圆形双孔垫片冲压模具设计复合模

JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本科毕业设计（论文）圆垫片冲压模设计学 院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化年级班别07届机械四班学号 2007750439学生姓名舒清旺指导教师陈畅子2011年 5月 27 日i圆垫片冲压模设计摘要 ： 模具是现代工业生产中重要的工艺装备之一。在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷等生产行业中得到广泛应用。某些发达国家的模具总产值已超过机床工业的总产值，在这些国家，模具工业已摆脱了从属地位而发展成为独立的行业。近年来，我国的模具工业也有了较大的发展，模具制造工艺和生产装备智能化程度越来越高，极大地提高了模具制造的精度、质量和生产率。本模具的主要作用就是落料和冲孔，通过查阅相关文献资料，对圆垫片工件进行工艺分析，选择并确定符合于给定条件的最优工艺方案， 及进行了工艺组合形式。 本设计介绍了主要零部件的设计理念，详细剖析了设计过程中的一些思路。阐述了倒装复合模的设计要点，使产品质量达到设计要求。然后以些为基础，设计出冲压模具主要零件的结构。并在设计中，介绍了零件的排样图，定位设计，冲裁力的计算和压力中心的计算。本设计分析冲模模架的基本类型，讨论了冲模模架的技术要求，介绍了标准的装配工艺，并指出模架装配时的注意事项。条料的步进定位是一个很重要的工序，其对工件的精度影响很重要， 因些对设计的准确性与标准性对模具既有利于模具维修的规范， 也为整个模具的顺利生产打下了一个良好的基础。 同时凸凹模地产品生产质量影响也很大， 在提高经济效益和降低成本的前提下，设计出合理而简单的凸凹模结构，这是设计中的重要环节。本设计分析了冲压模上圆垫片的成型工艺特点，其中包括利用对工件展开图的尺寸计算，工件的工艺分析，模具设计的难点，确定复合模的排样方案和模具的总体结构。复合模有冲孔，落料两个工作过程，各成型动作的协调性以及凸凹模的装配间隙，确定合理的冲裁间隙是本模具的重中之重，它不仅影响冲裁件的形状、尺寸和精度，还影响模具的使用寿命。在模具材料的选择时还应注意材料的性能和强度。因此，应尽量选择模具的标准件，这样不仅可以提高模具的寿命还可以缩短模具的制造周期。关键词： 圆垫片；落料；冲孔；复合模32AbstractMold is an important process equipment in the future in industrial.and it was also widely used in casting, forging, stamping, plastics, rubber, glass, powder metallurgy, ceramics and other production industries. In some developed countries , the output value of the mold was more than machine tool industry.The mold industry had been developed as an independent business. In recent years, Chinese mold industry has also been developed considerablly, with the mold manufacturing processes and production equipment becoming more intelligent, the mold manufacturing has been greatly improved the precision mold manufacturing, quality and productivity.The main role of that mold is to die blanking and punching, by using relevant literature, the process of circular pad was analysised, selected and determined.The design introduced the design concept of the main components, the design process was detailed analysis .it describes the design features flip compound die for product quality. then, the main parts of the structure was based on stamping die design .,including the layout of parts described map, locate the design, calculation and blanking force center of pressure calculations. The design of the basic types of die mold, die mold discuss the technical requirements, describes the standard assembly process, and that mold assembly considerations. Strip of step orientation is a very important process, and its impact on the accuracy of the work piece is very important, because some of the design standards of accuracy and is conducive to mold to the mold maintenance specifications, but also for the smooth production of the mold and lay a good foundation. Punch and die in the same time a great impact product quality, economic efficiency and reduce costs in the premise, design a reasonable and simple punch and die structure, which is an important part of the design. In addition, determine a reasonable die blanking clearance is the top priority, not only for Blanking shape, size and precision, but also affect the life of mold. Using the mold materials , it should pay attention to the properties and strength of the material.it was looked that choosing the mold standard parts could not only improve the life of the mold ,but also decread the manufacturing cycle.Key words : circular gasket, blanking, punching, compound mold1 .摘要 22 .绪论 62.1 冲压的概念特点及应用 62.2 冲压的基本工序和模具分类 72.3 冲压技术的现状和发展方向 72.4 选题背景及国内外发展 113 .冲裁工艺 143.1 冲压件工艺分析 143.2 冲压方案的确定 144 .排样 174.1 排样方式的确定 174.2 条料宽度的计算 174.3 材料利用率 185 .冲压力计算 195.1 落料力的计算 195.2 冲孔力的计算 195.3 冲件力的计算 196 .凸模的设计 206.1 凸模长度 206.2 凸模强度校核 207 .凹模的设计 217.1 凹模外形 217.2 凹模板厚度 217.3 凹模形孔侧壁形状 217.4 凹模板上孔壁的最小尺寸 228 .凸凹模间隙 228.1 间隙对冲裁件尺寸精度的影响 228.2 间隙对模具寿命的影响 238.3 间隙值的确定 239 .凸模固定板的设计 2410 .垫板的设计 2411 .工件刃口尺寸计算 2511.1 冲孔刃口尺寸计算 2511.2 落料刃口计算 2612 .压力中心 2612.1 压力中心的计算与压力中心 2613 .定位装置 2613.1 定位方式的选择 2613.2 活动挡位销 2713.3 导料销 2713.4 导正销 2714 .卸料装置 2714.1 卸料及出件的方式选择 2714.2 卸料板的设计 2814.3 卸料螺钉的选用 2815 .冲模导向 2815.1 导向方式的选择 2816 .模架及其他零件部位设计 2918 .冲压设备的选用 3019 .总结 31致谢 32参考文献 331 绪论1.1 冲压的概念特点及应用冲压所使用的模具称为冲压模具， 简称冲模。 冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中到头重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现1 。冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产率很高，操作简便。对于普通压力机，每台每分钟可生产几件到几十件，而高速冲床每分钟可生产数百件甚至千件以上冲压件。冲压所获得的零件一般无需进行切削加工，因而是一种节省能源， 节省原材料的无（或少）切削加工方法。由于冲压所用原材料多是表面质量好的板料或带料，冲件的尺寸公差由冲模来保证，所以产品尺寸稳定，互换性好。冲压产品壁薄，质量轻，刚度好，可以加工成形状复杂的零件，小到钟表的秒针，大到汽车纵梁，覆盖件等。与机械加工及塑料性加工的其他方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都是具有许多独特的优点为。主要表现如下： 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟几十次，高速压力机每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个部件。 冲压时由模具保证了冲压件的尺寸与开关精度， 且一般不破坏冲压材料的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲件的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。 冲压可加工出尺寸范围较大，形状较复杂的零件，加上压冲时材料的冷变形硬化效应，冲压件的强度和刚度均较高。 冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其他加热设备，因而是一种省料和节能的加工方法，冲压件的成本较低1 。但是，冲压件必须具备相应的冲模而冲模制造的主要特征是单件上批量生产，精度高，技术要求高，是技术密集型产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益3 。综上所述，冲压与其他加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产中，是大批量生产中应用十分广泛。 相当多的工业部门越来越多的采用冲压方法加工产品零部件，如汽车，农机，电器，仪器，电子，国防，家电及轻工业等行业。在这些工业部门中，冲压件所占有的比重都相当大，不少过去用锻造，铸造和切削加工方法制造的零件。现在大多数也被质量轻，刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不广泛采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量，降低生产成本，快速进行产品更新换代等都是难以实现的。1.2 冲压的基本工序及模具分类冲压加工的零件，由于其形状，尺寸，精度要求，生产批量原材料性能等各不相同，因此生产中所采用的冷冲压工艺方法也是多种多样的，概括起来可分为两大类，即分离工序和成形工序。分离工序是指使板料按一定的轮廓线分离而获得一定形状，尺寸和切断面质量的冲压件（俗称冲裁件）的工序。成形工序是指坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。这两类工序，按冲压方法不同又具体分成冲裁，弯曲，拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当生产批量大，尺寸较小而公差要求较小时，若用分散的单一工序冲压工艺过程，刚生成率可能很低，不能满足生产需要。这时，在工艺上多采用组合工序的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合工序。根据工序组合的方法不同，又可将其分为复合，进级和复合-级进三种组合方式。复合冲压：在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。级进冲压：在压力机的一次工作行程中，按一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合级进冲压：在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序 2 。为了进一步提高劳动生产率，充分发挥冲压的优点，还可以用冷压方法进行产品的某些装配。视实际需要，可以安排单独的装配工序，也可把装配工序组合在级进组合工序中。但无论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被坚固在压力机滑块上，可随滑块作上，下往复运动，是冲模的活动部分；下模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坏料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模。凹模）的作用下坏料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的部件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸凹模上卸下或推，顶出来，以便进行下一次冲压循环。1.3 冲压技术的现状及发展应用随着科学反唇相讥的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术，新工艺，新设备，新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展，其主要表现和发展方向如下。1.3.1 冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成型理论的研究是提高冲压技术的基础。冲压工艺及冲模设计与制造方面的发展与冲压变形基本原理的研究取得进展是分不开。例如，板料冲压工艺性能的研究，冲压成形过程应力分析和计算机模拟，板料变形规律的研究，从坯料变形规律出发理行坯料与冲模之间相互作用的研究，在冲压变形条件下的摩擦、润滑机理方面的研究等，为建立起紧密结合生产实际的先进的冲压工艺及冲模设计方法打下了基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究，冲压成型过程应力应变分析。板料变形规律研究及坏料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来，国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（ FEM ）等数值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果。设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模周期 3 。提高劳动生产率及产品质量， 降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种冲压新工艺，是研究和推广的大方向。冲压是一种生产率高，产品质量好的先进加工工艺。用冲压方法生产的零件一般不需要或只需要进行少量切削加工。目前，冲压不但用于生产有色金属零件，而且还用于生产黑色金属零件。随着模具设计与制造技术及模具材料的发展，冲压的应用范围将越来越广泛。目前，国内外相继涌现出了精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺及无模多点成形工艺等精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺及无模多点形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm,精密可达IT6IT7级；用液体、橡胶、聚氨酯作柔性凸模或凹模来代替刚性凸模或凹的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂开关的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能高效成形方法对于加工各种尺寸大、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件。具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑性性成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工艺是用高度可调凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进工艺技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAT术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。这对于制造形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序。目前这种新工艺虽然还处于开发和推广应用阶段，但在实际生产中已显示出其优越性，可用超塑性加工的金属材料的品种也在不断增加4 。高能成形、等高速成形方法对于加工各种尺寸大、开关复杂、批量小、强度和精度要求很高的板料零件，具有很重要的实际意义。1.3.2 冲模设计与制造方面冲模是实现冲压生产的基本条件。在冲模的设计和制造上，目前正朝着以下两方面发展：一方面，为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展。在我国，工位数达37 甚至更多的级进模，寿命达千万以上的硬质合金模，精度和自动化程度相当高的冲模都已经在生产中。同时，由于这样的冲模对加工、装配、调整、维修要求很高，因此各种高效、精密、数控、自动化的模具中工机床和检测设备也正在迅速发展，如我国的数控铣床和坐标磨床等先进模具加工设备已达到一定的水平，与此相适应的新型模具材料及其热表处理技术，各种高效、精密、数控、自动化的模具加工和检测设备以及模具CAD/CA瞰术正在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展9 。精密、高效的我工位及多功能进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50多个工位以上的级进模进距精度可达2m多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精密多工位级进冲模，如某机电体化的铁芯精密自动化多功能级进模，其主要零件的 制造精度达25 m,进距精度23小切总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已级生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具材料及热处理与表面工艺对模具加工质量和寿命的影响很大，世界各主要工业国在此方面的研究取得了较大进展，开发了许多的新钢种，其硬度可达HRC5870,而 变形只为普通工具钢的1/21/5.如火焰淬火钢可局部硬化，且无脱碳；我国研制的 65Nb LD和C次新钢种，具有热加工性能好、热处理变形小、搞冲击性能佳等特点。与 些同时，还发展了一些新的热处理和表面处理工艺，主要有气体软氮化、离子氮化、渗硼、表面涂镀、化学气相（CVD）、物理气相沉积（PVD、激光表面处理等。这些方法能提 高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，使模具寿命大大延长。模具的标准化和专业化生产，已得到模具行业的广泛重视。这是由于模具标准化是组织模具有专业化生产的前提，而模具的专业化生产是提高模具质量，缩短模具制造周期、降低成本的关键。我国已经健颁布了冲压术语、冲模零部件的国家标准。冲模的专业化生产处于积极组织和实施之中，但总体来说，我国冲模的标准化和专业化水平还是比较低的。模具的计算机辅助设计（CAD与计算机辅助制造（CAM也引起国内外模具行业的极 大重视，也是改造传统模具生产方式的关键技术，它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化，从而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。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现， 以三维造型为基础、基于并行工程（CE） 的模具技术下成为发展方向，它能实现制造和装配的设计、成形过程的模拟和数控加工过程的仿真，还可对模具可制造性进行评价，使模具设计与制造一体化、智能化。因而它的开发和应用已成为当前冲模乃至其它模具技术发展中引人注目的课题。在我国，一些大专院校、科研和企业单位正积极进行这方面的研究开发工作，并取得了 一定的成果。可以预计，模具的CADCA眼术将会有较快的发展。1.3.3 冲压设备和冲压生产自动化方面性能良好的冲压设备是提高冲高冲压生产技术水平的基本条件。高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的压力与之相匹配。为了满足大批量调整生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、调整和方向发展，加之机械手乃到机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。 如在数控四边折弯机中送八板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四连弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；目前。这方面主要是从两个方面予以研究和发展：一是对目前我国大量使用的普通冲压设备加以改进，即在普通压力机的基础上，加上送料装置和检测装置，以实现半自动化或全自动化生产，改进冲压设备结构，保证必要的风度和精度，提高其工艺性能，以提高冲压件精度，延长冲模使用寿命；二是积极发展高速压力机和多工位自动压力机，开发数控压力机、冲压柔性制造系统（FMS）及各种专用压力机，以满足大批量生产的需要2。冲压生产的自动化是提高劳动生产率和改善劳动条件的有效措施。由于冲压操作简单，坯料和工序件形状比较规则，一致性好，所以容易实现生产的自动化。冲压生产的自动化包括原材料的输送、冲压工艺过程及检测、冲模的更换与安装、废料处理等各个环节，但最基本的是压力机自动化和冲模自动化。除了上述自动压力机和数控压力机之外，适用于各种条件下自动操作的通用装置和检测装置，如带料、条料或工序件的自动送料装置、自动出件与理件装置、送料位置和加工结果检测装置、安全保护装置等都是实现普通压力机和冲模自动化的基本装备。国内实际生产应用情况表明，这方面的水平正在不断提高。1.3.4 冲模标准化及专业化生产方面模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业的广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具有一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因些，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具成本，提高模具质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%- 80&,模具厂只需制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产效率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越来越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的综合。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大进展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还有满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高，标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外， ，标准件生产的销售、供货、服务等都还有等于进一步提高。1.4 选题背景及国内外发展本设计课题来来源于工程实际，属于工程设计。模具是工业产品生产用的重要工艺装备，它是以其自身的特殊形状通过一定的方式使原料行（成型） 。现代产品生产中，模具由于其加工效率高、互换性好、节省原材料，所以得到广泛的应用。本论文主要阐述了一种冲压模具的主要设计过程，包括冲压模具的工艺分析及工艺方案的确定、模具总体结构方案设计及计算过程等。该产品标准零件是市场需求较大的 ,本文设计的不是标准件，用于少量设备,希望通过对这设计,对冲裁件模具的设计步骤有更加深入的了解，能将理论更好的联系实际，促进知识的增长及能力的提高。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。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。浙江宁波和黄岩地区的 “模具之乡 ” ；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家7 。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一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。近年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。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 、 Euclid-IS 等国际通用软件， 个别厂家还引进了 Moldflow 、 C-Flow 、 DYNAFORM 、 Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软件，并成功应用于冲压模的设计中。近年来，我国冲压模水平已有很大提高。大型冲压模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国内也能生产了。精度达到12nhi,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三1.5 的精冲模，大尺寸（二300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平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。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/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。虽然中国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。我国模具CAD/CAM支术的发展已有 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/CAMK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/CAMI（统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAMK统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。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/CAMK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件模具CAD/CAPP/CAM成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站 和CAD/CAM件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产5 o21世纪开始CAD/CAMK术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模企业基本 都有了 CAD/CAMfc术。其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。模具CAD/CAMi术能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“八五”、“九五”期间，已有一大批模具企业推广 普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量的 CAD/CA陈统。如美国 EDS的 UG美国 Parametric Technology 公司的 Pro/Engineer , 美国CV公司的CADS5英国DELCA松司的DOCT5日本HZ铃司的CRAD表space-E , 以色列公司的 Cimatron，还引进了 AutoCAD、CATIA等软件及法国 Marta-Daravision 公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS 等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了 CAD/CAMJ术。DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也 开始走向少数模具厂家技术开发的领域。在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技大学、吉林大学、湖 南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生产实践中得到 成功应用，产生了良好的效益。快速原型（RP）与传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具， 解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样件制作难等问题，实现了以三维 CAD真型作为制模依据的快速模具制造，并且保证了制件 的精度，为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证，它标 志着RPME用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的 快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成 型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等3. 冲裁工艺3.1 冲压件工艺性分析：由零件图可知，该冲压件外形简单，只有落料和冲孔两个工序，且关于外圆中心对称，精度要求不高。冲压件为中批量生产， 材料为 10 钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件分冲孔、落料两个工序，一次冲裁加工即可成形。工件有一个（|）40mnH和2个小8mm勺孔；孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为2mm此零件厚度小，形状简单，要求设计的模具具有高精度和高成型效率工件的尺寸全部为自由公差，可看作 IT14 级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。3.2 冲压工艺方案的确定：该工件包括冲槽冲孔落料三个基本工序，可有以下三种工艺方案： 、 . 1* 方案一先冲孔，后落料, 可进行单工序模生产单工序模冲压精度一般较低，对于原材料没有要求，对于制件的最大尺寸与材料厚度一般是没有限制的，可以完成翻转与变更冲压方向，也可以增加工序数，但是生产力低。比较容易实现操作的机械化和自动化，尤其适合于在多工位压力机上实现自动化。其生产通用性很好， 适合中小批量的生产以及大型件的大批量生产。 该种模具结构简单， 制造周期短，价格低廉。当模具有导向时安装与导向方便。 、. 1* 、方案二冲孔落料复合冲压, 可进行复合模生产。复合模是在压力机的一次行程下 , 可以同时完成多道工序的冲裁模。复合模的生产特 点是 : 生产效率成倍提高； 提高冲压件的质量； 对模具制造精度要求较高复合模种类分为 : 冲裁类复合模如落料、冲孔复合模；切断、冲孔复合模等； 成形类复合模如弯曲复合模、复合挤压模等； 冲裁与成形复合模如落料、拉深复合模；冲孔、翻边复合模；拉深切边复合模；落料、拉深、冲孔、翻边复合模等。选择复合模的原则由以下几点因素决定: 生产批量 复合模可以成倍地提高生产效率, 生产批量越大, 提高生产效率就越显得重要。 冲压工件精度 当冲压工件的尺寸精度或同轴度、 对称度等位置精度要求较高时,应考虑采用复合模。 复合工序的数量一般复合模的复合工序数量在四工序以下 , 更多的工序将导致模具结构过于复杂, 同时模具的强度、 刚度、 可靠性也将随之下降, 制造和维修更加困难。 模具结构的大小 复合模的大小不同， 其采用的结构和板块会有繁简的差异, 而且脱料装置也不一样、. J*方案三冲孔落料级进冲压, 可进行级进模生产级进模也叫连续模，具有两个或两个以上工位，条料由一定步距从第一个工位逐步传送到最后一个工位，并且在每一个工位上降条料成型为所需零件的冲模，当利用他来进行模具的设计时，可以完成中高级精度的工件，只能用条料和卷料进行送料，其只能完成尺寸在200mm 以下，厚度在0.12mm 之间，它不能对工件翻边和变更冲压方 向，可以增加工序数，并且生产效率高，适用于中小制件的大批量生产，容易实线操作机械化和自动化， 尤其适合在但机床上实线自动化。可以减少冲床,场地面积 ,减少半成品的运输和仓库占用尺寸。但是要求极( IT10 )级以下高的零件,不宜使用级进模生产，级进模的结构复杂，制造难度大，价格与工位数成正比例上升，但其安装调整容易，操作简单1 。方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足中批量生产要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，操作方便，工件精度也能满足要求。方案三也只需一副模具，生产效率较高，操作较为方便，但模具制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。但是复合模具在设计过程中应注意以下问题：1) 复合模在模具的同一位置上完成两道或两道以上的工序， 模具结构较复杂， 因此应在上下模间设置导向装置。2) 当复合模为倒装结构时， 通常采用弹性卸料板卸料； 当冲压毛坯为块料时， 则可用废料刀卸料，当复合模为正装结构时，若卸料力不大，应采用弹性卸料装置；只有卸料力较大，用弹性卸料装置不能满足卸料力要求时，才采用刚性卸料装置， 由于弹性卸料具有操作方便的优点，因此应尽量采用弹性卸料装置。(3)外形复杂的凸凹模，通常设计成直通形式，以方便线切割加工。此时凸凹模的固 定方式要根据凸凹模的结构形状及尺寸而定。可采用螺钉、销钉、怫接、低熔点合金或环氧树脂粘接等固定方法。(4)凸凹模平面尺寸较大时，不论是采用正装结构还是倒装结构，均可省去固定板， 将凸凹模直接固定在模板上。(5)对于冲压非轴对称制件的复合模，其工作零件必须定位可靠，不允许有转动的可 能。(6)对于落料对于落料一冲孔的复合模具，在选用压力机时也应该注意压力机的许用 载荷曲线，特别当模具工作行程较大时更应注意。(7)当复合模的导柱采用中间或对角布置时， 应使两导柱直径不同，以防止上模相对 下模错位180而发生事故1。4排样4.1 排样方式的确定由冲压工艺分析可知，采用复合冲压，所以模具类型为复合模。设计复合模，首先要 设计条料排样图。垫片的形状两边直边的特点，直排时材料利用率高，应采用直排，如 下图3-1所示的排样方法，设计成直接冲压，可显著地减少废料。图3-1复合模冲裁直排图4.2 条料宽度的计算圆垫片的形状具有关于中心对称的特点，直排时材料利用率较高，故应采用直排， 如图下图3-1所示的排样方法。工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构 简单，故采用直排排样设计，当一侧导料板安装了侧压装置时，在送料过程中，条料将 始终紧贴基准备导料板滑动。因此，只要条料宽度保证足够的搭边值就可以。搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。 搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有 时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值通过查参考文献1得侧面搭边值为a1=1.8 mm,工件间搭边值a =1.5 mm. 则公式计算：条料的宽度：B=40+2a1=43.6mm送料步距S:条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模具的结构有 关。进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条 料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。条料的步距：S=40+a=41.5mm总体采用弹压卸料装置，且为无侧压装置送料。条料与导料板问间隙 Cmin=1o4.3 .材料利用率计算：一段条料能冲出的工件的重量与这段条料重量之比的百分数称为材料利用率，它是 衡量合理利用材料的重要指标。由于同一块板料的厚度和密度都是相同的， 所以这种重 量之比可用面积之比来代替。故一个步距的材料利用率A n = 100 % SB式中A步距内工件的有效面积；S 送料步距；B 材料宽度。由此可之，“值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和结构 废料，结构废料是由本身形状决定的。同一个工件，排样不同时，材料利用率也不同。 材料利用率越高越省料。因此，材料利用率是选择排样方案的一项重要指标，但不是唯 一的指标。一般原则是，如果生产量小，可以不考虑材料利用率，尽可能选择简单的排 样方案，以简化模具结构。如果生产量大，特别是材料较为贵重（主要指黄铜和青铜等）时，应尽可能选择材料利用率高的排样方案，以节省材料。但当一种排样方案的材料利 用率提高不超过5%却使模具结构变得很复杂时，这种方案是不可取的。排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和 寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。因此，排样时应考虑如下原则：1）提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）2）排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。3）模具结构简单、寿命高。4）保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。一个步距内冲裁件的实际面积：A=nD2 = 3.14 父402 = 502.4 mm2一个步距的材料利用率：A100%SB_ 2 一 ，- 2=69.4%二 D _ 3.14 404SB - 4 43.6 41.55冲压力的计算：该模具采用冲孔一落料复合模，拟选择弹性卸料下出件5.1 落料力的计算：F落=KL匕出=1.3）；F落一落料力（N）;L工件外轮廓周长L= nD =3.14父40亡125.6mm；t材料厚度t=2mm ;七 一材料抗剪强度（MPa由参考文献2查得t =300Mpa;落料力则为.F落=1.3M125.6mmM 2mmM 300MPa 上98.0KN5.2 冲孔力的计算：F冲 1 =1.3 Lt-L1工件内轮廓周长L1= 二d =3.14 8=25.12mmF冲1 =1.3Lt =1.3 X 25.12 X2X300=19.6KNF = Fm=19.6KN即冲裁力为：F冲裁力=落+冲1+ F冲2 =98.0+19.6+19.6=137.2 KN卸料力的计算：F卸=K卸F落K卸一卸料力因数，由参考文献2查得 您=0.05F 卸=0.05 137.2 6.86KN5.3 推件力的计算：F推=nK推F冲K推一推件力因数由参考文献2查得K推=0.05 n=4% =4X 0.05 X 137.2=27.4KN5.4 总冲压力的计算：故总的冲压力为F总=5落+F冲+F卸+F推=137.2+6.9+6.9+27.44=178.4KN（弹性卸料，下出件）查参考文献10开式双柱可倾压力参数，初选压力机型号规格为J-23-25.6凸模结构设计：落料凸模刃口部分为标准圆形，为便于凸模和固定板的加工，课降落料凸模设计成 阶梯型结构，并将安装部分设计成便于加工的矩形，通过怫接方式可以固定与凸模固定 板上。凸模的尺寸根据凹模刃口尺寸，卸料装置，凸模固定板来确定。凸模的材料也选 择CrWMn,即可满足要求结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线 切割机床加工，2个M8螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按 H6/m56.1 凸模长度凸模长度公式计算：L =h 1 + h 4 + h 5 - 0.2 mm= 20 mm + 30 mm + 10 mm -0.2 mm=59.8 mm式中，h1凸模固定板厚度（mm）h 4弹压卸料板厚度（mm）h5预压状态下卸料橡皮厚度（mm）, h5 = （0.850.9H,H为自由状态下橡皮的厚度，公式中0.2mm是凸模端面缩进卸料板的6.2 凸模强度校核冲孔凸模刃口部分为标准圆形，为便于凸模和固定板的加工，课降落料凸模设计成 阶梯型结构，并将安装部分设计成便于加工的矩形，通过怫接方式可以固定与凸模固定 板上。但由于冲孔直径很小，需对最小凸模进行强度和刚度的校核。强度校核：凸模的最小直径d应满足:d .52,5.2 0.5 190/仃压 1200=0.4117mmD2=D-Zmin=3.23-0.7=2.530.4117 所以凸模强度得以校核.7凹模结构设计7.1 凹模外形形并考虑加工，结合工件外将落料凸模设计成直排式，采用矩形凹模板。从凹模刃 口到凹模外边缘的最短距离称为凹模的壁厚，凹模壁厚将直接影响凹模板的外形尺寸， 即长度与宽度(L*B)。但不应简单地从凹模形孔向四周扩大一个凹模壁厚的允许值来决 定凹模的外形尺寸。凹模壁厚c值主要考虑布置连接螺钉孔和销钉孔的需要，同时也能保证凹模的强度 和刚度。设计时可参照表2-17知壁厚 c=30 mm , L= 120 mm ,B =100 mm.7.2 凹模板的厚度凹模板的厚度主要不是从强度需要考虑的，而是从连接螺钉旋入深度与凹模刚度的 需要考虑的。整体凹模板的厚度可按如下经验公式计算：H =K1 K2 3 0.1F(mm)式中 F 冲载力 (N)K1凹模材料修正系数，合金工具钢取 K1=1；K 2 凹模刃口周边长度修正系数，见参考文献1则H=K1 K2 3 0.1F(mm) =1 1 3 0.1 178.4=26.1 mm取 H =30 mm.7.3 凹模形孔侧壁形状凹模型孔侧壁形状有两种基本类型：一是侧壁与凹模面垂直的直壁型孔；另一是侧 壁与凹模具面稍倾斜的斜壁型孔。而此凹模关于中心对称，与侧壁垂直，落料生成圆型 孔，故采用阶梯形直壁型孔。7.4 凹模板上孔壁的最小尺寸凹模板常用螺钉与下模座连接，并用销钉与之定位。从保证凹模强度考虑，对这些 孔到凹模板边缘与刃口边缘以及这些孔之间的最小距离，应当加以限制。(I)螺孔中心到凹模板外缘尺寸如凹模需要淬火时，当螺孔中心到凹模等距时，如图所示，孔中心到距离为l=2d , 允许最小值为l=1.25d 。本模具孔中心距离l=30 mm.(n)销孔中心到凹模板外缘尺寸圆柱销孔中心到凹模板外缘的距离应保证打入圆柱销时孔壁最薄弱处不产生变形， 否则，轻者造成圆柱销松动，使定位不精确，严重时可能胀裂销孔，销孔中心到凹模板 外缘允许的最小距离l可控制l销=20 mm.(m)螺孔与凹模型孔及销孔之间尺寸如图所示，螺孔中心到刃口边缘或销孔边缘的距离，标准尺寸：s2d.允许最小尺寸：s=1.3d,凹模板淬火时，凹模板不淬火时，smin =1d =15 mm.(IV)螺孔之间的中心距当凸模固定板和凹模板用螺钉紧固时，这些板上螺孔之间中心距s见下表表7-1螺孔之间中心距螺钉尺寸sminsmax凹模板厚M515501018M625701525M840902232M10601152738M1280150358.凸凹模间隙根据JB/Z271 86规定，冲裁间隙是指凸，凹模刃口间隙的距离，用符号 C表示, 其值可为正也可为负，在普通冲裁模中均为正值。它对冲裁件的断面质量有极其重要的 影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。 因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。8.1 间隙对冲裁件尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身 的制造偏差。8.2 间隙对模具寿命的影响模具寿命受各种因素的综合影响， 间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一，冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利。而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。8.3 间隙对冲裁工艺力的影响随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，