前 言
模具是工业生产的基础工艺装备,被称为“工业之母”。75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件由模具成型,绝大部分塑料制品也由模具成型。作为国民经济的基础行业,模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业,应用范围十分广泛。进入21世纪,制造技术发展迅猛,模具技术作为现代制造技术的一个重要组成部分,对国民经济的发展起着越来越重要的作用。冲压加工具有生产效率高、生产成本低、操作简单、适合大批量生产等优点,在航空、机械、电子、家电等领域得到越来越广泛的应用。
模具在制造业中所具有的重要地位,使得模具的制造能力和技术水平已成为衡量国家制造业水平和创新能力的重要标志。近年来随着模具制造能力的不断提高,使得模具有着高精度、长寿命、高生产率、型腔形状和模具结构复杂的特点。如今模具的生产方式广乏采用CAD/CAM/CAE技术,采用高速切削加工技术,快速成型技术和快速制模技术的一系列的先进技术。模具未来的加工也向着粗加工向高速加工发展,成型表面的加工向精密、自动化发展,光整加工向自动化发展,快速成型加工技术的发展,模具CAD/CAM/CAE正向集成化、三维化、智能化和网络化发展,模具的标准化程度将不断提高。
2005年模具出口7.4亿美元,同比增长50%以上;模具产品结构更趋高档,复杂、精密、长寿命的模具份额提高到30%。目前,国内约有模具生产厂商3万余家,从业人员有80多万人,全年模具产值达534亿元人民币。涌现出一批模具行业领头羊,如在汽车覆盖件领域的一汽模具,轮胎领域的巨轮模具,塑料模具领域的海尔,模块标准件领域的圣都等;不少地方出台了扶持当地模具行业发展的政策,如重庆、成都、苏州、大连等地都在建立模具工业园区,改善发展环境,完善模具生产的配套体系。中国经济的高速发展对模具行业提出了越来越高的要求,也为其发展提供了巨大了的动力。
本次毕业设计为录音机机芯自停连杆级进模设计,采用多工位级进模制造,经过冲孔、冲裁、弯曲、胀形等工艺,通过凸模与整体凹模配合冲裁成形原理,大批量生产出定型录音机机芯自停连杆零件。
第一章 概 述
1.1 我国模具工业的发展现状
模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具是工业生产中的基础工艺装备,是一种高附加值的高精密集型产品,也是高新技术产业化的重要领域,其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。近年来国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求,同时为模具的发展提供了巨大的动力。
中国模具发展十分迅速,模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展。模具生产长期以来一直被当作产品生产的工艺后方,生产的模具也主要是自产自配,直至1987年,模具才作为产品被列入机电产品目录,当时全国共有生产模具的厂点约6000家,总产值约30亿元。经过20年发展,中国的模具工业已有了长足的进步。据不完全统计,现在国内约有模具生产厂点30000家,2006年模具销售额约720亿元。在现代化工业生产中,60%~90%的工业产品需要模具加工,模具工业已成为工业发展的基础,椐国际生产技术协会预测,21世纪机械制造工件,其粗加工的75%和精加工的50%都将依靠模具完成,因此,模具工业已成为国民经济的重要基础工业。
从20世纪80年代后期开始,中国模具工业发展十分迅速。由于国民经济的发展对模具的需求越来越大,原有的国有模具企业有了很大发展,而三资和乡镇、个体模具企业的发展更为迅速。例如广东省和浙江省,原来模具生产规模不大,在国内未占重要地位,但目前,主要依靠三资企业的广东省(全省有5000多家模具生产企业)和主要依靠乡镇、个体企业的浙江省(全省有4000多家模具生产企业),其模具年产值已分别占全国的40%和25%左右。
虽然中国模具工业发展迅速,但仍不能满足我国制造业发展的需求,特别是中高档模具,在精密、大型、复杂、长寿命类型的模具仍旧供不应求。由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面中国与国际水平相比尚有较大差距,所以每年尚需大量进口。由于中国模具价格比较低廉,水平也在不断提高,因此出口发展很快,近年来每年出口增长幅度比行业增长幅度大得多。在模具产值产量和进出口迅速发展的同时,中国在模具行业技术进步和模具水平的提高方面也取得了可喜的成绩。我国模具企业CAD、CAE、CAPP、PDM、PLM、ERP等数
字、化信息化技术的使用面正在不断扩大,水平也在不断提高。
模具产业结构及布局情况中国模具工业近年来在持续高速发展的同时,产业结构和布局也在发生着变化,总的趋势是在向着合理化方向发展。
1.2 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:
(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。
冲压在现代工业生产中,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。
1.3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。
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。
1.4冲压的现状及发展方向
模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。在我国,直到20世纪80年代后期,中国模具工业才驶入发展的快车道。
现在, 模具的CAD/CAM已很普遍,CAE/CAPP也在积极推广。CAD/CAE/CAM包括概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图、计算机辅助设计过程管理等。应用CAD技术可能设计出产品的大体结构,再通过CAE技术进行结构分析、可行性评估和优化设计。采用模具CAD/CAE/CAM集成技术后,一般不需要再进行原型实验,采用几何造型技术,制件的形状能精确、逼真地显示在计算机屏幕上,有限元分析程序可以对其力学性能进行检测。借助于计算机,自动绘图代替了人工绘图,自动检索代替了手册查阅,快速分析代替了手工计算,模具设计师能从烦琐上的绘图和计算中解放出来,集中精力从事方案构思和结构优化等创造性的工作,在模具投产之前,CAE软件可以预测模具结构有关的参数的正确性。现在,我国生产的模具精度已达到微米级,与20年前相比,模具寿命提高了几十倍,模具生产周期缩短了约3/4,模具的标准件使用覆盖率从几乎是零,达到45%左右。我国模具总量虽然已位居日、美、之后,但设计制造水平在总体上要比德、美、日、法、意等发达国家落后许多,也与英国、加拿大、西班牙、葡萄牙、韩国、新加坡等有差距。
近年来,模具行业结构调整和体制改革步伐加快,主要表现为:大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品;塑料