【冲压模具设计】电脑机箱支架连接板冲压级进模设计【全套CAD图纸+毕业论文说明书+开题报告等】【优秀毕业设计论文】
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毕业设计（论文） 1 第一章 绪论 述 冲压 成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件 ,具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。 在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后，已经形成了冲压学科的成形基本理论。以冲压产品为龙头，以模具为中 心，结合现代先进技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用。 压技术的进步 进几十年来，冲压技术有了飞速的发展，它不仅表现在许多新工艺与新技术在生产的广泛应用上，如：旋压成形、软模具成形、高能率成形等，更重要的是人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃 1。 现代冲压生产是一种大规模继续作业的制造方式，由于高新技术的参与和介入，冲压生产方式由初期的手工操作逐步进化为集成制造（图 1生产过程逐步实现机械化 、自动化、并且正在向智能化、集成化的方向发展。实现自动化冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，已经是冲压生产的发展方向。 冲压自动化生产的实现使冲压制造的概念有了本质的飞跃。结合现代技术信息系统和现代化管理信息系统的成果，由这三方面组合又形成现代冲压新的生产模式 计算机集成制造系统 把产品概念形成、设计、开发、生产、销售、售后服务全过程通过计算机等技术融为一体，将会给冲压制造业带来更好的经济效益，使现代冲压技术水平提 高到一个新的高度。 具的发展与现状 模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，也是高新技术产业的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的 毕业设计（论文） 2 需求量越来越大，技术要求也越来越高。目前我国模具工业的发展步伐日益加快，“十一五期间”产品发展重点主要应表现在 2： （ 1）汽车覆盖件模； （ 2）精密冲模； （ 3）大型及精密塑料模； （ 4）主要模具标准件； （ 5）其它高技术含量的模具。 目前我国模具年生产 总量虽然已位居世界第三，其中，冲压模占模具总量的40%以上 2，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段上已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，以国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具 ，是我国重点发展的精密模具品种，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，存在一定差距 2 具 术 冲压技术的进步首先通过模具技术的进步来体现出来。对冲模技术性能的研究已经成为发展冲压成形技术的中心和关键。 20 世纪 60 年代初期，国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。通过以计算机为主要技术手段，以数学模型为中心，采用人机互相结合、各尽所长的方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体，使 模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。 模具 改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化 4。模具 术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。 模具 近 20 年中经历了从简单到复杂 ，从试点到普及的过程。进入本世纪以来，模具 术发展速度更快，应用范围更广。 毕业设计（论文） 3 在级进模 展应用方面，本世纪初，美国 司与我国华中科技大学合作在 为 件平台上开发出基于三维几何模型的级进模件 软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块。具有特征识别与重构、全三维结构关联等显著特色，已在 2003 年作为商品化产品投入市场。与此同时，新加波、马来西亚、印度及我国台 湾、香港有关机构和公司也在开发和试用新一代级进模 统。 我国从上世纪 90 年代开始，华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模 统的研究和开发。如华中科技大学模具技术国家重点实验室在 件平台上开发出基于特征的级进模统 括板金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程 5 个模块。上海交通大学为瑞士法因托（ 冲公司开发成功精密冲裁级进模 统。西安交通大学开发出多工位弯曲级进模 统等。近年来，国内一些软件公司也竞相加入了级进模 统的开发行列，如深圳雅明软件制作室开发的级进模系统 士康公司开发的用于单冲模与复合模的 统 4。 展望国内外模具 术的发展，本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中，通过与计算机技术的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快，学科领域交叉之广前所未见。今后 10 年新一代模具 统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物，其特点将反映在专业化、网络化、集成化、智能化四个方面。主要表现在 4： （ 1）模具 专业化程度不断提高； （ 2）基于网络的 体化系统结构初见端倪； （ 3）模具 智能化引人注目； （ 4）与先进制造技术的结合日益紧密。 第二章 零件结构工艺性分析和工艺方案的确定 产品的冲压工艺性分析 本论题产品如图 2示： 毕业设计（论文） 4 图 2产品图 产品名 称： 电脑机箱支架连接板 生产批量：小批量 材料： 电镀锌钢板 材料厚度： 1响零件工艺性的因素很多，主要有以下两个方面 :零件的公差等级、断面粗糙度、结构形状与尺寸。下面对该冲裁件进行工艺性分析： (1)对于零件材料分析：该冲裁件的材料选用 电镀锌钢板 热处理，其抗剪强度b = 4 6 0 5 2 0 M P a，屈服强度s =200延伸率 =40，其中 C 的含量较高，具有良好的机械性能，有利于冲裁和弯曲加工； (2)对于零件结构分析：该零件结构相对简单，外形不规则、有圆角过渡；尺寸主要包括、直线、圆弧、斜线和圆角（通过查表可取 R=3变化较大； (3)对于尺寸精度分析：没有高精度要求，所有未注公差尺寸均按 处理。 压工艺方案的制定 零件主要包括落料、冲孔、弯曲三个工序，可用以下三种工艺方案进行加工： (1)先落料 ,再冲孔，最后弯曲 ,采用单工序模生产。 (2)落料 后再弯曲，采用复合模和单工序 模生产。 (3)冲孔 后再弯曲，采用级进模和单工序模生产。 方案（ 1）生产效率 虽 低 但是产品生产数量少而且产品要求不是很高 模具结 毕业设计（论文） 5 构简单 维修方便 ；方案（ 2）落料 构 复杂 ， 制造周期 长 ；方案（ 3）冲孔 制造周期长 废料 况且产品数量比较少 ， 具上进行加工；故 选择方案（ 2）进行模具设计。 曲件展开尺寸的计算 弯曲件的坯料长度应该等于其中性层的展开长度。中性层位移系数可以通过查表获得（见下表 2 表 2性层位移系数 x 值 r/ 1.2 x r/ 4 5 6 7 8 x 圆角半径的弯曲 一般将 r ()12 180Z L （公式 2 式中 坯料展开总长度 弯曲带中心角（）。 =1，对于 r/ =3 所以 x=2 ()180z l l =64过计算可得落料件尺寸如图 2示： 毕业设计（论文） 6 图 2落料件全尺寸 第三章 冲孔 落料工艺设计及相关计 算 裁变形分析 冲裁变形分析的目的是通过分 析板料在冲裁时的受力情况，掌握冲裁变形机理和变形特点，用于指导编制冲裁工艺和设计模具，控制冲裁件质量。 裁时板料的变形过程 板料的分离过程是在瞬间完成的。整个冲裁变形分离过程大致可分为三个阶段。即弹性变形阶段，塑性变形阶段，断裂分离阶段。 裁件质量及其影响因素 冲裁件质量是指断面情况、尺寸精度和形状误差。断面状况尽可能垂直、光滑、毛刺小；尺寸精度应该保证在图样规定的公差范围之内；零件外形应该满足图样要求。 （ 1） 材料力学性能的影响 （ 2） 模具间隙的影响 （ 3） 模具刃口状态对质量的影响 裁件尺寸精度及其影响因素 毕业设计（论文） 7 冲裁件的尺寸精度，是指冲裁件的实际尺寸与公称尺寸之差。 冲裁件的尺寸精度与许多因素有关。如冲模的制造精度、材料性质、冲裁间隙和冲裁件的形状误差等。 影响因素有以下几种： （ 1） 冲模的制造精度 （ 2） 材料的性质 （ 3） 冲裁间隙 （ 4） 冲裁件的形状误差 凹模冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁模中凸、凹模刃口横向尺寸的差值。双面间隙用 Z 表示，单面间隙为 Z/2。 裁间隙对冲压力的影响 试验表明，间隙对冲压力有明显的影响，特别是对卸料力的影响更为显著。随着间隙的增大，材料所受的拉应力 增大，容易断裂分离，因此冲裁力减小；但若继续增大间隙，因裂纹不重合，冲裁力下降缓慢。由于间隙增大，使光亮带变窄以及材料的弹性变形，使落料尺寸小于凹模孔口尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或顶件力随之减小。 裁间隙对模具寿命的影响 模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。 模具失效的形式一般有：磨损、变形、崩刃、折断和胀裂。 为了提高模具寿命，一般需要选用较大间隙。若采用小间隙，就必须提高模具硬度、精度，减小模具粗糙度值，提供良好润滑，以减小磨损。 理冲裁间隙值的确定 目前 在生产中，广泛采用经验法和查表法来确定合理间隙值。 选用原则与方法如下： （ 1） 对冲裁件断面要求较高时，在间隙允许范围内，应考虑采用较小的间隙。 （ 2） 当冲裁件的断面质量在没有特殊要求时，在间隙允许范围内，取较大的间隙值是有利的。 （ 3） 冲裁间隙的选取还有一种方法，那就是根据剪切断面的光亮带或断面质量要求按照相应行业的表格进行查找。 经过分析、考虑本论题的冲裁间隙值的确定方法是采用查表确定法。（ 表 3 毕业设计（论文） 8 所用材料为 电镀锌钢板 度 1通过查表 3定其凸凹模合理冲裁间隙的最大值和最小值。最 小合理冲裁间隙 ： 大合理冲裁间隙 ： 表 3冲裁模刃口双面间隙 Z （ 模与凹模刃口尺寸的计算 本论题落料件为了更好的配合、便于加工凸、凹模的加工，采用分别加工方法。根据落料件标准尺寸进行计算，所有未标注公差均按 处理（落料件全材料 厚度 45、 1195、 535 08F、 10、 15、 060（ 1050A（ 1035（ 1200（ 0 毕业设计（论文） 9 尺寸见图 2 由于 、凹模制造公差可取： d m a x m i np m a x m i 6 - 0 . 6 0 . 0 4 0 . 0 2 40 . 4 - 0 . 4 0 . 0 4 0 . 0 1 6Z Z m m m 磨损系数 x 取： 所有尺寸均按入体原则进行标注。计算过程如表 3 表 3料 凸、凹模刃口 尺寸计算过程 尺寸 计 算 公 式 凹模尺寸0 凸模尺寸00 a x ）（d 0 i n ）（ a x ）（d 0 i n ）（ 01 a x ）（d 0 i n ）（ 裁排样设计 样的分类 根据材料的利用情况，排样的方法可分为三种： 沿冲件与冲件之间、冲件与条料侧边之间存在搭边废料。 在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。 冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边废料。 边和料宽 两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称搭边。 查 冷冲模设计及制造 搭边 a 和 值表 ，可得工件间搭边 ，工件侧面搭边 a=13。 排样方案和搭边数值确定后，即可确定送 料步距和条料宽度。 （ 1） 送料步距 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距（简称步距或进距）。每次只冲出一个零件的步距 s 的计算公式为： 毕业设计（论文） 10 1 D （公式 3 式中 D 平行于送料方向的冲裁件宽度； 1a 冲裁件之间的搭边值。 所以落料件步距 s 为： D （ 2） 条料宽度 小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。 （ 3） 侧压装置和侧刃，根据不同结构分别进行计算。 本设计冲压操作 采用：用手将条料紧贴两边导料销进行送料，其条料宽度可按下式计算： 条料宽度： 0-m a x0 ）式 3 导料销之间的距离： a 式 3式中 ： B 条料的宽度（ 冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸（ a 侧搭边值，可查冲压设计及制造表 3 C 导料板（销）与料宽之间的间隙，可查冲压设计及制造表 3 条料宽度的单向（负向公差），可查冲压设计及制造表 3以条料宽度可取： 90-m a ）根据条料宽度进行裁板。裁板方法一般包括纵裁和横裁，经综合考虑条料应采用纵裁（如图 3示）。 图 3板料纤维方向与弯曲线 料利用率计算 冲压件大批量生产成本中，坯料材料费 用占 60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。 一个步距内的材料利用率为 %100/n （公式 3 式中 F 一个步距内冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（ 毕业设计（论文） 11 n 一个步距内冲裁 件数目； B 条料宽度（ s 步距（ 所以，落料件在一个步距内的材料利用率为： %29 3. 411%100/n 样图 排样图是排样设计最终的表达形式。排样图的内容应反映出：排样方法、零件的冲裁过程（模具类型）、定距方式、材料利用率等。落料件排样图见图 3 图 3样图 压力和压力中心的计算 压力 在冲裁模设计中，冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。它是冲裁时选择压力机，进行模具设计、校核模具强度和刚度的重要依据。 冲裁力是冲裁过程中凸模对板料的压力，它是随凸模行程而变化的。对冲裁力有直接影响的因素主要有板料的力学性能、厚度与冲裁件的轮廓周长。平刃口冲裁力可按 下式计算： （公式 3 式中 F 冲裁力（ N ）； L 冲裁件周边长度（ ； 材料抗剪强度（ 材料厚度（ ； K 系数，通常 。 查表可知b = 4 6 0 5 2 0 M P a抗剪强度按b =490算，冲裁力为： 落 冲 件力及顶件力的计算 根据冲裁件料厚查冷冲模设计及制造表 3得： 顶、推、卸 所以： F 卸 =K 卸 F=毕业设计（论文） 12 F 推 =K 推 F= 压力机公称压力的确定 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲压力 )(总F， )(总件力或顶出 力的总和。根据不同的模具结构，冲压力计算应分别对待，即 当模具结构采用弹压卸料装置和下出件方式时： 推卸总 （公式 3 当模具结构采用弹压卸料装置和上出件方式时： 顶卸总 （公式 3 当模具结构采用刚性卸料装置和下出件方式时： 推总 （公式 3 本论题模具采用弹压卸料装置和下出件方式，其总压力包括：冲裁力、卸料力和推件力。所以其总压力为： F 总 =508+24+般按公称压力的 80%要大于等于冲压总压力来选用压力机，即 总公称 %80（公式 3 所以：预选压力机的公称压力为： 力中心的计算 模具的压力中心，就是冲压力合力的作用点。求压力中心的方法是：采用求空间平行力 系的合力作用点。 根据力学原理，各分力对某轴力矩之和等于某合力对同轴之矩，则可得压力中心坐标计算公式 ： 1 1 2 2 3 3 101 2 31n x F x F x F F F （公式 3 1 1 2 2 3 3 101 2 31n y F y F y F F F （公式 3 据此，本设计 确定零件的压力中心 如下： 1）选坐标 置，如图 3示。 2）把整个刃口轮廓按基本要素划分成1L、2L、10L，并计算各基本线段长 毕业设计（论文） 13 度，其具体数值见 表 3 1 1 2 2 3 301 2 31 0 3 . 1 5 m x L x L x L L L L 1 1 2 2 3 301 2 33 1 . 0 6 m y L y L y L L L L 图 3压力中心计算 表 3力中心计算数据 X=（ 4+0+83+74） /4=（ 32+4+32+48） /4=29 第四章 冲裁模主要零部件设计及制造 对 于 中 小 型 模 具 ， 国 家 标 准 总 局 对 冷 冲 模 制 订 了 国 家 标 准（ 1990、 1981 等）。该标准根据模具类型、 毕业设计（论文） 14 导向方式、送料方向、凹模形状等不同。规定了 14 种典型组合方式。每一种典型组合中，又规定了多种凹模周界尺寸（长宽）以及相配合的凹模厚度、凸模高度、模架类型和尺寸及固定板、卸料板、垫板、导料板等具体尺寸，还规定了选用标准件的种类、规格、数量、位置、有关的尺寸及技术条件。 作零件设计 模设计 凸模是在冲压过程中，冲模中被冲制件或废料所包容的工作零件。 （ 1） 凸模的固定方式 凸模的固定方式是台肩固定和铆接两种。鉴于综合考虑，选择 等截面式台肩固定 凸模。 （ 2） 凸模长度计算 凸模的长度尺寸应根据模具的具体结构确定，同时要考虑凸模的修磨量及固定板与卸料板之间的安全距离等因素。 当采用固定卸料板时，凸模长度按下式计算 321 （公式 4 当采用弹性卸料板时，凸模长度按下式计算 21 （公式 4 式中 L 凸模长度（ ； 1h 凸模固定板厚度（ ； 2h 卸料板厚度（ ；3 h 导料板厚度（ ； 材料厚度（ ； h 附加长度，一般取 h =1520 这里模具结构采用弹性卸料板，下出件方式。其凸模长度应为： 12 2 5 3 5 6 0L h h m m （ 3） 凸模强度校核 在一般情况下，凸模的强度是足够的，无需进行强度核算。 模设计 凹模刃口形式 凹模按结构分有整体式和镶拼式凹模，冲裁凹模的刃口形式也有有直筒形和锥形两种。这里选择整体式直 筒型凹模。 h 可查表，这里取 11 取 2。 （ 1）凹模外形尺寸确定 在实际生产中首先采用下列经验公式 : 凹模厚度 )15( （公式 4 凹模壁厚 2 )4030( （公式 4 毕业设计（论文） 15 式中 b 凹模刃口的最大尺寸 )(K 系数。 所以，凹模厚度： 0 2 3 9 . 4 3 = 2 8 H K b m m ，取 45 凹模壁厚： 1 . 5 2 8 = 4 3C m m 取 50 2）凹模的固定方法 凹模常用的固定方法有：用螺钉、销钉固定在下模座上 直接压入固定板中固定 快速凹模用止动螺钉固定。 这里采用直接压入固定板中固定。 （ 3）凹模强度校核 按上述方法确定的凹模外形尺寸，即可保证凹模有足够的强度和刚度，故对凹模一般不进行强度校核。 在模具制造中，通常按照零件结构和加工工艺过程的相似性，可将各种模具零件大致分为工作型面零件、板类零件、轴类零件、套类零件等 凸模和凹模的加工方案一般有分开 加工和配合加工两种。 凸模的加工工艺可选择：下料锻造退火毛坯外形加工（包括外形粗加工、精加工、基面磨削）划线刃口轮廓粗加工刃口轮廓精加工螺孔、销孔加工淬火与回火研磨或抛光。 凹模的加工工艺可选择：下料锻造退火毛坯外形加工螺孔、销孔、穿丝孔加工淬火与回火磨削加工上下面及基准面线切割加工钳工修正。 位零件选用 冲模的定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。这里采用导料销和挡料销定位。 料装置设计 料装置 卸料装置分固定卸料装置、弹 压卸料装置和废料切刀三种。这里选用弹性卸料装置，用内六角卸料螺钉固定卸料板。卸料板采用 电镀锌钢板 造，热处理硬度为 4045向部分表面粗糙度应达到 簧的选用 选择弹簧的原则 毕业设计（论文） 16 （ 1） 所选弹簧必须满足压力的要求，即 卸预 （公式 4 式中 预F 每个弹簧在预压缩状态时的预压力（ N）； 卸F 卸料力（ N）； n 弹簧数目。 所以， 预 。 所选弹簧必须满足压缩量的要求，即 修磨工作预许 式中 许H 弹簧的允许最大压缩量（ 预H 弹簧的预压缩量（ 工作H 卸料板的工作行程（ 一般取 工作， 为材料厚度； 修磨H 凸模的总修磨量，一般取 510 所以， 2 1 0H H m m 预许（ 2） 所选弹簧必须满足模具结构空间的要求，即弹簧的尺寸及数量，应能在模具上安装的下。这里选择圆钢丝螺旋弹簧 4 根。 准模架的选用 该模具根据 1990 选取滑动导向模架后侧导柱窄型模架，该模架可纵向、横向送料。适用于 一般精度要求的冲模。模架两导套、导柱分别装在上、下模座后侧，凹模面积是导套前的有效区域。可用于冲压较宽条料，且能用边角料。送料及操作方便。由于导柱、导套装在一侧，会因偏心载荷产生力矩，上模座在导柱上运动不够平稳。其凹模周界范围为： 500 145 接与固定零件的选用 模具的连接与固定零件有模柄、固定板、垫板、销钉、螺钉等。这些零件大多有国家标准，设计时可按国家标准选用。 （ 1） 模柄 模柄通常采用 制造，其支撑面应垂直于模柄的 轴线（垂直度不应超过 100）。压入式模柄配合 面的表面粗糙度应达到mR a 模柄压入上模座后，应将底面磨平。本设计采用凸缘模柄，其直径为 40度为 60紧固螺钉固定在上模座上。 （ 2）凸模固定板 选用矩形固定板，其尺寸为： 2000 400 30定板 毕业设计（论文） 17 基面与压装配合面的表面粗糙度为 m。固定板材料采用 电镀锌钢板造，硬度 2832 （ 3）垫板 垫板外形尺寸与凸模固定板相同，其厚度一般取 10料为电镀锌钢板 硬 度为： 43 48板上、下表面粗糙度为： m，以保证平行度要求。 （ 4）螺钉与销钉 模具中用内六角螺钉和圆柱销钉，其中需用 65 螺钉8 个和 12 的销钉 4 个用于固定。模柄与上模座的固定用 3 个 10 螺钉固定。 （ 5）弹压卸料板上的卸料螺钉 用于连接卸料板，主要受拉应力作用。选用80 内六角卸料螺钉 4 个。 毕业设计（论文） 18 第五章 总结与展望 毕业设计是对每一位即将毕业的大学生在大学期间所学知识的一次很好的检验，通过自己所学、所掌握的 知识，结合设计要求，很好的完成所给的设计任务，也是准毕业生 合格、圆满毕业的最好诠释。同时，也是学习深化
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