机械毕业设计（论文）-基于CADCAM的复合冲压模具设计【全套图纸】.doc

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 基于基于 CAD/CAM 的复合冲压模具设的复合冲压模具设 计计 信机 系系 模具设计与制造 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 0 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 基于 CAD/CAM 的复合冲压模具设计 是本人在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特 别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不 包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 96 学 号： 0923284 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 模模具具设设计计与与制制造造 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 基于 CAD/CAM 的复合冲压模具设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 本课题来源于实验室课题。复合冲压模在现代工业生产中，尤其是大批 量生产中应用十分广泛。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。冲压时由于模具，冲压的质量稳定，互换性好，冲压模具加 工还可以加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，保证冲压件的尺寸与形 状精度。冲压模具材料利用率高，所以相对成本低.复合冲压是冲压式塑性 加工的基本方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。 冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力，当内力 的作用达到一定程度时，板料的某一部分便会产生与内力的作用性质相对应 的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。冲压工艺的材料利用率 高，便于自动化生产，适应于新时代的要求，因而其具有很强的生命力。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： (1)具体运用和巩固冲压模具设计课程及相关课程的理论知识，掌握冲压模 具设计的方法和步骤； II (2)掌握冲压模具设计的基本技能，查阅有关技术资料和手册，熟悉标准和 规范等； (3)综合运用所学课程的理论和生产实际知识，进行一次冲压模具设计工作 的实际训练，具有初步设计模具的能力； (4)树立正确的设计思想，培养严肃的工作态度，为今后的工作奠定良好的 基础； (5)能够熟练使用 CAD、Pro_E、Solidworks 等专业绘图软件。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 96 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 该论文主要研究了复合冲压模具设计。通过对三个零件的工艺分析，制定出了模具 设计方案，通过比较最终择优选出了复合冲压模具。其中包括两套冲孔落料复合模和一 套拉深复合模以及一套单工序拉深模。通过对零件的分析，制定了合适的冲压模设计工 艺。该论文对每一副模具，经过工艺分析、结构设计，论证了其可能性，最终保证了制 品的质量。本论文具体分析了每副模具的总体结构以及工作过程，对模具中的各个工作 零件的设计原则、尺寸确定以及公差等做了具体的叙述。 通过应用三维软件和 CAD 软件进行复合冲压模具的数字化设计,了解机械行业的先进 设计制造技术，掌握先进的设计制造理念。此外，该论文还涉及了模具行业当今的发展 状况、发展水平、存在问题以及今后的发展前景等。由于模具的应用领域越来越广，其 需求也越来越大，因此通过模具设计，可以更加熟悉模具的生产工艺。 关键词：关键词：复合冲压模；工艺分析；三维软件 IV ABSTRACT The paper mainly studied the compound stamping die design. Through the analysis of three parts to develop a mold design, then select the final selection of the best compound stamping dies by comparing , including two sets of punching blanking composite modulus and a set of drawing composite modulus and a single process drawing die. Develop a suitable stamping die design process by the analysis of the parts. The papers analyses each mold, include structure design, demonstrates the possibility of the ultimate guarantee of the quality of the products. In this thesis, a detailed analysis of the overall structure and work process per mold for determining the dimensions and tolerances, and so do a specific description of the design principles of the various parts in the mold. Compound stamping dies through the application of 3D software and CAD software, digital design, advanced design and manufacturing technology of the machinery industry, to master the advanced design and manufacturing philosophy. In addition, the paper also involves the development of mold industry in todays level of development, there are problems and future development prospects. Increasingly wide areas of application of the mold, its demand is also increasing, so the mold design, mold production process can become more familiar with. Keywords: Compound stamping die; Process Analysis; 3D software V 目目 录录 摘 要.III ABSTRACT.IV 1 绪论.1 1.1 模具行业的现状和发展.1 1.1.1 模具行业的现状.1 1.1.2 中国模具技术的进步.1 1.1.3 中国模具工业的发展方向.3 1.2 课题的来源与意义.5 1.2.1 课题的来源.5 1.2.2 课题的意义.5 2 冲孔落料复合模.6 2.1 冲裁件的工艺分析.6 2.1.1 材料.6 2.1.2 生产批量.6 2.1.3 精度等级.6 2.1.4 结构形状.6 2.2 制订生产方案.6 2.3 零件的工艺计算.7 2.3.1 工作零件刃口尺寸的计算.7 2.3.2 排样.9 2.3.3 冲裁力.11 2.3.4 卸料力、推件力.12 2.3.5 压力机公称压力的确定.13 2.3.6 压力中心的计算.13 2.4 冲裁模设计与制造.13 2.4.1 工作零件.13 2.4.2 定位零件.16 2.4.3 卸料与推料零件.18 2.4.4 模架及零件.20 3 落料、拉深、冲孔复合模.22 3.1 零件工艺分析.22 3.2 零件工艺方案的确定.23 3.3 分析零件的冲压工艺性并确定工艺方案.23 3.4 工艺计算.24 3.4.1 冲裁力、卸料力、推件力、拉深力的计算及选出压力机.24 3.4.2 排样、冲裁模间隙及凹模、凸模刃口尺寸公差计算.26 3.4.3 首次无凸缘拉深的有关计算.29 VI 3.5 有关模具零件结构的计算.30 3.5.1 冲孔凸模.30 3.5.2 落料凹模.30 3.5.3 拉深凸模（冲孔凹模）.30 3.5.4 拉深凹模（落料凸模）.31 3.5.5 卸料装置.31 3.5.6 定位零件.32 3.5.7 固定板、垫板.32 3.5.8 模架、导柱、导套.32 4 拉深模.33 4.1 工艺分析.33 4.2 工艺计算.33 4.2.1 拉深直径.33 4.2.2 拉深力的计算.33 4.2.3 圆角半径.34 4.2.4 拉深模具的间隙.34 4.2.5 拉深高度.34 4.2.6 拉深凹模和凸模的尺寸.34 4.3 有关模具零件结构的计算.34 4.3.1 拉深凸模.34 4.3.2 拉深凹模.35 4.3.3 模架及其他.35 5 复合冲压模具.37 5.1 冲裁件的工艺分析.37 5.1.1 材料.37 5.1.2 生产批量.37 5.1.3 精度等级.37 5.1.4 结构形状.37 5.2 制订生产方案.37 5.3 零件的工艺计算.37 5.3.1 工作零件刃口尺寸的计算.37 5.3.2 排样.39 5.3.3 冲裁力.39 5.3.4 卸料力、推件力.40 5.3.5 压力机公称压力的确定.40 5.4 冲裁模设计与制造.40 5.4.1 工作零件.41 5.4.3 卸料与推料零件.42 5.4.4 模架及零件.43 VII 6 结论.45 致 谢.46 参考资料.47 复合冲压模具设计 1 1 绪论绪论 1.1 模具行业的现状和发展模具行业的现状和发展 1.1.1 模具行业的现状模具行业的现状 在当今社会，模具生产技术水平的高低已经成为衡量一个国家产品制造水平高低的 重要标志，因为模具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。随着 我国加入 WTO，我国模具工业的发展将面临着新的机遇和挑战，也日益受到人们的重视 和关注，日前对“模具是工业生产的基础工艺装备”这一观念也已经取得了共识。在电子、 汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，6080的零部件都要依靠 模具成型。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消 耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。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，甚至上百倍。近几年来，我国模具工业一直以 每年 15左右的增长速度迅速发展。 目前我国模具工业的发展步伐日益加快，但在整个模具设计制造水平和标准化程度 上，与德国、美国、日本的发达国家相比还存在相当大的差距。在经济全球化的新形势 下，随着资本、技术和劳动力后市场的重新整合，我国装备制造业在加入 WTO 以后，将 成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越 多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成 本的迫切要求，模具工业应广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满 足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求，以实现我国模具工业的跨越式发展。 1.1.2 中国模具技术的进步中国模具技术的进步 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、6.5K g 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。 具体表现在以下模具领域中： （1）冲模 以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。轿车覆盖件模具设 计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段 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，在轿车模具国产化进程中 前进了一大步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，与国外相比还存在一定的 差距。标志模具技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模 具品种，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模 具相比，仍存在一定差距。 无锡太湖学院学士学位论文 2 （2）塑料模 近年来，我国塑料模有很大进步。在大型塑料模方面，已能生产 34 英寸大屏幕彩电 塑壳模具，6kg 大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。在精 密塑料模具方面，已能生产多型腔小模数齿轮模具和 600 腔塑封模具，还能生产厚度仅 为 0.08mm 的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑封门窗挤出模等。内热式或外热式热 流道装置得以采用，少数单位采用了具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具，完 全消除了制件的浇口痕迹。气体辅助注射技术已成功得到应用。在精度方面，塑料模型 腔精度可达（国外可达） ，分型面接触间隙为 0.02mm，模板0.020.05mm:0.0050.01mm: 的弹性变形为 0.05mm，型面的表面粗糙度值为，塑料模寿命已达 100 万次0.50.2Raum: （国外可达 300 万次） ，模具制造周期仍比国外长倍。这些标志着模具总体水平的参24: 数指标与国外相比尚有较大差距。 （3）压铸模 汽车和摩托车工业的快速发展，推动了压铸模技术的发展。汽车发动机缸罩、盖板、 变速器壳体和摩托车发动机缸体、齿轮箱壳体、制动器、轮毂等铝合金铸件模具以及自 动扶梯级压铸模等，我国均已能生产。技术水平有所提高，使汽车、摩托车上配套的铝 合金压铸模大部分实现了国产化。在模具设计时，注意解决热平衡问题，合理确定浇注 系统和冷却系统，并根据制造要求，采用了液压抽芯和二次增压结构。总体水平有了较 大提高。压铸模制造精度可达(国外)，型腔表面粗糙度值为0.020.05mm:0.010.03mm: （国外为） ，模具制造周期为中小型模具为 34 个月，中0.40.2Raum:0.020.01Raum: : 等复杂模具为个月，大型模具为个月，约为国外的 2 倍。模具寿命：铝合金铸48:812: 件模具一般为万次，个别可超过 10 万次，国外可达万次以上。48:815: （4）模具 CAD/CAE/CAM 技术 模具 CAD/CAE/CAM 技术是改造传统模具生产方式的关键技术，能显著缩短模具设 计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量。它使技术人员能借助于计算机对产品、 模具结构、成型工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。以生产家用电器的企业为代 表，陆续引进了相当数量的 CAD/CAM 系统，实现了 CAD/CAM 的集成，并采用 CAE 技 术对成型过程进行计算机模拟等，数控加工的使用率也越来越高，取得了一定的经济效 益，促进和推动了我国模具 CAD/CAE/CAM 技术的发展。 今年来，我国自开发的有上海交大的冲裁模 CAD/CAM 系统；北京北航海尔软件有 限公司的 CAXA 系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压 CAD/CAE/CAM 系统等， 为进一步普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好条件。目前我国计算机辅助技术的软件开 发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。 （5）模具标准件 模具标准件对缩短模具制造周期，提高质量、降低成本，能起很大作用。因此，模 具标准件越来越广泛地得到采用。模具标准件主要有冷冲模架、塑料模架、推杆和弹簧 等。新型弹性元件和氮气弹簧亦已在推广应用中。 （6）模具材料和热处理 模具材料的质量、性能、品种和供货是否及时，对模具的质量和使用寿命以及经济 效益有着直接的重大影响。近年来，国内一些模具钢生产企业已相继建成和引进了一些 复合冲压模具设计 3 先进工艺设备，使国内模具钢品种规格不合理状况有所改善，模具钢质量有较大程度的 提高。但国产模具钢钢种不全，不成系列，多品种、精料化、制品化等方面尚待解决。 另外，还需要研究适应玻璃、陶瓷、耐火砖和地转等成型模具用材料系列。 模具热处理是关系能否充分保证模具钢性能的关键环节。国内大部分企业在模具淬 火时仍采用盐熔炉或电炉加热，由于模具热处理工艺执行不严，处理质量不高，而且不 稳定，直接影响模具使用寿命和质量。近年来，真空热处理炉开始广泛应用于模具制造。 （7）快速原型制造(RPM)技术得到更好的发展。该技术是由美国首先推出的。它是 伴随着计算机技术、激光成形技术和新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技 术，是基于新颖的离散/堆积(即材料累加) 成形思想，根据零件 CAD 模型、快速自动完 成复杂的三维实体(原型)制造，被公认为是继 NC 技术之后的又一次技术革命。 （8）高速铣削加工将得到更广泛的应用，国外近年来发展的高速铣削加工 ，主轴 转速可达到 40000100000r/min,快速进给速度可达到 3040m/min，可获得 Ra10um 的 加工表面粗糙度。形状精度可达 10um。可以加工硬度达 60HRC 的模块。 （9）模具高速扫描及数字化系统将发挥更大的作用，英国雷尼绍公司的模具扫描系 统，已在我国多家模具厂点得到应用，效果好。该系统提供了从模型或实物扫描到加工 出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短的研制制造周期。 （10）模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展，模具表面的精加工是模具加工 中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均 有较大的影响，我国目前仍以手工研磨抛光为主，不仅效率低，且工人劳动强度大，质 量不稳定。因此，研究抛光的自动化、智能化显得尤为重要。 1.1.3 中国模具工业的发展方向中国模具工业的发展方向 现代模具与传统模具不同，它不仅形状与结构十分复杂，而且技术要求更高，用传 统的模具制造方法显然难于制造，必须借助于现代化科学技术的发展，采用先进制造技 术，才能达到技术要求。当前整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞 争激烈。为适应市场对模具制造的短交货期，高精度、低成本的迫切要求，模具将有如 下发展趋势： （1）愈来愈高的模具精度 10 年前，精密模具一般为 5m，现在已达，不久 1m 精度的模具即将上市。23um: 随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度要求在 1m 以内，这就要求发 展超精加工。 （2）日趋大型化的模具 这一方面是由于用模具成形的零件日渐大型化，另一方面也是由于高生产率要求的 一模多腔（现在有的已达一模几百腔）所致。 （3）扩大应用热流道技术 由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产效率和质量，并能大幅度节约制件的 原材料。因此，热流道技术的应用在国外发展较快，许多塑料模具厂所生产的模具 50% 以上采用的热流道技术，甚至 80%以上，效果十分明显。热流道在国内也已用于生产， 有些企业使用率达到 20%30%。 无锡太湖学院学士学位论文 4 （4）进一步发展多功能复合模具 一副多功能模具除了冲压成形零件外，还担负着叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任 务，这种多功能复合生产出来的不再是单个零件，而是成批组件，可大大缩短产品的生 产及装配周期，对模具材料的性能要求也越来越高。 （5）日益增多高档次模具 一是用于汽车、飞机、精密机械的纳米级(m)精密加工；二是用于磁盘、磁鼓制造 的亚微米级(0.01m)精密加工；三是用于超精密电子器件的毫微米级（0.001m）精密加 工。 （6）进一步增多气辅模具及高压注射成型模具 随着塑料成形工艺的不断改进和发展，为了提高注塑质量，气辅模具及高压注射成 型模具也随之发展。 （7）增大塑料模具比例 随着塑料原材料的性能不断提高，各行业的零件将以塑代钢、以塑代木的进程进一 步加快，使用塑料模具的比例日趋增大。 （8）增多挤压模及粉末锻模 由于汽车、车辆和电机等产品向轻量化发展，如以铝代钢，非全密度成形，高分子 材料、复全材料、工程陶瓷、超硬材料成形和加工。新型材料的采用，不仅改变产品结 构和性能而且使生产工艺发生了根本变革，相应地出现了液态（半固态）挤压模具及粉 末锻模。对这些模具的制造精度要求是高的。 （9）日渐广泛应用模具标准件 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，且还能提高模具的质 量和降低模具制造成本。 （10）大力发展快速制造模具 目前是多品种小批量生产时代，一方面是产品使用周期缩短，另一方面品种更新快， 这就要求模具生产周期越短越好。因此快速成型模具将越来越引起人们的重视和关注。 本次设计我研究的项目是复合冲压模具设计。为此，我在进行设计之前，查阅了相 关资料了解了一些关于冲压件的知识。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，一 般情况下，可以直接满足装配和使用要求。此外，在冲压加工过程中由于材料经过塑性 变形，金属内部组织得到改善，机械强度有所提高。所以，冲压件具有质量轻，刚度好， 精度高和外表光滑，美观等特点。 冲压加工是一种高生产率的加工方法，如汽车车身等大型零件每分钟可生产几件， 而零件的高速加工则每分钟可生产千件以上，由于冲压加工的毛坯是板材或卷材，一般 又在冷状态下加工，因此较容易实现机械化和自动化，比较适宜配置机器人而实现无人 化生产。 多工位冲压加工在生产中实现多工位冲压具有如下优点：减少了冲压设备和占地面 积，减少了半成品的运输和存放环节以及操作人员。有利于提高生产效率、产品质量及 降低冲压件成本。事实上，使用多工位冲压是实现冲压自动化的主要途径之一。该技术 当今在世界各先进国家被广泛采用，目前在国内引进的成套设备中,也能看到多工位冲压 机和配套模具。多工位冲压工艺一般在多工位压力机上实现。所谓多工位压力机通常是 复合冲压模具设计 5 一台闭式双点式压力机。关键在于它是一台有夹持机构(机械手)的压力机,该夹持机构可保 证在每次冲压动作完成后将冲压件从模具中向上拉出,再向前移动一个工位。由于该夹持 机构能完成“向上+向前”这一复合动作,所以可完成压印加工。目前在国外多工位冲压工艺 的应用相当普遍，除了他们有精良的多工位压力机外，更重要的是因为国外的模具生产 社会化程度很高,模具零件制造实现了标准化、通用化、系列化,非常适合于多工位冲压模 这种拼装式、结构复杂的模具生产。由于模具零件都是标准件,所以易于模具的维修保养。 当然，冲压加工与其他加工方法一样，也有其自身的局限性，例如，冲模的结构比 较复杂，模具价格又偏高。因此，对小批量、多品种生产时采用昂贵的冲模，经济上不 合算。目前为了解决这方面的问题，正努力发展某些简易冲模，如聚氨酯橡胶冲模、低 合金冲模以及采用通用组合冲模、钢皮模等，同时也在进行冲压加工中心等新型设备与 工艺的研究。 在模具工业这个领域中起主导地位的还是人，只有更多的人掌握了这方面的技术我 国的模具工业才会发展得更好、更快。 1.2 课题的来源与意义课题的来源与意义 1.2.1 课题的来源课题的来源 课题来源于工程生产实际。冲模结构是冲模的灵魂，它是决定冲模的生产效率、使 用寿命、制造成本和制造周期的关键因素。本课题的重要内容是复合冲压模具的工作原 理分析和结构设计。当前，应用 CAD/CAM 技术进行产品的数字化设计制造是产品研发 的一个热点问题，本课题通过应用三维软件和 CAD 软