关于高速冷冲压模具研究论文

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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。

目前，我国日用五金业已经跨入世界前列。先后建立了拉链、电剃须器、不锈钢器皿、铁锅、刀片、自行车锁等14个技术开发中心，压力锅、电动剃须器、打火机等16个产品中心。这些中心目前绝大多数发展成为行业排头兵，有的已成为世界排头兵，取得了良好的经济效益。据了解，现在我国五金产业中至少有70%为民营企业，为我国五金行业发展的主力军。我国逐步成为世界五金加工大国和出口大国，并且已成为世界五金生产大国之一，拥有广阔的市场和消费潜力。 五金行业市场发展概况与趋势 手工工具市场：渐趋智能化、人性化 国际五金市场上，欧美发达国家由于生产技术快速发展与劳动力价格升高，将普遍性产品转由发展中国家生产，仅生产高附加价值的产品，而我国又拥有强大的市场潜力，所以更有利发展为五金加工出口大国。 我国的手工工具市场主要分布在浙江、江苏、上海、广东、山东和台湾等地方，其中浙江和广东最为突出。浙江的永康向来就被称为“手工工具之乡”，而且浙江人的市场操作意识相当强，从当初的火锅产品、不锈钢保温杯到去年风靡一时的滑板车，给他们带来了滚滚财源。广东也即将成为世界五金工具模具中心。目前，在深圳周边及珠三角地区聚集了6000多家模具企业，从业人员超过20万人。已连续在深圳举办了五届的华南国际模具展，吸引了25个国家和地区的1000多家企业参加，是当今中国最具专业化、国际化水准的模具工业展会。 DIY产品成为五金相关行业市场新宠。近年来，在欧美随着发达国家的建筑类五金产品设计以容易安装及维修为主，可自行装配产品及工具大受市场欢迎。据分析，今后两年，国内的建筑类五金产品也将走向智能化、人性化的发展道路。 台湾手工具业调整产品结构。台湾地区手工具业凭借产品质量稳定、交货准时、产品品种齐全，能配合客户需求，在全球具有一定的优势。而且台湾手工具销售以岛外市场为主，目前当地制造厂商约5000家，多分布在台湾岛中部地区，以中小企业为主。据有关调查资料显示，以个别手工具产品类别来看，套筒为出口大宗，其次为手工具组合，第三为园艺工具，扳手类排名第四，钳类排名第五。 刀具市场：市场竞争力不断提高 据报道，全世界刀具市场需求不断增长。其中欧洲、北美国家增长稳定，特别是东欧国家；亚洲市场略有回升，市场潜力很大，拉美国家市场明显增长，尤其是墨西哥。目前世界切削刀具销售额超过100亿美元，工业发达的欧洲、北美、日澳三大市场占有75%~80%。 在亚洲，中国也是一个重要市场。据预测，我国刀具需求在70~80亿元人民币之间，其中高精、高效、高可靠性的现代刀具，如硬质合金和陶瓷等超硬刀具材料可转位刀具的消费额约为12亿元人民币，其中80%~85%依赖进口，模具制造使用的刀具进口占90%以上。在过去一年中，刀具市场之所以需求增长缓慢，主要是因为刀具寿命增加，再有就是用户针对整个制造过程提出要求，取代了许多的机床和刀具。以及多功能刀具的应用增多，替代了很多以往单功能的简单刀具。今后用户将更加强调生产厂对刀具的研究和发展，不仅是在材料和表面涂层技术领域，而且也在刀具产品及其生产工艺过程方面注重生产实践，帮助刀具制造厂增加在它们所熟悉领域中的市场竞争力。 从刀具产品技术看，日本的DIJET、BIG、OSG、日本住友电工，日立工具新开发的高速高硬度刀具可加工至HRC70的硬度，东芝泰珂洛的拳头产品TAC快速铣刀系列硬质合金刀具逐渐取代高速钢刀具，特别是圆形刀具。美国肯纳刀具、瑞典SANDVIK，山高刀具SECO公司、SPINNER公司等涂层刀具的应用越来越普遍。中国刀具和量仪的知名企业株洲钻石工具、桂林广陆数字测控股份公司等也提供了新开发的产品，参与国际竞争。高速加工用新型刀具市场占有量不断增长。 从刀具制造商合作方式来看，在高新领域市场将出现很多大公司强强联合。 模具市场发展概况与趋势展望 近年来工业发达国家的人工费用增加，其正向发展中国家特别是东南亚国家转移，其国内以生产高、精模具为主，人工劳动投入量大的模具依靠进口解决。 “十一五”期间，我国模具市场总体趋势平稳向上。目前，国内市场对中高档家电、汽车、塑料制品模具的需求量很大，但要求国产模具必须在质量、交货期等方面满足用户的需求。我国加入WTO后，伴随着世界经济的一体化浪潮，全球制造业加速向中国大陆地区转移已是大势所趋，中国也将逐步发展成为世界级的制造业基地。中低档的模具国际市场潜力十分巨大，只要国产模具的质量能够有提高，交货期能够保证，模具出口的前景是十分乐观的。优势明显的广东特别是珠三角地区，将在十年之内发展成为世界模具生产中心。同时，由于近年来我国每年用近10亿美元进口模具，其中精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以从减少进口角度出发，这类高档模具在市场的分额比例也将逐步增大。现代模具其高技术、人才密集、高技术背景下的工艺密集型工业的特点，是在新型工业化道路上走在前面的产业，模具作为重要的制造装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务，模具在制造业产品研发、创新和生产中所具有的独特的重要地位，使得模具制造能力和水平的高低也成为国家创新能力的重要标志。 2010年经济逐步企稳，模具作为制造产业转变增长方式，产业结构调整的关键支撑，无疑具有举足轻重的地位，沟通制造业上下游产业，共同促进模具制造业发展已成为深圳模具技术学会的重要任务。 延伸阅读 模具行业支撑汽车行业的产品升级换代 据悉，2009年我国乘用车换型就达到221款(其中轿车175款)，比2008年多114款。自主车型120款，而像中档帕萨特的全套冲模价值就超过亿元人民币，大型塑料模具价值约3500万至4000万；从汽车的心脏发电机的缸体压铸到汽车白车身冲压件，从加快我国节能环保型汽车的研发进程(如汽车发动机塑料进气歧管国外已占80%，注塑模具的实现)，到新材料超强钢板热压成形模，都需要模具带动汽车产业核心零部件的国产化，中高档轿车覆盖件模具，汽车轻量化新型材料成形模具及多工位级进模具均是推进汽车自主品牌发展的保障，模具装备是汽车装备中的重要组成部分。 家电行业：家电零件成型依靠钣金冲压、塑料、发泡、吸附等各类模具，一台冰箱需要150~200付模具、一台空调需要50付左右的模具、一台洗衣机需要60付左右的模具，还有大量的小家电……海尔公司一年采购6000付左右模具，金额达到5个多亿。2009年12月，工信部下发了《关于加快我国家用电器行业转型升级的指导意见》，针对产品升级、技术升级的重要任务，加快我国家电转型升级。(如低噪音、节能节水，多间室等)模具制造的水平也是家电零件制造工艺水平提高的体现。 据统计，2009年我国塑料行业6000亿销售额，按1：100的带动，得到了60亿模具的支撑。 航空装备技术与模具制造 钣金装备：作为航空制造技术的重要基础，航空钣金装备技术模具为其提供成型的主要设备是在超塑成形设备、热成形设备、旋压成形设备、压弯成形设备等等，大型板类三维曲面的一个产品成形模具往往需要数十套甚至数百套，板材由模具曲面成形；在多点成形时，模具制造将整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的基本体来包络面完成，进而多点成形技术发展有多点成形机等等。 飞机内饰件模具成套技术的研究开发及产业化：配套中国商用飞机发展提供产品的模具制造技术，选用强度大、阻燃、防烟雾、散热工程塑料，结合航空领域的技术标准和要求，针对飞机内饰件的材料选用、产品结构分析与设计、模具设计制造和最终产品组装整套技术进行研究开发，实现飞机内饰件成套技术的产业化应用。在飞机内饰件方面，塑料使用的提高有利于减轻飞机的自重，节约燃油，降低成本。据不完全统计，飞机内饰件在模具200套左右，产值一个亿，带动制件产值在30亿元左右。 电子专用装备及新兴产业配套领域 装备制造业调整和振兴规划》中，在“抓住九大产业重点项目，实施装备自主化”的内容里，第8项“电子信息产业”中就将电子设备仪器及工模具等为重点，推进信息化装备自主化。 以大规模、超大规模集成电路用引线框架精密多工位级进冲模，集成电路精密封装模具，电子元器件和精密接插件用精密模具，芯片用精密冲压模具，汽车电子模具为前沿，电脑周边模具、多媒体数码产品模具、光电通讯产品模具、网络产品模具、钟表礼品模具等等随着IT和信息技术的发展将需求越来越大。我国已是(复印机、传真机、打印机等)OA设备及耗材的主要生产国，60%以上的复印设备、40%以上的影像打印设备在中国制造，同时世界OA设备主要厂商在中国大量采购零部件也使得OA设备塑料模具发展迅速。 医疗器械据推算有一万种产品，34个门类，4000家企业。如保健器械、高分子塑料产品也是其中的一部分。几乎全部制件涉及模具，大到高压氧舱，小到助听器、心脏起博器…高分子复合材料成型、生物生命工程、医疗器械器材零部件生产配套的精密、超精密模具将在医疗器械制造中具有举足轻重的地位。 2009年国家4万个亿投资中，轨道交通直接投资是7000个亿，而动车组走行核心部件超高速(300公里以上/小时)精密轴承模具核心技术、时速200~350公里高速动车组、大功率交流传动电力/内燃机车、载重100吨铁路重载货车和城市轨道交通车辆用轴承、齿轮传动装置，高速动车组用齿轮箱精密铸造模具；重载25T轴重热锻模具、冷墩模具等将为新兴产业配套服务。

在冲压模中,冷冲大约占75%的比例,所以冲压中的冷冲压在国内外占有重要位置