拉钩的冷冲模设计毕业设计说明书.doc

嘉兴学院南湖学院嘉兴学院南湖学院 （20102010 届）届） 毕业论文（设计）毕业论文（设计） 题 目： 拉钩的冷冲模设计 姓 名： 潘晓慧 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机械 N061 学 号： 2006456790601 指导教师： 王殿梁 导师学科： 材料加工工程 导师职称： 副教授 嘉兴学院南湖学院教学事务管理中心 年 月 日 摘 要 首先分析了拉钩的冲压成形工艺，确定了拉钩的冲压成形工艺方案，采用连续冲 压的方式。设计了模具的凸模，凹模及部分零部件，对拉钩进行冲压后，选择采用下 顶出件顶出落料的方式。最终确定了模具的整体结构，再利用 auto CAD 绘制出装配图 以及零件图。 关键词拉钩，连续模，压力中心 The design of the Hook stamping die ABSTRACT Firstly analyzed the stamping process of the pull hook, determines the stamping process scheme of the pull hook, by way of stamping. Design the punch, cavity and parts and components. After stamping the pull hook, choose from a roof by next Chula materials. Determine the overall structure of the mould ultimately. Draw out the assembly and detail drawings by auto CAD. Keywords：Hook, progressive die, center of pressure 目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 第一章 绪论1 1.1 课题意义.1 1.1.1 模具工业的分类1 1.1.2 模具工业的地位1 1.1.3 我国模具工业的现状2 1.2 现代模具的发展前景.2 1.3 课题研究方法与计划.3 1.3.1 主要任务与目标4 1.3.2 主要内容与基本要求4 第二章 冲裁件的工艺性分析5 2.1 冲裁件形状和尺寸.5 2.2 冲裁件悬臂的最小尺寸.5 2.3 自由凸模冲孔的最小尺寸.5 2.4 冲裁件的精度与粗糙度.6 2.5 排样.7 2.5.1 排样方式7 2.5.2 材料的利用率8 2.6 搭边.8 2.7 凸、凹模间隙.8 2.8 凸、凹模刃口尺寸及公差.9 2.8.1 冲裁模刃口尺寸计算的原则9 2.8.2 冲裁模凸模、凹模刃口尺寸计算9 2.9 冲裁力的计算公式.10 2.9.1 冲裁力的计算10 2.9.2 顶件力合卸料力的计算11 2.9.3 总冲裁力计算11 2.10 压力中心的确定.11 2.11 凸模设计.12 2.11.1 圆形凸模的结构形式12 2.11.2 凸模的固定方法13 2.12 凹模设计.13 2.12.1 凹模刃口形式13 2.12.2 凹模的外形尺寸13 2.12.3 凹模的固定方式14 2.13 卸料装置.15 2.14 连接零件.15 2.14.1 模柄15 2.14.2 模座16 第三章 冲压模具的总体设计17 3.1 总装配图.17 3.2 冲压设备的选择18 3.3 模具的工作过程19 总结20 参 考 文 献21 第一章 绪论 1.1 课题意义 1.1.1 模具工业的分类 我国模具设计与制造技术的发展经历了手工作坊制造阶段、工业化生产阶段和现 代化生产阶段。伴随着计算机技术的快速发展, 数字化、信息化 CADCAE/CAM 技术和数 控加工机床已普遍采用, 模具产业正处于高速发展阶段。 模具是制造业的重要基础工艺装备。模具总体上可分为两大类: 金属材料制件成 形模具，如冲压模具、锻造模具、压铸模具、挤压模具、拉丝模具、粉末冶金模具等; 非金属材料制件成形模具, 如塑料注射模具、压铸模具、挤出模具, 橡胶制件、玻璃 制件和陶瓷制件成形模具等。模具的具体分类方法很多, 如按模具结构形式分, 冲压 模具可分为简单模、连续模和复合模, 注塑模具可分为单分型面和双分型面注塑模具 等; 按工艺性质分, 冲压模具可分为冲孔模、落料模、拉深模、弯曲模，塑模具可分 为压塑模、传递模、注射模等。其中冲压模具、塑料模具、铸造模具、锻压模具、橡 胶模具、粉末冶金模具、拉丝模具、无机材料成形模具等是最主要的八大类, 用于制 造业中的几乎所有产品的生产。7 1.1.2 模具工业的地位 随着社会的发展和科技的进步， 模具行业越来越被重视，模具技术在国民经济各 个部门都得到广泛的应用，它不仅与整个机械行业密切相关，而且与人们的生活密切 相关。模具工业是国民经济的基础产业，模具工业的发展水平标志着一个国家的工业 水平及产品开发的能力。模具是生产各种工业产品的重要基础工艺装备，国民经济的 五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑等都要求模具工业的发展与之相适应。 模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、操作简单、生产过程易于实现 机械化与自动化、生产成本低而获得广泛应用，利用模具可以加工出薄壁、重量轻、 刚性好、形状复杂的零件；产品质量有模具保证，具有一模一样的的特点；这是其它 加工制造业所无法完成的；模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪 器、医疗器械、电子通信、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工 艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、 电机、电器、仪器仪表等机电产品中占 80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、 录像机等电子产品中占 85%以上；在电冰箱、洗衣机、空调、电风扇、自行车、手表等 轻工业产品中占 90%以上；在子弹、枪支等兵器产品中占 95%以上；在日用金属产品中 占 95%以上。可见，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意 义。目前，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。2 1.1.3 我国模具工业的现状 近年来，我国模具工业的迅速发展是大家有目共睹的，中国模具工业的现状大致 可以从以下 3 个方面来讲： （1）模具的产值与出口量增长明显。从整体情况来看，我国已经步入模具工业大 国之列，但是距模具强国还有相当差距。 （2）模具制造水平不断提高。近几年，以大型、精密、复杂、长寿命模具为代表 的、技术含量较高的中高档模具的比重进一步提高，现在中高档模具所占比重已经达 到 35% 以上。模具的设计和制造水平也有了很大的发展，很多先进的模具设计与制造 技术在我国的模具企业中得到应用，如 CAD/CAE/CAM 等计算机辅助技术、高速加工 技术、热流道技术、气辅技术、逆向工程等新技术得到广泛应用，E R P、P D M 等信 息化管理技术正得到积极推广，这些先进技术的应用和信息化管理的实施极大地提高 了模具企业的生产效率，缩短了生产周期。 （3）我国模具行业已经形成了自己的骨干队伍。目前，我国约有模具生产厂点 3 万余家，从业人员 100 余万人，在各个模具行业的骨干企业队伍中也涌现出了本行业 的龙头企业。他们的生产装备先进，生产达到了一定规模，技术水平较高，而且产品 具有自己的特点。10 目前，中国约有模具生产厂 2 万余家，从业人员 50 多万人，全年模具产值达 450 亿元人民币以上。近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复 杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度；塑料模和压铸模比 例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快。随着经济体制改革的不断深 入， “三资”及民营企业的发展很快。中国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性， 东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在 珠江三角和长江三角地区，其模具产值约占全国产值的 2/3 以上。5 1.2 现代模具的发展前景 为了制造高精度、长寿命、高效的复杂腔结构的现代模具，需解决以下个方面 的问题： （1）模具材料及其表面处理技术。模具工业要上水平，材料应用是关键。因选材 和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的 45%以上。在模具材料方面常用的 冷作模具钢有 CrWMn、Cr12、Cr12MoV 和 W6Mo5Cr4V2，新型冷作模具钢有 65Nb、O12Al、CG-2、LD、GD、GM 等；常用新型热作模具钢有美国 H 1 3、瑞典 QRO 80M、QRO 90SUPREME 等；常用塑料模具用钢有预硬钢(P20、SM1 B30)、时效硬化型钢 (P21、PMS、SM2、日本 NAK55 等)、热处理硬化型钢(MnCrWV、日本 S-STAR、瑞典胜 百 S-136 等)、粉末模具钢(日本 DEX40 等);多工位精度冲模硬质合金(YG20、YG25 等)以 及钢结构硬质合金( T L M W 5 0 、GW50 等)。在模具表面处理方面，主要趋势是： 由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗(如 TD 法)发展；由一般扩散向 CVD 、P V D、P C V D、离入渗入、离子注入等方向发展;可采用的镀膜有： TiC、TiN、TiCN、TiAN、CrN、Cr7C3、W2C 等，同时热处理手段由大气热处理向真空 热处理发展。另外，激光强化、辉光离子氮化技术也日益受到重视。 （2）提高设计制造技术水平。当代模具的设计与制造已广泛采用计算机辅助设 计与制造( C A D /CAM)，设计过程程序化和自动化，使用程序模拟成形过程，采用交 互式设计方法，发挥人和计算机的各自特长。数据库和计算机网络技术使设计人员拥 有大量资料和信息。设计与制造之间的直接信息传输便于设计的反复修改。 （3）专业化生产及标准化。专业化生产是现代化工业生产的重要特征之一，工 业先进国家模具专业化生产已达到 75% 以上。标准化是实现模具专业化生产的基本前 提，也是系统提高整个模具行业技术水平和经济效益的重要手段，这是机械制造业向 深层次发展的必由之路。国外企业都极为重视模具的标准化，我国的模具标准化程度 不足 30%，而且标准品种少、质量低、交货期长，严重阻碍了模具的合理流向和效能的 发挥，需尽快制订标准化规范 Windows 用户界面。3 目前, 国内模具市场不断扩大, 国际上将模具制造逐渐向我国转移的趋势和跨国 集团到我国进行模具国际采购的趋向十分明显。因此,展望未来, 国际、国内模具市场 总体发展前景美好。我国模具工业将会有一个继续高速发展的机遇期。只要我们把握 这个机遇期, 中国模具工业不但会在量和质的方面继续有一个很大的提高, 而且一定 会在行业结构、产品水平、开发创新能力、企业的体制与机制的方方面面取得较大进 展。 模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密检测和信息网络 等诸多学科, 是一个综合性多学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品 向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速的方向发展, 模具产品的技术含量不断提 高, 模具制造周期不断缩短, 模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向 发展, 模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际 化的方向发展。7 1.3 课题研究方法与计划 课题的主要内容是冲压模具的设计，所以我首先应该深入学习机械设计、机械 CAD/CAM、冷冲压技术等相关知识。冲压模具是模具类别中应用最广泛的一种，通过 模具对金属的直接加压使其产生塑性变形，从而金属材料分离，以此来获得一定尺寸 和性能的金属零件。模具的设计过程是和实际生产分不开的。我们应该充分研究设计 任务书，了解产品用途，并进行冲压件的工艺性及尺寸公差等级分析，对于一些冲压 件结构不合理或工艺性不好的，必须征询指导教师的意见后进行改进。在初步明确设 计要求的基础上，可按以下步骤进行冲压总体方案的论证。 1.3.1 主要任务与目标 图 1-1 为某电器元件拉钩。该零件的制造方法为冷冲压成型，本课题要求分析 封盖冲压件的成形工艺，设计模具，画出模具装配图及所有零部件的工程图，写出毕 业论文。 图 1-1 挂钩 1.3.2 主要内容与基本要求 （1）分析垫片的冲压成形工艺。 （2）模具设计。此零件厚度小，形状简单，要求设计的模具具有高精度和高成型 效率。 （3）打印图纸，写出毕业论文。 （4）要求学生熟悉冷冲模具设计工艺，具有较强的机械设计能力。设计图纸的正 确与否是评定本次设计水平的关键。 第二章 冲裁件的工艺性分析 2.1 冲裁件形状和尺寸 工件名称：挂钩 工件简图：如图 1-1 所示 生产批量：大批量 材料：Q235-A 钢 材料厚度：2mm 2.2 冲裁件悬臂的最小尺寸 冲裁件的突出悬臂的宽度不宜太小，以免凸模折断如图 2-1。 图 2-1 冲裁件悬臂 材料为 Q235 钢，所以悬臂的最小宽度 B=(1.01.2)t 图中 B=10mm，t=2mm 故悬臂的最小宽度符合要求。 2.3 自由凸模冲孔的最小尺寸 冲孔时，孔的尺寸不宜过小，以免凸模折断。凸模如图 2-2 所示 图 2-2 冲孔凸模 查表 2-3，根据所选材料，d1.3t, 图中 d=8mm，t=2mm，故自由凸模冲孔的最小 尺寸符合要求。 2.4 冲裁件的精度与粗糙度 冲裁件的精度选取为 IT14 级。 确定冲裁件外形与内孔尺寸公差 图 2-3 零件的分段 材料厚度为 2mm，对零件分段如图 4 所示，模具为普通冲裁模。查表 2-6，确定 冲裁件外形与内孔尺寸公差。 表 2-1 冲裁件的公差 冲裁件外形零件尺寸公差 a900.30 b100.18 c250.22 d900.30 e50.18 f6.320.18 g130.22 h160.22 i150.22 j150.22 k80.18 2.5 排样 2.5.1 排样方式 排样方式如图 2-4 所示 图 2-4 零件的排样 2.5.2 材料的利用率 采用材料冲压多个零件的材料利用率的计算100 nF0 LB % （2-1） 式中：材料利用率，%； 0 F单个冲裁件的实际面积， 2 mm； n该条料上所能冲制出的冲裁件个数； L条料的长度，mm； B条料的宽度，mm。 2 0 8-1815510101001015F=1269.04 2 mm n=37 , L=1200mm ， B=107mm 1071200 374.01269 36.57% 2.6 搭边 选取搭边值要综合考虑以下因素。 （1）材料的力学性能 硬材料的搭边值可取小一些。软材料、脆性材料的搭边 值要取大一些。 （2）制作的形状与尺寸 冲裁件的尺寸小或有尖凸的复杂形状，搭边值要取大 一些。 （3）材料厚度 材料越厚，所取的搭边值相应越大。 （4）送料方式与挡料方式 若为手工送料，在有侧压板导向的情况下，搭边值 可以适当取小一些。 确定冲裁材料的搭边值 根据表 2-16，材料厚度12mm，由于是手动送料，冲裁件为非圆形， 故取 a=2.5mm，b=2mm。如图 2-4 所示。 2.7 凸、凹模间隙 根据经验确定法，硬材料：t0.10.5mm，故取 2 K =0.08 3 K =0.050 则 PKQ 2 顶 =0.08282.1=22.568KN PKQ 3 卸 =0.050282.1=14.105KN 2.9.3 总冲裁力计算 由于本模具采用的是弹性卸料和上出件方式， 故冲裁力为： 总 P =P+ 卸 Q+ 顶 Q （2-9） 代入数值计算得 总 P =318.773KN 2.10 压力中心的确定 冲模的压力中心确定的原则： （1） 对称形状的单件冲裁，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。 （2） 工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 （3） 形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模的压 力中心。 解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴 的力矩。求出合力作用点的坐标位置 0 O ( 00, y x)，即为所求模具的压力中心。 因为冲裁力 P 与冲裁线段的长度 L 成正比，所以式中的各冲裁力 1 P ， 2 P， 3 P， n P，可以分别用各冲裁的周边长度 1 L， 2 L， 3 L ， n L 代替，即： n i i n i i n L xL LLL xxLxLxL x 1 1 i n321 n332211 0 L L （2-10） n i i n i ii n n L yL LLL yyLyLyL y 1 1 321 n332211 0 L L （2-11） 代入数据，计算得 0 x=51.47， 0 y=24.83 如图 2-5 所示，为压力中心。 图 2-5 压力中心 2.11 凸模设计 2.11.1 圆形凸模的结构形式 冲小孔的圆形凸模，直径 d=8mm，圆形凸模如图 2-6。 非圆形凸模如图 2-7。 图 2-6 冲孔凸模 图 2-7 零件凸模 2.11.2 凸模的固定方法 为保证凸模工作可靠和良好的稳定性，还要使凸模在更换或维修时拆装方便，所 以采用机械固定法，如图 2-8 所示。 1销；2螺钉；3垫板；4凸模；5凸模固定板 图 2-8 上模座 2.12 凹模设计 2.12.1 凹模刃口形式 图 2-9 凹模刃口形式 凹模设计如图 9 所示，直壁型刃口的特点是：（1）刃口强度较高，修磨后尺寸不 变；（2）凹模内积累废料或制作少，如果间隙小直壁部分磨损较快，加工简单； （3）用于冲裁形状复杂，精度要求高的中小型件。该结构便于装顶出装置。 2.12.2 凹模的外形尺寸 凹模外形如图 2-10 所示。 图 2-10 凹模外形 根据凹模厚度公式：H=Kb （2-12） 凹模壁厚为：C=(1.52)H （2-13） 式中，b=102mm，查表 2-39，K=0.20，代入式中，计算得 H=20.2mm；C=30.3mm。 对其进行圆整，取 H=22mm，C=35mm。 2.12.3 凹模的固定方式 凹模的固定方式如图 2-11 所示：直接用螺钉，销固定凹模，坚固可靠，应用广泛。 1螺钉；2销 图 2-11 下模座 2.13 卸料装置 模具采用弹性卸料装置，结构如图 2-12 所示： 图 2-12 卸料装置 采用弹性卸料装置，弹压卸料板兼有压料和卸料两大作用，它可在冲压开始时起压料作用，结 束后起卸料作用，其弹力由弹簧获得。 2.14 连接零件 2.14.1 模柄 模柄是将上模安装在压力机滑块上的一个重要零件，因此设计模具时应根据需要 去选择结构形式合适的模柄。 模具所选用的模柄如图 2-13 所示 图 2-13 模柄 模柄为压入式模柄，中小型冲裁模通常使用压入式结构，模柄采用过渡配合 H7/m6 或 H7/n6，将模柄压入上模座，加有骑缝销防止转动，这种模柄的优点是易于保 证与上模座的垂直度要求。 2.14.2 模座 模具的上下模座用来安装整个模具的全部零部件，构成模具的总体，并传递冲压 力。因此模座要有足够的强度和刚度，上下模座配以导向装置就称为模架。 上模座如图 2-14 所示 图 2-14 上模座 下模座如图 2-15 所示 图 2-15 下模座 模座采用铸钢 ZG270 材料。 第三章 冲压模具的总体设计 3.1 总装配图 经过以上设计，绘出如图 3-1 的总装配图。 图 3-1 总装配图 图中，1上模板，2弹簧，3销，4导柱，5螺钉，6垫板， 7固定板，8凸模，9螺栓，10卸料板，11凹模，12销，13下模板，14 顶件器，15顶杆，16螺母，17托板，18橡胶，19螺钉，20导柱，21导 套，22螺钉，23挡料板。 根据计算所得确定模架的尺寸规格，具体规格如表 3-1 所示 表 3-1 模架尺寸规格 模架尺寸规格 上模座 L/mm B/mm H/mm =26020730 下模座 L/mm B/mm H/mm =26020735 导 柱 d/mm L/mm =2837 导 套 d/mm L/mm D/mm =285535 垫板厚度取值 6.25mm 凸模固定板厚度取 18.75mm 凹模的厚度已定为 22mm 卸料板厚度取 15mm 3.2 冲压设备的选择 根据设计出的模具的总体结构，选取合适的冲压设备。由计算所得的冲裁力， 查表，选取开式双柱可倾压力机 JC23-35。压力机的具体规格见表 3-2。 表 3-2 冲压设备的规格 冲压设备的选择及规格 压力机的选用开式双柱可倾压力机 JC23-35 公称压力 350kN 滑块行程 80mm 最大闭合高度 280mm 连杆调节量 60mm 工作台尺寸 ( 前后 mm 左右 mm) 380610 垫板尺寸 ( 厚度 mm 孔径 mm) 60150 模柄孔尺寸 ( 直径 mm 深度 mm) 5070 最大倾斜角度 20 3.3 模具的工作过程 模具的工作过程为：板料先在冲孔的位置冲孔，然后孔套在定位销上，对零件进 行冲裁，采用弹性卸料装置进行卸料，然后由下顶出装置将落料顶出。 这样的模具能够对所加工的零件进行较为准确的定位，进而加工出所需的零件。 。 总结 此次设计的是挂钩冷冲压模具，对板料进行连续冲裁，首先先对零件冲孔，在对 板料进行定位后落料，这样来冲压出一个完整的零件来，再用顶出装置将成型的零件 顶出，完成整个加工过程 通过本次的毕业设计，使我对模具的设计过程有了清楚的了解，从模具的工艺分 析，到各个部分