焊片落料冲孔复合模毕业论文.doc

学士学位论文 论文题目:焊片落料冲孔复合模 院(部)名 称: 材料科学与工程学院 学 生 姓 名: 韦明堂 专 业: 材料成型及控制工程 学 号: 20083320 指导教师姓名: 李海玲（高工） 论文提交时间: 2012.4.13 论文答辩时间: 2012.4.28 学位授予时间: 北方民族大学教务处制 北方民族大学学士学位论文 1 摘 要 冲压是在室温下，利用安装在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，从而获得所需零件的加工方法。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，是一种材料成形工程技术。在冲压加工 中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特 殊工艺设备，称为 冲压模具（简称冲模） 。冲模在实现冲压加工中是必不可少的工艺装备，与冲压件是 “一模一样”的关系，若没有符合要求的冲模，就不可能生产出合格的冲压件;没有 先进的冲模，先进的冲压成形工艺就无法实现。在冲压零件的生产中合理的冲压成 形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是 必不可少的三要素。本设计主要介绍链条 连接件落料冲孔冲压倒装式复合模。本设计主要包括冲裁件的工艺性分析、冲裁件 冲压工艺方案和模具结构形式的确定、冲裁件的排样和利用率、冲压总力计算和模 具压力中心的确定、工作零件刃口尺寸计算、工作零件结构设计、其他零部件设计、 模具闭和高度的计算、冲压设备的选择、零件图和装配图的绘制和模具的试模和调 试等。另外，还附有毕业设计任务书、部分模具零件冲压工艺过程卡以及模具结构 工序卡、零件冲压工艺卡、装配图和零件图。 关键词：落料 冲孔 模具结构 北方民族大学学士学位论文 2 abstract the stamping is to put pressure on the material at room temperature, the use of press molds to produce a separation or plastic deformation processing methods to obtain the required parts. stamping cold deformation processing of materials at room temperature, and the main sheet to be processed into the required parts, also called cold stamping or sheet metal stamping. the stamping is one of the main methods of material pressure processing, plastic processing, is a material forming the engineering technology. stamping a special process equipment for the material (metal or non-metallic) processing into parts (or semi-finished products), known as stamping dies (referred to die). die process equipment is essential in achieving stamping is “identical“ relationship with stamping parts, if not meet the requirements of the dies, it is impossible to produce qualified stamping; die without a state-of-the-art, advanced stampingthe process can not be achieved. reasonable in the production of stamping parts stamping technology, advanced mold and efficient stamping equipment, the three elements is essential. this design introduces a chain connection blanking stamping flip composite modulus. this design includes the blanking process analysis, blanking stamping technology program and the mold structure of the form to determine the blanking nesting and utilization, the punching force calculation and the mold pressure center, the working parts of the cutting edgesize calculation, structural design of the working parts, the design of other components, mold closed, and a high degree of calculation, the choice of the stamping equipment, parts diagrams and assembly drawings drawn and the mold tryout and debug. in addition, attached to the graduation book design, part of the mold parts stamping process card and the mold structure processes card, parts stamping process card, key words: blanking, punching, mold structure 北方民族大学学士学位论文 3 目 录 摘 要 i abstract ii 目 录 iii 第一章 前言 1 第二章 冲压模具简介 3 第三章 工艺性分析及工艺方案确定 5 3.1 工艺性分析 .5 3.2 工艺方案确定 .6 第四章 冲裁工艺设计与计算 8 4.1 排样及利用率计算 .8 4.1.1 排样方式的确定 8 4.1.2 材料利用率 9 4.2 计算冲裁工序力 .9 4.3.压力机的选择 10 4.4 压力中心计算 .11 4.5 计算凸凹模刃口尺寸 13 第五章 模具主要零件结构设计 16 5.1 凸凹模零件的设计 16 5.2 确定模架的结构 .17 5.3 其他零部件结构 .17 第六章 结束语 .18 参考文献 19 北方民族大学学士学位论文 4 第一章 前言 模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业部门极其 重要的工艺装备。没有模具，就没有高质量的产品。模具不是一般的工艺装备，而 是技术密集型的产品，工业发达的国家把模具作为机械制造方面的高科技产品来对 待。他们认为：“模具是发展工业的一把钥匙” ；“模具是一个企业的心脏” ；“模 具是富裕社会的一种动力” 。 国际模协成员国对模具工业的投资年人均约 5000 美元，日本高达 15000 美元， 我国模具工业投资年人均约 500 元。 近年来模具发展的方向和现状，基本表现在如下几个方面： 1模具设计技术 (1) 工业发达国家在模具设计上已经大量使用计算机辅助设计(cad)软件进行 模具的结构设计，并普及了计算机绘图。据有关资料介绍，美国和日本 75%的模具 厂已使用了 cad 技术，香港 50%的模具厂也开始采用这项技术。 (2) 在注塑模具设计中，已开始普及应用计算机辅助工程分析(cae)软件，对 塑料的流动、填充、冷却情况及模具的浇口配置、浇道大小、冷却加热系统和模具 的刚度、强度等进行科学的分析和计算，从而保证注塑制品的质量与合理的生产节 拍。 (3) 国外的注塑模具中，多型腔、多层、大型精密模具已占 50%，不仅提高了 生产效率，而且节省了大量塑料原料。 2模具加工技术 (1) 国外已大量使用数控机床，应用计算机辅助加工(cam)软件和数控编程技 术对模具。特别是对具有复杂型腔(三维曲面)的模具进行加工，使模具的质量和附 加值大为提高，模具的加工周期减少 60%以上，成本降低 30%以上生产效率提高 60%以上。为了提高加工效率及满足各种复杂曲面加工的要求，国外已开发出四轴 和五轴的数控自动编程软件并且进入了实用阶段。 3模具标准化程度日益提高，模具标准模架及模具标准件的应用日益普及，已实现 商品化。 4模具结构更多地采用新技术，如注塑模具的热流道技术等。 5针对不同制品的要求，开发出适用于各种不同模具的专用模具钢，并实现商品化 北方民族大学学士学位论文 5 6根据模具生产的特点，模具企业向小而专的方向发展。如日本现有 11656 家模具 企业，其中 30 人以下的小厂有 11142 家，占总数的 95.6%,百人以上的仅有 65 家， 占总数的 0.54%;韩国有 1570 家模具企业，其中多于 50 人的企业仅占总数的 9%； 新加坡有 460 家模具企业，其中多于 50 人的企业仅占总数的 3%，香港有 6500 家模 具企业,其中多于 50 人的企业仅占总数的 0.46%。 行业特点： 1随着科学技术的发展,模具行业已由劳动密集型逐步转化为技术劳动密集型。 2尽管模具行业已应用了先进的数控设备、检验仪器和计算机辅助设计分析 制造软件，但仍然需要高技艺的人工劳动。所以，模具行业又是高技术和高技艺 紧密结合的一个行业。 3.为适应不同制品的需要，模具的种类繁多，从设计、制造工艺、装备以至原 材料都各不相同。所以企业生产的模具宜专而不宜全，规模宜小而不宜大。 4模具基本上是单件生产。即使是生产专业化的模具企业，在生产同一类模具 时，也会由于不同模具的精度要求、复杂程度、加工难度等的不同而需要变化设备 的配置和工程的安排。因此，模具企业还应在专业化的基础上实现生产的柔性化。 将来冲压模具制造技术展开趋向： (1)全面推行 cad/cam/cae 技术，模具 cad/cam/cae 技术是模具设计制造 的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及 cad/cam/cae 技术的条件已基本 成熟，各企业将加大 cad/cam 技术培训和技术效能的力度，进一步扩展 cae 技 术的使用范围。计算机和网络的展开正使 cad/cam/cae 技术跨地域、跨企业、跨 院所地在整个行业中推行成为可能，完成技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可 能。 (2)高速铣削加工，国外近年来展开的高速铣削加工，大幅度提高.了加工效 率，并可获得极高的表面光亮度。另外，还可加工高硬度模块，还具有产热少、热 变形小等优点。高速铣削加工技术的展开，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造 注入了新的活力。目前它已向更高的矫捷化、智能化、集成化方向展开。 (3)模具扫描及数字化零碎，高速扫描机和模具扫描零碎提供了从模型或实物扫 描到加工出希冀的模型所需的诸多功用，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些 疾速扫描零碎，可迅速安装在已有的数控铣床及加工中心上，完成疾速数据采集、 北方民族大学学士学位论文 6 自动生成各种不同数控零碎的加工顺序、不同格式的 cad 数据，用于模具制造业的 “逆向工程” 。模具扫描零碎已在汽车、摩托车、家电等行业成功使用，相信在“十 五”时期将发挥更大的作用。 (4)电火花铣削加工，电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一 种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的复杂的管状电极作 三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因而不再需求制造复杂的成型电极，这显然 是电火花成形加工范畴的巨大发展。国外已有运用这种技术的机床在模具加工中进 行应用。 (5)进步模具标准化程度，我国模具标准化程度正在不断进步，估量目前我国模 具标准件运用覆盖率已抵达 30%左右。国外发达国度为 80%左右。 (6)优质材料及先进表面处置技术，选用优质钢材和使用相应的表面处理技术来 进步模具的寿命提高就显得非常必要。模具热处理和表面处理是能否充分发挥模具 钢材料功能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理 应完善工艺先进的气相堆积(tin、tic 等)等离子喷涂等技术。 第二章 冲压模具简介 北方民族大学学士学位论文 7 冲压成型是指在压力机上通过模具对板料（金属或非金属）加压，使其分离或 发生塑性变形，从而得到一定形状、尺寸和性能要求的零件的加工方法。它属于塑 性加工方法之一，这种方法又称为冷冲压或板料冲压。冲压模具的设计是现代冷冲 压工艺的核心。 冲压模具的形式很多，一般可按以下几个主要的特征分类。 （1）根据工艺性质分类 冲裁模，沿封闭或敞开的轮廓线是材料生产分离模具。如落料模、冲孔模、 切断模、切口模、切边模、剖切模等。 弯曲模，使板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的 模具。 拉深模，是把毛坯或半成品工件按凹凸模的形状直接复制成形，而材料本身 仅生产局部塑性变形的模具，如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、 整形模等。 （2）根据工序组合程度分类 单工序模，在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。 复合模，只有一个工位，在压力机一次行程中，在同一工位上同时完成两道 或两道以上冲压工序的模具。 级进模（也称连续模） ，在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压 力机的一次形程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。 （3）根据材料的变形特点分类 有落叶模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、弯曲模、拉伸模、成形模、压 花膜、冷挤压模等。 冲裁模设计基础 冲裁模属于冲压模的一种。冲裁是指利用装在压力机上的模具使板料沿着一定 的轮廓形状产生分离的一种冲压工艺。它可以直接冲出所需形状零件，也可为其他 工序制备毛坯（如弯曲、拉伸等工序） 。主要有冲孔、落料、切边、切口等工序。冲 裁工艺分为普通冲裁和精密冲裁两大类。本毕业设计使用的是普通冲裁，所以只介 绍普通冲裁。 冲裁工序种类很多，最常用的是冲孔和落料。 北方民族大学学士学位论文 8 板料经过冲裁以后，分为冲落部分和带孔部分。从板料上冲下所需形状的零件 （毛坯）叫落料；在工件上冲出所需形状的孔叫冲孔（冲去部分为废料） 。冲制外形 属于落料；冲制内孔属于冲孔。 冲裁模的结构组成 根据零部件在模具中的作用，冲裁模具结构一般由以下 5 部分组成。 （1）工作零件，指实现冲裁变形，使板料分离，保证冲裁剪形状的零件。 （2）定位零件，指保证条料或毛坯在模具中的位置正确的零件。 （3）卸料及推件零件，指将冲裁后由于弹性回复而卡在凹模孔口内或紧固在凸 模上的工件或废料脱卸下来的零件。 （4）导向零件，指保证上模和下模正确位置和运动导向的零件。一般由导柱导 套组成。 （5）连接紧固类零件，指将凸、凹模紧固于上、下模座以及将上、下模座固定 在压力机上的零件。 冲裁模的典型结构有单工序冲裁模、连续冲裁模、复合模而复合冲裁模又可分 为正装式复合模、倒装式复合模本次毕业设计的题目是焊片落料冲孔复合模就 采用倒装式复合模。 北方民族大学学士学位论文 9 第三章 工艺性分析及工艺方案确定 3.1 工艺性分析 冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。一般来讲，在满足 工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的 冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。当然工艺性的好坏是相对的，它直接受 到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。以上要求是确定冲压件的结构， 形状，尺寸等对冲裁件工艺的实应性的主要因素。根据这一要求对该零件进行工艺 分析。 此工件有冲孔、落料两个工序。 材料为 q235 为普通碳素结构钢，具有良好的 冲压性能，适合冲裁。零件结构简单对称，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件中 部有一异形孔和圆孔，孔的最小尺寸为 2.4mm，满足冲裁最小孔径 1.0t=1.2mmmind 的要求。另外，经计算孔距零件外形的最小边距满足冲裁件最小孔边距 il 的要求。所以，该零件的结构满足冲裁要求。8.15t 零件上的尺寸均未标注尺寸偏差，为自由尺寸，可按 it10it14 级精度补标工 件尺寸公差。选定 it12 确定尺寸的公差。尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。 3.2 工艺方案确定 由零件图可知，该零件包含冲孔和落料两个工序。形状较为规则，尺寸较小， 精度要求 it14。抗剪强度 310-380mpa。 零件为一落料冲孔件，可提出的加工方案如下： 方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。 方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。 方案三：冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。 方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差， 在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸 精度易保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状 北方民族大学学士学位论文 10 较简单，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案 二比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正， 模具制造、装配较复合模略复杂。 所以，比较三个方案采用方案二生产。 图一 焊片零件图 复合模简介 复合冲裁模是指在压力机上的一次行程中，板料同时完成冲孔和落料等多个工 序的冲裁模。该类模具结构中有一个既为落料凸模又为冲孔凹模的凸凹模，按照凸 凹模位置的不同，复合模分为正装式和倒装式两种。 （1） 正装式复合模，凸凹模安装在上模部分时，称之为正装式复合模，冲裁 时，冲孔涂抹和凸凹模完成冲孔工序；落料凸模和凸凹完成落料工序。制件和冲孔 废料落在下模或条料上，需人工清理，操作不安全，故很少采用。 （2） 倒装式复合模，凸凹模安装在下模部分时，称之为倒装式复合模，冲裁 时，凸模和凸凹模完成冲孔工序；凹模和凸凹模完成落料工序。冲孔废料由凸凹模 孔直接落下，制件被凸凹模顶入落料凹模内，再由推件块推出 复合模的主要特点： 北方民族大学学士学位论文 11 由于工序是在一个工位上完成的，且条料和制件都在压紧状态下完成冲裁，因 此冲裁的制件平直，精度可达 it10-it11 级，形位误差小；该类模具结构紧凑，体 积较小，生产效率高，但结构复杂，模具零件的精度要求高，成本高，制造周期长。 凸凹模的内、外形之间的壁厚不能太薄，不否则其强度不够会造成胀裂而损坏；适 用于冲裁大批量、精度要求高的制件。一般情况下，一般料厚度不大于 3mm 为宜， 主要是保护凸凹模的强度。 北方民族大学学士学位论文 12 第四章 冲裁工艺设计与计算 4.1 排样及利用率计算 排样设计是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方式。合理的排料设计是提 高利用率、降低生产成本、保证工件质量及模具寿命的有效措施。 排样的原则：（1）提高材料的利用率 ；（2）改善操作性；（3）是模具的结构简 单、合理，使用寿命产长；（4）保证冲裁件质量。 排样图如下所示： 图二 排样图 4.1.1 排样方式的确定 查模具设计与制造第三十二页表 2-10，两工件之间按圆形件搭边值： 工件间 ，侧边 。ma8.01ma0.12 那么：条料的宽度： mlb 05.05.0 81.01b 条料的进距： ada3825.31 a 侧边值， m a1工件间搭边值， 北方民族大学学士学位论文 13 l冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸， m 条料与导板间的间隙，见模具设计与制造第三十二页表 2-110b 条料下料时的下偏差，见模具设计与制造 第三十二页表 2-12 4.1.2 材料利用率 冲裁单件材料利用率的计算： 16.2908.15.341010 abf f工件的实际面积（三维软件直接测量得） ， m 所用材料面积，0 2m a送料步距， b条料宽度， 4.2 计算冲裁工序力 冲裁工序力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力等，其中最主要的是冲裁力 的确定。 因为采用弹性鞋料装置和自然漏料方式，只计算冲裁力、推件力和卸料力。 （1） 冲裁力 冲裁力包括冲裁外形的落料力和冲裁两个内孔的落料力。 查模具设计与制造第十页表 1-3 得材料的抗拉强的 ，有公式mparm40 计算外形的落料力为 )(048.32.18561 kntrlfmc 而内孔的冲裁力 )(9792tc 0164215.3 klrfm (2) 查模具设计与制造第四十一页表 2-16，得 。有公式计算推件05.tk 北方民族大学学士学位论文 14 力得 )(67.2)019.4.08.3(5.1)(321 knfnkfcctctt （3）查模具设计与制造第四十一页表 2-16，得 。有公式计算卸料xk 力得 )(94.156.804.kncx （4）计算冲裁工序力 )(176.5394.672010.3321 knffxtcc 4.3.压力机的选择 选择压力机时，应根据冲裁工序力 f 来确定。一般所选压力机的标称压力 。由 f=51.27kn 得 。暂选 j23-10 压力机。其参数为：fp2.1knp524.61 公称压力：100kn 滑块行程：45mm 最大闭合高度：150 mm 滑块中心线到床身距离：130mm 工作台尺寸：240 mm370 mm 模柄孔尺寸：50 mm70 mm 北方民族大学学士学位论文 15 4.4 压力中心计算 如下图所示，因为工件图形上下对称，所以压力中心必在对称线上分三部计算 其中圆孔和矩形孔是规则形状，其压力中心就是其几何中心。而外形部分计算如下： 一大端圆心为坐标原点，以对称轴为 x 轴简历笛卡尔坐标系 ，将外形轮廓xoy 分成 7 段，确定隔断的长度和压力中心的值。列如下表： 北方民族大学学士学位论文 16 计算数据列表 压力中心坐标线段长度 xy 07.1l 542 6.3 4l 7.05 16 21.432 12.98 5.65 -0.961 5.65 12.98 0 2.25 2.37 0 -2.37 -2.25 计算冲裁外形轮廓的压力中心位置 （mm）16.705.467.3267.05147. 982198320 cx cy 三部分总作用的效果等效于三个部分的压力中心共同作用的效果，其数据列表如下： 计算其总体压力里中心位置： 压力中心坐标各部分 xy 68.85 19.79 12.53 7.16 0 18.75 0 0 0 北方民族大学学士学位论文 17 ， )(195.753.1279.85.6.801. mxc 0y 综上所述，冲裁该工件的压力中心的坐标为（7.195,0） 4.5 计算凸凹模刃口尺寸 冲裁时，冲裁件的尺寸精度是靠冲裁模具保证的，而主要是取决于凸、凹模刃 口尺寸，并且合理的冲裁间隙也是靠凸、凹来保证的。 （1）查模具设计与制造第三十五页表 2-13，确定冲裁间隙为 ， 。mz3.0inmz16.0ax （2）计算落料刃口尺寸。采用配制加工，刃口尺寸以凹模为基准，凸模尺寸按 相应凹模实际尺寸进行配置，保证双面间隙为 。m16.03. 图四 凸模刃口 查模具设计与制造第三十七页表 2-15，确定所有尺寸的磨损系数均为 。落料刃口尺寸均为 a 类尺寸，取 ，有公式得到：75.0x 4d 03.03.401max1 41)275.0()( 北方民族大学学士学位论文 18 045.045.402max2 871)7.1()( a 3.03.033 9258 对于原形尺寸简单化处理，都取与零件外形轮廓线相切，即尺寸相等。 （2）计算冲孔刃口尺寸，分成两种情况 对于冲左边的圆孔的刃口尺寸，采用配制加工，刃口尺寸以凸模为基 准，凹模尺寸按相应的的凹模实际尺寸进行配制，保证双面间隙为 。m16.03. 图五 凸模刃口 查表，得磨损系数 ， 尺寸为 b 类尺寸，取 ，有公式得75.0x15.0364d 038.038.4min 416)()( b 对于冲右边的矩形孔尺寸。仍采用配制加工，刃口尺寸以凸模为基 准，凹模尺寸按相应的凹模实际尺寸进行配制，保证双面间隙为 。m16. 查表，得磨损系数 ，两个方向的尺寸都为 b 类尺寸，取 ，有公75.0x 4d 式得 025.025.04min1 47)1.2()( b 03.03.04in2 8)7.9()( x 北方民族大学学士学位论文 19 图六 凸模刃口 北方民族大学学士学位论文 20 第 5章 模具主要零件结构设计 5.1 凸凹模零件的设计 1.凹模外形尺寸的确定。 凹模厚度 ha 的确定，有公式得到 ，取整 h=20mm。mfha 24.17.501.33 凹模壁厚 c 的确定，有公式得到 ，取整数 c=34mm。6).2(a 式中， 凹模厚度，mm；ah 冲裁力，n。f 凹模壁厚（指最小壁厚） ，mm。c 凹模宽度 b 的确定： mcb803421 凹模宽度 l 的确定： sll6 2.凸模外形尺寸的确定。 使用刚性鞋料装置，凸模长度为 。其中，凸模固定板的厚度ah21 ，推件块厚度 ，a 是自由尺寸，有三部分组成：闭合状态是固mh18mh20 定板与推件块之间的距离、凸模的修模量凸模进入凹模的距离 。取m0.15 a=17mm.则 l=18+15+17=50mm 3.凸凹模的外形尺寸的确定。 凸凹模是复合模的一个工作零件，其外形起凸模作用，内形起凸模的作用。设 北方民族大学学士学位论文 21 计师可分别参照凸、凹模外形尺寸进行设计。用于落料的部分其尺寸为 ,1r , 。2r3 凸凹模的高度 h 由两部分组成，分别为工作部分 ，和固定部分 。根据标1h2h 准模架的高度，先试取 ， 。mh251h182 5.2 确定模架的结构 标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸。模具采用滑