【冲压模具设计】自行车脚蹬内板连续模及其自动送料装置设计【7张图纸】
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【冲压模具设计】自行车脚蹬内板连续模及其自动送料装置设计【7张图纸】,冲压,模具设计,自行车,脚蹬,连续,及其,自动,装置,设计,图纸
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1 哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计（论文） 中期 报告 题 目： 自行车脚蹬内板连续模及其自动送料装置设计 系 （部） 机电工程系 专 业 材料成型及控制工程 学 生 马康 学 号 1069360128 班 号 0693601 指导教师 张伟 中期 报告日期 2009 年 11 月 27 日 哈工大华德学院 2 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： 3 一、论文工作是否按开题报告预定的内容及进度安排进行 1、论文工作按开题报告预定的内容及进度正常进行 二、目前已完成的研究工作及成果 1、冲压工艺可行性分析 2、模具总体方案设计 3、有关凸凹模刃口计算 4、 冲裁力计算 5、 压力机的选用 6、 排样、搭边、步距的确定 7、 凸凹模的设计 8、 导料板的计算和浮顶器的确定 9、标准模架的选择 10、 紧固件的选 择 11、自动送料装置的设计 12、总装图的绘制 三、后期拟完成的研究工作及进度安排 1、 11 月 27 日 18 日 完成部装图及零件图设计 2、 12 月 21 日 31 日 撰写毕业设计论文及准备答辩 3、 2010 年 1 月 6 日 8 日 毕业答辩 四、存在的困难与问题 1、 自动送料装置设计 五、如期完成全部论文工作的可能性 1、根据进度安排可如期完成全部论文工作 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： 自行车脚蹬内板连续模及其自动送料装置设计 系 （部） 机电工程系 专 业 材料成型及控制工程 学 生 马康 学 号 1069360128 班 号 0693601 指导教师 张伟 开题报告日期 2009 年 10 月 28 日 哈工大华德学院 2 一、毕业设计任务书 1、 零件图 及技术要求 图 1 自行车脚蹬内板零件图 材 料： 厚： 产批量：大批量 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 3 冷冲模设计的一般方法和典型零件的加工工艺的编制。熟悉典型连续模的结构组成和特点，掌握其结构设计方法。 在通用压力机上采用自动送料装置可进行自动或半自动生产 ，并大大提高生产效率。熟悉典型的自动送料装置的类型和工作原理，并根据模具的结构特点，设计一套自动送料装置。 掌握计算机辅助设计软件在模具设计中的应用。 三、论文综述 1、 模具工业在国民经济中的地位 模具是工业生产的基础工艺装备，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。 目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中， 60至 80的零部件都要依靠模具成型。 模具技术是精密成形技术中的一项关键技术。模具既直接为高新技术产业化服务，又大量采用新技术，因此模具已是高新技术产业的重要组成部 分。作为工业生产基础工艺装备的模具，以其生产制件所表现的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低耗能耗材，越来越引起国民经济各产业部门的重视。国外将模具比喻为“金钥匙”、“金属加工帝皇”、“进入富裕社会的原动力”。 1989年 3 月，国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中，把模具列为机械工业技术改造序列的第一位，生产和基本建设序列的第二位。 1997 年和 2000 年国家计委发布的当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和 1999 年 7 月科技部发布的当前国家优先发展的没技术产业化重点领域指南（目录） 中，部分模具及与模具有关的多项高新技术及设备均被列入。模具还是国家鼓励外商投资的领域。这些都说明了我国模具工业在国民经济中的重要地位。 2、 模具的分类与占有量 模具大体分为冲压模具、塑料模具、压铸模具、橡胶模具、陶瓷模具、玻璃模具等。其中前三类模具在日常工业生产中占有重要地位，分别占模具总量的 40%、 40%、 8%左右。 其中 冲压模具的形式很多，一般可按以下几个主要特征分类： 根据工艺性质分类 ： (1)、 冲裁模 沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切 模等。 (2)、 弯曲模 使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。 (3)、 拉深模 是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。 (4)、 成形模 是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。 根据工序组合程度分类 ： (1)、 单工序模 在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。 (2)、 复合 模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。 (3)、 级进模（也称连续模） 在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。 3、我国模具工业的现状 4 从起步到现在，我国模具工业已经走过了半个多世纪。从 20 世纪以来，我国就开始重视模具行业的发展，提出政府要支持模具行业的发展，以带动制造业的蓬勃发展。受到全球金融危机影响，但是我国模具整体实力进一步加强， 2008 年中国模具销售额仍达到 950 亿元人 民币，约合 140 亿美元，比 2007 年增长约 9%；中国模具进口 美元，与 2007 年基本持平；模具出口额达到 美元，比 2007 年增长了 36%。 从模具产品进出口的地域来看，华东地区的江苏、浙江、上海、山东均位列中国进口和出口模具的十大省市之中。长江三角地区在模具制造整体水平的数量和质量上均已在国内处于行业重要位置。在 2009 年世界经济变数加大，我国制造业积极应对的形势下，国务院新近通过的装备制造业调整和振兴规划中都把提升模具及其制造装备的技术水平做为其重点内容。 近年来，中国模具工业快速 发展，一是模具产品将继续向着更加大型、更加精密、更加复杂及更加经济快速的方向发展，技术含量将不断提高，模具制造周期不断缩短；模具生产将继续朝着信息化、数字化、精细化、高速化、自动化的方向发展；模具企业将继续向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。因此，模具企业也必将进一步提升各方面的综合实力和核心竞争力。除了 外， 电子商务和网络等技术将逐渐在模具企业得到较为广泛的应用，这必将促进企业和行业的技术进步。二是行业重点骨干企 业队伍将会不断扩大，并且会在行业中发挥越来越大的作用。三是将会有更多的企业越来越重视创新、品牌、专利、高新技术等字眼，他们在积极采用先进适用技术，用信息化来带动工业化的同时，也必将越来越多地创造出自己的高新技术产品、专利和名牌，也将有更多的企业进入各级高新技术企业的行列。四是公共信息服务平台将会得到更快发展，其各项服务功能和对广大中小企业生产力的提升作用也将更加显现。 4、 我国模具技术的现状及发展趋势 以 2005 年全国模具产值 600 亿元为基础，按“十一五”期间年均增速 12% 15%及 2010 2020 年期间年均增速 10%左右测算，总量目标为：按年均增速 12%推算， 2010年约 1000 亿元， 2020 年约 2600 亿元。按年均增速 15%推算， 2010 年约 1200 亿元， 2020年约 3100 亿元。 经过“十一五”努力，使我国模具水平到 2010 年时进入亚洲先进水平的行列，再经过 10 年的努力， 2020 年时基本达到国际水平，使我国不但成为模具生产大国，而且进入世界模具生产制造强国之列。 2020 年时的 8 项具体目标： (1)、 模具精度达到 具生产周期比现在缩短 30%左右。 (2)、 机床数控化率 和 术应用率比现在提高 1 倍。 (3)、 骨干企业基本实现信息化管理，通过 质量管理体系认证 . (4)、 高水平模具比例要有较大提高。大型、精密、复杂等技术含量高的中高档模具的比例从目前的约 30%提高到 2010 年的 40%和 2020 年的 50%以上。 (5)、 国产模具国内市场占有率从目前不足 80%， 2010 年要达到 85%以上， 2020 年要达到 90%以上。 (6)、 模具出口以 2010 年模具出口 10 亿美元， 2020 年模具出口 25 30 亿美元为目标 。 (7)、 要扩 大模具标准件的品种，提高其精度，提高生产集中度，实现大规模生产。模具标准件使用覆盖率从目前的约 45%提高到 2010 年的 60%， 2020 年的 70%以上。 (8)、 模具商品化程度从目前的 45%左右达到 2010 年的 55%和 2020 年的 65%左右。 未来 10 年五大热门发展产品 ： 5 (1)、 汽车覆盖件模具 冲压模具占模具总量的 40%以上。汽车覆盖件模具主要为汽车配套，也包括为农用车、工程机械和农机配套的覆盖件模具，其在冲压模具中具有很大的代表性，模具大都是大中型，结构复杂，技术要求高。尤其是为轿车配套的覆盖件模具，要求 更高，它可以代表冲压模具的水平。此类模具我国已有一定技术基础，已为中档轿车配套，但水平还不高，能力不足，目前满足率只有一半左右。中高档轿车覆盖件模具主要依靠进口，每年花费几亿美元。汽车覆盖件模具水平不高，能力不足，生产周期长已成了汽车发展的瓶颈，极大地影响了车型开发。今后 ,中高档轿车所需覆盖件模具是重中之重。争取到2010 年时中高档轿车及以下水平的汽车覆盖件模具做到可以完全自配， 2020 年时除个别特别高档的轿车外，所有汽车覆盖件模具应基本立足国内配套。 (2)、 业模具 多工位级进模和精冲模代表了冲压模 具的发展方向，精度要求和寿命要求极高，主要为 子信息产业、半导体精密组件、端子连接器、上网本、手机外壳等配套。 已引进了国外技术设备，个别企业生产的产品已达到世界水平，但大部分企业仍有较大差距，总量也供不应求，进口较多。对于为超大规模集成电路配套、为引线脚 100 以上及间隙 下的引线框架配套、为精度 5上的精密微型连接件配套、为直径 下的微型马达铁芯配套及为显像管和电子等配套的精密模具是发展的重中之重。为汽车覆盖件及其他大中型冲压件配套的大型多工位级进模 也应重点发展。 (3)、 塑料模具占模具总量近 40%，而且这个比例还在不断上升。塑料模具中为汽车和家电配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑封模具，为电子信息产业和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，为新型建材及节水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，目前虽然已有相当技术基础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距，总量也供不应求，每年进口几亿美元，“十一五”期间应重点发展 . (4)、 精密模具标准件 目前国内已有较大产量的模具标准件主要是模架、导向件、推杆推管、弹性元件等，但质量较差，品种规模较少。这些产品不但国内配套大量需要，出口前景也很好，应继续大力发展。氮气缸和热流道元件国内至今无正规的专业厂生产，主要依靠进口，应在现有基础上提高水平，形成标准，并组织规模化生产。 (5)、 其他高技术含量的模具 占模具总量近 8%的压铸模具中，大型薄壁精密压铸模技术含量高，难度大。镁合金压铸模和真空压铸成形模目前虽然刚起步，但发展前景好，有代表性。子午线橡胶轮胎模具也是发展方向，其中活络模技术难度最大。与快速成型技术 相结合的一些快速制模技术及相应的快速经济模具具有很好的发展前景。这些高技术含量的模具在“十一五”期间也应重点发展 . 5、国外模具工业的发展情况 在全球主要模具产销国家当中，大陆模具家数及从业人数最多，将近七成属国有企业，外资企业亦占多数，大型模具厂员工人数约 600700 人，更有规模达上千人的公司，以鸿海转投资的富士康集团 (工人数将近 6,000 人最具代表性，中型模具厂则150300 人之间，小型模具厂也至少有 50 人左右，其它国家的模具业则多以中小型企业型态经营。 技术先进国家如日本、美国、 德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计 6 能力或制造技术上，均有领先的地位，同时也拥有训练精良的技术研发人才。其中，日本模具厂商在技术上较重视抛光与研磨加工制程，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。在市场规模上，不论产值或国内需求以日本衰退最为明显。在营运成本上，常面临高工资、高福利的问题，因此下游产业或模具厂商逐渐将生产据点移往邻近的新兴工业国或技术后进国家，以降低劳工成本，增强价格竞争力，但是这样的趋势往往会造成技术无形中外流的疑虑，使得本身更须投入大笔研发 费用，以加速提升加工技术与高速机械性能，拉大彼此间的差异。 依照 2002 年各国出入超状况来看，日本、南韩及德国的模具属强准出超品，大陆与美国的模具则因国内需求市场大，本国厂商无法完整供给，须藉进口模具以满足下游市场的产品制造，因此属强准入超品。由 2002 年各国主要进出口国别分析，与地域分布有极大的关联性，进出口地区多属邻近国家，而日本较非凡的是出口地区以美国为主，但随中国大陆近年各下游产业快速的发展，已有渐渐转向拓展大陆市场的趋势。 四、模具设计内容及设计方案 1、零件三维造型图 图 2 自行车脚蹬内板 三维造型 3、 设计方案及可行性分析 主要研究内容包括： 自行车脚蹬内板成型工艺分析，包括工艺方案及模具形式的确定，工序及排样图的设计，力及压力中心计算，冲压设备选择等； 自行车脚蹬内板连续模结构设计，包括工作零件、定位零件、固定零件、导向零件等； 自动送料装置的设计。 成型工艺分析 ： 本工件的外形和两个 在孔，属于落料、冲孔工序，中间带有凸台的孔，可以采用两种方法冲压。第一种是先作浅拉深，然后冲底孔。在进行拉深时，圆锥部位的材料一部分是从底面流动得 来的，另一部分要从主板上流动而来，而后者若为材料流动留有余量，就要增加工件排样的步距，从而造成材料消耗增加。第二种方法是先冲预孔，再进行冲压，此则属于翻 边 （也称为翻孔）工序。翻边时材料流动的特点是预孔周围的材料沿圆周方向伸长，使材料变薄；而在径向材料长度几乎没有变化，即材料在径向没 7 有伸长，因而不会引起主板上 的材料流动。在排样时，只要按正常冲裁设计搭边值即可，可节省材料。比较以上两种方案，本设计采取第二种方案设计。 该零件是大批量常年生产，若用单工序模制造，工序多且生产率底，故采用级进模。 翻边凸模必须要有圆角。工件对 的部位有公差要求，而且不允许有圆角，因此该部位要有整形工序。整形和 19孔的冲裁两道工序在一个工位中完成。 第 1 工位：冲 工艺孔。 第 2 工位：翻边。 第 3 工位：冲 19底孔；整形。 第 4 工位：冲 2 个 孔。 第 5 工位：落料，工件从底孔中漏出。 排样设计 ： 图 3 排样图 主要计算有：计算翻边前的毛坯孔径；变形程度计算；翻边力的计算；冲裁力的计算；整形压力；压力中心等。 模具结构设计和主要零、部件设计包括模具的上、下模座、垫板、凸模固定板、卸料板、卸料螺钉、卸料弹簧、凸模、凹模 等 。 4、 自动送料装置 设计 送料装置是冲压自动化的主要组成部分。根据所送配料坯料的不同，送料装置可以分为条料、卷料和板料送料装置和半成品送料装置。 按与坯料直接接触部分的结构特点，可将送料装置分为钩式送料装置、辊式送料装置、夹持式送料装置和排样式送料装置等。 本设计采用钩式自动送料 装置。 参考装置如图 4。 8 图 4 斜楔传动钩式送料装置 1 上模座 2 斜楔 3 滑块 4 螺钉 5 复位弹簧 6 送料钩 7 凹模 8 压料片簧 9 凸模 10 T 形导轨 11 片簧 12 圆柱销 五、设计进度安排 （ 1） 10 月 19 日 10 月 30 日 查阅文献资料，书写开题报告； （ 2） 11 月 01 日 11 月 04 日 总体方案设计与模具结构布局； （ 3） 11 月 05 日 12 月 08 日 总装图设计和零件图的设 计； （ 4） 12 月 09 日 12 月 26 日 撰写毕业设计论文； （ 5） 12 月 27 日 01 月 01 日 自我检查、总结和准备答辩； （ 6） 01 月 02 日 01 月 06 日 毕业答辩。 六、参考文献 1 冲压工艺学 ， 华德学院自印 。 2 ，王孝培 ， 中国模具设计大典 (第 3 卷 )， 江西科学技术出版社 ， 2003。 3模设计应用实例，北京：机械工业出版社， 2006。 9 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 - 摘要 级进模在实际生产中效率高，再加上自动送料装置，能够准确定位，不仅提高生产效率，而且节省劳动力。本毕业设计 题目 为自行车脚蹬内板连续模及自动送料装置设计。首先对零件进行 维建图， e 三维建图，再 分析可行性的成型方案，采用先冲孔后翻边的工序。本套模具采用 预 冲孔、翻孔、冲孔整形、冲孔、落料五个工部的级进模完成对零件的加工。经计算选用 号压力机 。 自动送料装置采用斜楔传动钩式送料，此种方式送料不需要另外加拉料动力，方便、简单，并且能够满足一定的精度要求。 关键字 : 翻孔 ； 连续模 ； 自动送料 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - he of is It is is to a of is of of to AD e of of of of of to of a 23in do 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 选题目的和意义 . 1 模具工业在国民经济中的地位 . 1 模具的分类与占有量 . 1 我国模具工业的现状 . 2 我国模具技术的现状及发展趋势 . 3 模具工业的发展情况 . 5 本论文主要研究内容 . 6 第 2 章 零件成型分析 . 7 零件概况 . 7 零件的工艺性分析 . 8 冲裁工艺方案的确定 . 9 本章小结 . 9 第 3 章 零件工艺分析与相关计算 . 10 排样方案种类分析 . 10 零件搭边值的确定 . 10 条料宽度的计算 . 11 翻边力的计算 . 14 冲裁力的计算 . 17 冲模压力设 备选用 . 19 模具刃口尺寸计算 . 19 本章小结 . 24 第 4 章 模具主要零部件的设计 . 25 模具结构设计 . 25 定位方式的选择与设计 . 26 卸料出件方式的选择 . 26 翻边凸模的设计 . 27 落料凹模的设计 . 28 浮顶器设计 . 29 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 导向方式的选择 . 31 自动送料装置设计 . 32 本章小结 . 35 第 5 章 模具的装配、调试和检测 . 36 模具的装配 . 36 冲裁模具的调试 . 37 模具的检测 . 37 第 6 章 模具材料的选用要求和选择原则 . 40 冷冲模材料的选用要求 . 40 材料的选择原则 . 40 结 论 . 42 致谢 . 43 参考文献 . 44 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 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。熟悉典型连续模的结构组成和特点，掌握其结构设计方法。 在通用压力机上采用自动送料装置可进行自动或半自动生产，并大大提高生产效率。熟悉典型的自动送料装置的类型和工作原理，并根据模具的结构特点，设计一套自动送料装置。 掌握计算机辅助设计软件在模具设计中的应用。 模具工业在国民经济中的地位 模具是工业生产的基础工艺装备，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水 平的重要标志之一。目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中， 60至 80的零部件都要依靠模具成型。模具技术是精密成形技术中的一项关键技术。模具既直接为高新技术产业化服务，又大量采用新技术，因此模具已是高新技术产业的重要组成部分。作为工业生产基础工艺装备的模具，以其生产制件所表现的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低耗能耗材，越来越引起国民经济各产业部门的重视。国外将模具比喻为 “金钥匙 ”、 “金属加工帝皇 ”、 “进入富裕社会的原动力 ”。 1989 年 3 月，国务院颁布的关于当前产 业政策要点的决定中，把模具列为机械工业技术改造序列的第一位，生产和基本建设序列的第二位。 1997 年和 2000 年国家计委发布的当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和 1999 年 7 月科技部发布的当前国家优先发展的没技术产业化重点领域指南（目录）中，部分模具及与模具有关的多项高新技术及设备均被列入。模具还是国家鼓励外商投资的领域。这些都说明了我国模具工业在国民经济中的重要地位。 模具的分类与占有量 模具大体分为冲压模具、塑料模具、压铸模具、橡胶模具、陶瓷模具、玻璃模具等。其中前三类模具在日 常工业生产中占有重要地位，分别占模具总量的 40%、 40%、 8%左右。其中冲压模具的形式很多，一般可按以下几个 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 2 - 主要特征分类： 根据工艺性质分类： （ 1） 冲裁模 沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。 （ 2） 弯曲模 使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。 （ 3） 拉深模 是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。 （ 4） 成形模 是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑 性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。 根据工序组合程度分类： （ 1） 单工序模 在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。 （ 2） 复合模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。 （ 3） 级进模（也称连续模） 在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。 我国模具工业的现状 从起步到现在，我国模具工业已经走过了半个多世纪。从 20 世纪以来，我国就开始重视模具行 业的发展，提出政府要支持模具行业的发展，以带动制造业的蓬勃发展。受到全球金融危机影响，但是我国模具整体实力进一步加强， 2008 年中国模具销售额仍达到 950 亿元人民币，约合 140 亿美元，比2007 年增长约 9%；中国模具进口 美元，与 2007 年基本持平；模具出口额达到 美元，比 2007 年增长了 36%。 从模具产品进出口的地域来看，华东地区的江苏、浙江、上海、山东均位列中国进口和出口模具的十大省市之中。长江三角地区在模具制造整体水平的数量和质量上均已在国内处于行业重要位置。在 2009 年世界经济 变数加大，我国制造业积极应对的形势下，国务院新近通过的装备制造业调整和振兴规划中都把提升模具及其制造装备的技术水平做为其重点内容。 近年来，中国模具工业快速发展，一是模具产品将继续向着更加大型、 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 3 - 更加精密、更加复杂及更加经济快速的方向发展，技术含量将不断提高，模具制造周期不断缩短；模具生产将继续朝着信息化、数字化、精细化、高速化、自动化的方向发展；模具企业将继续向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。因此，模具企业也必将进一步提升各方面的综合实力和核心竞争力。除了 外， 电子商务和网络等技术将逐渐在模具企业得到较为广泛的应用，这必将促进企业和行业的技术进步。二是行业重点骨干企业队伍将会不断扩大，并且会在行业中发挥越来越大的作用。三是将会有更多的企业越来越重视创新、品牌、专利、高新技术等字眼，他们在积极采用先进适用技术，用信息化来带动工业化的同时，也必将越来越多地创造出自己的高新技术产品、专利和名牌，也将有更多的企业进入各级高新技术企业的行列。四是公共信息服务平台将会得到更快发展，其各项服务功能和对广大中小企业生产力的提升 作用也将更加显现。 我国模具技术的现状及发展趋势 以 2005 年全国模具产值 600 亿元为基础，按 “十一五 ”期间年均增速12% 15%及 2010 2020 年期间年均增速 10%左右测算，总量目标为：按年均增速 12%推算， 2010 年约 1000 亿元， 2020 年约 2600 亿元。按年均增速15%推算， 2010 年约 1200 亿元， 2020 年约 3100 亿元。 经过 “十一五 ”努力，使我国模具水平到 2010 年时进入亚洲先进水平的行列，再经过 10 年的努力， 2020 年时基本达到国际水平，使我国不但成为模具生产大国，而且进入世 界模具生产制造强国之列。 2020 年时的 8 项具体目标： （ 1） 具精度达到 具生产周期比现在缩短 30%左右。 （ 2） 机床数控化率和 术应用率比现在提高 1 倍。 （ 3） 骨干企业基本实现信息化管理，通过 质量管理体系认证。 （ 4） 高水平模具比例要有较大提高。大型、精密、复杂等技术含量高的中高档模具的比例从目前的约 30%提高到 2010 年的 40%和 2020 年的 50%以上。 （ 5） 国产模具国内市场占有率从目前不足 80%， 2010 年要达到 85%以上， 2020 年要达到 90%以上。 （ 6） 模具出口以 2010 年模具出口 10 亿美元， 2020 年模具出口 25 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 4 - 30 亿美元为目标。 （ 7） 要扩大模具标准件的品种，提高其精度，提高生产集中度，实现大规模生产。模具标准件使用覆盖率从目前的约 45%提高到 2010 年的 60%，2020 年的 70%以上。 （ 8） 模具商品化程度从目前的 45%左右达到 2010 年的 55%和 2020 年的 65%左右。 未来 10 年五大热门发展产品： （ 1） 汽车覆盖件模具 冲压模具占模具总量的 40%以上。汽车覆盖件模具主要为汽车配套，也包括为农用车、工程机械和农机配套的覆盖件模具，其在冲压模具中具有很大的代表性，模具大都是大中型，结构复杂，技 术要求高。尤其是为轿车配套的覆盖件模具，要求更高，它可以代表冲压模具的水平。此类模具我国已有一定技术基础，已为中档轿车配套，但水平还不高，能力不足，目前满足率只有一半左右。中高档轿车覆盖件模具主要依靠进口，每年花费几亿美元。汽车覆盖件模具水平不高，能力不足，生产周期长已成了汽车发展的瓶颈，极大地影响了车型开发。今后 ,中高档轿车所需覆盖件模具是重中之重。争取到 2010 年时中高档轿车及以下水平的汽车覆盖件模具做到可以完全自配，2020 年时除个别特别高档的轿车外，所有汽车覆盖件模具应基本立足国内配套。 （ 2） 业模 具 多工位级进模和精冲模代表了冲压模具的发展方向，精度要求和寿命要求极高，主要为 子信息产业、半导体精密组件、端子连接器、上网本、手机外壳等配套。 具在国内已有相当基础，并已引进了国外技术设备，个别企业生产的产品已达到世界水平，但大部分企业仍有较大差距，总量也供不应求，进口较多。对于为超大规模集成电路配套、为引线脚 100 以上及间隙 下的引线框架配套、为精度 5上的精密微型连接件配套、为直径 下的微型马达铁芯配套及为显像管和电子等配套的精密模具是发展的重中之重。为汽车覆盖件及其 他大中型冲压件配套的大型多工位级进模也应重点发展。 （ 3） 大型及精密塑料模具 塑料模具占模具总量近 40%，而且这个比例还在不断上升。塑料模具中为汽车和家电配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑封模具，为电子信息产业和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，为 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 5 - 新型建材及节水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，目前虽然已有相当技术基础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距，总量也供不应求，每年进口几亿美元， “十一五 ”期间应重点发展 。 （ 4） 精密模具标准件 目前国内已有较大产量的模具标准件主要 是模架、导向件、推杆推管、弹性元件等，但质量较差，品种规模较少。这些产品不但国内配套大量需要，出口前景也很好，应继续大力发展。氮气缸和热流道元件国内至今无正规的专业厂生产，主要依靠进口，应在现有基础上提高水平，形成标准，并组织规模化生产。 （ 5） 其他高技术含量的模具 占模具总量近 8%的压铸模具中，大型薄壁精密压铸模技术含量高，难度大。镁合金压铸模和真空压铸成形模目前虽然刚起步，但发展前景好，有代表性。子午线橡胶轮胎模具也是发展方向，其中活络模技术难度最大。与快速成型技术相结合的一些快速制模技术及相应的快速经济模具 具有很好的发展前景。这些高技术含量的模具在 “十一五 ”期间也应重点发展 。 模具工业的发展情况 在全球主要模具产销国家当中，大陆模具家数及从业人数最多，将近七成属国有企业，外资企业亦占多数，大型模具厂员工人数约 600700 人，更有规模达上千人的公司，以鸿海转投资的富士康集团员工人数将近 6,000 人最具代表性，中型模具厂则 150300 人之间，小型模具厂也至少有 50 人左右，其它国家的模具业则多以中小型企业型态经营。 技术先进国家如日本、美国、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术 上，均有领先的地位，同时也拥有训练精良的技术研发人才。其中，日本模具厂商在技术上较重视抛光与研磨加工制程，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。在市场规模上，不论产值或国内需求以日本衰退最为明显。在营运成本上，常面临高工资、高福利的问题，因此下游产业或模具厂商逐渐将生产据点移往邻近的新兴工业国或技术后进国家，以降低劳工成本，增强价格竞争力，但是这样的趋势往往会造成技术无形中外流的疑虑，使得本身更须投入大笔研发费用，以加速提升加工技术与高速机械性能，拉大彼此间的差异。 依照 2002 年各国出入超状况来看，日本、南韩及德国的模具属强准出超 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 6 - 品，大陆与美国的模具则因国内需求市场大，本国厂商无法完整供给，须藉进口模具以满足下游市场的产品制造，因此属强准入超品。由 2002 年各国主要进出口国别分析，与地域分布有极大的关联性，进出口地区多属邻近国家，而日本较非凡的是出口地区以美国为主，但随中国大陆近年各下游产业快速的发展，已有渐渐转向拓展大陆市场的趋势。 本 论文主要研究内容 本论文研究内容包括一下几点 ： 1、冲压工艺可行性分析 2、模具设计总体方案 3、排样、搭边值、步距的确定 4、翻边力、冲裁力的计算 5、凸凹模设计及有关凸凹模刃口计算 6、导料板、浮顶器的选用 7、自动送料装置的设计 8、压力机、模架及标准件的选用 9、总装图、部装图、零件图的绘制 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 零件成型分析 零件概况 工件名称 :自行车脚蹬内板 生产批量 :大批量 材料 : 件 二维 、三维 图如 下 所示 : 图 2自行车脚蹬内板 零件图 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 8 - 图 2自行车脚蹬内板三维图 零件的工艺性分析 本工件的外形和两 个 的孔 ， 属于落料 中间带有凸台的孔 ， 可以采用两种方法冲压 。 第一种是先作浅拉深 ， 然后从底部冲孔 ， 在进行拉深时 ， 圆锥部位的材料一部分是从底面流动得来的 ,另一部分要从主板上流动而来 ， 而后者若材料流动留有余量 ,就要增加工件排样的步距 ,从而造成材料消耗增加 在进行冲压 。 此则属于翻边工序 。 翻边时材料流动的特点是预孔周围的材料沿着圆周方向伸长 ， 使材料变薄 ； 而在径向材料长度几乎没有变化 ， 既材料在径向没有伸长 ， 因而不会引起主板上的材料流动 ,在排样时按 正常冲裁设计的搭边值即可 ， 可节省材料 ， 该零件长年生产 ， 若采用单工序模制造工序多且生产率低 ， 故采用级进模。 冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性在一般情况下 ， 对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求，冲裁件的形状应能符合材料合理排样 ， 减少废料。 1. 冲裁各直线或曲线的连接处，宜有适当的圆角； 2. 冲裁件凸出或凹入部分宽度不宜太小， 并应避免过长的悬臂与窄槽 ； 3. 腰圆形件，圆弧半径 R 应大于料宽的一半，即能采用少废料排样，如圆弧半径等于工件宽度之半，就不能采用少废料排样，否则会有台肩产生 ； 4. 冲孔时，由于受到凸模强 度的限制，孔的尺寸不宜过小； 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 9 - 5. 冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离不宜太短。 冲裁工艺方案的确定 该工件包括冲孔、翻边、落料三个基本工序 ， 可有以下三种工艺方案。 方案一 ： 先冲孔，后翻边和落料，采用单工序模生产 。 方案二：先冲孔翻边后落料复合冲压，采用复合模生产 。 方案三：冲孔 翻边落料级进冲压，采用级进模生产。 结合本零件的特点，经过对模具的分析可以得出，采用级进模生产比较适合本零件的生产。 本章小结 本章对零件成型工艺性进行了分析， 是冲孔再落料还是先落料再冲孔是一个难点，两种不同顺序 的工部各有优缺点，从节省材料方面考虑，采用了冲孔 翻边 落料级进模具 。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 10 - 第 3 章 零件工艺分析与相关计算 排样方案种类分析 设计级进模时，首先要考虑条料的排样图。本工件的形状是两头小中间大，直接排样时材料利用率低， 应采用斜队排样示的排样方法 ，设计成隔位冲压，可显著地减少废料， 常用的排样方法有三种： 1. 有废料排样：指沿工件全部外形冲裁，工件与工件、工件与条料边缘都留有搭边，此种排样的缺点是材料利用率低，但有了搭边就能保证冲裁件的质量，模具寿命也高 。 2. 少废料排样：指模具只沿着工件部分外 形轮廓冲裁，只有局部搭边的在 。 3. 无废料排样：指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在，模具刃口沿条料顺序切下，直接获得工件。 少废料、无废料排样的缺点是工件质量差，模具寿命不高，但这两种排样可以节省材料，还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点。并且工件须具有一定的形状才能采用少、无废料排样。上述三类排样方法，按工件的外形特征主要分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排等形式。 根据本零件的特点，适合采用有废料斜排的方式 ,这样不仅使冲出的零件达到要求，有可以尽可能大的提高材料的利用率 ，零件排样位置见图 3示 。 图 3件排样位置图 零件搭边值的确定 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 11 - 排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。搭边的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的工件。搭边还可以使条料有一定的刚度，便于送料。 搭边值的合理去定确定，从节省材料出发，搭边值越小越好，但搭边小于一定数值后，对模具寿命和剪切面质量不利。在搭边值过小时，作用在凸模侧表面上的法向压力沿着落料毛坯周长的分布不均匀。未来使作用在毛坯表面上的应力沿切离毛坯周长 的变化不大，必须使搭边的最小宽度大于塑边区的宽度，而塑变区宽度与材料性质和材料厚度有关。搭边值选用参考表见表 3示 。 表 3边值参选表 材料厚度t /工送料 自动送料 圆形 非圆形 往复送料 a 1a a 1a a 1a a 1a 1 2 3 2 12 2 3 3 4 3 5 4 4 3 45 4 3 5 4 6 5 5 4 56 5 4 6 5 7 6 6 5 68 6 5 7 6 8 7 7 6 8 7 6 8 7 9 8 8 7 经过选择，与本零件相匹配的最小搭边值为： 侧搭边值 3a ， 零件间1 2a 条料宽度的计算 条料宽度的计算是在确定排样方案和搭边值以后确定，此外，条料的宽度还与模具是否有测刃有关。本模具将会有测刃来起定位作用。 有侧刃的条料宽度 B： 002B L a n b （ 3 1） 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 12 - 式中 L 垂直送料方向上零件尺寸（ a n 侧刃数 b 侧刃裁去的余量（ 见表 3 条料宽度的单向极限公差值（ 见表 3入相关数据计算得： 0 5 8 2 0 . 7 5 3 1 1 . 5B 步距 S： 230 （ 32） 表 3条料宽度的单向极限公差 材料宽度 B 材料厚度 t / 12 23 35 50 0 100 00 150 50 220 20 300 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 13 - 表 3b 值表 材料厚度t /mm b 金属材料 非金属材料 该采用下图的排样方式 ,共分 5 个工位 第一工位 :冲 的工艺孔 ； 第二工位 :翻边 ； 第三工位 :冲 底孔 、 整形 ； 第四工位 :冲 2 个 孔 ； 第五工位：落料 ,工件从底孔中漏出。 由以上分析可以得知，该模具的动作过程为：先冲出翻边时用的工艺孔，然后翻边 ， 冲孔、整形和落料，模具的动作需要在不同的工位上完成不同的动作，所以模具的定位要绝对正确，只有这样才能保证送进步距的精确，冲制出合格的产品，所以在级进模中最重要的设计工作就是送料装置的设计和制造。通过上面的计算 最终 可以得出该工件的排样图如图 3示。 图 3件排样图 翻边凸模必须有圆角，工件 的部位有公差要求 ,而且不允许有圆角 ,因此该工位要有整形工序，整形和 孔的冲裁两道工序在一个工位上完成。 模具使用条料 ,用 自动送料装置 ，前三个工位使用手工送料，开始侧刃切边起定位作用 。第二个翻边以后 ,板料下面形成明显凸包。手工送料时 ,放在 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 14 - 下 一工位的凹模中即可。第二和第五工位 的凸模设有导正销进行精确定位。当第三个工件冲完后，板料与自动送料装置的挂钩接触，自动送料装置开始起作用 。 翻边力的计算 翻边的计算有： 计算翻边前的毛坯孔径； 变形程度计算； 翻边力的计算 。根据工件图计算翻边前毛坯孔径，称为底孔孔径，底孔周边材料在翻边时材料没有径向流动。在分析它的横截面时，可把它看作弯曲。既如图3 线所示的部位。翻边后移动到实线位置，而其长度不变，前后两部分中心线长度相等。这与弯曲材 料展开的计算是相同的。计算时应按 虚线 的圆弧和直线，通过几何关系计算其长度，先计算 长，先用做图法求出 虚线 上的 B 点、 C 点的位置。在直角三角形 ，用勾股定理计算 。具体计算可以参照图 4 图 3艺孔的确定图 6 2 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 15 - 有以上分析， 是 和。 因此，计算出底孔所需的直径为： 考虑到翻边后还有冲裁 孔，故留有余量，将工艺孔定为 。校核变形程度。材料翻边过程是底孔沿着圆周方向被拉伸长的过程，其变形量不应超过材料的伸长率，否则会出现裂纹。用变形前、后圆周长之比，表示变形程度。在翻边计算中称其为翻边系数 m ，即： 7 式中 d 翻边前的孔径（ D 翻边后的孔径（ 按表 3知允许的 m 值为 此计算出的值比 m 大，即设计合理。翻边时不会出现裂纹。 表 3一些材料的翻边系数 退火材料 翻边系数 K 铁皮 黄铜 t 铝 t 硬铝 软钢 t 翻边力的计算采用以下公式： 3 式中 F 翻边力（ N）； d 翻边前孔径（ 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 16 - D 翻边后孔径（ t板料厚度， ； s材料屈服点。 在 计算翻边力时，翻边孔径取实际孔径值 与翻边所需孔径相比缩小 则 19也应缩小 翻边后的实际孔径应为 故将 15d ， 代入上式中，则： 5 8 翻边凸凹模间隙的计算：在平面毛坯上冲孔的翻边和先拉深后冲孔后冲孔的翻边所用的凸、凹模间隙值可按表 3取。 表 3翻边时的凸、凹模间隙值表 材料厚度 毛坯翻边 深后翻边 翻边时内孔有尺寸精度要求时，尺寸精度有凸模保证，此时应按下式来计算凸、凹模的尺寸： 0D （ 3 02 Z （ 3 式中，D、凸、凹模直径 P d 凸、凹模公差 竖孔内径公差 如果对翻边竖孔的外径精度要求较高时，凸、凹模之间应取小间隙，以便凹模对直壁外侧产生挤压作用，从而控制其外形尺寸。 在该模具中 02.0p02.0d 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 17 - 00 p 0 冲裁力的计算 该模具采用平刃口模具进行冲裁，其理论冲裁力 F （ N） 可按下式计算： （ 3 式中 ， L 冲裁件周长 mm t 材料厚度 材料抗剪强度 选择设备时，需要考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素，实际冲裁力可能增大，所以应取： （ 3 因为在该模具中需要冲压的部位主要有外形 ，两个直径 为 的 孔、直径为 19的孔和直径为 15的工艺孔，因此可到其周长分别为 :料厚度 5.1t 材料抗剪强度 340 故 ： t外 1 . 3 1 0 6 . 4 1 . 5 3 4 07 0 5 4 3 . 2 N 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 18 - 1 . 3 1 . 5 3 4 0 5 9 . 6 63 9 5 5 4 . 8 1 . 3 4 7 . 1 1 . 5 3 4 0 抗剪强度取 =340冲裁共有四个部位，分别是第一工位 15孔和第三工位 19孔、第四工位两个 孔、第五工位落料。前三个部位都是圆孔，冲裁圆周容易计算。落料冲裁边长通过几何计算可求出，其值为 算出各工位的冲裁力 分别是： 19孔冲裁力为 30430N，两个 孔冲裁力为 17612N， 15孔的冲裁力为 24034N，落料时的冲裁力是 82994N 。 整形压力的计算与校正压力相同，采用下式计算： （ 3 式中， F 整形力（ N）； P 单位整形力（ A 工件整形面积 ( 关于单位整形力的选择与弯曲校正以及校平工艺的校平力不同，整形力是使整形局部的压强超过材料的抗压强度，而产生变形，但是最后作用在校平面上的压强必须低于材料的抗压强度。综合以上因素， p 值取 150实上，校平力的大小取决于模具在压力机上安装时对压力机的调整，而调整压力机的依据是否符合要求。 故得该工件的整形压力为： 2 2 . 515025 2
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