带筋浅底件冲压工艺与模具设计

带筋浅底件冲压工艺与模具设计内容摘要：

离（或局部分离）或产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的零件 [8]。 压工艺在制造业中得到了广泛的应用，在现代汽车 、拖拉机、电机、电器、仪表以及飞机、导弹、炮弹和各种民用轻工等行业中已成为主要的生产工艺之一 [3]。 冲压加工的优点 [1] 冲压生产是靠模具和压力机共同完成的加工过程，与其他加工方法相比在技术和经济上有如下优点： （ 1） 冲压件的尺寸精度由模具来保证，所以质量稳定、互换性好。 （ 2） 由于利用模具加工，所以可获得其他方法所不能或难以制造的壁 薄、重量轻、刚性好、表面质量高，形状复杂的零件。 （ 3） 冲压加工一般不需加热毛坯，也不像切削加工那样，大量切削金属，所以它不但节能而且节约金属。 （ 4） 对于普通压力机，每 分钟可以生产几十件，而高速压力机每分钟可生产几百上千件，所以它是一种高效的加工方法。 冲压加工的缺点 [1] 冲压加工也有其不足之处，主要缺点为： 沈阳大学毕业设计（论文） No 6 (1)需要有专用的模具，其制造周期长、费用高。 因此，在生产批量小时，经济上不合适。 (2) 需要制作精度较高、相适应于冲压工艺要求（满足相应的应力状态、符合一定的变形要求）的模具，因此，有时不能制造出精度要求极高的零件。 模具工业发展概述 我国模具工业的现状 [4] 我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有 了很大发展， 与发达国家相比， 虽然 中国模具工业无论在技术上还是在管理上，都存在较大差距 ，但是，我国 模具设计与制造水平已经有了较大提高。 特别是在大型、精密、复杂、高效和长寿命模具方面上了新台阶。 大型复杂冲模以汽车覆盖件为代表，我国主要汽车模具企业，已能生产部分轿车覆盖件模具。 体现高水平制造技术的多工位级进模覆盖面大增，已从电机、电铁芯片模具，扩大到接插件、电子零件、汽车零件、空调器散热片等家电零件模具上。 塑料模已能生产 3 48大屏幕彩电塑壳模具，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塑料模具。 塑料模热流道技术更日臻成熟，气体辅助注射技术已开始采用。 压铸模方面已能生产自动扶梯整体梯级压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模等。 模具质量、模具寿命显著提高，模具制造周期缩短。 模 具 CAD/CAM/CAE 技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具 CAD/CAM/CAE 软件。 电加工、数控加工技术在模具制造中发挥了重要作用。 快速经济制模技术得到了进一步发展，尤其这一领域的高新技术 —— 快速原型制造技术 (RPM)进展很快，国内有许多企业已自行开发出达到国际水平的相关设备。 模具标准件应用更加广泛，品种有所扩 沈阳大学毕业设计（论文） No 7 展。 模具材料方 面，由于对模具寿命的重视，优质模具钢的应用有较大进展。 由于模具行业的技术进步，模具水平得以提高 ，模具国产化取得了可喜的成就。 历年来进口模具不断增长的势头有所控制，模具出口稳步增长。 我国模具技术与国外的差距 [4] (1)产需矛盾 工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度的加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了较大发展，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到 70%左右。 造成产需矛盾突出的原因，一是专业化、标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作量均 需模具厂去完成。 加工企业管理体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求。 二是设计和工艺技术落后，如模具 CAD/CAM 技术采用不普遍，加工设备数控化率低等，亦造成模具生产效率不高、周期长。 (2)产品结构、企业结构等方面 模具按国家标准分为十大类，其中冲压模、塑料模 是 模具用量的主要部分。 按产值统计，我国目前冲压模占 50%60%，塑料模 25％ 30％。 国外先进国家对塑料模 的 发展很重视，塑料模比例一般占 30%40%。 国内模具中，大型、精密、复杂、长寿命模具比例较低，约占 20%左右，而国外为 50%以上。 我国模具生产企业结构不合理，主要模具生产能力集中在各主机厂的模具分厂 (或车间 )内，模具商品化率低。 而国外， 70%以上模具是商品化的。 (3)产品水平 衡量模具产品的水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度、加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等。 国内外模具产品水平仍有 沈阳大学毕业设计（论文） No 8 很大差距，如表 表 2 所示： 表 1 模具寿命 项目 国外 国内 压铸模：锌、锡压铸模 黑色金属压铸模 100300 万次 100 万次以上 10 万次 万次 2030 万次 20 万次 万次 万次 塑料模： 非淬火钢模 淬火钢模 1060 万次 160300 万次 1030 万次 50100 万次 冷冲模：合金钢制冲模 硬质合金制冲模 5001000 万次 2 亿次 100400 万次 6000 万次 1 亿次 锻模： 普通锻模 精锻模 万次 万次 万次 万次 玻璃模：寿命 3060 万次 1030 万次 表 2 模具生产周期 项目 国外 国内 中型压铸模 12 个月 36 个月 中型塑料模 1 个月左右 24 个月 高精度级进模 34 个月 45 个月 汽车覆盖件模 2 个月 67 个月 (4)工艺装备水平 我国机床工具行业已可提供比较成套的高精度模具加工设备，如：加工中心、数控铣床、数控仿形铣床、电加工机床、坐标磨床、光曲磨床、三坐标测量机等。 但在加工和定位精度，加工表面粗糙度，机床刚性，稳定性，可靠性，刀具和附件的配套性方面，和国外相比，仍有较大差距。 沈阳大学毕业设计（论文） No 9 我国模具技术的发展趋势 [4] (1)模具产品发展将大型化、精密化 随着模具成形产品日渐大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔，使 模具日趋大型化。 随着零件微型化，以及模具结构发展的要求 (如多工位级进模工位数的增加，其步距精度的提高 )，精密模具精度已由原来的 5μm提高到 2~3μm，今后有些模具加工精度公差要求在 1μm以下，这就要求发展超精加工。 (2)多功能复合模具将进一步发展 新型多功能复合模具是在多工位级进模的基础上开发出来的。 一套多功能模具除了冲压成形零件外，还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务。 通过这种多功能模具生产出来的不再是单个零件，而是成批的组件。 如触头与支座的组件，各种小型电机、电器及仪表的铁芯组件等。 (3)快速经济模具的前景十分广阔 现在是多品种、少批量生产的时代。 一方面是制品使用周期短，品种更新快，另一方面制品的花样变化频繁，均要求模具的生产周期越快越好。 因此，开发快速经济模具越来越引起人们的重视。 例如，研制各种超塑性材料 (环氧、聚脂等 )制作或其中填充金属粉末、玻璃纤维等的简易模具：中、低熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速原型制造模具等。 快换模架、快换冲头技术等也将日益发展。 另外，采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和 提高。 沈阳大学毕业设计（论文） No 10 (4)模具标准件的应用将日渐广泛 使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。 为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种，发展和完善联销网，保证供货迅速。 (5)模具使用优质材料及应用先进的表面处理技术 在整个模具价格构成中，材料所占比重不大，一般在 20%~30%之间，因此选用优质钢材和应用的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。 对于模具钢来说，要采用电渣重熔工艺，努力提高 钢的纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的模具钢。 如采用粉末冶金工艺制作的粉末高速钢等。 粉末高速钢解决了原来高速钢冶炼过程中产生的一次碳化物粗大和偏析，从而影响材质的问题。 其碳化物微细，组织均匀，没有材料方向性，因此它具有韧性高、磨削工艺性好、耐磨性高、长年使用尺寸稳定等特点，是一种很有发展前途的钢材。 特别对形状复杂的冲件及高速冲压的模具，其优越性更加突出。 这种钢材还适用于注射成型添加玻璃纤维或金属粉末的增强塑料的模具，如用于型腔型芯、浇口等主要部件。 (6)在模具设计制造中将全面推广 CAD/CAM 技术 模具 CAD/CAM 技术是模具设计制造的发展方向，目前，模具 CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为模具企业普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好的条件。 随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。 沈阳大学毕业设计（论文） No 11 (7)模具自动加工系统的研制和发展 随着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统。 这也是我国长远发展的目标。 模具自动加工系统有如下特征：多台机床合理组合；配有随行 定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 综上所述，近年来我国模具技术有了长足的进步，但与国外先进技术相比还存在一定的差距。 在“十一五”期间，我们要锐意进取，共同努力把我国的模具技术水平推上一个新的台阶。 相关冲压模具实例分析 封盖成形复合模 [9] (1)工艺性 分析 图 2 所示为空气滤清器封盖的零件图 ： 图 2 封盖零件 生产批量大，材料为 08F，料厚 ，外圆直径为 80mm，拉伸高度7mm，成形后口部要求无 飞边。 该零件是一种典型浅盖零件，该封盖原加工工艺为落料 — 拉伸 — 压延，造成口部拉伸后有飞边，需人工清除，费力费时。 经计算，可一次拉伸成形，凸凹模环形壁厚强度完全可以满足要求，采用一次成形工艺为：落 料 — 拉伸 — 切边 — 成形。 (2)模具结构 沈阳大学毕业设计（论文） No 12 复合模结构如图 3 所示。 图 3 封盖成形复合模 1 弹簧 2 顶杆 3 下模座 4 凸模 5 压料圈 6 拉伸凸模 7 打料板 8 卸料杆 9 上模柄 10 打件杆 11 上模固定板 12凸凹模 13 卸料板 14 固定螺栓 15 凹模 16 下模固定板 冰箱底板成形模具 [9] (1)工艺性分析 如图 4 所示零件，零件材料为镀锌钢板，厚度 ，毛坯下料尺为458mm670mm。 冲压工艺流程为：下料 — 冲孔、落 料 — 弯曲 (弯四边 )— 压形 (桃形凸 包 )— 成形 (山字形 )。 成形后要求表面平整，不允许产生划伤、起皱、拉 裂等现象，从零件结构分析，零件在桃形凸 包 处 压形 难度大，容易出现起皱、拉裂，是冲压成形和质量控制的难点。 沈阳大学毕业设计（论文） No 13 图 4 冰箱底板 经分析，桃形凸 包 处的成形有 2。