金属垫片倒装复合模冷冲压模具设计

I摘要模具属于精密机械产品，它主要由机械零件和机构组成，如成形工作零件、导向零件、支承零件、定位零件及送料机构、抽芯机构、推出机构等。模具与相应的成形设备（如冲床、塑料注射机、压铸机等）配套使用时，可直接改变金属或非金属材料的形状、尺寸、相对位置和性能，使之成形为合格的制件。本设计以冲孔落料复合模设计为主线，依据模具的基本组成部分，采取基础和设计技巧相结合，理论与实践相结合，图例与剖析相结合，模具设计与加工工艺相结合的方式，对金属垫片设计中的关键之处以及可能出现的问题和处理方式进行详细地剖析。同时，从模具的加工工艺的角度出发，分析并提供便于加工的模具结构形式，使模具设计和加工更加紧密的结合在一起。本次设计绘图采用CAD进行，CAD为计算机辅助制图工具，是一款专业机械平面制图软件，具有很强的图象处理功能。关键词模具设计排样冷冲模垫片复合模IABSTRACTMOULDBELONGTOPRECISIONMACHINERYPRODUCTS,ITISMAINLYCOMPOSEDOFMECHANICALPARTSANDINSTITUTIONS,SUCHASFORMINGPARTS,STEERINGPARTS,BEARINGPARTS,POSITIONINGPARTANDCONVEYINGMECHANISM,COREPULLINGMECHANISM,LAUNCHMECHANISM,ETCMOLDANDFORMINGEQUIPMENT,SUCHASPUNCHING,PLASTICINJECTIONMACHINE,DIECASTINGMACHINE,ETCSUPPORTINGTHEUSE,CANBEDIRECTLYCHANGINGTHESHAPEOFTHEMETALORNONMETALMATERIAL,SIZE,POSITIONANDPERFORMANCE,FORMINGFORTHEQUALIFIEDPARTSTHISDESIGNBYPUNCHINGBLANKINGCOMPOSITEMOLDDESIGNASTHEMAINLINE,ACCORDINGTOTHEBASICPARTOFMOULD,ADOPTCOMBINATIONOFBASEANDDESIGNTECHNIQUES,COMBINEDTHEORYWITHPRACTICE,THEILLUSTRATIONANDANALYSIS,THECOMBINATIONOFACOMBINATIONOFMOLDDESIGNANDPROCESSINGTECHNOLOGY,THEMETALGASKETDESIGNASWELLASTHEPOSSIBLEPROBLEMSANDTHEKEYPARTSOFTHEPROCESSINGMODETOCARRYONTHEDETAILEDANALYSISATTHESAMETIME,FROMTHEPERSPECTIVEOFMOLDPROCESSINGTECHNOLOGY,ANALYZEANDPROVIDETOFACILITATEPROCESSINGOFTHEMOULDSTRUCTURE,MOULDDESIGNANDPROCESSINGMORECLOSELYTOGETHERTHEDESIGNDRAWINGWITHCAD,CADISCOMPUTERAIDEDDRAWINGTOOLS,ISAPROFESSIONALMECHANICALPLANEDRAWINGSOFTWARE,HASASTRONGIMAGEPROCESSINGFUNCTIONKEYWORDTHEMOLDDESIGNROWOFTYPECOLDRAMMINGGASKETCOMPOSITEMOULD目录摘要IABSTRACTI第一章绪论111模具行业发展前景分析1111中国模具市场前景广阔1112模具产品市场竞争力不断提升1113模具行业发展速度持续增长1114模具行业机遇和挑战并存212模具行业发展趋势分析2121模具市场全球化，模具生产周期进一步缩短2122模具CAD/CAM向集成化、智能化和网络化发展3123模具技术向高速加工、硬铣削和复合加工方向发展3124模具产品将向大型、精密、标准化方向发展3125模具种类向热流道、气辅模具及适应高压注塑成型工艺方向发展4126快速经济模具前景十分广阔4127优质模具材料及先进表面处理技术受到重视4128汽车、IT电子产业发展影响模具市场景气4129模具产业结构还需进一步调整51210管理水平制约模具企业发展51211政府大力扶持模具城建设51212模具协会发挥政企桥梁作用6第二章工艺方案分析921零件设计任务922分析比较和确定工艺方案9221加工方案的分析9222模具结构型式的选择1023冲压模具材料选用及热处理要求11第三章计算冲裁压力、压力中心和选用压力机1531排样方式、搭边值的确定及材料利用率计算15311排样方式的确定15312搭边值的确定15313材料利用率的计算1732计算冲裁力、卸料力1933确定模具压力中心20第四章模具各主要零部件的设计2141凸模外形尺寸确定21411凸模的结构设计21412凸模尺寸的计算2142凹模外形尺寸确定23421凹模的结构设计23422凹模尺寸的计算2343其他主要零件结构2544合模高度计算25第五章模具零件的加工26第六章模具的装配2761常用的装模工具2762模具的装配27第七章压力机的安全技术措施30总结31参考文献32附录133第一章绪论1第一章绪论模具工业是国民经济的基础工业，受到企业界和政府的高度重视。发达工业有“模具工业是进入富裕社会的源动力”之说，可见其重视的程度。当今，“模具就是产品质量”，“模具就是经济效益”的观念，已被越来越多的人所接受。模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，6080的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，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。11模具行业发展前景分析111中国模具市场前景广阔模具应用领域的不断扩大、已应用领域对模具提出的更多和更高要求，使模具工业发展速度快于其他制造业的发展速度已成为普遍规律，目前世界模具市场供不应求，近几年，市场总量一直在600650亿美元之间，而我国模具出口尚不到8，“十一五”期间完全可以扩大这个份额，同时随着经济全球化发展趋势日趋明显，模具制造业逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向日趋明显，外资和民营资本继续看好我国模具行业，我国模具行业机遇大于挑战，未来国际模具市场前景广阔，我国模具仍有较大发展空间。112模具产品市场竞争力不断提升当前，我国面临发达国家的技术优势和发展中国家价格优势的双重压力。工业发达国家模具企业凭借其技术优势和实力，在中高档模具方面具有竞争优势，随着他们逐步进入我国，对我国的模具工业形成了巨大挑战；印度、泰国及东欧一些国家，近年来模具工业发展也很快，而且其模具的价格也具有很强的竞争优势，我国模具行业的成本和价格优势会逐步削弱并最终消失。罗百辉指出，中国模具企业必须在技术、管理和人才培训方面下功夫，积极引进国外先进的模具制造技术，提升高端模具产品开发能力，调整模具产品结构，不断提高我国模具产品的国际竞争力。113模具行业发展速度持续增长我国国民经济在“十一五”期间将继续保持较快的发展速度，给模具行业的发展提供了可靠的宏观支持。汽车、IT电子信息、家电、OA办公设备、机械和建材行业、广东石油化工学院本科毕业设计论文金属垫片的冲压模具设计2航天航空、电动工具都是模具需求大户，仅以家电和电子信息行业为例一台电冰箱需用模具生产的零件约150个，共需模具约350套；一台全自动洗衣机需要模具150多套；一台空调器，仅塑料模就需20套；每个型号计算机约需模具30多套，加上与其配套的打印机，单台需模具20多副；还有笔记本电脑、网络机顶盒将有几千万台的市场。目前由于机型多为国外开发，模具进口较多，随着我国自行开发能力的提高，这方面的模具需求量也将大幅度增加。可以预见中国模具行业将在良好的宏观环境下得到快速发展。114模具行业机遇和挑战并存一方面国际国内形势为模具行业发展提供了前所未有的发展空间，而另一方面模具也将面临更加激烈的竞争挑战，除了国际竞争外，在国内，萧山、上海、深圳等地都将大力发展模具工业，如萧山友成模具公司的年销售收入达到了2亿元，是日本专业模具厂友成机工的独资企业，主要从事汽车及家电用模具的生产，目前正在萧山市政府支持下计划在香港创业板上市；黄岩模具行业在管理、设备、技术上也已经走在全省前列；模具年产值30多亿元的温州市，正在酝酿模具工业的进一步发展，由5家模具龙头企业联合组建的恒田模具公司，投资2亿元建成设模具技术中心，获得政府的重点支持；曾是全国模具行业龙头老大的上海，欲重振昔日雄风，由市经委主抓的上海市模具中心正紧锣密鼓地建设，一个占地面积1500亩、现代化的模具工业园区不久也将展现在人们面前；苏州提出在高新区建设一个高水准的与国际接轨的现代化模具产业基地的构思，占地面积达2000亩；华南理工大学与广东方达集团签署协议，准备将东莞市模具重镇长安镇打造成华南地区重要的模具研发基地；深圳市在产业结构调整中，明确将模具列为先进制造业之首，投资约60亿元建模具工业园；重庆市投资50亿元，打造中国最大、标准最高的汽车、摩托车模具产业园，计划三五年后，年产值达30亿元；汕头塑料机械模具总年产值超100亿元，目前约有塑料、机械及相关的模具企业共3000家，大部分企业全套引进德国、法国、意大利以及台湾地区最新的数控模具加工设备，大大提高了产品技术性能和质量档次。国内还有其他不少省市（江西南昌、陕西西安、辽宁大连、山东烟台、河北泊头）纷纷抓住我国正在成为“世界工厂”的大好机遇，创建模具园区，酝酿模具工业进一步升级。12模具行业发展趋势分析121模具市场全球化，模具生产周期进一步缩短模具市场全球化是当今模具工业最主要的特征之一，模具的购买者和生产商遍布全世界，模具工业的全球化发展使生产工艺简单、精度低的模具加工企业向技术相对落后、生产率较低的国家迁移，发达国家的模具生产企业则定位在生产高水准的模具第一章绪论3上，模具生产企业必须面对全球化的市场竞争，同时模具生产厂家不得不千方百计地加快生产进度，努力简化和废除不必要的生产工序，模具的生产周期将进一步缩短。122模具CAD/CAM向集成化、智能化和网络化发展软件的功能模块越来越齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，实现信息的综合管理与共享，支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程。有的系列化软件包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、模具设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等；模具设计、分析、制造的三维化、无纸化使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CAE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；同时，随着竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。123模具技术向高速加工、硬铣削和复合加工方向发展随着模具向精密化和大型化方向发展，加工精度超过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在今后的模具制造中将有广阔的前景。高速加工使工件获得光滑表面，节省加工时间，典型的步进距仅有00254MM，而尖点只有0001MM高，经过高速加工的工件表面大多数都非常光洁，无需钳工的进一步加工。目前，机加工工具制造商都热衷于生产为高速加工而专门设计的加工中心，在美国采用高速加工技术以减少或省去钳工工序是一种效益相当可观的措施，这种技术在欧洲和日本也颇受欢迎。另外，用充分硬化的材料加工模具的型腔是模具加工业发展的另一个重要趋势。高主轴转速及小的刀具半径所进行的轻度切削形成了足够的转矩，可以用来加工硬度高达64HRC的金属材料，由于不需要再进行热处理，常规热处理后的回火以及抵消由热处理引起的几何变形所进行的磨削加工也都不需要了，该技术在日本倍受青睐，如今在美国也受到了广泛的关注并正向欧洲传播。随着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统，该系统由多台机床合理组合，配有随行定位夹具或定位盘，有完整的机具、刀具数控库和数控柔性同步系统，具有实时质量监测控制系统。124模具产品将向大型、精密、标准化方向发展一方面模具成型零件日渐大型化和为提高生产效率开发的“一模多腔”造成了模具日趋大型化，另一方面电子信息产业、医学的迅猛发展带来了零件微型化及精密化，有些模具的加工精度公差就要求在1M以下。另外多功能复合模具将得到进一步发展，新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，生产效率进一步提高。广东石油化工学院本科毕业设计论文金属垫片的冲压模具设计4国外发达国家模具标准件使用覆盖率一般为80左右，随着我国模具工业的发展，模具标准化工作必将加强，模具标准化程度将进一步提高，模具标准件的应用和生产在“十一五”期间必将得到较大的发展。125模具种类向热流道、气辅模具及适应高压注塑成型工艺方向发展采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，国外许多塑料模具厂所生产的塑料模具50以上采用了热流道技术，有的已经达到80以上，效果十分明显；气体辅助注射成形具有注射压力低、制品翘曲变形小、表面质量好以及易于成形壁厚差异较大的制品等优点，可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本；高压注射成形可强制树脂收缩率，增加塑料件尺寸的稳定性；另外注射压缩成形技术，可使成形件局部内应变小，能得到缩孔少的厚壁成形件，而对于塑件狭窄的部件也可注入树脂，并可用小注射力能得到优良制品，这些技术正在逐步推广使用。126快速经济模具前景十分广阔多品种小批量生产时代的到来，人们要求模具的生产周期越短越好，因此快速经济模具将有广阔的发展前景。预计21世纪，用各种超塑性材料来制作模具、用环氧、聚酯或在其中填充金属、玻璃等增强物制作简易模具等生产方式占工业生产的比例将达到75以上。快速经济模具主要包括快速原型制造技术、表面成形制模技术、浇铸成形制模技术、冷挤压及超塑成形制模技术、无模多点成形技术、KEVRON钢带冲裁落料制模技术、模具毛坯快速制造技术等。127优质模具材料及先进表面处理技术受到重视因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45以上，因此选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命显得十分重要，提高钢的纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或具特殊性能的模具钢，开发模具钢品种规格，扩大其他优质模具材料如硬质合金、陶瓷材料、复合材料等的应用范围是主要研究热点；用铝合金作模具材料以缩短制模周期、降低模具成本，将在快速经济模具中得到较快发展。模具表面处理的主要趋势是由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗发展，由一般扩散向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展，可采用的镀膜有TIC、TIN、TICN、TIALN、CRN、CR7C3、W2C等，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。目前激光强化、辉光离子氮化及电镀（刷镀）防腐强化等技术也日益受到重视。128汽车、IT电子产业发展影响模具市场景气中国模具的进口首次出现负增长，模具行业受“一大一小”的拉动，这两年发展确实很好。“一大”是指汽车产业，汽车产业指的不仅仅是整车，还有汽车零部件，例如目第一章绪论5前中国首次成为对美国汽车零部件的第二大出口国，这就意味着中国汽车模具市场已经发挥了不可替代的作用。它的快速发展对模具的拉动起了重要的作用，“一小”是指IT电子产业。2006年的模具进口总量为2047亿美元，比2005年2068亿美元降低了2100万美元，首次出现了负增长，止住了进口年年增幅扩大的势头；出口总量为1041亿美元，比2005年增长了4106，首次突破10亿美元，进口减少，逆差下降，是非常可喜的。129模具产业结构还需进一步调整虽然，模具行业与前几年相比有了较大的进步，但仍然存在着许多问题。比如，产业结构不合理的现象仍然存在。产业结构包括产品结构、技术结构、进出口结构等，都不同程度地存在着问题。比如，在进出口结构方面，由于我国模具设计制造水平和能力不能满足市场要求，因此，每年都有大量模具进口，尤以高档产品为主。2006年进、出口冲压模具如果按重量计，单价分别为14913美元/T和5869美元/T，进口大大高于出口；而对于塑料橡胶模具，2006年进、出口分别为413715套和1217772套，出口量远远大于进口量，而单价却相差很悬殊进口价格2532美元/套，出口价格602美元/套，相差4倍，虽然出口量是接近进口量的3倍，但总额仍然低于进口。说明我们仍在大量进口高档模具，出口的却是以中低档为主。所以，从长远来看，进出口合理化趋向应是不断扩大出口，减少进口，使出口多于进口。显然，这还需要想当一段时间的努力。1210管理水平制约模具企业发展模具制造过程管理不同于一般的产品管理，它是面对单位生产的模具行业，如何实现数字化、信息化管理，是非常有学问的。如果模具的管理没有一个科学的、动态的管理方法，就不能保证模具的生产制造有条不紊，模具供货及时到位。同时，每家企业的模具产品都不同，所以需要个性化的管理。凡是做得好的模具企业，他们都有一整套独特的、适合自己的管理方法，只是这样的企业太少了。罗百辉指出，模具企业如果再不抓管理，就会发展不下去了，这已经成为制约模具企业发展的瓶颈问题。1211政府大力扶持模具城建设由于模具产品本身需要配套发展的特点，这些年在全国一些地方出现了许多模具城或模具工业园区，引起了大家的关注。罗百辉表示，模具园区应该整体规划，错位发展，做出自己的特色来。经过这几年的发展，确实有的模具城已经发展得很不错了。比如，横沥镇的模具城就非常有特色进入模具城的这些企业，他们并不是被强迫集中在一个有围墙的圈子里，而是分布在开发区里，只是相对集中，但是却享受当地政府给予模具园区的一些政策。那些硬性搬到一起，追求形式上的模具园区的一些做法，非但不利于企业发展，相反，还给不具备搬迁条件的企业增添许多负担。罗百辉认为，模具城的集群效应要充分体现，政府应该引导模具产品本身上下游供应链配套发展。广东石油化工学院本科毕业设计论文金属垫片的冲压模具设计6比如说，入模具园区的南方冲压模具联盟，当初在选址上就得到横沥政府的优惠政策支持，在中泰五金模具公司的带动下12家企业共同入园，建立汽车产业园。政府的扶持也是建立在模具企业健康发展的基础上，确确实实为企业办事，而不是搞面子工程，这样才会受到企业欢迎，才会更有意义。1212模具协会发挥政企桥梁作用作为连接政府与企业的桥梁，模具协会一直在不停地努力工作着。深圳市模具技术学会通过举办展会，给企业搭建展示的舞台；组织技术交流会，让更多的企业学习到国际上先进的模具制造技术；召开专题研讨会，帮助企业寻找出路和办法应对市场，促进了行业进步；通过进行“重点骨干模具企业”的选评，培养一批中坚骨干企业；另外，学会每年还要为科协评选的国家级新技术新产品做推荐工作，让被评选上的企业进入科协的视野，享受一些特殊政策，有益于企业的发展。作为协会工作人员，经常下基层，走访企业，倾听企业的心声，了解企业的需求，指导企业并提出建设性的意见，给企业和行业做了许多实实在在的事情，使协会在行业中的权威提高。如今，协会正在急企业之所急，想企业之所想，进行数字信息化管理工作的推广。模具设计师（TOOLINGDESIGNENGINEER）学好本专业的专业基础课和专业课。特别是机械制图、模具设计、模具制造工艺及其设备、MOLDFLOW等，至少掌握一种3D设计用绘图软件,如PRO/ENGINEER、UG、SOLIDWORKS等，深入了解其它，如AUTOCAD、ME10D等。项目跟进（PROJECTPLANNER或PROJECTENGINEERING）现在很多集团公司都需要模具项目跟进的人员。请留意选修项目管理类的课程。人才招聘专员（HR）很多人力资源部门或人才市场或猎头公司都需要这方面的专才。请留意选修人力资源方面的课程。鉴于振兴我国模具工业的重要性，在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年以来，国家又相继把模具及其加工技术和设备列入了当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。经国务院批准，从1997年到2002年，对全国部分重点专业模具厂实行增值税返还70的优惠政策，以扶植模具工业的发展。1999年7月国家计委和科学技术部发布的当前国家优先发展的高新技术产业化重点领域指南目录，把电子专用工模具、塑料成形新技术与新设备、快速原型制造工艺及成套设备、激光加工技术及成套设备、汽车关键零部件等等，都列进去了。1999年8月20日党中央和国务院发布的关于加强技术创新发展高科技实现产业化的决定指出要在电子信息特别是集成电路设计与制造、网络及通讯、计算机及第一章绪论7软件、数字化电子产品等方面，在生物技术及新医药、新技术、新能源、航天航空、海洋等有一定基础的高新技术产业领域，加强技术创新，形成一大批拥有自主知识产权、具有竞争优势的高新技术产业。要加强传统产业的技术升级。注重电子信息等技术与传统产业的嫁接，大幅度提高国产技术装备的水平。所有这些，都充分体现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。从以下四个方面，可以看出模具工业在国民经济中的重要地位与作用。第一，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0103的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”。第二，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。CADCAECAM技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。第三，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。第四，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广东石油化工学院本科毕业设计论文金属垫片的冲压模具设计8之重要。模具作为工业生产的基础工艺装备,在汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活用品的生产中被广泛应用。据统计,75的粗加工工业产品零件、50的精加工零件由模具成形家用电器行业的80零件、机电行业的70以上零件也都要靠模具加工因此,模具又被称之为“百业之母”。模具生产的工艺水平及科技含量的高低,成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志,在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力,决定着一个国家制造业的国际竞争力。模具设计是模具制造的基础，合理正确的设计是正确制造模具的保证；模具制造技术的发展对提高模具质量、精度以及缩短制造模具的周期具有重要的意义；模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率在很大程度上取决于制造模具的材料及热处理工艺；模具成本直接关系到制件的成本以及模具生产企业的经济效益；模具工作零件的精度决定制件的精度；模具的寿命又与模具材料及热处理、模具结构以及所加工制作材料等诸多因素有关；模具的安装与使用直接关系到模具的使用性能及安全；而模具的标准化是模具设计与制造的基础，对大规模、专业化生产模具具有极重要的作用，模具标准化程度的高低是模具工业发展水平的标志。本论文在设计时广泛吸收了国内外各个领域成熟的经验和最新的参考资料，并在模具的成型零部件等关键部位采用了国外的优质模具钢，摒弃了国内的一些老牌号。为了顺应形势发展的需要，在技术上也有一定的创新，使用了计算机辅助设计来绘图，像PRO/E、AUTOCAD等，达到优化设计的目的。第一章绪论9广东石油化工学院本科毕业设计论文金属垫片的冲压模具设计10第二章工艺方案分析21零件设计任务零件简图如图21所示生产批量小批量材料Q235材料厚度05MM未标注尺寸按照IT10级处理,未注圆角R2图21工件22分析比较和确定工艺方案221加工方案的分析由零件图可知，该零件包含冲孔和落料两个工序。形状较为规则，尺寸较小，精度要求IT10。材料低硬度，强度极限为40MPA根据镶片（如图1）包括冲孔、落料两道冲压工序。模具形状较为规则即可以在一个工位完成所有工序。可采用以下两种方案可采用以下几个方案1方案一（级进模）夹头镶片包括冲孔、落料两道冲压工序在内。形状较为规则，尺寸较小，精度要求IT10。可采用级进模。2方案二（倒装复合模）第二章工艺方案分析11将冲孔、落料两道冲压工序用一副模具直接完成冲孔、落料两道工序。采用冲孔、落料倒装复合模（弹性卸料）。模具结构参看所附装配图。3方案三（正装复合模）正装复合模方案完成工序和倒装复合模完成的工序一样。凸凹模在上模。弹性卸料板卸料。方案比较方案一采用级进模，安全性好，但是考虑到级进模结构复杂，工件精度加工精度不高,对称度和位移误差较大,以及加工难度较大，装配位置精度要求高，按照实际生产，级进模成本也高。方案二倒装复合模，冲孔废料由下模漏出，工件落在下模表面，需要及时清理。安全性相对较低。但工件精度较高,同轴度,对称度及位置度误差较小,生产效率较高,对材料要求不严,可用边角料方案三正装复合模，冲孔废料和工件都落在下模表面，安全性更差。综合以上两个方案分析比较结果说明，本零件采用第二方案最为合适。222模具结构型式的选择确定冲压工艺方案后，应/通过分析比较，选择合理的模具结构型式，使其尽量满足以下要求1能冲出符合技术要求的工件；2能提高生产率；3模具制造和维修方便；4模具有足够的寿命；5模具易于安装调整，且操作方便、安全。模具结构型式在确定采用复合模后，便要考虑采用正装式还是倒装式复合模。大多数情况优先采用倒装式复合模，这是因为倒装式复合模的冲孔废料可以通过凸凹模从压力机工作台孔中漏出。工件由上面的凹模带上后，由推料装置推出，再由压力机附上的接件装置接走。条料由下模的卸料装置脱出。这样操作方便而且安全，能保证较高的生产率。而正装式复合模，冲孔废料由上模带上，再由推料装置推出，工件则由下模的推件装置向上推出，条料由上模卸料装置脱出，三者混杂在一起，如果万一来不及排出废料或工件而进行下一次冲压，就容易崩裂模具刃口。故本零件采用倒装式复合模结构。定位装置为了使条料送料时有准确的位置,保证冲出合格的制件,同时考虑到零件生产批量不多,且要求模具结构尽量简单,所以采用定位销定位。广东石油化工学院本科毕业设计论文金属垫片的冲压模具设计12因为板料厚度T05MM,属于较小厚度的板材,且制件尺寸不大,固采用侧面两个固定挡料销定位导向,在送料方向由于受凸模和凹模的影响,为了不至于削弱模具的强度,在送给方向采用一个弹簧挡料装置的活动挡料销推件装置在倒装式复合模中，冲裁后工件嵌在上模部分的落料凹模内，需由刚性或弹性推件装置推出。刚性推件装置推件可靠，可以将工件稳当地推出凹模。但在冲裁时，刚性推件装置对工件不起压平作用，故工件平整度和尺寸精度比用弹性推件装置时要低些。由于刚性推件装置已能保证工件所有尺寸精度，又考虑到刚性推件装置结构紧凑，维护方便，故这套模具采用刚性结构。为兼顾工件的平整度和尺寸精度，可在刚性推件装置和凸模固定板之间镶嵌橡胶。卸料装置复合模冲裁时，条料将卡在凸凹模外缘，因此需要在下模设置卸料装置。在下模的弹性卸料装置一般有两种形式一种是将弹性零件（如橡胶），装设在卸料板与凸凹模固定板之间；另一种是将弹性零件装设在下模板下。由于该零件的条料卸料力不大，故采用前一种结构，并且使用橡胶作为弹性零件。5、导向装置采用二导柱式模架。23冲压模具材料选用及热处理要求选用冲裁模具材料应考虑工件生产的批量，若批量不大就没有必要选择高寿命的模具材料；还应考虑被冲工件的材质，不同材质适用的模具材料亦有所不同。对于冲裁模具，耐磨性是决定模具寿命的重要因素，钢材的耐磨性取决于碳化物等硬质点相的状况和基体的硬度，两者的硬度越高，碳化物的数量越多，则耐磨性越好。常用冲压模具钢材耐磨性的劣优依次为碳素工具钢合金工具钢基体钢高碳高铬钢高速钢钢结硬质合金硬质合金。此外还必须考虑工件的厚度、形状、尺寸大小、精度要求等因素对模具材料选择的影响。传统模具用钢长期以来，国内薄板冲裁模用钢为T10A、CRWMN、9MN2V、CR12和CR12MOV等。其中T10A为碳素工具钢，有一定强度和韧性。但耐磨性不高，淬火容易变形及开裂，淬透性差，只适用于工件形状简单、尺寸小、数量少的冲裁模具。T10A碳素工具钢的热处理工艺为760810水或油淬，160180回火，硬度第二章工艺方案分析135962HRC。CRWMN、9MN2V是高碳低合金钢种，淬火操作简便，淬透性优于碳素工具钢，变形易控制。但耐磨性和韧性仍较低，应用于中等批量、工件形状较复杂的冲裁模具。CRWMN钢的热处理工艺为淬火温度820840油冷，回火温度200，硬度6062HRC。9MN2V钢的热处理工艺为淬火温度780820油冷，回火温度150200，空冷，硬度6062HRC。注意回火温度在200300范围有回火脆性和显著体积膨胀，应予避开。CR12和CR12MOV为高碳高铬钢，耐磨性较高，淬火时变形很小，淬透性好，可用于大批量生产的模具，如硅钢片冲裁模。但该类钢种存在碳化物不均匀性，易产生碳化物偏析，冲裁时容易出现崩刃或断裂。其中，CR12含碳量较高，碳化物分布不均比CR12MOV严重，脆性更大一些。CR12型钢的热处理工艺选择取决于模具的使用要求，当模具要求比较小的变形和一定韧性时，可采用低温淬火、回火（CR12为950980淬火，150200回火；CR12MOV为10201050淬火，180200回火）。若要提高模具的使用温度，改善其淬透性和红硬性，可采用高温淬火、回火（CR12为10001100淬火，480500回火；CR12MOV为11101140淬火，500520回火）。高铬钢在275375区域有回火脆性，应予避免。常用模具新钢种为了弥补传统模具钢种性能的不足，国内开发或引进了以下性能较好的冲压模具用钢1CR12MO1V1（代号D2）钢为仿美国ASTM标准中的D2钢引进的钢种，属CR12型钢。由于D2钢中MO、V含量增加，细化了晶粒，改善了碳化物的分布状况，因此D2钢的强韧性（冲击韧度、抗弯强度、挠度）比CR12MOV钢有所提高，耐磨性和抗回火稳定性也比CR12MOV更高。可用深冷处理，提高硬度并改善尺寸稳定性。用D2钢制作的冲裁模具寿命要高于CR12MOV钢模具。D2钢的锻造性能和热塑成形性比CR12MOV钢略差，机械加工性能和热处理工艺与CR12型钢相似。2CR6WV钢为高耐磨微变形高碳中铬钢，碳、铬含量均低于CR12型钢，碳化物的分布状态较CR12MOV均匀，具有良好的淬透性。热处理变形小，机械加工性能较好。抗弯强度、冲击韧度优于CR12MOV，只是耐磨性略低于CR12型钢。用于承受较大冲击力的高硬度、高耐磨板料冲裁模，其效果好于CR12型钢。钢的常用热处理工艺为淬火温度9701000，一般可热油或硝盐分级淬火冷却，尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后应立即回火，回火温度160210，硬度5862HRC。广东石油化工学院本科毕业设计论文金属垫片的冲压模具设计143CR4W2MOV钢也是高耐磨微变形高碳中铬钢，替代CR12型钢而研制的钢种，碳化物均匀性好，耐磨性高于CR12MOV，适于制作形状复杂、尺寸精度要求高的冲压模具，可用于硅钢片冲裁模。CR4W2MOV钢的热处理工艺要求强度、韧性较高时，采用低温淬火、低温回火工艺淬火温度960980，回火温度280320，硬度6062HRC。要求热硬性和耐磨性较高时，采用高温淬火、高温回火工艺淬火温度10201040，回火温度500540，硬度6062HRC。47CRSIMNMOV代号CH1钢为空淬微变形低合金钢、火焰淬火钢，可以利用火焰进行局部淬火，淬硬模具刃口部分。淬火温度（8001000），具有良好的淬透性和淬硬性（可达60HRC以上），强度和韧性较高，崩刃后能补焊。可代替CRWMN、CR12MOV钢，制作形状复杂的冲裁模。CH1钢的推荐热处理工艺淬火温度900920，油冷，190200回火13小时，硬度5862HRC。56CRNISIMNMOV代号GD钢为高韧性低合金钢，淬透性好，空淬变形小，耐磨性较高。其强韧性显著高于CRWMN和CR12MOV钢，不易崩刃或断裂。尤其适用于细长、薄片状凸模及大型、形状复杂、薄壁凸凹模。GD钢的推荐热处理工艺淬火温度870930（900最佳），盐浴炉加热（45S/MM），油冷或空冷、风冷，175230回火2小时，硬度5862HRC。由于空冷即可淬硬，也可采用火焰加热淬火。69CR6W3MO2V2代号GM钢为高耐磨高强韧合金钢，各项工艺性能良好，其耐磨性、强韧性、加工性能均优于CR12型钢，能够用于高速压力机冲压下的多工位级进模等精密模具，是较理想的耐磨、精密冲压模具用钢。GM钢的热处理工艺淬火温度10801120，硬度6466HRC。回火温度540560，回火二次。7CR8MOWV3SI代号ER5钢属高耐磨高强韧合金钢，具有较好的电火花加工性能，强度、韧性、耐磨性都优于CR12型钢，适用于大型精密冲压模具。用于硅钢片冲裁模，一次刃磨寿命为21万次，总寿命高达360万次，是目前合金钢冲模冲裁硅钢片的较高寿命水平。ER5钢的推荐热处理工艺对高耐磨性、高强韧性的模具，采用1150淬火，520530回火3次；对重载服役条件下的模具，采用11201130淬火，550回火3次。硬质合金及钢结硬质合金当工件的批量极大时，可以考虑选用硬度和耐磨性比各类模具钢种更高的硬质合金或钢结硬质合金。用作模具材料的硬质合金为钨钴类，随着含钴量的增加，韧性及抗弯强度提高而硬度降低。对于承受冲击力较小的模具，可以选用含钴量较低第二章工艺方案分析15的YG10X；承受冲击力中等或较大的模具，可以选用含钴量较高的YG15或YG20。硬质合金的缺点为韧性较差、难以加工，作为模具的工作部件可以设计为镶拼结构。钢结硬质合金的性能介于硬质合金和高速钢之间，能够机械加工和热处理，可以用于制作复杂的高寿命模具。用作冲裁模的钢结硬质合金有DT、GT35、TLMW50、GW50等。广东石油化工学院本科毕业设计论文金属垫片的冲压模具设计16第三章计算冲裁压力、压力中心和选用压力机31排样方式、搭边值的确定及材料利用率计算311排样方式的确定排样问题是指需要开料的工件在板料上的布置和开切方式。选择合理的排样布局方式，是提高材料利用率、降低生产成本和保证工件质量的有效措施。排样起先是指冲裁件在条料、带料、板料上的布置方式。选择合理的排样方式和适当的搭便值，是提高材料利用率、降低生产成本和保证工件质量及模具寿命的有效措施。根据冲裁件在板料上的布置方式，排样形式有直排、单行排、多行排、斜排、对头直排和对头斜排等多种排列方式。查冲压手册表217，两工件之间按矩形取搭边值B25MM，侧边取A25MM。进料步距为H1025125MM；条料宽度为，查冲压手册表219得，条料宽度偏差02ADB04MM，冲裁件垂直于送料方向的尺寸为D35MM，则MMMAB04040532312搭边值的确定搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或影响送料工作。搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损。表51给出了钢（005025）的搭边值。CW表31搭边值和侧边值圆件及R2T圆角矩形边长L50矩形边长L50或圆角R2材料厚度T工件间距1A侧边距A工件间距A侧边距1A工件间距1A侧边距A025以下182022252830第三章计算冲裁压力、压力中心和选用压力机1702505121518202225050810121518182008120810121515181215101215181920162012152022202220251518202222252530182222252528303522252528283235402528253232354050303535404045501206T07T07T08T08T09T资料来源模具设计与制造第二版张荣清主编搭边值通常由经验确定，表31列出的搭边普通冲裁时经验数据之一。根据制件厚度与制件的排样方法查表31得两制件之间搭边值20MM可取1A30MM；侧搭边值A25MM可取为A30MM1A送料步距的确定按照公式AD311A式中D平行于送料方向的冲裁件宽度冲裁件之间搭边值1A根据公式51得AD60363MM1条料宽度的确定按照无侧压装置的条料宽度计算公式3202BALB式中B条料宽度基本尺寸；L条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸；A侧搭边值，查表31；广东石油化工学院本科毕业设计论文金属垫片的冲压模具设计18条料下料剪切公差；表32条料下料宽度偏差表条料宽度MM条料厚度MM50501001002002000505071005101010310101015410101020资料来源模具设计与制造第二版张荣清主编表33条料与导料板之间的间隙0B无侧压装置有侧压装置条料宽度材料厚度T/MM101002002003001010010506105080150810105080资料来源模具设计与制造第二版张荣清主编根据零件图查表32确定条料公差及条料与导板之间的间隙10。由式52得02BALB018326016313材料利用率的计算在冲压零件的成本中，材料费用约占60以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。衡量排样经济性的重要指标是材料的利用率。冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率。材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率来表示第三章计算冲裁压力、压力中心和选用压力机19（33）10BHNA式中材料利用率（）；N冲裁件的数目；A冲裁件的实际面积MM2，包括工件面积与废料面积；B条料宽度MM；H送料进距MM计算冲压力与压力中心,初选压力机计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力FP一般可以按下式计算（34）BLTPF式中材料抗拉强度（MPA）；BL冲裁周边总长（MM）；T材料厚度（MM）板料规格选用0510002000MM；1采用纵裁时每板的条数N11000/4025条余零每条的工件数N22000/125160件余零每板的工件数NN1N2251604000个利用率为40001035/10002000100702采用横裁时每板的条数N12000/4050条余零每条的工件数N21000/12580件余零每板的工件数NN1N250804000个利用率40001035/1000200010070经计算横裁纵裁时板料利用率相同都为70,故采用横裁或纵裁都可以排样方式（图31）所示广东石油化工学院本科毕业设计论文金属垫片的冲压模具设计20图31排样32计算冲裁力、卸料力冲裁力是指冲裁过程中的最大剪切抗力，计算冲裁力的目的是为了合理选择压力机和设计模具。冲裁时，工件或废料从凸模上卸下来的力叫卸料力，从凹模内将工件或废料顺着冲裁的方向推出的力叫推件力，逆冲裁方向顶出的力叫顶件力。查表得材料Q235的抗张强度为B400MPA落料尺寸L190；冲圆形孔尺寸L2942，冲方形孔尺寸L3321落料力F落L1TB900540018103N2冲孔力F2L2TB942054001884NF3L3TB32054006400NF冲F2F38284N3冲孔推件力F推NK推F冲查表计算N16K0045F冲8284NF推16004828459645N4落料时的卸料力F卸K卸F落00318103540N冲床总压力F总F冲F推F落F卸32789103N第三章计算冲裁压力、压力中心和选用压力机2133确定模具压力中心冲裁力合力的作用点称为冲模的压力中心。在进行冲模设计时，必须使模具的压力中心与压力机滑块中心重合，否则冲压时会产生偏载，导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的使用寿命，严重时甚至损坏模具和设备，造成冲压事故。所以，冲模压力中心的准确确定，在模具设计中起着至关重要的作用。计算出各个凸模的冲裁周边长度L13143942MML2252316MML3L216MMX145639MMX25381025235MMX381025155MMY1Y2Y315MM对整个工件选定X、Y坐