毕业设计（论文）-定位圈冲压工艺分析与模具设计.doc

定位圈冲压工艺分析与模具设计摘 要：模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺设备。先进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品结构和生产过程，对模具行业也是如此，模具制造现代化正成为国内外模具也发展的一种趋势。进20年来，产值以每年15%左右的速度增长。2000年我过模具工业总产值已达280亿元人民币。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。本设计是以一套定位圈冲压工艺分析与模具设计为例，首先对零件进行分析并选定了设计方案，利用落料冲孔复合模设计对材料进行设计，选取正确的计算公式对此进行严密的计算并运用CAD绘图，来完成定位圈冲压工艺分析与模具设计。关键词：模具、CAD、落料、复合模设计Location ring stamping process analysis and die designAbstract：The basis of mold is widely used in industrial production process equipment. The emergence of advanced manufacturing technology is rapidly changing the product structure and production process of manufacturing, for the mold industry, mould manufacturing is becoming a modern mold is also a trend of the development of both at home and abroad. In 20 years, GDP is growing at about 15% per year. In 2000 I die gross industrial output value reached 28 billion yuan. In the mold industry output value, the stamping die accounted for about 50%, plastic mould accounted for about 33%, die casting mould accounted for about 6%, other kinds of mould accounted for about 11%. This design is based on a set of positioning circle stamping process analysis and die design, for example, first analyze the components and the design scheme of selected using the blanking, punching compound die design to design, material selection of the correct formula to strict calculation and CAD drawing, to complete the location ring stamping process analysis and die design.目 录1概 述11.1模具工业在国民经济中的地位11.2我国模具工业的现状21.3我国模具技术的现状及发展趋势31.4各种模具的分类和占有量41.5各种模具的定义41.6本次设计的目的及意义52 冲压工艺设计72.1工艺方案的分析72.2工艺方案的确定72.2.1冲压工艺的类型72.2.2工序的组合及方案的比较82.2.3排样设计82.2.4计算冲压力初选压力机103 冲压模具设计133.1确定冲模类型及结构形式133.2定位方式133.3卸料方式133.4模具设计计算133.4.1计算模具压力中心133.4.2计算或估算各主要零件外形尺寸143.4.3确定凸凹模间隙:计算凸凹模工作部分尺寸153.4.4校核压力机164 模具装配图17结论19参考文献20致 谢21 II太原工业学院毕业设计1 概述1.1 模具工业在国民经济中的地位模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中6090的产品的零件，组件和部件的生产加工。模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。1.2 我国模具工业的现状自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260270亿元人民币。今后预计每年仍会以1015的速度快速增长。目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如:科龙，美的，康佳和威力等知名集团都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则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。 在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。其中，冲压模具约占50（中国台湾：40），塑料模具约占33（中国台湾：48），压铸模具约占6（中国台湾：5），其他各类模具约占11（中国台湾：7）。中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（19611981），成长期（19811991），成熟期（19912001）三个阶段。萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等）逐年增加。在此阶段的模具包括：一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。1981年1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自1982年起，台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。从1985年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994年，1998年，由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。1997年11月间台湾凭借模具产业的实力，获得世界模具协会（ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。1.3 我国模具技术的现状及发展趋势20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。1.4 各种模具的分类和占有量模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。1.5 各种模具的定义（1）冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的50以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。（2）锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的35，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。（4）压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的6。（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。 模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。1.6本次设计的目的及意义（1） 综合运用和巩固机械设计相关课程的基本理论和专业知识，培养从事 模具设计与机械设计的初步能力，为实际工作打下良好的基础。（2） 培养分析问题和解决问题的能力。经过该设计环节，应该能全面理解 掌握冲压工艺，模具设计模具制造等相关机械设计的内容；掌握冲压工艺与模具设计的基本方法和步骤，模具零件的常用加工方法及工艺规程编制，模具装配工艺制定；独立解决在制定冲压工艺规程，设计冲模结构、编制模具零件加工工艺规程中出现的问题；会查阅技术文献和资料，以完成从事冲压技术工作的人员在模具设计与制作方面所必须具备的基本能力训练。（3） 培养认真负责、踏实细致的工作作风和严谨科学态度，强化质量意 识的时间观念，养成良好的职业习惯。（4）工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了较大发展，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到70%左右。造成产需矛盾突出的原因，一是专业化、标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作量均需模具厂去完成。加工企业管理的体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求。二是设计和工艺技术落后，如模具CAD/CAM技术采用不普遍，加工设备数控化率低等，亦造成模具生产效率不高、周期长。总之，是拖了机电、轻工等行业发展的后腿。因此我们必须意识到，对模具设计的研究的目的和意义在于能够很好的认识模具工业在国民经济中的地位的重要性。因为利用模具成型零件的方法，实质上是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法，采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的经济效益。利用模具生产零件的方法已经成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段，它对保证制品质量，缩短试用周期，进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性的意义。因此德国把模具称为“金属加工中的帝王”，把模具工业视为“关键工业”，美国把模具称为“美国工业的基石”，把模具工业视为“不可估量其力量的工业”，日本把模具说成是“促进社会富裕繁荣的动力”，把模具视为“整个工业发展的秘密”。因此，要使国民经济各个部门获得高速发展，加速实现社会主义四个现代化，就必须尽快将模具工业搞上去，使模具生产形成一个独立的工业部门，从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键作用。2 冲压工艺设计2.1 工艺方案的分析 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。良好的冲裁工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量等要求。1 冲裁件结构工艺性(1) 最小圆角半径(2) 冲裁件的最小尺寸(3) 最小孔距、孔边距(4) 冲裁件上的悬臂和凹槽部分尺寸(5) 冲载的形状简单对称，材料为H62-M由冲压工艺与模具设计表1.4.1查得起抗剪强度为260Mpa。(6) 冲载件的外行采用过渡圆角，避免产生清角R=1。(7) 冲载件无悬臂和狭槽，易于加工。(8) 冲孔位置与零件壁间距a=7.5mm.21.5.(9) 冲载件的孔径为13，满足冲孔凸模强度和刚度要求。2.2 工艺方案的确定2.2.1 冲压工艺的类型该制件表明它为冲载件，制件的全部基本工序为：冲孔（13），落料，两道工序2.2.2 工序的组合及方案的比较该零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔，可拟订出以下三种工艺方案。 方案一：先落料，在冲孔，采用单工序模生产，即落料冲孔冲孔。 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。 采用方案一，生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该工件为大批量生产，方案二和方案三更具有优越性。 分析以上三种方案，可看出：方案一采用单一工序模来加工制件，在落料时需要用冲孔13的空来保证空与外形的位置度，该制件为大批量产生，而单工序模的生产效率低，因此不宜采用此方案。方案二采用复合模加工制件，复合模结构紧凑，生产效率高，制件精度高且容易保证制件空与外形的位置度，但复合模结构复杂，对模具零件的精度要求高，模具装配要求也较高，制件复杂，加工制件的精度很高，因此，此方案宜采用。方案三采用连续模加工制件，连续模的成型是一种工序集中的工艺方法，是一种工作多，效率高的冲模，但定位不能有高的进度，因此此方案不宜采用。2.2.3 排样设计冲孔（13）落料，复合模,工序图:： 排样图：由冲压工艺与模具设计表2.5.2材料厚度圆件及r2t工件矩形工件边长L500mm或r2t的工件工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a+ 所以选择的弹簧可使用3.4.3 确定凸凹模间隙:计算凸凹模工作部分尺寸该零件为冲空,落料件,13由冲孔获得28,44.6,12为落料获得查冲压工艺与模具设计表2.2.4的2Cmin=0.15 2Cmax=0.19则 2Cmac-2Cmin=0.19-0.15=0.04mm 由公差表查得: 13为IT14级,=0.43取X=0.5;28为IT14极,=0.52取X=0.5 446为IT14极,=0.62取X=0.5;12为IT14级,=0.43取X=0.5 冲孔13: =(13+0.50.43) =13.2 d=(13.2+0.15) =13.35 校核:|+|2Cmax-2Cmin 0.01450.04(满足间隙公差条件) 落料:28 Dd=(D-X)=(28-0.50.52)= Dp= =(27.7-0.15) =27.55 校核:0.011+0.006=0.0170.04(满足间隙公差条件) 44.6mm Dd= =(44.6-0.50.62)=44.3 Dp= =(44.3-0.15) =44.15 校核:0.12+0.008=0.020.04(满足间隙公差条件) 12mm Dd=(12-0.50.43)=11.8 Dp=(11.8-0.15)=11.65 校核:0.005+0.009=0.0140.04(满足间隙公差条件)3.4.4 校核压力机 (1)校核闭合高度Hm 由冲压工艺与模具设计附录A查得机床最大闭合高度Hmax=180mm 最小闭合高度Hmin=135mm =8+2+18+37+8+30+35=148mm Hmax-5HmHmin+10 180-5148135+10(满足条件)(2)校核公称压力 =106.9KN =2.338KN =n=20.03106.9X=6.414KN =106.9+2.138+6.414=115.452KN 160KN (满足条件) (3)工作台校核 工作台面尺寸应大于模具尺寸5070mm则=306+50=356mm =170+50=220mm由冲压工艺与模具设计附录A查得工作台前后长300 左右长450,满足条件.4 模具装配图 经过一系列查资料，对零件进行工艺分析，利用公式对尺寸进行计算，最终用CAD画出了装配图。结 论定位圈属于简单冲压件，分析其工艺性，并确定工艺方案。根据计算确定本制件的排样方按及总共的冲裁力，然后选取合适的压力机。本设计主要的设计要点是工件为非对称件，必须计算好压力中心使压力中心与压力机的滑块中心相重合。最后根据上面的设计绘出模具的总装图。由于在零件制造前进行了预测，分析了制件在生产过程中可能出现的缺陷，采取了相应的工艺措施。因此，模具在生产零件的时候才可以减少废品的产生。通过此次毕业设计是我知道:冷冲模是建立在金属塑性变形的基础上,在常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一定形状,尺寸和性能的零件的一种压