冲压模具毕业设计论文
冲压模具毕业设计
1.绪论
1.1冲压的概念、特点及应用
我在一家制造模具的公司任职，主要负责模具的设计工作，现在同时兼职为他人完成和指导模具专业的毕业设计，旨在协助同学们顺利完成工作，并成功获得毕业资格。
通过安装在压力机上的模具施加压力，使材料产生分离或塑性变形，这是冲压加工的核心方式，目的是得到目标零件，这种工艺也被称为冲压或冲压件制造。这种加工通常在常温下进行，属于冷变形处理，主要使用板料作为原料，因此也称作冷冲压或板料冲压。冲压属于材料成型工程学的一个分支，是运用材料承受压力进行加工或实现塑性变形的重要技术手段之一。
用于冲压的模具叫做冲压模具，也称作冲模。这种模具是用来把金属或者非金属材料大批量加工成特定形状零件的工具。冲模在冲压过程中扮演着核心角色，缺少合格的冲模，大批量冲压生产就无法开展；缺少精密的冲模，高水平的冲压技术也难以推行。冲压加工的三个基本要素是冲压工艺、冲模以及冲压设备，还有冲压材料，只有这些要素相互配合，才能制造出合格的冲压件。
冲压工艺同机械加工以及其它塑性成形手段相比，无论在技术层面还是经济效益层面，都展现出诸多独到之处。具体优势体现在以下方面。
冲压加工的效率非常突出，而且使用起来简单，很容易做到机械化运作和自动化控制。冲压加工是借助冲模和冲压设备来实现的，普通压力机的活动范围每分钟可以完成几十次，高速压力机每分钟的活动次数能达到数百次甚至上千次，而且每一次活动过程就能生产出一个冲压件。
冲压加工中,模具能够确保制件规格和形态的精确性,通常不会损伤制件的外观,同时模具的使用周期相对较长,因此冲压产品的品质保持一致,零件之间可以相互替换,展现出极高的统一性。
冲压工艺能够制造出尺寸跨度大、构造繁复的工件，例如微小的秒表指针，或是庞大的汽车纵梁和车身外壳等部件，并且由于材料在冲压过程中发生冷作硬化现象，因此这类零件的力学性能和结构稳定性都十分优异。
冲压过程通常不会产生金属碎屑，因此材料利用率很高，也不需要额外的热处理装置，所以它是一种节约资源和能源的制造技术，制造出的零件价格比较便宜。
但是，冲压成型所用的模具通常针对性强，有时一个结构复杂的零件需要好几个模具才能完成制造，而且模具的制造标准严格，工艺难度大，属于技术含量高的产品。因此，只有当冲压零件的制造数量足够多时，冲压工艺的优势才能完全发挥出来，进而得到理想的经济回报。
冲压工艺在当代工业制造领域，特别是大规模制造环节，扮演着极为重要的角色。众多行业，例如汽车、农业机械、测量仪器、电子设备、航空航天、家用物品以及轻工业等，都在越来越多地运用冲压技术来生产组件零件。在这些行业中，冲压件的比例都相当可观，低的达到百分之六十以上，高的则超过百分之九十。许多过去依赖锻造=铸造以及切削加工方式制成的零件，如今相当一部分已被质轻且刚性佳的冲压件所取代。由此可见，倘若制造过程中不采纳冲压技术，诸多工业领域想要提升生产效能与产品品质，同时削减生产开销并迅速完成产品迭代更新，都将面临极大挑战。
1.2 冲压的基本工序及模具
零件在冲压制造中的形态各异，尺寸规格也千差万别，精度标准更是各有侧重，所以实际生产时运用的冲压技术手段多种多样。冲压工艺大体上可以分为两个主要阶段，一个是分离阶段，另一个是成形阶段。分离阶段指的是通过让材料沿着特定的边缘线被分割开来，从而得到具有特定外形、大小以及横截面特性的冲压产品，这种产品在口语中也被称为冲裁件。成形阶段则是指在不让材料破裂的前提下，让材料发生塑性变形，进而得到具有特定形状和大小的冲压产品。
这两种工艺流程，依据其核心塑形手法差异，可进一步区分为冲切、折弯、拉伸以及塑形四种主要流程，每一种主要流程内部又囊括了多种基础操作步骤。
实际生产过程中，如果冲压件产量高、尺寸小且精度要求严苛，单独分步冲压既不划算，还可能无法满足标准。这种情况下，工艺上常采用整合方式，将两种或更多独立工序合并到同一套模具中实施。根据组合形式的不同，主要有复合模和级进模两种技术方案可供选择。
复合冲压是一种工艺技术，它利用压力机单次运行过程，在模具同一个位置上，可以接连进行两种或更多不一样的基本加工步骤，这种做法将多种工序融合在了一起。
级进冲压，是一种工艺方法，通过压力机的一个工作过程，可以在同一个模具里，不同的位置上，接连完成两种或更多不同的独立工序，并且是按照预先设定好的顺序来进行的。
这种加工方式在一套模具中融合了两种工艺特点,分别是同时进行多个工序和连续顺序加工。
冲模的种类相当丰富，依据加工流程的不同，可以划分为切割用模、弯曲用模、拉伸用模以及塑形用模等类别；根据加工步骤的搭配方式，又能够细分为单一工序用模、多重工序用模以及连续工序用模等类型。然而，所有类型的冲模，都可以看作是由上模和下模这两个主要构成部分组合而成
上模被安装在压力机工作台或垫板上，属于冲模的固定部分。工作时，坯料通过定位零件在下模面上进行定位，压力机滑块驱动上模向下运动，借助模具的工作零件，也就是凸模和凹模，使坯料产生分离或塑性变形，进而得到所需形状和尺寸的冲件。上模上升过程中，卸料机构与顶出装置会从型腔中移除冲裁件或边角料，为下一轮压制做准备，确保顺利作业。
1.3 冲压技术的现状及发展方向
科技持续演进，工业制造加速成长，各类新方法、新流程、新装置、新物料层出不穷，由此推动冲压工艺持续更新进步。具体体现及未来趋势包括。
(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升冲压工艺水平的关键所在。当前，国内外对于冲压成型理论的研究都给予了高度关注，在材料冲压特性分析、冲压成型过程中的应力应变情况评估、板料变形行为探索以及坯料与模具相互影响机制探究等多个领域都获得了显著成果。当前，计算机技术正经历快速进步，同时塑性变形理论也持续得到改进，因此近些年国内外已开始采用计算机模拟技术来研究塑性成形过程，具体是通过运用有限元（FEM）这类有价值的分析方法来模拟金属的塑性变形行为，依据分析所得的数据，工程师们能够判断某个工艺流程能否顺利实施以及可能遭遇的缺陷问题，并且借助计算机平台调整相关数值，从而达到优化工艺流程和模具构造的目的。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。
探索创新压新工艺有助于提升生产效能与产品品质，有助于削减开销，有助于拓宽冲压工艺的运用领域，这是冲压技术进步的关键路径之一。现阶段，国内与国外先后出现了多种精密冲压工艺，诸如精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺，以及无模多点成形工艺，这些新工艺具备精密、高效、经济等优势。精密冲裁能够显著提升冲裁产品的品质，这种技术拓展了冲压制造的应用领域，现阶段精密冲裁能够处理厚度达25毫米的工件，精度可达到IT16至IT17级别；采用液体、橡胶或聚氨酯等材料制成的柔性凸模或凹模的软模成型工艺，可以加工出常规加工手段难以处理的材料及复杂构型的零件，在特定的生产环境中展现出显著的经济效益；运用爆炸等高能效成型技术，对于加工尺寸不一、形态复杂、单次产量少且强度大、精度要求高的板材零件，具有极为重要的实际应用价值；借助金属材料的超塑性进行超塑成型，能够用单次成型替代多道常规的冲压成型步骤，这对制造形状复杂且尺寸庞大的板材零件展现出卓越的优势；无模多点成型工艺是一种先进技术，它运用高度可调的凸模群体替代传统模具，实施板材曲面成型，我国已自主研发并生产出具备国际顶尖水准的无模多点成型设备，攻克了多点压机成型法的难题，从而可以灵活调整变形轨迹与受力情形，提升了材料的成型极限，同时借助反复成型技术能够消除材料内部的残余应力，达成无回弹成型效果。该系统借助计算机辅助设计、制造及工程技术，能够高效且成本较低地完成立体表面的自动加工工作
冲压生产的基础是冲模，其设计制造目前正沿着两个主要方向进步。首先，为了配合高速、自动化、精密化以及安全性的大批量生产要求，冲模正朝着提升效率、精度和寿命，以及实现多工位和多功能的方向演进。与此同时，新型模具材料及其热处理工艺、高效精密的数控自动化模具加工设备以及模具CAD/CAM技术也在快速进步。其次，为了满足产品频繁更新和试制或小批量生产的需求，锌基合金模具、聚氨酯橡胶模具、薄板模具、钢带模具、组合模具等不同类型的简易冲模及其制造方法也得到了迅速发展。
顶尖的复合型及多工序级进模，还有大型汽车外板冲压模具，集中体现了当前冲压技术的先进性。现阶段，拥有五十个以上工位的级进模，其节拍间隔精度能够精确到两微米。这类复合级进模不仅能执行冲压任务，还能同时进行焊接和组装等作业。国内已具备自主研发制造能力，产品精度可达到国际水准，具体表现为两微米到五微米的精度范围，节拍间隔精度在两微米到三微米之间，整体使用寿命可达一亿次。国内核心汽车模具制造厂商，已经能够生产完整轿车外壳模具，在研发生产技术和工艺层面，基本实现了国际水准，但在生产技术和工艺层面，基本实现了国际水准，模具构造和作用也贴近国际水准，但在生产品质、精密度、生产时限和费用方面，与海外相比仍存在某些不足。
模具工业进步的根本在于制造技术的革新。多种尖端科技持续融入传统工艺之中，彼此交织融合，催生了当代模具制造的新模式。高速铣削、电火花铣削、慢走丝切割、精密磨削与抛光以及数控测量等工艺，集中体现了现代冲模制造的技术高度。高速铣削加工速度很快，精度和表面质量都很好，主轴转速通常在15000到40000转每分钟之间，加工精度一般能达到10微米，最好的表面粗糙度Ra不超过1微米，温升较低，工件温度只升高3摄氏度，切削力也较小，因此适合加工热敏材料和刚性较差的零件，通过合理选择刀具和切削参数，还可以加工硬度达到60HRC的材料；电火花铣削加工，也叫电火花创成加工，使用高速旋转的简单管状电极进行三维或二维轮廓加工，就像数控铣削一样，因此不需要制造昂贵的成型电极，比如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配备了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，展现了当前电火花加工机床的技术水准；慢走丝线切割技术已经发展得相当成熟，功能完善，自动化程度很高，可以做到无人看管运行，目前切割速度已经达到300毫米每分钟，加工精度达到±1.5微米，表面粗糙度在Ra=0.01到0.2微米之间；精度磨削和抛光开始采用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床以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进步很大，现在三坐标测量机不仅能高精度测量复杂曲面的数据，其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施和简单的操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。另外，激光快速制造工艺和树脂浇注工艺在快速经济性模具制造领域取得了显著成效。借助激光快速制造工艺迅速生成三维模型，再借助陶瓷精密铸造、电弧熔覆喷涂、消失模铸造、熔模铸造等工艺，能够高效生产各类成型模具。清华大学研制出的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系统”是中国专有的技术成果，全球仅此一台，能够运用两种快速成型方法，即分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM，该系统运用模块化技术理念进行构建，性价比很高。一汽模具厂借助以CAD/CAM技术加工生成的核心模型，运用瑞士汽巴公司提供的优质高强树脂进行注塑成型，这种树脂模具有效拓展了国产轿车在试验制造及有限量生产方面的工艺选择。
(3) 冲压设备和冲压生产自动化方面
冲压生产技术要取得进步，首先要有性能优越的冲压机械作为支撑，精密且耐用的模具，才适宜配合精密且自动化的冲压机械来使用。为了适应大规模快速制造的需求，冲压机械正从单工位、单一用途、低转速机型，逐步转变为多工位、综合功能、高转速及自动化控制机型，同时借助各类机械装置乃至自动化机器的广泛应用，显著提升了冲压作业的效能，各式冲压自动化生产线和高速压力设备也陆续得到应用。在数控四边折弯设备里，放入板材原料，经由电脑程序操作，能够按顺序实施四边弯曲，显著提升准确度和生产效能；在高速自动冲压设备上，加工电机定转子冲片，每分钟可完成数百片，还能自动堆叠成定、转子铁芯，制造效能比常规冲压设备高出几十倍，材料使用率可达97%；额定压力为250千牛的高速冲压设备，滑块运行频率已达到每分钟2000次以上。日本田公司出品的2000KN“冲压中心”属于多功能压力机，它运用CNC技术操控，换模、换料以及工艺参数的调整等操作，全程自动化，仅需五分钟便可搞定；与此同时，美国惠特尼公司研发的CNC金属板材加工中心，在同样的时间内，其冲压件产出量，是传统压力机的四到十倍，并且能够胜任冲孔、分段冲裁、弯曲以及拉深等多样任务。
近些年，市场角逐愈发白热化，产品品质标准持续提升，而且其迭代速度显著加快。冲压制造领域为顺应这一趋势，研制了多种适配不同生产规模的工艺、装置和模具。其中，无需定制模具、技术领先的转塔式数控多工位冲压设备，以及激光加工和成型装置、通用型数控折弯机等创新装备已开始应用。近些年，冲压柔性制造单元和冲压柔性制造系统在国外取得显著进展，在国内的应用也日益普遍，它们标志着冲压制造领域的新动向。FMS系统以数字控制的冲压机械为核心，整合了板材、模具、工件分拣装置、自动送料和取件设备，整个生产流程由电脑系统主导，使得车间能够全天候无人值守运行。此外，依据多样的应用需求，能够执行各类压制流程，亦可涉及连接、组合等流程，替换新物料便捷快捷，压制部件的精确度也很高。
(4)冲压标准化及专业化生产方面
模具行业的规范化进程及其专业化制造模式，已引起业界普遍关注。冲压模具通常采用独立作业、数量有限的生产方式，其构件在具备较高加工难度和精度要求的同时，也呈现出显著的构造规律性。所以，推动冲压模具的标准化进程，有助于促进模具及零部件制造走向专业化和市场化，进而减少制造成本，提升产品性能，并压缩生产时间。如今，海外发达制造业国家在模具标准化生产方面的水平已经达到七成到八成，这些国家的模具制造企业只需负责设计制造工作部件，其余大部分模具零件都可以从专业化的标准件供应商处采购，因此生产效率得到了显著提升。模具制作行业的细分程度持续加深，专业化水平不断提升，例如现在出现了专门生产模架、顶杆、热处理等部件的企业，还有些模具公司只专注于特定类型产品的冲切模或弯曲模的生产，这种做法更有助于制造工艺的改进和生产时间的压缩。国内冲模的标准化与专业化制造近些年取得了显著进步，不仅体现在专门生产标准配件的企业数量明显增多，而且配件的种类更加丰富，制作精度也有了明显提升。不过整体发展水平仍然无法满足模具产业的需求，主要表现在标准化程度还比较低，通常不超过百分之四十，配件的种类和规格都不够齐全，大多数配件制造企业规模较小，配件的质量也还存在不少缺陷。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。
