冲压工艺与模具课程设计论文期刊

冲压模具设计中对机械运动的控制和运用摘要：在冲压过程中，机械运动贯穿始终。各种冲压工艺的实现都有其基本运动机理，这种运动是与模具密切相关的，各种模具的结构设计和力学设计最终都是为了满足其能够实现特定运动的要求。设计的模具能否严格完成实现冲压工艺所需的运动，直接影响到冲压件的品质，所以在模具设计中应对机械运动进行控制。同时为了达到产品形状尺寸的要求，不能够拘泥或局限于各种工艺基本运动模式中，而应不断发展和创新，在模具设计中对机械运动灵活运用。关键词：冲压模具设计，机械运动，控制，灵活运用1.引言本论文是以冲压工艺学基本理论为依据，通过对各种冲压工艺基本运动的分析，提出了对冲压模具设计的要求。首先阐述冲压过程中，机械运动的基本概念，然后逐项分析了冲裁、弯曲、拉深工艺的基本运动机理，指出模具设计中应着重控制到的内容，并介绍了在模具设计中对机械运动灵活运用的方法和一些实例。最后总结了根据具体情况进行产品工艺运动分析的方法，并强调在模具设计中，对机械运动的控制和灵活运用对提高设计水平和保证冲压件品质的重要意义。2.冲压过程中机械运动的概述冷冲压就是将各种不同规格的板料或坯料，利用模具和冲压设备（压力机，又名冲床）对其施加压力，使之产生变形或分离，获得一定形状、尺寸和性能的零件。一般生产都是采用立式冲床，因而决定了冲压过程的主运动是上下运动，另外，还有模具与板料和模具中各结构件之间的各种相互运动。机械运动可分为滑动、转动和滚动等三种基本运动形式，在冲压过程中都存在，但是各种运动形式的特点不同，对冲压的影响也各不相同。既然冲压过程存在如此多样的运动，在冲压模具设计中就应该对各种运动进行严格控制，以达到模具设计的要求；同时，在设计中还应当根据具体情况，灵活运用各种机械运动，以达到产品的要求。冲压过程的主运动是上下运动，但是在模具中设计斜楔结构、转销结构、滚轴结构和旋切结构等，可以相应把主运动转化为水平运动、模具中的转动和模具中的滚动。在模具设计中这些特殊结构是比较复杂和困难，成本也较高，但是为了达到产品的形状、尺寸要求，却不失为一种有效的解决方法。3.冲裁模具中机械运动的控制和运用冲裁工艺的基本运动是卸料板先与板料接触并压牢，凸模下降至与板料接触并继续下降进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动导致板料分离，然后凸、凹模分开，卸料板把工件或废料从凸模上推落，完成冲裁运动。卸料板的运动是非常关键的，为了保证冲裁的质量，必须控制卸料板的运动，一定要让它先于凸模与板料接触，并且压料力要足够，否则冲裁件切断面质量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具寿命减少。按通常的方法设计落料冲孔模具，往往冲压后工件与废料边难以分开。在不影响工件质量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增加一些凸出的限位块，以使落料冲孔运动完成后，凹模卸料板先把工件从凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把废料也从凸凹模上推落，这样一来，工件与废料也就自然分开了。对于一些有局部凸起的较大的冲压件，可以在落料冲孔模的凹模卸料板上增加压型凸模，同时施加足够的弹簧力，以保证卸料板上压型凸模与板料接触时先使材料变形达到压型目的，再继续落料冲孔运动，往往可以减少一个工步的模具，降低成本。有些冲孔模具的冲孔数量很多，需要很大冲压力，对冲压生产不利，甚至无足够吨位的冲床，有一个简单的方法，是采用不同长度的2～4批冲头，在冲压时让冲孔运动分时进行，可以有效地减小冲裁力。对那些在弯曲面上有位置精度要求高的孔（例如对侧弯曲上两孔的同心度等）的冲压件，如果先冲孔再弯曲是很难达到孔位要求的，必须设计斜楔结构，在弯曲后再冲孔，利用水平方向的冲孔运动可以达到目的。对那些翻边、拉深高度要求较严需要做修边工序的，也可以采用类似的结构设计。4.弯曲模具中机械运动的控制和运用弯曲工艺的基本运动是卸料板先与板料接触并压死，凸模下降至与板料接触，并继续下降进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动，导致板料变形折弯，然后凸、凹模分开，弯曲凹模上的顶杆（或滑块）把弯曲边推出，完成弯曲运动。卸料板及顶杆的运动是非常关键的，为了保证弯曲的质量或生产效率，必须首先控制卸料板的运动，让它先于凸模与板料接触，并且压料力一定要足够，否则弯曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，应确保顶杆力足够，以使它顺利地把弯曲件推出，否则弯曲件变形，生产效率低。对于精度要求较高的弯曲件，应特别注意一点，最好在弯曲运动中，要有一个运动死点，即所有相关结构件能够碰死。有些工件弯曲形状较奇特，或弯曲后不能按正常方式从凹模上脱落，这时，往往需要用到斜楔结构或转销结构，例如，采用斜楔结构，可以完成小于90度或回钩式弯曲，采用转销结构可以实现圆筒件一次成型。值得一提的是，对于有些外壳件，如电脑软驱外壳，因其弯曲边较长，弯头与板料间的滑动，在弯曲时，很容易擦出毛屑，材料镀锌层脱落，频繁抛光弯曲冲头效果也不理想。通常的做法是把弯曲冲头镀钛，提高其光洁度和耐磨性；或者在弯曲冲头R角处嵌入滚轴，把弯头与板料的弯曲滑动转化为滚动，由于滚动比滑动的摩擦力小得多，所以不容易擦伤工件。5.拉深模具中机械运动的控制和运用拉深工艺的基本运动是，卸料板先与板料接触并压牢，凸模下降至与板料接触，并继续下降，进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动，导致板料体积成形，然后凸、凹模分开，凹模滑块把工件推出，完成拉深运动。卸料板和滑块的运动非常关键，为了保证拉深件的质量，必须控制卸料板的运动，让它先于凸模与板料接触，并且压料力要足够，否则拉深件容易起皱，甚至裂开；其次应确保凹模滑块压力足够，以保证拉深件底面的平面度。拉深复合模设计合理，可以很好地控制结构件的运动过程，达到多工序组合的目的。例如典型的落料拉深切边冲孔复合模具的设计。另外，有些装饰品和日用品的拉深件需要有卷边（或滚边）工序，模具设计中也用到了滚轴结构，所以在卷边过程中滚动的摩擦力非常小，不容易擦伤工件表面。对那些需要在马达中旋转的拉深结构件,切边的高度、跳动度等要求相当高，需要在模具中设计特别的旋切结构，利用旋转（切）运动修边，不仅能保证切边的尺寸精度高，甚至切边的毛刺及冲切纹路亦相当美观。值得一提的是，此旋切结构在实际设计改良后，已经非常易于模具加工制作，并且已运用于连续拉深模具当中。6.连续模具中机械运动的控制和运用连续模具中常常同时包括了冲裁、弯曲和拉深等冲压工艺，因而其冲压过程中的机械运动也包括了这三种工艺的基本运动模式，对连续模具中运动的控制，应分成各基本工艺分别进行控制。通常连续模具要求不断加快冲压速度，提高生产效率，有些形状较复杂、较特别的冲压件，其冲压运动较费时，在连续模具设计中可以分解成效率较高的冲压运动。例如，工程膨胀螺钉圆筒件在连续模具设计中即可将其圆筒成型运动分解为两侧90度圆弧弯曲～中间60度圆弧弯曲～整体抱圆～圆度校正四个工序，不仅提高效率，亦能保证冲压件圆度。需要特别指出的是，连续模具因为在实际生产中还牵涉到送料机、吹风装置等，在设计中应充分考虑到这些因素，让冲床、模具、送料机和吹风装置的运动在时间上配合好，连续模具才能真正顺利生产。7.结束语尽管各种工艺的基本运动原理是不同的，但是也有共同点，就是卸料板（或滑块）的运动是重要的控制因素。实际上，在模具设计当中，产品的冲压工艺不可能都象各种工艺的基本运动那样简单，应当要根据具体情况对产品工艺作好运动分析，再据此作进一步的设计。在对产品工艺运动作分析时，应主要考虑其必要性、时间性、可行性，还应具有创造性。必要性是指运用基本运动原理判断需要那些运动来实现产品工艺；时间性是指所需各项运动的先后顺序；可行性是指能否通过结构设计和力学设计来实现所需运动；创造性是指在前述运动无法被实现或运动无法完全实现产品工艺的情况下，要善于大胆采用新方法去努力实现产品工艺，也就是前面所说的对机械运动的灵活运用。 冲压过程存在多种多样的机械运动，而各种机械运动对冲压工艺实现与冲压件品质的影响也各不相同，因而在冲压模具设计中对机械运动的控制和灵活运用对提高设计水平和保证冲压件品质具有重要意义。

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汽车挡泥板复合冲压模具设计 摘要：对汽车挡泥板进行冲裁工艺分析并确定冲裁方案，说明了模具主要零部件的设计和选用。以UG为平台，利用三 维参数化设计与建模技术，对汽车挡泥板的冲压模具进行三维参数化造型设计，可以根据需要改变模具的尺寸；进行虚 拟装配，可以直观地观察和分析模具的结构以及零件的相互位置关系；加快了产品开发速度，提高了产品开发效率，缩 短了产品开发周期。 关键词：UG；挡泥板；冲压模具设计 传统模具设计方法设计周期长、工作量大；在 整机装配环节，仅在理论上进行可行性的装配计算， 对于装配过程中可能出现的问题无法预知，各个零 件之间的相对装配关系只能间接表达出来，可视性 差；而且当某一个零件的参数改变时，整个设计过 程都要随之改变，设计智能化低。因此，利用高度 集成CAD/CAM功能的UG软件进行模具的三维造 型设计，通过对设计的三维模型进行分析和干涉检 查，根据得到的分析结果，可以确定是否修改现有 的装配模型，以达到修改设计的目的；并且可以利 用UG软件来实现参数化、智能化设计和虚拟装配， 使设计人员摆脱对物理样机的过度依赖，缩短产品 的设计开发周期，降低成本，提高产品质量，节省 人力物力。 1挡泥板落料冲孔模设计 （1）冲裁工艺分析及方案确定 该零件结构复杂，形状不对称，既有沟槽又有 悬臂，两处悬臂长小于5倍臂宽、宽度大于， 具体结构见图1。 工件材料为碳素结构钢08，厚度t＝1 mm，采 用卷料，其抗剪切强度τ＝255～353 MPa [1] 。材料具 有较高的弹性和良好的塑性，冲裁加工性较好。 该零件属于大批量生产，尺寸较大，形状不对 称且具有复杂的沟槽。经过分析，采用复合冲裁模 进行加工，能够满足各项要求。该复合模采用手工 送料、挡料销定位、弹压卸料，冲件由推件板推出， 模架为导面平稳的四导柱模架。 （2）排样设计 经分析，采用有搭边的直排，材料的利用率为 η＝％，排样图见图2。 （3）冲压力计算 模具采用弹压卸料逆出件方式，故总冲压力为： Z Q 1 Q3 F =F +F +F（1） 式中：FZ为总的冲压力；F为冲裁力；FQ1为卸料力； FQ3为顶件力。 经计算FZ＝353618 N，选择压力机型号J23－ 63[2]。除此以外，还需正确确定其压力中心，以保 证冲压正常进行。 （4）凸、凹模刃口尺寸计算 该模具采用配作法计算凸、凹模刃口尺寸，以 冲孔凸模和落料凸模为基准件，凹模刃口尺寸按凸 模实际尺寸进行配作，保证单面间隙为 mm。 2主要零、部件的设计与选用 （1）凹模结构设计 由于该工件比较复杂，且有很深的沟槽，所以 将凹模设计为镶拼结构，并用内六角螺钉和销钉将 其固定在上模座上。凹模采用镶拼结构后，虽然拼 块的装配和模具结构变得复杂，但是分块后凹模易 于加工，精度容易保证，而且还可以将悬臂结构单 独作为一个部分，损坏后易于更换，可避免整体凹 模报废。凹模的具体结构见图3。 （2）凸凹模和冲孔凸模结构设计 凸凹模刃口部分为非圆形，为便于凸凹模和固 定板的加工，可设计成阶梯形结构，并将安装部分 设计成便于加工的长方形，通过铆接方式与固定板 固定。凸凹模的尺寸根据刃口尺寸、卸料装置和安 装固定要求确定，材料选用Cr12MoV，工作部分淬 火，硬度达到60～64 HRC。凸凹模具体结构见图4。 冲孔小凸模刃口为圆形，结构比较简单，材料 选用T10A。小凸模具体结构见图5。 （3）定位装置设计及模架选用 该模具主要采用接触定位，通过两个导料销和 一个挡料销来实现定位。由于工件轮廓复杂、冲裁 力较大且不均匀，故采用导面平稳的四导柱模架。 （4）其它零件设计 主要包括弹压卸料板、凸模固定板、垫板、推 件板、推杆、打板和打杆等，本文不做详细介绍。 3三维实体模型设计 利用UG做出挡泥板落料冲孔复合模的三维模 型，并进行虚拟装配，同时对其进行干涉检查。该 模具主要由以下部分组成：模柄、上模座、凹模、是轿门电机关门信号输出。PLC程序控制采用记录 开、关门一次反馈信号是否正确的方法进行判断， 如果输入信号有通有断，可认为没有发生短接、粘 连，系统正常工作，否则系统转入检修工作状态。 图5中M3的信号可作为门锁安全的正常信号，M4 是轿门或厅门线路断路、短路或输入信号线路断路、 短路或轿门与厅门安全线路中有一个短路、继电器 粘连等故障的信号，M5综合了M4的故障与将轿门 和厅门安全线路均短接、粘连或断线故障，可作为 控制系统由正常运行状态转为检修运行状态的触发 信号之一。 4结论 电梯门锁安全系统，在电梯的安全运行中起着 极其重要的作用。作为电梯设计、生产及安装改造 的人员和企业，应该本着以人为本、人文关怀的基 本思想，将人的生命放在第一位。在电梯的设计或 改造时，应充分考虑人员的安全，适当增加安全装 置和控制，使得在用电梯，即使是由于使用人员或 安装、维护人员的粗心或疏忽，也不会造成重大的 弹压卸料板、凸凹模、凸模固定板、下模座、导柱 导套等。装配爆炸图见图6。 4结论 本文以UG为设计平台，建立了汽车挡泥板复 合冲裁模的三维参数化模型，可根据需要改变模具 的尺寸，并且在虚拟装配过程中实时检查运动部件 间的干涉情况，修正模具零件、改进模具结构。通 过此种方法设计模具，大大加快了产品的开发速度， 明显缩短了开发周期。 参考文献： [1]钟毓斌.冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2005. [2]郑家贤.冲压工艺与模具设计实用技术[M].北京：机械工业出版 社，2005.