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压延
冲压
工艺
模具设计
模具
三维
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压延圈冲压工艺与模具设计-两套模具-三维图,压延,冲压,工艺,模具设计,模具,三维
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摘 要本次设计的工件为压延圈，其主要的工序有落料、拉深、冲孔、翻边工序。零件尺寸加工要求较高，且需要大批量生产，因而采用复合模具生产。首先,通过查阅相关资料，了解模具制造的重要作用，以及在加工过程中的基本要求；在压力机作用下，金属材料在压力作用下发生变形，同时产生较大的变形，在模具的限制下，材料被挤压生我们所需要的尺寸和形状；生产制造过程中，使用模具制造能够有效的提高生产质量，同时降低技术成本，且能够提高生产效率。因此，对模具尺寸结构的设计、以及加工工艺的改进变得极其重要。压延圈，是一种模具冲压件，且带有凸缘，其加工过程主要分为下料以及拉伸两个主要过程。分析其结构特征，得到该零件适合落料，但对拉伸的要求较高；需要考虑拉伸的系数以及判断拉伸是否成功，因此本文对此进行了重点研究；对模具进行结构设计，能够改善产品加工质量，提高生产的效率，对大批量生产具有主要的作用。关键词：模具设计；冲裁件；压延圈AbstractThe work piece is designed as a rolling ring. The main processes include blanking, drawing, punching and flanging. Parts size processing requires higher requirements and needs mass production, so compound mold production is adopted. First, by consulting relevant information, we know the important role of mould manufacturing and the basic requirements in the process of processing. Under the action of press, the metal material is deformed under the action of pressure and produces larger deformation. Under the restriction of the mold, the material is squeezed to produce the size and shape we need. During the manufacturing process, the use of mold manufacturing can effectively improve the quality of production, while reducing technical costs, and can improve production efficiency. Therefore, it is very important for the design of mold size and structure and the improvement of processing technology.The rolling ring is a kind of die stampings, with flange, and its processing is mainly divided into two main processes: blanking and stretching. The structural features are analyzed, and the parts are suitable for the blanking, but the requirements for the drawing are higher. The coefficient of drawing and the success of the drawing are considered. Therefore, the key research is made in this paper. The structure design of the die can improve the quality of the product, improve the efficiency of production, and have a large quantity of production. The main role.Key words: die design; blanking parts; calendering ringIII目 录前 言4第一章 绪 论61.1选题目的与意义61.2国内外研究现状61.2.1国外研究现状61.2.2国内研究现状61.2.3冲压模具的研究发展趋势71.3有限元分析及软件介绍71.3.1有限元分析与冲压模具发展的影响71.3.2冲压成形数值模拟研究与发展趋势71.3.3 Autoform软件介绍71.4弯曲件成形及回弹81.4.1弯曲件成形数值模拟81.4.2回弹模拟81.4.3局部卸载回弹92 压延圈零件工艺分析102.1 压延圈零件分析102.2塑件材料特性102.2.1特性102.2.2处理工艺112.3 材料成型性能112.4确定冲裁工艺方案113 压延圈冲压模具设计133.1 毛坯尺寸参数的计算133.2 计算拉深次数153.3 搭边参数的确定163.4 排样方式163.5 步距与条料宽度163.6 计算材料利用率173.7 压力机的选择和成型部件的计算173.7.1 计算冲压力与压力中心，选择压力机173.2.2 计算压力中心193.8校核冲压设备基本参数193.8.1模具闭合高度校核193.8.2 冲裁所需总压力校核203.8.3模具最大安装尺寸校核203.9 计算凸凹模刃口尺寸203.10 模具零部件结构的确定213.10.1拉深凸模结构的设计213.10.2 凹模结构的设计213.10.3 凸凹模的的结构设计223.10.4卸料装置233.10.5 模架及其它零件的选用243.10.6 紧固件的选用243.11 落料拉伸模具装配图244 冲孔翻边模具设计254.1计算各工序压力、选用压力机254.2 刃口尺寸计算的基本原则264.3 刃口尺寸的计算274.4 翻边凸、凹模尺寸计算284.5 工作零件的设计与计算294.5.1 外形尺寸计算294.5.2 冲孔凸模的结构设计304.5.3 翻边凸凹模的结构设计304.6 工作零件材料的选用314.7 卸料部分的设计324.8定位零件的设计324.9 模架及其零件的设计324.10导柱、导套的选用334.11上、下模座的选用344.12 紧固件的选用344.13 冲孔翻边模具装配图345 模具装配与制造355.1 冲压模具制造技术要求355.2 加工要求35总 结36参考文献37致 谢39前 言科技的发展提高了产品的加工工艺，同时也要求产品具有更高的生产质量。冲压件作用最为常见的零件类型之一，在生产制造中占有很高的比例，对其加工工艺以及产品质量也提出了更高的要求；随着中国制造“2025”计划的不断践行，我国的制造技术也一步步飞速向前发展，朝着智能化、高速化的方向不断改变；计算机科学的不断进步以及先进制造技术的不断发展更是促进了制造业的蓬勃发展；调查显示：中国冲压件的数量不断上升，冲压模具技术不断提高，经过不断的努力发展已经跃居世界第三，制造水平维持在世界先进水平前列1。 在加工制造过程中，通过实验的方法来提高生产质量，从而保证产品的加工质量；一般情况，采用类似冲压的实验对其进行验证，从而提高产品质量，保证合格率。 模具加工精度以及结构特征直接决定了产品的形状和质量，同时，模具的制造工艺、使用寿命以及可靠性直接决定冲压件的成本和质量；模具开始周期直接决定了产品的生产周期2。模具的合理使用能够有效提高冲压件的生产效率，通过合理的改进模具的结构特征能够有效提高冲压件质量；通过模具座、支架、导向装置等的标准化、简化模具、多工位加工、复合结构、以及快速切换装置等能够有有限缩短模具制造时间，提高产品质量；同时能够实现大批量生产与小批量上产的通用化。冲压设备的主要加载方式为机械加压，也就是通过机械的方法，例如压力机等装置提压力，对于较厚的板件一般采用水压机加工施压。现代设计一般采取多方位的高速压力机，合理的开卷、校平装置、收料机构、运输装置等配置机械，以及模具库、快速换模等辅助装置的控制，都可以通过计算机程序控制来实现，能够形成生产效率较高且能够自动化生产的线路。如果要在短时间内生产几十个或几百个冲压件，同时要求高速的完成输送板料、冲压件、零件、废料处理等工序，经常会产生制造人员、机械装置等人员以及机械设备的不安全事故安生。所以，冲压生产中的制造过程中，安全、可靠的生产过程变得尤为重要2。 模具在现代生产中占有十分重要的地位。在多个领域都具有重要的应用价值，例如，铸锻造加工、塑料生产、玻璃加工、冶金制造、陶瓷制造等领域。在一些发展快速的国家，模具的生产带来的价值远远超过了机床加工带来的效益。总产量超过机床工业的总价值。在这些国家，模具已经能够成为一个单独的行业进行生产制造。近年，中国制造技术的不断提高也加速了我国模具行业的不断进步，伴随着中国制造2025计划的深入实施，模具制造更是朝着智能化，快速化、高效化等方向不断的发展3。在压延圈该设计中，模具制造主要用于落料以及拉伸两个方面，模具的加工制造要符合冲裁件的加工要求，例如，对于不同材料需要选择合适的模具材料作为制造材料，另外模具的尺寸和形状的精度直接决定了加工零件的质量，因此需要对压延圈模具的材料以及结构进行合理的加工设计，从而保证加工质量。同时，冲裁时间的长短直接决定了冲裁件的加工精度，通过设置合理的时间，能够保证冲裁件质量。同时需要对模具的材料进行合理的选择，从而提高产品质量，缩短模具的制造时间。在模具设计中，一方面，要满足零件的使用性能，另一方面又要保证其具有良好的加工性。本设计主要根据产品加工的加工环境，以及拟完成的产品加工任务，来确定模具的机构特征，模架为后柱模形式，凹模采用孔形凹模，能够一次性高效的完成全部加工任务，提高了产品的加工效率。考虑到相关的设计知识，以及产品的使用场合、外形特征等因素，我能够将学到的知识有效的利用在产品的设计制造中，通过对该模具的加工设计，让我对冲压模具的设计有了更深的理解。通常模具的的加工精度直接反映了产品的质量，因此必须保证产品具有可靠的精度，在使用过程中要及时发现问题，同时要合理的模具进行维护。本文通过对模具的结构特征进行分析，提出了模具的选型方法，同时对模具加工中需要的载荷进行了分析计算，并且选择了合理的冲压机；同时对模具设计中的两个重要的过程，落料和拉伸进行了分析研究，设计了复合模具的主要结构，对于落料和拉伸凹凸模具进行了结构分析和设计，对其结构尺寸进行了合理的分析计算，确定了其整体结构特征。本文通过合理的结构设计以及可靠的分析计算，使得设计的模具能够广泛的适用于较大零件的加工制造，同时能够适用于结构复杂的冲压零件，通过分析时间，采用了合理的结构设计，提高了产品的质量。通过对模具的分析设计，能够对传统的分模设计进行改进，提高了产品质量。第1章 绪 论1.1选题目的与意义本课题来源于某公司的研究项目之一。近几年模具行业的发展十分迅速，无论是企业还是个人对于模具的加工和设计能力都在不断提高。本次设计的胶片压圈零件相比较其他的冲压件来说结构并不复杂但是模具要求比较严格，所以其模具设计、冲压工艺相比于其他模具而言有其独特的工艺特点。从冲压工艺的角度考虑，胶片压圈零件相比其他冲压件有以下几个特点，材料薄、结构复杂、结构尺寸一般，零件复杂。合格的冲压零件其评判标准之一就是工艺性是否合理。我国对于冲压模具设计要求越来越高不单单看性能是否可靠，结构是否合理还要看生产的零件件的外观和质量。本课题是模具制造的典型课题之一，既考验了模具的工艺性，对模具、材料和自动化也有深入的把握。本课题涉及到冲压模具的工艺性分析，设计冲压工艺方案，设计冲压模具等等。目的是通过对汽车顶盖的模具设计，将大学课程所学习的模具设计、机械设计、工程制图等课程与本次设计相结合，把在学校学习的理论知识和实践完美融合。通过这次毕业设计来提高自己的综合设计能力，掌握一定的自主解决模具问题的能力。同时，对自己绘画二维图所运用的CAD软件。1.2国内外研究现状我国模具工程学科的发展经历了一个对外引进学习到自主研发的漫长过程。主要对模具的设计与加工智能化这几个方面，系统的阐述了国内外模具工程领域的发展进程10。1.2.1国外研究现状冲压模具各项性能的研究在国外比较早，1972年德国某公司对冲压模具进行了大部分的试验31，通过了该实验得到模具的很多重要的参数。2002年国外某公司，针对了冲压零件也进行了大量的试验。对比检测模具的各种数据，更加完善了世界的冲压模具的设计水准11。1.2.2国内研究现状国内对于冲压模具的研究起步较晚，相比于国外的发展水平我们是学习并改善。在近几年的冲压模具设计中我国也是进行了相似的试验，在前人的基础上更加直观的理解模具设计中的各项性能指标29。就比如上汽集团对冲压零件进行了有限元分析，并且得出对于车身侧围部件和顶部部件的敏感度分析，找出了6个影响力最大的零件，并优化了计算算法，提高了车门的抗挤压能力。等等一系列的试验，在我国人才辈出的时代，对于冲压模具的设计与发展也是不断创新与进步的。1.2.3冲压模具的研究发展趋势国内外模具品质的研究虽然取得较大进展，但是对于大规模广泛的研究需求还有一段距离。现在冲压模具领域对于人才的需求、迫切需求有效的建模手段、选择有效的分析参量等等。而现在汽车的概念设计和技术设计都会融入一种新的概念，声品质因素12。同时现在在模具设计当中引进了有限元分析，尤其是对较为复杂的零件进行分析的话能够大大提高模具的设计质量，下面对模具的有限元分析进行简单的介绍。1.3有限元分析及软件介绍1.3.1有限元分析与冲压模具发展的影响随着我国工业水平的不断提高，在汽车领域，计算机辅助已经与汽车开发密切相关。对于汽车数字化开发有着重大的意义，现代汽车企业不仅仅重视于汽车的设计和制造，更多的也关心汽车生产的效率。而数字化的开发解决了汽车试验的反复操作，从而更有效率的生产与制造。比如冲模系统在CAD中的研究，其中包含的模具设计与结构有很多，级进模，复合模等等。CAD系统可以以模块化形式出现解决很多灵活性不足的问题1326。传统的冲模设计智能化较低而运用JAVA语言结合CAD软件可以开发出更有效的设计方案25，从而推进有限元与冲压模具设计的结合。1.3.2冲压成形数值模拟研究与发展趋势板料冲压成形是一种很重要的工业技术，广泛运用于汽车家电等零部件上。其利用金属板料在固体状态下的塑形进行塑形形变，从而得到合理的尺寸。尤其是汽车零件多形状复杂，材料薄15。板料成形仿真技术在60年代中后期开始流行。经过不断地改进，在80年代前期对于复杂的覆盖件模拟实验中开创了有限元数值模拟技术16。1.3.3 Autoform软件介绍Autoform软件求解方法一般是采用隐式积分方法，可以采用较大的时间步长。同显式积分算法相比精度可靠。但缺点是在增量中，有时候可能会形成稀疏刚度矩阵，这时就需要进行平衡，但还会存在迭代收敛的问题。通过在软件PAM-STAMP 2G弹性冲压汽车车身面板的形成30。为了解决迭代收敛的问题，我们需要将收敛加快，Autoform软件采用非线性方程组解耦算法。这种处理板料流动形状的算法有以下几个优点：每个节点在计算非线性材料流动迭代时，沿板料切向的自由度一般情况下是一到三个。但一般的壳单元每个节点只有六个自由度。而线性方程直接求解的计算量跟自由度的三次方成正比。在解耦计算之后，只考虑板料位置刚度较高的膜自由度，忽略较低的膜自由度。从而节约了计算时间，可以较完整地体现材料流动过程。1.4弯曲件成形及回弹1.4.1弯曲件成形数值模拟近年来板料成形计算机辅助技术取得了很多的成就，而其主要涉及单元技术、网格划分等等17。单元分为膜元、壳元、实体元。弯曲件变形中的回弹和起皱问题膜元无法避免但是他的计算效率比较高。壳元计算量最大，可以模拟板料成形中遇到的问题。壳元综合了前两者的优势，现在技术中应用较广。在以前网格划分需要消耗巨大的工作量，人们为了精度和便捷的两者需求，将已有的三角形单元网格合并成四边形单元网格。这是现在比较快捷方便的网格划分方法18。1.4.2回弹模拟因为零件取决于最终的成形回弹量，所以模具设计中回弹是考虑的关键因素19。我国的工业发展进行中对薄壳的精度要求越来越高，使得回弹量在模具设计中成为重点问题。回弹现象的主要表现是切边回弹、整体卸载回弹、局部卸载回弹20。当回弹量超过一定额度时，就会变成成形缺陷。利用有限元分析软件进行回弹模拟可以有效的避免变形松弛等现象。切边实质是内应力卸载回弹问题，切边处理是零件制造的最后一步。有限元模拟的技术关键在于切边处的网格划分、等效切边的边界节点力的计算及切边回弹模拟。整体卸载回弹分为有模法和无模法。无模法一般用增量法求解，在确定无模法后应该将回弹视为弹性形变的过程。将零件与模具分离，从而将终了状态的接触条件转化为反向力学边界条件。有模法可以模拟实际的回弹过程，回弹计算相当于成形计算，计算的时间比无模法长。1.4.3局部卸载回弹局部卸载回弹是由于局部内应力松弛造成的弹性恢复现象。主要结合过程模拟进行，对成型模拟的影响不大。区域积分点的弹性状态，一般是因为局部卸载现象的发生。局部卸载时会发生反向加载过程，这时，反向加载的软化是要重视的。2 压延圈零件工艺分析2.1 压延圈零件分析本设计的研究对象是压延圈，其主要材料为10钢，材料的厚为1.5mm，是形状规则的方体零件，且需要大批量生产。如图2-1所示。生产批量:大批量材料:10钢料厚:1.5mm图2-1 压延圈结构1. 零件材料：为了保证零件的可靠性，需要对材料进行退火处理以提高其机械性能，便于加工制造。2. 尺寸要求：对于未标注公差的，其公差等级取IT14。3. 零件结构尺寸：零件价格合理，且对称分布，因此能够提高材料利用率，并且能够方便实现落料以及拉伸工艺的实现。4.落料与拉深本文研究的零件为方形零件，且带有凸缘，其尺寸要求为内部尺寸，其形状简单，符合一般的拉伸工艺要求；经过分析研究，其底部圆角设置为，且满足其加工制造要求，其公差等级为IT14，同时符合相关标准的要求。2.2塑件材料特性2.2.1特性10钢是一种常见的不锈钢材料，具有良好的耐热性，因此广泛的应用于生活、生产制造等各个领域，例如，食品加工设备、化学生产设备、能源设备等，同时该材料具有良好的耐低温特点，并且不易被磁化。10钢能够抵抗焊接带来的腐蚀，同时能够耐酸耐碱，且不易被氧化等。2.2.2处理工艺热处理条件：固溶，温度，高速冷却。金相结构：主要为奥氏体结构。由于该材料镍的含量较高，因此在常温下，其金相为单向组织，主要结构为奥氏体，因此能够在强酸碱环境下保持结构的完整，同时其具有较好的加工性能，能够耐腐蚀，具有良好的焊接性能，该材料的主要缺陷为其强度较小，因此不便进行切削等加工工艺的实施，同时由于本身结构特征，且不能对其性能进行热处理，但可以通过耐腐蚀性的提高来改善其热处理性能。2.3 材料成型性能10钢机械性能优良，例如能够耐强酸碱，且能够在高温下保持其结构特征，另外具有良好的加工性能，便于进行各种工艺的实施，且不易被磁化。力学特性：拉伸强度：屈服极限： 伸缩率： 断面伸缩： 硬度：2.4确定冲裁工艺方案通过对零件的加工特性进行研究，主要包括落料和拉深等工序，根据其不用的加工顺序可以确定其加工方案如下：（1） 落料拉深冲孔翻边；单一模冲压；（2） 落料拉深复合冲压；冲孔翻边复合模具制造；（3） 分级冲压，四道工序连续进行； 方案（1）为单一模具加工，在每一次冲压过程中完成一道工序，但由于其采取分步形式，因此不适用于大批量生产，同时操作具有一定的危险性，因此本文不采取该方案；方案（2）为复合加工，即同时对零件的某一部位进行多次加工处理，由于采用了复合的模具结构能够减少模具使得使用数量，简化了模具结构，同时提高了生产的精度，避免了多个模具带来的积累误差，另外提高了零件的加工质量，保证了产品的可靠性，故本文选取该方案作为加工方法。方案（3）为分级加工，具有高效、快速等特点，由于模具本身的加工制造特点，使得其制造成本较高，同时为了满足加工精度要求，需要在模具上开设导向机构，故其结构复杂。综上所述，本文采取方案（2）作为冲压方案。3 压延圈冲压模具设计3.1 毛坯尺寸参数的计算 由图3.1可知零件为带凸缘零件，高度为20mm，直径凸缘直径可知，查冲压手册可知R=1.8mm。由于成型零件为规则的圆形件，但零件的拉伸形状较为复杂，如果直接通过计算来求取零件的展开形状会非常的困难，所以我们可以先对零件进行三维造型，然后通过软件分析来获得胚料的形状。图3.1 冲压件三维造型图3.2 零件展开分析通过对零件的展开分析，可知压延圈展开形状如图3.3所示：图3.3 零件展开形状由于零件的加工方案为先落料拉伸再冲孔修边，所以零件工序形状如图3.4所示：图3.4 零件落料拉伸后形状图3.5 零件冲孔翻边后的形状3.2 计算拉深次数拉深的变形程度中，必需保证使毛坯在变形过程中的应力能充分利用材料塑性，也不超过材料的变形极限。即必须保证极限变形强度。拉伸后的零件形状如图2.1 我们可以通过理论计算的方法确定极限拉深系数。即在危险断面上的抗拉强度与在传力区的最大拉应力相等，就可以求出最小拉深系数，即为极限拉深系数。在现实生活中，极限拉深系数值通常是在一定的拉深条件下用实验的方法得到的，通过查表来确定极限拉深系数。零件的总拉深系数为 根据: 由冲压手册查得 m=0.48由冲压手册查得因为最大相对高度0.84大于凸缘的相对高度0.17，且最小极限拉深系数0.48小于实际拉深系数0.7，进而拉深可以一次拉深就完成。3.3 搭边参数的确定 进行复合模设计时，首先要对条料的排样图进行设计。由于零件的胚料为圆形材料厚度为1.5mm,查冲压手册的搭边值表可知零件的额间隙搭边a=1.0mm；侧搭边值。3.4 排样方式排样可以分为:直排、斜排、直对排以及混合排等方式，在实际的设计过程中，应根据所要设计模具制件形状等参数进行综合考虑。分析零件的设计要求，应采用单直排方式，零件的一种排样方式如图3.4所示。图3.4 零件排样图3.5 步距与条料宽度1.步距指的是一次冲压过程种，条料向前移动的距离，其大小为排样沿送进方向上，两个彼此相邻毛坯间的最小距离。步距公式为： A=c+a （3-6）其中 A-冲裁步距c顺着条料移动方向，毛坯外轮廓的最大宽度值a-沿送进方向的搭边参数计算该零件的步距大小为： A=222+1.0=223mm2 .条料宽度 条料宽度按下式： （3-7） 其中：为冲裁件宽度方向的最大尺寸。为冲裁件侧搭边。为条料偏差，查冲压手册可知。B-A=(222+21.5)0-0.5=225-0.53.6 计算材料利用率条料宽度： 冲裁件面积A=35590.32一个步距距的材料利用率： 式中一个布距内冲裁件数目 冲裁件面积 条料宽度 布距3.7 压力机的选择和成型部件的计算3.7.1 计算冲压力与压力中心，选择压力机1.冲裁力：根据零件图可算得一个零件内外周边之和L=697.43，b=245300MPa，取b=280MPa，料厚t=1.5，取K=1.3，则 F=KLtb=1.3697.431.5280N=380.79kN 2.卸料部分计算其卸料力大小为：Kx 查 查冲压手册取0.053. 拉深力分析 零件的设计采用浅拉深，故参考有压边圈的筒形近似分析计算。有： F拉=Kdtb 式中 F拉 拉深力（N）； d 拉深件外径参数，d=155.6mm； t 材料厚度参数，mm b 材料的抗剪强度（MPa），b=400MPa； K 系数。查表4得 K=1.3； 拉深力则为： F拉=1.33.14155.61.5400381.1kN 4.压边力如果压边力比较大会导致零件被拉裂，如果压边力比较小会导致零件的边壁有褶皱，所以要采用合适的压边力是非常非常必要的的。 查冷冲压模具设计指导表426可知： D毛坯直径（mm） d冲件的外径（mm） q单位压边力（M Pa） 这里q的值取3.0。所以 = 则零件所需得冲压力为因此可选压力机型号为J23-100。其主要技术参数如表3-4所示：表3-4技术参数 型 号 JN23-100公称力 KN1000滑块行程 mm130行程次数 min-150最大封闭高度 mm400封闭高度调节量 mm90滑块中心至机身距离 mm300工作台板厚度 mm100立柱间距离 mm400工作台至导轨间距离 mm540工作台尺寸前后 mm560左右 mm850工作台孔尺寸前后 mm230左右 mm420直径 mm300滑块底面尺寸前后 mm310左右 mm380模柄孔尺寸直径 mm60深度 mm753.2.2 计算压力中心零件外形结构属于对称结构圆形，因此可以认为该零件的压力中心位于其外形几何中心线的交点处。即为零件的圆心。3.8校核冲压设备基本参数3.8.1模具闭合高度校核模具闭合高度Hm是描述模具处于最低工位时，其上模与下模相距的参数。模具正常工作条件时，要满足模具与冲床的闭合高度之间相互配合，且参数要在冲床的闭合高度范围之内，其关系如下所示： Hmin10HmHmax5模具闭合高度：Hm=H上模座H垫板H凸模固定板H凸凹模固定板H下模座=351.5 选择最大闭合参数为400，最小闭合参数为400-90=310的压力机，因此所设计的模具的闭合高度参数位于压力机的最大与最小闭合范围之内。3.8.2 冲裁所需总压力校核由前面分析可知F=839.39KN，所选压力机的标准压力大小为P=1000KN由式 P1.11.3F=1.1839.39KN=923.33KN故所选压力机满足设计生产要求。 3.8.3模具最大安装尺寸校核模具安装时，最大尺寸参数为620425，而选用的压力机工作面参数为850560，因此可以满足本次模具的安装要求。3.9 计算凸凹模刃口尺寸进行模型刃口参数分析计算时，要对零件的加工工艺，模具的装配过程进行综合考虑。结合模具设计要求，模具的外形比较简单，因此加工过程也不复杂，这种情况可以采用线切割加工的方式，分别对落料凸模、凹模、凸模及卸料板等零件，而通过这种加工方式可以很好的保证所加工零件的同轴度等机械参数，这使得模具的装配工作容易进行。在分析刃口参数时分别计算。（1）落料件尺寸的基本计算公式为查阅机械设计手册得凸、凹模最小间隙Zmin=0.132mm，最大间隙为Zmax=0.18mm，凸模制造公差，凹模制造公差参数为。将以上各值代入校验是否成立，经校验分析，不等式成立，所以可按上式确定工作零件刃口参数。 即 ： 式中因数由冲压工艺学表2-13查得：，=0.45按IT12级选取。（2）落料时的凸模就是拉深时的凹模拉深时的单间隙Z=（11.05）t=11.05mm 取Z=1.5mm，确定拉深时的工作部分参数3、在拉深的时候，拉深凹模和拉伸凸模的单边间隙用来确定凸凹模制造公差，选取IT精度为12，对于拉深尺寸；，确定，工件的内部尺寸为 3.10 模具零部件结构的确定3.10.1拉深凸模结构的设计用于拉深圆形的孔，由于模具需要在凸模外面装压边圈块，因此设计成直柱的形状，尺寸标注如图3.5。图3.5 拉深凸模的设计3.10.2 凹模结构的设计凹模的刃口形式，考虑到本例生产量大，所以采用刃口强度较高的凹模，即图3.6所示的刃口形式。凹模的外形尺寸，凹模的厚度（）和外径分别为：式中：式中：K有b和材料厚度t决定的凹模厚度系数查表5 B垂直于送料方向凹模型孔壁间最大距离 图3-6 落料凹模的设计3.10.3 凸凹模的的结构设计本模具为复合冲裁模，因此必然还有一个凸凹模。凸凹模的结构图如图3-7所示。进行凸凹模强度的校核计算：凸凹模的最小壁厚参数为: 实际最小壁厚参数为，因此满足强度设计要求。凸凹模的外刃口参数参考凹模的尺寸参数进行配制，并要满足双面之间的间隙在范围内。凸凹模上孔中心与边缘的距离尺寸应满足的公差要求，要比零件图标注的精度等级高级。图3-7 凸凹模的设计3.10.4卸料装置 刚性和弹性的对比：由于刚性卸料装置采用了固定板形式的结构，可以用于对硬度和厚度有一定要求的零件中，应用场合为需要较大的卸料力，且料的厚度不超过3mm的倒装形式的模具结构中。适用于料厚不超过3mm的场合中，且因为压料的效果，其冲件十分平整。卸料板与凸模间隙参数的确定：在弹性压料板对凸模有导向效果时，配合间隙小于冲裁间隙。在落料模、冲孔模、倒装复合模等卸料装置中，多采用此结构。综合考虑设计要求，本文选用弹性板作为卸料装置。3.10.5 模架及其它零件的选用标准模座根据模架类型及凹模同界尺寸选用，上模座：315mm 65mm；下模座：315mm 70mm；模座材料采用灰口铸铁，它具有较好的吸震性，采用牌号为HT200。3.10.6 紧固件的选用上模螺钉：螺钉起联接紧固作用，上模上4个，45钢，尺寸为M12下模螺钉：4个，45钢，尺寸为M12.销钉起定位作用，同时也承受一定的偏移力.上下模各2个，45钢，尺寸为12.3.11 落料拉伸模具装配图通过前面的分析计算设计出压延圈落料拉伸模具的装配图如图3.5所示：图3-8 压延圈落料拉伸模具4 冲孔翻边模具设计4.1计算各工序压力、选用压力机冲孔力：P1 = 1.3dt = 1.33.14631.5280 =108.01KN翻边力：P2 = 1.1ts(d-D0) = 400(145-63) =169.94KN顶件力取翻边力的10%，则 P3 = 0.1169.9416.99KN这一工序的最大总压力: 整个模具总的冲压力：P总=P1+P2+P3=108.01kN+52.31kN+16.99kN=177.31kN当拉深行程较大，特别是采用落料,冲孔，翻边复合模时，不能简单地将落料力和翻边等迭加去选择压力机，因为压力机的公称压力是指在接近下死点时的压力机压力。因此，压力机的压力曲线，如果不注意压力曲线，很可能由于过早地出现最大冲压力使压床超载损坏。一般可按下式作概略计算： 对深拉深件 P总（0.50.6）P压式中 P总拉深力和压边力的总和。在复合模冲压时，还包括其他变形力。 P压压力机的公称压力。在这里取 P总0.6 P压 ，即P压（P总/0.6 =295.52KN）由于此零件的拉深高度较深，因此在选择压力机时还需考虑滑块行程的大小。滑块行程大小的选择依据是，应保证方便的放入毛坯和取出零件。对于上出件的拉深等工序，滑块行程应大于零件高度的两倍。即：根据上述要求，查表选取公称压力为630KN的开式压力机。表4-1 压力机参数型 号 J23-63公称力 KN630滑块行程 mm120行程次数 min-150最大封闭高度 mm360封闭高度调节量 mm80滑块中心至机身距离 mm260工作台板厚度 mm90立柱间距离 mm350工作台至导轨间距离 mm490工作台尺寸前后 mm480左右 mm710工作台孔尺寸前后 mm200左右 mm340直径 mm250滑块底面尺寸前后 mm272左右 mm320模柄孔尺寸直径 mm50深度 mm804.2 刃口尺寸计算的基本原则冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模关键环节。由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则：1.落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上。2.考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料凹模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。3.确定冲模刃口制造公差时。如果对刃口精度要求过高，增加成本，如果对刃口精度要求过低，会使模具的寿命降低。若工件没有标注公差，则对于非圆形工件按国家“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模可按IT11级制造；对于圆形工件按IT6IT7级制造。冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注单项公差，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。4.3 刃口尺寸的计算根据模具的加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸的计算方法分为两种情况。凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。对于该制件应该选用凸模与凹模分开加工方法。凸模与凹模分开加工是指凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸。要分别标注凸模与凹模刃口尺寸与制造公差。为了保证初始间隙值小于最大合理间隙Zmax必须满足下列条件：或者、一、冲孔凸、凹模计算设冲孔尺寸为根据以上原则，冲孔时以凸模设计为基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙Zmin。凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。其计算公式为：凸模 dp=(dx)0- p 凹模 dd=(Zmin)0+ d(dXZmin) 0+ d在同一工步中冲出制件两个以上孔时，凹模型孔中心距Ld按下式确定：Ld=(Lmin0.5)0.125式中dd冲孔凹模基本尺寸(mm)； dp冲孔凸模基本尺寸(mm)； d冲孔件孔的最小极限尺寸(mm)； Ld同一工步中凹模孔距基本尺寸(mm)； Lmin制件孔距最小极限尺寸(mm)； 冲孔件孔径公差(mm)； Zmin凸、凹模最小初始双面间隙(mm)；X磨损系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，可查表9.1取值：当工件精度IT10以上，取x=1；当工件精度IT11IT13，取x=0.75；当工件精度IT14，则取x=0.5。根据表4.1查得磨损系数X取0.5查阅机械设计手册得凸、凹模最小间隙Zmin=0.132mm，最大间隙为Zmax=0.18mm，凸模制造公差，凹模制造公差参数为。将以上各值代入校验是否成立，经校验分析，不等式成立，所以可按上式确定工作零件刃口参数设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，所以凸模：dp =(d+X) 0- p=(63+0.50.74)=63.37凹模：dd=( dp +Zmin)=(63.37+0.132)=63.502由表4.2确定、的值：0.02；0.024.4 翻边凸、凹模尺寸计算对于圆形翻边件，必须选择适当的间隙值，因为凸凹模间隙小了，摩擦力和翻边力就大,当间隙过小时，还会使制件直边料厚减薄和出现话痕，同时还降低凹模寿命。若间隙过大，制件回弹量增大，误差增加，从而降低制件精度，所以翻边模具间隙的大小对制件质量、翻边力和模具寿命有较大的影响。生产中是根据翻边件材料的力学性能，材料厚度，制件精度和弯边长度来确定其凸凹模间隙。凸模及凹模尺寸计算是依据翻边件的使用要求来确定的。起原则是翻边件标注外形尺寸时，则以凹模为基准件，间隙放在凸模上。当翻边件标注的是内尺寸时，是以凸模为基准件，间隙取在凹模上。同时应该注意翻边件精度，回弹趋势和模具的磨损规律。 翻边模具结构与拉深模十分相似，不同之处是翻边模的凸模圆角半径一般比较大，甚至有的翻边模工作部分做成球形或抛物线形，以利于翻边工作的进行。 翻边凹模的圆角半径对材料变形影响不大，一般可取等于工件的圆角半径。这里取r凹=3mm。翻边凸模为凸凹模，既是冲孔的凸模，又是翻边的凹模。所以凸凹模内径位冲裁的刃口，外径做成圆角面，r凸=1.5mm。如果翻边后对工件形状及尺寸无特殊要求，此时翻边模凸、凹模间的间隙可等于或稍大于毛坯厚度，间隙大，则所需翻边力小。若对翻边后孔壁与端面要求严格垂直的工件，则模具单面间隙值应小于毛坯厚度。一次翻成制件的模具可按课本表6-8选取，查得毛坯拉深后翻边的单面间隙值Z/2=1.5mm，则Z=3mm。翻边凸、凹模刃口尺寸的计算按拉深凸、凹模工作部分尺寸的原则确定。翻边凸、凹模刃口尺寸按未注公差尺寸的极限偏差考虑，并标注内形尺寸如图5.4所示，故119mm按IT14级精度计算为30mm，以凸模尺寸为基准进行计算，即，d凸=（d+0.4）0-p = (119+0.40.87)mm =119.348mm式中p为凸模的制造公差，由课本表5-11查得为p=0.02mm。d凹=( d凸+Z) 0+d= （119.348+3）mm =122.348mm式中d为凹模的制造公差，由课本表5.2查得为d=0.02mm。4.5 工作零件的设计与计算4.5.1 外形尺寸计算凹模结构分为整体式和镶拼式两大类，本设计凹模采用整体式凹模。凹模厚度： H=Kb(15mm) 凹模壁厚： C=(1.52)H(30mm) 凹模外形尺寸： B=b+2C 式中b冲裁件的最大外形尺寸；（mm）；K系数，考虑板料厚度的影响（见表10.1）；H凹模厚度；C凹模壁厚；B凹模外形最大尺寸。根据查冲压手册，取K=0.15，又b=202mm，则由公式计算得：凹模厚度： H=Kb=0.15202=30.1mm；由于拉伸部分需要进入凹模，所以取凹模厚度：H=60mm；凹模壁厚： C=(1.52)H=（1.52)30.1=45.1560.2mm取凹模壁厚C=50mm。根据公式B=b+2C=202+250=302mm查冲压手册，选取凹模外形尺寸315mm。4.5.2 冲孔凸模的结构设计1.凸模的结构设计因为落料孔为圆形，采用线切割方法进行加工，所以采用整体直通式凸模（如图5.2），与凸模固定板采用H7/m6配合，按凸模的标准结构形式与尺寸规格选取。 凸模强度校核：该凸模不属于细长杆，强度足够。图4-1冲孔凸模尺寸3.凸模材料的选用模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，因此应有高的硬度与适当的韧性。形状复杂且寿命要求较高的凸模选用Cr12、Cr12MoV等制造。该凸模材料应选Cr12MoV，热处理5862HRC。4.5.3 翻边凸凹模的结构设计凸/凹模是复合冲裁中的主要零件。他的内外边缘均为刃口，内外边缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。凸/凹模结构如图4.2所示：图4-2 翻边凸模图4-3 翻边凹模4.6 工作零件材料的选用由于冲模为冷冲模，所以材料要有良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性、良好的抗粘结能力、可段性、可切削性、可磨削性、热处理工艺性等。由上要求在该模具中冲孔凸模、凸凹模和凹模板的材料选用Cr12钢。Cr1刚具有较好的淬透性，很高的耐磨性，有较高的冲击韧度。淬火、回火工艺见表4-2。表4-2 Cr12钢的淬火、回火工艺钢号低淬低回工艺中淬中回工艺高淬高回工艺淬火温度/淬火硬度HRC回火温度/淬火温度/淬火硬度HRC回火温度/淬火温度/淬火硬度HRC回火温度/Cr1295010006264200103063644001A30110040605005204.7 卸料部分的设计设计卸料零件的目的，是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或废料卸掉，常用的卸料方式有：刚性卸料、弹压卸料板。本设计采用弹压卸料装置，采用弹压卸料装置有一定的装配要求：在模具开启状态，卸料板应高出模具工作零件刃口0.3mm0.5mm,以便顺利卸料。本模具的卸料板仅有卸料作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相同，取315mm，卸料板的厚度按表6.4选择，卸料板厚度为20mm。卸料板采用45钢制造，热处理淬火硬度4348HRC。卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm,螺纹部分为M10,卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间，以保证卸料的正常运动。4.8定位零件的设计冲模的定位装置零件是用来保证材料的进料正确及在冲模中保持位置的正确性。定位零件的种类很多，主要有导料板、导料销、挡料销、侧刃、导正销和定位板等。由冲压工艺分析可知，该模具的定位零件是采用的是挡料销进定位4.9 模架及其零件的设计常用的导柱导套式模架，是由上、下模座和导向零件组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受冲压过程的全部载荷。模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。上、下模间的精确位置，由导柱、导套的导向来实现。本设计选用后侧导柱模架如图4.4，中间导柱模架，由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便，因导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导柱导套单边磨损，并且不能使用浮动模柄结构。 图4-4 模架4.10导柱、导套的选用导柱与导套的结构、尺寸一般都是直接由标准中选取，在选用时导柱的长度应保证冲模在最底工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于(1015)mm。在最高工作位置时，导柱上端面与导套的下端面的距离不小于(1020)mm，导柱和导套的配合精度由表5.7查出选择II级。根据标准GB/T2851.11990知模架的闭合高度Hmin=160mm，Hmax=250mm。导柱d/mmL/mm为45mm300mm；50mm300mm导套d/mmL/mmD/mm为45mm120mm62mm；50mm120mm67mm表4-3导柱、导套配合间隙配合形式导柱直径模架精度等级配合后的过盈量I级II级配合间隙值滑动配合180.0100.01518300.0110.01730500.0140.02150800.0160.0254.11上、下模座的选用标准模座根据模架类型及凹模同界尺寸选用，上模座：315mm 65mm；下模座：315mm 70mm；模座材料采用灰口铸铁，它具有较好的吸震性，采用牌号为HT200。4.12 紧固件的选用上模螺钉：螺钉起联接紧固作用，上模上4个，45钢，尺寸为M12下模螺钉：4个，45钢，尺寸为M12.销钉起定位作用，同时也承受一定的偏移力.上下模各2个，45钢，尺寸为12.4.13 冲孔翻边模具装配图通过前面的分析计算设计出压延圈冲孔翻边模具的装配图如图4-5所示：图4-5 压延圈冲孔翻边模具425 模具装配与制造5.1 冲压模具制造技术要求模具精度是影响冲压件精度的重要因素之一，为了保证模具精度，制造时应达到以下技术要求：a、组成冲压模具的所有零件，在材料加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。b、组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并达到规定的平行度和垂直度要求c、模具的功能必须达到设计要求.d、为了鉴别冲压件的质量，装配好的模具必须在生产条件下试模，并根据试模存在问题进行修整，直至试出合格的冲压件为止。5.2 加工要求1）模具配合加工零件在允许间隙内加工,落料凸凹模,冲孔凸模与固定板配合后,底部磨平。2）图样中未注明公差的一般尺寸其极限偏差按14级精度加工,未注粗糙度的按Ra6.3um处理。3）模具中各胶片压圈零件的两承压面的平行度公差按GB1184 为5级。4）模具中安装镙钉（镙栓）之螺纹孔及其通孔的位置公差不大于 2mm，或相应各孔配作。5）模具、模架及其零件的工件表面，不应有碰伤、凹痕、裂纹、毛刺、锈蚀等缺陷。6）经热处理后的零件，硬度应均匀，不允许有脱碳、软点、氧化斑点及裂纹等缺陷。热处理后应清除氧化皮，脏物油污。7）配通用模架模具，装配后两侧面应进行同时磨削加工，以保证模具能顺利装入模架。总 结在自己努力和老师的悉心指导下，我终于成功地完成了毕业设计的任务，本设计的题目是接线端子零件连续模设计与制造仿真。主要任务是针对导电片零件设计一套相应的连续模具。设计中主要进行了加工方案的选择，制件排样图的确定，接着进行相关的计算，以及对模具各个零部件的选用，到最终确定整个模具的总体结构并利用Auto CAD2013软件制作了此连续模模具的装配图和零件图。通过这次毕业设计，我对冲压模具的设计过程有了一定了解，学到了很多课堂上学不到的东西。毕业设计不仅是对前面所学知识的检验，更能使自己能力提高。本人的主要收获和体会如下：第一 .学习了设计方法。其实通过模具设计可以映射到所有的设计过程，设计本身就是一次创造性的劳动过程，在完成设计的过程中，我们一般所要进行的步骤有调研课题、方案拟定、从总体到局部零部件的设计，完善资料，对设计进行改进，在多次修改完善之后，一次设计才算完成。第二锻炼了综合能力。在毕业设计之前，我们也进行过课程设计，但是课程设计相对来说，涉及的知识面比较窄。而这次毕业设计的任务时完成整台机器的设计。不仅仅是整体方案的建立，更是要求把每个零件都能够设计出来，还要进行装配，考虑设计的合理性等等，需要我们掌握更多的设计及制造的知识。第三提高了计算机操作绘图的水平。因为整机的零件图较多，而且部分零件的结构复杂，之前对CAD的认识只停留在主要指令的操作，而本次大强度的训练，使得我们掌握了更多的操作方法。更加熟练且快速的完成零件图及装配图的绘制。第四提高查阅文献的能力。对于任何一项涉及来说，查阅文献、收集资料是首要工作，通过前人的总结，我们可以有思路的完成毕业设计，避免了走弯路。第五明确了理论必须与实际相结合。任何一个设计最终都要回归于生产，归于实际，这样我们的产品才有生命力，因此在设计过程中，要虚心听取老师和工程技术人员的意见，不断完善设计。总之，对我们准毕业生来说，毕业设计，将对于我们今后在社会上从事相关工作有着非常大的帮助。参考文献1王丽杰,褚鸿锐,杨羽翼,孙晓明. 巷道堆垛式立体车库车辆存取测控方法J. 江苏大学学报(自然科学版),2017,(02).2陈金华. 一种双层立体车库控制系统设计J. 农业装备技术,2016,(06).3朱运川. 大连地铁双层立体车库咽喉区结构设计J. 工程建设与设计,2016,(13).4韩蕾蕾. 三维数字化与冲压模具设计J. 机械管理开发,2016,(10).5韩锋. 冲压模具设计中机械运动分析J. 黑龙江
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