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机械毕业设计全套

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MJC02-028@接触片级进模设计及其制造工艺,机械毕业设计全套

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- 1 - 上海电机学院毕业设计（论文）选题审批表 申报人 崔纬强 所属学院 机械学院 设计（论文）选题名称 接触片级进模设计及其制造工艺 课题来源 自选课题 课题简介： 该模具主要用于大批量生产某企业电器产品中“接触片”冲件，冲件材料为 带 QSn6.5-0.1 Y 0.2X600 GB2060，厚度 0.2mm。冲件形状较复杂，冲件的冲压内容包括落料、冲孔、成型等，一般需要安排多个工位才能冲压成形。该冲件年产量 80 万件。在对该级进模设计时，要认真分析冲件的特点，合理确立冲压加工的先后顺序。模具的结构设计，需要确保本 方案的实施，并按图控制材料的辗纹方向。 选题理由及准备情况： 根据教学的要求，体现本专业的培养目标。通过对本课题级进模排样方案的确定，模具结构的选择和制造工艺的编制，使学生运用学到的理论知识，紧密地结合生产实际，熟悉、掌握模具设计和制造工艺编制的步骤和方法，接受一次比较系统的、针对性强的工程设计训练，从而达到提高学生模具设计的能力。 本课题已有“接触片”冲件图，准备工作已落实。 设计（论文）要求及所具备的条件： 要求学生熟悉使用 UGNX 软件，最终完成装配图、零件图、设计计算说明书、主要零件加工工艺 过程卡片及模具装配工艺过程说明书。 要求 完成装配图1 张、主要零件图 5 张以上、不少于 1 万字的设计计算说明书 1 份，工艺卡片一套及装配说明书一份。 总完成量是两张 A0 30页报告书 以及一些答辩的提示 其他要求和任务书一样 设计要求配备 计算机、相关的 UGNX 软件，多工位级进模设计资料等。 指导小组意见： nts - 2 - 组长签字： 年 月 日 上海电机学院 毕业设计任务书 课 题 接触片级进模设计及其制造工艺 年 月 日 至 年 月 日共 周 专 业 年 级 姓 名 学 号 学 院（系）院长（签字） 指 导 教 师 （签字） 年 月 日 nts - 3 - 注：本任务书由上海电机学院教务处印制。 课 题 来 源 自选课题 课 题 的 目 的 、 意 义 通过对本设计课题的实践，培养 学生结合生产实际，运用所学基础课程及专业课程的知识，充分发挥个人积极性，从而提高学生的模具设计能力。 通过对本设计课题的实践，是学生四年学习生涯的总练习。是检验、是考核，更是锻炼。使学生在亲身体会之 后，明确了今后努力的方向。 通过对本设计课题的实践，拉近了学校与企业的距离。 要 求 按照指导老师制定的时间表，定期进行设计总结及信息反馈，保证按时保质保量完成任务。 设计要求完成装配图 1 张、主要零件图 5 张以上、不少于 1 万字的设计计算说明书 1 份，工艺卡片一套及装配说明书一份。 nts - 4 - 课 题 主 要 内 容 及 进 度 分析课题的冲压工艺及冲压方案，基于 UG 进行模具结构设计和制造工艺设计，最终完成装配图、零件图、设计计算说明书、主要零件加工工艺过程卡片和模具装配工艺过程说明书以及外文资料的译文。 1. 10.15 10.31 研究冲件图，收集、研读资料，拟定冲压工艺方案，完成排样图。 2. 11.01 11.30 拟定模具结构方案，完成模具装配草图。 3. 12.01 01.31 进行必要的工艺计算。 4. 02.01 02.28 完成模具总装配图，零件图，工艺卡片制作。 5. 03.01 03.31 撰写设计计算、装配说明书，翻译外文资料。 6. 04.01 04.30 答辩准备。 以上各项由指导教师填写（请用钢笔） nts接触片级进模 冲压 设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 模具工业在国民经济中的作用 模具是现代化工业生产的重要工艺装备， 它以特殊的形状通过一定的方式使原材料成型。例如，冲压件和锻件是通过冲压和锻造方式使金属材料在模具内发生塑性形变而获得的；金属压铸件、粉末冶金件以及塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成型的。由于模具具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已经在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、机械制造、家电等行业得到及其广泛的利用。据统计，利用模具制造的零件，在飞机、汽车、拖拉机、电机、电器等产品中占 60%80%； 在电视机、计算机等行业占到了 80%以上；在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占到了 85%以上。据国际生产技术协会统计，到 2000 年止，机械零件粗加工的 75%和精加工的 50%都是由模具来完成的。 随着社会经济的发展，人们对工业产品数量、品种、质量及款式都有越来越高的要求。为了满足人类的需要，世界上各工业发达的国家都十分重视模具技术的发展，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，并取得了显著的经济效益。美国是世界上超级的经济大国，也是世界模具工业的领先国家。据 1989 年统计，美 国模具行业有 12554 个企业，从业人员 17。 28 万人，模具总产值达 64.47 亿美元。日本模具工业是从 1957 年开始发展起来的，当年模具中产值仅有 106 亿日元，到了 1991 年总产值已超过了 17900 亿日元，在 34年中增长了 169 倍，这也是日本经济能飞速发展，并在国际市场上占有一定优势的重要原因之一。现在，日本的模具工业已经发展到了高度的专业化、标准化和商品化。 现在，大家都意识到，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。模具技术已经成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具工业能促 进工业产品生产的发展和质量的提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国家的高度重视和赞赏。模具也被誉为“进入富裕社会的原动力”、“金属加工业中的帝王”等。因此可以断言，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，模具技术也会不段的发展，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。 nts接触片级进模 冲压 设计 2 1.2 全球模具发展概况 全球主要模具生 产国 包括 亚洲地区 的日本、 韩国与中国 ，以及美洲 地区 的美国 、 欧 洲地 区 的德 国。 1.2.1 各国产业形貌 在全球主要模具 产销国家当 中， 中国 模具 企业 及 从业人数 最多，近七成 属于国有企业 ， 外资企业亦占多数， 大型模具 厂员工约 600 700 人，更有 规模达 上千人的公司， 台商投资 的富士康集 团 (Foxconn)员 工人 数将 近 6,000 人最具代表性，中型模具 厂则 150 300 人之 间 ，小型模具 厂 也至少有 50 人左右，其他 国 家的模具 业则 多以中小型企 业 型 态经营 。 在 产品类 別上， 2002 年日本 与中国 偏重生 产冲压模 及 塑料模 ， 两者产值 合计 比重高 达 八成，南 韩则 以其他模具 产值 比重最大，占 总产 值四成七。 在 应 用市 场 方面，日本、 韩国 、美 国与德国 以汽車模具 为 最大宗 产 品，而我国则 以 电子通讯产品 用模具 为 主。 依照 2002 年各 国 出入 差状 況 来 看，日本、南 韩 及德 国 的模具 属与出口大国 ，中国与美国 的模具 则 因 国内 需求市 场 大，本 国厂 商 无 法完整供 应 ，須 借进 口模具以 满 足下游市 场 的 产 品 制造。 由 2002 年各 国 主要 进 出口 国 別分 析， 与 地域分布有 极 大的 关联 性， 进 出口地 区 多 属邻 近 国 家，而日本 较 特別的是出口地 区 以美 国为 主，但 随着 中 国 近年各下 由游产业 快速的 发 展，已有 渐渐转 向拓展 中国 市 场 的趋势。 在各 国 工 资 方面， 根据 美 国国贸 局 2002 年所作模具 产业 白皮 书 的 调 查 结 果，以德 国时 薪最高，技 术 人 员时薪 水 平为 $12.13 $19.28， 设计人员则为 $16.91$25.26，日 本 与 美 国则介于 中 中间 ， 中国 工 资 最低， 技术 人 员 年薪 仅 $732$5,853， 设计人员仅为 $2,927 $5,853，若以最高年薪 为 基 准与 德 国 比 较 ， 则仅能僱用德 国技术人员约 38 天左右 ，由此可看出先 进国 家 与 中 国 低廉的工 资 成 本差距如此之大。各 国 模具 产业 概況 详 如 表 1 1所示。 表 1 1 全球主要模具生 产国 家 产业 概況 国 別 日本 中国 韩国 美 国 德 国 企 业家数 12,000 家 18,000 家 4,000 家 7,000 家 5,000 家 从业人数 11万 3千人 50 万 人 3 万 5 千人 12 万 9千人 3万 4千人 nts接触片级进模 冲压 设计 3 企 业 类型 小型企 业 大中型企 业 小型企 业 中小型 中小型 产品类别 冲压 模 与塑料 模占八成 冲压模与塑料 模占八成 其他模具占 四成七 冲压 模、 塑料 模 为 主 冲压 模、 塑料 模 为 主 出入超 状 況 强 出超 国 强 入超 国 强 出超 国 准 入超 国 准 出超 国 主要 进口国 韩国 日本 日本 加拿大 瑞士 主要出口 国 美 国 香港 日本 加拿大 捷克 平均工 资 (美元 ) 时 薪 $8 22 年薪 $58510,243 - 时 薪 $18.4 时 薪 $125 产值 (百 万美元 ) 2001年 13,131.5 3,817.8 1,722.6 13,204.0 3,248.8 2002年 11,985.8 4,349.0 2,400.0 - - 资料来源：海关进出口月报 、美 国国贸 局模具 产业 白皮 书 /金属 中心 IT IS 计划整理 1.2.2 各 国优 劣 势 分析 技 术 先 进国家 如日本、美 国 、德 国 等， 对于 高精度 与复合 性模具 开发 ，不 论在 设计能力 或 制造技术 上，均有 领先 的地位，同時也 拥 有 训练 精良的技 术 研 发 人才。其中，日本模具 厂 商在技 术 上 较重视 拋光 与 研磨加工 制 程，德 国 模具 厂 商 则由提高 机械 加工 与 放 电 加工的精度 与 效率 着 手，以降低手工加工的 时间 。 在 市场规模 上，不 论产 值 或 国内 需求以日本衰退最 为明显 。在 运营 成本上，常面 临 高工 资 、高福利的 问题 ，因此下游 产业 或模具 厂 商 逐渐将 生 产据点 移往 邻近 的新 兴 工 业国 或 技术后进国家 ，以降低 劳 工成本，增 强价格竞争 力，但是 这样的 趋势 往往 会 造成 技术无形 中外流的 疑虑， 使得本身更 须 投入大 笔 研 发费 用，以加速提 升 加工 技术与 高速 机械 性能，拉大彼此 间 的 差异 。 以韩国 及中 国来 看，我 国 在 技术 上落 后于 日 、 美 、 德，但仍 优于 南 韩 ，同 时在生 产 速度上也 遥遥领 先 。韩国与 中 国 最近 几 年的市 场 生 产与 需求 规模 呈 现 成 长走 势 ，尤其中 国模 具 业 正 在 快速 发 展中，各 国 知名大 厂进驻生产设备 ， 无 形中 提升模具 开发实力与设计 能力。成本方面，中 国特别是大陆与韩国 因 拥 有相 对 低的人力成本 优势 ，故 对于 模具 售价 上，往往 采 取低 价 行 销 打入 市场 ，也因此在 全球景 气 欠佳的局 势 中，成功 拓 取市 场买家 的青 睐 ，最明 显 的例子就是出口值 的涨势 。综 合上述全球主要模具生 产国 家的相 对优劣势 分析， 整合 如 表 1 2所示。 nts接触片级进模 冲压 设计 4 表 1 2 全球主要模具生 产国 家 优劣势 分析 相 对优势 相对劣势 日 本 1.拥 有 技术 精良的 技术 人才。 2.产品 具有高 品质保证 。 3.生 产 前置期短 (快速 )。 4.拥 有高精密度、高 复 合度模具的 制造能力。 1.相 对 高的 劳 工成本 。 2.产业 空洞化 问题严重 。 3.在 CAD/CAM及 3D电脑软件 自主能力及 运 用上， 与技术 先 进国 相比仍嫌不足。 韩 国 1.因 1998 年 经济危机 ， 韩元 大幅 贬值人事 费 用降低，模具 价 格下跌，有利 于 出口成 长 。 2.小型模具 厂 的背 后 多有大企 业财力 及物 力的支持。 1.模具 设计 能力 与开发技术 仍待加强 。 中 国 1.具有高度成 长 的 国内 市 场并拥 有国际级 下游客戶群聚效 应 。 2.拥 有低工 资 的 技术与设计 人 员 。 3.成立模具 专区 ，吸引 国 外 厂 商形成产业 聚落。 1.缺乏 灵活与创意 的模具 设计 能力。 2.尚 无生产 高精度 与复杂 度高的 技术 能力。 3.须 以高成本 进口 模具，以 弥补国内产品 低 品质 的供 应 缺口。 美 国 l.高 品质产 品。 2.拥 有研 发实力与创新 性的 生产技术 。 3.产品设计能力强 。 4.拥 有 广大应用市场 及多 样 化的下游客 户基础。 1.劳工 成本高。 2.市场价 格高。 3.相关员工福利 、 训练 、 保险费用负担 重。 德 国 1.拥 有 优良传统 模具的生 产工艺技术 。 2.坚实 的 师徒 制 习艺计划 。 3.在生 产 高精密度和 复 合度的模具上， 拥 有相 当 好的 技术基础 。 1.劳 工成本高。 2.下游 客户 移至生 产 成本 较 低的 国外 据点 ,包括 东欧 和中 国 。 3.模具 制造 厂 也 随着 下游客 户 外移。 资料来源 ： 美国国贸 局模具 产业 白皮 书 /金属 中心 IT IS 计划 整理 整体 而言，由 于 各 国 模具 业 者，多以中小企 业 型 态经营 ，因此，在 营运资金筹措 上常遭遇 困难 ，若 无 政府政策支持 与税务 的 优惠 措施，模具 业 者 将形 成 单 打独斗与 孤 军奋战 的 状况 ，更 不论与国际市场 的 竞争 。除了 中国与韩国 外，各 国 均面 临劳 工成本高的 压力 ，因此唯有提高 产 品附加 价值 才能 摆脱 低成本的 竞争压力 。 1.3 中国模具发展状况 nts接触片级进模 冲压 设计 5 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%。 鉴于模具作为包括机床工具、汽车制造、食品包装等在内的机械行业中机械基础件产业，以及电工电器、电子及信息行业的支持产业，在发展先进生产力当中，处于非常关键并服务全行业的地位，其发展对产业配套能力的提升和促进产业聚集优势的形成将起到重要作用。改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化。除了国有专业模具厂外，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，都得到了快速发展，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。目前，国内已能生产精度达 2微米的精密多工位级进模，工位数最多已达 160个，寿命 1 2亿次。在大型塑料模具方面，现在已能生产 48英寸电视的塑壳模具、 6.5K大容量洗衣机的塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，国内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。在汽车模具方面，现 已能制造新轿车的部分覆盖件模具。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。 在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。 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资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。目前，从事模具技术研究的机构和院校已 达 30余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过 50余家。其中，获得国家重点资助建设的有华中理工大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学 CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM 技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 nts接触片级进模 冲压 设计 6 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍 有较大的差距 。 根据“十一五”模具行业发展的任务与目标，我国模具行业要努力解决发展中存在的诸如总量供不应求、产品结构不够合理、工艺装备水平低、配套性不好、利用率低、技术人才严重不足、专业化程度低、高档产品市场缺席 。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口 等问题，使我国模具行业向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展，在良好的市场环境中稳步前进。 nts接触片级进模 冲压 设计 7 第 2 章 零件工艺性分析及工艺方案的确定 2.1 冲压工艺分析： 冲裁件的工艺性是 指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级等是否符合冲裁加工的工艺要求。良好的结构工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单而寿命高，产品质量稳定，操作简单，等等。通常对冲裁件的工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。 2.1.1 冲裁件的形状和尺寸要求 冲裁件的形状应尽可能简单、对称，最好采用圆形、矩形等规则的几何形状或由这些形状所组成， 使排样时废料最少 。 冲裁件的凸出悬臂和凹槽的宽度不宜太小， 以免凸模折断，其合理间隙如表： 表 2 1 冲裁件的凸出悬臂和凹槽的最小宽度 B 冲裁件的外形或内形的转角处，要避免夹角出现，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理或冲压时在尖角处开裂的现象；同时可以防止尖角部位的刃口磨损过快而使模具寿命降低。其圆角半径的最小值见表 1 2： 表 2 2 冲裁件圆角半径 r 的最小值 nts接触片级进模 冲压 设计 8 冲孔时，由于受到冲孔凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。冲孔的孔径尺寸与孔的形状、材料的机械性能、材料厚度等有关，见表 1 3： 表 2 3 冲孔 的最小尺寸 冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小，否则模具的强度和冲裁件的质所量不能保证，其许可值如图 2 1所 示 。 图 2 1 孔边距 在弯曲件或拉延件上冲孔时，为了避免冲孔时凸模受水平推力而折断，孔边与零件直边间应保持一定距离。一般取 C R+0.5t. 2.1.2 冲裁件的精度与断面粗糙度 冲裁件的 经济精度一般不高一 IT11 级，最高精度可达 IT8 9 级。冲孔比落料的精度要高一级。 冲裁件的断面粗糙度一般为 R =12.5 50nm，最高可达 R =6.3 nm。 2.1.3 冲裁的经济性 所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果，即生产中的“最小最大”原则。 1.冲裁件的结构形状和尺寸 冲裁件的结构形状和尺寸，应该有良好的工艺性，以便于冲裁，便于模具的nts接触片级进模 冲压 设计 9 制造，降低成本。 在设计冲裁件时，在不改变使用性能的前提下，可以直线代曲线，以圆形代矩形，使凸、凹模制造与维修方便，减少钳工工作量，降低成本。 尽量采用通用尺寸和标准直径，充分利用现成的工艺装备。 尺寸标注要灵活，以扩大冲裁工艺的灵活 性。 2.合理利用材料 在满足零件强度和使用要求的情况下，减少材料厚度。 冲裁件的结构形状符合少、无废料排样时，能提高材料的利用率，从而减少材料消耗，降低成本。 采用套料排样冲裁，充分利用结构废料，既省料又省工序，经济效果显著，如图所示。 图 2 2 套料连续冲裁的排样 合理选用冲裁件材料。在保证使用和工艺性能的同时，尽量采用“廉价代贵重，薄料代厚料，黑色代有色”和统一及减少品种规格等一系列降低成本的措施。 综上所述， 如图 2 3 为零件图 ，此零件为 接触片 ， 满足冲裁工艺性 各方面的要求，也 可以保证足够的刚度和强度。 由资料 2 表 4 1 查出其精度等级为IT12 级。 nts接触片级进模 冲压 设计 10 图 2 3 零件图 此零件经过几何形状的分析可以看出，它是由两个半圆和中间的矩形部分组成。圆形部位的成型是拉深。中间矩形部位的成型很象是弯曲，但实际上它是侧壁的材料在凸模的压力作用下沿凹模的圆角流进去的，属于拉深。底部的三个孔是由冲孔工序完成。两翼的 U 形部分既可以由反拉深完成，也可以由翻边完成，但此零件的尺寸 较 小，如果采用反拉深凸模的制造精度和强度要求都比较高， 凸、凹模的 安装空间狭小， 难以实现，所以选择翻边完成。 2.2 冲压工艺方案设计 ： 制定冲裁工艺方案就是要确定冲裁件的工艺路线。工艺路线不但影响产品的质量和效率，而且影响生产成本、劳动强度、设备投资等。因此制定工艺路线时，需要提出几个方案，进行分析对比，寻求最经济合理的方案。 2.2.1工艺方案的分析 ： 零件 的形状 表明，在拉深前该零件展开毛坯面积计算 ， 将其分为直线和弯曲部分进行展开计算。由参考文献 3 上表 2 7用插值法取的该零件的中性层系数为 x0=0.345;则由参考文献 1 公式 （ 3 12）可以得出该零件的展开长度为 ： nts接触片级进模 冲压 设计 11 0()180i i i iL l r x t （ 2 1） =（ 16.5 0.675 2 1.275 2）（ 0.5 0.345 0.3） 3.14（ 0.45 2 0.345 0.3） 3.14 2 =23.35 同理，零件的展开宽度为： L 宽 =3.3（ 0.45 2 0.345 0.3） 1800/1800 3.14 2（ 0.5 0.345 0.3） 3.14 =10.16 工件的形 状是翻边以后的形状 ,在翻边 以前应该按翻边工序计算展开 .其展开图为 : 图中示的 ？为 零件在翻边时落料 凸模的直径 d 凸 3 . 3 0 . 7 2 4 0 . 5 0 . 3 4 5 0 . 3 4 . 6 0 . 5 22dL 凸 宽 （ ）=10.16-3.3-1.4-3.79 4.6 1 =7.28 该零件的主要工序拉深工序按下列顺序进行计算 ： 2.2.1.1 计算毛坯直径 单工序拉深模的毛坯是单个的，级进模的坯料则是条料。计算毛坯直径是根据拉深成 型以后，工件的表面积与毛坯面积相等的原理，进行毛坯直径的计算。按 参考文献 3表 4 7中序号 4 的公式计算。既： 2Dd凸 +4dH-3.44rd(2 2) 将图 1 5 与表中图相对应， d 凸 =7.27 ； d=4.3 ； H=1.7 ； r=0.5 ,代入上式，则： Di= 2( 7 . 2 7 4 4 . 3 2 3 . 4 4 0 . 5 4 . 3 ) mm =8.94mm 上述计算的 Di 是“计算毛坯直径”，还要加 上修边余量 而得出实际毛坯直径 D。 修边余量由参考文献 2 表 7 1 查出，其值 =1.0mm 故实际毛坯直径D=Di+ =8.94+1.0=9.94mm 2.4.1.2 计算能否一次拉成 由宽凸缘件第一次拉深最大相对高度 h1/d 确定能否一次拉深成形。判断的原则是：宽凸缘件的拉深系数大于该零件的第一次拉深系数极限值，或者零件的nts接触片级进模 冲压 设计 12 相对高度小于其第一次拉深的最大相对高 度值，则该零件可以一次拉成。如图 2 3 所示，拉深高度 h1=2mm,拉深筒直径 d1=4.3mm,则 h1/d1=24.3=0.465 计算 d 凸 /d，其中对应值 7.27d 凸， d1=4.3 ,则： 17 . 2 7 1 . 6 94 . 3d mmd m m凸计算毛坯相对厚度。 0 . 31 0 0 % 1 0 0 3 . 0 2 %9 . 9 4t m mD m m 根据以上参数，按 资料 2表 4 8中查出 1/ 的最大值为 0。 70 0.58。前面算出的本工件的 最大相对高度 值为 0.465，故的出结论，该工件可以一次拉深完成。 2.2.2 搭边值的确定 排样中相邻两工件间的余料或条料与工件边缘间的余料为搭边。其作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。搭边值要合理，过大材料的利用率低。值过小，就不能发挥搭边的作用，在冲裁的过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时还会被拉入凸模和凹模间 隙，损坏模具刃口，降低模具的寿命。搭边值过小，会使作用在凸模侧表面上的法向应力沿着落料毛坯周长的均匀分布不均匀，引起模具刃口的磨损。为了避免这一现象，搭边的最小宽度大约取为毛坯的厚度，使之大于塑变区的宽度。 本工件的材料塑性较 好，工件本身的外形比较复杂，圆角半径比较小，所以起搭边值要取的大一点。 2.2.4 料宽的计算 条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料的宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间进送，并与导料板之间有一定的间隙。因此，在确定条料宽度时必需考虑到 模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃，根据不同的结构分别进行计算。 nts接触片级进模 冲压 设计 13 图 2 7 有侧刃时的条料宽度 当模具有侧刃的时候，条料宽度按下式进行计算： 001( 2 )B D a n C VV (2 3) 式中 B 条料的标称宽度 ; D 工件垂直于送料方向的最大尺寸 ( ); 1 侧搭边 ( ); 条料宽度公差 ( ),见表 2 5; 侧刃数 ; C 侧刃冲切的料边宽度 ( ),见表 2 6; 表 2 5 剪切条料宽度公差 ( ) 表 2 6 1和 C 的值 （） 则根据上述要求，本 零件条料的宽度为 : 001( 2 )B D a n C VVnts接触片级进模 冲压 设计 14 00 . 4( 2 2 . 9 4 2 2 2 1 . 5 )mm 00 .42 9 .9 4mm经圆整尺寸后，条料宽度取为 30 2.2.5 步距的计算 步 距是指条料在模具上每次送进的距离，步距的计算与排样的方式有关，每个步距可以冲出一个零件，也可以冲出几个零件。 每次只冲出一个零件的进距 A 的计算公式为 A=B+ (2 4) 式中 B 平行于送料方向工件的宽度； 冲件间的搭边值； 由零件的排样图可以看出，每一个进距只冲一个零件，即 该零件的进距采用上式： A=B+ =9.94 +1.8 =11.74 经圆整尺寸后 A 取值为 12 。nts接触片级进模 冲压 设计 15 第 3章 主要工艺计算 3.1 冲压力的计算 3.1.1计算原则 由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都是带有锥度的，且落料件的大端尺才等于凹摸尺寸，冲孔件的小端尺寸等丁凸模尺寸。在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，在确定凸、凹模 刃口尺寸时，必须遵循下述原则： .落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。 。 冲孔模先确定凸横刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的员大极限尺令保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹横刃口的标称尺寸应比凸模大最小合理间隙。 选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般 冲模精度较工件精度高 23 级。若零件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的 ITl4 级精度来处理，圆形件一般可按 IT10 级精度来处理，工件尺寸公差应技“入体”原则标注为单向公差，所谓“人体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即：落料件正公差为零，只标注负公差；冲孔件负公差为零，只标注正公差。 3.1.2计算方法 模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本上可分为两类。 3.1.2.1 凸模与凹模分开加： 凸、凹摸分开加工，是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸，此种方 法适用于圆形或形状简单的工件，为了保证凸、凹模间初始间隙小于最大合理间隙 Z 不仅凸、凹模分别标注公差 (凸 模 p ，凹模 d )，而且要求有较高的制造精度，以满足如下条件： m a x m i nZZ 凸 凹或取 m a x m i n0 . 4 ( )ZZ 凸m a x m i n0 . 6 ( )ZZ 凹nts接触片级进模 冲压 设计 16 也就是说 ，新制造的模具应该是m a x m i nZZ 凸 凹如图 3 1所示。否则，制造的模具间隙已超过了允许的变动范围m in m axZZ:，影响模具的使用寿命。 图 3 1 凸、凹模分别加工时的间隙变动范围 3.1.2.2 凸模和凹模配合加工 ： 对于冲制形状复杂或薄板制件的模具，其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模 (或凹模 )作为基准件，然后根据此基准件的实际尺寸配做凹模 (或凸模 )，使它们保持一定的间隙。因此，只需在基准件上标注尺寸及公差，另一件只标注标称尺寸，并注明“尺寸按凸模 (或凹模 )配作，保证双面间隙”。这样，可放大基准件的制造公差。其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制制造容易并容易保证凸、凹模间的间隙。 本工件的此道工序为冲孔，冲孔应以凸模为基准件，然后配做凹模。先做凸模，凸模磨损后，刃口的尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况 ， 如图 1 9所示。应按三种不同的情况分别进行计算： nts接触片级进模 冲压 设计 17 a)冲孔件 ）凸模尺寸 图 3 2 冲孔件和凸模尺寸 1） .磨损后凸模尺寸变小（ A类），设工件尺寸为0A，则 A凸 0()Ax 凸(3 4) 2).磨损后凸模尺寸变大（ B类），设工件尺寸为 0B，则 0()B B x 凸凸(3 5) 3）。磨损后凸模尺寸不 变（ C类），按制件标注尺寸不同分为 制件尺寸为0C时 ( 0 . 5 ) 2CC 凸凸(3 6) 制件尺寸为 0C时 ( 0 . 3 ) 2CC 凸凸(3 7) 制件尺寸为 C 时 2CC凸凸(3 8) 式中 A 凸 、 B 凸 、 C 凸 凸模刃口尺寸 ( ); 凸 凸模尺寸制造偏差 ( ), 4 凸; 工件制造偏差 ,对称偏差时 , = 4 ; 制件公差 ( ). 本工件属于磨损后凸模尺寸变小 (A 类 ),则其尺寸按 (3 4)式计算 : nts接触片级进模 冲压 设计 18 A凸 0()pAx = 0- 0 .0 2 5( 3 + 0 .7 5 0 .1 )= 0-0.0253.075 3.1.3冲裁力的计算 采用平刃口凸模和凹模冲裁时，其冲裁力的计算见下式： 0F Lt（ 3 9） 式中 0F 冲裁力（ N） L 冲裁件周长（） 材料厚度（） 材料抗剪强度（ MPa） 考虑到凸、凹模刃口的磨损，模具间间隙的波动，材料力学性能的变化以及材料厚度偏差等因素，实际所需的冲裁力还需增加 30，故选择冲床时的冲裁力（ N）应为： 01 .3 bF F L t（ 3 10） 式中 b 材料的抗拉强度 则 冲工件底部三个孔 工件的冲裁力 F2为： F2=3 3bF Lt=3 （ 3 0.3 700） N =3 1978.2N =5934.6N 冲两个切口用的工艺孔 2 时的冲压力 F3为： F3=2 Ltb=2 (2 0.3 700)N =2637.6N 冲两工艺孔间切口用的冲压力 F4为： 4 bF Lt=23 0.3 700N =4830N 侧刃切边力的计算： F7 =Ltbnts接触片级进模 冲压 设计 19 =24 0.3 700N =5040N 3.1.4卸料力、推件力和顶出力的计算 由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，冲裁后带孔的部分会紧箍在凸模上，而落下的部分会紧卡在凹模的洞口中。从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力称为卸料力 ；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力成为推件力；反向顶出来的力为顶出力。 F 卸 、 F 推 、 F 顶 是由压力机和模具卸料、顶件装置获得的，影响这些力的因素主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸、凹模表面精度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。要准确计算这些力比较困难，实际生产中采用下列经验公式进行计算： F K F卸 卸F nK F推 推（ 3 11） F K F顶 顶由 2 表 2 15 可以查出 K卸=0.04 0.07； K推=0.065； K顶=0.08， 则工件在各工位的总的卸料力 F卸 （ 总 ）为： F卸 （ 总 ）=K卸（ F2 F35F） =0.065（ 5934.6 2637.6 11757.27） N =0.05 20329.47N =1016.47N 总的顶料力 F顶 （ 总 ）为： F顶 （ 总 ）=K顶（ F1 F6 F8） =0.08（ 5807 5807 2739.87） N =0.08 14354N =1148N 总压力 F为： F=F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F卸 （ 总 ） F顶 （ 总 ）=5807 5934.6 2637.6 4830 11757.27 5807 50401016.47 1148N =43978N 3.2 翻边模工作部分的设计计算 nts接触片级进模 冲压 设计 20 进入翻边工序，工件先与带料脱离。由压杆压在凹模上，此时工件的外缘为平面，这时进行的翻边为外缘翻边。在两端，凸缘的 材料在翻边模的作用下横向产生压缩的变形，周长被压短而形成工件最后的形状。对于这种翻边工序，需要计算翻边部位的变形量，如果变形量超过允许的数值，工件将产生褶皱，甚至把模具撑裂。 3.2.1落料工序部分模具尺寸计算 前 面已经叙述过对于薄板制件的模具其凸、凹模采取配合加工的方法。落 件以凹模为 基准件，然后配做凸模。刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况 因此凹模刃口尺寸应按不同情况分别计算。 1)凹模磨损后尺寸变大。计算这类尺寸，按落料凹模公式进行计算： 0()AA V 凹凹(3 12) 2)凹模磨损后尺寸变小。计算这类尺寸，按冲孔凸模公式进行计算： 0()BB 凹凹(3 13) 3)凹模磨损后尺寸不变。计算这类尺寸应按下述三科情况进行计算： 制件尺寸为0CV时 C = ( C + 0 . 5 )2 凹凹（ 3 14） 制件的尺寸为 0C时： ( 0 . 5 ) 2CC 凹凹 （ 3 15） 制件尺寸为 C 时 2CC凹凹 （ 3 16） Ad、 、 Bd、 Cd 凹模刃口尺寸 (mm)； A、 B、 C 工件标称尺寸 (mm)， 工件公差 (mm)； / 工件偏差，对称偏差时， / 2； 凹 凹模制造偏差 (mm)， 凹 4； 本工件在凹模磨损后尺寸变大，应按（ 1 12）式进行计算： 0()AA V 凹凹= + 0 . 0 2 50( 7 . 2 8 - 0 . 3 4 5 0 . 1 )= +0.02507.26 凸模尺寸的计算公式： nts接触片级进模 冲压 设计 21 0A 凸凸 凹 min（ A - Z ）（ 3 17） 式中 Zmin为凸、凹模最小合理间隙（双边），由 1 表 2 6 可以取出 Zmin=0.03 则： A凸= 0-0 .0 2 5(7 .2 6 -0 .0 3 )= 0-0.0257.23 3.2.2翻边凸、凹模的设计 此工件的尺寸比较小，其凸模的尺寸应在拉深凸模的尺寸的基础上进行计算加工。则其配合图形如下： 图 3 3 翻边凸模计算示意图 由于此翻边凸模的形状比较特殊为一环状零件，则其内 径按拉深凸模尺 寸加上工件厚度再取适当的间隙值进行计算，公差按“入 体原则”进行标注。则凸模工作部分刃口 内径尺寸为： 00 . 0 2 5( 2 )d d t 凸 （ 拉 深 ）凸 （ 内 ） = 0-0 .0 2 5(4 .3 4 + 0 .6 ) = 00.0254.94 翻边凸模 工作部分刃口 外径的尺寸 是 在翻边凸模内径的尺寸上再加上工件U形空间允许的尺寸厚度；公差 按照“入体原则”进行标注。由工件图可 以看出工件 U形空间允许的尺寸厚度值为 t 18.4 17.5=0.9 ，则翻边凸模外径的尺寸为： 00 . 0 2 5()d d t 凸 （ 外 ） 凸 （ 内 ） = 0-0 .0 2 5(4 .9 4 + 0 .9 ) = 00.0255.84 凸模工作部分的高度 H 取为 2 . 翻边凹模的刃口尺寸是在翻边 凸模外刃口尺寸的基础上加上工件材料厚度而得到。公差按照“入体原则进行标注”，则翻边凹模的刃口 尺寸为： D 0凹 -0.025凸 ( 外 )（ d + 2 t ） nts接触片级进模 冲压 设计 22 = 00 . 0 2 5( 5 . 8 4 2 0 . 3 ) = 00.0256.44 则由图 1 10 可以看出：凹、凸模的工作部分厚度 L是由落料凸模的刃口尺寸和翻边凹模的刃口尺寸决定的。 L=()dD凸 凹落=7.28-6.44=0.84 ，两面的公差按相关凸、凹模作用面公差标注。 翻边的变形程度用（ 1 18）式计算： ()cE b b R （ 3 18） 按照上述，工件的对应值 =1.485； R=1.4；则翻边变形量 Ec为： E =1.484（ 1.4 1.485） =0.51 与 参考文献 2表 5 10 中数值对照，变形量在允许范围之内。 翻边力 F8的大小采用下式计算： F=1.25bLt K（ 3 19） 式中 L 翻边周边长度（） K 因数，一般取 0.2 0.3。 F8=1.25bLt K=1.25（ 2.8 13 2） 0.3 700MP 0.3 =2739.87Nnts接触片级进模 冲压 设计 23 第 4 章 冲模材料与寿命 为了延长冲模寿命，提高经济效益，合理选用模具材料成为模具设计的 关键因素。因在选用制造模具中的主要罗件材料时，必须满足下列基本要求： (1)根据模具的工作特点相失效形式，确定模具的失效抗力指标，尤其是对韧性的要 求； (2)考虑其冷加工工艺性能和热加工工艺性能是否良好； (3)分析模具的使用价值尽可能采用质量好的钢种，但也要考虑到其经济性，模材料费用占整个模具制造费用的 6一 10； (4)为了降低生产成本，注意采用微变形模具钢以降低机械加工费 用； (5)对于特种要求的模具应开发应用具有专门性能的模具钢。 选择材料要根据模具零件的使用 条件来决定。做到在满足主要条件的前提下选择价格低的材料，使成本最低。如多工位级进模应是高效、精密长寿命的三高模具，凸模、凹模的材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性和足够的韧性，故必须选用优质合金钢和硬质台金材料。在拉深不锈钢制件则，所选用的材料应有较高的抗粘附性。对于固定板、卸料板类零件，不但要有足够的强度，而且要求模具在工作过程中变形小。另外还可以采用冷处理和深 冷处理、真空处理和表面强化的方法提高模 4.1 冲模材料 4.1.1 冲模材料的种类 制 造中小型冲模的材料有：铸铁、碳钢、合金钢、硬质合金、钢结硬质 合金以及锌合金、低熔点合金、塑料、环氧村脂、聚氨 酯橡胶、层压桦 木板等。 凸、凹模所使用的模具钢有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬 工具钢、高碳中铬工具钢、高速钢、基体钢、硬质合金和钢结硬质合金等。现将常用模具钢的特点和应用范围 简介如下： (1)碳素 工具钢：在模具中应用较多的碳素工具钢是 T10A，其优点是加工性好 ，价格便宜，但淬透性和红硬性差、热处理变形大。它适用于制造工作负荷不大、形状简单的凸、凹模和要求耐磨的其他模具零件。 (2)低合 金工具钢：用于模具的低合金工具钢有 CrWMn、 9CrSi、 GCrl5、 9Mn2V 等。这类钢具有高的淬透性，热处理变形小，有较高的硬度和耐磨性，常用 作形状复杂的中小型冲裁模和弯曲模的成形零件。其中 9Mn2v 是适合我国资源的钢种，可以用它宋代替其他低合金工具钢用作模具。 nts接触片级进模 冲压 设计 24 (3)高碳高铬工具钢：常用的高碳高铬工具钢有 Cfl2、 Crl2Mo 和 Crl2MoV，它 们具 有较好的淬硬性、淬透 性、耐磨性、抗回火稳定性及热处理变形小等优点。但碳化物偏析严 重，必须在三方六面进行反复镦 拔 (轴向镦 ，径向拨 )改锻后，使用效果才更加显著 (坯料 直径在 25mm 以下的可以不经改锻 )， 常用于制造工作负荷大或要求耐磨性高 、 形状复杂的精密模具的凸、凹模和冷挤压凹模。 (4)高碳中铬 工具钢：用于模具的高碳中铬工具钢有 Cr4WV 和 Cr4W2MoV，其中 Cr4W2MoV 是一种空冷微变形模具钢，其特点是共晶 碳化物颗粒细小，分布均匀，具有较 高的淬 硬性、淬透性、耐磨性和尺寸稳定性， 可以作为上述几种高碳高铬 工具钢的代用品，常用作硅钢片冲裁模的凸、凹模和冷挤压凹模。 (5)高速工具钢：高速工具钢内含有一定的 C， Cr， W， V， Co 等元素，热处理后可以显著提高硬度、耐磨性和韧性等性能 ，是制造高精密高耐磨的高级模具材料，但价格较贵，因此适用于小件的冲模或用于大型冲模的嵌镶部分。由于高速钢在高温状态下能保持高的硬度和耐磨性，所以又是制造温挤、热挤、塑料等模具的极好材料。 我国高速钢的主要型号有： W18Cr4V、 W12Cr4V4Mo、 W12Mo3Cr4V3N(V3N)、W9Mo3Cr4V3、 W6Mo5Cr4V3、 W6Mo5Cr4V5SiNbAl(B201)、 W6Mo5Cr4V2、 6W6Mo5Cr4V等。 (6)高强度基体钢：高强度基体钢是指抗拉强度、屈服强度、屈强比都高 且具有一定 的塑性和 韧性的钢 种。目前可分为基体钢和马氏体时效钢两类，用于模具的主要是基体钢。 基体钢是以高速钢成份为基休，具有高速钢淬火成份的钢 种。这类钢具有很高的抗压强 度和耐磨性， 在高温条件下使用时，其红硬性很好；由于含碳量比高速钢低，故淬火剩余碳 化物少、韧性可以大为改善，因其耐磨性比高速钢和高铬合金钢差，多用于热处理中容易开裂的模具。 我国近年来试用的新钢种有： 65Cr4W3Mo2VNb(65Nb)、 7Cr7Mo3V2Si(LD 一 1)、 6Cr4Mo3Ni2WV(CG 2)及 5Cr4Mo3SiMnVAl(012AL)等。 (7)钢结硬质合金和硬质合金：钢结硬质合金和硬质合金中含 有 35 97%的 WC 或 TiC，因而硬度特别高，耐磨性也特别好， 但是冲击韧性很差。随着碳化物 WC 或 TiC 含量的 增加， 其硬度和耐磨性增加，冲击韧性下降。因此用作冲模材料时，一般使用含 Co量多的，韧性大的型号。例如 YG20、 Y625 等型号可用于冷挤压模； YGl5、 YG20 用于冲裁模， YGll 或 YG8 用于拉伸模。 nts接触片级进模 冲压 设计 25 不论用于何种模具，由于硬质合金和钢结硬质合金价格贵，且韧性又差，因此宜用镶嵌 件形式在模具中出现，以提高模具的使用寿命及节约材料，