毕业设计（论文）-工型件切角模工艺及模具设计.doc

全套图纸加153893706毕业设计说明书题 目:工型件切角模工艺及模具设计 年级、 专业: 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 完 成 时 间: 摘 要本设计是对给定的产品图进行冲压模具设计。冲压工艺的选择是经查阅相关资料和和对产品形状仔细分析的基础上进行的；冲压模具的选择是在综合考虑了经济性、零件的冲压工艺性以及复杂程度等诸多因素的基础上进行的；产品毛坯展开尺寸的计算是在方便建设又不影响模具成型的前提下简化为所熟悉的模型进行的。文中还对冲压成型零件和其它相关零件的选择原则及选择方法进行了说明，另外还介绍了几种产品形状的毛坯展开尺寸计算的方法和简化模型，以及冲压模具设计所需要使用的几种参考书籍的查阅方法。【关键词】工艺、工艺性、冲压工序、冲压模具、尺寸目 录摘 要2引 言4第一章、冲裁件的工艺性分析61.1.冲裁件的结构工艺性71.1.1.冲裁件的形状71.1.2.冲裁件的尺寸精度7第二章、制件冲压工艺方案的确定82.1.冲压工序的组合82.2.冲压顺序的安排8第三章、制件排样图的设计及材料利用率的计算93.1.制件排样图的设计93.1.1.搭边与料宽93.2.材料利用率的计算9第四章、确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心104.1.冲压力104.1.1.冲裁力的计算104.1.2.卸料力、推件力及顶件力的计算104.2.压力中心的计算104.3.压力机的选用11第五章、凸、凹模刃口尺寸计算125.1.凸、凹模刃口尺寸计算原则125.2.凸、凹模刃口尺寸计算方法135.2.1.凸模和凹模分开加工135.2.2.凸模和凹模配合加工13第六章、模具整体结构形式设计16第七章、模具零件的结构设计197.1.凸模的设计197.2.凹模的设计197.3.凸模固定板的设计207.4.上垫板的设计207.5.卸料板的设计20第八章、模具零件的加工工艺228.1.凸模的加工工艺228.2.凹模的加工工艺22第九章、模具的总装配24设计小结25致 谢26参考文献27引 言模具行业的发展现状及市场前景现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在700亿至850亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持15%的年增长率（据不完全统计，2005年国内模具进口总值达到700多亿，同时，有近250个亿的出口），到2007年模具产值预计为700亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2006年的2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2005年我国汽车产销量均突破550万辆，预计2007年产销量各突破700万辆，轿车产量将达到300万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业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。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%。模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志，就我国而言，经过了这几十年曲折的发展，模具行业也初具规模，从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步，但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。随着信息产业的不断发展，模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。现在模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究和应用。大大提搞了模具设计和制造的效率。减短了生产周期。采用模具CAD/CAM技术，还可提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新和开发上。尤其是pro/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展。数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化。电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。模具的标准化程度在国内外现在也比较明显。特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。其大大的提高了它们的互换性。加强了各个地区的合作。对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属板料。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，板料毛坯或毛坯的某个部位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。 冲压生产靠模具与设备完成加工过程，所以它的生产率高，而且由于操作简便，也便于实现机械化和自动化。 利用模具加工，可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。 冲压产品的尺寸精度是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需要再经过机械加工便可以使用。 冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量的切削材料，所以它不但节能，而且节约材料。冲压产品的表面质量较好，使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料，在冲压过程中材料表面不受破坏。 因此，冲压工艺是一种产品质量好而且成本低的加工工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。冲压加工在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。现代各种先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。 当今，随着科学技术的发展，冲压工艺技术也在不断革新和发展，这些革新和发展主要表现在以下几个方面：（1）工艺分析计算方法的现代化（2）模具设计及制造技术的现代化（3）冲压生产的机械化和自动化（4）新的成型工艺以及技术的出现（5）不断改进板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。第一章、冲裁件的工艺性分析冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。所谓冲裁工艺性好是指能用普通的冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。因此，冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求，对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大的影响。1.1.冲裁件的结构工艺性 1.1.1.冲裁件的形状图1.零件及尺寸产品材料分析：20硅锰，性能: 屈服点s 300抗拉强度b450抗剪强度b350伸长率() 12断面收缩率()3此制件的形状较简单，且对称，但产品有尖角，为防止模具在加工和冲压时在尖角处开裂的现象，在产品尖角处需有圆角过渡，同时也可以防止尖角部位刃口的过快磨损。1.1.2.冲裁件的尺寸精度冲裁件的精度主要以其尺寸精度、冲裁断面粗糙度、毛刺高度三个方面的指标来衡量，根据零件图上的尺寸标注及公差，可以判断属于尺寸精度为IT12IT14的经济级普通冲裁。第二章、制件冲压工艺方案的确定2.1.冲压工序的组合冲裁工序可以分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。冲裁方式根据下列因素确定：（1） 根据生产批量来确定 对于年产量需求100万件的该产品来说采用复合模或连续模较合适。（2） 根据冲裁件尺寸和精度等级来确定 复合冲裁所得到的冲裁件尺寸精度等级高，而连续冲裁比复合冲裁的冲裁件尺寸精度等级低。（3） 根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定 该产品的尺寸较小，考虑到单工序送料不方便和生产效率低，因此常采用复合冲裁或连续冲裁。连续冲裁又可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件。（4） 根据模具制造安装调整的难易和成本的高低来确定, 对复杂形状的冲裁件来说，采用复合冲裁比采用连续冲裁较为适宜，因为模具制造安装调整较容易，且成本较低。（5） 根据操作是否方便与安全来确定 复合冲裁其出件或清除废料较困难，工作安全性较差，连续冲裁较安全。综上所述分析，在满足冲裁件质量与生产率的要求下，选择单模冲裁方式，其模具寿命较长，生产率高，操作较方便和工作安全性高。2.2.冲压顺序的安排切角，冲孔，两副模具，材料利用率高，模具寿命长，修模简单。本设计只需要设计切角模。第三章、制件排样图的设计及材料利用率的计算3.1.制件排样图的设计排样时需考虑如下原则：1） 提高材料利用率（不影响冲件使用性能前提下，还可适当改变冲件的形状）2） 合理排样方法使操作方便，劳动强度低且安全。3） 模具结构简单、寿命长。4） 保证冲件的质量和冲件对板料纤维方向的要求。3.1.1.搭边与料宽 搭边 排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用是补偿补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边值要合理确定，值过大，材料利用率低；值过小，搭边的强度与刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。因此，搭边的最小宽度大于塑性变形区的宽度，一般可取等于材料的厚度。搭边值的大小还与材料的力学性能、厚度、零件的形状与尺寸、排样的形式、送料及挡料方式、卸料方式等因素有关。本产品为工字型材，只需要切断就可以，能充分利用材料，所以搭边值为0，产品切角靠外型定位。3.2.材料利用率的计算一个步距内的材料利用率为=nF/Bs100% =115413/62250100%=99.44%式中 F一个步距内冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）；n一个步距内冲裁件数目；B条料宽度（mm）；s步距； 第四章、确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心4.1.冲压力 冲压力是指冲裁力、卸料力的总称。4.1.1.冲裁力的计算平刃口冲裁力可按下式计算 切角力计算F1=KL F=1.3（6.5+3.35）5350 =22408.75N)=22.41KN式中 F冲裁力（N）；L冲裁件周边长度（mm）；材料抗剪强度（MPa）；材料厚度；(mm)K系数，通常K=1.3； 4.1.2.卸料力、推件力及顶件力的计算生产中常用下列公式计算 F卸=K卸F =0.055422.41=4.93KN 式中 F冲裁力； F卸卸料系数综上所述，总的冲裁力为F总=F+F卸=422.41+4.93=94.57KN4.2.压力中心的计算采用解析法求压力中心，求YGXGF1切角力1 F1= Ltb ，得F1=22.41KNF2切角力2 F2= Ltb , 得F2=22.41KNF3切角力3 F3= Ltb ，得F3=22.41KNF4切角力4 F4= Ltb , 得F4=22.41KNY1F1到X轴的力臂 Y1=0X1F1到Y轴的力臂 X1=0Y2F2到X轴的力臂 Y2=0X2F2到Y轴的力臂 X2=0Y3F3到X轴的力臂 Y3=0X3F3到Y轴的力臂 X1=0Y4F4到X轴的力臂 Y4=0X4F2到Y轴的力臂 X2=0根据合力距定理：YG=（Y1F1+Y2F2+Y3F3）/（F1+F2+F3）XG=（X1F1+X2F2+X3F3）/（F1+F2+F3）XGF冲压力到X轴的力臂；YG=0YGF冲压力到Y轴的力臂；YG=04.3.压力机的选用初步确定压力机的型号：F公称F总 因此选择压力机的型号为：JC23-40压力机 型号为JC2340压力机的基本参数如：（表一）公称压力/KN400垫板尺寸/mm滑块行程/mm100厚度80滑块行程次数/（次/min）80模柄孔尺寸/mm直径50深度70最大封闭高度/mm300滑块底面积尺寸/mm前后300封闭高度调节量80左右420滑块中心线至床身距离/mm220立柱距离/mm300工作台尺寸/mm前后420左右630第五章、凸、凹模刃口尺寸计算5.1.凸、凹模刃口尺寸计算原则设计落料模先确定凹模刃口尺寸，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸，以凸模为基准，间隙取在凹模上。间隙是影响模具寿命的各种因素中占最主要的一个。冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间的均有磨檫，而且间隙越小，磨檫越严重。在实际生产中受到制造误差和装配精度的限制，凸模不可能绝对垂直于凹模平面，而且间隙也不会绝对均匀分布，合理的间隙均可使凸模、凹模侧面与材料间的磨檫减小，并缓减间隙不均匀的不利影响，从而提高模具的使用寿命。冲裁间隙对冲裁力的影响：虽然冲裁力随冲裁间隙的增大有一定程度的降低，但是当单边间隙介于材料厚度 5%20%范围时，冲裁力的降低并不明显（仅降低5%10%左右）。因此，在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不大。冲裁间隙对斜料力、推件力、顶件力的影响：间隙对斜料力、推件力、顶件力的影响较为显著。间隙增大后，从凸模上斜、从凸模孔口中推出或顶出零件都将省力。一般当单边间隙增大到材料厚度的15%25%左右时斜料力几乎减到零。冲裁间隙对尺寸精度的影响：间隙对冲裁件尺寸精度的影响的规律，对于冲孔和落料是不同的，并且与材料轧制的纤维方向有关。通过以上分析可以看出，冲裁间隙对断面质量、模具寿命、冲裁力、斜料力、推件力、顶件力以及冲裁件尺寸精度的 影响规律均不相同。因此，并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量最佳，尺寸精度最佳，冲裁模具寿命最长，冲裁力、斜料力、推件力、顶件力最小等各个方面的要求。在冲压的实际生产过程中，间隙的选用主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个方面的主要因素。但许多研究结果表明，能够保证良好的冲裁件断面质量的间隙数值和可以获得较高的冲模寿命的间隙数值也是不一致的。一般说来，当对冲裁件断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值，而当对冲裁件的质量要求不是很高时，则应适当地加大间隙值以利于提高冲模的使用寿命。根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于零件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于冲孔件的最大极限尺寸。按冲件精度和模具可能磨损程度，凸、凹模磨损留量在公差范围内的0.5-1.0之间。磨损量用x表示，其中为冲件的公差值，x为磨损系数，其值在0.5-1.0之间，与冲件制造精度有关，可按下列关系选取：零件精度IT10以上 X=1; 零件精度IT11- IT13 X=0.75; 零件精度IT14 X=0.5 。不管落料还是冲孔，冲裁间隙一律采用最小合理间隙值（Zmin）。选择模具制造公差时，一般冲模精度较零件高3-4级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6- IT7级选取；对于形状复杂的刃口尺寸制造偏差可按零件相应部位公差值的1/4来选取；对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取冲件相应部位公差值的1/8并冠以（）；若零件没有标注公差，则可按IT14级取值。零件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差应按“入体”原则标注单向公差，即：落料件上偏差为零，只标注下偏差；冲孔件下偏差为零，只标注上偏差。如果零件公差是依双向偏差标注的，则应换算成单向标注。磨损后无变化的尺寸除外。5.2.凸、凹模刃口尺寸计算方法5.2.1.凸模和凹模分开加工 这种方法主要适用于圆形或简单刃口。设计时，需在图样上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。并且保证冲模的制造公差与冲裁间隙之间满足：d+pZmax-Zmin (5-1) 5.2.2.凸模和凹模配合加工 配合加工方法，就是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个，然后依此为基准再按最小合理间隙配做另一件。采用这种方法不仅容易保证冲裁间隙，而且还可以放大基准件的公差，不必检验d+pZmax-Zmin 。同时还能大大简化设计模具的绘图工作。目前，工厂对单件生产的模具或冲制复杂形状的模具，广泛采用配合加工的方法来设计制造。冲孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式计算：落料时 Dp=(Dmax-X-Zmin)- p 式中 Dp为落料凹模的刃口尺寸（mm）；Dmax为落料件的最大极限尺寸（mm）；工件公差；p凸模制造公差，通常取p=/4；Lp凸模中心距尺寸（mm）；Zmin最小冲裁间隙（mm）；产品头部直线部分无废料切除，为防止切出的产品在刃口处有接口，可以将凹模台阶部分，沿出0.5，即图纸要求台阶高度是3毫米，这里设计凹模的台阶高度为3.5，如下图示意：落料凹模尺寸：Dp1=(Dmax-X-Zmin)+ /4 =251-0.50.0=251+0.02;Dp2=(Dmax-X-Zmin)+ /4 =49-0.50=49+0.02;Dp3=(Dmax-X-Zmin)+ /4 =244-0.50=194+0.02;落料凸模尺寸：为确保产品切后总长为250，凸模总长设计尺寸为250， Ah2=(Dp2-2Z tag26.57)+ /4 =49-20.2tag26.57=48.75+0.02; Ah3=(Dp3-2Z)+ /4 =244-20.2=243.6+0.02;第六章、模具整体结构形式设计 如图：1、凸模，冲头，凹模材料 因制件形状简单，总体尺寸不大，选用整体式圆形凹模较为合理，选用Cr12MoV为凸模，凹模材料。在设计模具时，考虑到凸模但边受力，因此凸模固定在固定板里，可以保证凸模的中心距，同时安装卸料板，凸模和卸料板之间的间隙不能大，卸料板起到压料作用，同时对凸模也起到保护作用。2、凹模周界 由于产品切后总长度是250，凹模设计时只需要250就可以，凸模镶在固定板里，所以固定板需要加大尺寸，才能固定，这里取固定板尺寸为290120。由模具设计指导表，凹模标准可查到较为靠近的凹模周界尺寸为290120。由模具设计指导表5-4，可得此模具典型组合尺寸为290120mm（JB/T8066.11995）。而由此典型组合标准，即可方便的确定其他冲模零件的数量、尺寸及主要参数。其零件参数如下表所示：凹模周界配用模架闭合高度H孔距尺寸最小最大SS125010040189219零件名称及标准编号上垫板凹模固定板卸料板29012010250100402901201829012020圆柱销卸料螺钉螺钉螺钉圆柱销1080M840M1080M1050840第七章、模具零件的结构设计7.1.凸模的设计 材料：Cr12Mov，硬度：5862HRC，形状结构（如图）h=h固h卸+树脂 =1820+27=65mm 与固定过盈配合，过盈量0.02-0.03，铆接牢固。（如图），与上模板采用螺钉和销钉固定。中心距位置用固定板来控制。7.2.凹模的设计 材料：Cr12Mov，硬度：5862HRC（如图）7.3.凸模固定板的设计材料：45#（如图）7.4.上垫板的设计材料：45#（如图）7.5.卸料板的设计材料：45#（如图）第八章、模具零件的加工工艺8.1.凸模的加工工艺表（一）工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成60mmX50mmX65mm2热处理退火3铣加工铣六面，直径光出即可铣床4钳工划线，钻螺纹孔M6，钻床5热处理淬火,回火,保证HRC60646磨加工磨刀口平面平面磨床7退磁钳工退磁8线切割线切割加工外形，保证螺纹孔在中间线切割9钳工磨各配合面达要求10检验 8.2.凹模的加工工艺表（二）工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成260mmX110mmX45mm2热处理退火3铣加工铣六面，留0.3-0.5的磨量铣床4钳工划线，钻螺纹孔4-M8，销钉孔7.8,和定位孔的穿丝孔3mm，钻床5加工中心加工中心加工表面形状，台阶高度比图纸要求深0.5，这个0.5属于磨刃口尺寸加工中心6热处理淬火,回火,保证HRC60647磨加工磨刀口平面平面磨床8退磁钳工退磁9线切割线切割加工头部，保证总长和定位孔尺寸线切割10钳工磨各配合面达要求11检验第九章、模具的总装配1、确定装配基准件 应以凹模为装配基准件。 首先要确定凹模在模架中的位置， 安装凹模组件， 确定凹模组件在下模座的位置， 然后用平行板将凹模和下模座夹紧，在下模座上划出弯曲孔线，进而安装下模座其他组件。2、安装上模部分 检查上模部分各个零件尺寸是不是满足装配技术条件要求。 安装上模，调整冲裁间隙， 将上模系统各零件分别装于上模座内。3、安装下模部分4、自检 按冲模技术条件进行总装配检查。5、检验6、试冲设计小结毕业设计是一种综合性较强的专业实践环节，它具知识面宽、学科广、综合性强，通过这次毕业设计