《某零件冷冲压模具设计》9200字【论文】

某零件冷冲压模具设计摘要冷冲压技术的不断进步，使得冷冲压模具的应用越来越普及。冷冲压模具历史悠久，用途广，技术成熟，在各种模具中所占比重最大。本次设计中，先从零件图入手，利用三维作图软件，建立模型。对零件进行工艺分析，设定零件的加工工序。查阅资料，了解冲裁、弯曲，翻边等工艺，设计相应的凸凹模。选取合适的紧固件，完成各零件间的配合与连接，研究并确定模具的定位。了解各工艺的注意点，以及工序之间的合理布置。选择合适的冲压设备，完成总体装配。关键词：冷冲压、模具设计、工艺分析目录TOC\o"1-3"\h\u8621第一章前言 547941.1冷冲压技术的发展及应用 698331.2模具发展现状 6178641.3本课题的主要内容与意义 627545第二章工艺分析及冲压方案确定 6298962.1零件工艺分析 656342.2工艺方案分析与确定 7138112.3排样图设计 823923第三章模具主要工艺参数计算 10231443.1冲裁模参数计算 10114821.凸凹模刃口尺寸的确定原则 11119062.刃口尺寸的计算 11327033.2弯曲模参数计算 1215001.凸凹模间隙 13206682.凸凹模工作部分尺寸 13144383.3翻边模参数计算 148509第四章模具总体设计 157404第五章模具主要零部件设计 17299855.1主要模板的设计 17148275.2凸模结构设计 17137595.3凹模结构设计 2031645.4模具材料选择 2228714第六章冲压设备的选择 22317426.1冲裁力的计算 22102946.2压力机的选用 235154结束语 23第一章前言1.1冷冲压技术的发展及应用作为一种先进的机械加工技术，冷冲压是一种材料的基本加工技术，即所谓的板材冲压。冷冲压意味着，在室温下，模具通过设备施加的压力，在塑性变形中铸造钣金，因此，冷冲压技术也是一种金属塑性加工方法.不仅是这种非金属材料，还有一些零件，采用冲压方法制造.与切削加工相比，冷冲压在模具和设备上完成加工过程，从而，具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、产品一致性好、操作简单、易于实现机械化和自动化的一系列优势。因此，机器、电子、轻工等量产产品，广泛应用于零件的冷冲压.在防御中，冷冲压加工零件的比例在飞机、导弹中也相当高，各种武器和炮弹.随着汽车和家用设备等行业的迅速发展，在工业化国家，冷冲压生产的发展受到了广泛的关注。近几十年来，冲压技术突飞猛进地发展起来，不仅在生产的广泛应用中体现了许多新技术和新工艺，而且，更重要的是，在理解和掌握冲压技术方面实现了质的飞跃.通过新技术和高新技术的参与和参与，生产过程逐步机械化，自动化，朝着智能化和集成的方向发展。实现自动化冲压，体现安全、高效的优势，节点材料等。1.2模具发展现状冲模作为制造产品（或半成品）的工具，用来完成一定的工序。冷冲模历史悠久，应用广泛，技术成熟，在各类模具中所占比例最大。汽车、摩托车、家电行业是模具最大的市场，占整个模具市场的60%以上。比如一款车型需要4000套左右的模具，价值在2亿元到3亿元之间；单台冰箱需模具生产的零件约150个，共需模具350套，价值约400万元；一台彩电大约150美元

大约需要140套模具，价值700万元。所用模具大多为冷冲压模具。目前，我国模具总产量位居世界第三，其中冲压模具占模具总产量的40%，但从总体上看，水平设计和标准化程度，与德国、美国、日本等发达国家相比存在显著差异。1.3本课题的主要内容与意义本课题主要研究级进模的设计。由于级进模是连续冲压的，生产过程相当于每冲一次冲压一个工件，因此生产效率高。级进模落料可以减少模具数量，操作方便安全，易于实现冲压生产的自动化。但是，定位误差的累积会影响工件的精度，因此级进模多用于批量生产大、精度要求低、多工序落料的小零件的加工。根据零件图的设计要求，对冲压工艺进行了分析，制定了工艺方案，编制了零件的加工卡片。设计内容还包括：排样图设计、总冲裁力计算机压力中心计算、刃口尺寸计算、弹簧、橡胶件计算与选择、冲头、冲模或冲头、模具结构设计等模具零件设计、拉深模装配图及工作零件图。写毕业设计说明书。工艺分析及冲压方案确定2.1零件工艺分析由零件图，分析了工件的形状、尺寸、精度要求和材料性能。通过不同工艺方案的经济性和可行性比较，最终确定工件的加工工艺。在保证产品使用要求的前提下，对工件的形状、尺寸、精度要求和原材料进行必要的修改。本零件采用1.5mm30钢该零件外形尺寸不大，加工工艺中多为冲裁，对于精度要求不高，零件成形的难点在于中间的四个弯曲部分，以及对工件进行的翻边处理，由于弯曲部分和翻边部分可能会有冲突，所以合理的工序分布和相应的模具设计，就会是一个影响成形的关键性因素。该零件的各个孔基本为对称分布，弯曲部分也属于对称分布，因此对于凸凹模的设计相对容易。总的来看的话，零件成形将会经历冲孔、弯曲、翻边以及胀形等工序。从材质上看，材料较薄，有利于成形，冲裁的工艺性较好。2.2工艺方案分析与确定2.2.1工艺方案分析从零件图看，该零件包括冲孔、弯曲、翻边和胀形等基本工序，可以采用如下三种工艺方案：先冲四个角的孔，再冲四周不规则长孔，再按形状冲中间大孔，然后对中间的四个剩余细料进行弯曲，再进行胀形，再进行中间部分的翻边处理，最后冲裁掉四周的废料。冲中间部分的大孔，再对中间的四个剩余细料进行弯曲，再对中间的大孔进行翻边处理，冲四个角的孔，再冲四周不规则长孔，再进行胀形，最后冲裁掉四周的废料。先冲四个角的孔以及中间部分的四个六边形孔，再冲四周不规则长孔，再冲外形轮廓包含的八个小方形孔，再冲中间部分的大孔，再进行胀形，再冲裁掉上下边的废料，再对中间的四个剩余细料进行弯曲，再对中间的大孔进行翻边处理，最后从两零件中间切断。对上述方案进行分析对比：方案一：由于冲中间大孔后，所剩余的细料形状可能会满足不了强度要求，所以中间的剩余部分应该分两步成形。其次，弯曲之后，考虑到板料的抬起以及送进，弯曲部分会对后续工序产生影响，使得后续凸模设计会变得复杂。方案二：弯曲工序提前的话，弯曲部分会对后续工序设计有影响，会使后续冲孔模具的布置变得复杂，使抬料压料变得复杂，所以弯曲工序应当靠后。而且该零件最好是以四个角的圆孔为导正孔，中间大孔不规则不适合。方案三：先选择冲孔，细小的孔分布比较散开的集中在前面一起冲掉，不仅节省工步，而且能将板料充分利用。分步冲裁出弯曲部分的形状，保证了强度要求。将弯曲工序安排靠后，对后面的工序影响较小，使得压料送料的设计相对容易些。综上所述，最终选用方案三。2.2.2工艺方案确定根据上述分析，对各道工序进行不同组合，得出具体的工艺方案。工件共要进行弯曲、翻边、胀形、冲裁四种工艺。工序一：切侧刃工序二：冲四个角的孔以及中间部分的四个六边形孔工序三：冲四周不规则长孔工序四：冲外形轮廓包含的八个小方形孔工序五：冲中间部分的大孔工序六：胀形工序七:冲裁掉上下边的废料工序八：对中间的四个剩余细料进行弯曲工序九：对中间的大孔进行翻边处理工序十：切断2.3排样图设计2.3.1排样原则在级进模里，因制件不同，各工位就有不同的工序，每个工位的性质都须遵循一定的规则，如果违背就冲不出合格的制件。排样是模具结构设计的主要依据，排样图的好坏，直接关系到模具的设计。在编制排放样本时，应注意提高原材料的利用率.但是，不能通过大量的提高了模型设计的复杂性.取样原则如下：提高材料利用率：为了提高材料利用率，需要减少废物面积.有时，在不影响性能的情况下，可适当改变冲模形状.排件设计要素包括取样方法的选择；确定边界值；计算带宽和进给步长；绘制一系列样品.必要时还应考虑材料利用率.选择方法：根据材料在经济中的使用程度，选择方法可分为：A.会议废物处理方法割草：在取样过程中，在线段和线段之间以及线段和胶带之间仍然存在一种称为边缘的工艺原料。侧作用2.双面压力机凸凹刀片，由于边缘的存在，模具的凸凹刀片沿整个闭合回路线切割。负载平衡，合理的间隙不易断裂，模具寿命和工作截面质量可提高3.上缘值穿过边缘，浪费材料。过小的衬里也可以被拉入凸模和凹模的间隙，使模具容易磨损，甚至损坏刀片。合理的边缘值，保证模具质量，保证模具寿命更长，保证材料在拉伸弯曲条件下的自动进料量最低。搭边值查表得：工件间搭边a1=2侧边搭边ａ=3为方便模具分布，使排样更合理，取a=3a1=3.7④计算步距、条料宽度和材料利用率:

选定排样方法和确定搭边值之后，就要计算送料步距和条料宽度，这样才能画出排样图。

(1)送料步距A

送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。

(2)条料宽度B

B=41.1

(3)

材料的利用率η

η=A/BS

x100%

=

77.9%

式中:η-材料的利用率

A-一个步距内的工件的实际面积

S-送料步距

B-条料宽度

2.3.2排样图:

根据上面所述，得出下面的排样图

模具主要工艺参数计算3.1冲裁模参数计算3.1.1冲裁间隙的定义冲裁间隙是影响冲裁过程最重要的工艺参数之一。但一般选择在（2%～20%）t范围内。间隙z=2C。3.1.2冲裁间隙的选择

1.冲裁间隙的选择依据

(1)间隙对冲裁件断面的影响

间隙过小时，工件的剪切面较大;如果间隙太大，则会导致剪切面变小，塌角增大,毛刺也随之增大。

(2)间隙对冲裁件精度的影响

冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与基本尺寸的差值δ,差值越小,精度越高。这个差值包括两方面偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。间隙对模具寿命的影响一般来说，间隙越小，模具的压力应力越大，磨损越严重，使用寿命越低。当间隙过大时，板材的弯曲张力相应增大，模具边缘的正压力增大，磨损严重。为了提高模具的使用寿命，通常需要较大的间隙。在精度要求不高的情况下，采用合理的大间隙可使模具寿命提高3～5倍。要获得较高的断面质量，应选择较小的间隙；但会缩短模具寿命。因此，不存在满足所有要求的最优间隙值，只有有条件地选择更合理的间隙值。合理间隙选择本零件并无较高尺寸精度要求，但应尽量减少毛刺，选用较小间隙，对于t=1.5mm的板料，查表得初始双面间隙z=0.09-0.12mm3.1.3模具刃口尺寸计算1.凸凹模刃口尺寸的确定原则冲裁模的刃口尺寸是指冲头和模具的直径（对于圆形零件），并按“入体”原则标注；（1）冲孔部的内径等于冲头的外径。以冲头为冲模设计依据，根据冲孔间隙值确定冲模尺寸。（2）冲裁过程中冲头、模具磨损。冲头边缘尺寸的磨损使冲头尺寸减小，冲模边缘尺寸的磨损使冲裁尺寸增大。在保证冲裁件尺寸精度和尽可能提高模具使用寿命的前提下，设计冲头时，刃口的基本尺寸应接近或等于工件孔的最大极限尺寸；按最小合理间隙分别制造，或与相应的冲模配套。（3）冲模边缘尺寸的精度应以工件的精度要求为准，并保证合理的间隙值，保证模具有一定的使用寿命。模具精度一般比工件精度高2～3级2.刃口尺寸的计算冲模的加工方法有两种：分离加工法和匹配加工法。冲模分开加工时，模具具有互换性，便于批量生产。然而，高精度、高成本的模具制造难度较大。冲模匹配加工适用于复杂非圆模具，制造简单，成本低。采用匹配方法时，匹配件的最终精加工应在基准件加工完成后进行。根据模具制造的加工顺序，先加工凸模，再配凹模。当工件的尺寸精度较低时，特别是薄板较薄时，参考零件的公差值较大，而匹配零件的公差值较小。这说明参考零件的加工比较容易，而匹配零件的加工比较困难。由于凹模基本上采用电火花线切割加工，精度可以达到±0.01~0.02mm，而冲头因结构不同有多种加工方法。因此，对于普通冲裁模来说，选用凹模作为附件更为方便。由前面得Zmin=0.09Zmax=0.12凹模按照冲孔凸模的实际尺寸进行配做，双边最小间隙为0.09mm，最大间隙不得超过0.12mm。取中间值Z=0.105mm由于材料厚度t=1.5mm，所以冲裁件精度IT10以上.本产品采用IT7，所以非圆形时x取1圆形时取0.75①侧刃截面基本尺寸41.1×1.5，查公差等级表可得41.10+0.025dp=（d+x△)−0.020=dp=（d+x△)−0.020=②∅1.6孔截面基本尺寸∅1.6查公差等级表可得1.6dp=（d+x△)−0.020=③基本尺寸为1.6×1.1六边形孔查公差等级表可得1.6dp=（d+x△)−0.020=dp=（d+x△)−0.020=④基本尺寸为7.4×2.3查公差等级表可得7.4dp=（d+x△)−0.020=dp=（d+x△)−0.020=⑤基本尺寸为1..5×1查公差等级表可得1.5dp=（d+x△)−0.020=dp=（d+x△)−0.020=⑥基本尺寸为18.6×13.1查公差等级表可得18.6基本尺寸为1..6×2查公差等级表可得1.6dp=（d+x△)−0.020=dp=（d+x△)−0.020=dp=（d+x△)−0.020=dp=（d+x△)−0.020=⑦基本尺寸为41.1×4查公差等级表可得41.1dp=（d+x△)−0.020=dp=（d+x△)−0.020=3.2弯曲模参数计算3.2.1弯曲件展开长度的确定当弯曲变形处于弹性阶段时，中性层位于厚板中部。冲压件的弯曲变形主要是塑性变形，其中中性层的位置往往向弯曲的内侧即压缩区移动。根据中性层半径和弯曲的角度，弯曲部分弧线段长L的计算式为L=πα（R+Kt）/180°R——弯曲内半径，mm；K——中性层位置因数；t——材料厚度，mm；α——弯曲角度，°。L1=π×70°（1.2＋0.3×1.5）/180°=2.01L2=π×85°（1.6＋0.32×1.5）/180°=3.08弯曲件展开长度为直线段长与弧线段长之和。3.2.2弯曲力计算

弯曲力是指当工件完成预定的弯曲时，压力机所施加的压力。弯曲力不仅与材料类型、板料厚度、弯曲面几何参数有关，还与弯曲冲模间隙大小有关。

1.自由弯曲的弯曲力计算

F1

=0.7KBt²σb/(R+t)

式中:F1自由弯曲力(冲压行程结束，尚未进行校正弯曲时的压力),N;

B--弯曲件宽度,mm;

t--弯曲件材料厚度，mm;

R--弯曲内半径,mm;

σb--材料抗拉强度，MPa;

K--安全因数，一般取K=1.3。

2.校正弯曲的弯曲力计算

校正弯曲的弯曲力计算式为F2=qA

式中:

F2--校正力,N;

:工件被校正部分的投影面积，mm2。

3.弯曲时压力机的压力

弯曲时压力机的压力是自由弯曲力与校正弯曲力之和，即

F≥F1十F2

式中:

F压力机的压力,N。

校正弯曲时,由于校正力比自由弯曲力大得多，故F1可以忽略，而F2的大小取决于压力机的调整。3.2.3弯曲模设计中的有关计算1.凸凹模间隙间隙的大小对工件质量和弯曲力有很大的影响.间隙越小，弯曲力就越大.间隙过小会削弱工件的壁面，减少凹模的使用寿命；间隙过大，回弹过大，可降低加工零件的精度。间隙的大小取决于材料的类型、厚度，以及弯曲零件的高度和厚度。Z/2=(1+n)t=（1+0.1）×1.5=1.65式中：Z/2--凸凹模间的单面间隙，mmt--材料的公称厚度，mmn--因数，与弯曲件高度和弯曲件长度有关2.凸凹模工作部分尺寸凹模尺寸：bd=(凸模尺寸：bp=(3.3翻边模参数计算3.3.1翻边件尺寸精度翻边件的径向尺寸精度可按IT9级，粗糙度应在Ra1.6以上。3.3.2翻边件工艺计算翻边凸凹模径向尺寸：dd1=(d0min+dd2=(d0min+dp1=(ddp2=(d翻边凹凸模之间的间隙t/mmZ/2/mm0.30.250.50.450.80.701.00.851.21.001.51.302.01.70表平板毛坯翻边时凸凹模之间的间隙模具总体设计4.1送料方式的选择

随着我国工业的不断发展，随着工艺的复杂化和生产的人性化要求，由于效率、速度、精度、安全性等一系列问题，手动送料逐渐被自动送料机构所取代，从而进一步满足自动化生产的要求，大大提高了生产节奏和生产质量。普通压力机的送料机构按送料功率的不同可分为机械式、液压式和气动式。气动送料机构灵巧、轻便、通用，送料长度、料厚可调，反应迅速。本实用新型具有进给准确可靠、冲击振动小、噪声低、稳定性好的优点。它是冲压过程中最常用的自动送料方式。送料机构的性能直接影响到生产线的推广应用。因此，根据零件的不同工艺要求和实际生产情况，选择不同的送料机构多工位进给系统的主要功能是将工件从一个工位移动到另一个工位。一组模具中每个模具的冲压工作在同一台冲床上完成。多工位送料移动杆沿模具区域移动，是主要的结构件，移动冲压件的端部捡拾器安装在这些结构件上。在车身冲压厂，根据送料的传动方式，多工位送料系统主要包括机械送料、电子送料和组合送料。机械送料是通过与压力机的传动系统直接连接，完成冲压件从一个工位到另一个工位的运动。电子伺服进给由一个伺服电机驱动。伺服电机通过齿轮箱和传动轴与进给系统相连，在计算机的控制下工作。联合送料装置的一些动作由机械系统完成，而另一些动作则由电子系统完成。结构因制造商而异。该级进模选用的设备为由右向左(或由左向右)送料。带料的送进选择依靠压力机上的自动进料装置送进。4.2卸料方式的选择刚性卸料与弹性卸料的比较:刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。

因该工件平直度较高，料厚为1.5mm，相对较薄，卸料力较小，且不需要压料，所以采用刚性卸料。本次设计的模具主要是冲裁，弯曲和翻边，因此选用固定卸料板。

卸料零件的选择:本副模具选择用卸料螺钉、弹簧。4.3顶料机构设计在连续模具中，带料送进时须有一定的抬起，由于本模具设计中，存在弯曲和翻边的工序，所以在弯曲以及翻边后，需要将板料抬起一定距离以便更好的进行送进。本次设计采用导向顶料销，把带料边缘顶起，并兼有对材料的导向作用。顶料销基本按均匀分布，保证抬起的一致性，避免出现板料受力不均匀。在顶料销起顶料作用的同时还起着导料作用，为更有效的对材料送进方向进行导正，本次设计还采用了导料板。4.4模具定位与紧固件的选择

固定板选择:对于大型的凸，凹模零件，一般通过固定板间接固定在模板上，以节约贵重的模具钢。固定板固定凸模(凹模)要求固紧可靠并有良好的垂直度。因此固定板必须有足够的厚度。对于凹模固定板厚度H,通过参考板料宽度B，综合选取。凸模固定板厚度与凹模固定板厚度关系为H（凸）=（0.6-0.8）H，最终确定，凸模固定板厚度为15.1mm，凹模固定板厚度为18.7mm

模板的选择:模板分为带导柱和不带导柱两种情况，按其形状有适用于圆形，正方形，或长方形模具的，可按冷冲模国家标准或工厂标准，选择合适的形式和尺寸，或参照标准进行设计。本次选用四角模板。

螺钉和销钉的选择:螺钉是紧固模具零件的，冲模中多采用内六角螺钉。本次模具设计中，多采用螺钉与销钉配合，起到定位与紧固的作用。通过三个小型螺钉，将模柄紧固到上模板；通过两个螺钉和两个销，将凸模固定板以及垫板与上模板固定，并确定位置；通过两个小型螺钉两个销，将凹模固定板与导尺固定，并定位；通过三个螺钉和三个销，将凹模固定板与下模板固定，并定位。4.5模具导向零件的选择在装模或者在精度要求较高的情况下，都采用导向装置，以保证精确的导向。导向装置可分为：导柱导套导向；导板导向；套筒式导向。本零件材料较薄（1.5），采用导柱导套导向，为保证精度采用钢球滚珠滚动导向。导柱导套与上下模板固定组成模架。导柱选择A型导柱，导套选择B型导套。模具主要零部件设计5.1主要模板的设计级进模模板包括卸料板、凸模固定板、凹模固定板、垫板、上模板、下模板，其中卸料板，凸模固定板，凹模固定板结构相对复杂，因此也相对重要关键。固定板起到固定凹凸模作用，卸料板起着卸料的作用以及一定的压料作用。由于零件的成形过程有弯曲和翻边的工序，所以还得设计让位，在之前的排样图设计时，就有考虑到，所以弯曲和翻边工序安排较后，免去了和冲裁凸模的冲突。所以在弯曲工序和翻边工序进行完后，为避免已经弯曲好的部分受到影响，在卸料板上的对应位置留出空间，保证弯曲部分的完好性。本设计中，在凹模固定板上镶拼凹模镶块，工件成形后，由最后一道工序切断，使成形零件从凹模固定板的斜面滑下。导柱与下模板采用H7/r6的配合；导柱与上模板采用H7/r6的配合；凸凹模与上下固定板采用H7/m6的配合；导柱导套之间采用H7/h6的间隙配合。该级进模的各模板外形尺寸设计分别为：上模板L*B*H=520*210.5*40垫板L*B*H=440*120*6凸模固定板L*B*H=440*120*15卸料板L*B*H=440*92.4*13.2凹模固定板L*B*H=456.3*97.8*18.7下模板L*B*H=520.3*210.5*405.2凸模结构设计根据排样图，各个凸模应单独制造，然后依次固定于固定板。制造时应制造呈阶梯状，避免应力集中。在设计凸模顶部时，为了防止凸模滑落，应设置成台肩，同时为了制造方便且节约成本，满足经济性要求，只需制造相对的两边，使凸模可以接入固定板中不掉落即可。侧刃凸模结构如图：冲四角小圆孔凸模结构如图：冲四个六边形孔凸模结构如图：冲不规则长孔凸模结构如图：冲小方孔凸模结构如图：冲大孔凸模结构如图:胀形凸模结构如图：弯曲模结构如图翻边模结构如图：冲裁边料模结构如图：切断模结构如图：5.3凹模结构设计本次凹模的刃口形式选用直筒型刃口，刃口强度较高。侧刃凹模结构如图：冲四角小圆孔凹模结构如图冲四个六边形孔凹模结构如图：冲不规则长孔凹模结构如图：冲小方孔凹模结构如图：冲大孔凹模结构如图弯曲模结构如图：翻边模结构如图冲裁边料模结构如图：切断模结构如图：具体尺寸要求见零件图。5.4模具材料选择由于不同材料在冲压过程中对模具产生的变形抗力不同，所以制件材料对模具用料有影响。因冲裁板料厚度＜3mm，形状较为复杂，大批量生产，综合考虑冲压力和模具制造成本，选用Cr12MoV合金钢制造。上下模座、垫板、固定板、卸料板、导板、用45钢制造，其他标准间按实际情况选用。第六章冲压设备的选择6.1冲裁力的计算冲裁力F=LtσL为冲裁周长，t为材料厚度t=1.5mm，σb为材料抗拉强度σ第一个工位冲侧刃L=41.1×2+1.5×2=85.2mmF=85.2mm×1.5mm×500MPa=63900N第二个工位冲裁四个∅1.6孔和四个L=4.8mm的六边形孔F=π1.6×1.5×500×4+4.8×1.5×500×4=29472N第三个工位冲裁四个不规则长孔L=17.6×1.