冲压模具设计与制造毕业设计文档.doc

目录（1） 设计任务书及产品图；（2） 前言；（3） 零件的工艺性分析；（4） 冲压零件工艺方案的拟定；（5） 排样形式与裁板方法，材料利用计算；（6） 工序压力计算，压力中心的确定，压力机的选择；（7） 模具类型及结构类型的选择；（8） 模具类型的选用，设计及必要的计算；（9） 模具工作零件刃口尺寸及公差的计算；（10） 技术上和经济上的分析；（11） 其它需要说明的内容；（12） 参考资料； 2.前言 11冲压技术概述冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 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。12冲压技术的发展趋势进入90年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局综合优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。重视复合化成形技术的发展。以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展，也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理论、失稳理论与极限变形程度等；应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压工艺方案，使塑性变形理论逐步起到对生产过程的直接指导作用。制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料替代。随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计和制造系统（CAD/CAM），发展高精度、高寿命模具和简易模具（软模、低熔点金模具等）制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统（FMS）、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术得到不断发展和应用，某些传统的冲压加工方法将被它们所取代，产品的冲压加工趋于更合理、更经济。3零件的工艺性分析该零件属于冲裁件，冲裁件的工艺性：是指冲裁件的结构、形状、尺寸等对冲裁工艺的适应性。1）A3（Q235）此类钢产量最大，含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途很广，多轧制成板材、型材（圆、方、扁、工、槽、角等）及异型材以及制造焊接钢管，用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅 炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。因此，可以选Q235号钢做冲裁件垫圈。2）冲裁件的形状应力求简单，对称，有利于材料的合理利用，冲裁件内形及外形的转角要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，圆角半径R有最小值如表1、表2表1 普通冲裁件的最小圆角半径工件邻边间的最小夹角工件材料黄铜、铝软钢合金钢落料90900.18t0.35t0.25t0.5t0.35t0.7t冲孔90900.2t0.4t0.3t0.6t0.45t0.9t注：当t0.10.50.0450.0550.0650.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03铝、铝合金 0.0250.080.030.070.030.07纯铜、黄铜0.020.060.030.09F卸=K卸F =0.04155116N =6204.64NF推=nK推F =10.055155116 =8531.38 NF顶=K顶F =0.06155116 =9306.96N压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和Fz。Fz的计算应根据不同的模具结构分别对待，即采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 =155116+6204.64+8531.38=169852.02N采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时 =155116+6204.64+9306.96N=170627.6N采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 =155116+8531.38=163647.38N 压力中心的确定:模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。在实际生产中，可能会出现由于冲件的形状特殊或排样特殊，从模具结构设计与制造考虑不宜使压力中心与模柄中心线相重合的情况，这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机允许的范围。 1简单几何图形压力中心的位置 (1）对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上。(2）冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。(3）冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置，如图-5所示，按下式计算：式中：b弧长。其他符号意义见图。 图-5 双垫圈是中心对称零件，故它的对称中心属于第（1）种 对于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件等，重要选用开式机械压力机，开式压力机然刚度不高，并且在较大冲压力的作用下床身的变形会转变冲模间隙散布、降低模具寿命和冲压件表面质量，但由于它供给了极为方便的操作前提和易于安装机械化附属装置的特点，所以目前仍是中小型冲压件生产的重要设备。另外，在中小型冲压件生产中，若采用导板模或工作时请求导柱、导套不脱离的模具，应选用行程较小的偏心压力机。在选定冲压设备的类型之后，应当进一步根据冲压件的大小、模具尺寸技冲压力来选定设备的规格冲压设备规格重要由一下参数断定。根据公称压力：选择压力机7. 模具类型及结构类型的选择冲裁方案确定之后，根据确定的工艺方案，冲压件的形状特点，精度要求、生产批量、模具的制造和维修条件、操作与安全、以及上料、出进的方式，模具类型（复合模、）即选定。属于复合冲裁模，复合冲裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。采用复合模冲裁，其模具结构没有连续模复杂，生产效率也很高，又降低的工人的劳动强度，所以此方案最为合适。就可确定模具的各个部分的具体结构，包括模架及导向方式、毛坯定位方式、卸料、压料、出件方式等。在进行模具结构设计时，还应考虑模具维修、保养和吊装的方便，同时要在各个细小的环节尽可能考虑到操作者的安全等。8.模具类型的选用，设计及必要的计算 工作零件：1凸模1）凸模的结构形式及其固定方法由于冲件的形状和尺寸不同，冲模的加工以及装配工艺等实际条件亦不同，所以在实际生产中使用的凸模结构形式很多。其截面形状有圆形和非圆形；刃口形状有平刃和斜刃等；结构有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等。凸模的固定方法有台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定，粘结剂浇注法固定等。台阶式的凸模强度刚性较好，装配修磨方便，其工作部分的尺寸由计算而得；与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6或H7/n6）制造；最大直径的作用是形成台肩，以便固定，保证工作时凸模不被拉出。凸模长度的计算：采用弹压卸料板时，凸模长度按:L =h1+h2+t+h h1 凸模固定板厚度 mm 取16mmh2 卸料板厚度 mm 取14 mmh 增加长度，包括凸模的修模量、凸模进入凹模的长度、凸模固定板与卸料板的安全距离、一般取10-20mm 取20 mmt 材料厚度 mm 2 mmL 凸模长度 mm L=16+14+2+16 =48mm凸模的强度校核：凸模最小的截面压应力FZ凸模纵向所承受的压力，它包括冲裁力、推件力或顶件力.Amin凸模最小面积凸模材料的许用抗压强度，Mpa 一般取2310Mpa= 因其凹模周界140 mm,其相关的一些标准数据如下： 闭合高度 ：H 最小 120 最大 150 孔距 ： S 116 ： S1 70 ：S2 56 ：S3 28 垫板厚度 ：一个 6 固定板厚度：一个 16 卸料板厚度：一个 14 导料板厚度：（长度厚度） 二个 1006凸凹模厚度： 16承料板 纵 140202 横 80202 螺钉 二个 M58 四个 M840圆柱销 二个 840 四个 620螺钉 四个 M820 弹簧 一对卸料螺钉 四个 842螺钉 四个 M835 2.凸凹模 凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小值限制。凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。凸凹模的最小壁厚值，目前一般按经验数据确定，正装复合模的凸凹模最小壁厚可比倒装的小些。定位零件： 属于送进导向的定位零件有导料销、导料板、侧压板等；属于送料定距的定位零件有用挡料销、导正销、侧刃等；属于块料或工序件的定位零件有定位销、定位板等。 导料板一般设在条料两侧，其结构有两种：一种是标准结构，它与卸料板（或导板）分开制造；另一种是与卸料板制成整体的结构，为使条料顺利通过，两导料板间距离应等于条料宽度加上一个间隙值（见排样及条料宽度计算）。导料板的厚度H取决于导料方式和板料厚度。查表2.9.7 H=6 固定挡料销：其结构简单，制造容易，广泛用于冲制中、小型冲裁件的挡料定距；其缺点是销孔离凹模刃壁较近，削弱了凹模的强度。卸料装置与顶件装置：弹压卸料装置：弹压卸料装置是由卸料板、弹性元件（弹簧或橡胶）、卸料螺钉等零件组成。弹压卸料既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较高。因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置。卸料板凸台部分的高度为h=H-(0.10.3)t式中 h卸料板凸台高度；H导料板高度；t板料厚度。 h =6-0.6 =5.4 mm弹压卸料装置样例：1卸料板 2弹性元件 3卸料螺钉 4小导柱顶件装置： 顶件装置一般是弹性的。其基本组成有顶杆、顶件块和装在下模底下的弹顶器，弹顶器可以做成通用的，其弹性元件是弹簧或橡胶，如图-6所示。这种结构的顶件力容易调节，工作可靠，冲件平直度较高。图-6：9.模具工作零件刃口尺寸及公差的计算1 按凸模与凹模图样分别加工法2 2凸模与凹模配作法 采用凸、凹模分开加工法时，为了保证凸、凹模间一定的间隙值，必须严格限制冲模制造公差，因此，造成冲模制造困难。对于冲制薄材料（因Zmax与Zmin的差值很小）的冲模，或冲制复杂形状工件的冲模，或单件生产的冲模，常常采用凸模与凹模配作的加工方法。配作法就是先按设