冲压模具论文.doc

学生毕业论文目录一、前言 3二、我国模具行业发展概述 3三、模具设计的意义 5四、弯曲工艺的相关简介6 （一）、弯曲工艺的概念7（二）、弯曲的基本原理7（三）、弯曲件的质量分析8（四）、弯曲件的工艺性9（五）、最小相对弯曲半径10五、设计方案的确定11 （一）、弯曲件工艺分析11（二）、弯曲件坯料展开尺寸的计算11（三）、弯曲力的计算与压力机的选用12（四）、弯曲模工作部分尺寸设计14六、模具整体结构19七、模具的工作原理及生产注意事项22八、总结24九、参考资料24一、前言转眼间就到了每个毕业学生的最后一课模具设计专业论文毕业实习，它是每一个毕业生必不可少的环节。作为江门职业技术学院的毕业生，到工厂进行毕业实习是非常必要的。毕业实习使学生直接参与生产加工，进一步理解产品的实际生产流程，分析和掌握产品在设计和生产过程中存在的问题以及如何改善和优化产品的性能，同时了解工厂的管理体制及其经营的基本规律，并通过撰写模具设计专业论文，使学生学会综合应用所学知识，提高应用专业知识的能力，在实践中接收教育，锻炼解决生产等实际问题的能力。本次设计以冲压模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构设计，最后到模具零件的加工方法，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。能很好的学习致用的效果。在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师批评指正。二、我国模具行业发展概述近年来，我国模具行业一直保持着良好的发展势头，这种势头是否还会延续下去，这是业内人士十分关注的问题。笔者认为，我国模具行业尽管面临着在中低端产品领域国内企业竞争日趋剧烈以及在中高端产品领域国外或外资企业压力日益增大的局面，但经过近年来的持续发展，实力已大大增强，完全有能力变压力为动力，继续保持平稳发展。一、有利因素优惠政策为模具行业提供了良好的发展环境。在国家产业政策和有关配套政策导向之下，近年来已有不少地方相继出台了一些支持当地模具工业发展的优惠政策，有的见诸于文件，有的见诸于行动，都已收到很好的效果。同时，模具工业的快速发展也促进了当地经济的繁荣。随着各地之间交流活动的日益频繁，相信对模具工业发展有利的政策，及因此而带来的良好的发展环境将有进一步发展。模具行业内部体制改革和机制转换加速，产业结构渐趋合理，并且加强了管理，提高了水平。为了适应形势，我国模具行业近几年来加快了体制改革和机制转换步伐，“三资”和民营企业已占行业主导地位，装备水平和产品水平有了较大的提升，管理有了很大进步。许多企业已应用了CAD/CAM/CAE一体化技术、三维设计技术、 ERP和IM3等信息管理技术以及高速加工、快速成型、虚拟仿真及网络技术等许多高新技术，不少企业已提出了“生产专业化、产品品牌化、企业现代化、市场国际化”等企业发展战略。通过各种质量体系认证的企业一年比一年多。规模经济产生效益，模具集群生产发展迅速。在“小而精专”的专业化不断发展的同时，近年来，规模效应已被愈加重视。除了把企业做强做大，使规模经济产生效益之外，模具集群生产也不断显示其优越性，因而“模具城”、“模具园区”、“模具生产基地”等各种集群生产形式在全国迅速发展。据不少企业反映，集群生产与分散生产相比，至少有下列好处：市场更广阔了，协作更方便了，生产成本降低了，相互交流多了，优惠政策享受到了。目前全国年产1亿元以上模具的企业已有40多个，超过3000万元以上的企业已有200多个，具有一定规模的“模具城”已有近十个，正在建设或正在筹建的还有十多个。这些模具集聚生产基地的建设，对我国模具工业的发展起到了积极的促进作用。许多企业开始认识到了“品牌”和“专利”的重要性，自主创新的资金投入力度和能力不断提高。长期以来模具一直处于“后方”和“被动”的地位，因此也很少有 “品牌”和“专利”。随着市场经济的发展，近年来企业越来越重视“品牌”和“专利”。有些企业已认识到了创新研发的重要性，投入力度提高很快。据中国模具工业协会了解到的情况，近年不少企业在创新研发方面的投入与销售收入的比例达到5%左右，个别企业甚至达到8%至10%。模具技术含量不断提高，属于高新技术产品的模具越来越多。据了解，目前已被国家有关部门列入中国高新技术产品出口目录的已有四种模具。其实已经有不少模具的技术含量超过了这四种模具，例如汽车零部件级进模具、精密多工位级进模具、轿车大型复杂覆盖件冲压模具、自动化汽车内饰件浇注模具、高强度板热压成型模具等。随着高新技术的发展，越来越多的模具生产企业被各级政府有关部门认定为高新技术企业。据中国模协初步统计，目前模具行业国家级高新技术企业有7家，省、市级高新技术企业已有近百家。国际模具资本向我国转移的趋势十分明显，模具出口前景很好。由于我国模具特别是中、低档模具在国际市场上存在着较大的价格优势，有的模具价格甚至只有国际市场的几分之一，再加上我国有较低廉的优质劳动力- 5 -资源及较好的技术基础和基础配套设施，因此近年来外商在我国模具行业的投资额一年比一年大，到我国采购模具的跨国公司也越来越多。二、不利因素虽然我国模具行业已经驶入发展快车道，但由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面，与国际水平和工业先进国家相比尚有较大差距，所以还不能满足我国制造业发展的需求。特别是在精密、大型、复杂、长寿命模具方面，仍旧供不应求。因此，每年尚需大量进口。现阶段模具原材料价格和人员工资不断上涨，但模具价格却不涨反落，致使模具企业利润不断下降，部分企业出现亏损，亏损额增大。据中国模具工业协会对全国 270个主要模具生产企业调查，2005年产值利润率比上年下降了2.1个百分点，销售收入利润率比上年下降了3.1个百分点。全国规模以上企业全年亏损额2005年达2.6亿元，大幅增加。对外资的依存逐年增大。我国加入世贸组织已过6年，外贸高速发展，我国经济对外贸的依存度从30%上升到70%。同时，近年来，正是外资大量进入我国的时期，随着对外开放政策的不断扩大和深化，外资在我国模具行业的投资也越来越多，致使对外资的依存度也逐年增大。例如广东省是我国模具第一大省，其产能约占全国的40%左右。该省的模具产能中，外资企业已占60%左右，合资企业约占10%左右。该省模具出口约占全国的50%左右，其中由外资、合资企业出口的也占其出口量的多数。对外资和外贸依存度大，会对行业安全，乃至整个国家的经济安全产生重大影响。人才紧缺日益突出。虽然近年来我国模具行业职工队伍发展迅速，估计目前已达近百万人，但仍然跟不上行业发展需求。一是总量不足，二是素质不够，适应不了行业发展的需求。根据有关资料，全国模具行业从业人员约缺口30万50万人，其中工程技术人员约占20%。目前尤其紧缺的是高素质和高水平的模具企业管理人员和中高层技术人员及高级技术工人。市场竞争加剧。我国模具市场竞争在不断加剧，其表现是模具产品价格连年走低。中高档模具市场上主要是我国重点骨干企业与境外企业及境内“三资”企业的竞争，中低档模具市场上主要是民营企业之间的竞争。有的已经是进入无序状态，到了扰乱正常市场秩序的地步。由于过低价格所必然造成的低质量，已严重影响一些企业的生存，迫使某些企业加速调整其定位，少数企业面临被淘汰局面也是不足为奇的。虽然近几年模具出口增幅每年大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是进口大于出口，致使模具外贸逆差一年比一年大。模具外贸逆差增大主要有两方面原因：一是国民经济持续高速发展，特别是汽车企业的高速发展带来了对模具旺盛需求，有些高档模具国内的确生产不了，只好进口，但也确实有一些国内可以生产的模具也在进口，这与我国现行的关税政策及项目审批制度有关。二是对模具出口鼓励不够。当前全球制造业转移的规模不断加大，速度也不断加快，并正向深度和广度延伸，而我国的模具制造业正是承接转移的较为理想之地。加之“十一五”期间，国家将继续大力支持我国模具工业的发展，在多重有利条件下，我国内模具行业的未来将展现出一派美好景色。三、模具设计的意义冲压成形/塑料成型工艺与模具设计是模具设计与制造的专业基础课程。通过模具的课程设计使学生加强对课程知识的理解，在掌握材料特性的基础上掌握金属成形工艺和塑件成型工艺，掌握一般模具的基本构成和设计方法，为学生的进一步发展打下坚实的理论、实践基础。四、弯曲工艺的相关简介（一）、弯曲工艺的概念弯曲是将金属板料毛坯、型材、棒材或管材等按照设计要求的曲率或角度成形为所需形状零件的冲压工序。弯曲工序在生产中应用相当普遍。零件的种类很多，如汽车上很多履盖件，小汽车的柜架构件，摩托车上把柄，脚支架，单车上的支架构件，把柄，门扣，铁夹等。（二）、弯曲的基本原理以V形板料弯曲件的弯曲变形为例进行说明。其过程为：1、凸模运动接触板料（毛坯）由于凸,凹模不同的接触点力作用而产生弯短矩，在弯矩作用下发生弹性变形，产生弯曲。2、随着凸模继续下行，毛坯与凹模表面逐渐靠近接触，使弯曲半径及弯曲力臂均随之减少，毛坯与凹模接触点由凹模两肩移到凹模两斜面上。（塑变开始阶段）。 3、随着凸模的继续下行，毛坯两端接触凸模斜面开始弯曲。（回弯曲阶段）。4、压平阶段，随着凸凹模间的间隙不断变小，板料在凸凹模间被压平。5、校正阶段，当行程终了，对板料进行校正，使其圆角直边与凸模全部贴合而成所需形状。（三）、弯曲件的质量分析在实际生产中，弯曲件的质量主要受回弹、滑移、弯裂等因素的影响，重点介绍回弹因素，具体如下。1、弯曲件的回弹回弹常温下的塑性弯曲和其它塑性变形一样，在外力作用下产生的总变形由塑性变形和弹性变形两部分组成。当弯曲结束，外力去除后，塑性变形留存下来，而弹性变形则完全消失。弯曲变形区外侧因弹性恢复而缩短，内侧因弹性恢复而伸长，产生了弯曲件的弯曲角度和弯曲半径与模具相应尺寸不一致的现象。这种现象称为弯曲件的弹性回跳（简称回弹）。弯曲件的回弹现象通常表现为两种形式：一是弯曲半径的改变，由回弹前弯曲半径r0变为回弹后的 r1。二是弯曲中心角变变，由回弹前弯曲中心角度0（凸模的中心角度）变为回弹后的工件实际中心角度1。2、影响回弹的主要因素1）材料的力学性能金属材料的变形特点与材料的屈服强度成正比，与弹性模数E成反比，即材料的屈服强度s越高，弹性模量E越小，弯曲弹性回跳越大。2）相对弯曲半径rt相对弯曲半径rt越大，板料的弯曲变形程度越小，在板料中性层两侧的纯弹性变形区增加越多，塑性变形区中的弹性变形所占的比例同时也增大。故相对弯曲半径rt越小，则回弹也越小。3）弯曲中心角4）弯曲方式及弯曲模板料弯曲方式有自由弯曲和校正弯曲。在无底的凹模中自由弯曲时，回弹大；在有底的凹模内作校正弯曲时，回弹值小。原因是：校正弯曲力较大，可改变弯曲件变形区的应力状态，增加圆角处的塑性变形程度。5）弯曲件形状工件的形状越复杂，一次弯曲所成形的角度数量越多，各部分的回弹值相互牵制以及弯曲件表面与模具表面之间的摩擦影响，改变了弯曲件各部分的应力状态（一般可以增大弯曲变形区的拉应力），使回弹困难，因而回弹角减小。 如形件的回弹值比U形件小，U形件又比V形件小。6）模具间隙在压弯U形件时，间隙大，材料处于松动状态，回弹就大；间隙小，材料被挤压，回弹就小。3、减少回弹的措施1）选用合适的弯曲材料在满足弯曲件使用要求的条件下，尽可能选用弹性模量E大、屈服极限s小、加工硬化指数n小、机械性能较稳定的材料，以减少回弹。2）改进弯曲工艺（1）采用热处理工艺 对一些硬材料和已经冷作硬化的材料，弯曲前先进行退火处理，降低其硬度以减少弯曲时的回弹，待弯曲后再淬硬 。在条件允许的情况下，甚至可使用加热弯曲。 （2）增加校正工序运用校正弯曲工序，对弯曲件施加较大的校正压力，可以改变其变形区的应力应变状态，以减少回弹量。通常，当弯曲变形区材料的校正压缩量为板厚的2%5% 时，就可以得到较好的效果。（3）采用拉弯工艺3）改进零件的结构设计在变形区压加强肋或压成形边翼，增加弯曲件的刚性，使弯曲件回弹困难。4）改进模具结构（1）补偿法利用弯曲件不同部位回弹方向相反的特点，按预先估算或试验所得的回弹量，修正凸模和凹模工作部分的尺寸和几何形状，以相反方向的回弹来补偿工件的回弹量。（2）校正法当材料厚度在 0.8mm 以上，塑性比较好，而且弯曲圆角半径不大时，可以改变凸模结构，使校正力集中在弯曲变形区，加大变形区应力应变状态的改变程度（迫使材料内外侧同为切向压应力、切向拉应变 ），从而使内外侧回弹趋势相互抵消。（3）采用聚氨酯弯曲模利用聚氨酯凹模代替刚性金属凹模进行弯曲，弯曲时金属板料随着凸模逐渐进入聚氨酯凹模，激增的弯曲力将会改变圆角变形区材料的应力应变状态，达到类似校正弯曲的效果，从而减少回弹 。4、回弹值的确定1）小变形（r/t10）自由弯曲时的凸模弯曲角 和凸模圆角半径；式中：凸模圆角半径； r弯曲件圆角半径；弯曲件弯曲角； 凸模弯曲角；材料屈服点； E材料弹性模量； t板料厚度；2）大变形（r/tR+2t，如弯曲边高度太小，则难以形成足够的弯矩。（五）、最小相对弯曲半径 ； ；而弯曲件的相对弯曲半径为：，所以在弯曲工艺时不必采取特殊工艺措施。五、设计方案的确定（一）、弯曲件工艺分析该弯曲件名为压块，形状对称，尺寸无精度要求，材料是Q235A，普通碳素钢。采用复合模冲压成形，其需要经过三道工序完成：落料、冲中间孔、复合弯曲、冲两侧孔。落料工序已经在上道工序中冲制完成。本模具是完成1个U形和2个V形弯曲的冲压工艺，弯曲角都是90。（二）、弯曲件坯料展开尺寸的计算（补充图纸）1、中性层的确定由于中性层的长度在弯曲变形前后不变，其长度就是弯曲件坯料展开尺寸的长度。而欲求中性层长度就必须找到其位置，用曲率半径表示。中性层位置与板料厚度t、弯曲半径r、变薄系数等因素有关，在实际生产中为了使用方便，通常采用下面的经验公式来确定中性层的位置： 式中：中性层半径；r弯曲件内弯半径；x为中性层位移系数，其值件下表：表-2r/t0.10.20.30.40.50.60.70.811.2x0.210.220.230.240.250.260.280.30.320.33r/t1.31.522.5345678x0.340.360.380.390.40.420.440.460.480.5从弯曲件图可以看到：圆角半径都为r=2mm，板料厚度t=2mm，查表-2得x=0.32，则中性层半径为：2、毛坯展开尺寸的计算由于圆角半径r0.5t，所以毛坯展开长度等于弯曲件直线部分长度与弯曲部分中性层展开长度的总和，即。弯曲件有5段直线部分和4段弯曲部分，因此（三）、弯曲力的计算与压力机的选用1、弯曲力的计算弯曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力，是设计冲压工艺过程和选择设备的重要依据之一。弯曲力的大小与毛坯尺寸、零件形状、材料的机械性能、弯曲方法和模具结构等多种因素有关，理论分析方法很难精确计算，在实际生产中常按经验公式进行计算。1）自由弯曲时的弯曲力公式V形弯曲件： ； U形弯曲件：；式中：、自由弯曲力；B弯曲件的宽度；t弯曲件厚度；r内圆弯曲半径；弯曲材料的抗拉强度；K安全系数，一般取1.3。2）、校正弯曲力公式式中：校正力；单位面积上的校正力，Mpa，见表-3；A弯曲件被校正部分的投影面积，mm2。表-3 单位校正弯曲力 单位（MPa）3）计算本弯曲件弯曲部分，其中两处V形弯曲，一处U形弯曲。Q235A的V形弯曲力：U形弯曲力：总弯曲力：校正弯曲力：查表4-9得；弯曲件被校正部分的投影面积自由弯曲力与校正弯曲力之和：2、压力机的选用压力机的选取总原则：压力机的公称压力必须大于弯曲时的所有工艺力之和。由于本模具采用自由弯曲和校正弯曲，所以压力机的公称压力必须大于自由弯曲力与校正弯曲力之和，即。压力机选用还决定于压力机的调整与板料厚度误差的大小。由上述可知，该弯曲件弯曲所需的压力是72230N，查取模具设计手册，可选取具有以下规格的压力机，具体如下：型号公称压力滑块行程行程次数最大闭合高度闭合高度调节量工作台尺寸垫板尺寸模柄孔尺寸J11-50160KN50mm150次/min220mm45mm前后300mm，左右450mm厚度40mm，孔径210mm直径40mm，深度60mm（四）、弯曲模工作部分尺寸设计1、凸模圆角半径当弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时，取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆角半径r，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径rmin。由前面所述，该工件的相对弯曲半径等于最小相对弯曲半径，那么，凸模的圆角半径应等于工件内侧圆角半径，即。2、凹模圆角半径凹模圆角半径的大小不会直接影响到弯曲件的圆角半径，但是过小的凹模圆角半径会使弯矩的弯曲力臂减小，毛坯如凹模困难，会擦伤毛坯表面。另外，凹模两侧的圆角半径必须相等，否则会引起板料偏移。在实际生产中通常根据材料厚度选取凹模圆角半径：当 ； ； 。由于采取复合模弯曲，凹模还要实现两处V型弯曲工艺，且，因此，取。3、凹模深度凹模深度要适当，若过小则弯曲件两端自由部分太长，工作回弹大，不平直；若深度过大则凹模过高，浪费模具材料并需要较大的压力机工作行程。对于U型弯曲件，如果弯曲件直边较长，凹模深度可以小于工件高度，凹模深度l0值见下表：表-4 弯曲U型件的凹模深度l0（mm）但由于本模具原理如下图形式：凹模的具体尺寸见凹模零件图。4、凸、凹模的间隙V形件弯曲时，凸、凹模的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的。但在模具设计中，必须考虑到要使模具闭合时，模具的工作部分与工件能紧密贴合，以保证弯曲质量。U形件弯曲时必须合理确定凸、凹模之间的间隙，间隙过大则回弹大，工件的形状和尺寸误差增大。间隙过小会加大弯曲力，使工件厚度减薄，增加摩擦，擦伤工件并降低模具的寿命。U形件凸、凹模的单面间隙值一般可按下式计算：；式中：Z/2凸、凹模的单面间隙；t板料厚度的基本尺寸；板料厚度的正偏差；C根据弯曲件的高度和宽度而决定的间隙系数，其值按表4-16选取。表-5 间隙系数C值（单位mm）当工件精度要求较高时，间隙值应适当减小，可以取Z/2=t。查有关资料板料厚度的正偏差为 由公式可得：5、U形弯曲处的凸、凹模工作部分尺寸及公差凸、凹模工作部分尺寸主要是指弯曲件的凸、凹模的横向尺寸。当工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上；当工件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差应根据工件尺寸、公差、回弹情况以及模具的磨损规律而定。1）弯曲件标注外形尺寸凹模尺寸为 凸模尺寸为 （或凸模尺寸按凹模实际尺寸配制，保重单面间隙Z/2）2) 弯曲件标注内形尺寸凸模尺寸为 凹模尺寸为 （或凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保重单面间隙Z/2）式中：LU形弯曲件基本尺寸，mm；、凸、凹模工作部分尺寸，mm；弯曲件公差，mm；、凸、凹模制造公差，选用IT7IT9级精度，mm；Z/2凸、凹模单面间隙。由弯曲件图可以看出弯曲件标注外形尺寸，且弯曲件未标注尺寸公差，则按未按公差IT14级来处理，查表得弯曲件公差，凹模制造公差，选用IT9级精度，凸模制造公差，选用IT8级精度。凹模尺寸为凸模尺寸为由于顶件板与凹模的配合为：0.10.5mm（单边），所以顶件板尺寸为6、模具零件材料的选取模具材料的选取一般原则为：要有足够的使用性能；良好的工艺性好的淬透性、耐回火性高、热处理变形小；合理的经济性能。应考虑到的因素：模具的工作条件受力状态、工作温度、腐蚀等；模具工作性质及其加工手段；模具热处理要求等。1）凸、凹模的常用材料及热处理要求表-6冲件情况选用材料热处理硬度HRC一般弯曲的凸模、凹模及镶块T8A、T10A淬火56-60要求高度耐磨的凸模、凹模及镶块CrWMn淬火60-64形状复杂的凸模、凹模及镶块Cr12淬火生产量大的的凸模、凹模及镶块Cr12MoV淬火选取Cr12为凸、凹模的材料。7、模具零件形式的选取1）模架的选取初步选取滑动导向模架中的后侧导柱模架，其特点是导向装置在后侧，横向、纵向送料比较方便，但由于偏心载荷的作用将加剧导向装置和凸、凹模之间的磨损，从而影响了模具寿命，一般用于较小的冲模。见下图具体尺寸如下：表-8选取凹模边界L=200mm，B=100mm，闭合高度h=160190mm，上模座200*100*35，下模座200*100*40，导柱25*150，采用B型普通导柱，导套25*85*33，采用A型普通导套。导套(导柱)与上、下模座采用H7/r6配合精度。2）模柄的选择模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。常见的模柄形式有压入式模柄、旋入式模柄、凸缘模柄、浮动式模柄、槽型模柄、通用模柄、推入式模柄。压入式模柄能保证较高的同轴度和垂直度，适用于中小型模具，故在此选用压入式模柄。3）凸模固定板的选取凸模固定板的厚度一般为凹模厚度的0.60.8倍，其平面尺寸可以与凹模、卸料板外形尺寸相同。4）螺钉、销钉的选取螺钉用于固定模具零件，一般选用内六角螺钉；销钉起定位作用，常用圆柱销钉。它们的选取应根据冲压力大小、凹模厚度等确定。下面是螺钉规格：表-9凹模厚度1313191925253235螺钉规格M4、M5M5、M6M6、M8M8、M10M10、M12六、模具整体结构七、模具的工作原理及生产注意事项（一）、工作原理模具由上模座、凸模、凸模固定板、凸模垫板、销钉、螺钉、凹模、凹模垫板、顶件块、推杆、下模座、紧固螺钉等组成。模具的工作过程：开启模具后，将板料放在凹模上，通过定位销可靠定位，并通过顶板上定位销与板件上的中间孔配合固定，防止在弯曲时板件移动，凸模下行完成弯曲工艺。当行程终了时，凸模回程，顶料件将弯曲件顶出，完成一个工作流程。（二）、生产注意事项1、模具的安装和搬运冲模的使用寿命、工作安全和冲件质量等与冲模的正确安装有着极大的关系。1）冲模应正确安装在压力机上，使模具上下部分不发生偏斜和位移，这样可以保证模具有较高的准确性，避免产生废品。而且可保证模具寿命。2）模具安装时，将带有导向的模具，上下应同时搬到工作台面上。由于大型模具在工作台面上不便移动，应按材料的送料方向、产品的取出方式、气垫顶杆孔的位置等尽量准确定位。先固定上模，然后根据上模的位置固定下模。3）固定上模的方法有压板压紧