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毕业设计说明书题 目 冲压模具设计 专 业 模具设计与制造 班 级 1106班 学生姓名 杨泉源 指导教师 袁小会 2013年 10 月 30 日冲压模设计目录第一章 绪论11.1 课题的来源、目的、意义21.2课题的主要内容和工作方法31.3解决的重点问题和创新4第二章 零件的工艺性分析52.1冲裁件的结构与尺寸62.2冲裁件的精度72.3冲裁件的材料8第三章 冲压模设计93.1冲裁工艺方案的确定93.2模具总体结构方案103.3排样设计与计算113.4冲压力及压力中心计算123.5模具工作零件的设计133.6标准零件的选用14第四章 模具零件的制造与装配.154.1凸模制造工艺.164.2凹模制造工艺.174.3模具装配工艺.18第四章 小结19第五章 结果与建议20第一章 绪论1.1模具行业 没有高水平的模具就没有高水平的产品。模具生产技术水平的高低，已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。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。1.2国内外模具发展状况及趋势 我国具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。按照中国模具工业协会的划分,我国模具基本分为10大类，其中,冲压模和塑料成型模两大类占主要部分。目前,我国以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步。几大汽车模具厂由于采用了国际上先进的模具加工厂设备、制造技术和软件,实现了CAD(计算机辅助设计)/CAE(计算机辅助实验)/CAM(计算机辅助制造)一体化,提高了冲压模具的设计开发和制造能力,缩短了模具的生产周期。国内的模具企业也在充分抓住汽车工业所带来的发展契机,加大设备、产品、生产规模的升级步伐,积极开拓国内外市场。 然而，我国模具制造技术与工业发达国家的差距还很大，冲压模具CAD/CAE/CAM技术的开发手段比较落后、技术的普及率不高,应用不够广泛，仅有约10%的模具在设计中采用了CAD技术,距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面,也才刚刚起步,在应用CAM技术制造模具方面,由于缺乏先进适用的制造装备和工艺设备,只有5%左右的模具制造设备被应用于这项工作。精密加工设备在模具加工设备中所占比重较低,工艺设备落后,直接影响国产模具质量的提高。 我国模具工业现有生产能力只能满足需求量的60%左右,大部分模具厂的模具加工设备陈旧,在役期长、精度差、效率低,还不能适应国民经济发展的需要。生产冲压模具的专用技术尚未成熟,大多仍还处于试验摸索阶段，如模具的表面涂层、表面热处理技术、导向副润滑技术、型腔传感及润滑技术、去应力技术、抗疲劳及防腐技术等未完全形成生产能力,走向商品化。一些关键、重要的技术缺少知识产权的保护 模具标准件标准化程度及使用覆盖率较低，在汽车制造业中被大量使用的模具是冲压模。近5年来,汽车模具标准件的使用覆盖率尽管有了较大增长,已从20世纪末的25%30%提高到目前的45%左右。但这种增长距国际先进水平差距还很大。这是汽车模具交货期长,也是我国成为模具进口大国的重要原因之一。 目前模具技术的发展趋势 模具CAD/ CAE/ CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展；模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展；快速经济制模技术的广泛应用；模具材料及表面处理技术的研究；模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展；模具标准件的应用将日渐广泛；压铸模、挤压模及粉末锻模比例增加；模具工业新工艺、新理念和新模式。 还有模具工业新工艺、新理念和新模式，在成型工艺方面，主要是冲压模具功能复合化，模具加工系统自动化等。另一方面，随着先进制造技术的不断发展和整体制造水平的提高,在模具行业提出新的设计、生产、管理理念与模式。主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的团队精神；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理；广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。 1.3冲压材料的要求 （1） 厚度精确、均匀。冲压用模具精密、间隙小,板料厚度过大会增加变形力，并造成卡料，甚至将凹模胀裂；板料过薄会影响成品质量，在拉深时甚至出现拉裂。 （2） 表面光洁,无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等。一切表面缺陷都将存留在成品工件表面，裂纹性缺陷在弯曲、拉深、成形等过程可能向深广扩展，造成废品。 （3） 屈服强度均匀,无明显方向性。 （4） 均匀延伸率高。抗拉试验中,试样开始出现细颈现象前的延伸率称为均匀延伸率。在拉深时，板料的任何区域的变形不能超过材料的均匀延伸范围，否则会出现不均匀变形。 （5） 屈强比低。材料的屈服极限与强度极限之比称为屈强比。低的屈强比不仅能降低变形抗力，还能减小拉深时起皱的倾向，减小弯曲后的回弹量，提高弯曲件精度。 （6） 加工硬化性低。冷变形后出现的加工硬化会增加材料的变形抗力，使继续变形困难，故一般采用低硬化指数的板材。但硬化指数高的材料的塑性变形稳定性好（即塑性变形较均匀），不易出现局部性拉裂。1.4冲压成形工艺的特点 （1）生产效率高，且操作方便，易于实现机械化和自动化。冲压一次一般可以得到一个零件，用普通冲床进行冲压加工，没分钟可达几十件；用高速机生产，没分钟可达到百件。 （2）产品尺寸精度稳定，互换性好。冲压式由模具来保证冲压件的尺寸和形状精度，且一般不破坏冲压材料的表面质量，制得的零件一般不进一步加工，可直接用来装配，而且有一定的精度，互换性好。 （3）适应性广。可加工出尺寸范围大，形状复杂的零件。 （4）材料利用率高，一般为70%85%.冲压时，一般没有切削碎料生成，材料的消耗较少。 （5）在大批量生产条件下，产品成本低。1.5本次设计的主要方向、内容及目的 冲压工艺在机电产品制造行业中应用广泛是众目共睹的，而冲模是实现冲压工艺的主要工艺装备，在模具制造行业中占有重要的地位。 冲模技术的水平直接和生产率、产品质量（尺寸公差和表面粗糙度等）、一次刃磨的寿命以及设计和制造模具的周期紧密相关。提高冲模技术水平有利于获得优质、高效、低耗、廉价的产品，技术经济效果显著，深受制造行业的重视。冲压就是在室温下，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，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具-在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。 冲压加工的特点：由于冷冲压加工具有上述突出的优点，因此在批量生产中得到了广泛的应用，在现代工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业及民用工业生产中必不可少的加工方法。冲压成形加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产 品，其制造属单件小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高（约占产品成本的10%30%）的特点。所以，只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成形加工的优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。 五金配件止动件，也称夹紧件，大量用于汽车覆盖件、夹具等夹紧机构上，其形状各异，但作用相同：起定位、防转、固定的作用，一般都是配合紧固件（螺钉、螺母等）使用。 止动件一般是冲裁件，材料是Q235钢，厚度是根据受力情况而定，精度等级也根据用途而定，一般为IT11IT14级，大批量生产。1 模具做此零件，本设计注重在模具的设计方案、方法上面。零件简单，但属于金属加工，有较难的模具加工工艺，所以必须采用复合冲裁或级进模冲裁才能冲出工件。这样冲出的工件才具有更高的精度，且加工速度也可得以提高。2 冲压工艺与模具设计 冲压件的工艺性系指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下，影响冲压件工艺性的因素有几何形状、尺寸、精度、表面粗糙度及毛刺。冲压件工艺性对冲压件质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及设备选用等都有很大影响。良好的冲压件工艺性可显著降低冲压件的制造成本。 2.1 冲压件工艺分析 1.材料：该冲裁件的材料Q235钢是普通碳素钢，具有较好的可冲压性能。 2.零件结构：该冲裁件结构具有对称性，比较适合冲裁。 3.尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按IT14级确定尺寸的公差。（单位：）2.2 工艺方案及模具结构类型 该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案： 先落料，再冲孔，采用两个单工序模生产。 落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。 冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。 方案模具结构简单，但需要两道工序、两副模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的要求。由于零件结构一般，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进模冲裁方式。复合模的结构可分为倒装式与正装式复合模两个，在选择模具结构时要根据冲压件质量、生产批量、精度要求、方便操作等方面来确定。 正装式结构与倒装式结构比较： 正装式结构较适用于冲制材质比较软的或板料比较薄的平直度要求度较高的冲裁件，还可以冲裁孔边距较小的冲裁件，便由于冲裁过程中冲片废料落在模具下模的表面，每次冲裁工人必需先清理废料操作不便，而且正装式结构需要三套卸料、顶料装置，制造装配不便。倒装式不宜冲裁孔边距较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单、又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠，冲裁过程中的废料直接从模具下面被推出，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。 本设计由工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合模具结构采用倒装复合模及弹性卸料和定位钉定位方式，这种结构操作、维修较方便。2.3 排样及搭边 查表（ 冲裁金属材料的搭边值），确定搭边值： 两工件间的搭边：a=1.5； 工件边缘搭边：a1=1.5； 步距为：21.5；弯曲件坯料尺寸的计算：曲率半径p=r+xt=2.388mm坯料的总长度L=L1+L2+a/180(r+xt)=109mm排样图一个步距内的材料利用率为：=nA/Bh*100% =(109*20)/(112*21.5) =90.5% 2.4冲压力与压力中心计算2.4.1冲压力落料力： F=1.3lt =1.3*258*0.8*373N =100083N 其中t按非退火Q235钢板计算 冲孔力： F1=1.3lt =1.3*47*0.8*373N =18232N卸料力: F2=K1F1 =0.05*18232N =9116N卸料力: F3=nKF =6.25*0.055*100083N =34404N总冲压力：F总=F+F1+F2+F3 =100083+18232+9116+34404N =161835N2.4.2压力中心由于工件结构对称，故压力中心在零件中心上。如图由于工件在X，Y方向对称，故压力中心Xo=0 Yo=02.5工作零件刃口尺寸计算2.5.1刃口尺寸确定的原则凸、凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁生产的技术经济效果，是冲裁模设计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律、冲模的磨损规律和经济的合理性，遵循以下原则：设计落料模时，应以凹模尺寸为基准，间隙取在凸模上，靠减小其尺寸获得；设计冲孔模时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上，靠增大其尺寸获得。根据冲模的磨损规律，凹模的磨损使落料件轮廓尺寸增大，因此设计落料模时，凹模的刃口尺寸应等于或接近工件的下极限尺寸；凸模的磨损使冲孔件的孔径尺寸减小，因此设计冲孔模时，凸模的刃口尺寸应等于或接近工件的上极限尺寸。冲裁模在使用中，由于磨损间隙值将不断增大，因此设计时无论是落料模还是冲孔模，新模具都必须选取最小合理间隙min，使模具具有较长的寿命。根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级。2.5.2刃口尺寸确定的方法模具刃口尺寸计算方法分为两种。凸模和凹模分开加工在这种情况下，需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。落料时，间隙取在凸模上；冲孔时，间隙取在凹模上。凸模和凹模分开加工的优点是凸模和凹模具有互换性，可以批量生产。但是为了保证合理的间隙，要求加工凸模和凹模的机床精度高，加工难度大，因此凸模和凹模分开加工的方法仅适用于形状简单的冲裁模。凸模和凹模配合加工所谓配合加工就是在凸模和凹模中先选定一件为基准件，制造好后用它的实际刃口尺寸来配做另一件，使它们之间达到最小合理间隙值。落料时，先做凹模，以它为基准件配做凸模，保证最小的合理间隙值；冲孔时，先做凸模，以它为基准件配做凹模，保证最小的合理间隙值。凸、凹模配合加工方法有利于获得最小合理间隙，放宽对模具加工设备的精度要求，而冲模的生产规模多数情况下均属于单件或小批量生产，因此，目前多数工厂均采用配合加工法生产凸模和凹模。所以，根据工件图，确定落料部分以落料凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙值配制。既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制.刃口尺寸计算落料凹模基本尺寸Dmax0-=1090-0.74 Dmax0-=200-0.52 冲载间隙Zmin=0.246 Zmax=0.36 Zmax-Zmin=0.36-0.246=0.11mm制件精度为：IT14级，故X=0.5 计算公式Dd=(Dmax-x)+/40 相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在0.246至0.36之间。Dd=(Dmax-x)+/40=109+0.1850 Dd=(Dmax-x)+/40=20+0013冲孔凸模dmin+0=2.5 _+0.31 dmin+0=4+0.360 孔边距L0-=100-0.11制件精度为：IT11级,x=0.75Dp=（dmin+x）0-/4=100-0.09 Bj=(Bmin+x)0-/4=40-0.0282.6工作零件结构尺寸2.6.1落料凹模板尺寸凹模厚度：H=KB(B15)查表得K=0.28H=0.28109=30.52m凹模边壁厚：C（1.52）HC（1.52）30.52=(45.7861.04)mm实取C=50mm凹模板边长：LB+2C109+2*50=209mm 取200mm查标准JB/T6743.194：凹模板宽B125故确定凹模板外形为：200*12518（）。将凹模板作成薄型形式并加空心垫板后，查表【冲模设计手册矩形和圆形凹模外形尺寸】，实取为：20012514（）。校核：因凹模的外形尺寸已接近标准尺寸，不用在进行强度和刚度的核算。使用螺钉与上模座固定。2.6.2落料凸模尺寸落料凸模长度：L=h1+h2+h=16+10+24=50（）其中：h1落料凸模固定板厚度h2弹性卸料板厚度h增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等）落料凸模内外刃口间壁厚校核：根据冲裁件结构，落料凸模内外刃口最小壁厚为7，根据强度要求查表【实用冲压技术手册P228，表76凸凹模最小壁厚】知，该壁厚为4.9，故该落料凸模侧壁强度足够。使用落料凸模固定板固定。2.6.3冲孔凸模尺寸凸模长度：L凸h1+h2+h314+12+1440其中：h1凸模固定板厚h2空心垫板厚h3凹模板厚凸模强度校核：该凸模不属于细长杆，强度足够。使用凸模固定板固定。2.7其它模具零件结构尺寸及模架选用根据倒装复合模形式特点：凹模板尺寸并查冷冲模国家标准，确定其它模具模板尺寸列于下面：上垫板(GB2858.6-81)2001256（）T8A钢凸模固定板(GB2858.5-81)20012514（）45钢空心垫板(GB2858.6-81)20012512（）45钢卸料板(GB2858.5-81)20012510（）45钢落料凸模固定板(GB2858.5-81)20012514（）45钢下垫板(GB2858.6-81)2001256（）T8A钢根据模具凹模等零件结构尺寸，查【实用冲压技术手册P477，附录J冲模模架标准】，选取后侧导柱200125140165标准模架一副。模架型式（标准号）GB/T2851.31990。上模座：20012530后侧导柱上模座按GB/T2855.51990选用下模座：20012535后侧导柱下模座按GB/T2855.61990选用导柱：22130A型导柱按GB/T2861.11990标准选用导套：228028A型导套按GB/T2861.61990标准选用2.8压力机的规格选用根据以下条件：总冲压力F总100kN模具闭合高度Hmax-5mm160Hmin+10mm装模高度hmax-5mm160hmin+10mm可调节连杆，对压力机工作有利。如果模具闭合高度过小，可再加一块附加垫板，如果模具的闭合高度大于压力机的最大封闭高度时，模具就不能在压力机上使用。冲床工