1、山东科技大学学士学位论文 -iii- 摘 要 冲压成型是金属成型的一种重要方法，它主要适用材质较软的金属成型，可以一次成型 形 状较为复杂的精密制件。本文主要介绍了弹簧片零件的冲压模具设计过程。 弹簧片零件属于典型的冲裁件。本文在分析其工艺性的基础上，根据生产要求，确定采用级进模结构，本设计主要是落料凸、凹模的设计，需要计算凹凸模的间隙，工作零件的尺寸和公差。此外，还需要确定模具工艺零件和结构零件以及模具的总体尺寸，然后根据上面的设计绘出模具的总装图。 文中介绍了弹簧片零件成形，冲孔、切断和弯曲级进模的排样设计及模具工作过程，通过对零件的工艺分析， 提出了可行的成型方法及模具结构。最后根据设计
2、的计算步骤得到各零件二维图纸以及整体的装配图，在各图纸上详细标注加工的技术要求。 关键词 ： 级进模 ；弹簧片；设 计； 模具结构山东科技大学学士学位论文 -iv- Abstract Stamping is an important method of metal forming, it is mainly applied to relatively soft metal forming, can be a molding of precision parts of characters is mo re complex. This paper mainly introduces the st
3、amping die design process of the spring piece. The spring piece belongs to the typical punching parts. Based on the analysis of the process, according to production requirements, determine the structure of the progressive die design is the main blanking punch, die design, die gap calculation needs,
4、the working parts of the size and tolerance. In addition, also need to determine the overall the size of mold parts and structural parts and mould, and then draw the mold assembly diagram according to the design above. This paper introduces the spring piece forming, punching, layout design and die w
5、orking process of cutting and bending progressive die, through the technology analysis of the parts, put forward the feasible forming method and die structure. Finally, according to the design and calculation steps from all parts to 2D drawings and assembly drawings of the whole, in the the drawings
6、 with tagging processing technology. Keywords:Progressive die; spring sheet design; die structure 山东科技大学学士学位论文 -iv- 目 录 摘 要 . Abstract . 目 录 . 1. 前 言 . 1 1.1 课题研究的背景 . 1 1.2 冲压模具行业发展现状及趋势 . 1 1.3 级进模的特点 . 6 1.4 课题研究的主要内容 . 7 2. 冲压工艺分析 . 8 2.1 冲压工艺分析 . 8 2.2 确定排样图 . 11 3. 计算各工序冲压力和选择冲压设备 . 15 3.1 落料、
7、冲压级进模的冲压力计算 和设备选择 . 15 3.2 凸、凹模设计 . 20 3.3 冲裁模具的设计和设备的选择 . 24 3.4 弯曲工艺计算 . 35 4 弹簧片数值模拟 . 40 4.1 引 言 . 40 4.2 有限元技术与刚塑性有限元软件 DYNAFORM . 40 5 模具的设计与装配 . 51 山东科技大学学士学位论文 -iv- 5.1 定位零件的设计 . 51 5.2 卸料及压料零件设计与标准 . 51 5.3 卸料螺钉及其它零件的的选择 . 52 5.4 模架及导套、导柱选择 . 54 5.5 模具设计 . 57 5.6 选择冲压设备 . 59 5.7 模具总装图的绘制 .
8、61 5.8 模具的装配 . 62 6 结论 . 67 参考文献 . 68 致谢 . 69 附录一：英文文献 . 70 附录二：译文 . 81 山东科技大学学士学位论文 1 1. 前 言 1.1 课题研究的背景 冲压模具产业是我国经济的基础工业 ， 冲压模具工业的发展水平从某种意义上来说代表着一个国家的工业中制造业发展水平。我国重点发展的汽车、电子、通讯、航空航天等行业的产品的零部件是 80%由模具加工成型的。由于冲压模具自身的特点，现代冲压模具企业大多体现出技术密集、资金密集和高素质劳动力密集以及高社会效益的特点，冲压模具制造业已成为高新技术制造产业的一部分。在当今制造业快速发展的前提下 ，
9、 随着中国成为制造大国，成为模具制造 大国，国内模具业得到迅猛发展。中国模具产业已接近 1000 亿元的大关，其中冲压模具所占比例很高，表明冲压模具生产已经形成了巨大的规模。 冲压模具加工作为模具加工的一大分类，在我国经济的加工工业中同时占有重要的地位。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，所以具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点。而且冲压加工是一种生产率、高材料利用率的加工方法。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，为了适应我国制造业迅速发展的需要，必须发展先进的模具设计制造技术，提高从业人员的素质和能力。 CAD/CAE/CAM 技术作为一种现代设计制造方法，把
10、它引入模具生产实际中，可以大大缩短产品开发周期 ， 提高生产效率和市场竞争力。 1.2 冲压模具行业发展现状及趋势 随着科学技术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。其主要山东科技大学学士学位论文 2 表现和发展方向如下。 (1).冲压成形理论及冲压工艺方面 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
11、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。 研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继 涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、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
12、件的厚度可达 25mm，精度可达 IT16 17 级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、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；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模山东科技大学学士学位论文 3 多点
13、成形设备，解决了多点压机成形法，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/CAE/CAM 技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。 (2) 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
14、，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。 精密、高效的多工位及多功能级进模和大型 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 个工位以上的级进模进距精度可达到 2微米，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度达 2 5微米，进距精度 2 3微米，总寿命达 1亿次。我国主要汽车模具企业，已能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，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、
15、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。 模具制造技术现代化是模具工 业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣山东科技大学学士学位论文 4 削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为 15000 40000r/min） ,加工精度一般可达 10 微米，最好的表面粗糙度 Ra 1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高
16、3 摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切 削用量还可实现硬材料（ 60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的 EDSCAN8E 电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统 、 CAD/CAM 集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到 300mm2 /min,加工精度可达 1.5微米，表面粗
17、糙度达 Ra=0.1 0.2 微米 ;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术 ;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展 ,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外 ,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（ RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用 RPM 技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷 、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“ M-RPM-2 型多功能快速原型制造系统”
18、是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造 SSM 和熔融挤压成形 MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以 CAD/CAM 加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了山东科技大学学士学位论文 5 新的途径。 (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、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，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
19、、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，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入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材 料利用率高达 97%；公称压力为的高速压力机的滑块行程次数已达 2000 次 /min 以上。在多功能压力机方面，250KN 日本田公司生产的 2000KN“冲压中心”采用 CNC 控制，只需 5min 时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数
20、等工作；美国惠特尼公司生产的CNC 金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的 4 10 倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。 近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期 大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求 ， 开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、 CNC 万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（ FMC）和冲压柔性制造系统（ FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS 系统以数控冲
21、压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现 24 小时无人山东科技大学学士学位论文 6 控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工 序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅 速， 冲压件精度也高。 (4)冲压标准化及专业化生产方面 模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，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，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准
22、化生产程度已达 70% 80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模 具制造厂专业化程度越不定期越高，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缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，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（一般在 40%以下），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 还有待于进一步提高。 1.3 级进模的特点 级进冲裁模是在压力机滑块的一次行程、在模具的不同工位分别进行工件的内形和外形冲裁，而在最后工位才制成工件。级进模具有以下优点： (1)级进模是多工序冲模，在一副模具中，可以包括冲裁、弯曲、成形和拉深等多种多道工序，具有比复合模更高的劳动生产率，也能生产相当复
