圆桶件冲压工艺及模具设计_毕业设计论文.doc

设计（论文）专用纸 圆桶冲压工艺及模具设计圆桶冲压工艺及模具设计 学校：昆明理工大学学校：昆明理工大学 班级：班级： 机械工程及自动化机械工程及自动化 姓名：姓名： 指导老师单位：指导老师单位： 指导教师：指导教师： 指导教师职称：指导教师职称： 设计（论文）专用纸 air conditioner cover stamping process and die design institute : kunming university of science and technology class : mechanical engineering and manufacturing and automation name: the department of tutor : tutor name : the title of tutor : 设计（论文）专用纸 目录目录 摘要摘要1 1 abstractabstract2 2 前言前言3 3 第第 1 1 章章 绪论绪论4 4 1.1 冲压概述.4 1.2 冲压的基本工序及模具 6 1.3 冲压技术的现状及发展方向 7 1.4 我国模具行业前景 .10 第第 2 2 章章 零件的工艺性分析零件的工艺性分析1414 2.1 零件的工艺性分析 .15 2.2 确定工艺方案 .17 2.21 毛坯尺寸的计算 .17 2.22 确定拉深次数 .17 2.23 凸凹模工作部分的尺寸 .17 2.24 确定各次拉深直径和计算拉深高度 .18 2.25 画出工序简图 .19 2.26 确定排样方式和计算树料利用率 .19 设计（论文）专用纸 2.27 工艺方案的确定 .23 第第 3 3 章章 冲压模具总体结构设计冲压模具总体结构设计2424 3.1 模具类型 .24 3.2 操作与定位方式 .24 3.3 卸料与出件方式 .24 3.4 模架类型及精度 .24 3.5 导向装置的选择 .25 第第 4 4 章章 冲压设备的选用冲压设备的选用2626 4.1 落料力的计算 .26 4.2 卸料力的计算 .26 4.3 压边力的计算 .26 4.4 拉深力的计算 .27 4.5 总冲压力的计算 .27 4.6 压力中心的计算 .27 4.7 压力机的选择 .27 第第 5 5 章章 模具主要零部件的结构和设计模具主要零部件的结构和设计2929 5.1 工作零件 .29 5.11 落料凹模 .29 5.12 拉深凸模 .31 设计（论文）专用纸 5.13 凸凹模 .33 5.2 定位零件 .34 5.21 固定挡料销 .34 5.22 导料板 .35 5.3 卸料、压料和推料零件 .36 5.31 刚性固定卸料板 .36 5.32 压边圈 .38 5.33 推件板 .39 5.34 推杆 .39 5.4 固定零件及其他标准零件 .40 5.41 上下模座 .41 5.42 凸凹模固定板和垫板 .42 5.43 模柄 .44 5.44 导柱导套 .44 5.45 螺钉和销钉 .45 5.5 弹顶装置 .46 第第 6 6 章章 确定模具的闭合高度确定模具的闭合高度4848 第第 7 7 章章 模具的总装配图模具的总装配图4949 7.1 模具的工作过程 .49 设计（论文）专用纸 7.2 模具的总装配图 .50 结论结论5151 总结体会总结体会5252 谢辞谢辞5353 参考文献参考文献5454 附录附录5555 设计（论文）专用纸 第 0 页 摘要摘要 此次设计说明书的主要内容主要有以下方面：模具方面的相关知识及其模具 状况以及零件的冲压性分析，主要包括零件的冲压性定义、分析方法、零件的冲 压工艺性分析等。另外还介绍了冲压工艺方案设计及最佳工艺规程设计，包括圆 桶的各冲压工序的性质、冲压顺序、工序组合方式以及最佳工艺方案的确定。此 外是模具总体方案的选择与确定模具种类的选择，有模具具体结构的选择、复合 模的选择。最后是冲压模具设计，主要讲解模具结构形式的确定以及模具工作零 件设计计算。 关键词关键词：冲压冲压 ； 工艺工艺 ； 复合模复合模 设计（论文）专用纸 第 1 页 abstractabstract the main elements of the design specification has the following main aspects: knowledge of die area and parts of the stamping die situation analysis, including definitions and parts stamping parts stamping process analysis methods of analysis. also introduced the stamping process design and the best process planning, including identification of the stamping process air conditioner cover to determine the nature and stamping the order process combinations and determine the best process plan. in addition, the overall program is the choice of mold and determine the choice of mold types have the choice of mold concrete structure, composite model choice. finally, stamping die design, the main structure to explain the determination of mold and die design and calculation of working parts. key word: ramming ；craft ；superposable 设计（论文）专用纸 第 2 页 前言前言 该设计主要内容是是圆桶，设计中考虑到 08f-zf 材料在拉深时要考虑的内容 及无凸缘圆筒型零件的拉深的前提下设计出合适的模具。通过对这三套模具的设 计，把所学的专业知识和在工厂实习的实际经验结合起来，进行了一次全面的理 论与实践的融合。 三套模具均分别落料拉深复合模、二次拉深单工序模和三次拉深单工序模。 复合模是指在压力机的一次行程内在模具的一个工位上完成两道以上冲压工序的 模具，是一种多工序冲压模。常见的复合模有落料和冲孔复合模，落料和首次拉 深复合模。与单工序模相比，主要优点是：生产效率高； 冲压件精度高。 其的缺点是：模具结构复杂，不易制造。适用于生产精度要求较高的软材料或薄 板料冲压件。 通过该次设计，首先进一步培养了独立工作和综合分析问题的能力，提高了 解决冷冲压模具设计与制造以及冷冲压生产过程中遇到问题的能力，同时进一步 巩固和加强了在学校四年来学到的专业和相关的知识，为今后在学习和实际工作 中解决问题打下良好的基础。在整个设计中我懂得了许多东西，树立了对自己工 作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高 了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。 设计（论文）专用纸 第 3 页 第第 1 1 章章 绪论绪论 本论文应用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次冷冲压模具设计 工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设 计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法与步骤，掌握冷冲压模具设计 的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模 具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关 的扩充都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。采用落料拉深复合模， 能较好的实现落料及落料件的修边，模具设计制造简便宜行。落料拉深效果好， 能极大地提高生产效率，但落料拉深凹模设计较为重要，设计中应充分考虑其落 料拉深模口形状，否则易影响落料拉深件的形状。本设计共分 6 章，分别论述了 产品工艺分析，冲压方案的确定，工艺计算，模板及零件设计，模具组立等问题。 1.11.1 冲压概述冲压概述 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性，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技术。 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、冲压设备与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他发放相比，冲压加工无论在技术发面还是经济 设计（论文）专用纸 第 4 页 方面都有许多独特的优点。主要表现如下。 （1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化和自动化。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上千次以上，而且每次冲压行程就可 能得到一个冲件。 （2）冲压是由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，切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，加上冲压是材料的冷变形硬化效应，冲压的强度与刚度 均较高。 （4）冲压一般没有废料生成，材料的消耗较少，且不需其他加热设备，因而是 一种省料、节能的冲压方式，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 模具才能加工成型，切模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集型产品。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 部分越来越多的采用冲压发加工产品零部件，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、刚度好的冲压件所替代。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。 近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新 换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量 设计（论文）专用纸 第 5 页 生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工 位压力机、激光切割和成形机、cnc 万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近 几年来国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（fmc）和冲压 柔性制造系统(fms)代表的冲压生产新的发展趋势。fms 系统以数控冲压设备为主 体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完 全由计算机控制，车间实现 24 小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求， 可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更新新产品方便迅速，冲压件 精度也高。 1.21.2 冲压的基本工序及模具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，因为生产中采用的冲压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 的方式，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方 法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。 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用单一工序的一种组合方式。 级进冲压在压力机上的额一次工作行程中，按照一定的顺序在同一 模具的不同工位上完成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的两种方式的组合工序。 设计（论文）专用纸 第 6 页 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 成型模等。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。 1.31.3 冲压技术的现状及发展方向冲压技术的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新 设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和 发展方向如下： （1）冲压成形理论与冲压工艺方面 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研 究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律 研究及坯料与模具之间的相互作用等方面都取得了较大的进展。特别是随着计算 机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性 成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（fem）等有值分析模拟金属的塑性 成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出 现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化 设计。这样既节省的昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。 研究推广能提高生产率及产品质量、较低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种 冲压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压 工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经 济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压 加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达 25mm，精度可达 it1617 级，用液 设计（论文）专用纸 第 7 页 体、橡胶、聚氨酯等做柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出普通加工方法 难以加工出的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下巨头明显的经济效果。 采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在形状复杂、批量小，强度高和精 度要求高的板料零件，具有很重要的实用意义。利用金属材料的超塑性进行超塑 成形，可以利用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和 大型板料零件具有突出的优越性，无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代 替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际 领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路 径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残 余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以 cad/cam/cae 技术为主要手段， 能快速经济的实现三维曲面的自动化成形。 （2）冲模是实现冲压生产的基本条件，在冲模的设计制造上，目前正朝着以下 两方面发展：一方面，为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需 要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，于此相比适 应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机 床和检验设备以及模具 cad/cam 也在迅速发展。另一方面：为了适应产品更新换 代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢 带冲模、组合冲模等等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。 精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表的现 代冲模的技术水平。目前，50 个工位以上的级进模进距进度可达 2 微米，多功能 级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设 计制造出达到国际水平的精度达 25 微米，进距精度 23 微米，总寿命达 1 亿次。 我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段 方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模 具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造精度、质量、制造周期和成本方面 与国外相比还存在一定差距。 设计（论文）专用纸 第 8 页 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动 化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制 造技术。其中高速铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量 等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好 的加工精度和表面质量（主轴转数一般为 1500040000r/min） 。加工精度一般可 达 10 微米，最好的表面粗糙度 ra1 微米，而且与传统切削加工相比具有温升 低（工件只升高 3 摄氏度） 、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件， 合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60hrc）加工。电火花铣削加工（又 称电火花创成加工）是以告诉旋转的简单管状电极作三维或二位轮廓加工（像数 控铣一样）,因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的 edscan8e 电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、cad/cam 集成系 统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平。 慢走丝切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化水平已达到无人 看管运行的程度，目前切割速度已达到 300mm2/min,加工精度可达1.5 微米，表 面粗糙度达 ra=0.10.2 微米，精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控 光学曲面磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进技术和设备。模具加工 过程中的检测技术也取得了很大的发展，现在三坐标测量机除了能高精度的测量 复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的防尘 措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术 （rpm）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用 rpm 技 术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧图喷、消失模、融模等技术可快速 制造各种成形模。如清华大学开发研制的“m-rpms-ii 型多功能快速原型制造系 统”是我国自主知识产权的世界唯一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造 ssm 和熔融挤压成形 mem）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造， 具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以 cad/cam 加工的主模型为基础， 采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂模应用在国产轿车试制和小批量 设计（论文）专用纸 第 9 页 生产开辟了新的途径。 （3）冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿 命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高 速生产的需要目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功 能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得 到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数 控四边弯折机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲， 从而大幅度提高精度和生产率，在高速自动压力机上冲压电机定转字冲片时，一 分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十 倍，材料利用率高达 97%，公称压力为 250kn 的高速压力机的滑块行程次数已达 2000 次/min 以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的 2000kn“冲压中心” 采用 cnc 控制，只需 5min 时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作， 美国惠特尼公司生产的 cnc 金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的 数量为普通冲压机的 410 倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作 业。 1.1.4 4 我国模具行业前景我国模具行业前景 出过国的人都会有一种体会，就是国外的产品比较精美，特别是日本、德国 的产品，大到机械、小到文具，都给人一种精美绝伦的感觉，好像是一件件做工 精湛的工艺品，这就是模具的功劳。我们要想成为世界制造业大国，没有先进的 模具工业是不行的。在这方面我们还有很长的路要走，还有很多东西要学。首要 的一条是要重视模具行业的发展，不但要有先进的技术，更要重视模具行业的商 品化，让模具行业从企业中走出来，成为一个具有市场竞争力的新兴行业。 模具，是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和 通讯等产品中，60%-80%的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定着产品 设计（论文）专用纸 第 10 页 质量的高低，因此，模具被称之为“百业之母”。模具又是“效益放大器”，用 模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产 的工艺水平及科技含量的高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要 标志，它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定着一 个国家制造业的国际竞争力。 改革开放以来，我国模具工业发展迅猛。1996 至 2001 年间，我国模具工业 的产值年平均增长 14%左右。目前，全国共有模具生产厂点 1.7 万个，从业人员 50 多万人。2001 年全国模具工业总产值达 300 亿元人民币，我国模具年产值已 位居世界第四。 我国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步。大型、精密、复杂、 高效和长寿命模具上了一个新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表，已 能生产部分新型轿车的覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖 面，已从电机、电器铁芯片模具，扩展到接插件、电子枪零件、空调器散热片等 家电零件模具。在大型塑料模具方面，已能生产 48 英寸电视的塑壳模具、6.5kg 大容量洗衣机全套塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料 模具方面，已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在 大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿 轮箱压铸模。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异 型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。但是，我国模具工 业无论是在数量还是质量上，与工业发达国家存在着很大的差距，满足不了工业 发展的需要，目前国内市场的满足率仅在 70%左右。 我国大部分模具是企业自产自用，真正作为商品流通的模具仅占 1/3。所产 模具基本上以中低档为主，一些大型、精密、复杂和长寿命的高档模具，在技术 上无法与发达国家相比，生产能力也远远不能满足国民经济发展的需要。近五年 来，我国平均每年进口模具 8.14 亿美元，2001 年进口模具 11.12 亿美元(出口模 具仅 1.88 亿美元)，这还不包括随进口设备和生产线作为附件带来的模具。根据 设计（论文）专用纸 第 11 页 海关统计，近几年进出口相抵，我国已成为世界最大的模具进口国。 我国模具产品的结构很不合理。我国模具产品结构中冲压模具约占 50%，塑 料模具约占 34%，压铸模具约占 6%，其它各类模具约占 10%；发达国家对发展塑 料模普遍比较重视，塑料模所占比例一般在 40%左右；大型、精密、长寿命模具 所占比例为 50%以上，而我国仅为 25%左右；我国主要模具生产能力集中在各主 机厂的模具分厂(或车间)内，所产模具商品化率很低，模具自产自销比例高达 60%- 70%，而国外 70%以上是商品模具；即使是专业模具厂，我国也大多数是“大而全” “小而全”，国外则大多是“小而专”“小而精”，生产效率和经济效益俱佳。 国内外模具的质量水平不可同日而语，开发能力和经济效益仍有差距。发达 国家一个模具职工平均创造产值 15 万-20 万美元，我国只有 4 万-5 万元人民币。 国外企业大都有一定利润，而我国模具企业大多是微利甚至亏损。据统计，2001 年我国大陆制造工业对模具的市场需求量约为 400 亿元，今后几年仍将以每年 10%以 上的速度增长。大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长还将远远超过每年 10%的 增幅。 汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。预计到 2005 年汽车年产量将达 320 万辆，保有量将达到 3000 万辆。这将需要各种塑料制件 36 万吨，而目前的生产能力仅为 20 多万吨，发展空间十分广阔。家用电器，如 彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场也很大。目前，我国彩电年产量已 超过 3200 万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了 1000 万台。“十五” 期间家电市场预计年增辐将超过 10%，家电行业的发展对模具的需求量将会很大。 其他发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中 国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。 另外，从国际市场来看，目前世界模具市场仍然是供不应求。近几年，世界 模具市场总量一直保持在 600 亿-650 亿美元之间。美、日、法、瑞等国每年出口 模具约占其本国模具总产值的 1/3，我国模具的出口量还不到总产值的 5%，我国 模具出口可以发展的空间非常广阔。根据国内和国际模具市场的发展状况，有关 设计（论文）专用纸 第 12 页 专家预测，未来我国的模具经过行业结构调整后，将呈现十大发展趋势：一是模 具日趋大型化；二是模具的精度将越来越高；三是多功能复合模具将进一步发展； 四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高；五是气辅模具及适应高压注射 成型等工艺的模具将有较大发展；六是模具标准化和模具标准件的应用将日渐广 泛；七是快速经济模具的前景十分广阔；八是压铸模的比例将不断提高，同时对 压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；九是塑料模具的比例将不断 增大；十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大，这也是产品 结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。 设计（论文）专用纸 第 13 页 第第 2 章章 零件的工艺性分析零件的工艺性分析 分析冲压零件的工艺性包括技术和经济两个方面。在技术方面根据产品图纸， 主要分析冲压件的形状特点、尺寸大小、尺寸标注方法、表面质量要求和材料性 能等因素是否符合冲压工艺要求；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取得的经济效益。因此，冲压件的工艺性好与差， 主要是指在不影响使用要求的前提下，能否用最简单、最经济的方法冲压出来。 能做到的话表明该冲压件的工艺好；反之，工艺性差。 该零件为无凸缘圆桶，采用 0.5mm 的钢板冲压而成。要保证足够的刚度与强 度（零件图 2.1） 。该冲压工作时受力不大，对其强度和刚度的要求不太高。该冲 压件，产量属于中批量生产，外形较为复杂但分布对称，这次涉及的材料为优质 炭素工具钢 08-zf 钢，采用冲压加工经济型良好。 查冲压手册1 表 8-5，可知 08f 钢的机械性能如下表所示： 表 2-1 机械性能钢号拉深级别钢板厚度 （mm） b /mpa) 10100,不小于 z 4 27539232 s 4 27541220 08f p 4 27541228 查冲压手册1 表 8-2，可知 08f 钢的化学成分如下表所示： 表 2-2 钢 号 c 100 si 100 mn 100 p 100 s 100 ni 100 cr 100 cu 100 设计（论文）专用纸 第 14 页 08 0.050 .12 0.17 0.37 0.35 0.65 0.0 35 0.0 40 0.2 5 0.1 0 0.2 5 查冲压手册1 表 8-3，可知主要元素对 08f 钢冲压性能的影响： 表 2-3 元素名称对冲压性能的影响 c增加 fe3c 的数量，提高钢板的抗拉强度和屈服强度，降低塑形，使 冲压性能恶化，特别是当 fe3c 出现于晶界时，不利于冲压成型 sisi 溶于铁素体中，强化铁素体的作用很大，增加强度，降低塑形， 含硅量越低越好，深冲钢压板不能用硅脱氧 mn锰的直接影响不大，锰和硫形成 mns 夹杂物，其数量和形态对冲压 性能有影响 p磷显著地增加强度和脆性，并有偏析倾向，易于形成带状组织，对 冲压性能不利 s形成硫化物，其数量、形状和分布对冲压性能有很大影响，数量多 且呈细长条状分布的硫化物对冲压性能最不利 2.1 零件的工艺性分析零件的工艺性分析 外形尺寸：零件轮廓结构简单、形状对称，外形无尖角有利于提高模具寿命， 为无凸缘圆桶件； 冲裁件的精度：冲裁件的精度与粗糙度：未标注公差尺寸，属于自由尺寸， 可按 it14 级确定工件尺寸的公差，查冲压手册表 25 可得，工件基本 尺寸： , ， , ；mmd 87 . 0 0 90mmh 87 . 0 0 90mmr 56 . 0 0 9mmt 25 . 0 0 5 . 0 材料：零件材料为 08f 钢，它的强度、硬度很低，而塑性、韧性极高，具有 良好的冲压成形性能，主要用来制造冷冲压件； 属中批量生产。因此，可以采用冲压方法生产。 设计（论文）专用纸 第 15 页 图 2-1 圆桶平面零件图 设计（论文）专用纸 第 16 页 图 2-2 三维立体零件图 2.22.2 确定工艺方案确定工艺方案 2.22.21 1 毛毛坯坯尺寸的计算尺寸的计算 查冲压工艺学2公式（4-54） d =)(48)2(2)2( 1 22 rhdrrdrrd 式中 ， mmd 5 . 89mmr25 . 9 查表 4-4 得： ，取 mmh62mmh5 mmhhh75.94 1 得 mmd201 2.22.22 2 确定拉深次数确定拉深次数 圆桶件的拉深系数为: 445 . 0 201 5 . 89 d d m 由 ，查冲压工艺学表 4-5 得248 . 0 100 4 . 201 5 . 0 100 d t , , 60 . 0 1 m80 . 0 2 m82 . 0 3 m 由于 ，所以需要多次拉深。 1 mm ；48 . 0 21 mmm 394 . 0 321 mmmm 因此需要三次拉深。 设计（论文）专用纸 第 17 页 2.22.23 3 凸凹模工作部分的尺寸凸凹模工作部分的尺寸 （1）凹模圆角半径 查冲压手册1表 4-78 得，第一次拉深凹模圆角半径 ；mmrd12 1 由冲压工艺学2公式（4-57）和（4-58）得： ； mmrr dd 10)8 . 06 . 0( 12 mmrr dd 9)9 . 07 . 0( 21 （2）凸模圆角半径 ；mmrr d 9) 16 . 0( 11 ；mmr10 2 mmr9 3 2.24 确定各次拉深直径和计算拉深高度确定各次拉深直径和计算拉深高度 实际采用的拉深系数为 321 ,mmm （1） 332211 mmmmmm （2）455 . 0 321 mmm 由公式 （1） 和公式 （2）得 : ， ，63 . 0 1 m83 . 0 2 m85 . 0 3 m 三次拉深后的直径分别为： ；mmdmd 6 . 126 11 ； mmdmd 1 . 105 122 mmdmd 5 . 89 233 设计（论文）专用纸 第 18 页 三次拉深后的高度分别为： mmrd d r d d d h 5 . 53)32 . 0 (43 . 0 )(25 . 0 11 1 1 1 1 2 1 mmrd d r d d d h 2 . 74)32 . 0 (43 . 0 )(25 . 0 22 2 2 2 2 2 2 mmrd d r d d d h 5 . 94)32 . 0 (43 . 0 )(25 . 0 33 3 3 3 3 2 3 2.22.25 5 画出工序简图画出工序简图 图 2-3 设计（论文）专用纸 第 19 页 2.22.26 6 确定排样方式和计算树料利用率确定排样方式和计算树料利用率 由,查模具设计与制造简明手册3 表 1-1-12，选用mmt5 . 0 0.55001500 的板料。 毛坯外形为圆形，根据材料的利用情况，有以下三种排样方式： （1） 方案一 ：直排 b s a1 a a 由 查冲压工艺学2 表 2-11 得 ,mmr9mma2 . 1mma0 . 1 1 送料步距 mmads.202 1 条料宽度 mmadb 0 7 . 0 0 4 . 204)2( 由模具设计与制造简明手册3表 1-4-17 查得7 . 0 一个步距内材料的利用率： %97.76%100 bs a 0.55001500 的板料可裁剪 个工件，所以总的材料利用率为1472n % 5 . 59%100 lb na 总 设计（论文）专用纸 第 20 页 (2) 方案二 ：少废料排样 b s 送料步距 mmds201 条料宽度 mmdb201 一个步距内材料的利用率： % 5 . 78%100 bs a 0.55001500 的板料可裁剪 个工件，所以总的材料利用率为1472n % 5 . 59%100 lb na 总 设计（论文）专用纸 第 21 页 (3) 方案三 多行排 b a a a1 s 由 查冲压工艺学2 表 2-11 得 , mmr9mma2 . 1mma0 . 1 1 送料步距 mm ad 2 . 286 2 )(2 s 1 条料宽度 mmadsb4902 一个步距内材料的利用率： %68%100 3 bs a 0 .55001500 的板料可裁剪 个工件，所以总的材料利用率1553n 为 % 7 . 63%100 lb na 总 设计（论文）专用纸 第 22 页 综上所述，排样方式选用方案一，便于送料，材料利用率比较高，工件周边 也留有搭边，保证工件的质量，冲模寿命也比较长。 2.22.27 7 工艺方案的确定工艺方案的确定 该工件包括落料、拉深、切边三个基本工序。 方案一：先落料首次拉深二次拉深三次拉深切边； 方案二：落料、首次拉深二次拉深、三次拉深切边； 方案三：落料 、首次拉深、二次拉深、三次拉深切边。 分析比较上述三种方案，可以看出： 方案一：采用单工序模具生产，模具结果简单，但因工序比较多，所以需五 副模具，制造周期时间长，生产纲领达不到，模具浪费，成本高，生产效率低， 难以满足中批量生产需求，所以不采用第一方案。 方案二：落料和拉深采用复合模生产，二次拉深和三次拉深采用复合模，其 余采用单工序模具生产，需三副模具，模具结构简单，而且操作简单，成本较低， 生产效率较高，工件的精度也较高； 方案三：将几个工序变为复合模进行设计，虽只需两副模具，增加其精度， 减少模具的制造数量，制造周期短，生产效率高，但模具结构复杂，制造成本比 较高。 通过以上方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为最佳。 设计（论文）专用纸 第 23 页 第第 3 3 章章 冲压模具总体结构设计冲压模具总体结构设计 3.13.1 模具类型模具类型 由冲压工艺分析可知采用落料拉深复合模、二次拉深模和三次拉深模。 3.23.2 操作与定位方式操作与定位方式 落料首次拉深复合模考虑零件中批量生产,安排生产可采用手工送料方式能 够达到批量生产,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式，该模具采用的是条 料，控制条料的送进方式采用导料板；控制条料的送进步距采用固定挡料销定距。 第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。拉深时， 压边圈、顶杆和弹顶器构成压边装置。 3.33.3 卸料与出件方式卸料与出件方式 因为工件毛坯尺寸相对比较大，故可采用刚性卸料。对于复合模生产，应采 用上出件比较便于操作与提高生产效率。推杆和推件板将工件从凸凹模中推出。 3.43.4 模架类型及精度模架类型及精度 由于零件材料较薄，尺寸较小，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小， 因此采用导向平稳的滑动导向对角导柱模架。 设计（论文）专用纸 第 24 页 3.5 导向装置的选导向装置的选择择 无 导 向 模导 柱 模导 板 模 导向精度取决于压力机 导轨导向精度 it6it7it6it7 安装调试模具安装调整较 困难 模具安装调整方 便 模具安装调整较 方便 冲件质量不稳定稳定较稳定 模具工作部分寿 命 较低高导向部位磨损快， 寿命较低 模具工作状况 定位可见，材料送 进方便，便于材料 的经济利用，操作 简便。 定位可见，材 料送进受到导柱 位置限制，操作 简便 定位不可见， 材料送进受导料 板限制，操作不 方便 生产适应性 使用于冲件精度 要求不高的单工 序模 适用于精度、 高速冲裁、薄料 小间隙冲裁等 适用于单工序模和 级进模，导板可同 时作为卸料板，并 保护凸模。 模具成本较低高中等 通过以上比较，根据圆桶零件的结构还有冲压工艺选用导柱和导套作为导向装 置。 设计（论文）专用纸 第 25 页 第第 4 4 章章 冲压设备的选用冲压设备的选用 4.14.1 落料力的计算落料力的计算 由冲压工艺学2公式（2-10）：ltf3 . 1 落 查冲压工艺学2公式（2-9） ，即： b d mt )6 . 0( 按冲压工艺学2表 2-8 选用 b 7 . 0 查模具设计与制造简明手册3表 1-1-3 得：mpa b 370 因此 knf46.106 落 4.24.2 卸料力的计算卸料力的计算 查冲压工艺学2表 2-10，得： ， ，055 . 0 1 k06 . 0 2 k05 . 0 3 k 由冲压工艺学2公式（2-13）得，卸料力： ；kn32 . 5 33 落 fkf 4.34.3 压边力的计算压边力的计算 根据,查冲压工艺学2表 4-2 可知需要采用压边圈。5 . 1248 . 0 100 d t 查冲压工艺学2 表 4-3，得 单位压边力： ,取mpap35 . 2 mpap3 设计（论文）专用纸 第 26 页 由冲压工艺学2公式（4-50） ：prddf d )2(2 . 0 2 1 2 压 可得knf 9 . 41 压 4.44.4 拉深力的计算拉深力的计算 查冲压工艺学2 表 4-9，得 修正系数 ， 86 . 0 1 k80 . 0 2 k 由冲压工艺学2公式（4-59） ： 111 ktdf b 可得 knf64.65 1 冲压工艺学2公式（4-60） ： 2 ktdf bnn 可得，knf94.48 2 knf59.41 3 由冲压工艺学2公式（2-14）得，顶件力：kn94 . 3 22 拉深 fkf 首次拉深的总冲压力为kn58.6994 . 3 64.65ff 2 拉深总 f 4.54.5 总冲压力的计算总冲压力的计算 由于模具的动作是先落料然后再拉深，落料与拉深没有同步进行，所以最大 总冲压力为： kn853.61 9 . 4132 . 5 46.106fff 压卸落料总 f 4.64.6 压力中心的计算压力中心的计算 毛坯为圆形，对称图形，压力中心为几何中心,即圆心（100.7，100.7） 设计（论文）专用纸 第 27 页 4.74.7 压力机的选择压力机的选择 由于盖制件属于小型制件，且精度要求不高，因此可选用开式双柱可倾压力 机，具有工作台面三面敞开、操作方便、容易安装机械化的附属设备和成本低廉 等优点。 根据 kn7844.1993 . 1 总 ff 查冲压手册1 表 9-3 可选取压力机的型号为：j23-63，它的技术规格为： 表 4-1 型号 j23-63 公称压力/kn 630 滑块行程/mm 120 滑块行程次数/（次/min） 70 固定台和可 倾式/mm 370 左右/mm 340 最低 /mm 460 前后/mm 180 最大闭合高 度（mm） 活动 台位 置最高 /mm 220 工作台孔尺寸 直径/mm 230 封闭高度调节量/mm 90 滑块中心线至床身距离/mm 290 前后/mm 840 直径 50 工作台尺寸 左右/mm 540 模柄孔尺寸/mm 深度 70 垫板厚度/mm 80 工作台板厚度/mm 90 立柱间距离/mm 340 倾斜角/度 30 设计（论文）专用纸 第 28 页 第第 5 章章 模具主要零部件的结构和设计模具主要零部件的结构和设计 5.15.1 工作零件工作零件 5.15.11 1 落料凹模落料凹模 (1）因制件形状简单，故凹模采用整体圆凹模比较合理，冲裁的凹模孔可 采用线切割机床和铣床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心 的数据，将压力中心与模柄中心重合。凹模的轮廓尺寸应要保证凹模有足够的强 度与刚度，凹模板的厚度还应考虑修磨量。 落料凹模