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哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计（论文）开题报告 题 目： 一模两件落料冲孔弯曲切断复合模具设计 系 （部） 机 电 系 专 业 材料成型及控制工程 学 生 许金刚 学 号 1069360109 班 号 0693601 指导教师 陈丽丽 开题报告日期 2009 年 10 月 28 哈工大华德学院 开题报告 一、毕业设 计（论文）任务书 1、零件图（二维） 图 1 一模两件落料冲孔弯曲切断零件图 材料 :厚 :3产批量；大批量 2、技术要求 零件工艺分析与计算，包括工艺方案及模具形式的确定，工序及排样图的设计，压力及压力中心计算，冲压设备选择等； 零件复合模具结构设计，包括工作零件设计、定位方式、卸料及压料零件设计、导向及限位零件设计等 二、 选题 目的和 意义 在实际的生产当中，冷冲模的应用较为广泛，通过本次毕业设计，全面系统地掌握冷冲模设计的一般方法和典型零件的加工工艺的编制。对于较为复杂的零件， 能够正确合理地确定工艺方案；熟悉典型多工序复合模具的结构组成和特点 。 掌握其结构设计方法。 掌握计算机辅助设计软件在模具设计中的应用。 工件有落料、冲孔、 翻边 工序，材料为 有良好的冲压性能，适合冲裁、拉深，工件结构 比较 简单 。 三、 论文综述 （ 1） 模具工业在国民经济中的地位 模具工业是高新技术产业的一个组成部 分。例如：属于高新技术领域的集成电路的设计与制造，不能没有做引线框架的精密级进冲模和精密的集成电路塑封模；计算机的机壳、接插件和许多元器件的制造，也必须有精密塑料模具和精密冲压模具；数字化电子产品 (包括通讯产品 )的发展，没有精密模具也不行。不仅电子产品如此，在航天航空领域也离不开精密模具。例如：形状误差小于 空空导弹红外线接收器的非球面反射镜，就必须用高精度的塑料模具成形。因此可以说，许多高精度模具本身就是高新技术产业的一部分。有些生产高精度模具的企业，已经被命名为 “ 高新技术企业 ” 。 模具工 业又是高新技术产业化的重要领域。用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平，是推动模具工业技术进步的关键环节。 术在模具工业中的应用，快速原型制造技术的应用，使模具的设计制造技术发生了重大变革。模具的开发和制造水平的提高，还有赖于采用数控精密高效加工设备。逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟技术等先进制造技术在模具工业中的应用，也要与电子信息等高新技术嫁接，实现高新技术产业化。 模具工业是装备工业的一个组成部分。在 1998 年以前，许多人把机械工业当作一般的加工工业。 1998 年 11 月召开的 中央经济工作会议，首次明确提出了加大装备工业的开发力度，推进关键设备的国产化。将机械工业作为装备工业，把它同一般的加工工业区别开来，是对机械工业在国民经济中的地位与作用的重新定位。模具作为基础工艺装备，在装备工业中自然有其重要地位。因为国民经济各产业部门需要的装备，其零部件有很大一部分是用模具做出来的。 模具工业地位之重要，还在于国民经济的五大支柱产业 机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。机械、电子、汽车工业需要大量的模具，特别是轿车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具和冲压模具，目前在质与量上都远不能满足这些支柱产业发展的需要。这几年，我国每年要进口近 10 亿美元的模具。我国石化工业一年生产 500 多万吨聚乙烯、聚丙烯和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，才能用于生产和生活的消费。生产建筑业用的地砖、墙砖和卫生洁具，需要大量的陶瓷模具 ;生产塑料管件和塑钢门窗，也需要大量的塑料模具成形。从五大支柱产业对模具的需求当中，也可以看到模具工业地位之重要。 （ 2） 我国模具工业的现状 和发展 模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模 具和使用模具，但长期未形成产业。直到 20 世纪 80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。 虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。 中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企 业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。 近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加； “ 三资 ” 及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展 快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。 存在问题和主要差距 虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面： 总量供不应求 国内模具自配率只有 70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有 50%左右。 企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理 我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具 车间（分厂），自产自配比例高达 60%左右，而国外模具超过 70%属商品模具。专业模具厂大多是 “ 大而全 ” 、“ 小而全 ” 的组织形式，而国外大多是 “ 小而专 ” 、 “ 小而精 ” 。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足 30%，而国外在 50%以上。 2004 年，模具进出口之比为 ，进出口相抵后的净进口额达 美元，为世界模具净进口量最大的国家。 模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平 。 产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。开发能力较差，经济效益欠佳 我国模具企业技术 人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合 1 万美元，国外模具工业发达国家大多是 15 20 万美元，有的高达 25 30 万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 造成上述差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视，以及多数国有企业机制不能适应市场经济之外，还有下列几个原因： 国家对模具工业的政策支持力度还不够 虽然国家已经明确颁布了模具行业的产业政策，但配套政策少，执行力度弱。目前享 受模具产品增值税的企业全国只有 185 家，大多数企业仍旧税负过重。模具企业进行技术改造引进设备要缴纳相当数量的税金，影响技术进步，而且民营企业贷款十分困难。人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少 。 模具行业是技术、资金、劳动密集的产业，随着时代的进步和技术的发展，掌握并且熟练运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧张。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关重视不够，科研单位和大专院校的眼睛盯着创收，导致模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，致使模具技术发展步伐不大，进展不快。工艺装 备水平低，且配套性不好，利用率低 。 近年来我国机床行业进步较快，已能提供比较成套的高精度加工设备，但与国外装备相比，仍有较大差距。虽然国内许多企业已引进许多国外先进设备，但总体的装备水平比国外许多企业低很多。由于体制和资金等方面的原因，引进设备不配套，设备与附件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较妥善的解决。专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差 ， 由于长期以来受 “ 大而全 ”“ 小而全 ” 影响，模具专业化水平低，专业分工不细致，商品化程度低。目前国内每年生产的模具，商品模具只 占 40%左 右，其余为自产自 用。模具企业之间协作不畅，难以完成较大规模的模具成套任务。模具标准化水平低，模具标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，特别是对模具制造周期有很大影响。模具材料及模具相关技术落后 ， 模具材料性能、质量和品种问题往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢材相比有较大差距。塑料、板材、设备性能差，也直接影响模具水平的提高。 (3)冲压模 的分类和占有量 ； 冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水 平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 根据工序的复合性 （ 1）单工序模 （ 2）复合模 （ 3）级进模 单工序模只完成一个工序 复合模是在压力机一次行程中，在同一工位上完成两道或更多工序的冲模 级进模是具有两个或更多工位的冲模，材料随压力机行程逐次送进一工位，从而使 冲件逐步成形 根据工序性质 （ 1）冲裁模 （ 2）弯曲模 （ 3）拉深模 （ 4）成形模 （ 5）冷挤模 冲裁模使部分材料或工序件与另一部分材料、工（序）件或废料分离 弯曲模使材料产生塑性变形，从而被弯成有一定曲率、一定角度的形状 拉深模把平坯料或工序件变为空心件，或者把空心件进一步改变形状和尺 寸 成形模用以将材料变形，使工序件形成局部凹陷或凸起 冷挤模使材料在三向压应力下塑性变形挤出所需尺寸、形状及性能的零件 按照导向装置 （ 1）无导向装置的模具 （ 2）有导板导向的模具 （ 3）有导柱导向的模具 对生产批量较大，冲件精度较高，模具寿命要求较长的模具必需采用导向装置。应用导柱导套来导向的模具最为普遍 按送料 方式 （ 1）手工送料模具 （ 2）带有自动送料装置的模具 带有自动送料装置的模具，在调整完成后不需要人工进行操作，适用于多工位级进模 按冲模制造的难易程度 （ 1）简易冲模 （ 2）普通冲模 （ 3）高精度冲模 简易冲模成本低，制造周期短，特别适用于新产品试制和小批生产，主要有通用组合冲孔模、分解式组合冲模、钢皮冲模、薄板冲模、锌基合金模、聚氨酯像胶冲 模等 普通冲模是目前用得最多、最广的冲模 高精度冲模用于精密冲件生产 按生产适应性 （ 1）通用冲模 （ 2）专用冲模 通用冲模适用于小批和试制性生产的冲件 按生产管理 （ 1）大型冲模 （ 2）中型冲模 （ 3）小型冲模 往往以不同的行业而有所区分 据中国模具工业协会 发布的统计材料， 2004 年我国冲压模总产出约为220 亿元 其中出口 美元，约合 元。 根据我国海关统计资料， 2004 年我国共进口冲压模 美元，约合 上述数字可以得出 2004 年我国冲压模市场总规模约为 元。其中国内市场总需求为 元，总供应约为 元，市场满足率为 82%。在上述供求总体情况中，有几个具体情况必须说明：一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技术含量较低的中低档模具，因此技术含量高的中高档模具 市场满足率低于冲压模总体满足率，这些模具的发展已滞后于冲压件生产，而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模市场总体满足率；二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多，具有一定的竞争力，因此其在国际市场的前景看好， 2005 年冲压模出口达到 美元，比 2004年增长 可说明这一点；三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。 (4)模具技术的现状及发展趋势 模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具是工业生产中 的基础工艺装备，是一种高附加值的高精密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。 20 世纪 80 年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具发展十分迅速，模具工业一直以 15% 左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。目前，中国有 17000 多个模具生产厂点，从业人数约 50 多万。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%，其他各类模具约占 11%。近年来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外，还有集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，他们都得到了迅速的发展。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入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。 中国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48122屏幕彩电塑壳注射 模具、 容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具 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作出了贡献。 进入 21 世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，中国装备制造业在加入 后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行 业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，这是各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。 随着电子、信息等高新技术的不断发展，模具技术的发展呈现以下趋势。模具 术是模具设计、制造技术的发展方向，模具和工件的检测数字 、模具软件功能集成化、模具设计、分析及制造的三维化、模具产业的 向工程以及模具软件应用的网络化是主趋势。 新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模 具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟（ 信息的管理与共享。值得强调的是，模具数字化不是孤立的计算机辅助功能或数控技术的集合，其关键是它们与人工智能的有机集成，不仅可以整理知识、保存知识，还可以挖掘知识、繁衍知识。新一代的模具数字化将是一个集工程师的智慧和经验、计算机的硬件和软件、数值模拟和数控技术、工艺及工程管理为一体的模具优化的开发、设计和认证的系统工程。 精密数控电火花加工机床（电火花成形机床、快走丝线切割和慢走丝线切割机床）不断在加工效 率、精度和复合加工上取得突破，国外已经将电火花铣削用于模具加工。加工精度误差小于 1 m 的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展。 模具设计技术 (1)工业发达国家在模具设计上已经大量使用计算机辅助设计软件进行模具的结构设计 ,并普及了计算机绘图 关 资料 介绍 ,美国和日本 75%的模具厂已使用了技术 ,香 港 5%的 模具厂也开始采用这项技术 (2)在注塑模具设计中 ,已开始普及应用计算机辅助工程分析软件 ,对塑料的流动 ,填充 ,冷却情况及模具的浇口配置 ,浇道大小 ,冷却加热系统和模具的刚度 ,强度等进行科学的分析和计算 ,从而保证注塑制品的质量与合理的生产节拍 (3)国外的注塑模具中 ,多型腔 ,多层 ,大型精密模具已 占 50%,不仅提高了生产效率 ,而且节省了大量塑料原料 模具加工技术 国外已大量使用数控机床 ,应用计算机辅助加工软件和数控编程技术对模具 ,特别是对具有复杂型腔 (三维曲面 )的模具进行加工 ,使模具的质量和附加值大为提高 %以上 ,成本降低 3%以上 ,生产效率提高 60%以上为了提高加工效率及满足各种复杂曲面加工的要求 ,国外已开发出四轴和五轴的数控自动编程软件并且进了实用阶段 模具 在工业生产中的作用将日益重要 已摆脱了属地位而成为独立的行业 ,并成为基础工业的重要组成部分 1988年 西德的模具产值分别达到 62亿美元 ,83亿美元 ,4 亿美元 ,比 1957 年增长了约 100 倍 ,并超过了这些国家机床工业的产值 工业发达国家的工业产品生产中 美国 ,日本约有 4050 的工业产品的生产需用模具国际市场中模具的贸易量十分可观 由于工业发达国家的 工费用增加 ,模具生产有向东南亚国家转移的趋势 产以高 ,精模具为主 ,需要人工劳动量大的模具则依靠进口解决 其 1980 年模具进口额为 日元 ,至 1989 日 元 由此可见 ,中低档模具的国际市场潜力十分巨大 ,只要我国模具的质量能有提高 ,交货期能有保证 ,模具出口的前景是十分乐观的 国际市场对塑料模具模架及模具标准件的需求量也很大 ,目前我国只有塑料模具模架有少量出口 . 四、模具设计方案 1、零件三维造型图 图 2 工件实体图 2、模具总体方案设计及可行性分析 1. 确定工艺方案 此工件既有冲孔，又有落料两个工序。材料为 素工具钢，厚度为 3有良好的冲压性能，适合冲裁，工件结构 简单，有一个直径 6 18圆孔。 此工件满足冲裁的加工要求，即孔与孔、孔与工件边缘之间的最小壁厚大于8件的尺寸落料按 ，冲孔按 计算。尺寸精度一般，普通冲裁完全能满足要求。 零件材料 种钢 强度、硬度很低，而塑性、韧性高，具有良好的冷变形性 ， 由于此种 钢的塑性很好， 所以 主要用来制造冷冲压件 。 关键点为 本零件 尺寸比较大，两孔之间的精度要求较高， 故 采用倒装复合模结 构 。因为 若 采用 连续 模具 制造 ，模具较大，且制造困难，浪费材料 。 复合模具 是在冲压生产中压力机的一次行程内完成两道以上的冲压工序，是一种工序冲压模具。常见的复合工序有落料与冲孔复合、落料与首次拉深复合等 。 2. 总体方案设计 复合模具的工作顺序为“ 落料 冲孔 弯曲 切断”。先完成落料，再进行冲孔工序，这样可以很好地保证制件的位置度和同轴度。接着进行弯曲工序，以保证弯曲部位的尺寸精度。最后进行切断工序，将一件从中间一切两半。由活动卸料板顶出，整个成型工序完成。 本套模具为 一模两件落料冲孔弯曲切断复合模 。 3. 模 具主要零部件的设计 工作零部件主要包括冲孔凸模 、 切断凸模 、落料凹模 、 弯曲凹模 、凸凹模等 凸模： 此次制件 的冲孔凸模采用 圆形 凸模 。此套模具采用弹性卸料板，所以凸模的长度应根据实际情况确定 凹模 ： 凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证螺钉（或沉孔）间、螺孔与销孔间及螺孔、销孔与 凹模刃壁间的距离不能太近，否则会影响模具寿命。孔距的最小值可 查表。 凸凹模 ： 凸凹模的最小壁厚值，目前一般按经验数据确定，倒装复合模的凸凹模最小壁厚 可查表 。正装复合模的凸凹模最小壁厚可比倒装的小些 定位板和定位销 ： 定位方式是根据坯料或工序件的 形状复杂性、尺寸大小和冲压工序性质等具体情况决定。 此 冲件可采用外缘定位 。 导正销 ： 为了使导正销工作可靠，避免折断，导正销的直径一般应大于 2定卸料板 ： 固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。因此，当冲裁板料 料力较大、平直度要求不很高的冲裁件时，一般采用固定卸料装置。 弹压卸料板 ：由于此 冲裁板料厚度 大于 1 以 弹压卸料板与凸模的单边间隙 应大于 顶件装置 ： 推件块和顶件块与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合国家标准 造，也可以根据板料厚度取适当间隙 等。 五、进度 安排 (1)10 月 19 日 10 月 30 日 查阅文献资料，书写开题报告； (2) 11 月 2 日 11 月 9 日 总体方案设计与模具结构布局； (3) 11 月 9 日 11 月 24 日 完成总装图设计； (4) 11 月 24 日 12 月 18 日 完成部装图及零件图设计； (5) 12 月 21 日 12 月 30 日 撰写毕业设计论文； (6) 12 月 30 日 2010 年 1 月 6 日 自我检查、总结和准备答辩； (7) 2010 年 1 月 6 日 1 月 8 日 毕业答辩 六 参考文献 1、 邓明等 . 现代模具制造技术北京 :化学工业出版社， 2005， 1、 肖祥芷 李德群等 . 模具设计中的应用 . 北京 :科学出版社， 1993，51、 李德群等 . 对开展模具 认识 . 模具工业 ， 1992,9(7):58 、 李硕本 . 冲压工艺学 . 华德学院自印 . 5、 肖祥 芷 王孝培 . 中国模具设计大典 (第 3 卷 ) . 江西科学技术出版社 ,2003 说 明 一、开题报告应包括下列主要内容： 1 通过学生对文献论述和方案论证，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求 2 进度计划是否切实可行； 3 是否具备毕业设计所要求的基础条件。 4预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施； 5主要参考文献。 二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。 三、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备检查。 指导教师评语： 指导教师签字： 检查日期： 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - I - 落料冲孔弯曲切断复合模具设计 摘 要 此论文主要阐述了我国模具工业的现状及发展趋势，是对落料冲孔弯曲切断复合模具做的总体设计。 本 设计 运用 了 冲压工艺学和模具设计的基础知识，分析了该零件的 技术要求与成型工艺，冲裁方案的确定 ；对毛坯的形状与尺寸进行计算， 确定排样图，计算出压力中心； 进行总力的计算 后即可选择压力机 ； 分析制件的特征后进行模具结构尺寸的设计， 确定了模架的大小、模具内各零件的尺寸 等；最后进行模具装配以及部装图的总体设计。本制件的一侧由弯曲工序来完成 。考虑到弯曲成型要滞后与落料、冲孔工序，而且必须保证制件 的尺寸精度，为此设计了一个活动凸模块和滚轮滑块结构。 这套复合模极大地提高了生产率，工艺简便、结构合理且成型后保证了制件质量精度。 关键词 复合模具；冲压 ； 结构尺寸；装配 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - s of of of of It is to a so of of of of of to be of to of of of of of of to of of of by to to nd of an is a of to 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 目录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 国模具技术的现状及发展趋势 . 1 压模的现状与发展趋势 . 2 外模具工业的发展情况 . 5 题研究的内容 . 5 第 2 章 制件的工艺分析与压力机的选择 . 7 计题目内容 . 7 型工艺分析 . 7 裁工艺方案的确定 . 8 具结构型式确定 . 8 样的确定 . 9 样方法的确定 . 9 定搭边值 . 9 定条料步距 . 9 出排样图 . 10 坯周长与表面积计算 . 10 坯材料利用率的计算 . 11 裁压力中心的确定 . 12 部分工艺力计算 . 12 料力、冲孔力的计算 . 12 料力、推件力的计算 . 13 曲力、压料力的计算 . 14 断力的计算 . 14 力、公称压力的计算 . 14 力机的选择 . 15 料零件的计算 . 16 章小结 . 16 第 3 章 模 具的结构设计 . 17 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 、凹模刃口尺寸的计算 . 17 料时凸、凹模刃口尺寸的计算 . 17 孔时凸、 凹模刃口尺寸的计算 . 18 用模架、确定闭合高度及总体尺寸 . 19 具各零部件的设计与计算 . 21 孔凸模的设计 . 21 模固定板的设计 . 21 板的设计 . 22 曲凹模的设计 . 22 料凹模、凸凹模的设计 . 22 件装置的设计 . 24 位零件的设计 . 25 柄的选取 . 25 料板的设计 . 26 动板与活动凸模块以及滑块的设计 . 26 接件与紧固件的选取 . 27 模板的确定 . 27 具材料的选用 . 28 章小结 . 29 第 4 章 模具的装配与部装图的设计 . 30 件技术要求 . 30 配技术要求 . 30 合模具的安装调试要求 . 31 合模具安装的要求 . 31 合模具调试的要求 . 31 要组件的装配 . 31 具的工作过程 . 32 具的部装图 . 32 具的装配图的确定 . 33 章小结 . 34 结 论 . 35 致谢 . 36 参考文献 . 37 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 1 - 第 1章 绪论 国模具技术的现状及发展趋势 模具是制造业的重要工艺基 础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20 世纪 80 年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。 虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。 中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重 于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。 近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加； “ 三资 ” 及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。 从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。 虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。 国内模具自配率只有 70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有 50%左右。我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达 60%左右，而国外模具超过 70%属商品 模具。专业模具厂大多是 “ 大而全 ” 、 “ 小而全 ” 的组织形式，而国外大多是 “ 小 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 2 - 而专 ” 、 “ 小而精 ” 。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足 30%， 而国外在 50%以上。 2004 年，模具进出口之比为 ，进出口相抵后的净进口额达 美元，为世界模具净进口量最大的国家。 模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平 。 产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。开发能力较差，经济效益欠佳 我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我 国每个模具职工平均年创造产值约合 1 万美元，国外模具工业发达国家大多是 15 20 万美元，有的高达 25 30 万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 造成上述差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视，以及多数国有企业机制不能适应市场经济之外，还有下列几个原因： 近年来我国机床行业进步较快，已能提供比较成套的高精度加工设备，但与国外装备相比，仍有较大差距。虽然国内许多企业已引进许多国外先进设备，但总体的装备水平比国外许多企业低很多。由于体 制和资金等方面的原因，引进设备不配套，设备与附件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较妥善的解决。专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差 ， 由于长期以来受 “ 大而全 ”、“ 小而全 ”的 影响，模具专业化水平低，专业分工不细致，商品化程度低。目前国内每年生产的模具，商品模具只 占40%左 右，其余为自产自用。模具企业之间协作不畅，难以完成较大规模的模具成套任务。模具标准化水平低，模具标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，特别是对模具制造周期有很大影响。模具材料及模具相关技术落后 ， 模具材料性能、质量和 品种问题往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢材相比有较大差距。塑料、板材、设备性能差，也直接影响模具水平的提高。 压模的现状与 发展趋势 模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高精密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 3 - 20 世纪 80 年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具发展十分迅速，模具工业一直以 15% 左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。目前，中国有 17000 多个模具生产厂点，从业人数约50 多万。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%，其他各类模具约占 11%。近年来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外，还有集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，他们都得到了迅速的发展。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入力度，将技术进步作为企业发展的重 要动力。此外，许多研究机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。 中国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产大屏幕彩电塑壳注射模具、容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具 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 期等方面作出了贡献。 进入 21 世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，中国装备制造业在加入 后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，这是各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。 随着电子、信息等高新技术的不断发展，模具技术的发展呈现以下趋势。模具 术是模具设计、 制造技术的发展方向，模具和工件的检测数字、模具软件功能集成化、模具设计、分析及制造的三维化、模具产业的向工程以及模具软件应用的网络化是主趋势。 新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟 （ 及信息的管理与共享。值得强调的是，模具数字化不是孤立的计算机辅助功能或数控技术的集合，其关键是它们与人工智能的有机集成，不仅可以整理知识、保存知识，还可以挖掘知识、繁衍知识。新一代的 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 4 - 模具数字化将是一个集工程师的智慧和经验、 计算机的硬件和软件、数值模拟和数控技术、工艺及工程管理为一体的模具优化的开发、设计和认证的系统工程。 精密数控电火花加工机床（电火花成形机床、快走丝线切割和慢走丝线切割机床）不断在加工效率、精度和复合加工上取得突破，国外已经将电火花铣削用于模具加工。加工精度误差小于 1m 的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展。 模具设计技术 (1)工业发达国家在模具设计上已经大量使用计算机辅助设计软件进行模具的结构设计 ,并普及了计算机绘图 关 资料 介绍 ,美国和日本 75%的模具厂已使用 了技术 ,香 港 5%的 模具厂也开始采用这项技术 (2)在注塑模具设计中 ,已开始普及应用计算机辅助工程分析软件 ,对塑料的流动 、 填充 、 冷却情况及模具的浇口配置 、 浇道大小 、 冷却加热系统和模具的刚度 ,强度等进行科学的分析和计算 ,从而保证注塑制品的质量与合理的生产节拍 (3)国外的注塑模具中 ,多型腔 、 多层大型精密模具已 占 50%,不仅提高了生产效率 ,而且节省了大量塑料原料 模具加工技术 国外已大量使用数控机床 ,应用计算机辅助加工软件和数控编程技术对模具 ,特别是对具有复杂型腔 (三维曲面 )的模具进行加工 ,使模具的质量和附加值大 为提高 %以上 ,成本降低 3%以上 ,生产效率提高 60%以上为了提高加工效率及满足各种复杂曲面加工的要求 ,国外已开发出四轴和五轴的数控自动编程软件并且进了实用阶段 模具在工业生产中的作用将日益重要 。 工业发达国家的模具行业在近四十年来取得了异常迅速的发展 ,已摆脱了属地位而成为独立的行业 ,并成为基础工业的重要组成部分 1988 年 西德的模具产值分别达到 62 亿美元 、 83 亿美元 、 4 亿美元 ， 比 1957 年增长了约 100 倍 ,并超过了这些国家机床工业的产值 工业发达国家的工业产品生产 中 。 对模具的需求量日益增多 。 美国 、 日本约有 4050 的工业产品的生产需用模具国际市场中模具的贸易量十分可观 。 近年来 ,由于工业发达国家的 工费用增加 ,模具生产有向东南亚国家转移的趋势 。 本国的生产以高 ,精模具为主 ,需要人工劳动量大的模具则依靠进口解决 。 以模具出口大国日本为倒 ,其 1980 年模具进口额为 日元 ,至 1989 年已上升到 日 元 。 十年间提高了 尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 5 - 倍由此可见 ,中低档模具的国际市场潜力十分巨大 ,只要我国模具的质量能有提高 ,交货期能有保证 ,模具出口的前景是十分乐观的 。 此外 ,国际市场对塑料模具模 架及模具标准件的需求量也很大 ,目前我国只有塑料模具模架有少量出口 。 外模具工业的发展情况 国外发达国家的模具厂大体分为独立的模具厂和隶属于一些大的集团公司的模具厂，一般规模都不大，但专业化程度高，生产效率极高。 国外模具企业一般不超过 100 人，多数在 50 人以下。在人员结构上，设计、质量控制、营销人员超过 30%，管理人员在 5%以下。 我 国每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右， 而 国外模具工业发达国家大多15 20 万美元，有的达到 25 30 万美元。 国外先进国家模具标准件使用覆盖率达 70%以上 ，而我国才达 到 45 。国内模具企业中一些私营、合资企业人员结构和国外差不多。 国外模具企业对人员素质要求较高，技术人员一专多能，一般能独立完成从工艺到工装的设计；操作人员具备多种操作技能；营销人员对模具的了解和掌握很深。国内模具企业分工较细，缺乏综合素质较高的人员。 国外模具企业 技术的应用比较广泛 ,逆向工程、快速原型制造铸造模具的使用也比较多。国内模具企业中一些骨干厂家在这方面和国外差距已经不大，有些已经达到国外水平。但一些中小型模具企业与国外的差距还是很大的。不过在模具材料方面，随着国外技术的 引进和中国研发能力的提高，差距在逐渐缩小。 国外模具总量中 ,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例 占到 50%以上 ； 国外模具企业 的组织形式 是 大而专 、 大而精 。 在模具的价格和制造周期上，国外模具价格一般是国内模具的 5，制造周期是 2。在这两方面应该说国内模具企业还是具有一定竞争优势的。 题研究的内容 进行工艺分析与计算。 初步确定零件的加工制造工艺。确定模具的类型，选择多工序复合模。根据制件的形状确定加工工序，本次设计采用“落料 冲孔 弯曲 切断”的工序来进行加工。 落料与冲孔在前此课程设计已经熟练掌握，本次需要掌握的是弯曲与切 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 6 - 断的各种技术要求，这是难点也是本次设计的重点。初步拟定此次设计弯曲采用斜楔机构。 次设计还需要选择模架，初步拟定选择 后侧 导柱模架，尺寸规格的选择还需要进一步的计算。本次设计先设计出排样图，计算出搭边值， 并计算出 原材料的利用率 。确定模具的压力中心后计算冲裁力、顶件力、 弯曲力等，算出总力后即可根据模具设计大典选择压力机的种类及型号。之后 根据已知的零件尺寸 计算模具的刃口尺寸。再确定模具的主要结构要素，如确定送料方式，确定卸料 方式。选择各模具零件的标准外形尺寸，有上模板、固定板、凹模、卸料板、固定板、下垫板的尺寸。 最后 确定一下螺钉和销钉的数量与尺寸。 找零件与装配的技术要求。其中部装图是由整套模具的运动过程进行分析后 用计算机绘制 出的。 再完成 指导教师指定零件图 的绘制 ， 所有图纸均是用 制。最后进行 毕业设计论文及日志 的 撰写， 并在老师的指导下进行修改， 工作即可完成。 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 7 - 第 2章 制件的工艺 分析 与压力机的选择 计题目内容 如 工件简图 2示 图 2件 简图 材料 : 度 : 3产批量：大批量生产 型工艺分析 此工件既有冲孔，又有落料两个工序。材料为 素工具钢，厚度为 3具有良好的冲压性能， 此种钢 强度、硬度很低，而塑性、韧性高，具有良好的冷变形性 ， 由于此种 钢的塑性很好， 所以 主要用来制造冷冲压件 。 同时此 工件结构 简单，有一个直径 6 18圆孔。 此工件满足冲裁的加工要求，即孔与孔、孔与工件边缘之间的最小壁厚大于 8件的尺寸落料按 ，冲孔按 计算。尺寸精度一般，普通 冲裁 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 8 - 完全能满足要求。 本零件尺寸比较大，两孔之间的精度要求较高， 故 采用倒装复合模结构 。因为若 采用 连续 模具 制造 ，模具较大，且制造困难，浪费材料 。 裁工艺方案的确定 经分析 零件结构确定 复合模具 基本工序 为“ 落料 冲孔 弯曲 切断”。先完成落料，再进行冲孔工序，这样可以很好地保证制件的位置度和同轴度。接着进行弯曲工序，以保证弯曲部位的尺寸精度。最后进行切断工序，将一件从中间一切两半。由活动卸料板顶出，整个成型工序完成。 具结构型式确定 复合模有两种结构形式，正装式复合模和倒装式复合模。 将二者进行比较，如表 2 示。 表 2合模正装和倒装比较 序号 正装 倒装 1 对于薄冲件能达到平整要求 不能达到平整要求 2 操作不方便，不安全，孔的废 料由打棒打出 操作方便，能装自动拔料装置，既能提高生产效率，又能保证生产安全。孔的废料通过凹凸模的孔往下漏 3 废料不会在凹凸模孔内聚集，每次由打棒打出，可较少孔内废料的涨力，有利于凹凸模减小最小壁厚 废料在凹凸模孔内聚集，凹凸模要求有较大的壁厚以增加强度 4 装凹模的面积较大，有利于复 杂冲件用拼块结构 如凹凸模较大，可直接将凹凸模固定在底座上省去固定板 模具结构 型式的确定是一项关键的内容。它直接关系到冲压过程的生产效率、冲压件的生产成本、冲压件的质量和尺寸精度以及模具寿命的高低。必须 考虑到工件成形后，如何脱模方便。正装式复合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取也不方便。倒装式复合模成形后工件留在上模， 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 9 - 只须在上模装一推出装置，借助模具的合复力就可以轻松的将工件给卸下来。考虑到工件成形后，如何脱模方便，故采用倒装式复合模。 样的确定 样方法的确定 根据工件的形状，确定采用无废料排样的方法是不可能做到；但能采用有 废料的排样方法。经多次排样计算粗画排样图， 如图 2示 。 图 2排样图 定搭边值 冲裁金属材料的搭边值 查得搭边值 3a ,1 定条料步距 步距： L=20+20+1a=20+20+2.5 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 10 - 宽度： B=194+2a =194+2 3 =194+6=200 画出排样图 根据以上的内容，可以确定出制件的排样图，如图 2示。 样图 坯周长与表面积计算 工件的展开图是为了计算工件的面积和周长做准备，如图 2示。 工件展开图 该毛坯的工件展开图有弯曲部位中性层的计算 。 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 11 - 按弯曲件展开来计算，中性层的半径为： r R （ 2 式中 r 中性层的半径 ( R 弯曲内直径 ( ； K 中性层的位置因数，由表查得 ； t 材料厚度 ( 3t ； 由（ 2， 则中性层半径 2 . 5 0 . 3 3 3 . 4r m m m m m m m m 中性层长度 3 . 1 4 3 . 4 9 0 5 . 3 41 8 0 1 8 0r m ml m m （ 2线部分长度为： 9 . 5 8 0 . 5 5 . 3 4 9 5 . 3 4L a b l m m m m m m m m 则毛坯的外形尺寸为 ： 1 9 5 . 3 4 8 0 . 5 1 4 . 8 4l m m m m m m 2 224 0 2 6 8 0 . 5 8 0 . 82l m m m m 3 26l 40l 两个制件的周长为 ： 1 4 . 8 4 4 1 . 5 2 8 0 . 8 4 4 0 2L m m m m m m m m 总 5 9 . 3 6 3 3 2 3 . 2 8 0 4 6 5 . 5 6m m m m m m m m m m 其面积为 ： 4 0 2 6 8 0 . 54 0 1 4 . 8 4 2 1 . 5 2 6 22S 2 2 2 21 1 8 7 . 2 3 9 5 3 1 3 6 5 3 9 . 2m m m m m m m m 坯材料利用率的计算 24 0 2 . 5 2 2 0 0 9 0 0 0S m m 总材料的利用率为 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 12 - 226 5 3 9 . 21 0 0 % 1 0 0 % 7 2 . 6 6 %9000S m mS m m 总（ 2 裁压力中心的确定 如对毛坯进行加工必须要用到压力机。而压力机位置的确定必须先确定压力中心。从 式 4得出公式如下： 1 1 2 2 1121n L X L L L （ 2 1 1 2 2 1121n L Y L L L （ 2 因为制件的结构对称，材料分布均匀，且是一模两件左右对称的，还有切断工序。因此本次设计的压力中心的位置一定在两个制件的中心位置，即中心点处。 部分工艺力计算 对模具的运动过程进行分析，可知在此过程中一共要有落料力、冲孔力、卸料力、推件力、弯曲力、切断力、压料力。这七种力的共同作用才能完成模具的运动。计算这七种力是为了压力机的选择做准备。 料力 、冲孔力 的计算 按式 t （ 2 式中 F 落料力（ N）； L 工件外轮廓周长 ( 哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计（论文） - 13 - t 材料厚度（ , 3t ； 材料的抗剪强度 ,查得 310 。 则 1 . 3 1 . 3 4 6 5 . 5 6 3 3 1 0 5 6 2 . 8 6F L t k N 落 1 . 3 1 . 3 3 . 1 4 1 8 6 3 3 1 0 2 1 8 2 . 2 2F L t k N 料力、推件力的计算 F K F卸 卸（ 2 F 推 推（ 2 式中 分别为卸料力、顶件力、推件力系数，卸 、 推 ； F、 冲裁力（ N）； n 冲孔凹模刃口直壁高度 6h ，所以 6 23此次设计卸料力由两部分组成，一是冲孔时产生；二是落料时产生。 则 1 0 . 0 3 1