落料模冲压模具设计论文

第 1 页 共 16 页 摘 要 本文主要介绍了落料模冲压模具设计的全过程，经工艺分析、工艺计算，确定了该设计工艺流程及冲模结构形式。同时对所设计的模具分别进行了分析说明，整个过程采用 件绘制模具的二维装配图和个别零件图。 关键词：冲压模具 ,工艺分析 ,工艺计算 , 冲压 第 2 页 共 16 页 目 录 第一章 概论 4 课题来源、目的、意义 4 我国模具市场发展 情况 4 第二章 模具设计及计算 7 冲模制造的过程 7 零件及冲压工艺分析 及计算 7 具总体设计 12 案确定 12 具主要零件设计 12 小结 16 参考文献 17 第 3 页 共 16 页 第一章 概 论 模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺设备。模具工业是国民经济的基础工业。 现代模具行业是技术、资金密集型的行业。现代模具是高技术背景下的工艺密集型工业 , 是高技术人才密集型行业。它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务。由于模具生产要采用一系列高新技术，如算机网络技术、激光技术、逆向工程 和并行工程、快速成形技术及敏捷制造技术、高速加工及超精加工、微细加工、复合加工、表面处理技术等等，因此，模具工业已成为高新技术产业的一个重要组成部分。 模具技术水平在很大程度上决定于人才的整体水平，而模具技术水平的高低，又决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，因此模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。 我国模具工业近年来发展很快，据不完全统计， 2004年我国模具生产厂点约有 3万多家，从业人员 80万人， 2005年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满， 模具销售额 610亿元，比 2004年增长 25%，同时 ,中国的模具生产技术有了很大的提高 , 模具生产水平有些已接近或达到国际水平。 2005年模具进口达 上一年增长 这说明高技术含量模具仍远远满足不了国内市场需要。 2005年中国模具出口 比上年增长 2005年进出口之比为 1，比 2004年的 更趋合理。 2005年我国模具进出口总量 出口相抵后的净进口达 净进口量较大的国家。 2006年中国模具工业仍会有较大增长，技术含 量高的模具仍为国家发展重点 . 题来源、目的、意义 本课题是为机械系出的课题 “ 模板冲裁模具设计 ” 。利用 计全部模具零件，完成装配；利用各种参考资料，学习并计算出可行的尺寸，确定了工艺参数等。所设计的模具冲出的工件名称是模板（ 5）。模板（ 5）：材料 45号钢，料厚 具技术的发展现状 模具不是批量生产的产品，它具有单件生产和对特定用户的依赖特性。就模具行业来说，引进国外先进技术，不能采用通常的引进产品许可证和技术转让等方式，而主要是引进已经商品化了的 进国外模具先 进制造理念、引进国外模具先进制造人才，利用中外模具联合设计、聘请国外专家等途径发展自己的民族模具工业等。模具的 及面广、集多种学科与工程技术于一体，是综合型、技术密集型产品。现代化的模具要实现数字化设计、数字化制造、数字化管理、数字化生产流程，没有模具的数字化，就没有现代模具。模具的 要的工作是后续对于 第 4 页 共 16 页 引进的软件进行二次开发，模具人才自然也肩负着软件的推广、软 件的二次开发工作，从这个角度来看，模具高技术人才还扮演着对模具相关领域的研究与再设计的角色。 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅猛发展，冷冲技术及模具不断革新和发展，主要反映在以下几个方面： 术 模具 术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及 术的条件已基本成熟，各企业将加大 术培训和技术服务的力度；进一步扩大 算机和网络的发展正使企业、跨院所 地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、 家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速 安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的 于模具制造业的 “ 逆向工程 ” 。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在 “ 十五 ” 期间将发挥更大的作用。 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样 )，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具 加工中应用。预计这一技术将得到发展。 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到 30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。 能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 第 5 页 共 16 页 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘 ；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 我国冲模 80 年代起步，基本上属于低水平重复开发，所需基础软件也靠引进（如图形软件、数据库软件、 件等），缺乏实用和商品化价值；由于人员素质低、不配套，对引进的许多 统缺乏二次开发能力，不能获得显著效益；由于国产计算机不能满足使用要求，大量引进的各种计算机和工作站种类繁多、价格昂贵、硬件维修和软件交流都很困难。至 90 年代初，全国拥有数控加工设备近万台，绝大部分没有配备自动编程系统，机床利用率极低。针对 上述情况，我们认为应首先在现有数控机床上广泛采用自动编程，减少手工编程，提高数控设备的开工率。下一步工作应加强直接 术 应用几何程序，生成所需数据和指令。计算机辅助设计方面，应努力完善标准化、规范化，提高模具零部件的标准化程序，提高国产计算机的功能，抓紧人才培训，特别是在模具技术人员中普及计算机知识，加强软件的二次开发能力；建立只能数据库和专家系统，制止盲目引进；分工合作，大力开发适合中国国情的 统 。 模具是制造业的重要工艺基础，中国虽然很早就开始设计制造模具但长期未形成产业。直到 20 世 纪 80 年代后期，中国模具工业才进入发展的快车道，中国模具产量已位居世界第三，模具所被所有的领域也越来越广。世界模具向着很好的趋势发展 一、模具日趋大型化。二、模具的精度将越来越高。 10 年前精密模具的精度一般为 5微米，现已达到 21微米精度模具也将上市。三、多功能复合模具将进一步发展。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，对钢材的性能要求越来越高。四、热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。 五、随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工 艺的模具也将随之发展。六、标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。七、快速经济模具的前景十分广阔。八、随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。九、以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。十、模具技术含量将不断提高。中国模具也虽然发展迅速但是与需求相比，显然是供不应求，其主要是 缺口集中于精密、大型、复杂、长寿模具领域。中国在模具精度、寿命和制造周期及生产能力方面与国际平均水平和发达国家仍有较大的差距，国内主业模具厂是 “ 大而全 ” 、 “ 小而全 ” 的组织形式，而在国外模具企业是 “ 小而专 ” 、 “ 小而精 ” 。因而发现了中国模具业的四大弊病： （ 1） 、体制不顺、基础薄弱 （ 2） 、科研开发及技术攻关方面投入太少 （ 3） 、工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低 （ 4） 、模具材料及模具相关技术落后 第 6 页 共 16 页 第二章 模具设计及计算 冲模制造的过程 冲模制造的过程，主要包括冲压件分析估算、模具图样设计、 编制模具制造工艺规程、生产组织准备、模具零部件的加工和热处理、模具的装配、调试及检验与包装等内容。 析估算 在接受模具制造的委托时，首先根据冲压件图样或实物分析研究采用什么样的成形工艺方案，继而确定模具套数、模具结构及模具主要加工方法，然后估算模具费用及交货期等。 具图样设计 模具图样设计是模具制造过程中最关键的工作，通常由技术部门完成。模具设计图样一般包括模具结构总装图和模具零件图，图样中除应有的结构形状、尺寸、精度、表面粗糙度以外，还需提出必要的技术要求，如零件材料、热 处理及加工、使用等方面的要求。模具图样一旦确定，就成为生产的法规性技术文件，无论是模具原材料的准备、加工工艺的制定，还是模具的装配与验收等，都以此为准来进行工作。 定加工工艺规程 确定凹模尺寸，在计算出凹模的刃口尺寸的基础上，再计算出凹模的壁厚，确定凹模外轮廓储存，在确定凹模壁厚时要注意三个问题。第一要考虑凹模上螺孔、销孔的布置；第二应使压力中心与凹模的几何中心基本重合；第三应尽量按国家标准选取凹模的外形尺寸。根据凹模的外轮廓尺寸及冲压要求，从冲模标准中选出合适的模架类型，并查出相应标准，画出 上、下模板、导柱、导套的模架零件。画冲模装配图。画冲模零件图。编写技术文件 。 部件加工 按照零部件加工工艺规程或工艺卡片，利用机械加工、电加工及其他方法，分别进行毛坯准备、粗加工、半精加工、热处理及精加工或修研抛光，制造出符合设计图样要求的冲模零部件。 件及冲压工艺分析 及计 第 7 页 共 16 页 本文所设计的冲裁零件是模板件，如图 该冲裁件的材料为 45号 钢是普通碳素钢，具有较好的可冲压性能。该冲裁件的结构简单，并在转角处有 较适合冲裁，零件图上所有未注公差的尺寸 ，属于自由尺寸，可按 由工件图可见，该冲压件外形简单，精度要求不高，仅需要一次冲裁加工既可成型，冲压件为大批量生产，质量轻尺寸小，为简化模具制造过程降低生产成本，因而采用单工序。 本文设计到的冲裁件，排样设计通过查冲压模具设计与制造中，表 先确定工件搭边值 (如下图 )： 工件搭边： a=4件边缘搭边： a =距 S=45+a=49料宽度 B=（ D+2a） =60+2*9裁件面积 A=1200平方毫 米 第 8 页 共 16 页 一个步距的材料利用率 =(A/100%=(1200/69*49)*100%=查板材标准，宜选 900000张板冲出为 224块板（ 559 故每张板材的利用率为： =(n*A/L*B)*100%=(224*1200/*55*69)*100%= 压力与压力中心计算 : 计算压力中心时 ,先画出凹模型口图 ,由图可知 ,由于工件 故压力中心可选为 由于工件在 所以压力中心可选为 计算时忽略边缘 4知冲压件压力中心坐标为 (0,0) 项目分类 项 目 公 式 结 果 备 注 冲压力 冲裁力 F F=10*5*440 =210 =440料力 x=表 x=件力 t=n=h/t=8/5=t=上 ) 总冲压力 o=F+F+F=性卸料 下出件 表（ 1） 作零件刃口尺寸计算 落料部分以落料凹模为基准计算 ,落料凸模按间隙值配制 基本尺寸及分类 冲裁间隙 磨损系数 计算公式 制 造公 计算结果 第 9 页 共 16 页 差 落 料 凹 模 =60(上偏差为 0， 作精度为X=d=( /4 偏差为 +偏差为 0)，相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在 间 =15（上偏差为 0， 偏差为 +偏差为 0） 同上 =30（上偏差为 0， 偏差为 +偏差为 0） 同上 =10（上偏差为 0， 偏差为 +偏差为 0） 同上 工作零件结构尺寸 落料凹模板尺寸 凹模厚度 ： H= 15 （ 查表 = H=0=模边厚度： C ()*H =()*(2.4) 实取 C=25模板边长： L=b+2c=60+2*25=110标准 94：凹模板宽 B=90确定凹模板外形为： 125*125*18(将凹模板制作成薄型形式并加空心垫板 第 10 页 共 16 页 后实取为： 110*14（ 2)凸凹模尺寸 ： 凸凹模长度： L=h+h +h =16+10+24=50(其中 ： h增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等） h 凸凹模固定板厚度 h刚性卸料板厚度 凸凹模内外刃口间壁厚校核：根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为 7据强度要求 查冲压模具设计与制造表 0该凸凹模侧壁强度足够。 模具总体设计 由冲压工艺分析可知，该零件结构简单，知需一次冲裁即可成型。所以选择双立柱冲裁模。 2 0 第 11 页 共 16 页 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料钉初定距，定位销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定的余量，可以靠操作工目测来定。 件方式的选择 因为工件厚为 5毫米，相对薄，卸料力较小，故可以采用刚性 卸料。 方案确定 该冲压件的排样设计完以后，我们要选择一定的冲压设备。冲压设备的选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量，模具寿命、生产效益及成本等一系列重要问题。在选择冲压设备时需要知道模具的总冲压力（如上表（ 1） 选用 在工作台面上制备垫板，其主要工艺参数如下： 公称压力： 块行程： 130 行程次数： 50次 /分 最大闭合高度： 360杆调节长度： 80作台尺寸 （ 前后 *左右 ）： 520*710具主要零件设计 单工序冲裁模：单工序冲裁模又称简单冲裁模，这种冲裁模工作时，冲床每一次行程只完成单一的冲压工序。无导向单工序冲裁模的结构主要有工作零件凸模和凹模，定位零件为两个导料板和定位板，导料板对条料送进起导向作用，定位板是限制条料的送进距离。卸料零件为两个固定卸料板，支撑零件为上模座和下模座等零件组成。此外还有起连接紧固作用的螺钉和销钉等。 该模具具有一定的通用性，通过更换凸模和凹模，调整导料板、定位板卸料板位置，可以冲裁不同冲件。另外，改变定位零件和卸料零件的结构，还可用于冲孔，即成 为冲孔模。无导向冲裁模的特点是结构简单、质量轻、尺寸小、制造简单、成本低，但使用时安装调整间隙麻烦，冲裁件质量差，模具寿命低，操作不够安全。因此无导向简单冲裁适用于冲裁精度要求不高、批量小的冲裁件。 导柱式简单冲裁模是利用导柱和导套实现上、下模精确导向定位。凸、凹模在进行冲裁之前，导柱已经进入导套，从而保证在冲裁过程中凸模和凹模之间的间隙均匀一致。上、下模座和导柱、导套装配组成部件称为模架。这种模具的结构特点是：导柱与模座孔为 H7/ r7/过盈配合；导套与上模座孔也为 H7/主要 目的是防止工作时导柱从下模座孔中被拔出和导套从上模座中脱落下来，为了使导向准确和运动灵活，导柱和导套的配合采用 H7/间隙配合。冲 第 12 页 共 16 页 模工作时，条料靠导料板和固定挡料销实现正确定位，以保证冲裁时条料上的搭边值均匀一致。这副冲模采用了刚性卸料板卸料，冲出的工件在凹模空洞中，由凸模逐个顶出凹模直壁处，实现自然漏料。 由于导柱式冲裁模导向准确可靠，并保证冲裁间隙均匀稳定，因此，冲裁件的精度比用导板模冲制的工件精度高，冲模使用寿命长，而且在冲床上安装使用方便。与导板冲模相比，敞开性好、视野广，便于操作。卸料板不再起 导向作用，单纯用来卸料。 导柱式冲模目前使用较为普遍，适合大批生产。导柱式冲模的缺点是：冲模外姓轮廓尺寸较大，结构较为复杂，制造成本高，目前各工厂逐渐采用标准模架，这样可以大大减少设计时间和制造周期。 刚性卸料板使用于冲压厚度在 上的条料，尤其使用于简单的弯曲模和拉深模。其中有封闭式刚性卸料板、钩形刚性卸料板、悬臂式刚性卸料板等。刚性卸料板用螺钉和销钉固定在下模上，能承受较大的卸料力，其卸料可靠、安全，但操作不便，生产效率不高。刚性卸料板与凸模间的单边间隙一般取 性卸料板的厚度 取决于卸料力大小及卸料尺寸，一般取 5 12 固定挡料销和导正销定位的级进模 其工作零件包括冲孔凸模、落料凸模、凹模。定位零件包括导料板（与导板为一整体）、始用挡料销、固定挡料销、导正销。工作时，始用挡料销限定条料的初始位置，进行冲孔。始用挡料销在弹簧作用下复位后，条料再送进一个步距，以固定挡料销粗定位，落料时以装在落料凸模端面上的导正销进行精定位，保证零件上的孔与外圆的相对位置精度。在落料的同时，在冲孔恭维冲出孔，这样连续进行冲裁直至条料或带料冲完为止。采用这种级进模，当冲压件的形状不适合用导正销定 位时，可在条料上的的废料部分冲出工艺孔，利用装在凸模固定板上的导正销进行导正。级进模一般都有导向装置，该模具是用导板给凸模导向，并以导板进行卸料，为了便于操作和提高生产率，可采用自动挡料定位或自动送料装置加定位零件定位。 推件装置有两种装置，是刚性推件装置和弹性推件装置。刚性推件装置其推件力大，推件可靠，但不具有压料作用；弹性推件装置在冲压时能压住工件，冲出的工件质量较高，但弹性元件的压力有限，当需要较大推件力时其结构庞大。 导向及支承固定零件：对生产批量大、要求模具寿命长、工件精度较高的冲模，一般采用导柱 、导套来保证上、下模的精确导向。导柱、导套的结构形式有滑动和滚动两种。 滑动导柱、导套均为圆柱形。其加工方便，容易装配，是模具行业应用最广的导向装置。导柱的直径一般在 1660之间，长度 032之间。按标准选用时， 合状态），导柱上端与上模座顶面距离不小于 1015，而下模座底面与导柱底面的距离不小于 5。导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合，导套的外径与上模座导套孔采用过盈配合，导套的长度 L 必须保证在冲压前导柱进入导套 10以上。 设计凸、凹模时及其刃口尺寸因区分落料和冲孔， 并遵循如下原则： 第 13 页 共 16 页 1） 凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。 2） 计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件的最大极限尺寸。这样，凸、凹模在磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。 模具磨损预留量与工件制造精度有关。用 x表示，其中为工件的公差值， x 为磨损系 数，其值在 之间，根据工件制造精度选取： 工件精度 x=1 工件精度 x=件精度 x=） 裁间隙一般选用最小合理间隙值（ 。 4） 考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高 24 级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按 来选取；对于形状复杂的刃口，制造偏差可按工件相应部分公差值的 1/4 来选取；对于刃口尺寸磨损后无变化的，制造偏差值可取工件相应部位公差值的 1/8并冠以（）。 5） 体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向单向标注。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。 对凸模、凹模加工时，直接对坯料进行加工，完成板料分离或成形的零件。 模座分带导柱和不带导柱两种，根据生产规模和产品要求确定是否采用带导柱的模座。带导柱标准模座的常 用形式及导柱的排列方式为后侧导柱模座。两个导柱装在后侧，可以三面送料，操作方便，但冲压时容易引起偏心矩而使模具歪斜。因此，适用于冲压中等精度的较小尺寸冲压件的模具，大型冲模不宜采用此种形式。 模柄的作用是