模具毕业设计27南华大学机械学院前悬架横梁冷冲模设计.doc
模具毕业设计27南华大学机械学院前悬架横梁冷冲模设计
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机械毕业设计论文
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模具毕业设计27南华大学机械学院前悬架横梁冷冲模设计,机械毕业设计论文
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南华大学机械学院毕业论文 前言 本设计主要分为两部分，一部分是对拉线护架进行冲压工艺分析与计算，一部分是对拉线护架进行模具设计。 首先，先对零件进行工艺分析与计算，其中包含工艺分析与设计方案的确定，确定排样，计算冲裁力与选择冲压设备。零件比较特殊，需要四副模具。 其次，对拉线胡架进行模具设计，其中主要是模具主要零部件的设计与计算与模具的装配。在进行模具设计时，根据零件的形状并结合手册循序渐进的进行模具设计。这次模具设计是对以前所学知识的一次实践。由于我没有实践经验所以很多东西都要依靠手册。包括数据的选取和工艺性的确定。模具设计包括模 具工作零件、定位零件、卸料及推件零件、导向零件和连接固定零件的设计。在设计时要使用到 AUTOCAD2000 和 Pro/ENGINEER，这些计算机辅助设计软件对于提高设计的速度和质量很有帮助，这也是当今模具行业发展的选择。 在近四个月的设计中，为了更好地完成任务，期间还到工厂进行了实习，参观了冲压模具的生产加工过程，这加强了我们的感性认识，更有利于我们完成模具设计。 对于本次毕业设计，应该要达到以下目的： 综合运用本专业所学的理论与生产实际知识，进行一次冷冲压模设计的实际训练，从而提高我们的独立工作能力。 巩固复习四年以来所学的各门学科的知识，以致能融会贯通，进一步了解从模具设计到模具制造的整个工艺流程。 掌握模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。 感谢 李伟 老师对我的关怀和指导，感谢同学们的帮助。我这次设计的完成得益于老师的悉心指导和与同学们的交流。 由于本人水平有限，缺乏实践经验，所以在设计中难免产生不足和错误，请各位老师指正。 nts南华大学机械学院毕业论文 绪论 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。nts南华大学机械学院毕业论文 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。 1、 冲压工艺介绍 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 nts南华大学机械学院毕业论文 （ 5）不断改进板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。 2、 冲压工艺的种类 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。 3、 冲压行业阻力和障碍与突破 阻力一：机械化、自动化程度低 美国 680条冲压线中有 70%为多工位压力机，日本国内 250条生产线有 32%为多工位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却nts南华大学机械学院毕业论文 为数不多；中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；封头成形设备简陋，手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的 510 倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的 推广应用；液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。 突破点：加速技术改造 要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面，结合具体情况，采取新工艺，提高机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线，特别是大型多工位压力机方向发展。争取加大投资力度，加速冲压生产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材 弯曲成形技术及相关设备。同时改造国内旧设备，使其发挥新的生产能力。阻力二：生产集中度低 许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产集中度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞争力弱；摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于“优而不胜，劣而不汰”的状态；封头制造企业小而散，集中度仅 39.2%。 突破点：走专业化道路 迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局，尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制造供 应中心及几十个小而专的零部件工厂。通过专业化道路，才能把冲压零部件做大做强，成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。 阻力三：冲压板材自给率不足，品种规格不配套 目前，我国汽车薄板只能满足 60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金化镀锌板、超宽板 (1650mm以上 )等都依赖进口。 突破点：所用的材料应与行业协调发展 汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展，并改善冲压性能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用已势在必行。 nts南华大学机械学院毕业论文 阻力四：科技成果转化慢先进工艺 推广慢 在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成生产力。先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢。技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小企业在这方面的差距更甚。目前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术，对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。 突破点：走产、学、研联合之路 我国与欧、美、日等相比，存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体，科研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。所以应围 绕大型开发和产业化项目，以高校和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。 阻力五：大、精模具依赖进口 当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准化程度尚低，大约为 40%45%，而国际上一般在 70%左右。 突破点：提升信息化、标准化水平 必须用信息化技术改造模具企业，发展重点在于大力推广 CAD/CAM/CAE 一体化技术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术 (CAE)。加速我国模具标准化进程， 提高精度和互换率。力争 2007 年模具标准件使用覆盖率达到 70%，2010年达到 70%以上基本满足市场需求。 阻力六：专业人才缺乏 业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要，尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大量外流。另外，众多合资公司由外方进行工程设计，掌握设计权、投资权，我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。 突破点：提高行业人员素质 这是一项迫在眉睫的任务，又是一项长期而系统的任务。振兴我国冲压行业需要大批高水平的科技 人才，大批熟悉国内外市场、具有现代管理知识和能力的企业家，大批掌握先进技术、工艺的高级技能人才。要舍得花大力气，有计划、nts南华大学机械学院毕业论文 分层次地培养 前悬架横梁冷冲模（冲孔落料）设计说明书 一、工件工艺性分析： 1 该工件为汽车前悬架横梁，形状比较复杂，具有较多不规则线条，且尺寸较大，最大展开外型尺寸为 592 193mm。工件展开时，板上分布有 13mm 孔8 个； 9mm 孔 3 个； 8mm 孔 2 个； 20mm 孔 2 个； 30mm 孔 2 个； 11mm孔 3个。 展开图形如下：（一） 3-92-?83-118- 132-202-30193592其中 2- 20mm 孔圆心分布在工件 X轴上，中心距为 160mm； 2- 30mm孔圆心分布在 X轴稍下方，中心距为 105mm。根据图形可以看出，工件上孔较多，大多都是对称分布的，切由于工件的尺寸较大，可以将工件看成沿 X， Y 轴对称，所以在工艺计算时，可以将模具的压力中心选定在工件 X， Y轴的交点。 2由于 3- 11mm、 2- 8mm各孔的直径较小，且与工件的外形面相距较近，在考虑冲裁模具变形的时候，如果将 上述各孔进行冲孔加工，势必会引起孔与外形面之间产生裂纹和残余应力变形。 所以可以考虑通过钻床钻孔成型 ，工序放在裁板下料后，冲孔落料之前。 2- 30mm， 2- 20mm， 8- 13， 3- 9 孔则可以通过在落料前进行冲孔获得，并将模具设计成复合模，通过凸凹模来实现冲孔，落料动作，从而实现将原板料加工成需要的形状的目的。 3、对工件材料的分析。工件的材料为 SAPH400，材料可以从上海宝山钢铁股nts南华大学机械学院毕业论文 份有限公司购得。 t=3.2mm板厂家供货规格如下：宽： 1050mm，长： 4359，单张板重量： 4615kg。材料主要化学成分几含量为， c:0.077%、 si： 0.19%、 mn： 0.85%、p： 0.12%、 s:0.12%、 TAL： 0.42%。材料的屈服强度为 322Mpa,抗拉强度为 440Mpa，延伸率 43%。 4、确定工艺方案及模具的结构形式。 （ 1） 根据工件的形状，尺寸精度及表面粗糙度要求，可以了解冲裁模各工序的精度能满足，可以使用冷冲进行零件加工，且冷冲压工序包括：冲孔，落料，弯曲，同时弯曲时有少量拉伸，以及冲孔前对下料后对板材上前述小孔进行钻床钻孔。 （ 2）确定冲孔，落料，弯曲各工序的的先后顺序，由于该工件的特点，我们可以很清楚的了解，生产该工序所需的工序先后排列顺序为 下料，钻孔，冲孔落料，弯曲（含有少量拉伸）。前 面在分析时我们了解到生产该工件的材料为 SAPH400，延展性达到 43%，具有很好的拉伸延展性。允许在弯曲时有少量的拉伸 。模具最终设计方案及各项技术要求和明细数据见装配图一，二。 二、主要工艺计算： 1确定压力中心。 根据经验公式，及工件的形状特点和尺寸特点，可知工件的形状为大致的沿着 X， Y两条中心线对称分布的，切工件的最大尺寸达到 592 193mm，属于较大型件，工件的材料为 SAPH400，屈服极限为 322Mpa,拉伸极限为 440Mpa。需要较大的压力和采用压力机与模座直接相连进行冲裁，而不能 采用普通的模 具模架结构进行模具的固定安装和冲压。故模具的压力中心可以设为工件的两轴线 X， Y的交点 O作为压力中心。 2确定排样方式和搭边 。 排样是指冲裁件在条料，带料或板料上的布置方法。合理的排样和选择适当的打边值，是降低成本和保证工件质量及延长模具寿命的有效措施。排样的方式有多种多样，一般可分为有废料排样和 少废料排样及 无废料排样。有废料排样是指模具沿工件全部外形进行冲裁，工件四周都留有搭边。这种排样方式能保证冲裁件的质量，冲模寿命长，但材料利用率低。 少废料和无废料排样对节省材料具nts南华大学机械学院毕业论文 有重要意义，并适合一次冲裁多个工件，故 可以提高生产率，同时因冲裁周遍减少，可简化冲模结构，降低冲裁力。但采用少废料和无废料排样时，由于条料宽度的公差以及条料导向与定位所产生的误差，是工件的质量和精度较低。另外由于采用单边冲裁，也会影响断面质量，还会缩短模具寿命。 在本设计中，根据工件的尺寸精度和年生产件数。以及板料从厂家购买回来后的原装尺寸，可以选择本设计的搭边为有废料搭边，同时用有废料搭边来保证工件的尺寸精度和表面粗糙度。 由于冲裁的工件面积较大，故无需采用侧压装置或侧刃定距 ，只需在下模座卸料板上布置 3个定位钉对冲裁板料进行定位。定位钉的材料 选为 T8A，直径为 10mm与卸料板之间采用 10 )(6)(7006.0 015.00015.0mH过盈配合。定位钉的长度为 22mm。 3计算条料宽度。 B=L1 +2a+Z=552+2 22.5+2=599mm 影响条料宽度的主要因数是搭边值的大小，排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫做搭边。搭边的作用是补偿条料的定位误差，保证冲出合格的工件；保持条料有一定的刚度，便于送料。搭边值的大小与 材料的力学性能。硬材料的搭边值可取小一点 ，软材料的搭边值要取大一点。 工件的形状和尺寸。工件的尺寸大或有圆角半径较小的凸起时，搭边值去得大一些。 材料厚度。材料厚度大则取搭边值大一些。 手工送料、有侧压装置的模具，搭边值要小一点。 搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应该越小越好，但过小的搭边容易挤进凹模 ，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的表面质量。 由于是为手工送料，搭边宽度 应 取 较小 值 ，但 由于工厂所生产的板料的规格为宽： 1050mm，长： 4359mm，所以在下料的时候受到少许限制， 只能 将一块板料裁剪成宽度方向 5 块，长度方向 7块的形式。 故搭边值取为 a=22.5mm。 nts南华大学机械学院毕业论文 105059920043594.计算材料利用率。 排样时，在保证工件质量的前提下，要尽量提高材料的利用率。 = %100bhnA =11980099456 100%=83% 5计算冲裁间隙 。 冲裁凸凹模的凸、凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙，其双面间隙用 Z表示，单面间隙为 2Z ，从冲裁过程分析中可知，它对冲裁件断面的质量有极大的影响；此外 ，它还影响模具寿命、冲裁力、斜料力、推件力、顶件力和冲裁件的尺寸精度，是一个非常重要的工艺参数。 设计模具时一定要选择合理的冲裁间隙，才能是冲裁件的断面质量较好，所需冲裁力较小，模具寿命较长。 根据工件材料的特性 S =322Mpa, b =440Mpa,以及工件的精度，选取最小冲裁间隙为 0.1，最大冲裁间隙为 0.2mm。 上面已经选取了最小和最大冲裁间隙，下面来讨论一下选取合理的冲裁间隙的影响。 冲裁间隙对冲裁件断面的影响 冲 裁件断面上的四个带（塌角，光亮带，剪裂带，毛刺带）在整个断面上所占的比例随着板料的性能、厚度、冲裁间隙、模具结构等不同而变化。其中冲裁间隙即凸、凹模的间隙对其影响最大。 间隙过大或过小均将导致上、下剪裂纹不能相交重合于一线，间隙太小时，nts南华大学机械学院毕业论文 凸模刃口附近的裂纹比正常间隙时向外错开一些，上、下裂纹中间的材料随着冲裁的进行将被第二次剪切，并在断面上形成第二个光亮带，毛刺也增大。由于材料中拉应力成分减少，静水压效果增强，裂纹的产生受到抑制，所以光亮到变大，而塌角、斜度、翘曲等现象均减少。间隙过大时，凸模刃口附近的剪裂纹 比正常间隙时向里错开一些，材料受到很大的拉伸，光亮带小，毛刺、塌角、斜度都增大。由于材料中的拉应力增大，容易产生剪裂纹，塑性变形阶段较早结束，因此光亮带要小一些，而剪裂带、塌角和毛刺都比较大，冲裁件的翘曲现象也比较明显。间隙过大和过小时均使冲裁件尺寸与冲模刃口尺寸的偏差增大。 间隙合适时，上、下剪裂纹基本重合于一线，这时光亮带约占板厚的 31 左右，塌角、毛刺和斜度均不大，满足冲裁件质量的要求。 1、 冲裁间隙对模具寿命的影响 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nts南华大学机械学院毕业论文 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。 6.冲裁工艺力的计算 冲裁模设计时，为了合理的设计模具和选用冲压设备，必须合理的计算冲裁工艺 力。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁工艺力，以适应冲裁间隙的要求。冲裁工艺力主要包括冲裁力 F、 卸 料力 F卸 、推件力 F推 和顶件力 F顶 。 321卸卸推顶冲裁力根据工件材料的特性，和初选模具结构的特点，可用如下公式计算冲裁力。 F=1.3Lt Lt b F=L 3.2 440=2920KN 卸料力 F卸 、推件力 F推 和顶件力 F顶 计算式为 F卸 =K卸 F nts南华大学机械学院毕业论文 根据 工件材料的种类和材料厚度选择 K卸 =0.04 最后计算得 K卸 =116.8KN F推 =nK推 F 选择 K卸 的根据同上，选择 K卸 =0.045 最后计算得 F推 =131.4KN F顶 =K顶 F 选择 K顶 的根据同上，最后选择 K顶 =0.05 最后计算得 F顶 =146KN 压力机公称压力的选择 冲裁时，压力机的公称压力 必须大于 或等于各工艺力的总和 F 故选择压力机的公称压力为 另考虑到压力机的使用安全，选择压力机的吨位时，总工艺力 F 一般不超过压力机额定吨位的 80%。 三、模具凸模、凸凹模、凹模的设计 工件的最大展开尺寸为 592 193mm，属于较大型件。 模具冲孔凸模的设计 工件上面共有可以用来冲制的四种直径的圆孔 15个，所以要设计四种规格的凸模 15个。 1冲孔凸模设计 （ 1） 冲制 30mm 孔凸模 。 因为孔为规则圆孔， 且 冲孔动作简单，所以 考虑冲裁间隙和安装精度和模具的结构形式则可，通过分析和计算，最终将冲制 30mm孔的凸模形式设计如下： nts南华大学机械学院毕业论文 R3（ 2） 冲制 9mm 孔 凸 模 。 设计原理同上，最终设计形式如下： R3（ 3）冲制 13mm 孔凸模 。 设计形式如下： nts南华大学机械学院毕业论文 R3（ 4）冲制 20mm 孔凸模 。 设计形式如下： R3各凸模的材料选为 Cr12，淬火处理后，硬度为 HRC58 62。 2、凸凹模的设计 前面在进行工艺分析时了解到，需将模具作成复合模的形式， 利用凸凹模对工件原材料进行冲孔和落料。考虑到凸凹模的尺寸比较大，所以采用拼装的方式进行加工和安装，安装 时采用销钉定位和螺钉固定。 nts南华大学机械学院毕业论文 94.20.05119.2472552 0.1592(256)336由于该工件的作用为整副模具的关键，能否冲出质量满足要求的零件，主要取决于凸模、凸凹模等关键零件，所以对凸凹模的设计很重要。 凸凹模的材料选为 Cr12，淬火处 理后，硬度为 HRC58 62。 本说明书没有列详细的尺寸和公差，凸凹模的零件图见图纸四。 3、凹模的设计 凹模采用直壁式刃口凹模。刃口强度高，制造方便，刃磨后型孔尺寸基本不改变，对冲裁间隙无明显影响，适合于本设计之类，冲裁形状复杂、精度要求高，以及厚度较大的零件。由于型孔内容易积聚零件或废料，因而推件力大。如果刃口周边有突变的尖角或有窄悬壁伸出，由于应力集中，有可能在角部产生胀裂，因此对凹模和凸模的强度带来不利影响。同时由于磨檫力增大，对孔壁的磨损深度增大，故刃磨层较厚， 致使凹模的寿命缩短。 该模具的凹模落 料时的外形尺寸比较大，且为空心型的，所以将凹模做成拼块形的，将凹模分成上下左右四快进行加工，并在每块凹模壁厚处开设燕尾槽，再利用利用燕尾键进行连接和定位，并承受大部分载荷。 我们首先考虑凹模镶拼结构的一般原则： （ 1） 选择镶拼结构的形式必须根据工件材料的厚度和镶拼块内壁 nts南华大学机械学院毕业论文 能承受胀力的大小慎重地考虑，并根据工件的形状决定镶块的数目 。 凹模的各个镶块都必须具有良好的工艺性，以便于进行机械加工与热处理，例如尖角不仅加工困难，并且淬火时容易开裂，因而经常在刃口的尖角处拼接。在可能范围内，镶块的角度为 90或钝角，避 免锐角。 良可良良不可凸出或凹进的部位容易磨损，应该单独做成一块，以便于进行加工和更换。圆弧部分应单独做成一块，其凸 =凹模镶块的结合面应位于直线部分。对于大型冲模，其镶块接缝应位于距直线与曲线相切处 57mm，对于小型冲模应位于距离45mm处。对于弧线曲率不大，且附近没有直线相连的大型拼块，为里不使拼块太大，可将弧线部分适当分成几块，其拼接线应垂直与弧线既沿曲率半径方向。 凹模镶块接缝不能相切于组成刃口的圆弧而应在圆弧的中间。 对于外形为圆形的凹模，其 工作部分应尽量按径向线来分割，其中各镶块可以按同一方式加工。 如工件 有对称线时，为便于加工起见，应沿对称线分割镶拼部分。 nts南华大学机械学院毕业论文 （ 7） 在考虑嵌件时，应尽可能地将形状复杂的内形加工变成外形加工，以便采用机械加工，减少钳工加工。 （ 8） 在考虑镶块的加工精度的同时，还应尽量考虑如何避免和纠正其加工误差。 不能使孔与孔的相对位置只能依靠很高的加工精度来保证，否则如果加工稍有误差，将很难调整。 （ 9）如果凹模孔的中心距要求有较高的 精度，也可采用镶拼结 构，通过研磨拼合的方法来达到高精度孔距的要求。 （ 10）为使镶块接合面能正确地配合，并减少磨削与研磨的工作量，可以减少接缝的长度，大型冲模一般取 1215mm。 （ 11）在冲裁大型或厚料的工件时，为减少冲裁力，应将凸模或凹模做成波浪式刃口的镶拼结构。 落料时，凹模应做成波浪式刃口，而凸模做成平刃口。冲孔时，凸模应做成波浪式刃口，而凸模做成平刃口。波浪式刃口的高度 H应等于冲裁材料厚度的 13倍，镶块的接缝应在刃口的最低处。 （ 12） 镶块之间应尽量以凹凸槽形像嵌，以防止在冲压过程中发生相对移动。 （ 13） 为避免发生毛刺，凹模上镶块的接缝不应与凸模上镶块的接缝重合，而应相互错开。 （ 14） 大型冲模的镶块采用螺钉紧固时，应以两个销钉定位。螺钉位置必nts南华大学机械学院毕业论文 须接近刃口并依次排列，而销钉则应离刃口愈远愈好，相对距离应尽量大。 （ 15） 镶块嵌入凹模体时，为便于嵌入并使镶块底面与凹模体的凹槽有很好的铁和，应该在镶块嵌入的一端的四周倒角，并要求镶块内形刃口侧面要和镶块顶面垂直。 （ 16） 镶块固定时要考虑到模具进行重磨的可能性。 在考虑到上面凹模镶块，镶拼结构的原则后，我们可以将凹模的镶拼结构做成如下的形式： 拼块4拼块1拼块2拼块3 燕尾键凹模的材料选为 Cr12，淬火处理后，硬度为 HRC58 62。 （本图只为凹模结构的简图，详图见零件 图 5） 在将凹模设计成如上的镶拼结构时，很显然，凹模在受力后可能会产生相对错动，而且受力也不是很均匀，所以需设计另一固定形式，将凹模整个固定起来成一受力后，变形、应力集中、相对错动等更加理想的整体。在考虑到凹模的固定方式以及凹模的结构形式和镶拼形式凹模的特定后，决定用一红套将凹模拼快在四周固定起来。红套的结构形式设计如下： nts南华大学机械学院毕业论文 355765红套与凹模的加热安装方法为，将红套加热至 500 600进行热套。安装 完成后红套与凹模的配合，按凹模的实际尺寸保持过盈为 0.05-0.34。红套的材料为 Q235-A。 四、凸模与凹模的固定 凸模与凹模的固定形式一般可分为机械固定、物理固定、热套固定、化学固定。 本设计 在一般固定形式时均采用机械固定，在凹模与红套固定时采用的是热套固定法。 五、模具各卸料板，导正，定位等附加装置的设计 1卸料板 下模座卸料板，下模座的卸料为落料后所剩余料废料的卸除，卸料力为116.8KN。基于此前提，可以采用平装式卸料板卸料， 根据卸料面积及卸料力的大小， 卸料板厚度经过计算后取为 25mm，卸料板与下模座之间采用橡皮圈弹顶卸料。 橡皮圈选择原则同上，选橡皮圈自由高度 39mm，与模具进行配装。 上模座卸料板，上模座卸料为落料后工件的顶出，根据选择顶出装置的原则，可以选择安装弹性装置和卸料板进行工件的顶出，根据模具结构需要以及顶出特点，选择弹性装置为聚胺脂 ,经过计算，聚脂胺的尺寸规格为： 35 48mm， 为了保证足够的卸料力，聚脂胺柱的数量为 14个，卸料板的厚度为 25mm， Lnts南华大学机械学院毕业论文 B=592 193，设计图如下： 15201525卸料板材料为 Q235-A。无须进行热处理。 2、 定位装置的选用 定位装置的作用是限定毛坯（条料或块料）送进步距和送入毛坯有正确的 位置，以保证冲出合格的工件，根据不同的毛坯和模具结构，必须采用各种形式的定位装置。 模具在冲压时，采用的是手工送料，故可以选择较简单的定位方式，如定位钉 对板料进行 定位 。定位钉尺寸规格经过计算后，可以选用，大端圆头为 15mm，小端圆头为 10mm，定位钉的材料选为 T8A，与卸料 板之间采用 10 )(6)(7006.0 015.00015.0mH过盈配合。定位钉的长度为 22mm。大小端阶梯过度，阶梯规格为 2 0.5mm。 3、 限位柱的选用 模具在冲压时，为了保证上下模总是有一个确定的相对位置，需要采用限位柱对上下模的运动极限位置进行限定，由于限位柱为一般装置，所以只需根据模具的结构、特点几尺寸大小就 可以进行确定，本设计上模座限位柱选用为高度94mm,直径为 40mm。限位柱中心开 18mm， 11mm的 沉 头孔，用于安装螺钉连接限位柱与上模座，限位柱在上模座上的分布中心距为 865 300mm，上下模座的分布相同。 nts南华大学机械学院毕业论文 下模座限位柱高度为 60mm，限位柱中心开 18mm， 11mm 的沉头孔，用于安装螺钉连接限位柱与 下 模座 。同时下模座的限位柱上装有锁模块，用于分担一些模具冲裁时的冲击力，减轻冲击力对限位柱的破坏，上下模座限位柱及锁模块的材料均为 Q235-A，下模座限位柱及锁模块的尺寸规格和图形形状如下图 ： 20601812 1 1 1 7 1 8 4 04.导向装置的选用 导向装置 用来保证上下模座运动的准确性，使模具的冲裁件在运动和冲裁过程中能实现设计的，准确的运动，保证冲裁 间隙达到设计的要求，导向装置采用导柱和导套实现，导柱采用中山标准，导套的直径为 38 mm，导柱为 38200mm，左右对称分布，直接购买，导柱结构如图： nts南华大学机械学院毕业论文 200 3 8六 、模具的总装配 1、确定装配基准件 应以冲孔凸模为装配基准件。 首先要确定凸模在模架中的位置， 安装凸模组件， 确定凸模组件在下模座的位置， 然后用平行板将凸模和下模座夹紧，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 nts南华大学机械学院毕业论文 七、 模具的经济技术分析 1、影响模具价格的因素 （ 1） 生产成本 生产成本是模具价格的主要组成部分，是影响价格的主要因素。同一副模具在不同的企业中制造，尽管价格所包含的因素一致，但所用的费用却不尽相同。制造成本的降低要依靠合理的设计、加工流程和标准件利用率、零部件系列化来实现。同时，对于如何减少试模次数、降低试模成本，也是降 低生产成本的重要环节。 CAD/CAM/CAE 在模具制造业中的应用，大大减少了试模次数，提高了试模成功率。 （ 2） 供货周期 模具供货周期与模具的销售价格由直接的关系，供货时间相对缩短，模具价格就相对提高。这种良性循环，使产品及早问世，也迫使专业模具厂以各种手段缩短生产周期。更新设备、改进加工手段、向时间要效益成为模具厂奋斗的一个目标。因此，供货周期缩短带来的模具价格上浮这一现象，在模具价格变化中将愈来愈突出，并成为模具估价的一个重要因素。 （ 3） 市场状况 处于激烈的市场竞争中，老产品更新换 代，新产品层出不穷，模具随之翻新、改型。一幅前所未有的模具设计思想、基本结构或型腔造型，提供了有独到之处的新产品或配件，在市场上独占鳌头。即使它的加工成本与一幅类似的模具相同，它的价格也相应的提高。因为它为新产品赢得了市场，它是产品创出了一个“新”字，这种模具价格的浮动，无疑是符合市场经济竞争规律的。 （ 4） 高技术成分 模具时塑件批量生产的基础工艺装备。作为技术密集型产品，模具估价方法中必然含有模具技术成分，以体现价格与价值彼此相应的发展原则。一般，难度越大的模具，它的技术附加值就越高，高技术成分 在价格中占的比例很大，约占10% 30%或更高。把模具的技术价值，作为重要组成部分计算在价格之中，以体现高技术、高精度模具的技术价值，是市场竞争中模具工业发展的重要环节。 （ 5） 模具寿命 一种新产品通产在不断更新改型中得到完善，产品寿命决定了模具的计划寿nts南华大学机械学院毕业论文 命，因此，并非模具寿命越长越好。寿命值剩余过多的模具，因产品改型而被淘汰本身也是一种浪费。模具的价格与预期寿命有直接关系。寿命要求不高，在保证同样精度的情况下，可以降低制造成本，对产需双方都是一种节省。 2、模具价格的计算 由冲压模具设 计师指南根据中国模具工业协会经营管理委员会推荐的模具价格详细计算方法。 meMmMMe 0（ 4-1） 式中 M 模具销售价格； M e 模具的销售成本； E 模具销售费用； m 税金利润； M 0 模具生产成本； 模具生产成本是模具在制造过程中多发生的各种费用为。那么 FUEDWGQCM 0（ 4-2） 钢材的销售成本还可以写成： FQWUECdGMe )1(（ 4-3） 式中 C 材料费； Q 能源费； G 人工费； W 管理费； D 设计及技术服务费； E 专用工具、工装费； U 试模费； F 试制性不可预见费； d 冲压模具设计费系数，查表得 0。 16。 （ 1） 人工费 G 的 计算公式 在冲压模具中，从设计投产、备料至试模合格验收为止，所发生的全部工时费用总和为： TAG （ 4 4） nts南华大学机械学院毕业论文 式中 T 冲压模具制造全过程中的总工时（ h） A 冲压模具制造中单位工时平均金额（元 /h）； 单位工时平均金额 A 是需要根据企业在一段时期内的具体情况予以预测。因此，很难给它赋予一个固定值。 在测算 A 时应考虑以下几点：第一， 模具作为技术密集型产品，在它的价格中反映出技术价值，应含有适当比例的高技术成分；第二，中小型模具与大型模具均有采用精密设备加工的可能，但采用设备的规格不同，因此 A 值也应有些差异。根据具体企业的工时分析估取 A=60(元 /h) )1(543210 KKKKKTT （ 4 5） 式中 T 0 冲压模具制造基点工时（ h），查表得 T0=265； K 1 冲压模深度系数； K 2 冲压件形状复杂系数； K 3 冲压件精度系数； K 4 冲压模成型部分表面粗糙系数； K 5 冲压模结构系数； 根据冲压模具设计师指南表 17.3-1 可查得 T 0=265； 根据冲压模具设计师指南表 17.3-2 可查得 K 1=1.04； 根据冲压模具设计师指南表 17.3-3 可查得 K 2=1.50； 根据冲压模具设计师指南表 17.3-4 可查得 K 3=1.10； 根据冲压模具设计师指南表 17.3-5 可查得 K 4=1.025；。 根据冲压模具设计师指南表 17.3-6 可 查得 K 5=0.25。 经计算 G 为 29864.2 元。 （ 2） 材料费 C 的计算公式 冲压模具的材料费 C，是指制造一副模具所需全部金属材料的购置费用。 21)1( aaKPC b（ 4 6） 式中 C 材料费； P 模架毛重（ kg） , P =1.3 P ，为 700； P 模架重量（ kg）； K b 与模具结构有关的材料重
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