圆形双孔垫片冲压模具设计复合模(2)

1绪论

1.1冲压的概念特点及应用

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中到头重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现[1]。

冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产率很高，操作简便。对于普通压力机，每台每分钟可生产几件到几十件，而高速冲床每分钟可生产数百件甚至千件以上冲压件。冲压所获得的零件一般无需进行切削加工，因而是一种节省能源，节省原材料的无(或少)切削加工方法。由于冲压所用原材料多是表面质量好的板料或带料，冲件的尺寸公差由冲模来保证，所以产品尺寸稳定，互换性好。冲压产品壁薄，质量轻，刚度好，可以加工成形状复杂的零件，小到钟表的秒针，大到汽车纵梁，覆盖件等。与机械加工及塑料性加工的其他方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都是具有许多独特的优点为。主要表现如下：

① 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几十次，高速压力机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部件。

② 冲压时由模具保证了冲压件的尺寸与开关精度，且一般不破坏冲压材料的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲件的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。

③ 冲压可加工出尺寸范围较大，形状较复杂的零件，加上压冲时材料的冷变形硬化效应，冲压件的强度和刚度均较高。

④ 冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其他加热设备，因而是一种省料和节能的加工方法，冲压件的成本较低[1]。

但是，冲压件必须具备相应的冲模而冲模制造的主要特征是单件上批量生产，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[3]。

综上所述，冲压与其他加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产中，是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多的采用冲压方法加工产品零部件，如汽车，农机，电器，仪器，电子，国防，家电及轻工业等行业。在这些工业部门中，冲压件所占有的比重都相当大，不少过去用锻造，铸造和切削加工方法制造的零件。现

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在大多数也被质量轻，刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不广泛采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量，降低生产成本，快速进行产品更新换代等都是难以实现的。

1.2冲压的基本工序及模具分类

冲压加工的零件，由于其形状，尺寸，精度要求，生产批量原材料性能等各不相同，因此生产中所采用的冷冲压工艺方法也是多种多样的，概括起来可分为两大类，即分离工序和成形工序。分离工序是指使板料按一定的轮廓线分离而获得一定形状，尺寸和切断面质量的冲压件（俗称冲裁件）的工序。成形工序是指坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。这两类工序，按冲压方法不同又具体分成冲裁，弯曲，拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。

在实际生产中，当生产批量大，尺寸较小而公差要求较小时，若用分散的单一工序冲压工艺过程，刚生成率可能很低，不能满足生产需要。这时，在工艺上多采用组合工序的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合工序。根据工序组合的方法不同，又可将其分为复合，进级和复合-级进三种组合方式。

复合冲压：在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

级进冲压：在压力机的一次工作行程中，按一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

复合—级进冲压：在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序[2]。 为了进一步提高劳动生产率，充分发挥冲压的优点，还可以用冷压方法进行产品的某些装配。视实际需要，可以安排单独的装配工序，也可把装配工序组合在级进组合工序中。但无论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被坚固在压力机滑块上，可随滑块作上，下往复运动，是冲模的活动部分；下模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坏料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模。凹模）的作用下坏料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的部件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸凹模上卸下或推，顶出来，以便进行下一次冲压循环。

1.3 冲压技术的现状及发展应用

随着科学反唇相讥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，其主要表现和发展方向

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如下。

1.3.1冲压成形理论及冲压工艺方面

冲压成型理论的研究是提高冲压技术的基础。冲压工艺及冲模设计与制造方面的发展与冲压变形基本原理的研究取得进展是分不开。例如，板料冲压工艺性能的研究，冲压成形过程应力分析和计算机模拟，板料变形规律的研究，从坯料变形规律出发理行坯料与冲模之间相互作用的研究，在冲压变形条件下的摩擦、润滑机理方面的研究等，为建立起紧密结合生产实际的先进的冲压工艺及冲模设计方法打下了基础。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，冲压成型过程应力应变分析。板料变形规律研究及坏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）等数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，也缩短了制模周期[3]。

提高劳动生产率及产品质量，降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种冲压新工艺，是研究和推广的大方向。冲压是一种生产率高，产品质量好的先进加工工艺。用冲压方法生产的零件一般不需要或只需要进行少量切削加工。目前，冲压不但用于生产有色金属零件，而且还用于生产黑色金属零件。随着模具设计与制造技术及模具材料的发展，冲压的应用范围将越来越广泛。目前，国内外相继涌现出了精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺及无模多点成形工艺等精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺及无模多点形工艺等精密、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件的厚度可达25mm，精密可达IT6～IT7级；用液体、橡胶、聚氨酯作柔性凸模或凹模来代替刚性凸模或凹的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂开关的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能高效成形方法对于加工各种尺寸大、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性性成形，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；无模多点成形工艺是用高度可调凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进工艺技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解

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决了多点压机成形，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/CAM/CAT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。这对于制造形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序。目前这种新工艺虽然还处于开发和推广应用阶段，但在实际生产中已显示出其优越性，可用超塑性加工的金属材料的品种也在不断增加[4]。

高能成形、等高速成形方法对于加工各种尺寸大、开关复杂、批量小、强度和精度要求很高的板料零件，具有很重要的实际意义。

1.3.2冲模设计与制造方面

冲模是实现冲压生产的基本条件。在冲模的设计和制造上，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。在我国，工位数达37甚至更多的级进模，寿命达千万以上的硬质合金模，精度和自动化程度相当高的冲模都已经在生产中。同时，由于这样的冲模对加工、装配、调整、维修要求很高，因此各种高效、精密、数控、自动化的模具中工机床和检测设备也正在迅速发展，如我国的数控铣床和坐标磨床等先进模具加工设备已达到一定的水平，与此相适应的新型模具材料及其热表处理技术，各种高效、精密、数控、自动化的模具加工和检测设备以及模具CAD/CAM技术正在迅速发展；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[9]。

精密、高效的我工位及多功能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多个工位以上的级进模进距精度可达2μm，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密多工位级进冲模，如某机电—体化的铁芯精密自动化多功能级进模，其主要零件的 制造精度达2～5μm,进距精度2～3μm，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已级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，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。

模具材料及热处理与表面工艺对模具加工质量和寿命的影响很大，世界各主要工业国在此方面的研究取得了较大进展，开发了许多 的新钢种，其硬度可达HRC58～70，而

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变形只为普通工具钢的 1/2 ～ 1/5.如火焰淬火钢可局部硬化，且无脱碳；我国研制的65Nb、LD和CD等新钢种，具有热加工性能好、热处理变形小、搞冲击性能佳等特点。与些同时，还发展了一些新的热处理和表面处理工艺，主要有气体软氮化、离子氮化、渗硼、表面涂镀、化学气相(CVD)、物理气相沉积（PVD）、激光表面处理等。这些方法能提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，使模具寿命大大延长。

模具的标准化和专业化生产，已得到模具行业的广泛重视。这是由于模具标准化是组织模具有专业化生产的前提，而模具的专业化生产是提高模具质量，缩短模具制造周期、降低成本的关键。我国已经健颁布了冲压术语、冲模零部件的国家标准。冲模的专业化生产处于积极组织和实施之中，但总体来说，我国冲模的标准化和专业化水平还是比较低的。

模具的计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造(CAM)也引起国内外模具行业的极大重视，也是改造传统模具生产方式的关键技术，它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化，从而显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现，以三维造型为基础、基于并行工程(CE)的模具技术下成为发展方向，它能实现制造和装配的设计、成形过程的模拟和数控加工过程的仿真，还可对模具可制造性进行评价，使模具设计与制造一体化、智能化。因而它的开发和应用已成为当前冲模乃至其它模具技术发展中引人注目的课题。在我国，一些大专院校、科研和企业单位正积极进行这方面的研究开发工作，并取得了一定的成果。可以预计，模具的CAD\\CAM技术将会有较快的发展。

1.3.3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、高自动化的压力与之相匹配。为了满足大批量调整生产的需要，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、调整和方向发展，加之机械手乃到机器人的大量使用，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八板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四连弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；目前。这方面主要是从两个方面予以研究和发展：一是对目前我国大量使用的普通冲压设备加以改进，即在普通压力机的基础上，加上送料装置和检测装置，以实现半自动化或全自动化生产，改进冲压设备结构，保证必要的风度和精度，提高其工艺性能，以提高冲压件

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