(精品)模具毕业论文 以AUTOCAD平面设计和PROENGINEER三维造型设计基础上的计算机辅助设计对小型零件方框进行工艺分析计算

毕业论文（设计）说明书摘 要本设计是以AutoCAD平面设计和Pro/Engineer三维造型设计基础上的计算机辅助设计。介绍了对小型零件方框进行工艺分析计算后的多个单工序冷冲模具的设计过程，其中包括有一副落料模具，一副拉深模具，一副冲孔-切边模具和一副冲侧孔模具。方框零件的材料选用08F，是优质的碳素结构钢，具有良好的塑性与加工性能。此零件为低盒形件拉深件，经核算得出一次拉深即可达到拉深高度。冲孔-切边复合模采用倒装形式，这样废料能直接从压力机台面落下，且冲裁件从上模推下，比较容易引出去，操作方便安全。但此零件的外形是异形，凸模、凹模的制造较为困难。一般采用电火花，线切割加工，加工精度较高。本设计的特点是细小凸模均采用凸缘结构形式，外形凸模的固定采用螺钉固定。这些模具结构简单，生产周期短，成本低，工件表面质量好，尺寸精度高，且操作方便，生产效率高。关键词: 冷冲模具，复合模，Pro/Engineer，AutoCAD ABSTRACTThat capital is designed is upper computer-aid design with AutoCAD graphic designing and the Pro/Engineer solid modeling design basis. The process having introduced that the industrial analysis being in progress to monotype part square frame calculates queens much cold Shan working procedure design towards the mould , embody among them set of blank mould, a pair pulls the deep mould , a set of punched hole- scrap edge mould and a pair rinses the bye hole mould. Square frame part material selects and uses 08 F, is the high grade carbon structural steel, has the fine plasticity and processes a function. This part is reached for the low box shape pulls depths piece pulling depths piece, by that accounting reaches an once being OK pulling deep altitude. The punched hole- scrap edge compound model adopt the upside down mounting form , such waste material can fall from the press machine table top directly, and according to cutting having complied with a model piece pushing down , comparatively easy to stretch going out , handle convenient safety. This part external form is dimorphisms, the protruding model, the die fabrication are comparatively difficult. The sort adopt electric spark, line cutting processes, processes accuracy comparatively highly. The characteristic designing that originally is that the protruding trivial model adopt the flange structure form without exception , external form bulges the model fixation adopt screw fixation. These mould structure is simple, the production cycle is short, cost is low, mass is good work piece outside, dimension accuracy is good, operation is convenient even, the efficacy is good.Keywords: rinse a mould, compound cold model, Pro/Engineer，AutoCAD目 录第1章 绪论11.1模具工业的的概况11.2冲压模的发展方向11.3冷冲压加工11.4现代冲压加工发展趋势2第2章 冲压工艺32.1冲压加工的经济性分析32.2冲压零件材料的工艺性分析32.3冲压零件的结构尺寸工艺性分析42.5计算零件展开尺寸7第3章 落料工艺计算103.1落料模具具体设计103.2冲裁模主要零部件的结构设计133.3冲模模架的型号与选择173.4模具的总体设计17第4章 拉深工艺计算194.1工件工艺分析194.2模具具体设计194.3拉深模工作部分结构参数的确定214.4冲压设备的选择234.5冲裁模主要零部件的结构设计234.6冲模模架的型号与选择274.7模具的总体设计27第5章 冲孔-切边复合工艺计算285.1工件工艺分析285.2其模具设计如下285.3冲裁工艺力的计算295.4该模具主要零部件的结构设计305.5冲模模架的型号与选择345.6模具的总体设计34结 论43致 谢44参考文献45第1章 绪论 1.1模具工业的的概况模具工业是国民经济的基础工业，受到政府和企业界的高度重视，发达国家“模具工业是进入富裕社会的源动力”之说，可见其重视的程度。当今，“模具就是经济效益”的观念，已被越来越多的人所接受。模具技术水平在很大程度上决定于人才的整体水平，而模具技术水平的高低，又决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，因此模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。1.2冲压模的发展方向随着市场的发展，新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的要求也一定会越来越高。为了满足市场的需要，未来的模具无论是品种、结构、性能还是加工技术都必将会有较快发展，而且这种发展必须跟上时代发展步伐。展望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广。当然，这是需要开拓、创新和做出艰苦努力的。 超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展；模加高精度具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展，CAD/CAM/CAE/CAPP等将向智能化、集成化和网络化方向发展；更加高速、更加智能化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用； 更高性能及满足特殊用途的各种模具新材料将会不断发展，随之而来的也会产生一种特殊的和更为先进的加工方法；各种模具表面处理技术、涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展；逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将得到发展。 1.3冷冲压加工冷冲压加工是利用模具使板料分离成形的一种无切削加工，广泛用于汽车、拖拉机、电机、仪器仪表等制造部门。冷冲压生产的特点是：冷冲压加工生产效率极高，没有其它任何一种机械加工方法能与之相比；用冷冲压方法可以得到形状比较复杂的零件，如薄壳零件；冷冲压工件的尺寸精度与模具的精度相关，尺寸比较稳定，互换性好；冷冲压工件的材料利用率较高，工件重量轻，刚度/重量比高，强度/重量比高，冲压能耗小；冷冲压生产的操作简单，易于实现机械化及自动化；操作简单、速度快、效率高、劳动量大；冷冲压加工中所用的模具一般比较复杂，生产周期长，成本较高； 冷冲压最适合批量较大的生产。对于单件、小批量生产，冷冲压工艺有一定限制；冷冲模设计需要较强的想象力和创造力，对模具的设计者和制造者要求较高；在冷冲模设计理论和方法中，到目前为止，大都采用经典理论加修正系数的方法，而且对于工作零件的尺寸设计和某些冷冲压工艺，如形状复杂的拉深、成形，其工艺计算往往采用经验的方法。随着计算机 技术的应用，冷冲模设计理论和方法正在从传统方法向分析方法过渡，大大促进了冷冲模技术的发展。1.4现代冲压加工发展趋势深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理论、失稳理论与极限变形程度等；应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压工艺方案，使塑性变形理论逐步起到对生产过程的直接指导作用。制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料替代。随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。第2章 冲压工艺 本设计为方框零件的模具设计，该零件需要刚性不高，尺寸精度要求不高，为14级公差，零件材料为08F(碳素结构钢)。该零件拉深高度为4.3mm,为低盒形件拉深,而且带有带凸缘,采用的板厚为0.5mm,拉深的圆角半径分别为1mm和0.5mm。2.1冲压加工的经济性分析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的，与机械加工及塑性加工的其它方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多特点。如冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化；冲压时由模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压材料的表面质量，模具的寿命一般较长，所以冲压件的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征；冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压件的强度和刚度均较高；冲压一般没有切屑碎生成，材料的消耗较少，且不需其他加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。该零件的生产属于大批量的生产，这时采用其他方法制作该零件不能得到较好的效果。但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形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集产品。所以只有在冲压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。该零件的结构比较简单，具有较为简单的拉深工艺过程，故一般采用冲压加工的方法能获得较好的经济效益。冲压件的工艺性是指零件在冲压加工中的难易程度。分析零件图的主要目的是在于弄清楚该零件的材质、形状、尺寸、精度及其其他技术要求等是否适合冲压加工要求，即审查零件的工艺性。而另一个目的是在于明确冲压加工的难点所在，因为零件图上的极限尺寸、设计基准以及变薄量、翘曲、回弹、毛刺大小和方向要求对所需工序的性质、数量和顺序的确定，对工件定位方法与模具制造精度、模具结构型式的选择都有较大的影响。2.2冲压零件材料的工艺性分析该零件采用的材料是08F，是一种优质碳素结构钢，其可加工性和塑性好。查新编金属材料手册145页的表2-4-2得：材料性能牌号材料名称材料状态抗剪强度/MPa抗拉强度b/MPa伸长率10/MPa屈服强度s/MPa08F优质碳素结构钢已退火21630427538329210分析该工件的结构，该材料的各项性能能达到要求,可进行加工。2.3冲压零件的结构尺寸工艺性分析本零件是带凸缘的低盒形件，凸缘上还冲孔,冲侧孔，结构比较简单。零件的结构特征如图2.1所示图2.1零件：2.3.1该冲裁件的最小圆角半径的允许值当连接角度90时, 0.25t.(当t1时,按t=1mm计算),即=0.25mm1mm（冲裁件的最小圆角半径为1mm）,所以该冲裁件符合要求。2.3.2冲裁件孔的最小尺寸 1.3t,即=0.65mm1.8mm, 所以该冲裁件符合要求。2.3.3冲裁件的最小孔距 2t,即=1mm1.1mm,所以该冲裁件符合要求。2.3.4冲裁件上的悬臂由上图可知, 1.5t =0.75mm15118.3N4.3拉深模工作部分结构参数的确定4.3.1拉深凹模圆角半径一般来说，尽可能大些，大的可以降低极限拉深系数，而且可以提高拉深件的质量。但太大会削弱压边圈的作用，可能引起起趋现象，因此的大小要适当。与毛坯厚度、零件的形状尺寸及拉深方法等因素有关。所以拉深凹模的圆角半径为=2mm。4.3.2拉深凸模圆角半径由于一次拉深完成，得=（0.61）t，但对于厚度小于6mm的材料，其数值不小于（23）t，所以=1mm。4.3.3拉深凸、凹模的制造由于此低盒工件一次拉深即可，所以凸、凹模基本尺寸为工件的尺寸。凸、凹模的制造公差可根据工件公差来选定。由冲压设计资料可知，拉深件采用的公差为IT14及以下者，则凸、凹模制造公差采用IT10级精度。由冲压设计资料表1-5可知，尺寸13mm的制造公差为0.084mm,尺寸为37mm的制造公差为0.100mm 。4.3.4拉深凸、凹模间隙拉深模的间隙Z/2（单面）一般比毛坯厚度略大一些，其值按下式计算：单面间隙 -板料的最大厚度， -板料的正偏差 -间隙系数，盒形件间隙系数c根据零件尺寸精度要求选取当精度要求不高时：所以，单面间隙mm。4.4冲压设备的选择由上计算可得总压力约为1.4吨,所以拟选用6.3吨的开式曲柄压力机JB21-63。查压力机参数表可知6.3吨压力机: 发生公称压力时滑块距下死点距离为3.5mm。 滑块行程为50 mm,行程次数为160次/min 。 最大闭合高度为170mm,最小闭合高度为130 mm,封闭高度调节量为40mm。 滑块中心到床身距离为110mm。工作台尺寸:左右为315mm,前后为200mm。工作台孔尺寸:左右为150mm,前后为70mm,直径为110mm。立柱间距离为150mm。模柄孔尺寸(直径X深度) 。工作台板厚度为40mm。4.5冲裁模主要零部件的结构设计4.5.1凸模的结构设计其零件图如下4.4所示图4.4 拉深凸模 材料为Cr12MoV(高碳高铬冷作模具钢) 凸模的长度应根据冲模的具体结构确定,应留有修磨余量,并且模具在闭合状态下,卸料板至凸模固定板间应留有避免压手的安全距离。 所以凸模的长度为58mm。4.5.2凹模的结构设计落料凹模,其零件图如图4.6 图4.6 落料凹模材料为Cr12Mo V(高碳高铬冷作模具钢) 凹模的厚度: 所以H取25mm凹模的壁厚: 所以C取25.5mm螺孔与销孔之间,及到刃口边的最小距离如上图所示。螺孔初选M8, 销孔初选8mm。4.5.3定位零件的设计和标准件的选用定位板:保证材料的正确送进及在冲模中的正确位置。此拉深模采用定位板(两个)。挡料销:用于限定条料送进距离,抵住条料的搭边或工作轮廓,起定位作用。此拉深模采有挡料销(两个)。采用凸缘式模柄.详见零件图FH00-00。4.5.4卸料与推件零件设计卸料装置此拉深模采用弹性卸料装置,采用弹簧卸料。因为卸料力,根据得,弹簧的压缩量为25%。所以弹簧查冲压设计资料表1-15得,其厚度为30mm。卸料板的厚度为10mm推件装置 此拉深模采用弹簧推件装置，推件力F=1.204KN,由上公式可知，弹簧的压缩里为25%，查表得其厚度为30mm。推件板的厚度为10mm。4.5.5凸模固定板与垫板凸模固定板的选择凸模固定板将凸模固定在模座上,其平面轮廓尺寸除应保证凸模安装孔外,还要考虑螺钉与销孔的设置.此复合模采用矩形,厚度一般为凹模厚度的0.60.8倍.所以凸模固定板的厚度为25mm。垫板选择垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力,以降低模座所受的压力,保护模座以免被凸模端面压陷.冲裁凸模是否加垫板,应根据模座承压的大小进行判断。因为支承面的单位压力P小于许用压应力,所以可以不加垫板,但为了配合模具的闭合高度,所以还是选用了垫板,其厚度为5mm.上下模各一块。4.5.6冲模的闭合高度冲模的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间,其关系为Hmax-5mmHHmin+10mm所以取H=170mm。4.6冲模模架的型号与选择此工件为低盒形盒拉深，为节省成本，所以不用标准模架，导柱与导套也不需要。最大行程为50mm，最小闭合高度为150mm。4.7模具的总体设计有了上述的各步计算所得的数据及确定的工艺方案，便可以对落料模进行总体的设计并画出草图，如图4.7所示。图4.7 拉深模具草图第5章 冲孔-切边复合工艺计算 5.1工件工艺分析由拉深件可得冲孔-切边模具的毛坯，拉深件的零件图为图5.1。 图5.1 拉深件5.2其模具设计如下5.2.1凸、凹模间隙值的确定该工件的材料为08F,厚度为0.5mm,且工件冲孔切边，即得出工件的尺寸，所以按工件的尺寸，查表2-8得=0.040mm,Zmax=0.060mm。5.2.2凸、凹模刃口尺寸的确定由于工件切边是落料件，其尺寸是由凹模决定的，因此就以落料凹模为设计基准。工件冲孔时，其尺寸是由凸模决定的，因此冲孔时以凸模为设计基准。凸凹模则由落料凹模及冲孔凸模的实际尺寸按间隙要求配作。尺寸未标注公差尺寸按IT14级精度制造。其公差值查冲压设计资料表1-5得。冲孔时，由表可知，x=0.5，所以 凸凹模的基本尺寸与凸模相同，为2.675mm 。但不必注公差，注明以0.04mm0.06mm间隙与冲孔凸模配制。 落料时，由表3-5可知，X=0.5，所以 凸凹模的基本尺寸与凹模相同，为17.8mm，58.8mm，0.9mm，1.4mm 。但不必注公差，注明以0.04mm0.06mm间隙与落料凹模配制。5.3冲裁工艺力的计算5.3.1冲裁力冲裁力:08F(优质碳素结构钢)的抗剪强度,抗拉强度,常数K=1.3 ， 5.3.2卸料力、推件力和顶件力因为采用弹压卸料装置和下出件模具, 卸料力: 推件力: 所以总压力=冲裁力+卸料力+推件力 5.3.3冲压设备的选择因为总压力约为0.36吨,所以拟选用4吨的开式曲柄压力机JB21-40。 查压力机参数表可知16吨压力机: 发生公称压力时滑块距下死点距离为5mm。 滑块行程为70mm,行程次数为115次/min 。 最大闭合高度为220mm,最小闭合高度为160mm,封闭高度调节量为60mm。 滑块中心到床身距离为160mm。工作台尺寸:左右为450mm,前后为300mm。工作台孔尺寸:左右为220mm,前后为110mm,直径为160mm。立柱间距离为220mm。模柄孔尺寸(直径X深度) 。工作台板厚度为50mm。5.4该模具主要零部件的结构设计5.4.1冲孔凸模的结构设计其零件图如下图5.3所示为冲孔凸模图5.3 冲孔凸模 其固定方法台阶式材料为Cr12MoV(高碳高铬冷作模具钢)C 1.41.7% Cr 1112.5% Mo 0.40.6% V 0.150.3%。 凸模的长度应根据冲模的具体结构确定,应留有修磨余量,并且模具在闭合状态下,卸料板至凸模固定板间应留有避免压手的安全距离。 所以凸模的长度为36mm。5.4.2落料凹模的结构设计落料凹模,其零件图如图5.4 图5.4 落料凹模材料为Cr12Mo V(高碳高铬冷作模具钢) 其刃口孔型见上图。 其刃口孔型的特点是: 刃口强度较好, 刃口尺寸不随修磨刃口而增大,但易积冲裁件或废料,孔壁磨损和压力较大,修磨时刃口磨去的尺寸较多。 凹模的厚度: 所以H取25mm。凹模的壁厚: 所以C取33mm螺孔与销孔之间,及到刃口边的最小距离如上图所示。螺孔初选M8, 销孔初选8mm。5.4.3凸凹模的结构设计凸凹模的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸。 因为此模具为倒装复合模，其凸凹模的最小壁厚：对于黑色金属约为工件料厚的1.5倍，但不小于0.7mm。由工件图可知，凸凹模的最小壁厚为2.1mm，大于1.5倍厚度，所以符合要求。其零件图如下图5.5所示。图5.5凸凹模5.4.4定位零件的设计挡料销:用于限定条料送进距离,抵住条料的搭边或工作轮廓,起定位作用。此落料模采有挡料销(两个)。 此模具并采用定位块定位。尺寸为36mmX12mm,用沉头螺钉固定。5.4.5卸料与推件零件设计卸料装置此落料模采用弹卸料装置,采用橡胶卸料。因为卸料力,根据得,橡胶的压缩量为25%。所以橡胶选用国产聚氨酯橡胶,其厚度为20mm。卸料板的厚度为10mm。推件装置此复合模采用刚性卸料装置,采用推件板。5.4.6导向零件设计与标准件的选用该落料模采用后侧导柱.导柱和导套各先两个,导柱在下模座上,导套在上模座上,分别采用过盈配合与模座配合。采用凸缘式模柄.查冲压设计资料表8-33可得，详见零件图FH-00-00。5.4.7凸模固定板的选择凸模固定板将凸模固定在模座上,其平面轮廓尺寸除应保证凸模安装孔外,还要考虑螺钉与销孔的设置,厚度一般为凹模厚度的0.60.8倍.所以凸模固定板的厚度为15mm。5.4.8垫板选择垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力,以降低模座所受的压力,保护模座以免被凸模端面压陷。冲裁凸模是否加垫板,应根据模座承压的大小进行判断。因为支承面的单位压力P小于许用压应力,所以可以不加垫板。5.4.9冲模的闭合高度冲模的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间,其关系为Hmax-5mmHHmin+10mm。所以取H=185mm。5.5冲模模架的型号与选择落料模一般采用后侧导柱模架,因为此模架受力较均匀., 最大行程为80mm最小闭合高度为160mm。5.6模具的总体设计有了上述的各步计算所得的数据及确定的工艺方案，便可以对落料模进行总体的设计并画出草图，如图5.6所示图5.6 冲孔-切边复合模具草图结 束 语 毕业设计是大学三年来最后一次学习效果的综合检测，也是作为本科学生最后一次比较系统的知识总结。毕业设计是一