冲压模具毕业设计——文献综述报告

浙江理工大学本科毕业设计（论文）文献综述报告灯罩拉深成形分析及模具设计1前言全国数家家具企业在灯罩的加工中还是采用传统的以塑料位原材料的工艺进行生产，存在着“三低”(材料利用率低、设备效率低及生产率低)和“二高”(劳动强度高及制品成本高)等严重缺点。

人们逐渐走上了健康、快乐、充满新意的现代化室内装潢，铝制灯罩代替塑料灯罩明显不断扩大，与塑料灯罩相比，铝制灯罩不仅是使用寿命长，还具有自身重量轻及外形色泽美观等特点。

目前，在我国已加入世界贸易组织的形势下，各种型号铝制灯罩的产量及价格不能满足灯具行业中剧烈竞争的要求，为了改革工艺，提高制品质量及生产效率，改善工人的劳动条件及降低制品成本，经研究表明，铝制灯罩采用冷挤压方法是一种行之有效的、具有高质量、高精度、高产量、低消耗、低投资及低成本等优点。

该冷挤压技术的出现，对灯具行业的大批量生产是一场革命[1]。

现在冲压板材技术的广泛应用，对铝板进行拉伸成形为复杂板件以不是一个难题，关键在于设计过程中的优化，使其更加具有经济性。

2铝制品的广泛应用铝板，顾名思义是指用铝材或铝合金材料制成的板型材料。

或者说是由扁铝胚经加热、轧延及拉直或固溶时效热等过程制造而成的板型铝制品。

目前铝板冲压形成的成品有各种类型：1、照明灯饰2、太阳能反射片3、建筑外观4、室内装潢：天花板，墙面等5、家具、橱柜6、电梯7、标牌、铭牌、箱包8、汽车内外装饰9、家用电器：冰箱、微波炉、音响设备等10、航空航天以及军事方面，比如中国目前的大飞机制造，神舟飞船系列，卫星等方面。

随着科学技术的发展，对压铸件产品的安全性和造型美观的要求不断提高。

根据使用的不同，对零件的质量的评价有所不同。

具体来说，若零件在力学性能、几何形状、尺寸精度、缩孔、气孔、粗糙度等方面满足使用要求，就是合格品；零件比图纸要求质量稍差些，但还能勉强使用，该零件就是次品。

如果完全不符合使用要求，该零件就是废品。

如何生产出高质量的零件，对节约材料、能源和缩短制造工时，提高经济效益都有很大的意义[2]。

3铝挤压材工业的发展现状在中国把挤压铝材按用途分为建筑及结构材（简称建筑材）与工业材（除建筑材以外的其他一切挤压铝材）。

中国已跨过铝挤压强国门槛，自2001年成为挤压材净出口国以来，2005年的净出口量324.56 kt。

铝挤压工业的地区结构合理，与经济发展相适应；全球21个工业发达国家2004年的平均工业材与建筑材之比为54：46，没有一个国家工业材的比例达65%以上，中国2005年工业材的比例占34％，2012年的这个比例可达45％。

截止到2006年底中国拥有16台大挤压机，总挤压力1 170 MN，总生产能力约140 kt／a，不是生产能力与产量不够，而是在品质方面存在诸多不尽如人意。

大挤压工业型材面临的最大挑战是市场与技术，是自主创新力量薄弱。

中国还需要增建200 MN与150 MN的工业材挤压机各1台[3]。

中国已建成一批如亚洲铝业集团、金桥铝业公司、忠旺铝型材公司、兴发集团、坚美铝业公司、凤铝铝业公司、丛林铝业公司、南山集团等世界级的企业，也有像经阁铝业公司那样的全自动化企业。

可见铝制板料冲压技术将更加广泛的应用于工业生产，薄型板料拉伸冲压具有广泛的市场前景。

中国在这方面的企业将会越来越多，对这方面的研究将更加具有意义。

4目前他人在铝制板材冲压成其它零件的相关研究设计4.1 薄壁深锥零件的拉伸成形方面的研究锥形件拉伸的特点：锥形件的拉伸远比圆筒形零件拉伸的难度大。

1)开始时，凸模与坯料接触面积较小，压力集中，接触部分金属变薄严重甚至出现拉裂现象。

2)凸凹模之间自由面积大，此部分金属易发生起皱现象。

3)拉伸后，零件回弹大，不易得到尺寸精确的零件。

锥形零件如图1所示。

图1 锥形零件锥形件拉伸成形的难易程度与其几何形状、坯料的相对厚度、材料的冲压性能值、r值等有关。

薄壁深锥零件拉伸成形中，由于坯料的变形程度较大，只靠坯料与凸模接触的局部面积传递变形力极易引起坯料局部过度变薄乃至破裂，所以一般需要经过多工序拉伸使零件逐渐成形。

薄壁深锥零件多工序拉伸方法有阶梯过渡法、曲面过渡法、圆筒过渡法等多种方法。

薄壁深锥零件拉伸工艺进行计算的步骤为：1）毛坯直径的确定 2）圆筒形过渡毛坯拉伸次数的确定 3）零件锥形拉伸次数的确定。

因圆筒过渡法有从口部开始逐渐成形法和从底部开始逐渐成形法两种，零件锥形拉伸次数的确定应按两种方法进行计算。

生产中对薄壁深锥零件的拉伸成形应注意的事项：1)每次退火前，要求工件表面应清洗干净，不允许有油污。

否则退火后工件表面被烧黑，拉伸时，工件表面容易划伤，影响外观，严重时还可能因摩擦阻力过大而产生拉裂现象。

2)每次拉伸后，应将工件表面的铝屑清洗干净。

否则在进行下一次拉伸时，工件表面极易划伤。

3)落料时，如毛刺太大，在拉伸时将其被压在毛坯内，划伤零件表面。

4)每次退火后，零件表面应涂油均匀特别在拉伸锥形部分时，如果涂油过多，毛坯零件极易产生起皱现象；如果不涂油或涂油过少，毛坯零件极易产生划伤现象。

5)生产所用盛具要求干净，不允许有铁屑、沙土等杂物，同时工件应摆放整齐，不得重压[4]。

可见采用上述分析方法，进行了冲压工艺的编制和模具设计，模具结构简单，设计合理，试模一次成功，拉伸出的零件，完全满足产品图要求。

以上分析方法可为薄壁等壁厚深锥零件工艺计算提供借鉴。

4.2铝锅冷挤压工艺及模具等类似产品的设计成形方法的选用。

图2为铝锅的形状及尺寸。

在选用冷挤压成形方法上，有如下两种：第1种方法：按无凸缘的直接反挤压，其工艺过程如图3所示。

冷挤压后，还要进行端部翻边工序。

图2 铝锅的形状及尺寸图3 第1种方法冷挤压a——下料 b一一反挤压 c——翻边第2种方法：按留凸缘的直接反挤压，其工艺过程如图4所示。

这样，通过单一冷挤压工序，就可完成制品。

与第1种方法相比，不再需要端部的翻边工序，不仅提高了生产效率，而还可避免制品端部翻边。

经上述两种冷挤压方法比较之后，应选用第2种冷挤压成形方法，其生产工艺流程是：高速带锯下料——退火——酸洗——润滑——反挤压[1]。

图4 第2种方法冷挤压a——下料 b——反挤压可见冷挤压技术是一项少、无切屑的金属塑性成形工艺。

生产实践表明，采用冷挤压工艺代替其它加工方法，可以明显提高制件的表面质量，减少机加工工时，节约材料，大大提高了生产率，达到降低制品成本的目的。

4.3对灯罩薄壳类型——以对微型汽车的前大灯罩壳的加工工艺进行分析其微型汽车的前大灯罩壳模型图5所示:图5 微型汽车的前大灯罩壳模型此模型在确定冲压方向和拉延面时应充分考虑以下三个方面：1)保证拉延凸模能顺利拉延凹模，不应有凸模接触不到的死区，所有拉延部位要在一次拉延中成型。

2)拉延开始时，凸模和毛坯的接触面积要大，避免点、线接触，接触部位应在冲模中心，以保证在拉延时毛坯不易串动。

3)在确定拉延面时应尽量保证毛坯平放，拉延面各部位进料阻力要求均匀。

其要求是有相等的拉延角和拉延深度。

4)在确定拉延面时应尽量保证沿周整形量的均匀，这样可保证整形的效果，从而可以获得较为准确的焊接边尺寸。

综合上述各种因素，选择图6所示冲压方向和拉延面。

图6 所示冲压方向和拉延面受力分析：如图7所示，由于该件属长盒形件，从盒形件受力分析可以看出：径向拉应力沿周边分布不均匀，圆角部分最大，直边部分最小。

由于上述原因，造成如图8所示的起皱和开裂现象。

图7 长盒形件所受的应力图8 起皱和开裂拉延系数的影响因素：拉延系数的大小，随盒型件形状的不同而区别很大。

查阅相关资料，可得以下最大一次拉延表(材料为08A1，厚度t=0．8～1．2)。

转角半径r和对边最小距离占最大拉延深度。

拉延系数的确定：根据以上分析，参照平底盒形件，采取倒推法。

先将下一次拉延系数定为1，从而确定一次拉延深度和圆角半径r，不够的深度采用修边后整型得到，工序安排如图9所示[5]。

图9 对平底盒形件整形和修边可见板型件冲压成灯罩薄壳类型时，要对其变形的部分进行应力分析，来检查成形件的缺陷，防止出现起皱和开裂，在后面的工序中要对成形件进行成型和修边。

4.4冷挤压模具与温挤压模具等方面的设计实际生产中经常采用用两种类型的挤压工艺，一种为冷挤压工艺，挤压加工时使用的模具为冷挤压模具，在室温下，使金属毛坯在三向压应力状态下产生塑性变形，从而挤出所需尺寸、形状及性能的零件；另一种为温挤压工艺，温挤压加工时使用的模具为温挤压模具。

将金属毛坯加温至金属的再结晶温度以下，在压应力状态下使金属产生变形，从而挤出所需尺寸、形状及性能的零件。

挤压工艺的选择：在生产加工时具体采用哪一种挤压工艺，主要是由被加工零件所采用的金属材料的特性决定的。

室温下，如果金属材料的塑性较好、挤压变形抗力较低，通常采用冷挤压加工工艺进行加工。

否则，采用温挤压加工工艺进行加工。

冷挤压加工时，金属材料各种元素的含量对冷挤压加工影响较大，通常要求金属材料的含碳量不超过0．5％，含锰量不超过1．5％，含铬量不超过1．5％，含镍量不超过0．75％，含钼量不超过0．5％，含硅量不超过0．3％。

而且在冷挤压加工前必须进行中间热处理(软化处理)，使金属材料软化。

因此，针对以上两种加工工艺，在设计模具型腔时，挤压模具设计必须充分考虑金属的变形原理，然后对模具型腔进行冷挤压加工时，金属材料(常温状态)在压力作用设计和确定。

由于金属冷挤压加工退模后，金属回弹，下被挤入模具型腔，进而充满模具型腔，当零件退出导致的结果是尺寸增大，因此设计模具时，模具型腔尺寸的设计应根据该种材料的弹性性能进行计算，表1为几种常用金属材料的弹性性能系数[7]。

计算出该种材料在相应的直径下的弹性变形量。

表1 为几种常用金属材料的弹性性能系数[6]用零件成品尺寸减去相应的弹性变形量，即可计算出相应的模具型腔的尺寸。

而温挤压加工退模后，由于零件温度的下降，金属收缩，因此设计模具时，模具型腔尺寸应根据该种材料在某一成型温度下的线膨胀系数进行计算，表2为几种常用金属材料的线膨胀系数，计算出该种材料在相应的直径下的线膨胀量。

再用零件成品尺寸加上相应的热膨胀量，即可计算出相应的模具型腔的尺寸[6]。

表2 为几种常用金属材料的线膨胀系数[6]可见在生产加工时具体采用哪一种挤压工艺需要了解所加工零件的材料。

根据材料特性，可了解到在成形过程中的零件的回弹量，对其的冲压模具的设计具有一定参考作用[8]。

4.5对锥形零件的设计以深双锥形零件的冲压工艺及模具设计深双锥形零件尺寸图10所示：图10 深双锥形零件尺寸图在深双锥形零件的拉伸成形过程中，为了防止板料在成型过程中出现起皱和开裂，对其成形部分分为多道工序来加工。

具体的工序步骤可见工序图11：图11 工序图a——落料、冲压、拉伸毛坯 b——一次冲尖毛坯 c——二次冲尖毛坯d——三次冲尖毛坯 e——四次冲尖毛坯 f——整形毛坯模具结构在工作过程中造成凹模大、小锥部硬度不均匀，且硬度低，使用寿命低，为此设计了具有预紧力的组合凹模，如图12所示。