角片套冷冲压工艺及级进模设计

毕 业 设 计 论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 角片套冷冲压工艺及级进模设计 2、专题 二、课题来源及选题依据来源于无锡海诺有限公司，是电器产品上的一个零件。 模具是机械工程及其自动化专业的一个专业方向，选择模具方向的毕业设计题目完全符合本专业的要求，从应用性方面来说，模具又是生产效率极高的工具之一，能有效保证产品一致性和可更换性，具有很好的发展前途和应用前景。连续模在模具中技术含量高，制造、装配难度大，因此本课题研究连续模的冲压工艺、排样方案、模具结构分析等方面，同时要求学生要有良好的心理素质和仔细认真的作风，对学生也是一次很好的练习机会。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：综合应用各种所学的专业知识，在规定的时间内对产品进行冷冲压工艺分析，制订完整的冲压工艺方案，并完成整副模具设计、数据计算和图纸（所有图纸折合 A0 不少于 2.5 张）绘制，具体内容如下：1完成模具装配图：1 张（A0 或 A1）； 2零件图：主要是非标准件零件图（不少于 5 张）； 3冷冲压工艺卡片：1 张 ； 4设计说明书：1 份（15000 字以上，其中参考文献不少于 10 篇，外文不少于 5 篇）； 5翻译 8000 以上外文印刷字符，折合中文字数约 5000 字的有关技术资料或专业文献，内容要尽量结合课题。 四、接受任务学生：机械 95 班 姓名 刘强力 五、开始及完成日期：自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教 研 室 主 任学科组组长研究所所长签名系主任 签名2012 年 11 月 12 日摘 要本模具采用切废料方式进行冲压，模具结构采用切口、拉深、冲导正孔、导正再拉深、切废料、弯曲、切断的工序设计，排样采用单排横排排列。并采用正装方式设计模具结构，即凹模装在下模部分，同时为了正确控制送料步距采用单侧侧刃定距，在主要位置采用导正销导正精确定位。由于料较薄，冲压速度较快，卸料可采用弹性卸料结构，建议弹性材料采用弹簧。废料采用在凹模（下模）向下推出，最后产品也是在下模向下推出。带料采用自动左右有侧压的送料装置。同时为了正确控制送料步距采用侧刃定距。由于料不是很厚，冲压速度适中，故卸料采用弹性卸料结构，弹性材料采用矩形截面弹簧。废料和产品均采用向下推出。带料采用自右向左的自动送料装置。冲压工艺分析主要考虑产品的冲压成形工艺，最主要的是包括技术和经济两方面内容。在技术方面，根据产品图纸，主要分析零件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求；在经济方面，主要根据冲压件的生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。因此工艺分析，主要是讨论在不影响零件使用的前提下，以最简单最经济的方法冲压出来。关键词：角 片 套 ； 冲 压 工 艺 ； 排 样 ； 级 进 模AbstractThe die by cutting waste stamping, die structure incision, drawing, red pilot hole, drawing guide, cut waste, bending, the cut process design, arranged in a single row of horizontal nesting.And dress design the die structure, the die attached to the lower die part, in order to properly control the feeding step unilateral side of the blade fixed pitch, in the main location pilots to precise positioning.As the material is thin, stamping speed, the discharge may be used in the elastic unloading structure, it is recommended that the elastic material with spring. Waste using the die (down die) launched down the final product is lower die down soon.Strip automatic feeding device left and right side pressure. In order to properly control the feeding step away from the side of the blade fixed pitch. As the material is not very thick, stamping moderate speed, the discharge elastic unloading structure, elastic material with rectangular cross-section spring.The waste products are used down soon.Automatic feeding device with material from right to left.Stamping process analysis consider the stamping process, most notably including the technical and economic aspects.On the technical side, according to the product drawings, mainly analyzes the characteristics of the shape of parts, size, accuracy requirements and material properties and other factors meets the requirements of the stamping process;In economic terms, mainly based on the production volume of the stampings, analyze the cost of the product, and clarify the use of the stamping production can be achieved economic benefits.Process analysis, mainly to discuss stamping out does not affect the part of the premise, the simplest and most economical way.Key words: Angle piece sets; Atamping process; Nesting;Progressive die目 录摘 要 .IIIABSTRACT .IV目 录 .V1 绪 论 .11.1 课题研究的目的和意义 .11.2 课题国内外研究概况 .11.2.1 国外模具发展概况 .11.2.2 国内模具发展概况 .21.3 课题研究的主要内容 .32 冲压工艺设计 .42.1 冲压件简介 .42.2 冲压的工艺性分析 .52.3 冲压工艺方案的确定 .72.3.1 冲压模具类型 .72.3.2 冲压工艺分析和计算 .82.3.3 工序汇总 .143 角片套连续模设计 .153.1 模具结构 .153.2 确定其搭边值 .163.3 确定排样图 .163.3.1 送料步距与带料宽度 .163.3.2 排样方案 .183.4 材料利用率计算 .183.5 凸、凹模等刃口尺寸的确定 .193.5.1 侧刃、侧刃凹模刃口尺寸计算 .193.5.2 切口凸、凹模刃口尺寸计算 .203.5.3 第 1 次拉深凸、凹模工作部分尺寸及其公差 .213.5.4 第 2 次拉深凸、凹模工作部分尺寸及其公差 .223.5.5 第 3 次拉深凸、凹模工作部分尺寸及其公差 .223.5.6 拉深整形凸、凹模工作部分尺寸及其公差 .233.5.7 导正孔凸、凹模刃口尺寸及其公差 .233.5.8 冲圆孔凸、凹模刃口尺寸及其公差 .243.5.9 切废料凸、凹模刃口尺寸及其公差 .253.5.10 切断凸、凹模刃口尺寸及其公差 .263.5.11 弯曲凸、凹模工作部分尺寸计算 .273.6 冲压力计算 .293.6.1 侧刃冲压力 .293.6.2 冲切口部分冲压力 .293.6.3 拉深部分冲压力 .303.6.4 冲导正孔冲压力 .313.6.5 整形部分冲压力 .323.6.6 冲圆孔冲压力 .323.6.7 切废料部分冲压力 .323.6.8 切断部分冲压力 .333.6.9 弯曲部分冲压力 .333.6.10 总冲压力 .343.7 压力机选用 .343.8 压力中心计算 .353.9 模具主要零部件的结构设计 .353.9.1 凹模结构及设计 .353.9.2 卸料板设计 .373.9.3 凸模固定板设计 .383.9.4 凸模垫板设计 .393.9.5 切口凸模的结构设计 .393.9.6 第 1 次拉深凸模设计 .403.9.7 第 2 次拉深凸模设计 .403.9.8 第 3 次拉深凸模设计 .413.9.9 整形凸模设计 .423.9.10 侧刃设计 .423.9.11 侧刃挡块设计 .433.9.12 导正冲孔凸模设计 .443.9.13 切废料凸模的结构设计 .443.9.14 切断弯曲凸模的结构设计 .453.9.15 导正钉设计 .463.10 标准件确定 .463.10.1 模架确定 .463.10.2 上模螺钉确定 .473.10.3 上模销确定 .473.10.4 下模螺钉确定 .483.10.5 下模销确定 .483.10.6 卸料螺钉确定 .483.10.7 卸料弹簧设计 .483.10.8 拉深顶件弹簧设计 .483.10.9 抬料销确定 .493.10.10 抬料销弹簧设计 .493.10.11 凸模固定螺钉确定 .493.10.12 挡块固定螺钉确定 .493.10.13 挡块销确定 .493.11 模具闭合高度、校验压力机 .494 结论与展望 .51致 谢 .52参考文献 .531 绪 论1.1 课题研究的目的和意义1针对题目得到机械原理、机械设计、模具设计、CAD 等课程的综合训练。针对题目使自己在冲压模具工艺分析、模具总体结构方案论证与设计，模具零件结构设计与计算、编写技术文件、查阅文献和三维设计软件应用能力方面受到一次综合训练。培养学自己独立调查研究、科技检索、方案论证、规范化科技写作等方面的能力。意义：模具在汽车、飞机、工程机械、动力机械、冶金、机床、轻工、日用五金等制造业中起着极为重要的作用。采用模具生产毛坯或成品零件，是材料成型的一种重要方法，与切削加工相比，具有材料利用率高、能耗低、产品性能好、生产效率高和成本低等显著特点。2课题中的工件为形状较为简单的壳形件，有落料、弯曲、拉深等成型工艺，做起来有一定的难度。但可以较全面的综合运用和巩固冲压模具设计与制造等课程的基础知识和专业知识，培养从事冲压模具设计与制造的初步能力。通过该设计可以培养我分析问题和解决问题的能力，了解和熟悉冲压模具设计与制造的一般步骤，更深入的认识冲压模具零件的设计和加工过程，达到“知己知彼”的效果。通过该设计可以培养我在模具设计过程中认真负责、踏实细致的工作作风和严谨的科学态度，强化质量意识和时间观念，养成良好的职业习惯。设计过程中还将用到 CAD 制图软件来完成模具图形的绘制，无形中又让自己对 CAD 有更深入了解和掌握。本课题涉及的知识面广，综合性较强，在巩固大学所学知识的同时，对于提高设计者的创新能力、协调能力，开阔设计思路等方面为作者提供了一个良好的平台1.2 课题国内外研究概况1.2.1 国外模具发展概况1高新技术在模具企业中得到广泛应用广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术，超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段，3D 设计已达到了 7080%。PRO/E、UG、CIMATRON 等软件普遍应用。数控机床的普遍应用，保证了模具零件的加工精度和质量。CAE 技术已逐渐成熟（意大利 COMAU 公司应用 CAE技术后，试模时间减少了 50%以上） 。普遍采用高速切削加工技术普遍采用高速切削加工技术普遍采用高速切削加工技术普遍采用高速切削加工技术。特征：以高切削速度、高进给速度、高加工质量。加工效率：比传统的切削工艺要高几倍，甚至十几倍。转速：1500030000r/min。效益：大大缩短制模时间。普遍应用快速成型技术与快速制模技术。塑料模具：有专门提供原型制造服务的机构和公司塑料模具厂家利用快速原型浇制硅胶模具，用于少量翻制塑料件。汽车模具：多为锌基合金快速制模和使用环氧树脂制作金属成型模。2国外，特别是欧美和日韩等发达地区的模具工业起步较早，拥有比较先进的生产管理技术及经验，值得我们国内模具行业学习和借鉴。在欧美，许多模具企业将高新技术应用于模具的设计和制造，主要体现在充分发挥了信息技术带动和提升模具工业的优越性；高速切削、五轴高速加工技术基本普及，大大缩减制模周期，提高企业的市场竞争力；快速成形技术和快速制模技术得到普遍应用；从事模具行业的人员精简，一专多能，一人多职，精益生产；模具产品专业化，市场定位准确；采用先进的管理信息系统，实现集成化管理；工艺管理先进、标准化程度高。日本模具加工的未来发展方向主要表现为无人手修模、无放电加工、加工时间缩短、五轴加工等方面。1.2.2 国内模具发展概况1我国正处于从模具制造大国向模具制造强国转变的进程中未来 1015 年是模具行业发展的极为重要的时期。信息化是模具企业发展的助推器充分利用信息化技术是实现模具产业提升的关键环节因此信息化建设是当前我们面临的一个重要任务。 “以信息化带动工业化以工业化促进信息化走新型工业化道路”是促进我国模具行业结构转型升级和跨越发展的有效途径。2模具企业技术系统的信息化模具企业信息化的应用包括两个主要方面即技术系统的信息化和管理系统的信息化。技术系统的信息化主要是模具 CAD/CAE/CAM 技术的应用实现模具设计制造过程的信息化或数字化。在过去很长一段时间内大多数的 CAD/CAM系统都是面向机械行业的通用型系统。对于模具企业而言这些系统的专业性不够强设计制造的效率还不够高,针对模具行业的这一需求国际软件厂商纷纷针对各类模具的特点推出了功能完善、操作方便的专用 CAD/CAM 系统。3随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近年来许多模具企业因此加大了用于技术进步的投资力度，一些国内模具企业已普及了二维 CAD，并陆续开始使用 UG、Pro/Engineer、 I-DEAS 等国际通用软件，并成功应用于多工位级进模的设计中。个别厂家还引进了 Moldflow 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。目前，以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发，在模具 CAD/CAE/CAM 技术方面取得了显著进步。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析 KMAS 软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模 CAD/CAE/CAM 软件，上海交通大学模具 CAD 国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模 CAD 软件等。而多工位级进模技术的发展应该为适应模具产品“交货期短” 、 “精度高”、 “质量好” 、 “价格低”的要求服务。4我国模具技术的发展进步主要表现在1)研究开发了模具新钢种及硬质合金、钢结硬质合金等新材料，并采用了一些新的热处理工艺，延长了模具的使用寿命。比如冲模广泛使用合金工具钢代替碳素工具钢，提高模具寿命，减少模具热处理变形。2)开发了多工位级进模和硬质合金模等新产品，并根据国内生产需要研制了精密塑料注射模。3)研究开发了一些模具加工新技术和新工艺。如三维曲面数控加工；模具表面抛光、表面皮纹加工及皮纹辊制造技术；模具钢的超塑性成型技术和各种快速成型技术等。4)模具加工设备已得到较大发展，已广泛使用精密坐标磨床、数控(CNC)铣床、CNC电火花线切割机床和高精度电火花成型机床等。模具零件的精度由数控机床保证，解决了以前传统切削加工生产模具零件，靠钳工技艺保证质量，质量难保证的问题。5)模具计算机辅助设计和制造(模具 CAD/CAM/CAE)已在国内得到了广泛的开发应用。三维造型软件和仿真软件的广泛应用，不仅能自动编程，还能进行干涉检查，保证设计和工艺的合理性。5中国模具工业存在的问题精密加工设备还很少大型、精密、复杂和长寿命模具的产需矛盾十分突出许多先进的技术如 CADCAECAM 技术的普及率还不高。1984 年成立了中国模具工业协会，987 年模具首次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。随着中国改革开放的日益深入，市场经济进程的加快，模具及其标准件、配套件作为产品，制造生产的企业大量出现，模具产业得到快速发展。在市场竞争中，企业的模具生产技术提高很快，规模不断发展，提高很快。20 世纪 90 年代以来，中国在汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD CAM 技术。国家科委 863 计划将东风汽车公司作为 CIMS 应用示范点，由华中理工大学作为技术依托单位，开发了汽车车身与覆盖件模具 CADCAM 软件系统，在模具和设计制造中得到了实际应用，取得显著效益。现在，吉林大学和湖南大学也成功地开发出了汽车覆盖件模具的 CADCAE 系统，并达到了较高水平，在生产中得到应用，收到了良好的效果。1.3 课题研究的主要内容1制件工艺分析和工艺方案制定a）冲裁件的工艺分析：本次毕业设计的零件对冲裁工艺有良好的适应性，故采用冲裁工艺。b）工艺方案制定：根据毕业设计任务书的要求，本次冲裁工艺方案采用落料冲孔复合模。2必要的工艺计算对冲裁件的尺寸大小，精度要求进行相关计算。3模具结构分析与设计；模具的结构分析与设计包括工作部分，模架，冲模的辅助装置与辅助机构，横向冲压机构。4模具主要零件设计及有关尺寸计算；模具主要零件设计计算包括工作零件，定位零件，压料、卸料及出件零件，导向零件，固定零件，紧固及其他零件。2 冲压工艺设计2.1 冲压件简介形状和尺寸如下图所示。材料为 H62M，板材厚度 0.8mm。零件图如下：图 2.1 零件图从图中可见，主要是拉深、弯曲和冲裁。表 2-1 冲裁和拉深件未注公差尺寸的偏差 1尺寸的类型基本尺寸包容表面 被包容表面 暴露表面及中心距3 +0.25 -0.2536 +0.30 -0.30 0.15610 +0.36 -0.361018 +0.43 -0.43 0.2151830 +0.52 -0.523050 +0.62 -0.62 0.315080 +0.74 -0.7480120 +0.87 -0.87 0.435120180 +1.00 -1.00180250 +1.15 -1.15 0.575250315 +1.30 -1.30315400 +1.40 -1.40 0.70400500 +1.55 -1.55500630 +1.75 -1.75 0.875630800 +2.00 -2.008001000 +2.30 -2.30 1.1510001250 +2.60 -2.60 1.15从零件图中可知全部是未注公差尺寸，分别为：11，R1，2 个R2， 9，4， 6，4，2，9，18，15，3，R3.5，查表 2-1 冲裁和拉深件未注公差尺寸的偏差（即参考文献1， P217 页，表 8-18 冲裁和拉深件未注公差尺寸的偏差），得各尺寸的偏差分别为：0.215，0.15，0.15，-0.36，-0.30，0.15，+0.30，0.15，-0.36，-0.43 ， -0.43，+0.25，0.15。因此带偏差的各尺寸为： ， ，215.0.0R， ， ， ， ， ， ， ， ， ，15.02R0 .36-9 .0-415.30. 4.1520 .36-9 .43-8 .43-25 。3图 2.2 带偏差的产品图2.2 冲压的工艺性分析冲压工艺分析主要考虑产品的冲压成形工艺，最主要的是包括技术和经济两方面内容。在技术方面，根据产品图纸，主要分析零件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求；在经济方面，主要根据冲压件的生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。因此工艺分析，主要是讨论在不影响零件使用的前提下，能否以最简单最经济的方法冲压出来。（1）影响冲压件工艺性的因素很多，从技术和经济方面考虑，主要因素：材料为铜 H62M，是常见的冲压材料。工件主要是弯曲、拉深和冲孔等。工件展开后外形为平复杂的多边形，适宜冲裁工件。工件没有悬壁。工件存在孔与边缘之间的距离。查文献2，P1-45 ，表 3-22 孔与孔之间、孔与边缘之间距离的许可值得，孔与边缘之间的距离 C1.2t=0.96mm，图中孔与边缘之间的最小距离为 3mm，0.96mm3mm，故可以冲孔。工件有冲孔，查文献2，P1-45，表 3-20 用自由凸模冲孔的最小尺寸，因400MPa，冲孔的最小尺寸 d0.9t=0.72mm，本产品最小孔为3mm，3mm0.72mm，故可以冲裁。工件尺寸要求不是很高，尺寸未注公差按 IT14 级处理。生产批量，一般来说，大批量生产时，可选用连续和高效冲压设备，以提高生产效率；中小批量生产时，常采用简单模或复合模，以降低模具制造费用。综上所述，此工件适宜冲裁。（2）本冲压件工艺分析如下：1图形分析形状较复杂，展开后相对不是很复杂，主要是落料、冲孔、弯曲。2尺寸分析尺寸公差要求一般，未注公差尺寸均取 IT14 级。3材料 H62M，是常见的冲裁材料。零件用的是厚 0.8mm 的黄铜 H62M。力学性能：抗拉强度 b (MPa)：380（查表 2-1 即查参考文献3 ，P411 页，表 7-1）抗剪强度 (MPa)：300伸长率 10 ()：20屈服点 s (MPa)：200表 2.1 黑色金属的力学性能 2材料名称 牌号 材料状态 抗剪强度/（Mpa） 抗拉强度b/(Mpa）伸长率10/(%）屈服强度s/(Mpa）Q195 260320 320400 2833 200Q235 310380 440470 2125 240普通碳素钢Q275未退火400500 580620 1519 28008F 220310 280390 32 18008 260360 330450 32 20010 260340 300440 29 21020 280400 360510 25 25045 440560 550700 16 360优质碳素结构钢65Mn已退火600 750 12 4001Cr13 已退火 320380 400470 21 不锈钢1Cr18Ni9Ti 热处理退软 43055