冲压工艺及模具设计课程设计--圆形垫片冲压工艺与模具设计

冲压工艺与模具设计

课程设计

题目 圆形垫片冲压工艺与模具设计

姓名

指导老师

2013.11.14

目 录

第一章 概述…………………………………………………… 3

第二章 冲压件工艺设计…………………………………………5

第三章 工艺计算…………………………………………………10

第四章 冲压模具设计……………………………………………15

第五章 选定冲压设备……………………………………………20

第一章 绪论

冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要零件的一种压力加工方法。

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可达几十次，高速压力要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冲件。冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，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的。

冲压加工也存在着一些问题和缺点。主要表现在冲压加工时产生的噪音和振动两种公害，而且操作者的安全事故时有发生。不过，这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步，特别是计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快而完善的得到解决。

冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有60～70%是板材，其中大部分经过冲压制成成品。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。

目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，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，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进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，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数1.1 冲压概述

1.2 工艺发展现状 控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。

冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。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、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯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）等有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，也缩短了制模具周期。

冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上,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，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；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。

第二章 冲压件工艺设计

1． 冲压件的形状、尺寸和尺寸精度如图所示

一、冲压零件的工艺性分析

序号 材料 厚度（mm） d（mm） △1 D（mm） △2 批量

5 Q235 1.2 24 +0.12 30 -0.22 大批量

零件的尺寸精度等级可以按照零件的基本尺寸进行确定，见表2-1。

表2-1 冲裁件内外形所能达到的精度 （mm）

材料厚度 基本尺寸

≤3 3～6 6～10 10～18 18～500

≤1 IT12～IT13 IT11

1～2 IT14 IT12～IT13 IT11

2～3 IT14 IT12～IT13

3～5 - IT14 IT12～IT13

零件的冲孔和外边尺寸精度和公差值图中已给出，可由表2-1，圆形孔按照IT11级选取公差值，落料选取IT11级公差值。

2． 原材料性能

Q235普通碳素结构钢是一种钢材的材质。

Q代表的是这种材质的屈服极限，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235MPa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小（板厚/直径≤16mm，屈服强度为235MPa；16mm

必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。

专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。

（一）制定工艺方案

由零件图可分析出该工件包括冲孔和落料两个基本工序，有以下三种工艺方案：

方案一：先冲孔、后落料，采用单工序生产。

方案二：先冲孔、后落料，采用复合生产。

方案三：先冲孔、后落料，采用级进生产。

单工序模、级进模和复合模的适用范围见2-3。

方案一模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足大批量的生产要求。

方案二和方案三对于该零件都可以采用，但由于孔心距尺寸和零件四边的圆弧精度要求高，为更好地保证尺寸精度，最后确定用复合冲裁的方式进行生产。

由于工件结构相对简单所以制作一个复合模的成本要比制作级进模的成本要高，考虑到经济情况，本设计选取方案二复合工序生产。

（二）制定工艺方案的基本步骤

1、此冲压件需要冲孔加落料。 按大批量（年纲领）、模具结构的可能性、产品精度要求、生产的经济性、生产现场的设备、技术、人员条件、确定是采取复合工序生产或连续模生产。经分析比较各方案，选出经济上合理、技术上可行的最佳方案为复合工序生产。

2、工艺流程：入料-递进-冲孔-落料-递进-冲孔-落料依次进行 二、工艺方案的确定

第三章 工艺计算

根据零件图得出零件最大直径为30，由于要冲孔加落料，为了加强板料强度使冲孔落料顺利进行，尺寸精度得到保证，因此要给板料加上搭边来增强板料强度，确定为毛坯尺寸为宽40的条料。

1． 冲裁件在条料、带料或者板料上的布置方法叫做排样。排样是冲裁模设计中的一项极其重要的工作。排样方案对材料利用率、冲裁件质量、生产率、模具结构与寿命等都有重要影响。

根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为以下几种方式：

（1）有废料排样

沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。

（2）少废料排样

沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。因受剪切条料质量和定位误差的影响，其冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

（3）无废料排样

沿直线或曲线切断条料而获得冲件，无任何搭边。冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。

对于有废料排样和少废料、无废料排样还可以进一步按冲裁件在条料上的布置方式可以分为：直排、竖排、直对排、冲裁搭边等。由于所给冲裁零件为矩形垫片，结合其自身结构，故可选用有废料排样和少废料排样两种方案。

2． 材料的利用率

一个步距内的材料利用率为

η=%100S0BA （3-4） 一、毛坯尺寸和形状的确定

二、排样设计 式中：A—一个步距内冲裁件的实际面积，mm2；B—条料宽度，mm；S—步距，mm；

η=%9.69%100316.325.706%100S0BA

若考虑到料头、料尾和边余料的消耗，则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用率总为

%1001BLnA总 （3-5）

式中： n—一张板料（或带料、条料）上的冲裁件总数目；1A—一个冲裁件的实际面积，mm 2；B—板料（或带料、条料）宽度，mm；L—板料（或带料、条料）长度，mm。

3． 搭边

根据下表,材料厚度为1.2mm,为圆形,选择a1为1.0mm,a为1.2mm.

料厚t 人工送料 自动送料 圆形 非圆形 反复送料

a a1 a a1 a a1 a a1

≤1 1.5 1.5 2 1.5 3 2 2.5 2

>1~2 2 1.5 2.5 2 3.5 2.5 3 2

>2~3 2.5 2 3 2.5 4 3.5 3.5 3

>3~4 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3

>4~5 4 3 5 4 6 5 5 4

>5~6 5 4 6 5 7 6 6 5

4． 条料宽度

本设计采用有侧压装置的模具，条料能始终沿基准导料送料，条料宽度B按下列公式计算：

条料宽度： 00max(+2a+)BDZ （3-2）

导料板间距离： A=B+Z=Dmax+2a+2Z （3-3）

式中：0B—条料宽度，mm；Dmax—为冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm；