毕业设计（论文）-PEPS安装支架冲裁模设计.doc

普通本科毕业设计（论文）说明书课题名称 :PEPS安装支架冲裁模 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 xxxx 学 号 xxxxxx 姓 名 xxx 指导教师 xxxxxxxxx 2019年 5 月 17 日摘 要课题为PEPS安装支架冲裁模，该零件生产属于大批量生产，零件结构紧凑，冲裁壁厚很小，成形过程相互干涉，在复合模中难于实现；若用简单的落料、冲孔、弯曲模等单工序模也可达到冲压要求，这样模具虽然简单了，但是冲压所用的设备和人员较多，冲压工序中的定位也较麻烦，加上零件较小，装料时易产生不安全的现象，而且工序较多效率较低故不被推广。为减少零件在生产中的多次定位对其精度和生产率的影响，一要产品批量较大，对零件的一致性要求较高，二是具有良好的弯曲和冲裁性能，经过反复比较，适宜采用较为复杂的复合模制造。全套图纸加扣3012250582 解决的关键问题1）排样图设计；2）条料定位装置；3）出料装置；4）凸、凹模间隙的选择； 5）凸、凹模刃口尺寸计算；6）凸、凹模的结构和固定形式； 7）冲压设备的选用； 8）压力中心的计算。这些问题都是设计该模具的关键问题，在设计过程中，本人将通过查阅有关文献资料来解决。关键词：PEPS安装支架、弯曲、冲压AbstractThe subject is PEPPS mounting bracket cutting die. The part production belongs to mass production, the part structure is compact, the thickness of the punching wall is very small, and the forming process interferes with each other, and it is difficult to achieve in the composite die. If a single process die such as a simple drop, punch, and bending die is used, the stamping requirements can also be achieved. Although the mold is simple, there are more equipment and personnel used for stamping, and the positioning in the stamping process is also more troublesome. Small parts, When loading, it is easy to produce unsafe phenomena, and the process is more efficient and is not promoted. In order to reduce the impact of multiple positioning of parts in production on their accuracy and productivity, the first is that the products are larger in volume, the consistency of the parts is higher, and the second is that they have good bending and stamping properties. After repeated comparisons, Suitable for complex composite mold manufacturing.Key issues addressed1) the layout design;2) material positioning device;3) the discharge device;4) Selection of convex and concave die gaps;5) calculation of the dimensions of convex and concave blades;6) the structure and fixed form of convex and concave molds;7) Selection of stamping equipment;8) Calculation of pressure centers.These problems are the key problems in designing the mold. In the design process, I will solve them by consulting the relevant documents. Key words: the Manufacturability analysis, bending, Mold design4目 录1 绪论5第一章 零件的工艺分析及方案的确定81.1 零件的材料分析81.2 工件展开图101.3 工艺方案的确定103落料冲孔模113.1 冲裁力113.2 压力机选择133.3 凸模、凹模计算133.4模具成型部件图153.5落料冲孔复合模193.6 模具零部件的确定203.6.1模架与模座的选择203.6.2 模柄的设计203.6.3 凸模固定板的设计203.6.4导向装置的选择203.6.5 卸料装置214弯曲模224.1 弯曲力224.2 压力机选择234.3 凸模、凹模计算234.4模具成型部件图244.5落料冲孔复合模284.6 模具零部件的确定294.6.1模架与模座的选择294.6.2 模柄的设计294.6.3导向装置的选择303.6.4 卸料装置305 模具的维护与修理305.1 模具维护305.1.1模具的正确使用305.1.2 模具的维护305.1.3 模具的保管315.2 模具修理315.2.1模具的修理过程315.2.2 模具修理后的检查32致 谢33参考文献341 绪论近年来，我国的模具工业也有较大发展，全国已有模具生产厂数千个，拥有职工数十万人，每年能生产上百万套模具。多工位级进模具和长寿命硬质合金模具的生产及应用有了进一步扩大。为满足新产品试制和小批量生产的需要，我国模具行业制造了多种简单、生产周期短、成本低的简易冲模，如钢皮冲冲模、聚氨脂橡胶模、低熔点合金模具、锌合金模具、组合冲模、通用可调冲孔模等。数控铣床、数控电火花加工机床、加工中心等加工设备已在模具生产中采用。电火花和线切割加工已成为冷冲模制造的主要手段。为了对硬质合金模具进行精密成型磨削，研制成功了单层电镀金刚石成形磨轮和电火花成形磨削专用机床，使用效果良好，对型腔的加工正在根据模具的不同类型采用电火花加工、电解加工、电铸加工、陶瓷型精密铸造、冷入挤压。超塑成形以及利用照相腐蚀技术加工型腔皮革纹表面等多种工艺。模具的计算机辅助设计和制造也已进行开发和应用。尽管我国的模具工业这些年来发展较快，模具制造水平也在逐步提高，但和工业发达国家相比，仍存在较大差距，主要表现在模具品种少、精度差、寿命短、生产周期长等方面。21世纪的今天,中国凭借丰富且廉价的人力资源、庞大的市场及其它许多有利条件，已成为承接工业发达国家模具业转移的良好目的地。随着国际交往的日益增多和外资在中国模具行业的投入日渐增加，中国模具已经与世界模具密不可分，中国模具在世界模具中的地位和影响越业越重要。据相关专业人士分析，未来十年，中国模具工业和技术的主要发展方向将主要集中在以下几个方面：(1)模具结构日趋大型、精密、复杂及寿命日益提高。由于成型零件日趋大型及高效率生产所要求的一模多腔，使模具日趋大型化；随着零件微型化和模具结构发展的要求，今后模具加工的精度将更小，这必将促进超精密加工的发展。(2)CAD/CAE/CAM 技术在模具设计制造中的广泛应用。在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计的制造系统(CAD/CAE/CAM)，发展高精度、高寿命模具和简易模具(软模、低熔点合金模具等)制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。模具制造是设计的延续，推行模具设计与制造一体化可达到优化设计的要求。实践证明，模具CAD/CAE/CAM技术是当代最合理的模具生产方式，既可用于建模、为数控加工提供NC程序，也可针对不同的模具类型，以相应的基础理论，通过数值模拟方法达到预测产品成型过程的目的，改善模具结构。从CAD/CAE/CAM一体化的角度分析，其发展趋势是集成化、三维化、智能化和网络化，其中心思想是让用户在统一的环境中实现CAD/CAE/CAM协同作业，以充分发挥各单元的优势和功效。因此，应大力进行高端辅助设计制造软件的培训、推广和应用。(3)快速经济模具技术的推广应用。快速模具制造及快速成型技术是在近两来迅速发展起来的，并正向着高精度、更快捷的方向发展。与传统的模具技术相比，该技术具有制模周期短、成本特点，是综合经济效益较显著的模具制造技术。近年来快速模具制造商投入了很大的人力和物力，对各种模具的快速制造工艺进行研发，对传统的快速模具制造技术进行改造，嫁接了先进的RP及NC技术，有效满足一些高精度、高寿命模具的生产需求。(4)提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。模具标准件应进一步增加规格、品种、发展和完善销售网络，保证供货速度，为客户提供交货期短、精度高、生产工艺性好、使用寿命长、价格低的优质模具标准件。(5)开发优质模具材料和先进的表面处理技术。模具材料是模具工业的基础，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。当前，国外模具材料系列日趋完善与细化，国内开发的高级优质模具钢品种虽然不少，但推广应用不足，每年所需约70万吨模具钢还要有相当一分进口。模具表面处理技术对模具的制造精度、模具的强度、模具的寿命、模具的制造成本等有着直接的影响。稀土表面工程技术和纳米技术表面工程技术的出现进一步推动模具制造的表面工程技术的发展。同时处理技术由大气热处理向真空热处理发展。(6)冲压成形技术将更加科学化、数字化，可控化。科学化主要体现深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理念、失稳理论与变形程度等对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程序。数字化主要体现在应用有限元、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，从而优化冲压方案。(7)成形过程的数值模拟技术将在实用化方向取得很大的发展，并与化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂开关零件成形，从而真正进入实用阶段。(8)注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。(9)对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便宜从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。(10)冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、修改化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统(FMS)、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。第一章 零件的工艺分析及方案的确定1.1 零件的材料分析本课题零件为PEPS安装支架，材料为DC01，料厚为1.2mm，件数不限。零件图如图1-1所示：图1-1 安装支架零件二维图 图1-2 安装支架零件三维图DC01的力学性能见下表1：材料名称牌号材料状态屈服强度s/MPa抗拉强度 /MPa伸长率 10/%碳素结构钢DC01已退火270270410281.2 工件展开图 图1-3 安装支架展开图 图1-4 安装支架展开图1.3 工艺方案的确定(1)方案对比从产品的使用要求及每年的产量考虑冲压工艺，有下列4种：方案1：落料冲孔复合模弯曲模方案2：三套单工序模（即落料模、冲孔模、弯曲模）方案3：一套落料冲孔弯曲复合模方案4：使用连续模进行冲中心孔、弯曲、落料。然后在电镀前增加振动清洗去毛刺工艺，这样将大大增加生产效率。 (2)方案分析方案一：该方案需要两套模具才能成形，效率低，适用于小批量生产。方案二：该方案需要三套复合模具成形，效率低，且后套模具不易定位，对于整个制件的精度就不能有良好的最终保证。方案三：该方案能够一套复合同时完成外形落料、冲中心孔和弯曲工序，工序合理，步骤符合工件形状要求，生产效率高，适用于大批量生产；虽然模具结构较复杂，模具成本较高，但是模具寿命好，大批量生产后，零件的生产成本大大降低。方案四：级进模结构比较复杂，工步比较多，除了制件本身有的三个工序，还要有中间的导正工序，而且制件厚度为3.0mm，级进模一般采用料带自动进料，因为价格昂贵，更适用于大批量生产，有时甚至制件产品达到百万才考虑到用级进模，所以多方考虑，这个设计也不作用。(3)方案确定比较上述四种工艺方案，应生产批量较小，故采用方案一，并设计每分钟800次到1000次的高速冲压模具。3落料冲孔模3.1 冲裁力1落料力计算式中 落料力（N）； L工件外轮廓周长（mm）； t 材料厚度（mm）; 材料的抗拉强度。由表1的力学性能得 =300MPa工件外形周长约为416mm2.6.1孔的冲裁力计算式中L工件内轮廓周长（mm） 3.7.1孔的冲裁力计算式中L工件内轮廓周长（mm） 4.6.1孔卸料力式中 卸料力因数，查得 5.7.1孔卸料力式中 卸料力因数，查得 6顶件力 式中 顶件力因数，值由上表查得=0.06 总的冲裁力F=149.76KN+6.9KN+8.03KN+0.31KN+0.36KN+8.99KN=174.35KN3.2 压力机选择按公称压力选取压力机查表4.1即依据冲压模具设计手册表7-1，选择公称压力为400KN的开式压力机，该压力机与模具设计的有关系参数为：公称压力：400滑块行程：40封闭高度调节量：80最大封闭高度：400工作台尺寸（左右前后）：3.3 凸模、凹模计算在确定工件零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对比较简单，适宜采用线切割机床分别加工冲孔凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法计算。根据冲夺模具设计与制造实训教程一书，查得冲裁初始双面间隙，。未注公差的毛坯尺寸按照IT14级计算，磨损因数x的值查得x=0.51 落料韧口尺寸计算，冲裁凸模，凹模分别按IT6和IT7级制造。凸模尺寸计算： 凹模尺寸计算： 2冲孔模尺寸计算 对于6.1冲孔裁凸模、凹模的制造公差可由表3.4查得，则： =（6.105+0.02）mm=6.125mm3冲孔模尺寸计算 对于7.1冲孔裁凸模、凹模的制造公差可由表3.4查得，则： =（7.105+0.02）mm=7.125mm3.4模具成型部件图图3-1 6.1凸模图3-2 6.1凸模图3-3 7.1凸模图3-4 7.1凸模图3-5 凹模图3-6 凹模图3-7 凸凹模图3-8 凸凹模3.5落料冲孔复合模图3-9 落料冲孔模图3-10 落料冲孔模3.6 模具零部件的确定 3.6.1模架与模座的选择由于此次的零件尺寸小，属于小型冲模，所有可以选择后侧导柱模架，导柱发布在模座的后侧，而且直径都相同。上模座和下模座能把整套模具的零件通过它们来直接或者间接的安装，这是下模座和上模座的主要作用，并且能与其它零件连接传递压力。此次设计的上、下模座为非标准件，其规格为上模座400mm300mm38mm，下模座400mm300mm38mm。3.6.2 模柄的设计一般的中、小型的模具是通过模柄来将上模固定在压力机的滑块上。此次设计的模柄为压入式模柄，模柄的规格为50mm110mm。压人式模柄的固定段和上模座的孔采用的是过渡配合，并且加骑缝销来防止转动。在装配后模柄的轴线与上模座的垂直度比旋入式的模柄好，压入式模柄主要用在上模座较厚而且也没有开设有推板的情况。3.6.3 凸模固定板的设计 标准的凸模固定板有多种形式的，比如有矩形的、有圆形的，也有单凸模固定板。在设计时，需要根据凸模固定以及紧固件合理布置来确定其轮廓的尺寸，其厚度通常是凹模厚度的。固定板与凸模采用过渡配合（或），压装后将凸模的端面和固定板一起磨平。此套模具设计了一块凸模固定板，外形尺寸为270mm150mm29mm。3.6.4导向装置的选择 我们一般常用的导向装置有三种，它们分别是滚珠导向式，导柱导套式和导板式。此次设计选用的是导柱导套式作为导向装置。导柱导套式的导向装置：导套、导柱与模座之间的连接可以采用过渡配合来代替过盈配合，这样容易确保导柱和导套的轴线都垂直于模座的平面，同时使模架的导向精度只取决于加工的精度，从而容易制成精密的模架。 另外，为了保证模具在使用中的安全性和可靠性，在设计与装配模具时，还应注意一些问题：当模具处在闭合位置时，导柱的上端面与上模座的上平面要留有的距离，导柱的下端面和下模座的下平面应该留有的距离；为了利于气体的排出和出油，可在上模板开一道横槽，同时导套与上模座的上平面要留有足够的距离，这距离不能小于3mm。其导柱导套的规格分别为：导柱38mm200mm，导套38mm110mm52mm。3.6.5 卸料装置 我们常用的弹压卸料装置一般是由卸料板、弹性元件（弹簧、橡胶）和卸料螺钉构成的。弹压卸料装置的卸料力比较小，但是它同时具有卸料的作用和压料作用，从而使冲裁零件的质量较好，平面度也较高。4弯曲模4.1 弯曲力1.左边弯曲力计算按近似压弯力公式式中 自由弯曲力（N） B弯曲的宽度，； t弯曲件的厚度，； R弯曲件的内弯曲半径，； 材料的抗拉强度；DC01的力学性能表查得 K安全因数，一般取。2.压料力压料力的值可近似取自由弯曲力的30%80%，3.右边弯曲力计算按近似压弯力公式式中 自由弯曲力（N） B弯曲的宽度，； t弯曲件的厚度，； R弯曲件的内弯曲半径，； 材料的抗拉强度；DC01的力学性能表查得 K安全因数，一般取。4.压料力压料力的值可近似取自由弯曲力的30%80%，总的冲裁力F=7.371KN+5.897KN+2.604KN+2.083KN=17.955KN4.2 压力机选择按公称压力选取压力机查表4.1即依据冲压模具设计手册表7-1，选择公称压力为40KN的开式压力机，该压力机与模具设计的有关系参数为：公称压力：40滑块行程：40封闭高度调节量：354.3 凸模、凹模计算在确定工件零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对比较简单，适宜采用线切割机床分别加工冲孔凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法计算。根据冲夺模具设计与制造实训教程一书，查得冲裁初始双面间隙，。未注公差的毛坯尺寸按照IT14级计算，磨损因数x的值查得x=0.51.弯曲1刃口尺寸计算，冲裁凸模，凹模分别按IT6和IT7级制造。凸模尺寸计算： 凹模尺寸计算： 4.4模具成型部件图图4-1 弯曲凸模1图4-2 弯曲凸模1图4-3 弯曲凹模1图4-4 弯曲凹模1图4-5 弯曲凸模2图4-6 弯曲凸模2图4-7 弯曲凹模2图4-8 弯曲凹模24.5落料冲孔复合模图4-9 弯曲模图4-10 弯曲模4.6 模具零部件的确定 4.6.1模架与模座的选择由于此次的零件尺寸小，属于小型冲模，所有可以选择后侧导柱模架，导柱发布在模座的后侧，而且直径都相同。上模座和下模座能把整套模具的零件通过它们来直接或者间接的安装，这是下模座和上模座的主要作用，并且能与其它零件连接传递压力。此次设计的上、下模座为非标准件，其规格为上模座400mm350mm38mm，下模座400mm350mm38mm。4.6.2 模柄的设计一般的中、小型的模具是通过模柄来将上模固定在压力机的滑块上。此次设计的模柄为压入式模柄，模柄的规格为50mm110mm。压人式模柄的固定段和上模座的孔采用的是过渡配合，并且加骑缝销来防止转动。在装配后模柄的轴线与上模座的垂直度比旋入式的模柄好，压入式模柄主要用在上模座较厚而且也没有开设有推板的情况。4.6.3导向装置的选择 我们一般常用的导向装置有三种，它们分别是滚珠导向式，导柱导套式和导板式。此次设计选用的是导柱导套式作为导向装置。导柱导套式的导向装置：导套、导柱与模座之间的连接可以采用过渡配合来代替过盈配合，这样容易确保导柱和导套的轴线都垂直于模座的平面，同时使模架的导向精度只取决于加工的精度，从而容易制成精密的模架。 另外，为了保证模具在使用中的安全性和可靠性，在设计与装配模具时，还应注意一些问题：当模具处在闭合位置时，导柱的上端面与上模座的上平面要留有的距离，导柱的下端面和下模座的下平面应该留有的距离；为了利于气体的排出和出油，可在上模板开一道横槽，同时导套与上模座的上平面要留有足够的距离，这距离不能小于3mm。其导柱导套的规格分别为：导柱38mm180mm，导套38mm110mm52mm。3.6.4 卸料装置 我们常用的弹压卸料装置一般是由卸料板、弹性元件（弹簧、橡胶）和卸料螺钉构成的。弹压卸料装置的卸料力比较小，但是它同时具有卸料的作用和压料作用，从而使冲裁零件的质量较好，平面度也较高。 5 模具的维护与修理5.1模具维护5.1.1模具的正确使用为了提高模具的使用寿命，根据实际生产过程和需要来确定对模具工作过程中的保养与维护，制定出一套切实可行的工作维护方法。要遵循以下方面：在使用模具之前应严格检查一遍，还要清除模具表面的污垢；对于模具的导向装置，还应该检查润滑是否良好；经常检查液压机，保证液压机精度；按安装的步骤将模具安装在液压机上，而且需要仔细地调整凸凹模之间的间隙；空白处应干净，并根据润滑剂均匀的要求；凹、凸模刃口磨损后应当即时刃磨，不然会加速刃口的磨损，并减弱冲压件的工作质量和模具寿命；对批量生产的模具必须有备用零件，为了使用旋转，保证正常生产的需要；送料方式、出件方式材料用具和夹具则利用软金属制成，以防之外破损模具；处理模具必须小心处理，边缘和导向装置，以避免损坏模具。超出50kg的中、大型模具要另设起吊配置以便搬移；模具入库前应对报废品和合格零件表面污垢清除，并涂抹润滑油防锈切削刃上和方向的地方。最后还因建立完善的模具保管、使用的管理制度。5.1.2模具的维护冲模使用过程中总会呈现少许问题，许多时刻没有必要将冲模从压力机上卸下，可直接在压力机上做所谓“维护性”修补，使模具在较短时间内恢复。其主要内容有：1、模具零件使用的存储，更换磨损件的冲压工艺。2、冲裁模因自然磨损变钝的凸凹模刃口，可直接用油石刃磨。3、对弯曲拉深、冷挤、成型等模具的凹模圆角处和型腔进行抛光，提高表面质量和清除粘接在模腔表面的金属颗粒。4、调整因自然磨损而改变的凸凹模间隙。5、调整定位装置。6、更换被折断、变弯的打杆、顶料件等。7、更换卸料和弹顶器的弹簧、橡胶，调节弹顶器压力。8、更换其他易损辅助零件。可见模具维修维护主要是针对生产现场发现损坏或小故障生产影响的临时发生进行修整，常用的方法如下，参照相关技术文件：（1）零件修理更换；（2）凸模和凹模表面磨削；（3）模具工作时边缘的损坏；（4）对被损坏变形的零件进行修复；（5）对松动零件的紧固；（6）对导向零件的导向面得及时清洁和润滑。5.1.3模具的保管所有的模具生产车间的应用应存放整齐、固定模具底座或固定的位置。其中大型模具应放在楞木或垫块上，不得直接堆放在地皮上 。型模具应存放在专用钢框架，最上一层平面框架不应超过170万，堆垛间多层堆叠模具应安全或塞模具，并没有因为多层堆叠和模具精度的影响，堆栈或钢模板应介于0.8通道。对于新制造的模具交库房保管，或是已使用的模具用后归还库存保管，都要进行必要的库房验收手续，以查验模具有无损伤、清洗是否干净等。然后对完好的模具涂抹防护油进行封存，或是浇注可剥性塑料进行封存。对于有严重锈蚀、型腔有划痕、定位失效等种种情况而需要进行维护的模具，应按规定的手续送交有关部门进行修理。对于修理后的模具，可按其质量规定验收入库。另外模具的保管安全应按国标中相关规定执行。最后模具的管理方法主要有分类管理和建立模具管理卡等方法，详细介绍可参看相关资料，此处不再敖述。5.2模具修理5.2.1模具修理的过程钳工接到修理任务后，一般需按照以下内容完成修理：1.准备熟悉模具图样，了解结构及动作原理。了解冲模修理前所冲工件的质量情况。检查模具裂损情况，观察破损部位和损坏程度。制定修理方案和具体的修理方法。准备必要的修理工具。2.维修拆卸模具被损坏的部位将被拆卸的零件擦拭干净，核对修理方案是否正确修理被损坏的零件，使其达到修理工艺要求更换修配后的零件，装配、调整冲模对修理后的模进行试冲5.2.2模具修理