装配图盖冒垫片落料拉深复合模设计(有cad图+文献翻译)
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多级下料问题的建模摘要在多级下料问题(CSP)的切割过程是分布在几个连续的阶段。每一个阶段除了最后一个生产中间产品。中间产品清单可给予或任意。我们的目标是尽量减少材料总量减少了产成品库存足以满足采取客户的需求。如果中间的大小,给出了列生成技术可以应用到多级切割问题。如果中间的大小也得不到那么另一个方面是增加了问题的复杂性。我们建议对于这种情况,动态生成两行(中间大小)和列的特别程序模式)。我们把这种为行和列的生成方法。该方法使用一个辅助问题嵌入修订后的单纯形算法框架。这是一个非线性背包问题,可以有效解决。与此相反对列代方法开发的技术不能保证最优解。然而,结果计算实验是非常有前途,并证明该方法是一种宝贵的工具除了为多级CSP的建模和求解。2002年Elsevier科学B.诉保留所有权利。关键词:线性规划;多级料问题;大规模优化,行和列代1简介一维下料问题(CSP)的推广具有重要的现实时,切削过程是分布在几个连续的阶段。这不仅包括多级CSP的切割模式和他们的活动,而且中间产品和生产它们的数量每一个阶段除了最后的切割工艺之一,并在每一个阶段的切割过程消耗除第一一。这些中间产品削减生产规模较小的中间或成品尺寸。中间产品产量和在切割过程的输入。这种问题发生在几乎每一个行业,一个典型的CSP的发生:纸张,薄膜,皮革,钢铁等虽然本文的结果同样适用于任何行业,多级切割需要为宗旨的地方,学科领域说明,我们将使用的术语在造纸行业所接受。特别是,我们会将向作为其宽度几何定义的产品推出。轧辊直径,展开纸的总长度,纸卡尺不适合目前的调查有关。 图。1说明了三个阶段的切削过程。在这个例子中三种类型的股票中一滚,S2和S3是用于生产九成品卷(的F1 -F9键)类型。有趣的是,股票辊能提供任何阶段的进程。在这里,中一去的第一阶段,S2的进入到第二和S3去了三分之一。相反,成品辊可以生产在任何阶段。三种类型的中间辊为I1,I2和I3被切断前两个阶段。显然,我们可能会看到股票种类,中间产品的扩散,即使削减实际问题阶段。是一个重载多级字,特别是在运筹学和CSP领域。吉尔摩和戈莫里7指的是二维CSP的切割沿第一条解决了,然后通过切割带自己的跨越,作为一个多阶段的问题。在我们的情况下,所有削减都是沿(纵向)和问题是一维的CSP。Dyckhoff3提出的多级为所谓的一切模型切割多级。一切模型是一个极端的例子不是一个常见的,众所周知的情况下一阶段的问题,无限的削减。有趣的是注意到,这些一切和多切模式只是同一个问题的两个不同的配方,而在现实世界的情况下,一期CSP是往往是多级CSP的放宽。一阶段放宽提供了一个合理的下界原来的多级CSP的。几位研究人员袭击了多级的CSP。哈斯勒9提出了一个以两阶段问题络筒机在第一阶段,在第二条生产复卷。他探索的方法与模式唱片代要么事先或在单纯使用迭代列生成技术。他代表在成品卷筒和检查方面络筒机模式模式是否可以被分解成一中间辊组合合法。如果这样的组合是允许的,该模式被接纳对问题的矩阵。虽然这种方法是可行的,它有一些缺点。它潜在的,包括不同中间辊数量庞大,并确定是否可以分割的格局是一复杂的装箱问题。此外,这种方法并不容易切削加工规模更以上两个阶段。费雷拉和其他4也探讨两阶段的问题,他们称之为两阶段问题。笔者改编哈斯勒的顺序启发式程序8,最初为一典型的开发总警司,在两个阶段的切削过程。在每一个连续的过程步骤,他们正试图寻找一套好中间辊保证了第一阶段和第二好的模式的良好格局。如果在第一阶段的模式被接受,在成品卷筒上残留的问题是更新,减少了下令由模式及其活动定义的金额数量。显然,这类似于启发式为解决一两个阶段的CSP手工操作。与此启发式的主要困难是产生一组良好的中间辊。卡瓦略和罗德里格斯1按照线性规划的方法。他们的问题,但是,是受一个技术限制,完成了一个卷筒,宽度应包括每一个中间辊。的限制允许预定义一个可能的中间辊名单。笔者重新初始LP问题成唱片中提出的问题方面,成品辊中间辊的条款。阿列生成与常规的辅助问题背包技术被应用。一个的中间辊智能一代的想法10出现时,两个阶段的系统 -削薄和切割-进行了研究。在本论文中,我们的思想结晶,并提出一行和列求解多级一维的CSP发电技术。该技术是一种列生成的精液技术的推广建议的Gilmore和戈莫里5,6为一个典型的CSP解决,或在我们的符号,一个单级的CSP。对于一个多级的问题,更复杂辅助问题可能会导致列进入基础上的候选人,连同组合行相应的新的中间辊。我们扩大在LP矩阵行和列。一个有限单纯形算法的迭代次数,导致要么最优或接近最优的解决方案。在接下来的章节中,我们将制订两个阶段的CSP两种基本模式,目前行andcolumn代方法,然后分析计算实验。结果有些从作者的论文借来的12。2模型的中间辊定列表有三种辊尺寸名单:列出股票的大小。列出的中间尺寸。列出成品尺寸。请看图。2(一),这表明辊之间的关系,这三种类型。股票体积可用金额是众所周知的。股票的大小可能会被消耗在切削过程的每一个阶段,可切成中间或成品卷筒。中间辊的输入和输出。该中间辊技术的限制非常严格:每卷的大小所消耗的总人数不能超过生产量。理想情况下应该有一个总的平衡,否则,有些过度无人认领的中间辊数量应该去库存在仓库里,如果有存储空间可用。但是,这是另一种材料的浪费之间的折衷与相关的成本和仓储问题成本,这超出了目前的调查范围。因此,我们认为我们正在考虑开放与不等式约束的问题,我们认为浪费无人认领的中间辊。对于成品辊拥有一支管理有序的数量应得到满足。 在这里,我们考虑一项股票辊宽度为两阶段的CSP将在第一阶段切成几个(图2(b)中间辊。产成品辊在第二阶段削减中间卷。我们假设一个中间辊宽度出来的第一阶段,将第二个满足最低最高限制。每一个中间辊宽度也应包括一个最小边将在第二阶段修整。让W和Y是成品,中间辊宽度载体,分别为。的切削模式第一阶段和第二阶段为代表的A11和A22号矩阵分别。为了弥补一个完整的唱片我们定义另一个矩阵矩阵A12往,显示两者之间的关系。每一列连接的J矩阵的A12矢量,其中只有一个非零元素鈥樷1鈥欌出现在我的位置相对应的中间辊我认为应削减根据裁剪定义列矩阵A22座因子。 我们可以制订一个多级CSP的线性规划模型:在这里,向量x1和x2是图案活动的第一和第二个阶段,分别为B是向量 要求对成品辊目标函数(1)尽量减少所用的股票,是由长期1Tx1定义成双数。约束(2)保证中间辊在第二阶段A12x2消费应不超过其在生产A11x1第一阶段,的B卷客户需求应该得到满足。请注意,整体矩阵具有特殊的结构。有两个对角块A11和A22号代表两个阶段切割图案,连接A12座,以及0块在左下方角落。右手边是由由0上的中间辊和载体的需求湾模型(1) - (3)一个两阶段的CSP唱片介绍,明确涉及中间辊。该矩阵可能已满如果问题比较小。在这种情况下,对各个阶段的所有模式可呈现在矩阵。否则,是一个列选择适当的技术在网上列生成。但在两种情况下,我们是否提前产生的所有列,或使用列生成,在矩阵的行数保持不变,因为可能的中间大小的列表给出。2.1双重问题在这里,向量U1和U2是双变量向量对应的中间辊和成品辊,分别。对偶问题(4) - (6)辅助导致两个问题,应该在解决类型的列选择步骤,修订后的单纯形算法。2.2。列生成在第一类的辅助问题,是关系到第一阶段削减模式生成切削过程。中间辊列表保持不变。显然,这种类型是与第一组问题的双重约束(5),辅助问题在本质上是相同的背包问题,因为我们在一个典型或一个阶段的CSP。辅助问题可以表示为背包以下问题:在这里,U1是一个目标函数的系数是主问题的双变量的值向量;Y是中间辊宽度载体;W0的是股票辊宽度和向量a是一个变量的向量。如果目标函数值超过1.0,一个新列第一阶段产生。这种情况紧跟从第一组的限制(5)可作为UT斯达康提交一答1161T。该为解向量进入到矩阵答11列对第二类是辅助问题与成品辊切割产生的模式利用现有的中间辊。这种类型是与约束(5)第二组。对于每个中间辊系列YJ我们应该解决以下背包问题:在这里,U2是目标函数的系数是主对偶变量值的向量问题;w是一个成品尺寸的载体;额敏是一项强制性的最低边缘,eminP0;鹰击是中间宽辊J和向量a是一个变量的向量。让u1j是一个双变量的值对应于j的中间尺寸如果目标函数价值超过u1j,一个新列第二阶段产生。这种状况紧跟从约束第二组(5)可作为UT斯达康提交2A22号6UT斯达康一答12。由于矩阵答12结构,右边归结为对偶变量对应的中间载体卷。该解决方案作为载体进入A22号为矩阵列。如果我们没有中间辊中的不确定性,上述两种类型的背包-背包i和背包第二至足以解决问题最佳状态。3。模型未知的中间辊如果中间辊是未知的,我们面临更加复杂的局面。我们可以自由地选择任何合适的从一个给定范围内的中间大小Ymin成员;yMax的。由于每个中间辊和轧辊成品关联用矩阵的唱片,在唱片的不确定性矩阵在两个方向延伸行:列和行。出于这个原因,一列生成技术不能单独解决这个问题。另一方面,中间辊潜在的巨大数目可能产生的一切可能性预先排除。我们可以估计在现实生活中不同的中间辊潜力。让颐,范围为中间辊宽度。参数镝是依赖于机器的,但通常颐800毫米。设d是至少幅宽的精度。通常情况下为 0.5毫米。因此,不同N =4辊这个公式给我们一个估计1600。当然,对于特殊情况的多级CSP的估计可能是少得多。虽然如此,全尺寸的LP矩阵往往是非常大的。另一种说法,对先进的中间辊代的是一个业务问题。该在一次中间辊的多样性减缓物质流,复杂滚跟踪任务,并提供切割作业少的灵活性。一家造纸厂总是倾向于用最少的操作一些不同中间辊尺寸。不用说,这将是非常可取的有一个聪明的办法产生中间辊这可以做切割模式 -只在需要时。下一步,我们将目前的行和列的一代技术的两个阶段的问题(1) - (3)。3.1。行与列代随着背包一,二和背包,我们可能面临的问题与第三类辅助同时产生新的中间辊和切割模式。在这里,我们应该记住矩阵的唱片行目前的中间和成品卷。(如果我们对股票的限制,我们辊将包括额外的行卷,以及股票。)的LP模式矩阵的列切进入中间辊和中间辊到成品的股票名单。在这里,我们正在努力适应修正单纯到一个任务,是不是它的典型。据了解,上每一步的修正单纯一列正进入更换的基础和另一列是离开的基础。如果列在事先不知道,我们使用一列生成技术,扩大了LP矩阵列方向。修订后的单纯没有使我们有能力产生未知行。现在的问题是如何能产生未知的中间辊使用修订后的单纯的步骤?让我们限制搜索生成中间辊不超过上一个新的中间辊修订后的每一个单纯的一步。因此,我们应该生成矩阵的新的唱片行,并在非退化的情况下,矩阵的秩的唱片将有效地增加1。矩阵的基础上,应还可以扩大一行和一列,因为只有一列叶片旋转过程中的基础第一步,我们得出结论,两列实际上应该是在一个单一步骤生成。其中一应添加到矩阵基础上无条件地与其他人都不应取代现有的一个旋转的一步。让向量y为中间辊尺寸已经在模型到目前为止,变量z是一个新的中间轧辊尺寸和V是一个相应的对偶变量。我们面临如下非线性整数规划问题:这里有两个变量新列:列在第一阶段和第二阶段柱A22号答11,中间辊宽度z时,为新行V双变量,而轧辊一个新的中间数宽度在第一阶段削减模式。请注意,约束(10)有一个平等的形式。作为解决背包三的结果,我们会找到一个新的中间辊尺寸,及两所切割方式第一和第二阶段,分别为。从理论上说,上述规定的限制限制了我们的选择产生中间辊。事实上,时可能出现的情况没有新的存在只是一个涉及切割方式新的中间滚。至少有两个新的中间辊应列入一份关于第一阶段削减模式。我们可以可以想象,这种情况更可能是在修正单纯的开始,当初始设置中间辊是稀少。只要程序产生更多的中间辊,这种情况变得不太可能的。正如我们展示后,一次一个中间辊的限制是正当的广泛的现实世界中的CSP。3.2。在经修订单纯形算法的修改后的列选择让我们证明了以下命题一。命题1。设B是一个mm,非奇异矩阵,巴将其扩展加入一行,并形成一列如下所示:其中A是一个向量维数m,0是一个零鈥檚维向量米然后,逆矩阵B1一存在,并且被定义为证明。这是不难验证巴布1一录I,其中I是单位矩阵。修改后的列的修正单纯形算法的选择步骤如下:第1步。i.如果解决背包的功能最优值超过1.0,解答11是一列进入修订后的单纯形算法的基础旋转步。否则,进入下一步骤。第2步。二,解决背包为每个现有的中间辊系列YJ,强1。的K.如果最优值问题超过u1j然后解决A22号是一列进入修订后的旋转步的基础单纯形算法。否则,进入下一步骤。第3步。解决背包三。如果功能最优值超过1.0,我们应扩大一行和一列的基础矩阵,选择一列作为进入修订后的单纯形算法的基础上旋转步其他列第二阶段削减模式。矩阵的基础上扩大根据(14),其中B是迄今为止发现的基础矩阵,A是一个新的添加的列。扩大的逆矩阵保留当前的逆矩阵的子矩阵B 1和它是适当微升零点在该行第1A和B列中所示(15)元素。如果背包第三最优解不超过1.0,和松弛变量的减少成本非负数,那么当前的解决方案是最佳的。列选择看起来更比一代的经典案列复杂。其实二2和3个额外的步骤是参与。现在,我们调查的辅助问题本身。3.3。背包问题的非线性虽然前两个辅助问题类型- 背负土地出人附着物背包II类是传统的和同时涵盖了文学(见11,或2),第三类背包第三需要专项调查。背包III是一个有许多额外的限制(7)非线性背包- (13)。非线性度是由两个条款规定:在目标函数中弗吉尼亚州(7)和约束(8)杂。3.4。字典算法在背包问题所有问题的参数功能界别;一,保函,目标函数系数和单约束参数,假设是积极的。该字典算法中提出了Chvatal由Gilmore和戈莫里6 2符号如下: 第1步。安排的项目比率依序为:录一其中m为载体维度。不失一般性,我们可以假设为C1 =a1Pc2=a2P中成药=我。初始化索引变量的分支,钾录0,函数f的客观录零纪录的价值,以及工作参数该算法的一个背包鈥布列斯特录其余(空缺)B部分(您不能跟踪这方面的工作在原来的文件参数,但它不可避免地出现,一旦你开始编码的算法。) 第2步。查找当前分支的最有前途的延伸。第3步。是一个改进方案获得?计算出的价值目标函数fCTX和比较的交易记录。第4步。回溯到下一个分支。第5步。是值得探讨的分支?该分行潜力估计由一个上限背包尾巴的功能。这是一个基本的字典算法。对于背包III0,第2步是通过检查补充在双面约束的有效性(19)。如果检查失败转到步骤4。3.5。找到一个好的初始解这是可取的开始,一个可行的方案接近最优。回首命题2段,我们的结论是中间辊的初步名单应至少包括Ymin成员,因为它可能无法提交由成品辊宽度的线性组合。此外,为了提供一个温暖的开始我们产生一初步清单使用以下过程中间辊。4。一个样本问题假设有四个要削减成品卷。两台机器进行两个阶段的连续切割:第一台机器切成中间辊辊股票,而第二个削减到了中间辊成品卷。输入数据见表1和2。首先,我们将产生一个初步的解决方案。让我们限制了中间辊的初步清单一个强制性辊:Ymin成员日圆1200毫米。因此,我们有一个在第一阶段生产1200毫米模式四辊和第二阶段的模式,每完成滚动。初始矩阵基础上突出显示于表3。目标函数值是60.777。表4显示了解决问题的动力。有趣的是,如何跟踪算法生成新列(模式)和(中间大小)新行。问题是开始出现在初始矩阵大胆的框架。然后图案9和第10列生成过程中产生的步骤。下一步中间1900毫米大小的生成以及两个新模式:模式11和模式12。然后,算法利用新的规模优势,并产生13-16新列。然后,一个新的中间尺寸1690mm的生成以及两个新模式,17和18,等等。该算法发现换句话说与36套最佳解决方案的第一阶段,36个股票辊有序需要削减量。我们怎样才能证明最优?我们可以通过计算一个下界允许所有成品辊要削减在第一阶段直接。轻松的问题的最佳解决方案,这是一个单级CSP的,也是36套。这是值得注意的解决方案是一种退化,因为只有六非零解的基本变量在9个元素的基础。其基本模式是突出于表4。中间有四个1200,1390,1710和1900毫米轧辊的最佳解决方案。下一步,我们将展示如何提高业务质量的解决方案。5。减少中间辊照此计算,一个中等大小的不同数量最少的时间表是最可取的。该情况类似的模式在单阶段问题减少。为解决这种情况的精确算法问题仍在等待来自运筹社会的关注。现在是什么我们拥有一,该行为后试图反复优化分析,以取代一中间辊很少启发式另外一个是已经在溶液中,或以取代现有的两个新的中间辊,或三个现有的两个新的等中间辊在这里,我们演示了如何二对一的改建工程。让我们看看我们刚才调查的样本。在该解决方案有四个中间辊:1200,1390,1710和1900毫米。在图谱第一阶段,我们可以看到,对1390卷和1710毫米22只外观模式,都有因子1卷。让我们尝试下列替代:根据(23),我们将定义一个新的中间辊尺寸一五五毫米1710mm1390毫米= 2。因此,22模式将有一个例外,几乎完整的:不是一139017时10毫米的外观我们会得到两个一五五零毫米亮相。现在,我们也应该转向第二阶段的模式与1390毫米和1710毫米卷。这些模式是23和25。请注意,这两个有一集的模式相同数目- 22。现在我们可以用一种模式取代这两种模式一五五零毫米50毫米320毫米2500毫米340毫米44套。所以我们没有退化的解决方案的效率,但我们已经降低了中间总数卷筒:不是四个不同尺寸,我们有三个不同的大小。这是一个很大的进步,从个业务观点。中间辊减少技术如上所述证明是简单而有效的工具提高解的品质。6。实验在实验期间,我们追求的主要目标是:确定是否每次一个规则中间辊提供了一个体面的解决方案的质量,估计有多少中间尺寸的解决方案,并估计的热情开始生效。我们实现了两个扩展与修改单纯形算法:列生成方法,行和列的生成方法使用Microsoft Visual C+。我们已经制定了发生器随机两阶段的问题。此外,我们跑了每个修剪消除了第二个问题松弛通过允许所有成品切割辊要削减在第一阶段直接的阶段。松弛的问题解决了常规列生成技术。1 找到的解决办法按行和列代几乎完全符合其定义的下限和50的订单。随机生成的具体参数列于表6。我们计算了的差距,其中f是功能价值,而F是美国东部时间的估计问题的最优值的功能。在一个随机生成的问题,1000样品的最大差距为11.1。它已经达成只有两个实例,并与三个订单都是小问题。只有八个实例有超过0.5的差距。因此,只有在少数情况下是最优的解决方案问题2 在解决中间辊数量不是单调函数的orders.When数订单的数量少它增加一些微薄的价值和深远的某一点后启动下降。对于大规模问题的解决方案的不同,大小数都趋于中间是一个非常小。这种现象的最好解释如下:随着订单数量的增长,第二阶段的模式就变得如此多样,只有少数中级尺寸必须提供高效率的第二阶段削减。第一阶段是保证切割效率高选择中间有良好的尺寸合适的股票大小。例如,在许多情况下,只有两个中间为五千毫米股票已经生成尺寸大小:1585和一八三零毫米提供一个完美的第一阶段格局:2一五八五毫米一八三零毫米。当然,问题可能有一个大数目的中间解决方案卷筒但发展的方法的优点是它可以产生一些解决方案。3。表现也证明是可扩展性。当问题规模相对较小它具有显着增长。迭代的次数的增多,如Om2,其中m是成品尺寸数量。但经过某一点,正如我们以上,生长稳定。4。不料,热启动表现不佳。此外,虽然是一个有价值的热启动相对较小的问题,此外,它推动下表现为,凡在大的问题,最后只一些中间辊的使用。正如我们所料,数据粒度或数据的准确性影响的表现。允许所有宽度,四舍五入至整数,而不是维持毫米小到半毫米的精度,提高性能相当。7结论切割过程跨越几个阶段带来了另一个层面的CSP,使它更难因此更具挑战性。充足的造型多级CSP的结果两种模型类型:一一个给定的中间尺寸,并与其他未知的中间尺寸。这些模型互补的,都应该实行商业软件解决多级总警司。目前的结果,特别是优雅的行和列生成技术,是非常有前途为有效解决大型多级模型。实验证明了计算程序的效率其解决方案和高品质。尽管我们已经证明在两个阶段的情况下,CSP的技术,它可适应于一般情况下一个多级的CSP。致谢笔者要感谢克里斯伦尼克,两个匿名的宝贵意见和裁判建议,大大提高了纸张。参考文献1J.M.V.卡瓦略A.J.G.罗德里格斯线性规划为基础的方法,分两个阶段料问题,欧洲杂志运筹学84(3)(1995)580-589。2五Chvatal,线性规划,弗里曼,纽约,1983年。3阁下Dyckhoff,两个主要模型之间桥梁的下料配方,工艺,纸张的研讨会生产管理在佩奇,匈牙利,九月6-9,1988,第40-51。4J.S.费雷拉,肌肉萎缩症内韦斯,P.F.卡斯特罗,分两个阶段滚切问题,欧洲运筹学44(2)2003(1990)185-196。5P.C.吉尔摩R.E.戈莫里,线性规划的方法来削减库存问题,运筹学8(1961)849 -859。6P.C.吉尔摩R.E.戈莫里,线性规划的方法来削减库存的问题。第2部分,运筹学11(1963)863-888。7P.C.吉尔摩R.E.戈莫里,多级切割两个以上尺寸的库存问题,运筹学13(1965)94 -120。8刻录哈斯勒,启发式非线性规划解法一料问题,管理学17(12)(1971)793 -802。9刻录哈斯勒,解决了两个阶段的下料问题,欧米茄,国际科学杂志7(2)管理(1979)145-151。10M.P.约翰逊,角伦尼克,大肠杆菌扎克,削皮除在造纸行业的下料问题,暹罗回顾39(3)(1997)472-483。11黄马尔泰洛,体育托特,背包问题 -算法及计算机实现,Wiley出版社,奇切斯特,1990。12大肠杆菌扎克,行和切割下料问题,计算机及运筹学多级列生成技术,国际杂志29(9)(2002年)1143年至1156年。 盖冒垫片落料拉深复合模设计 摘 要 本次设计了一套冲孔 落料的模具 经过查阅资料 首先要对零件进行工 艺分析 经过工艺分析和对比 采用冲孔落料工序 通过冲裁力 顶件力 卸 料力等的计算 确定压力机的型号 在分析对冲压件加工的模具适用类型选择 所需的模具 得出将设计的模具类型后将模具的各个工作零件部件的设计过程 表达出来 在文档中第一部分 主要叙述了冲压模具的发展状况 说明了冲压 模具的重要性与本次设计的意义 接着是对冲压件的工业分析 完成了材料利 用率的计算 在进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算 对选择 冲压设备提供依据 最后是对主要零部件的选择 本次设计阐述了冲压落料复合模的结构设计及工作过程 本模具性能可靠 运行平稳 提高了产品质量和生产效率 降低劳动强度和生产成本 关键字 冲压 落料冲孔 复合模 模具结构 ABSTRACT The design of a punching blanking die Through access to information we must first process the parts analysis technology analysis and comparison by using the punch blanking process through the blanking force the top pieces of force discharge force of the calculations to determine the type presses In the analysis of the stamping process to select the desired type of mold for the mold Types obtained after the design of the mold die parts of the various working parts of the design process of expression In the first part of the document the main account of the development of stamping die stamping die shows the importance and significance of this design then is the stamping industry analysis completed the material utilization rate calculation Calculation of force during the blanking process and the work of some of blanking die design calculation provide the basis for the selection of stamping equipment Finally the choice of the main components The design described blanking compound die stamping design and working process Reliable performance of the mold smooth operation improved product quality and production efficiency reduce labor intensity and production costs Keywords Stamping Blanking punch Compound Die die structure 目 录 1 前言 1 1 1冲压的概念 特点及应用 1 1 2 冲压的基本工序及模具 2 1 3 冲压技术的现状及发展方向 3 2 零件工艺性分析 7 3 拉深工艺及拉深模有设计 8 设计要点 8 3 1有凸缘圆筒形件的拉深方法及工艺计算 8 3 2宽凸缘圆筒形件的工艺计算要点 9 3 3 拉深凸模和凹模的间隙 10 3 4拉深凸模 凹模的尺寸及公差 10 3 5凹模圆角半径 RD 11 3 6凸模圆角半径 RP 12 4 冲裁工艺及冲裁模具的设计 13 4 1 凸模与凹模刃口尺寸的计算 13 4 2 凸 凹模刃口尺寸的计算方法 13 4 3落料和冲孔 13 4 3 1落料 13 4 3 2冲孔 14 4 3 3凹模洞的类形 15 4 4 4凹模的外形尺寸 16 5 模具的其它零件 17 5 1 模架 17 5 2 模柄 18 5 3 卸料板 19 5 4 弹顶和推出装置 20 5 5 导向装置 导柱 导套 20 5 6 固定零件 固定板 垫板 21 5 7 连接零件 21 6模具总装图 23 7 压力机的选择 26 8 模具的装配 28 8 1 模具的装配 28 8 2凸 凹模间隙的调整 29 9 冲压模具零件加工工艺的编制 30 10结论 32 参考资料 33 致谢 34 1 1 前言 1 1冲压的概念 特点及应用 冲压是利用安装在冲压设备 主要是压力机 上的模具对材料施加压力 使其产生分离或塑性变形 从而获得所需零件 俗称冲压或冲压件 的一种压 力加工方法 冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工 且主要采用板料来 加工成所需零件 所以也叫冷冲压或板料冲压 冲压是材料压力加工或塑性加 工的主要方法之一 隶属于材料成型工程术 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 冲模在冲压中至关重要 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 冲压工艺与模具 冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素 只有它 们相互结合才能得出冲压件 与机械加工及塑性加工的其它方法相比 冲压加工无论在技术方面还是经 济方面都具有许多独特的优点 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 可达几十次 高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上 而且每次冲压行程 就可能得到一个冲件 2 冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度 且一般不破坏冲压件 的表面质量 而模具的寿命一般较长 所以冲压的质量稳定 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 如小到钟表的秒表 大到汽车纵梁 覆盖件等 加上冲压时材料的冷变形硬化效应 冲压的强度和 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 且不需其它加热设备 因而是一种省料 节能的加工方法 冲压件的成本较低 但是 冲压加工所使用的模具一般具有专用性 有时一个复杂零件需要数 套模具才能加工成形 且模具 制造的精度高 技术要求高 是技术密集形产品 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 2 冲压地 在现代工业生产中 尤其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地采用冲压法加工产品零部件 如汽车 农机 仪器 仪 表 电子 航空 航天 家电及轻工等行业 在这些工业部门中 冲压件所占 的比重都相当的大 少则 60 以上 多则 90 以上 不少过去用锻造 铸造和切 削加工方法制造的零件 现在大多数也被质量轻 刚度好的冲压件所代替 因 此可以说 如果生产中不谅采用冲压工艺 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 由于冲压加工的零件种类繁多 各类零件的形状 尺寸和精度要求又各不 相同 因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的 概括起来 可分为分 离工序和成形工序两大类 分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一 定形状 尺寸和断面质量的冲压 俗称冲裁件 的工序 成形工序是指使坯料 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 上述两类工序 按基本变形方式不同又可分为冲裁 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 当冲压件的生产批量较大 尺寸较少而公差要求较小时 若 用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求 这时在工艺上多采用集 中的方案 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 的方法不同 又可将其分为复合 级进和复合 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法式 级进冲压 在压力机上的一次工作行程中 按照一定的顺序在同一模具的 不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式 复合 级进 在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序 冲模的结构类型也很多 通常按工序性质可分为冲裁模 弯曲模 拉深模和 成形模等 按工序的组合方式可分为单工序模 复合模和级进模等 但不论何 种类型的冲模 都可看成是由上模和下模两部分 组成 上模被固定在压力机工作台或垫板上 是冲模的固定部分 工作时 坯 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 的作用下坯料便产生分离或塑性变形 从而获得所需形状与 尺寸的冲件 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 3 1 3 冲压技术的现状及发展方向 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多点成形设备 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 CAM CAE 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 4 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 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 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 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 300mm min 加工精度可达 1 5 微米 表面粗糙度达 Ra 01 0 2 微米 2 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 5 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 RPMS 型多功能快速原型制造系统 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 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 250KN 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 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 6 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 设计要求 设计该零件为落料拉深冲孔复合模 7 2 零件工艺性分析 如右图 1 所示 工件为有凸缘圆筒形零件 且在凸缘上均匀分布 4 个相同 的孔 故可得知此工件为 落料拉深冲孔所得 其加工工艺过程为 落料 拉 深 冲孔 各尺寸关系如图 1 所示 图 1 盖冒垫片 8 3 拉深工艺及拉深模有设计 设计要点 设计确定拉深模结构时为充分保证制件的质量及尺寸的精度 应注意以下 几点 1 拉深高度应计算准确 且在模具结构上要留有安全余量 以便工件稍高时仍 能适应 2 拉深凸模上必须设有出气孔 并注意出气孔不能被工件包住而失去作用 3 有凸缘拉深件的高度取决胜于上模行程 模具中要设计有限程器 以便于模 具调整 4 对称工件的模架要明显不对称 以防止上 下模位置装错 非旋转工件的凸 凹模装配位置必须准确可行 发防松动后发生旋转 偏移而影响工件质量 甚至损坏模具 5 对于形状复杂 需经过多次拉深的零件 需先做拉深模 经试压确定合适的 毛坯形状和尺寸后再做落料模 并在拉深模上按已定形的毛坯 设计安装定 位装置 6 弹性压料设备必须有限位器 防止压料力过大 7 模具结构及材料要和制件批量相适应 8 模架和模具零件 要尽是使用标准化 9 放入和取出工件 必须方便安全 3 1有凸缘圆筒形件的拉深方法及工艺计算 有凸缘筒形件的拉深原理与一般圆筒形件是相同的 但由于带有凸缘 其拉 深方法及计算方法与一般圆筒形件有一定差别 1 在凸缘拉深件可以看成是一般圆筒形件在拉深未结束时的半成品 即只将毛 坯外径拉深到等于法兰边 即凸缘 直径 df时的拉深过程就结束 因此其 变形区的压力状态和变形特点应与圆筒形件相同 9 图 2 凸缘件毛培 根据凸缘的相对直径 df d 比值同有凸缘筒形件可分为 窄凸缘筒形件 d f d 1 1 1 4 和宽凸缘筒形件 d f d 1 4 显然此工件 df d 50 21 2 38 1 4 为宽凸缘筒形件 下面着重对宽凸缘件的拉深进行分析 主要介绍其与直壁筒形件的不同点 当 rp rd r 时 图 2 宽凸缘件毛坯直径的计算公式为 1 rf dh4 7D 根据拉深系数的定义宽凸缘件总拉深系数仍可表示为 2 drhdmf 4 3 2 3 2宽凸缘圆筒形件的工艺计算要点 1 毛坯尺寸的计算 毛坯尺寸的计算仍按等面积原理进行 参考无凸缘筒形 件毛坯的计算方法计算 毛坯直径的计算公式见式 1 其中 df要考虑修边余 量 其值可从 冲压工艺与模具设计 表 4 22 中查得 1 6mm 即 df 50 1 6 51 6mm 则 D 54 75mm5 3 214 7 216 5 根据拉深系数的定义 宽凸缘件总拉深系数仍可表示为 M 8 0 Dd 2 判断工件是否一次拉成 这只须比较工件实际所需的总拉深系数和 h d 与 凸缘件第一次拉深系数和极限拉深系数的相对高度即可 m 总 m 1 当 1 h d h 1 d1时可以一次拉成 工序计算到此结束 否则应进行多次拉深 m 总 0 38 h d 0 33 由 冲压工艺与模具设计 表 4 2 6 查得此凸缘件的第2 7 10 一次拉深系数 m1 0 37 由表 4 2 7 查得此凸缘件的第一次拉深最大相对高度 h1 d1 0 28 0 35 之间 可知 m 总 m 1 h d h 1 d1可一次拉成 3 3 拉深凸模和凹模的间隙 拉深模间隙是指单面间隙 间隙的大小对拉深力 拉深件的质量 拉深模的 寿命都有影响 若 c 值大小 凸缘区变厚的材料通过间隙时 校正和变形的阻 力增加 与模具表面间的摩擦 磨损严重 使拉深力增加 需件变薄严重 甚 至拉破 模具寿命降低 间隙小时得到的零件侧壁平直而光滑 质量较好 精 度较高 间隙过大时 对毛坯的校直和挤压作用减小 拉深力降低 模具的寿命提高 但零件的质量变差 冲出的零件侧壁不直 因此拉深模的间隙值也应合适 确定 c 时要考虑压边状况 拉深次数和工件 精度高 其原则是 即要考虑材料本身的公差 又要考虑板料的增厚现象 间 隙一般都比毛坯厚度略大一些 不用压边圈时 考虑到起皱的可能性取间隙值 为 C 1 1 1 tmax 有压边圈时 间隙数值也可按表 4 6 3 取值 冲压工艺与模具设计 此工 件的拉深间隙可取 C 1 1t 1 1mm 3 4拉深凸模 凹模的尺寸及公差 工件的尺寸精度由末次拉深的凸 凹模的尺寸及公差决定 因此除最后一道 拉深模的尺寸公差需要考虑外 首次及中间各道次的模具尺寸公差和拉深半成 品的尺寸公差没有必要做严格限制 这是模具的尺寸只取等于毛坯的过渡尺寸 即可 此工件内形尺寸公差有要求 故以凸模为基准 先定凸模尺寸考虑到凸 模基本不磨损 其尺寸关系如图 3 所示 以及工件的回弹情况 凸模开始尺寸 不要取得过大 其值为 Dp d 0 4 p 3 凸模尺寸为 D d d 0 4 2C d 4 11 图 3 凹 凸模 凸 凹模的制造公差 p和 d可根据工件的公差来选定 工件公差为 TT13 级 以上时 p和 d可按 TT6 8 级取 工件公差在 IT14 级以下时 则 p和 d 可按 IT10 级取 Dp 20 0 4 0 2 0 0 021 20 080 0 021mm Dd d 0 4 2c 0 d 20 0 4 0 2 2 1 1 0 d 22 280 0 021mm 3 5凹模圆角半径 rd 拉深时 材料在经过凹模圆角时不仅因为发生弯曲变形需要克服弯曲阻力 还要克服因相对流动引起的磨檫阻力 所以 rd大小对拉伸工件的影响非常大 主要有以下影响 1 拉伸力的大小 2 拉伸件的质量 3 拉伸模的寿命 r d小时材料对凹模的 压力增加 磨檫力增大 磨损加剧 使磨具的寿命降低 所以 rd的值即不能太 大 也不能太小 在生产上一般应尽量避免采用过小圆角半径 在保证工件质 量的前提下尽量取大值 以满足模具寿命要求 通常可按经验公式计算 rd tD 8 0 式中 D 为毛坯直径或上道工序拉深件直径 d 为本道拉深后的直径 rd应大于或 等于 2t 若其值小于 2t 一般很难拉出 只能靠拉深后整形得到所需零件 故 可取 rd 2 5mm 12 3 6凸模圆角半径 rp 凸模圆角半径对拉深工序的影响没有凹模圆角半径大 但其值也必须合格 一般首次拉深时凸模圆角半径为 rp 0 7 1 0 r d 这里取 rp 1 0rd 2 5mm 图 4 13 4 冲裁工艺及冲裁模具的设计 4 1 凸模与凹模刃口尺寸的计算 冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度 模具的合理间隙也要靠 模具刃口尺寸制造精度来保证 正确确定模具刃口尺寸及其制造公差 是设计 冲裁模的主要任务之一 从生产实践可发现 由于凸凹模之间存在间隙 使落 下的料或伸出的孔却带有锥度 且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸 冲孔件的 小端尺寸等于凸模尺寸 在测量于使用中 落料件以大端尺寸为基准 冲孔件 以小端尺寸为基准 4 2 凸 凹模刃口尺寸的计算方法 由于加工模具的方法不同 凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差 的标注也不同 刃口尺寸的计算方法可分为以下两种情况 凹模与凸模分开加 工 凸模和凹模配合加工 从此工件的结构上分析 选择凸模与凹模分开加工 的制造方法 采用这种方法 凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸 要分别标注 凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差 凸模 p 凹模 d 适用于圆形或简单 形状的制件 为了保证初始间隙值小于最大合理间隙 2Cmax 必须满足下列条 件 minax2Cdp 或取 5 4 0 6 i6cd 也就是说 新制造模具应该是 否则制造的模具部隙已max2Cidp 超过允许变动范围 2Cmin 2Cmax 影响模具的使作寿命 4 3落料和冲孔 4 3 1落料 高工件的尺寸为 D 0 根据计算原则 落料时以凹模为设计基准 首先确定凹 模尺寸 凹模的基本尺寸接近或等于制件轮廓的最小极限尺寸 再减小凸模尺 14 寸以保证最小合理间隙值 2Cmin 图 5 落料 冲孔 名部分分配位置如图 5 a 所示 其计算公式如下 7 dDd 0max 8 pCnpCpd 0minaxin 2 2 代入数据得 D03 03 9654 4675 0 75 4 mdpCpd 019 min 7 8 2 校核 由此可知 只有缩小 提4 1 049 pd p d 高制造精度 才保证间隙在合理范围内 此时可取 mp016 4 0 放得 d2 0 6 Dd024 865 Dp 75 4 3 2冲孔 设冲孔尺寸为 根居以上原则 冲孔时以凸模设计为基准 首先确定凸 0d 模刃口尺寸 使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸 再增大凹模 尺寸 凸模制造偏差为负偏差 凹模取正偏差 名部分分配位置如图 5 b 所示 其计算公式如下 ddpdpccn 0mininmi0i 2 2 15 在同一工步制件上冲出两个以上孔时 凹模型孔中心距 Ld按下式确定 9 p125 0 Lmind 代入数据 m1 7 p09 09 5d 校核 满 足 间 隙 条 件 0 14 02 dp 孔距尺寸 m375 6 2Lin 4 3 3凹模洞的类形 常用凹模洞口的类形如图 6 所示 图 6 其中图 a b c 为直筒式刃的凹模 其特点是制造方便 刃口强度高 刃磨后 工作部分尺寸不变 广泛用于冲裁公差要求较小 形状复杂的精密制件 但因 废料 或制件的聚集而增大了推件力和凹模的胀裂力 给凸 凹模的强度都带 来了不利的影响 一般复合模上出件的冲裁模用图 a c 型 下出件的冲裁模用 图 b 或图 a 型 图 d e 型是锥筒式刃口 在凹模内不聚集材料 侧壁磨损小 但刃口强度差 刃磨后刃口径向尺寸略有增大 如 30 0时 刃磨 0 1mm 时 其尺寸增大 0 0017mm 16 凹模锥角 后角 和洞高度 h 均随制件材料厚度增加而增大 一般取 15 30 20 30 h 4 10mm 综上所述及其对工件孔分析 选 择 B 型凹模洞口 取 h 6mm 20 4 4 4凹模的外形尺寸 凹模的外形一般有矩形与圆形两种 凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强 度 刚度和修磨量 凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最 大外形尺寸来确定的如图 7 所示 凹模的厚度为 1 kb 15 凹模壁厚度为 c 1 5 2 H 30 40mm 图 7 式中 b 为冲裁件的最大外形尺寸 K 为系数 是考虑板料厚度影响的系数可以 冲压工艺与模具设计 表 2 8 2 中查得代入数据可得冲孔凹模 H 15mm c 30mm 落料凹模 H 0 35 54 75 20mm c 40mm 17 5 模具的其它零件 5 1 模架 模具除简单冲模外 一般冲模多利用模架的结构 模架的和种类很多 要 根据模具的精度要求 模具的类别 模具的大小选择合适的模架 模架的选择可从 实用模具技术手册 P192 页选择标准架 根据查阅的内 容及分析 此复合模可选用后侧导柱模架导 导柱安装在后侧 有偏心裁荷时 容易歪斜 滑动不够平稳 可从左右前三个方向关料操作比较方便 常用于一 般要求的小型工件的冲裁和拉深模 所选模架的结构及尺寸关系如图 8 所示 18 图 8 模架 L 250mm B 160mm 上模座 250 160 45 下模座 250 160 50 导柱 32 190 导套 32 105 43 Hmax 210 Hmin 170mm 其余尺寸见上下模座零件图 可以 冲压手册 冲压模具常用标准件选择 5 2 模柄 模柄有多种形式 要根据模具的结构特点 选用模柄的形式模柄的直径根据 所选压力机的模柄孔径确定 模柄可根据 实用模具技术手册 P201 页选择 经查阅各种 模柄的特点 选用压入式模柄 这种模柄应用比较广泛压入模柄的结构和尺寸 可参表 11 10 制造 表中 B 型模柄中间有孔可按装打料杆 用压力机的打料模 杆进行打料 模柄的结构及尺寸关系如图 9 所示 19 图 9 d 30 D 32 D1 42mm h 78mm h2 30mm h1 5mm b 2mm a 0 5mm d1 H7 6 0 0120 d2 11mm 20 5 3 卸料板 卸料板的主要作用是将冲压的料从凸模或凸 凹模上推下来 此外在进模 比较复杂的模具中 卸料板还具有保护小凸模作用 常用的卸料板结构形式及 适用范围见表 11 24 和第八章级进模表 8 10 实用模具技术手册 卸料板的尺 寸可根据 实用模具技术手册 表 11 25 查得 本模具选用弹压式卸料板 卸 料板的结构与尺寸关系如图 10 所示 图 10 卸料板 ho 16mm B 150mm C 0 1 0 2 t 0 2mm 5 4 弹顶和推出装置 弹顶装置由弹簧元件组成装于模具的下面通过顶杆起到推料的作用 弹顶 装置通常在压力机的工作台孔中 弹顶装置结构形式见表 11 26 实用模具技 术手册 具体结构及尺寸见装配图及零件图所示 见图表 10 设计模具时选 用标准的弹簧 已知冲裁时卸料为 FQ 3 8 可选圆钢丝螺压缩弹簧 由表 11 28 查得 d 8 0mm D2 50mm F 1990N Dmax 38mm Dmin 62mm 节距 P 14 9mm 21 5 5 导向装置 导柱 导套 导向装置指得是模架上的导柱 导套 模具在开模 闭模过程中 导柱和导 套起导向的作用 使得凸凹模正确的闭合 故此 导柱 导套需要有严格的配 合精度及尺寸要求 导柱 导套的选择可以 冲压手册 中选取 取 H7 h6 配 合 如图 11 a 导柱的具体尺寸为 d 32 L 190mmm016 导套的具体尺寸为 图 11 b 图 11 导柱 导套 D 32mm D r6 45mm L 105mm h 43mm L 25mm 油槽数为 2 b 3 a 1 22 5 6 固定零件 固定板 垫板 1 垫板的作用是承受凸模和凹模的压力 防止过大的冲压 在上下模座上 压出凹坑 影响模具的正常工作 垫板厚度根据压力机的大小选择 一般取 5 12mm 外形与固定板相同 材料 45 钢 热处理后硬度为 45 48HRC 如图 12a b 所示 垫板在模具中的受力情况 图 12 2 固定板 固定板的作用起固定凸 凹模 防止其在冲压过程中松动 造 成模具的损坏 固定板的形状要根据凸 凹模而定 而外形尺寸与垫板相似 固定板和具体形状尺寸见零件图所示 5 7 连接零件 此类零件包括螺钉 销钉等 主要作用是联接其它零部伯 使之共同完成工 件的制造 螺钉和销钉可由 冲压手册 第十章 第七 八章查选 形状及尺 寸见七 八节图所示现选螺钉 M12 圆柱销 d 8 则冲压模上有关螺钉孔的尺 寸见表 10 28 冲压手册 D 27 d 17 5 卸料螺钉选 M16 具体尺寸见表 10 29 冲压手册 23 6模具总装图 如图根据模具总体结构方案及设计选用的模具零部件 绘制模具总体草图 检查核对各模具零件的位置关系 相关尺寸 配合关系及结构工艺性等是否合 适或合理 并校核压力机的有关参数 24 图 13 盖帽垫片落料拉伸模主视图 图 14 盖帽垫片落料拉伸模俯视图 25 图 15 盖帽垫片冲孔模主视图 图 16 盖帽垫片冲孔模主视图 26 7 压力机的选择 冲压设备的规格应根据冲压件的尺寸 模具的尺寸和冲压力来确定 7 1 压力机的公称压力必须大于冲压所需要的总冲压力 即 F压 力 7 2 压力机应有足够的行程 以保证毛坯的放进和工件在高度上能获得所需的 尺寸 并使工件能方便地从模具中取出 7 3 冲模的闭合高度与压力机的装模高度相适应 即满足 冲模的闭合高度介 于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间 7 4 滑块的张开高度应适当 对于冲裁模 张开高度不宜过大 以免上模板与 压力机导轨相撞或滚珠导向装置脱开 对于拉深模 张开高度不宜过小 以便 取出工件 7 5 压力机工作台的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸并要留有安装固定的 余地 但在过大的工作台面上安装过小的尺寸的冲模时 对工作台的受力条件 是不利的 压力机的选择要考虑 冲裁力 拉深力以及卸料力 推件力 顶件力 压 力机的总吨位应大于等以上所有力之和 1 3 倍 普通刃冲裁模 其冲裁力 FP一 般可按下式计算 FP KPtL 10 27 式中 为材料的抗剪强度 L 为冲裁周边总长 mm t 为材料厚度 系数 KP 是考虑到冲裁模刃口的磨损 凸模与凹模间隙的波动 数值的变化或分布不均 匀 润滑情况 材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数 一般取 1 3 当查不到强度 时 可用强度 b 代替 而取 KP 1 的近似计算法计算 材料钢的强度可以 冲压工艺与模具设计 表 1 4 1 查得 260MPa 360MPa 现取 340MPa FP1 1 3 1 3 14 54 75 340 76KN FP2 1 3 1 3 14 5 340 7KN 影响卸料力 推料力和顶件力的因素很多 要精确的计算出很困难 在实际生 产采用经验公式计算 卸料力 F Q KFp 推料力 F Q1 nK1Fp 顶件力 F Q2 K2Fp 式中 卸料力系数 其值为 0 02 0 06 薄料取大值 厚料取小值 推件力系数 其值为 0 03 0 07 薄料取大值 厚料取小值 顶件力系数 其值为 0 04 0 08 薄料取大值 厚料取小值 n 为梗塞在凹模内的制件或废料数量 n h t h 为直刃口部分的高 t 为材 料的厚度 h 取 4 10mm 现取 h 6mm 本模具中只有卸料力和推件力即可则 FQ 0 05 76 3 8KN FQ1 6 1 0 06 7 2 52KN 2 拉深力 理论计算拉深力可以推导 但它使用不便 生产中常利用经验公式计算拉深 力 第次拉深 一次拉深成形时 F1 d 1t bk1 11 式中 b 为材料的抗拉强度 K 1为系数 查表 4 5 4 冲压工艺与模具设计 代入数据可得 F1 3 14 21 1 390 1 25 7KN 压边力 F Q 0 25 25 7 6 4KM 卸料力 F Q KF 0 04 25 7 1 02KN 综上所述 F 总 76 7 3 8 2 25 25 7 6 4 1 02 123KN F 压力 1 3 F 总 1 3 123 160 KN 由 实用模具技术手册 P22 页 应用压力机的选择查表 2 3 可选择 J23 16 28 型压力机 其参数可参考表 2 3 8 模具的装配 8 1 模具的装配 1 模柄的装配 因为所示模具的模柄是从以上模座的下而向上压入的 所 以在安装凸模固定板和垫板之前 应先把模柄装好 模柄与上模座的配合要求是 H7 m6 装配时 先在压力机上将模柄压入 再 加工定俭销孔或螺纹孔 然后把模柄端面突出部分锉平或磨平 安装好模柄后 用角尺检查模柄与上模座上平面的垂有度 2 凸模和装配 凸模与固定板的配合要求为 H7 m6 装配时 先在压力机 上将凸模固定板内 检查凸模的垂直度 然后将固定板的上平面与凸模尾部一 起磨平 为了保持凸模刀口锋利还应将凸模的端面磨平 3 弹压卸料板的装配 弹压卸料板起压料和卸料的作用 装配的保证它与 凸模之间具有适当的间隙 其装配方法是 将弹压卸料板 装入固定板的凸模 内 在固定板与卸料板之间垫上平行垫块 并用平等夹板将它们夹紧 然后按 29 卸料板上的螺孔在固定板上抽窝 拆开后钻固定板上的螺钉穿过孔 4 模架的技术要求及装配 组成模架的各零件均应符合相应的技术条件 其中特别重要的是每对导柱 导 套的配合间隙应符合要求 装配成套的模架 多项技术指标 上模座上平面对下模座下平面的平行度 导 柱轴心线对下模座下平面的垂直度和导套孔轴心线对上模座下面垂直度 应符 合相应精度等级要求 装配后的模架 上模座沿导柱上 下移动平稳无阻滞现象 压入上 下模座的导柱导柱离其它装表面应有 1 2mm 距离 压入后就牢固 装 配成套的模架 各零件的工作表不应有碰伤 裂 以及其它机械损伤 模架的装配主要指导柱导套的装配 目前大多数导柱 导套与模座之间采用过 盈配合 但也有少数采用粘 工艺的 即将上下模座孔扩大 降低其加工要求 同时将导柱 导套之间冷入粘结剂 即可使用导柱 导套固定 滑动导向模架 常用的装配工艺和检验方法有压入导套 压入导套安 装导套 8 2凸 凹模间隙的调整 冲模中凸 凹模之间的间隙大小及其均匀程度是直接影响冲件质量和模具 使用寿命的主要因素之一 因此 在制造冲模时 必须要保证凸 凹模间隙的 大小及均匀一致性 冲模装配时调整凸 凹模间隙的方法很多 需根据冲模的 结构特点 间隙值的大小和装配条件来确定 这里用垫片法来调整 垫片法是利用厚度与凸 凹模单面间隙相等的垫片来调整间隙 是简便而 常用的一种方法 其方法如下 按图样要求组装上模与下模 其中一般上模只用螺钉稍微拧紧 下模用 螺钉和销钉紧固 在凹模刃口四周垫入厚薄均匀 厚度等于凸 凹模单面间隙的垫片 金 属片或纸片 再将上 下模合模 使凸模进入响应的凹模孔内 并用等高垫铁 垫起 观察凸模能否顺利进入凹模 并与垫片能否有良好的接触 调整合适后 在将上模用螺钉紧固 并配装销钉孔 打入定位销 30 9 冲压模具零件加工工艺的编制 在机械制造中 采用各种机械加工方法将毛坯加工成零件 再将这些零件 装配成机器 为了使上述制造过程满足 优质 高产 低成本 的要求 首先 要指定零件的机械加工工艺规程和机器的装配工艺规程 然后按照所制订的工 艺规程来进行机械加工和装配 由于零件的工艺过程可以是多种多样的 工艺 人员的任务是从现有生产条件出发 制订出一个切合实际的最优工艺过程 并 将其有关内容用文件的形式规定下来 规定零件机械加工工艺过程和操作方法 等的工艺文件称为机械加工工艺规程 机械加工工艺规程是指导生产的主要技术文件 按照工艺规程进行生产 才能保证达到产品质量 生产率和经济性的要求 合理的工艺规程在编制后应 要满足下述要求 1 零件所需的工序数量要尽量少 并且要减少或不再采用其他加工方法加 工 2 零件各工序所采用的设备结构要简单 寿命要长 3 工序中所占用的设备要少 尽可能采用生产机械化与自动化 4 生产准备周期要短 所需材料要少 成本要低廉 5 零件的生产工艺流程要合理 做到安全生产 31 6 制出的零件应符合技术要求 并且尺寸精度要高 表面质量要好 7 尽量采用技术等级不高的工人生产 以降低成本 制订机械加工工艺规程的原则是 在一定的生产条件下 以最低的成本 按计划规定的速度 可靠地加工出图纸要求的零件 在编制工艺规程时 应注 意以下几个问题 1 技术上的先进性 在编制工艺规程时 应尽量菜油新工艺 新技术 先进设备和新材料 以 获得较高的生产率 但不应加大操作工人的劳动强度 而应依靠设备的先进性 来保证 2 经济上的合理性 在一定的生产条件下 可能有几种能保证零件技术要求的加工工艺方案 此时应全面考虑 应根据工序数量 机械加工难易程度 通过核算或分析选择 经济效益最佳的加工方案 以使零件减少工序及降低成本 同时 加工精度要 求不高的零件 尽量不使用高精度的加工设备 3 创造必要的良好工作条件 在编制工艺规程时 必须保证操作人员有良好而安全的工作条件 并保证 所加工的零件的质量合格及减轻工人的劳动强度 本模具选用导套来编制其加工工艺过程 导套在模具中起定位和导向作用 保 证凸 凹模工作时具有正确的相对位置 为了保证良好的导向 导套在装配后 应保证模架的活动部分移动平稳 所以 在加工过程中除了保证导套配合表面 的尺寸和形状精度外 还应保证导套各配合面之间的同轴度要求 为了提高导 套的耐磨性并保持较好的韧性 导套一般选用低碳钢 20 钢 进行渗碳 淬火 处理 4 模具的工作过程 本模具是一套倒装的落料拉深的复合模 前后送料 挡料销 19 限位 导向 销 20 导正 上模下行凸凹模 11 与拉深凹模 18 接触进行拉深 工件成型后 上 模上行 打杆 1 推动打板 12 把工件从凸凹模 11 中打出 落料废料有弹簧 8 推 动卸料板 10 推出 32 10结论 经过整个设计过程我发现在设计连续模时 排样图的确定既是最基础的 一步也是最关键的一个环节 排样图设计的质量将直接影响后面的凹模的尺寸 和整个模具的结构等 另外冲同一个工件可以有很多不同的方案不同的模具可 以选用 我们应该尽量选择一种最经济最安全合理的方法来做 导料方式 卸 料方式的确定应根据板厚和冲裁力的大小来综合考虑不能片面分析 还有定位 装置的确定应根据实际来 那本设计举例在初定位的时候可以采用侧刃定位也 可以采用挡料销定位 但是考虑到本连续模的步距较大造成侧刃过长所以最终 采用了活动挡料销 所以 设计必须从实际出发综合考虑选择最佳方案 33 参考资料 冷冲压工艺及模具设计 刘心治主编重庆大学出版社 冲压工艺及模具设计 万战胜主编 铁道出版社 冲模设计 吉林人民出版社 实用冲压技术 机工出版社 冷冲压及塑料成型工艺与模具设计资料 机工出版社 模具设计与制造简明手册 冯炳尧等编 上海出版社 7 冲压工艺模具设计实用技术 郑家贤编 机械工业出版社 8 实用板金冲压工艺图集 梁炳文主编 机械工业出版社 9 几何量公差与检测 甘永立主编 上海科学技术出版社 10 机械制造专业英语 章跃主编 机械工业出版社 34 致谢 所有在这次设计中帮助过我的老师同学们 我在这里对你们表示真诚的谢意 特别是我的指导老师黄继承老师 郭雪娥老师 曾利平老师 自去年 12 月 份发放课题以来 他为我解决了许多模具设计方面的疑难点 我一遇到不懂的 问题和拿不准的设计方案 就去请教他 他总是态度和蔼地给我分析解决 使 我少走了许多弯路 在这次设计中 我不仅对以前所学的知识进行了一次系统 性的复习 巩固了书本知识同时也学会了以前很多被忽略过的细节方面的知识 加深了对课本知识的理解 更重要的是让我更加明了了很多书本上没有的知识 其一 对待知识 技术来不得半点马虎必须严肃 认真 其二 不仅仅是设计 生活中任何事情封闭就会落后 我们如果想在最短的时间做主最好的成绩 少 不了别人的帮助 少不了合作 感谢湖南工学院的老师同学和帮助过我的学校 其它工作人员为我这个即将踏入社会的学子上了这么生动的一堂课 再次真心 的谢谢你们 35
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