹D 落料凸模的刃口尺寸（mm）；凸D 落料件外形的最大的极限尺寸（mm）； d冲孔件孔径的最小极限尺寸（mm）； 零件的公差（ mm）； Zmin, Zmax一最小和最大合理间隙（mm）；8 凹模的制造公差（ mm）；凹8 凸模的制造公差（ mm）；凸校核：8 +8 =0.008+0.01=0.018mmWZman-Zmin=0.04mm凹凸故上述计算是恰当的。（2）拉深模： 拉深件直径为60mm的凸、凹模刃口尺寸按下列公式计算：D =（d+0.4A +2c）+8 凹（4-3）凹D = （d+0.4A ）良（4-4）凸-8 凸式中：c 拉深成形模的单边间隙，c=1. t=1.0mm。查表 4 得， =0.46mm,查表 8 得，8 =0.05mm, 8 =0.08mm.凹凸表8圆形拉深模凸、凹模的制造公差（单位为mm）材料工件直径的基本尺寸厚度-10 10-50 50-200 200-5008凸8凹8凸8凹8凸8凹8凸8凹0.250.0150.0100.020.0100.030.0150.030.0150.350.0200.0100.030.0200.040.0200.040.025则 D =(d+0.4A +2c) +6 凹=(60+0.4x0.46+2x1.0) + 0.05 凹0=62.2+00.05 mmD = (d+0.4 )尺=(60+0.4x0.46) 0005凸-6 凸- 0.05=60.2-00.05 mm- 0.054.2.2 工序力计算（ 1 ） 落料力计算：F =1.3LtT 落式中：F 落料力（N）落(4-5)(4-6)(4-7)L工件外轮廓周长，L=nD t材料厚度，t= 1 . 0 mmt材料的抗剪强度（MPa），可查表9得到。表 9 黑色金属的力学性能材料名称牌号材料状态抗剪强度T/MPa抗拉强度G JMPa伸长率S（%）屈服强度G /MPa普通碳素结构钢Q195未退火260-320320-40028-33Q215270-340340-42026-31220Q235310-380380-47021-25240Q255340-420420-52019-23260Q275400-500500-62015-19280优质碳素钢05已退火2002302805F210-300260-3803208F220-310280-3903218008260-360300-45032200落（2）卸料力F =K F （4-8）卸 落 落式中：K 因数，查表10得，K =0.05卸卸表 10 卸料力、推件力和顶件力系数（单位为 mm）料厚K卸K推K顶钢0.1-0.50.045-0.0550.0630.080.5250.04-0.050.0550.062.5-6.50.03-0.040.0450.056.50.02-0.030.0250.03铝、铝合金0.025-0.080.03-0.07紫铜、黄铜0.02-0.060.03-0.09则 F 严落 F 落=0.05x91.7kN=4.59 kN（3）拉深力计算 由于该零件为浅拉深，故可按有压边圈的圆筒形件近似计算F =nKdt b（4-9）拉b式中:F 拉深力（N）；拉d拉深件直径，d=60mm；t材料厚度；b b 材料的强度极限（MPa）,可由表查得K修正因数，由表11查得修正因数K=0.40表11 修正系数K1、K2和九1、九2拉深系数m10.600.650.670.700.720.750.770.800.860.720.660.600.550.500.450.40人0.770.74拉深系数m20.700.720.670.750.770.640.800.850.900.95K21.000.950.900.850.800.700.600.50九00.800.800.750.70则 F =nKdt b=3.14x0.40x60xl.0x400kN拉=30.14 kN则 F =F +F +F =91.7kN+4.59kN+30.14 kN总落卸拉=126.43 kN图 4 落料拉深件4.2 辅助零件设计4.2.1 模架的设计 首先根据模具尺寸选择模架类型，选用后侧导柱模架，再根据凹模周界和闭合高度在表12 中选择适合的模架。表 12 后侧导柱模架凹模界限闭合咼度h零件件号、名称及标准编号1234上模座GB2855.5-81下模座GB2855.6-81导柱2861.1-81导套GB2861.6-81数量LBD最小最大1122规格160160160160200160x160x40160x160x4528x15028x100x384.3 设备选择对于浅拉深可按F （1.61.8）F、，估算公称压力来选取压力机。参照资料1,压总选用设备。设备主要技术参数设备名称：400kN的开式双柱可倾压力机公称压力： 400 kN滑块行程： 100mm最大闭合高度： 300mm封闭高度调节量： 80mm工作台孔径：420mmx630mm模柄孔尺寸：50mmx70mm垫板厚度： 65mm5 冲中间孔和外圆翻边复合模模具设计5.1 工作零件设计5.1.1 刃口尺寸计算根据表7查得，冲裁刃口双面间隙Z . =0.10mm,Z=0.14mm.以未注公差按IT13级minmax计算，查表4得，其极限偏差 =0.46mm。磨损系数由表5得x=0.5,冲孔凸、凹模的制造公差由表 6 查得，8 =0.012mm, 8 =0.008mm.凸凹校核：8 +8 =0.012+0.008=0.02mmWZ -Z . =0.04mm凸 凹max min因此，凸、凹模采用配作加工方法。则 d 凸=(d+xA)-8 凸=(70+0.50.46)-0.012(5-1)=70.23-g.g12 mmd =(d+xA +Z . )+8 凹=70.23+g-g8 mm(5-2)凹m.n05.1.2 冲孔工序力计算(1) 冲中间孔力计算：F =1.3 LTt(5-3)冲式中:F冲中间孔力(N)；冲L工件内轮廓周长(mm) , L=nD=3.14x8=25.12.F =1.3LTt=1.3x3.14x25.12x320k Nxl.0mm=32.8 kN冲(2) 推件力计算：F =nK F(5-4)推推 冲式中:n卡在凹模内的工件数，n=1；F =nK F =1x0.05x32.8 kN=1.64 kN推推 冲(3)顶件力计算：F =K F =0.06x32.8 =1.97 kN(5-5)顶 顶 冲则 F =F +F +F =32.8 kN +1.64 kN +1.97 kN =36.4 kN总冲推顶(5-6)5.2.1 翻边工序力计算(1) 推件力计算：F =n K F(5-7)推推 冲式中:n卡在凹模内的工件数，n=1；F =nK F =1x0.05x91.4 kN推推 冲=4.57 kN(2) 顶件力计算：F =K F =0.06x91.4(5-8)顶顶 冲=5.48 kN3）翻孔力计算：(5-9)F =1.15 g st（D- d ）翻0式中：g s材料的屈服强度，其值查表8可得，g s=240MPa；D翻边直径（mm）;d0毛胚预制孔直径（mm）.F =1.15 g st（D- do） 翻0=1.1x3.14x240x1.0x（15-8）=6283N(5-10)（4）翻边力的计算：F =1.25Lg btK 翻边式中：g b材料的抗拉强度，其值查表8可得，g b =400MPa；L翻边曲线长度（mm）;t材料厚度（mm）.K系数，近似取0.2-0.3F =1.25x3.14x 60x400x0.3=2.83 kN翻边则 F = F + F + F + F =4.57kN+5.48kN+6283N+2.83=13.5 kN总 推 顶 翻 翻边5.3