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冲压
模具设计
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1 模具热处理及其导向平行设计 李雄， 张鸿冰 ， 阮雪榆 ，罗中华， 张艳 摘要 ： 在一系列方式中，传统模具设计方法存在许多缺点。众所周知 ,热处理对模具起着非常重要的作用。为了克服模具热处理工艺存在的缺点，一种新的模具热处理工艺并行设计方法已经被开发出来了。热处理 术是集成了并行环境和有关模型而建立的。这些调查研究可以显著提高效率，降低成本，并保证产品质量达到 R 和 D 级。 关键词 ： 模具设计；热处理；模具 传统模具设计主要是依照自身实践经验或依照部分实践经验，而不是制造工艺。在设计完成之前，模具方案通常要被一 次又一次的改进，于是有些缺点便出现，例如开发时期长，成本高和实际效果不明显。由于对精确性、使用寿命、开发期和费用的严格要求，先进的模具要求设计和制造得十分完善。因此越来越先进的技术和创新方法被应用其中，例如并行工程、敏捷制造业、虚拟制造业、协同合作设计等。 模具的热处理与模具设计，制造和装配同样重要。因为它对模具的制造装配和使用寿命又及其重要的影响。模具设计与制造发展十分迅速，但是热处理发展却严重滞后它们。随着模具工业的发展，热处理必须保证模具有良好的制造装配和磨损耐热性能。不切实际的热处理将导致模具材料过 硬或过软，同时影响模具装配性能。传统的热处理工艺是按照设计师提出的方法和特性制作出来的。这样会使模具设计师和热处理工艺师意见产生分歧，而模具设计师却不能充分地了解热处理工艺和材料的性能，相反热处理工艺师却很少了解模具的使用环境和设计思路。这些分歧将在很大程度上影响模具的发展。因此，如果把热处理工艺设计放在设计阶段之前，则缩短开发周期，减少花费和保证质量等目标将会被考虑，而且从串行到并行的发展模式也将会实现。 并行工程是以计算机集成系统作为载体，在开始以后，每个阶段和因素都被看作如制造、热处理、性能等等，以避 免出现错误。并行模式已经摒除了串行模式的缺陷，由此带来了一场对串行模式的革命。 在当前的工作中，热处理被集成到了模具开发的并行环境中，同时也正在进行这种系统性和深入性的研究。 2 并行模式与串行模式存在根本的不同（见图 1）。对于串行模式，设计者大多考虑的是模具的结构与功能，但很难考虑相关的工艺，以致前者的错误很容易蔓延到后面。与此同时，设计本门很少与装配，预算会计和销售部门沟通。这些问题当然会影响模具的开发进度和市场前景。然而在并行模式中，不但以上部门关系联系密切，所有参加模具开发的部门 都与买家有密切的交流。这有助于协调各部门消除矛盾，提高工作效率，同时降低成本。 并行环境下的热处理工艺不是在方案和工件确定以后，而是在模具设计的时候制定出来的。这样的话，将有利于优化热处理工艺，充分利用材料。 3 体化 从图 2 中可以看出，热处理工艺的设计与模拟是一体化模式的核心。在信息输入产品模块中后，经热处理工艺过程产生的热处理 热处理 块将对于零件图，热处理以后模拟温度场的微观结构分析和可能出 现的缺陷（例如过热，烧伤）自动划分网络，如果优化是根据立体视觉技术的结果重新出现，则这项热处理工艺已经被审核。而且工具与夹具的 集成于这种系统中 以并行工程为基础的集成模式可以与其它类似模式共享信息。这样使热处理工艺得到优化，并确保改工艺准确。 用三维模型和立体视觉技术的热处理 在形成模具的基础上，材料，结构和尺寸的问题能通过热处理三维模型尽快发现出来。在热处理过程中，模具加热条件和相变条件是切合实际的，因为通过计算相变热力、相变动力、相应力、热应力、传 热速度、流体动力等已经取得重要突破。例如，能进行局部复杂表面和不对称模具的三维热传导模型计算，和能进行微观结构转变的 件模型。计算机能够在任何时间提交温度，微观结构和应力的信息，并通过连接温度场微观结构领域和力场来显示三维形式的全部改变过程。如果再加上这种特性，则各部分性能都能通过计算机预见。 4 处理工艺设计 由于对强度和硬度，表面粗糙度和模具热处理变形的特殊要求，淬火介质的种类、淬火温度、回火温度和时间等参数特性必须经过适当的选择，以及是否使用表面淬火或化学热处理，这种特性必须准确的制定下来。自从计算机技术在最近几十年迅速的发展，难以进行大型计算已经成为过去。通过模拟和仔细考虑热处理特性，热处理后的成本和所须时间，这些都并不难优化热处理工艺。 处理数据库 热处理数据库在图 3 中描述。数据库是制定热处理工艺的基础。一般来说，热处理数据库分为材料数据库和工艺数据库。通过材料和工艺来预测特性已成为一种必然的趋 势。尽管很难建立一个特性数据库，但通过一系列的测试来建立数据库是必要的。材料数据库包括材料牌号、化学成分、性能和国内外同级别目录表。工艺数据库包括热处理标准、种类、保温时间和冷却温度。基于数据库，热处理工艺可以通过推理规则创造出来。 处理工具和设备 在热处理工艺确定以后，工具及设备 统传送设计和制造的数值信息来控制装置。通过快速模具成型，可靠的工具和夹具都能被确定。整个程序通过网络传送，不存在任何人为干扰。 度，微观结构，应力和特性的联系 热处理程序是一 个温度，微观结构和应力互相作用的程序。三方面都能影响材料特性（见图 4）。在加热和冷却期间，当微观结构转变时热应力和相变迟 5 早会出现。微观结构温度相变和温度微观结构应力特性相互影响。对相互作用的四个因素的调查已经取得很大的发展，但普通的数学模型还没有建立。许多模型能很好的满足测试结果，但不能投入到实践当中。大部分模型的难点是用分析的方法处理的，同时数值方法也运用了，导致存在不准确的计算 。 图 即使如此，把经验方法与定性分析相比较，通过计算机来进行热处理模拟取得了很大的进 展。 型的建立和融合 在模具的开发过程中，涉及到设计、制造、热处理、装配、维修等。它们应该有自己的数据库和模型。它们通过事物的内在联系建立模型，互相串联起来，尽管建立和运用动态推理机制，但其目的在于完成优化设计。产品模型和其它模型的联系已被建立。如果细小组织模型发生改变，则产品模型也将改变。事实上，它属于数据库与模具之间的联系。当热处理模型集成到系统以后，它已不再是一个孤立的单位，而是一个部分，同时在系统中接近其它模型。在搜查后，热处理数据库的计算和推理能力，热处理程序都被几何模型，模具制造模型和预 算所限制，这是通行的。如果这种限制不服从，系统会发出解释性的警告。 所用设计的细小组织都是通过互连网连接的。 部分之间的管理和协调 复杂的模具需要其中各项目组之间密切合作。因为考虑到模具的开发，各部分都存在缺点，它必须得到管理和协调。首先，各项目组应该确定其本身的控制条件和资源要求，同时了解不同环境下的工作程序，以避免发生冲突。其次，要提出开发计划和建立监控机制。如果开发受到限制则可逐步排除。 敏捷管理和协调有助于交流信息，提高效率和减少材料。同时这有利于激 6 发人的创造力，消除阻碍和制定出最好的方法。 热处理 术已被集成到模具并行设计中去，同时热处理已被制成图表，这有利于提高效率，较易发现问题并解决问题。 模型的开发已在同一个平台运行。在这个平台中，当热处理工艺制定出来后，设计人员可获得相关信息和转让部分信息到其它设计部门。 制定出正确的开发计划并按时调整可以极大缩短开发周期和降低成本。 文献出处 ： 李雄，张鸿冰，阮雪榆，罗中华，张艳 J. 钢铁研究学报英文版 ， 2006， 13（ 1） :4074 ie in to It is is to A of of in to of AE by or is is of is as to be of is as as it a on of As of by as to by of of of to a if of is in of be of to be as a at as so in to of a In of 1 he 1)to of so of in in of is to of in is In it is to of of 2 ie t be 2 of of AD AE of as is if is to by AD AM -D he be as as -D on of it of -D of at in -D by If be be by ue to be or be It is to by in By it is to is 3 is of is It is an to by it is to a it is to by a of on be by is to of be is by in is no 3 of is a of 4) on on of be of in is so of by of he so in by of be in In it to of is it is no an a is to in is by by is If is by he of is of to be of of in to be be be in is to it is of 4 1) is (2) is on is to on (3) it in 1 ie 000( 2 ， 1995， 5： 229 3 T， H ie 1993， 31(11)： 2709 2725 4 J 000， 35(4)： 1391 5 ， ， ,et AE J J 2001， 111：279 285 6 et 2002， 14(4)： 26 29 文献出处： ie . 006,13(1):4074 摘 要 冲压模具在实际工业生产中应用广泛。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中的模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际生产中，冲压模具可以大大的提高劳动成产率，减轻工人的负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。 本文对冷冲压技术的分类、特点及发展方向作了简略的概述：论述了冲压零件的成形原理、基本模具结构与运动过程及其设计原理；对典型的冲压件零件进行了设计：此设计解决了冲压 模具的加工难题 ,冲压模具的设计充分利用了机械压力机的功用特点，在室温的条件下对坯件进行冲压成形，生产效率高，经济效益显著。 关键词：冲压、模具、模具设计、工艺 in In so is of of in be in of is in of so it in of of of of of in of 目录 摘要 0 目录 2 绪 论 4 第 1 章 绪论 5 第 2 章 落料拉深模的设计 7 件工艺性分析 7 具分析及制定工艺方案 8 案的确定 8 案比较 8 定模具类型和模具结构 8 样设计及材料利用率的计算 9 件展开长度的计算 9 样设计 12 裁力与压力中心的计算 13 载力的计算校核 13 裁模刃口形式 14 力中心的计算 15 具刃口尺寸及公差确定 15 模的设计 15 模刃口结构 15 模厚度计算 16 模的设计 16 模类型 16 模长度计算和凸凹模长度计算 16 模结构形式和凸凹模的结构形式 16 位元件的设计 16 具闭合高度的计算 17 性卸料元件的设计 17 性元件的设计 17 料螺钉的设计 18 向元件的设计与选择 18 柱的设计 18 套的设 计 19 固件的设计与选择 19 固螺钉的设计与选择 19 钉的设计与选择 19 结果与建议 21 致 谢 22 参考文献 23 摘 要 冲压模具在实际工业生产中应用广泛。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中的模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际生产中，冲压模具可以大大的提高劳动成产率，减轻工人的负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。 本文对冷冲压技术的分类、特点及发展方向作了简略的概述：论述了冲压零件的成形原理、基本模具结构与运动过程及其设计原理；对典型的冲压件零件进行了设计：此设计解决了冲压 模具的加工难题 ,冲压模具的设计充分利用了机械压力机的功用特点，在室温的条件下对坯件进行冲压成形，生产效率高，经济效益显著。 关键词： 冲压、模具、模具设计、工艺 in In so is of of in be in of is in of so it in of of of of of in of 目录 摘要 . 0 . 1 目录 . 2 绪 论 . 4 第 1 章 绪论 . 5 第 2 章 落料拉深模的设计 . 7 件工艺性分析 . 7 具分析及制定工艺方案 . 8 案的确定 . 8 案比较 . 8 定模具类型和模具结构 . 8 样设计及材料利用率的计算 . 9 件展开 长度的计算 . 9 样设计 . 11 裁力与压力中心的计算 . 12 载力的计算校核 . 12 裁模刃口形式 . 14 力中心的计算 . 14 具刃口尺寸及公差确定 . 15 模的设计 . 15 模刃口结构 . 15 模厚度计算 . 16 模的设计 . 16 模类型 . 16 模长度计算和凸凹模长度计算 . 16 模结构形式和凸凹模的结构形式 . 16 位元件的设计 . 16 具闭合高度的计算 . 16 性卸料元件的设计 . 17 性元件的设计 . 17 料螺钉的设计 . 17 向元件的设计与选择 . 18 柱的设计 . 18 套的设计 . 18 固件的设计与选择 . 19 固螺钉的设计与选择 . 19 钉的设计与选择 . 19 结果与建议 . 20 致 谢 . 21 参考文献 . 22 绪 论 首先，对零件做整体的分析。包括：材料的使用、精度的要求、工序的要求以及成本的要求等。为了降低成本，对排样方式进行了合理的设计；其次，对零件整体进行工艺设计。通过工艺目的的设计、工序的顺序设计、压力机的选择等来实现所要达到的要求；再次，想要保证制件精度的要求，就要考虑模 具刃口尺寸的计算。因为刃口是冲制工件的主要工作部分，刃口处的精度就决定了制件的精度，就必须根据公差来进行精确计算。 最后，根据计算出的模具刃口尺寸设计出相应的凸凹模，并且查找资料选择冷冲压模的标准零件，符合标准后，就把凸凹模与其它各零部件进行总体装配。在确定了模具体闭合高度后，选出合适的压力机在调试校验后并进行试冲加工，以达到符合的标准，最终完成加工 。 第 1 章 绪论 模具是成批和大量生产各种机电与家电必备的基础工艺装备，是进行少无切削加工的主要工具，是制造业发展的前提。国内 模具产业近几年以 12% 15%的增速，持续、稳定、高速发展，支撑并保证国内制造业，特别是机械、汽车、电子、石化及建筑业等国民经济的五大支柱产业持续高速发展。 1953 年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该汽车厂于 1958 年开始制造汽车覆盖件模具。我国于 20 世纪 60 年代开始生产精冲模具。走过漫长的发展道路，目前我国已形成约 300 多亿元冲压模具的生产能力。形成了如浙江宁波和黄岩地区的 “模具之乡 ”；广东一些大集团公司和乡镇企业迅速崛起，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商 独资的模具企业现已有几千家。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，模具的生产和设计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。模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间 。 目前我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大。在国际竞争的局势下，我过的模具工业得到飞速的发展，很多的专门模具研究中心不断的建立起来，模具结构和钢材的研究取得了显著的成就，但还是存在很大的 差距。 一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技术含量较低的中低档模具，因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率，这些模具的发展已滞后于冲压件生产，而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率 。 成批与大量生产的各类机电与家电产品零部件及半成品坯件，都需要大量、不同种类的模具进行加工。其中，约 65%的零件要用各种金属板、条、带卷料，冲成个种形状复杂、精度高、用其他加工方法无法完成的板料冲压零件，所使用的冷冲模种类繁多，结构各异而又千变万化。 冲压 加工在技术上有以下优势： (1）在压力机滑块上下往复的简单冲击下，使用的冲模可以冲制其他加工方法难以制造的、形状复杂的冲压零件。 (2)板料冲压零件质量轻，刚度大，承载能力强，长期使用不变形，是各类机电与家电产品 结构轻型化，取代笨重铸、锻及切削加工零部件的首选。因而对冲模数量的需求日益增多，冲模结构的复杂程度和冲压工艺水平日益提升。 (3）冲压零件的一致性好，互换性强，尺寸和形位精度高，一般只需局部甚至不再进行切削加工，即可进行产品的装配。 (4）便于实现冲压过程机械化、自动化及组建 合作业生产 线。当设计与使用自动冲模时也可实现单机自动化作业。 (5）现代冲压高技术的大力推广与实施，可对各种复杂形状冲压零件，用多工位复合形成，实现安全生产，达到优质、高产、低能耗。 按照冲模适用冲压零件生产性质（投产批量大小）、结构复杂及制模费用大小、冲压精度高低，可将冲模大致划分如下几类： （ 1）制造经济的简易冲模 适用于新产品样式与批式，需要单件、小批量生产的冲压零件所使用各种简易结构，用新材料与新工艺及简易制模方法制造的经济、简易冲模。其制模工艺简便，制模周期短，造价低，但模具使用寿命也低。 （ 2）万能通 用冲模与组合冲模 使用中小批量、多品种生产低精度冲压零件。万能通用冲模可一模多用；组合冲模是备有多种工作元件，按需要随时组合成个种冲模，将冲压零件分解成多工序，加工用多套组合冲模冲制。 （ 3）普通全钢冲模 适用于成批和大批量生产各种冲压零件，是应用广泛的标准结构与非标准结构的全钢材质普通冲压用模具。 （ 4）精冲模 用于各种精冲工艺专用的精冲模具。 （ 5）大型、特种、高精度与高寿命冲模 适用于大量生产的汽车覆盖件冲模、高精度硅钢片硬质合金模等。 第 2 章 落料拉深模的设计 件工艺性分析 该零件为圆形零件形，简单且对称，无悬臂、凹槽。 结论：从结构分析，该零件适合冲裁生产。 注：冲压模具及设备 194 页 该零件材料为 08抗拉强度：b=322 441剪强度： =265 343伸率：s=29%。而该零件要求拉深性能较好，即塑性较好，从该材料的这三 个方面可见，符合该零件。 结论：综上分析，符合零件要求。 注：冲压模具及设备 28 页表 2 该零件落料尺寸按 ，普通冲裁落料可达 ，故普通冲裁可以达到该零件精度要 求。 该零件断面粗糙度、飞边毛刺都无特殊要求，普通冲裁可以达到 普通冲裁可达到零件要求。 结论：综上所述，该零件适合普通冲裁。 注：冲压模具及设备 191 页。 具分析及制定工艺方案 案的确定 该零件包括落料 ,拉深 2 个基本工序，可以采用以下 3 种工艺方案： 方案一：直接每道工序一个模具。 方案二：采用先落料拉深的复合模具具 ,在拉深。 方案三：采用形状倒置的复合模具具获得落料产品 ,在拉深模具。 案比较 方案一 :模具结构相对而言比较简单，经济性高，但相对精度较低，不能很好的保证产品的允许公差尺寸。 方案二 :先采用冲孔来定位工件毛坯料，然后再落下成品 ,复合模具。既能很好的保证工件有一定的定位精度，又能减少一次冲压的合力，并且保证机构能在相对小的载荷下工作。 方案三：采用此种生产方式可以大大的提高工作效率， 而且可以提高毛坯料的利用效率，但是该种方式会大大增加压力机的吨位，在实际生产中还得考虑减噪、安全、灵活等。况且该零件垫片本来就已经属于尺寸较大的工件了，采用一次落两个会使模具的体积扩大，不便于装卸等。 综上所述以及实际生产的相关条件和要求，我决定选择第二种方案。 定模具类型和模具结构 根据上述分析，采用导柱式复合模具（导柱式落料模。 虽然零件生产批量大，一般选用手工送料操作方式，故选择手工送料。 定位方式分析如下：采用导料销导料；挡料销挡料 结论：采用手工送料；导料销 +挡料销。 注：冲压模具及设备 143。 由于该零件形状简单且工作环境要求滑动平稳，导向准确，故选用导柱式模座。 该零件精度要求不高，因此选择 I 级模座精度。 结论：导柱式 I 级精度模座。 样设计及材料利用率的计算 件展开长度的计算 题目：如图，求图示的筒形件的毛坯展开尺寸 拉深次数，各次成品尺寸。 材料： 料厚： 在实际计算中，要增加修边余量 h ， 由 ，查表 8 当 H=50100，取 计算毛坯展开尺寸 如图， d=5+50h=70r=2 由公式 8 2 22 2 2 8 4D d r r d r r d H r =定是否采用压力圈 根据上面附表，第一次拉深时，采用压边圈。 查表 8，第一次许用极限拉深系数为 得， ，由上面知，需要压边。 第二次许用极限拉深系数为 三次许用极限拉深系数为 上面知，可以不需要压边 随着 D 减小， 100增大，以后各次都不需要压边。 确定拉深次数 由 ，查表 8 首次拉深的极限拉深系数 工件总的拉深系数 =因 1，故工件不能一次拉深成形。 由表 8，第二、三、四、五次的极限拉深系数 .7,.8, 需要进行 3 次拉深。 确定各次 拉深系数 各次拉深直径为 各次拉深半成品的制件高度 根据拉深件圆角半径计算公式 1 10 . 8 d t 及 10 . 6 0 . 8n 得各次半成品底部半径圆角为 根据多次拉深后工件的高度计算公式 20 . 2 5 0 . 4 3 0 . 3 2n n n d d 计算各次拉深后筒形件的高度 样设计 根据工件的开关，确定采用无废料的排样方法不可 能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样计算决定采用， 1）搭边设计 板料厚度 t=1工件边长 L50所以 a=2 送料步距 A=118条料宽度 B=120 2）排样布局 3）材料利用率计算： S=7543 =0 100%= 100%=104100 7543 100% =式中， 材料利用率； S 工件的实际面积； 所用材料面积，包括工件面积与废料面积； A 步距（相邻两个制件对应点的距离） B 条料宽度。 裁力与压力中心的计算 载力的计算校核 落料力 落料F = （ 式中： K 系数， K= L 冲裁周边长度 （ ； t 冲裁件的厚度 （ ； 材料的抗剪强度 （ 。 落料F =325 卸料力 由 2得卸料力的计算公式 F 卸料 =K 卸料 F 落料 （ 式中： K 卸料 卸料力系数 F 卸料 =K 卸料 F 落料 = 顶件力 由 2中顶件力的计算公式 F 顶件 =K 顶件 F 落料 （ 式中： K 顶件 顶件力系数 F 顶件 =K 顶件 F 落料 = 拉深力 式中， d 拉深件的 直径 )( t 材料厚度 )( b 材料的强度极限 F 拉深力 N ； K 修正因数； 总冲压力 F 卸料 + 落料F + F 顶件 +F 拉深 =所以选择 压力机必须要大于总冲压力 裁模刃口形式 由于选用复合模具冲裁的方式，采用台阶式的。 结论：采用台阶式刃口形式。 注：冲压模具设计指导书 37 页表 2 力中心的计算 如对毛坯进行加工必须要用到压力机。而压力机位置的确定必须先确定压力中心。其出公式如下： 1 1 2 2 1121n L X L L L （ 2 1 1 2 2 1121n L Y L L L （ 2 压力中心即在中 心 具刃口尺寸及公差确定 注：单位为 落料时，有冲件精度为 查得 5.0x ；由表得， 、 ，m a x m i n 0 . 0 4， 凹模刃口： d 0m a x )( 凸模刃口： 0m a x )( p ：查表得，、 02.0p ，校核间隙： 0 . 0 5 m a x m i n 0 . 0 4Z ，说明所取凸、凹模公差不能满足 m a x m i Z 但相差不大，此时可调整如下： 0 . 4 m a x m i n 0 . 0 1 6p （ ） 0 . 6 m a x m i n 0 . 0 2 4d （ ） 模的设计 模刃口结构 根据冲裁模刃口形式的分析，采用台阶式刃口结构。 模厚度计算 根据凹模刃口的最大尺寸，查表得 121 .3 k = 1 k ， ，那么 厚度： ,5：冲压模具设计指导书 38 页，冲压模具标准件选用与设计指南 103 页。 模的设计 模类型 根据该零件外形内孔分析，模具的凸模为圆凸模和方 形凸模。 模长度计算和凸凹模长度计算 由于采用复合模具刚性卸料，那么 注：冲压模具及设备 136 页。 模结构形式和凸凹模的结构形式 凸模结构选择：由于矩形凸模尺寸相对稍大，为方便加工，选用 注：冲压模具标准件选用与设计指南 87 页表 4 位元件的设计 导料销用以导料，数量为 2 个。具体设计如下图所示， 具闭合高度的计算 根据以上设计，知上模座 下模 座 凹模 H=22、凸模 H=36 ，那么模具闭合高度 注：冲压模具设计指导书 31 页。 性卸料元件的设计 性元件的设计 弹性元件的选择 模具工作平稳，模具尺寸中等，从经济方面考虑，选用常用的橡胶作为弹性元件即可。 弹性元件高度计算 自由高度：，根据其高度范围，查标准，得 H=35 安装高度： 00 . 9 0 . 9 3 0 2 7 m 性元件其他尺寸 。 注：冲压模具标准件选用与设计指南 158，冲压模具设计指导书 233 页表 9 料螺钉的设计 螺钉类型：由于卸料螺钉无特殊要求，故采用一般的圆柱头卸料螺钉。 结构设计：由橡胶的内径 d=表得，卸料螺钉。查表得，其螺纹公称直径为 8M ，其长度查标准取 h=50。 结论：卸料螺钉的尺寸为 508)( 卸 料螺钉的定位设计： 注：冲压模具标准件选用与设计指南 128表 5133 页。 向元件的设计与选择 由于该模具为冲裁模，故选用适用于冲裁模滑动导向模座的 A 型导柱导套。 注：冲压模具标准件选用与设计指南 66 页。 柱的设计 根据模具闭合高度，查表得，导柱尺寸 )( 注：冲压模具设计指导书 245 页表 950 页表 2 套的设计 根据模具闭合高度，查表得，导套尺寸 )( 注：冲压模具设计指导书 245 页表 951 页表 2 固件的设计与选择 固螺钉的设计与选择 螺钉类型：在冲裁模中，为使螺钉头部外露，模具外形美观，一般采用内六角螺钉。 螺钉的尺寸计算： 根据凹模厚度，查表得，所用螺钉都为 上模座、 ,凹模板 ，垫板，固定板之间的螺钉：四块板厚度 查表得，螺钉尺寸 548)( 数量为 4 个。 下模座、垫板，固定板之间的螺钉： 查表得，螺钉尺寸 508)( 数量为 4 个。 注：冲压模具及设备 160，冲压模具标准件选用与设计指南 124 页表 5 钉的设计与选择 销钉的类型：该模具对销钉无特殊要求，故采用常用的圆柱销。 销钉的尺寸计算： 根据紧固件设计参考原则，查表得，所用销钉公称直径都为 。 凹模板 ，垫板，固定板之间的销钉： 查表得，销钉尺寸 ，数量为 2 个。 、垫板，固定板之间的螺钉： 查表得，销钉尺寸 ，数量为 2 个。 注：冲压模具标准件选用与设计指南 134 页表 5 结果与建议 通过这次设计，我收获很多，感悟也很多。这是对我几年所学知识的一次综合的运用和检验。首先是巩固并加深了我对模具知识的了解，进一步巩 固了我对 运用能力。 在整个过程中，由于平时不注意知识的积累，又缺少实践经验，导致我遇到许多难以解决的困难，但很庆幸我们遇到好的指导老师，带领我们去工厂见到了模具的实物，让我们和模具有了零距离的接触，更细心的指导我们完成了整个巨大设计过程。总之，这次的设计让我收获很大，我很高兴，也很荣幸有这次的经历。 在此也对我们的导师和老师表示由衷的感谢，没有指导老师的指导，我们的设计不可能顺利的完成。导师严谨负责的态度，平易近人的作风也是值得学习的榜样。也感谢学校对此设计的重视，为我们提供良好的环境。同时 我也要感谢我的同学们给予的帮助。 致 谢 本文是在老师的精心指导和悉心关怀下完成的，在设计的撰写过程中，我得到了老师的耐心指教，提出了许多宝贵意见。老师严谨求实的治学风范、平易近人的工作作风和及循循善诱的教诲等，给我留下了深刻的印象，得到了学术上和工作上的进步，这些都是我终身受益，值此设计完成之际，谨向尊敬的老师致以深深的感谢和崇高的敬意！ 最后，感谢审阅本文的各位老师、同学和同事。本文的完成和他们的无私奉献是分不开的。随着科学技术的发展，设备越来越向智能化、集成化等方向发 展，车间的生产也越来越多的向依靠设备生产转变，生产的车身质量与设备密切相关。因此，如何维护、维修及管理好设备是车间的一项重要工作。 参考文献 1 王立刚 冲模设计手册 2刘建超 北京 3郭景仪 北京 4牟林 ,魏峥 北京 5李天佑 山西 6王芳冷冲压模具设计指导机械工业出版社， 7张超英冲压模具与制造北京 8万本善 . 实用冲模结构图解与冲压新工艺详图及常用数据速查速用手册 科大电子出版社 , 9 彭建生 . 模具设计与加工速查手册 . 机械工业出版社， 10韩洪涛 . 机械制造技术 化学工业出版社 , 11李志刚 ,夏巨谌 中国机械工程学会 , 12余最康冷冲压模具设计与制造南京 ， 1983 13太田哲冲压模具结构与设计图解北京 1983 14肖景容冲压工艺学北京 1992 15黄毅宏模具制造工艺北京 1987 16许发樾模具标准应用手册北京 1984 17成虹冲压工艺与模具设计（第二版）北京 2006 18周勤芳公差与技术测量（第二版）上海 2001 摘 要 冲压模具在实际工业生产中应用广泛。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中的模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际生产中，冲压模具可以大大的提高劳动成产率，减轻工人的负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。 本文对冷冲压技术的分类、特点及发展方向作了简略的概述：论述了冲压零件的成形原理、基本模具结构与运动过程及其设计原理；对典型的冲压件零件进行了设计：此设计解决了冲压 模具的加工难题 ,冲压模具的设计充分利用了机械压力机的功用特点，在室温的条件下对坯件进行冲压成形，生产效率高，经济效益显著。 关键词： 冲压、模具、模具设计、工艺 in In so is of of in be in of is in of so it in of of of of of in of 目录 摘要 . 0 . 1 目录 . 2 绪 论 . 4 第 1 章 绪论 . 5 第 2 章 落料拉深模的设计 . 7 件工艺性分析 . 7 具分析及制定工艺方案 . 8 案的确定 . 8 案比较 . 8 定模具类型和模具结构 . 8 样设计及材料利用率的计算 . 9 件展开 长度的计算 . 9 样设计 . 11 裁力与压力中心的计算 . 12 载力的计算校核 . 12 裁模刃口形式 . 14 力中心的计算 . 14 具刃口尺寸及公差确定 . 15 模的设计 . 15 模刃口结构 . 15 模厚度计算 . 16 模的设计 . 16 模类型 . 16 模长度计算和凸凹模长度计算 . 16 模结构形式和凸凹模的结构形式 . 16 位元件的设计 . 16 具闭合高度的计算 . 16 性卸料元件的设计 . 17 性元件的设计 . 17 料螺钉的设计 . 17 向元件的设计与选择 . 18 柱的设计 . 18 套的设计 . 18 固件的设计与选择 . 19 固螺钉的设计与选择 . 19 钉的设计与选择 . 19 结果与建议 . 20 致 谢 . 21 参考文献 . 22 绪 论 首先，对零件做整体的分析。包括：材料的使用、精度的要求、工序的要求以及成本的要求等。为了降低成本，对排样方式进行了合理的设计；其次，对零件整体进行工艺设计。通过工艺目的的设计、工序的顺序设计、压力机的选择等来实现所要达到的要求；再次，想要保证制件精度的要求，就要考虑模 具刃口尺寸的计算。因为刃口是冲制工件的主要工作部分，刃口处的精度就决定了制件的精度，就必须根据公差来进行精确计算。 最后，根据计算出的模具刃口尺寸设计出相应的凸凹模，并且查找资料选择冷冲压模的标准零件，符合标准后，就把凸凹模与其它各零部件进行总体装配。在确定了模具体闭合高度后，选出合适的压力机在调试校验后并进行试冲加工，以达到符合的标准，最终完成加工 。 第 1 章 绪论 模具是成批和大量生产各种机电与家电必备的基础工艺装备，是进行少无切削加工的主要工具，是制造业发展的前提。国内 模具产业近几年以 12% 15%的增速，持续、稳定、高速发展，支撑并保证国内制造业，特别是机械、汽车、电子、石化及建筑业等国民经济的五大支柱产业持续高速发展。 1953 年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该汽车厂于 1958 年开始制造汽车覆盖件模具。我国于 20 世纪 60 年代开始生产精冲模具。走过漫长的发展道路，目前我国已形成约 300 多亿元冲压模具的生产能力。形成了如浙江宁波和黄岩地区的 “模具之乡 ”；广东一些大集团公司和乡镇企业迅速崛起，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商 独资的模具企业现已有几千家。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，模具的生产和设计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。模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间 。 目前我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大。在国际竞争的局势下，我过的模具工业得到飞速的发展，很多的专门模具研究中心不断的建立起来，模具结构和钢材的研究取得了显著的成就，但还是存在很大的 差距。 一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技术含量较低的中低档模具，因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率，这些模具的发展已滞后于冲压件生产，而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率 。 成批与大量生产的各类机电与家电产品零部件及半成品坯件，都需要大量、不同种类的模具进行加工。其中，约 65%的零件要用各种金属板、条、带卷料，冲成个种形状复杂、精度高、用其他加工方法无法完成的板料冲压零件，所使用的冷冲模种类繁多，结构各异而又千变万化。 冲压 加工在技术上有以下优势： (1）在压力机滑块上下往复的简单冲击下，使用的冲模可以冲制其他加工方法难以制造的、形状复杂的冲压零件。 (2)板料冲压零件质量轻，刚度大，承载能力强，长期使用不变形，是各类机电与家电产品 结构轻型化，取代笨重铸、锻及切削加工零部件的首选。因而对冲模数量的需求日益增多，冲模结构的复杂程度和冲压工艺水平日益提升。 (3）冲压零件的一致性好，互换性强，尺寸和形位精度高，一般只需局部甚至不再进行切削加工，即可进行产品的装配。 (4）便于实现冲压过程机械化、自动化及组建 合作业生产 线。当设计与使用自动冲模时也可实现单机自动化作业。 (5）现代冲压高技术的大力推广与实施，可对各种复杂形状冲压零件，用多工位复合形成，实现安全生产，达到优质、高产、低能耗。 按照冲模适用冲压零件生产性质（投产批量大小）、结构复杂及制模费用大小、冲压精度高低，可将冲模大致划分如下几类： （ 1）制造经济的简易冲模 适用于新产品样式与批式，需要单件、小批量生产的冲压零件所使用各种简易结构，用新材料与新工艺及简易制模方法制造的经济、简易冲模。其制模工艺简便，制模周期短，造价低，但模具使用寿命也低。 （ 2）万能通 用冲模与组合冲模 使用中小批量、多品种生产低精度冲压零件。万能通用冲模可一模多用；组合冲模是备有多种工作元件，按需要随时组合成个种冲模，将冲压零件分解成多工序，加工用多套组合冲模冲制。 （ 3）普通全钢冲模 适用于成批和大批量生产各种冲压零件，是应用广泛的标准结构与非标准结构的全钢材质普通冲压用模具。 （ 4）精冲模 用于各种精冲工艺专用的精冲模具。 （ 5）大型、特种、高精度与高寿命冲模 适用于大量生产的汽车覆盖件冲模、高精度硅钢片硬质合金模等。 第 2 章 落料拉深模的设计 件工艺性分析 该零件为圆形零件形，简单且对称，无悬臂、凹槽。 结论：从结构分析，该零件适合冲裁生产。 注：冲压模具及设备 194 页 该零件材料为 08抗拉强度：b=322 441剪强度： =265 343伸率：s=29%。而该零件要求拉深性能较好，即塑性较好，从该材料的这三 个方面可见，符合该零件。 结论：综上分析，符合零件要求。 注：冲压模具及设备 28 页表 2 该零件落料尺寸按 ，普通冲裁落料可达 ，故普通冲裁可以达到该零件精度要 求。 该零件断面粗糙度、飞边毛刺都无特殊要求，普通冲裁可以达到 普通冲裁可达到零件要求。 结论：综上所述，该零件适合普通冲裁。 注：冲压模具及设备 191 页。 具分析及制定工艺方案 案的确定 该零件包括落料 ,拉深 2 个基本工序，可以采用以下 3 种工艺方案： 方案一：直接每道工序一个模具。 方案二：采用先落料拉深的复合模具具 ,在拉深。 方案三：采用形状倒置的复合模具具获得落料产品 ,在拉深模具。 案比较 方案一 :模具结构相对而言比较简单，经济性高，但相对精度较低，不能很好的保证产品的允许公差尺寸。 方案二 :先采用冲孔来定位工件毛坯料，然后再落下成品 ,复合模具。既能很好的保证工件有一定的定位精度，又能减少一次冲压的合力，并且保证机构能在相对小的载荷下工作。 方案三：采用此种生产方式可以大大的提高工作效率， 而且可以提高毛坯料的利用效率，但是该种方式会大大增加压力机的吨位，在实际生产中还得考虑减噪、安全、灵活等。况且该零件垫片本来就已经属于尺寸较大的工件了，采用一次落两个会使模具的体积扩大，不便于装卸等。 综上所述以及实际生产的相关条件和要求，我决定选择第二种方案。 定模具类型和模具结构 根据上述分析，采用导柱式复合模具（导柱式落料模。 虽然零件生产批量大，一般选用手工送料操作方式，故选择手工送料。 定位方式分析如下：采用导料销导料；挡料销挡料 结论：采用手工送料；导料销 +挡料销。 注：冲压模具及设备 143。 由于该零件形状简单且工作环境要求滑动平稳，导向准确，故选用导柱式模座。 该零件精度要求不高，因此选择 I 级模座精度。 结论：导柱式 I 级精度模座。 样设计及材料利用率的计算 件展开长度的计算 题目：如图，求图示的筒形件的毛坯展开尺寸 拉深次数，各次成品尺寸。 材料： 料厚： 在实际计算中，要增加修边余量 h ， 由 ，查表 8 当 H=50100，取 计算毛坯展开尺寸 如图， d=5+50h=70r=2 由公式 8 2 22 2 2 8 4D d r r d r r d H r =定是否采用压力圈 根据上面附表，第一次拉深时，采用压边圈。 查表 8，第一次许用极限拉深系数为 得， ，由上面知，需要压边。 第二次许用极限拉深系数为 三次许用极限拉深系数为 上面知，可以不需要压边 随着 D 减小， 100增大，以后各次都不需要压边。 确定拉深次数 由 ，查表 8 首次拉深的极限拉深系数 工件总的拉深系数 =因 1，故工件不能一次拉深成形。 由表 8，第二、三、四、五次的极限拉深系数 .7,.8, 需要进行 3 次拉深。 确定各次 拉深系数 各次拉深直径为 各次拉深半成品的制件高度 根据拉深件圆角半径计算公式 1 10 . 8 d t 及 10 . 6 0 . 8n 得各次半成品底部半径圆角为 根据多次拉深后工件的高度计算公式 20 . 2 5 0 . 4 3 0 . 3 2n n n d d 计算各次拉深后筒形件的高度 样设计 根据工件的开关，确定采用无废料的排样方法不可 能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样计算决定采用， 1）搭边设计 板料厚度 t=1工件边长 L50所以 a=2 送料步距 A=118条料宽度 B=120 2）排样布局 3）材料利用率计算： S=7543 =0 100%= 100%=104100 7543 100% =式中， 材料利用率； S 工件的实际面积； 所用材料面积，包括工件面积与废料面积； A 步距（相邻两个制件对应点的距离） B 条料宽度。 裁力与压力中心的计算 载力的计算校核 落料力 落料F = （ 式中： K 系数， K= L 冲裁周边长度 （ ； t 冲裁件的厚度 （ ； 材料的抗剪强度 （ 。 落料F =325 卸料力 由 2得卸料力的计算公式 F 卸料 =K 卸料 F 落料 （ 式中： K 卸料 卸料力系数 F 卸料 =K 卸料 F 落料 = 顶件力 由 2中顶件力的计算公式 F 顶件 =K 顶件 F 落料 （ 式中： K 顶件 顶件力系数 F 顶件 =K 顶件 F 落料 = 拉深力 式中， d 拉深件的 直径 )( t 材料厚度 )( b 材料的强度极限 F 拉深力 N ； K 修正因数； 总冲压力 F 卸料 + 落料F + F 顶件 +F 拉深 =所以选择 压力机必须要大于总冲压力 裁模刃口形式 由于选用复合模具冲裁的方式，采用台阶式的。 结论：采用台阶式刃口形式。 注：冲压模具设计指导书 37 页表 2 力中心的计算 如对毛坯进行加工必须要用到压力机。而压力机位置的确定必须先确定压力中心。其出公式如下： 1 1 2 2 1121n L X L L L （ 2 1 1 2 2 1121n L Y L L L （ 2 压力中心即在中 心 具刃口尺寸及公差确定 注：单位为 落料时，有冲件精度为 查得 5.0x ；由表得， 、 ，m a x m i n 0 . 0 4， 凹模刃口： d 0m a x )( 凸模刃口： 0m a x )( p ：查表得，、 02.0p ，校核间隙： 0 . 0 5 m a x m i n 0 . 0 4Z ，说明所取凸、凹模公差不能满足 m a x m i Z 但相差不大，此时可调整如下： 0 . 4 m a x m i n 0 . 0 1 6p （ ） 0 . 6 m a x m i n 0 . 0 2 4d （ ） 模的设计 模刃口结构 根据冲裁模刃口形式的分析，采用台阶式刃口结构。 模厚度计算 根据凹模刃口的最大尺寸，查表得 121 .3 k = 1 k ， ，那么 厚度： ,5：冲压模具设计指导书 38 页，冲压模具标准件选用与设计指南 103 页。 模的设计 模类型 根据该零件外形内孔分析，模具的凸模为圆凸模和方 形凸模。 模长度计算和凸凹模长度计算 由于采用复合模具刚性卸料，那么 注：冲压模具及设备 136 页。 模结构形式和凸凹模的结构形式 凸模结构选择：由于矩形凸模尺寸相对稍大，为方便加工，选用 注：冲压模具标准件选用与设计指南 87 页表 4 位元件的设计
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