落料模具的设计说明书文档格式.docx

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1绪论

1.1冲压模具行业发展现状

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。

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。

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。

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/CAE/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。

1.2冲压模具制造技术发展趋势

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/CAM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。

（8）模具自动加工系统的发展

这是我国长远发展的目标。

模具自动加工系统应有多台机床合理组合；

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；

有质量控制监测系统。

1.3冲压工艺的基本知识

冲裁是利用冲模使部分材料或工序件与另一部分材料、工（序）件或废料分离的一种冲压工序。

冲裁是切断、落料、冲孔、冲缺、冲槽、剖切、凿切、切边、切舌、切开、整修等分离工序的总称。

冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。

分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。

成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。

在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。

冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。

冲压用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。

模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。

模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。

模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。

模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具（供小批量生产）、复合模、多工位级进模（供大量生产），以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。

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。

1.4冲裁变形分析

1.4.1冲裁变形时板料变形区力态分析

图1是模具对板料进行冲裁时的情形，当凸模下降至与板料接触时，板料就受凸、凹模端面的作用力。

由于凸、凹模之间存在间隙，使凸、凹模施加于板料的力产生一个力矩M，其值等于凸、凹模作用的合力与稍大于间隙的力臂a的乘积。

在无压料板压紧装置冲裁时，力矩使材料产生弯曲，故模具与板料仅在刃口附近的狭小区域内保持接触，接触宽度约为板厚的0.2～0.4。

并且，凸、凹模作用于板料垂直压力呈不均匀分布，随着向模具刃口靠近而急剧增大（见图1）。

1-凸模；

2-材料；

3-凹模

图1冲裁时作用于材料上的力

其中：

P１、Ｐ２——凸、凹模对板料的垂直作用力；

Ｆ１、Ｆ２——凸、凹模对板料的侧压力；

μP１、μＰ２——凸模端面与板料间摩擦力，其方向与间隙大小有关，但一般指向模具刃口；

μＦ１、μＦ２——凸、凹模侧面与板料间的摩擦力。

图2冲裁时板料的应力状态图

冲裁时，由于板料弯曲的影响，其变形区的应力状态是复杂的，且与变形过程有关。

对于无压料板压紧材料的冲裁，其变形区应力状态如图2所示，其中：

A点（凸模侧面）：

凸模下压引起轴向拉应力σ３，板料弯曲与凸模侧压力引起径向压应力σ1，而切向应力σ２为板料弯曲引起的压应力与侧压力引起的拉应力的合成应力。

B点（凸模端面）：

凸模下压及板料弯曲引起的三向压缩应力。

C点（断裂区中部）：

沿径向为拉应力σ１，垂直于板平面方向为压应力σ3。

D点（凹模端面）：

凹模挤压板料产生轴向压应力σ３，板料弯曲引起径向拉应力σ1和切向拉应力σ2。

E点（凹模侧面）：

凸模下压引起轴向拉应力σ３，由板料弯曲引起的拉应力与凹模侧压力引起压应力合成产生应力σ1与σ2，该合成应力可能是拉应力，也可能是压应力，与间隙大小有关。

一般情况下，该处以拉应力为主。

1.4.2冲裁时板料的变形过程

冲裁是分离变形的冲压工序。

当凸模、凹模之间的间隙正常时，工件受力后必然从弹性变形开始，进入塑性变形，最后以断裂分离告终，如图3所示。

图3冲裁变形过程

（一）弹性变形阶段

由于凸模加压于板料，使板料产生弹性压缩、弯曲和拉伸（AB′＞AB）等变形，板料底面相应部分材料略挤入凹模洞口内。

此时，凸模下的板料略有拱弯（锅底形），凹模上的板料略有上翘。

间隙越大，拱弯和上翘越严重。

在这一阶段中，若板料内部的应力没有超过弹性极限时，当凸模卸载后，板料立即恢复原状。

（二）塑性变形阶段

当凸模继续压入，板料内的应力达到屈服极限时，板料开始产生塑性剪切变形。

凸模切入板料并将下部板料挤入凹模孔内，形成光亮的剪切断面。

同时，因凸、凹模间存在间隙，故伴随着弯曲与拉伸变形（间隙愈大，变形亦愈大）。

随着凸模的不断压入，材料的变形程度便不断增加，同时硬化加剧，变形抗力也不断上升，最后在凸模和凹模的刃口附近，达到极限应变与应力值时，材料就产生微小裂纹，这就意味着破坏开始，塑性变形结束。

（三）断裂分离阶段

裂纹产生后，此时凸模仍然不断地压入材料，已形成的微裂纹沿最大剪应变速度方向向材料内延伸，向楔形那样发展，若间隙合理，上下裂纹则相遇重合，板料就被拉断分离。

由于拉断的结果，断面上形成一个粗糙的区域。

当凸模再下行，凸模将冲落部分全部挤入凹模洞口，冲裁过程到此结束。

冲裁力与凸模行程曲线如图4

图4冲裁力与凸模行程曲线

图4为冲裁时冲裁力与凸模行程曲线。

图中AB段相当于冲裁的弹性变形阶段，凸模接触材料后，载何急剧上升，当凸模刃口一旦挤入材料，即进入塑性变形阶段后，载荷的上升就缓慢下来，如BC段所示。

虽然由于凸模挤入材料使承受冲裁力的材料面积减小，但只要材料加工硬化的影响超过受剪面积减小的影响，冲裁力就继续上升，当两者达到相等影响的瞬间，冲裁力达最大值，即图中的C点。

此后，受剪面积的减少超过了加工硬化的影响，于是冲裁力下降。

凸模继续下压，材料内部的微裂纹迅速扩张，冲裁力急剧下降，如图CD段所示，此为冲裁的断裂阶段。

1.4.3冲裁件断面质量及其影响因素

（一）断面特征

冲裁件正常的断面特征如图5所示。

它由圆角带、光亮带、断裂带和毛刺四个特征区组成。

图5冲裁件的断面特征

１．圆角带-该区域的形成主要是当凸模刃口刚压入板料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被带进模具间隙的结果。

２．光亮带-该区域发生在塑性变形阶段，当刃口切入金属板料后，板料与模具侧面挤压而形成的光亮垂直的断面。

通常占全断面的1／２～１／３。

３．断裂带-该区域是在断裂阶段形成。

是由刃口处产生的微裂纹在拉应力的作用下，不断扩展而形成的撕裂面其断面粗糙，具有金属本色，且带有斜度。

４．毛刺毛刺的形成是由于在塑性变形阶段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度时，刃口正面材料被压缩，刃尖部分是高静水压应力状态，使微裂纹的起点不会在刃尖处发生，而是在模具侧面距刃尖不远的地方发生，在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺。

在普通冲裁中毛刺是不可避免的。

在四个特征区中，光亮带剪切面的质量最佳。

各个部分，在整个断面上所占的比例，随材料的性能、厚度、模具冲裁间隙、刃口状态及摩擦等条件的不同而变化。

（二）材料的性能对断面质量的影响

对于塑性较好的材料，冲裁时裂纹出现得较迟，因而材料剪切的深度较大。

所以得到的光亮带所占比例大，圆角大，穹弯大，断裂带较窄。

而塑性差的材料，当剪切开始不久材料便被拉裂，光亮带所占比例小，圆角小，穹弯小，而大部分是有斜度的粗糙断裂带。

（三）模具冲裁间隙大小对断面质量的影响

冲裁单面间隙是指凸模和凹模刃口横向尺寸的差值的一半，常称间隙用C表示。

间隙值的大小，影响上、下裂纹的会合；

影响变形应力的性质和大小。

当间隙过小时，如图6a所示，上、下裂纹互不重合。

两裂纹之间的材料，随着冲裁的进行将被第二次剪切在断面上形成第二光亮带，该光亮带中部有残留的断裂带（夹层）。

小间隙会使应力状态中的拉应力成分减小，挤压作用增大，使材料塑性得到充分发挥，裂纹的产生受到抑制而推迟。

所以，光亮带宽度增加，圆角、毛刺、斜度翘曲、拱弯等弊病都有所减小，工件质量较好，但断面的质量也有缺陷，像中部的夹层等。

当间隙过大时，如图6c所示，上、下裂纹仍然不重合。

因变形材料应力状态中的拉应力成分增大、材料的弯曲和拉伸也增大，材料容易产生微裂纹，使塑性变形较早结束。

所以，光亮带变窄，剪裂带、圆角带增宽、毛刺和斜度较大，拱弯翘曲现象显著，冲裁件质量下降。

并且拉裂产生的斜度增大，断面出现二个斜度，断面质量也是不理想的。

当间隙合适时，如图6b所示，上、下裂纹能会合成条线。

尽管断面有斜度，但零件比较平直，圆角、毛刺斜度均不大。

有较好的综合断面质量。

当模具间隙不均匀时，冲裁件会出现部分间隙过大，部分间隙过小的断面情况。

这对冲裁件断面质量也是有影响的，要求模具制造和安装时必须保持间隙均匀。

图6间隙大小对冲裁件断面质量的影响

a）间隙过小；

b）间隙合适；

c）间隙过大

（四）模具刃口状态对断面质量的影响

刃口状态对冲裁过程中的应力状态有较大影响。

当模具刃口磨损成圆角时，挤压作用增大，则冲裁件圆角和光亮带增大。

钝的刃口，即使间隙选择合理，在冲裁件上将产生较大毛刺。

凸模钝时，落料件产生毛刺；

凹模钝时，冲孔件产生毛刺。

2落料模具的冲压工艺性分析

2.1冲压工艺规程

表2.1工艺规程卡片

车间

产品型别

工艺规程

零件名称：

防尘罩落料模零件号：

FCZLL01-00

工艺室主任车间主任

主管工艺员总工艺师

版次

年月日批准

表2.2工序卡片

工作程序

型别

材料

毛料种类

零件名称

零件号

第页

Q235

板料

防尘罩落料模

FCZLL01-00

工序号

工序名称

工作地

页次

设备名称

设备类别

工作等级

工时定额

附注

1

切料

剪床

2

冲裁

开式双柱可倾冲床

J23-63

3

去毛刺

4

检验

游标卡尺等

更改单号

编号

签字

日期

工艺员

车间主任

表2.3检验卡片

检验图表

硬度

项目号

检验内容

检验工具

各主要尺寸

游标卡尺

2.2设计题目

下图所示冲裁件，材料为Q235,厚度为2mm，大批量生产。

试制定工件冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺规程.

零件名称:

防尘罩毛坯

生产批量:

大批

材料:

Q235t=2mm

2.3冲压件工艺计算

该零件属于有凸缘筒形拉伸件，固其展开材料坯料应为圆形，查《实用冲压模具设计手册》中公式3-23毛坯直径计算公式，其展开毛坯直径计算如下：

D=

=

=512（mm）

所以，该落料零件的毛坯直径为512mm。

2.4模具工艺方案的确定

通常该零件采用的工艺方案是：

落料、拉伸、冲孔、切边、翻边5道工序，或者采用多工位级进模进行加工，用第一方案产品质量好，模具加工维修简单，但模具数量多，产品加工周期长，经济效益差：

用第二方案，模具加工维修方便，一副模具，产品加工周期短，但由于模具较大，所用设备工作台面相应要求也大，若采用定距切刀浪费材料，增加成本，采用其他定位，定位在长期生产过程中易出现磨损，导致不同步，影响产品质量：

考虑到该零件主要作用是防尘，零件口部尺寸切边切口不垂直，对外观和使用都不存在影响，所以将切边调整在翻边后进行。

本套模具是第一方案中的落料模具，冲出一个直径为512mm的毛坯就可以了。

此工件材料为Q235钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。

工件结构相对简单，将外形视为落料，需要拉伸直径为472圆筒，冲不规则孔，及底部矩形凸台。

工件的尺寸全部自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。

3落料模具的工艺计算

3.1排样设计

查《冲压模具设计与制造》表2.5.2,确定搭边值:

两工件间的搭