毕业设计（论文）-烤盘零件冲裁拉深级进模具的设计

前言1.1冲压模具简介模具指的是用来加工特定形状制品的一类工具，而冲压模具指的是，采用压力机，对加工材料施加冲压力，在压力的作用下，材料发生分离以及变形，得到某一形状和结构的产品的一种加工方式。一般情况下，冲压模具的加工方式绝大部分情况下都是用在对金属制品的加工过程中。冲压模具早已成为现代工业中不可或缺的一部分，在国内，冲压模具工程引入直到发展至今已经有了五十多年时间，模具工业发展水平在最近二十年的时间里已经有了突飞猛进的增长，无论是在大型模具方面还是在小型精密模具方面技术都已经非常成熟了。其中在大型模具中比如常见的大尺寸汽车外壳冲压模具、洗衣机整体冲压模具、以及相关仪器控制台模具等产品，在精密模具方面，同样能够生产相对较小的密集、精密微型模具，比如数码相机零件、钟表零件等[1]。冲压模具涉及到的领域很广，所以冲压模具生产出来的产品各个领域有所使用，生产出来的产品也被大家认可。模具是工业基础，也是工业扎实基础的体现。目前，冲压模具生产出来的产品经久耐用，产品各项性能稳定、质量可靠，因为使用的材料和机械设备精度高而来的。针对产品在不同行业、不同领域使用，产品本身所使用的材料也不相同。材料一般有08、10、Q235、T1等等材料，每一种材料它们之间特征和性能有所不同，针对于不同的用途去选着合适的材料去冲压生产。在这个发展迅速的时代，生活中的新鲜的事物也越来越多，随之而来的就是产品更新换代太频繁了，电子设备方面的也是一样的，而且现在也是信息时代，电子设备更新增加功能，很多零配件就需要去生产出来使用，组装配合在一起。冲压模具作为生产基础，各个行业也都离不开。尤其是那些非常小的设备或者其他零部件，非常考验实际加工和生产，加工的精度要很高，模具设计也要很合理，还要尽量的节约成本达到理想的状态。冲压模具是一门很高深的行业，非常考验从事人员的技术含量。冲压模具也是一条流程：从设计之初到通过冲压机将产品生产出来并且合格，每一个步骤都需要十分的严谨。首先铣削加工，一般需要用龙门开粗各个板，铣削出大致的形状留有一定的余量，这样可以节约很多的时间，再半精铣到精铣进行，对那些铣削不了的地方或者深的凹槽等等地方需要做电极放电处理，做电极普通不大的一般在小的机床上面数控铣削进行加工出来，电极加工出来还需要进一步的省电极，防止放电时火花机带动电极刮花模具。对于那些镶块，前期需要线切割出来，再放电处理。再将成型零部件放到到抛光处进行抛光，将配合面研磨到RA0.8左右即可。剩下的就交给钳工装配，一般在成型零部件打上红配合合合模机完成试一模，然后按照配合面该修的地方就修一下，一个过程要求钳工的技术含量非常高，因为一套模具成型系统造价非常昂贵，所以要格外小心。最后没有问题就再通过冲压机调试，取出产品是否符合要求再给客户确认。需要改进的就需要改模或者其他的具体而议。近几年来，随着冲压模具发展，也带动了相关软件的发展和研究，比如CAD、UG、Proe、Mastercam、Catia等等一系列软件的开发和利用，设计产品、模具的时候绘图、建模的时候可以保证相关尺寸和精度要求。因为冲压模具整套设计和制造是非常严谨的，那么需要的配合和相关精度尺寸需要非常的高才可以保证满足实际的生产和需求。如果没有相关软件的应用，那么加工就非常困难，如果没有加工机床和各种设备，那么软件开发就意义不大。所以，软件和设施设备是相辅相成的作用，缺一不可。每一种软件都有自己在自己领域的作用，或者在一方面功能非常强大，或者特定的功能强过其他软件，设计人员就会通过这些去选择合适的软件以供使用。冲压模具行业一般用UG，也是必备的三维软件，还有就是二维软件CAD必须会用，安装外挂了以后，里面很多功能都是针对于模具而开发的，而且里面很多标准件可以直接调用，非常的方便，同时也非常的好用。1.1.1冲压加工特征冲压模具由于其加工方便，成本较低，可对不同形状的产品进行加工，同时能实现批量化生产，因此在冲压加工行业中非常常见，其主要的特点主要有：1、冲压模具加工相比其他加工方式来说具有便利性好的特点，可以有效的提高工业生产效率，可以在很短的时间中加工得到大量的制品，降低加工成本[1]。2、冲压加工由于其可以一次成型，不需要对制品在此进行切削操作，因此能够提高材料利用率。3、冲压模具由于去采用的是模具冲压而成，因此制品的形状上保持高度一致，产品的均一性好，个体的差别小，制品相互之间可以进行替代[2]。以上是冲压模具最显著的三个特点，然而其也存在部分欠缺之处，主要体现在对于其他加工方式来说，由于其加工的技术较高，同时模具的加工过程对制品的精密度影响较大，因此在加工过程中对加工人员的技术要求以较高，生产成本相对会提高。1.1.2冲压加工发展现状任何事物的发展都是向着好的方向发展的，包括模具也是一样的，毕竟时代在进步，同时工业发展也一步一步向着成熟发展着，如果什么都停止不前，那么生活将毫无意义，人们一切的发展都是为了这个带动这个社会，让人们生活的更好。冲压模具发展的几十年时间里面，一直在不断快速发展着，与我们的生活息息相关着。模具行业是工业基础，俗话说得好，万事基础最主要，基础是发展的根本所在，有了好的基础，才可以在这个基础上面去发挥其他的产业和相关的改进产品之类的。目前，随着冲压模具几十年间的发展以来，现在精度等级已经完全满足家用了和电子零部件了，结构越简单的产品相对来说设计和加工就没有那么难，相反越复杂的才是难度的体现，也是检验设备和设计人员技术水平的关键。企业生产和设计尽可能地节省不必要的浪费，因为一套模具需要实际生产几万次、几十万次乃至上百万次，所以设计之初就需要考虑到成本和加工废料的问题才可以使得经济和效益最大利益化。对于冲压模具而言，最重要的就是生产出来的产品如何。首先原材料也是非常重要的一个环节，原材料的特性决定了产品的使用领域、耐用程度等等方面。目前，冲压模具原材料颗粒更加的醇厚，色泽更加的好，关系到产品的整体性能以及质量一定要把控好。再者就是产品外观，就关系到机床的铣削加工和抛光，好的冲裁产品外观也是非常完美的。对于大家来说，买东西首先看到的是外观，再去看质量如何，如果第一关外观过不了的话，那么给人印象就感觉质量不行。所以，冲压模具关联产品外观的凸模和凹模一定是重中之重。经过这么多年的发展，累积到经验也是相当丰富的了，都是在先前一次一次失败总结出来的经验，到现在的技术成熟，一步一步摸索过来的，非常的不容易。之前的工业整体水平不高，很多都是人工进行加工，加工出来的精度等级就很低，很多也加工不出来。而现在设备精度已经很高了，大多数都是机器设备直接加工出来，大大节省了劳动力和成本。也因为发展到现在，沿海地区很多出口模具的，也体现了模具行业、工业的进步，得到了国外的认可。就目前的国内现状来说，冲压模具加工技术在我国发展非常迅速，无论是在技术水平还是加工设备上都有非常大的进步，然而，对比其他发达国家来说还处在非常大的距离，主要有下列几个方面：（1）模具行业中，目前很多方面都没有统一的国家标准或行业标准，因此，不同企业进行加工生产时依照各自的企业要求进行，并没有进行统一，因此严重影响了行业的进步。（2）各类适用于不同方面的冲压模具加工工具以及加工形式需要不断的进行完善和丰富，现阶段国内的加工形式上还是严重不足的，尤其在大型、复杂模具的加工方面，与其他发达国家相比存在的差距还非常大。（3）在加工的精度方面，还存在严重的不足，目前我国的冲压模具加工的精度与发达国家之间的差距还非常大。在冲压模具发展靠前的国家，他们在数控磨床、电火花机床等冲压集成化的加工设备研制以及加工、测量、装配自动化加工工具已经非常成熟[3]。（4）冲压模具自身的制造上也存在较大的差距，这严重的影响到模具的加工寿命。这主要是由于对于模具加工的钢材处理加工的技术相对较为落后。需要不断的对加工用的钢材进行改性研究，以适用于模具的加工，同时延长冲压模具的使用寿命。（5）冲压模具的材料利用率相对来说还不太高，需要改进加工方法以及模具的设计制造，提高材料的使用效率。（6）模具加工企业在管理理念上还存在一定的差距，同时对模具设计、加工的技术人员的占比严重不足。此外从业人员的平均专业程度还有较大的不足。1.2冲压模具发展方向冲压模具的产品在生活中占据着举足轻重的作用，是生活中非常常见的。冲裁产品发展越来越迅速，这与这个时代联系在一起，冲裁产品有着柔韧性好，不易分解，物理稳定性、质量可高等等特点，逐渐被人们所认同。目前模具也向着高精密、超小型、大型模具发展着，随着不断地开发模具、冲压机、原材料等等，产品使用方面也会越来越好。目前模具行业前景也是越来越好了，相关的福利待遇政府也有提供，因此也不断的有很多人投资企业开办公司，也开始不断的创新和研发，使得现在模具行业也达到了一个新的高度，这也是一个朝气蓬勃的行业，只要工业一直发展着，那么模具发展也不会止步。也因为国外的的模具整体水平较高，所以也会出国向国外进一步学习，相互之间探讨共同进步。同时，国内目前绝大多数是半自动化生产和人员进行冲裁加工和修理。而国外很多全自动化的生产和操作，大大的节省了人力和劳动成本。因此，国内也逐渐的向着那个方向而努力着，不断开发和创新，来满足需求，自动化也会是以后的一个趋势所在，可以提高产量同时节省成本。通过对相关的行业报道和文献进行阅读，冲压模具的研究和发展方向是多方面的，主要体现在以下几点：1.2.1新的加工技术研究近年来，计算机行业飞速发展，在各行各业中都有十分广泛的应用，在模具行业中也得到了广泛的使用，其中主要有CAE、CAM以及CAD等模具设计软件，这些软件的应用给国内的冲压模具行业的发展提供了强有力的支撑。这些软件在模具，很大程度提高了模具的加工效率，减少繁琐的人力成本，同时通过软件，可以对加工过程进行模拟，降低加工过程中的错误率。另一方面，软件的引入对冲压模具的自动化加工也有十分显著的影响，可以有效的促进技术的迭代更新。1.2.2数字化、自动化的应用冲压模具的自动化的引入能够有效的降低人工劳动力的投入，提高模具的加工效率，此外自动化的加工，可能避免由于人为的操作而带来的误差，可以极大程度上提高模具加工的精密度，确保各产品之间的稳定。现阶段国内很多企业已经朝着自动化的方向在进行发展。另一方面通过计算机对加工过程进行控制，实现加工的数字化也是非常重要的一个发展方向。1.2.3推进标准化目前国内的模具加工企业，对于模具加工零件的产品标准并没有统一的标准，这主要是国家或行业并未对冲压模具的加工设定强制标准，因此各加工企业在对制品进行加工的时候仅仅符合企业自身的标准就行，并无强制对制品的品质和精度做出统一规定，这样会导致大部分企业不对产品的技术提高做出成本投入，对行业的进步和发展起到了消极作用[5]。1.2.4高速铣削加工最近几年时间了，国外一些发达国家在模具加工水平方面不断的进步，新的加工技术不断推出，德国的科学家Salomon提出了高速铣削加工，该技术可以应用在模具的加工生产中。这种技术能够很大程度的提升产品的加工效率，另一方面也能投提升制品的精密度，推动了行业的发展。1.2.5改性材料研发模具的加工材料对制品的品质有着十分重要的影响，也是制约我国模具发展的一个重要的因素，通过对改性方式的研究，改变钢材的使用性能，定向处理材料的某方面的参数，以适用于模具的应用是模具的一个重要发展方向[6]。综合分析我国模具行业的现状，如论是在行业总产值还是在加工水平上都有了非常大的进步，然而在加工技术方面距离发达国家还是有一段路程需要走，需要我们这一代的模具加工行业的从业加工人员进行不断的努力[7]。1.3本课题目的和意义1.3.1课题背景冲压模具的加工水平是一个国家制造加工能力的最为直观的表现，直接决定了模的制造业发展水平[8]。冲压模具加工无论是在大型零部件如汽车、航空航天，还是在精密仪器如电子电器方面都有着十分广泛的应用，绝大多数的行业发展均与冲压模具有着十分密切的关系[19]。因此，对冲压模具的设计和加工学习的研究十分重要。冲压模具中的级进模加工方式是一类加工效率高、精密度好、使用寿命长的一种加工方式，在很多行业中都优势十分广泛的应用[21-22]。其主要的加工优势是在一次加工流程中可以完成多个加工步骤，因此能够更好的提高加工效率，实现模具的自动化加工。1.3.2研究意义伴随国内经济水平的不断提高，各行各业对制品的质量要求不断的增加，尤其是在电子电器等一些精密仪器的加工中，品质和精度的要求尤为突出，此外加工企业需要不断地降低企业加工成本，来迎合市场的需要。在这种大前提下，级进模的加工方式在行业中得到了广泛的认可，行业中形成了共识，必须要大力发展多工位及进模具，用以代替传统的冲压加工方式，来满足市场的需求[10-12]。因此，在本次的课题设计中，选用级进模的方式来完成制品的加工，对其进行模具设计。该论文设计中，对制品的模具零件分析和模具设计是结合实际加工的情况进行，也是模具行业中非常普遍的一类模具结构。在本次设计中，对制品的加工流程进行分析确定，同时结合实际情况，也对设计和加工过程进行了一定程度的改进，确保其更加符合市场的需要。2工艺分析2.1零件基本参数及材料表2-1零件参数类型参数设计制品名称烤盘选用加工材料不锈钢材料厚度要求0.8mm该零件的参数见表2-1，其中采用的加工材料为不锈钢，该类型的材料有几个特点，主要表现在塑形好、韧性强。因此非常适用于通过本次模具的冷加工工艺进行加工[16]，能够非常容易就完成成型过程，同时不锈钢类型的材料可以使用与多种工艺中的加工步骤，比如冲压模具中常见的弯曲、冷冲压、拉伸等步骤。此外通过不锈钢加工得到的制品适用于多种不同的环境，能够满足制品的要求，比如拉杆、垫片等零部件。本次设计的烤盘零件图详见下图2-1所示：图2-1烤盘零件图2.2计算毛坯尺寸2.2.1修边余量零件拉深完成后，凸缘的部分有可能会出现不均匀的形状，或者零件凸缘的边缘会有轻微的起皱，为了能够得到好的零件尺寸与零件外形，所以在对零件加工的时候需要对拉深零件的初始胚料进行预留余量。通过零件图2-1可以获得零件的高度尺寸，直径；凸缘直径；所以零件的相对凸缘直径为查表2-2选择拉深零件的修边余量ΔR=3.5mm。表2-.2有凸缘零件切边余量ΔR（mm)所以绘制出零件没有修边之前的零件外形，如下图所示：图2-2未修边零件形状2.2.2毛坯外径尺寸计算由于拉深零件在拉深前后虽然零件的尺寸会发生变化但是零件的外表面的面积是不会变的，所以基于整个原则我们可以对零件的胚料直径进行计算。零件的形状是一个形状规则的带凸缘筒形拉深零件，基于零件的变形前后的面积不变可得零件的胚料尺寸的计算公式如下：（2-1）式中：；；；其中公式中的各项参数即为图2-3列明所示。图2-3零件尺寸指示由于展开件的面积计算公式为：（2-2）式中：；；所以：因此该零部件的胚料尺寸可以取：。根据以上计算可知零件毛坯现状如图2.4所示：图2-4毛坯示意图2.3计算拉深次数由于零件是一个拉深零件所以需要保证零件在变形的过程中不能超过零件能够变形的极限，这样就需要提前对零件的拉深进行计算以确保零件加工能够顺利，在计算前首先我们确认好零件拉深完成后零件所需要达到的尺寸，由于零件的形状是正反拉深零件，所以我们需要计算出正拉深零件的形状,零件正拉深按照近面积相等的原则计算，最终绘制出零件的形状如下图。图2-5零件正拉深后形状零件拉深次数的计算主要是先计算出零件拉深完成的零件总拉深系数，然后在通过文献资料查出零件的各次拉深系数，如果零件要顺利完成拉深那么零件各次拉深的系数的积要比零件的总拉深系数小。零件的拉深由两部分组成，分为正拉深和反拉深。通过计算可知零件完成加工的总拉深系数为：（2-3）由于零件形状为锥形，所以按照零件中间部分的直径对拉深系数进行计算。烤盘的相对凸缘直径通过计算可知：（2-4）烤盘的相对高度通过计算可知：（2-5）胚料的相对厚度为：（2-6）由表2-3查得对于零件反拉深的部分，由于零件形状为锥形，所以按照零件中间部分的直径对拉深系数进行计算，胚料直径则按照零件凸缘位置直径计算：零件反拉深的相对厚度为：零件反拉深的相对凸缘直径为：零件反拉深的相对高度为表2-3带凸缘零件的第一次拉深的极限拉深系数m１2-4带凸缘筒形件第一次拉深的最大相对高度h/d通过表2-3和表2-4可以知道零件正拉深的拉深系数零件正拉深的最大相对高度为0.6-0.5。所以零件正拉深材料能够允许的零件一次拉深的最大相对高度为0.6比零件完成加工的实际的相对高度0.458要大很多，且零件一次拉深的极限的拉深系数0.53与零件完成加工时的实际拉深系数0.586，所以只通过一次拉深可以完成零件的正拉深。通过表2-3和表2-4可以知道零件反拉深的拉深系数零件反拉深的最大相对高度为0.20-0.16所以零件正拉深材料能够允许的零件一次拉深的最大相对高度为0.20比零件完成加工的实际的相对高度0.99要小很多，且零件一次拉深的极限的拉深系数0.33与零件完成加工时的实际拉深系数0.33，所以只通过一次拉深不可以完成零件的反拉深。由于零件的反拉深是由于零件的相对高度达不到零件的拉深要求，所以首先设定零件的第一次拉深的零件相对凸缘直径所以通过查前面的标2.3可以知道零件第一次拉深的拉深系数；零件第二次拉深完成零件反拉深加工。那么各次拉深时零件的的拉深直径为：调整为（）第二次反拉深拉深至零件形状。零件第一次拉深后零件形状基于零件外表面面积相等原则进行绘制，最终确定零件反拉深后的尺寸形状如下图所示：图2-6零件第一次反拉深后形状2.4工艺分析对本次加工的零件进行分析，可知道该零件是属于工业中常用的拉深零件，因此工业中对制品的精度要求不会很高，此外制品的零件图中已经标明部分的尺寸，可以知道该尺寸是属于基本尺寸，无特殊要求，另外对零部件的生产没有特定要求，因此本次设计中选用的是IT14级精度。冲制品的形态和结构上可以知道该制品需要采用落料、正拉深、第一次反拉深、第二次反拉深、整形这五道工序要完成制品的加工，对加工工序进行分析，可以知道可以通过下列三种不同的方案完成制品的成型过程[17-18]。方案一：正拉深→第一次反拉深→第二次反拉深→整形→落料这五道工序连续不间断的进行加工，选取连续模的方式完成制品的成型过程。方案二：将五道不同的工序进行区分开来，落料、、正拉深、第一次反拉深、第二次反拉深、整形逐步进行这种类型叫做单工序模具加工。方案三：加工中先完成冲压模具的落料、正拉深复合冲压，然而完成第一次反拉深、第二次反拉深、整形，这种方式叫做复合模具结合单工序模具加工方案。以上三种不同的方案有不同的特点，主要体现在方案二中将冲压过程中的五个步骤彼此区分开来，单独完成各个加工流程，这种方式在设计上相对比较简单，然而会严重影响加工效率，同时不同加工步骤分开进行，会导致模具的精度下降，对制品造成影响。此外，方案三与方案一进行比较可以知道，虽然模具结构上方案上会相对简单一点，可是需要通过四套不同的模具来完成加工过程，这样也会导致模具的加工成本增加，此外还会导加工的效率产生一定的影响，另一方面由于加工的步骤过多，对模具的自动化和批量化的过程也会造成一定的影响。而方案一在整个加工过程中也就需要一套模具就可以完成全部的加工流程，在一套模具中，设置多个工位，即多个生产步骤在一条生产线上就能实现。这种加工的方案其优势在于成本较低、经济效益好、加工效率高。所以，该制品的加工中确定其采用方案一。2.5排样设计2.5.1排样原则对级进模进行设计的时候，排样是非常关键的一个步骤，其设计的原则和注意事项主要有下面三个方面：①在设计过程中需要确保材料的使用率符合要求在模具加工行业中，企业生产成本中有60%是来自于加工的材料，所以提高材料的利用率是减低生产成本的一个重要的方面，而提高材料的利用率的一个最主要的方面就是减少废料，而减少废料主要是通过模具设计过程中的排样方式进行决定的。②排样方式确定常见的级进模的排样有三种不同的方式，分别是：A、有废料排样法；B、少废料排样法；C、无废料排样法。三种不同的方式其各有优缺点，其中有废料的排料方式是通过在加工中的冲压件以及侧边上预留出来足够的宽度，这种类型的排样会造成边角料增加，材料的利用率相对较低，然而其优点在于可以延长模具寿命。少废料的方式是在制品与制品之间预留一定的搭边，制品和条料的侧边则不留，这种方案的排样可以一定程度上增加材料利用率，基本能够达到70%左右的使用效率。五废料的排样方式是三种方案中材料的使用率最高的一种，其材料的使用率最少能够达到85%之多，其实现方式是通过在制品相互间不设置搭边，可以采用切断条料的加工方式来完成冲裁，通过这种方式可以有效的增加材料的使用效率，然而其缺点也是非常突出的，采用这种方式对模具的使用寿命会造成严重的影响，因此在设计过程中必须要对其进行度综合考虑。③模具搭边值冲压模具中的搭边值都是通过经验来确定的，其中下表2-3中列明了各种条件下的搭边值的取值经验值。相关数据详见下表。表2-5搭边a与a1数值材料厚度圆件及r＞2t的工件矩形工件边长L＜50mm矩形工件边长L＞50mm或r＜2t的工件工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a＜0.250.25~0.50.5~0.80.8~1.21.2~1.61.6~2.02.0~2.52.5~3.03.0~3.53.5~4.04.0~5.05.0~121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t通过上述表格，可以确定本次设计的制品的搭边值大小分别为：工件间搭边值，侧面搭边。本次设计的级进模中，为了能够更好地确保凹模强度，延长模具的使用寿命，便于设置条料导正销，在设计中排样时选择适当加大零件搭边值冲裁。2.5.2载体设计载体是级进模中的一个运载工具。其功能将加工完成的制品运载到下一个工序继续进行加工，因此为了确保其可以符合模具的加工要求，需要让其宽度大于模具的搭边宽度。一般情况下载体有三种类型，也就是双侧载体、单侧载体和中间载体。在对级进模进行设计过程中必须要通过载体的类型来确定模具的排样方式，该模具中确定载体的形式为双侧载体。2.5.3工艺切口对于拉深的级进模具，为了保证后续零件加工时候的材料流动，避免因材料流动导致的条料步距的，使零件具有更好的拉深性能，所以在对零件进行拉深之前先对材料进行工艺切口。本次设计的条料的工艺切口如下图所示：图2-7工艺切口形式2.5.3排样图通过上面相关的分析，绘制出制品的排样图，详见2-4图2-8排样图通过对排样图进行分析，可以知道该排样图中共设计了8个工位，各个工位的作用见下表2-6：表2-4各工位的作用工位序号作用1冲导正销孔+切口2切口3校平4正拉深5第一次反拉深6第二次反拉深7整形8落料2.5.4材料利用率对冲压模具的材料利用率计算通常都是通过计算一个布距中的材料使用率得到整体的使用率。一个步距内的材料利用率的计算公式详见下式2-2：(2-2)其中因此，代入参数，得到其率用率大小：2.6模具类型和结构形式的确定2.6.1模具结构类型的确定通过上述加工方案的分析，可以确定，本次对烤盘零件的加工采用级进模的形式进行加工，因此，模具的类型属于级进模。2.6.2工件的定位方式的确定冲压过程中，为了能够更加精确的冲裁出符合要求的制品，设计过程中一定要确保原材料或加工件对模具的工作刃口在正确的位置。由于本次设计的模具使用的是条料，所以为能够确保孔的位置符合要求，设计中选取导正销对其条料进行精确定位。同时为了能够避免条料发生偏斜情况，使用浮升导料销对其进行垂直送料方向的定位。2.6.3卸料与出件方式的确定本次设计中，采用的是弹性卸料装置的形式，通过卸料板对其卸料。此外，冲压模具中的卸料板一方面具有卸料的用途，另一方面还能够作为压料作用能够有效的保证材料的平整度。本次设计的冲压模具中，综合考虑，选取弹性性推件出料的形式，加工完成后的制品通过推件块将零件推出凹模。2.6.4模具类型及模具组合形式的确定常见的导柱模架有四种不同的类型，分别为：①对角导柱模架②后侧导柱模架③四导柱模架④中间导柱模架结合冲压模具的机构以及形式，为能过更好的增加加工效率，延长模具寿命、提高制品品质以及提高制品的尺寸精度，最终确定选取四角导柱模架，这种模具能够实现模外动自动送料，送料以及加工上均比较便利，能够符合制品的加工要求。3连续模工艺计算3.1冲裁压力计算3.1.1冲裁力、卸料力、推件力冲压模具的冲裁力的计算是根据制品的冲裁刃口的长度和制品选用的加工材料的抗剪性能、厚度等参数进行确定的，根据《冲压工艺与模具设计》中标7-4可以确定材料的相关性能，其主要的参数有剪切强度极限大小为：，材料的厚度大小为。此外加工制品的刃口长度根据CAS软件进行自动测定，得到该值的大小为：其中冲裁力、卸料力、推件力的计算可以分别按照下文中的公式3-1、3-2、3-3进行，将各项参数带入到计算公式中，就可以得到三者的结果。①冲裁力的计算为：（3-1）将参数代入，可知：②卸料力的计算为：（3-2）将参数代入，可知：③推件力的计算为：.（3-3）将参数代入，可知：其中，上面三个公式中的字母代表的参数分别为：、另外，该模具的卸料力、推件力、顶件力系数K、Kx、KT的结果取值范围详见下表所示，该结果是通过材料的型号查询相关参数表得到的。表3-1卸料力、推件力、顶件力系数3.1.2拉深力拉深力会随凸模行程的改变而变化，它的变化曲线下图。图3-1拉深力变化的曲线示意图正拉深力的计算公式：（3-4）式中：因此：正拉深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。零件压边时候的力的计算公式为：（3-5）式中：所以：=第一次反拉深力的计算公式：式中：因此：第二次反拉深力的计算公式：式中：因此：由于零件反拉深时候为五压边圈拉深，所以不用计算零件反拉深的压边力。5.2.3整形力的计算零件有一处整形的位置的冲压力按照公式计算，公式如下：（3-6）式中：；所以零件的整形位置加工所需要的力为：3.1.4总冲压力冲压模具的总冲压力的大小是加工过程中的冲裁力、弯曲力之和组成，因此将各个部分的力进行相加后得到该模具的总冲压力的大小为：3.2压力中心压力中心的计算是根据下面的公式3-6、3-7进行的，通过计算可以得到模具压力中心的x，y轴坐标值：（3-8）(3-9）由于本次模具加工选用的方式是多工位级进模，该类型的加工方式其压力中心是随着加工工序的进行压力中心进行动态变化的一个过程。因此为了可以更加便于计算，一般都是根据级进模加工过程中的极限位置来计算压力重心的。在凸模刃口图上建立坐标系。采取解析法对其压力中心进行计算，详见图3-1上所示的制品第一工位冲孔的圆心作为原点；所以，通过分析，确定级进模的压力中心的做坐标值，分别为：==475.01mm==0mm图3-1刃口坐标3.3冲床型号确定冲压模具的压力机是模具加工中的一个最重要的组成部分，其选择的合适与否会导制品的品质以及模具的寿命造成直接的影响，此外，在对压力机的选择的时候，必须要确保其相关参数符合模具的要求，否则模具无法正常运行[19]。上述相关文章中已经对加工过程中所需要的压力大小进行详细的计算，在选择压力机的时候一定要确保压力机的公称压力大于加工所需要的力，通过对各个冲压设备的型号和参数进行分析，最终可选压机为：J36-1250（闭式双点压力机），主要技术参数如表所示：表1压力机相关参数型号J36-1250型式闭式双点单动公称力1250KN滑块行程500mm最大闭合高度1000mm工作台尺寸(mm)5500×2700液压垫力1250kN行程次数6次/min滑块平面尺寸(mm)4000×18004级进模尺寸计算4.1模具冲裁间隙由于本次设计的制品的级进模，其外形相对常规冲压模具来说会复杂很多，因此在加工的时候需要通过几个不同的加工工序进行操作，设计的时候，要结合凸模、凹模对刃口尺寸进行计算，此外，在整个加工流程中，完成前一个步骤后，再通过此标准来对之后的加工进行计算[20]。冲裁单面间隙代表的是模具在合模时凸模、凹模刃口两者之间的最小长度，一般都是通过字母Z表示，在冲裁加工的过程中，冲裁单面间隙是其中的一个非常重要的参数，可以对制品的品质、精度、冲裁力、推件力等的造成直接的影响。此外还会对模具寿命造成一定程度的影响。另一方面Z的取值对断面质量有具有决定作用，当Z的取值过大的时候，断面会存在裂纹的情况，还会导致断面粗糙、有毛刺；当Z的取值过小的时候会存在剪切现象，加工得到的产品的品质虽然符合要求吗，然而制品的中间位置会存在夹层，必须要确保Z的取值适当，这种情况下凸模与凹模两者之间的裂纹会重叠起来，这种情况下加工得到的制品的品质最好，同时断面会光滑切毛刺少。因此在设计的时候必须要确定间隙值适当，才可以得到相对理想的产品。冲压模具设计的时候，可以对凸模、凹模刃口间隙存在影响的因素是有很多个不同的方面，同时计算刃口间隙值的公式也会存在一定的差别。因此，不同的计算方式，得到的结果也会有一定的不同。通过凸模、凹模两者分开进行加工的方式，其双面间隙需要满足：(4-1)冲裁间隙Z的取值可以根据下表得到：表4-1机电行业用冲裁模初始双面间隙材料厚度/mmSUS3040.80.0720.104随着冲压模具的加工不断的进行，模具的刃口会伴随加工的次数而发生一定程度上的磨损，而磨损程度不断增加后，会是的模具冲孔逐渐减小。此外，在模具的落料时候，同样会存在毛刺。凹模加工的时候，其刃口也一样会发生磨损，这就会使得其孔直径加大，也一样会出现毛刺，因此在对模具落料部分进行设计时，在公差允许的范围中，凹模尺寸的选择上可以选择最小的尺寸。在模具冲孔的选择上，在对模具公差进行确定的时候，在可接受的范围中，凸模的刃口尺寸可以确定为最大尺寸，采用该类型的才能够确保加工制品的精密度，另一方面，也可以增加模具的寿命。通过这种情况的设计，及时随着加工的进行，凸模、凹模刃口发生一定程度的磨损后，同样可以有效的确保模具的正常的运营。4.2凸凹模工作部分尺寸随着冲压模具的加工不断的进行，模具的刃口会伴随加工的次数而发生一定程度上的磨损，而磨损程度不断增加后，会是的模具冲孔逐渐减小。此外，在模具的落料时候，同样会存在毛刺。凹模加工的时候，其刃口也一样会发生磨损，这就会使得其孔直径加大，也一样会出现毛刺，因此在对模具落料部分进行设计时，在公差允许的范围中，凹模齿轮的选择上可以选择最小的齿轮。在模具冲孔的选择上，在对模具公差进行确定的时候，在可接受的范围中，凸模的刃口尺寸可以确定为最大尺寸，采用该类型的才能够确保加工制品的精密度，另一方面，也可以增加模具的寿命。通过这种情况的设计，及时随着加工的进行，凸模、凹模刃口发生一定程度的磨损后，同样可以有效的确保模具的正常的运营。在对冲压模具的刃口尺寸进行确定的时候，考虑的因素主要有下面几点：（1）落料与冲孔由于两者的加工方式不同，其尺寸的确定存在一定的差别，其中落料件的尺寸是通过凹模尺寸确定的，所以落料模首先要确定凹模尺寸，通过减低凸模尺寸来确保合理间隙；冲孔件的尺寸是通过凸模尺寸确定的，所以冲孔首先要确定凹模为基准件，通过增大凹模尺寸来确保合理间隙。（2）通过凸、凹模刃口的磨损规律，凹模刃口磨损后，落料件尺寸增加大，其刃口的基本尺寸需要接近或等于工件的最小极限尺寸；凸模刃口磨损后使冲孔件孔径降低，所以需要让刃口尺寸与最大极限尺寸一致或相差不大。（3）凸模与凹模需要设定有合适的间隙值。（4）凸模与凹模的制造公差需要和制品的尺寸精度两者需要相匹配。冲压模具设计中，有两种不同的方式来确保合理间隙，分别为：方式一：分别加工法该类型的加工方式，设计样对凸模和凹模进行分开加工，成批制造，可以互换。该类型的加工方式要求一定要将制造公差设置在间隙的变动范围之内，这会导致模具的设计和加工的难度加大。因此，该方式比较适合用在结构简单、间隙较大的制品加工过程中。方式二：配合加工法通过凸模与凹模两者之间的相互配合的形式保证合理间隙。加工过程中首先完成基准件的加工，水质对结构中的一些非基准件进行配置，加工后的凸模和凹模无法互换。本次加工的零件厚度仅0.8mm，所以采用配合加工法对零件尺寸进行计算。1、模具在生产过程中由于磨损会导致产品尺寸变大的尺寸的计算公式如下，即：（4-2）2、模具在生产过程中由于磨损会导致产品尺寸变小的尺寸的计算公式如下，即：（4-3）3、模具在生产过程中由于磨损会导致产品尺寸不变的尺寸的计算公式如下，即：（4-4）式中：如果所加工零件的尺寸精度需要保证在IT10以上x=1如果所加工零件的尺寸精度需要保证在IT11~IT13x=0.75如果所加工零件的尺寸精度需要保证在IT14x=0.5—凹模制造偏差，通常取。尺寸计算如下：（mm）（mm）在拉深的时候，第一次正拉深拉深凹模和拉伸凸模的单边间隙用来确定，工件的内部尺寸计算为：（4-5）（4-6）所以：在拉深的时候，第一次反拉深拉深凹模和拉伸凸模的单边间隙用来确定，工件的内部尺寸计算为：（4-5）（4-6）所以：在拉深的时候，第二次反拉深拉深凹模和拉伸凸模的单边间隙用来确定，工件的内部尺寸计算为：（4-5）（4-6）所以：在拉深的时候，整形时凹模和凸模的单边间隙用来确定，工件的内部尺寸计算为：（4-5）（4-6）所以：5级进模工艺零件设计5.1凹、凸模板尺寸5.1.1凹模板尺寸在冲压模具中，所说的凹模板的尺寸实际情况是对其板厚进行计算和设计，因为在模具设计过程中凹模板的长和宽均是通过说加工制品的尺寸直接决定的，凹模板的厚度直接影响到其强度，厚度太低无法承受加工过程中的压力，在对凹模板厚度进行计算的时候，其计算公式是经验公式，详见下方：凹模厚度的计算详见公式5-1：（5-1）凹模壁厚的计算详见公式5-2：（5-2）其中上式中：系数k为已知条件，可以通过相关文献进行查询得到，详见表5-1所示，此外，k的取值一定程度上也和说加工的制品的结构复杂程度有一定的关系，要是说加工的制品结构相对较为简单，那k的取值小一些，反之，如果加工制品结构相对复杂，那么其取值可适当增加。表5-1系数k板料厚度t/mm外形尺寸b/mm0.5123>3<500.300.350.420.500.6050～1000.200.220.280.350.42100～2000.150.180.200.240.30200～4000.100.120.150.180.22>4000.050.060.10.120.15在该级进模中，确定k的值为0.8。把已知的各项参数结果代入上述公式中，可以得出：凹模厚度：该级进模中的制品拉深高度为24.6mm，所以该设计中确定H的值取50mm。凹模壁厚：根据制品的尺寸，可以确定凹模的外形尺寸，去详见的模具大小尺寸，确定其长和宽分别为：长度×宽度为315mm×1200mm。图5-1凹模的尺寸设计图5.1.2凸模固定板尺寸设计凸模固定板的厚度几岁可以取值为凹模固定板的0.8倍，因此通过下列公式可以得到[19]：(5-3)所以该烤盘制品的凸模固定板厚度大小最终确定为40mm。对于该烤盘级进模的凸模固定板，确定其加工的材料为45刚，详细的设计图见下图5-2.图5-2凸模固定板尺寸设计图5.1.3凸模设计该级进模设计中确定的凸模加固方法为固定板。凸模与固定板相互间的配合方法为过渡配合（或）[21]。此外为能够更加好的固定模具，增加模具的稳定性，其最大直径采用台肩的形式。可以确保加工过程中凸模无法被拉出，其加工的材料确定为，热处理硬度为。图5-3凸模5.2垫板确定因为本次设计的模具为级进模，因此，其操作工位其常规模具相比很多，所以，设计的时候其凸模个数同样也会增多。这样会让模具的上模位置所需承受的力增加，因此，为了能够让模具可以承受更大的力的作用，在设计的时候需要在凸模后面设置垫板。其中垫板的厚度需要有其所承受力的大小来确定，承受的力越小，切垫板的厚度也会相应的减小，反之亦然。综合分析，该级进模中的垫板厚度为。 级进模中的凹模也是一样的情况，所以在设计的时候，确定凹模的垫板也为为20mm。5.3卸料机构卸载机构在冲压模具中的用途是作为去除冲头上残留的条料用的，另一方面，卸料机构也可以进行压料，可以很好的防止在加工过程中，材料由于力的作用发生不必要的形变，同时模具卸料板也可以作用引导材料和保护冲头的用途。一般情况，卸料装置存在两种不同的结构形式，其分别为：刚性卸载和弹性卸料[21-22]。在该烤盘的零件的设计中，采用的卸料结构的类型是弹性卸料的形式，一般，这种形式的卸料方式在对模具加工的制品材料比较薄的条件下比较常用，这种形式，可以很好的保证加工过程中，制品材料的平整性，避免发生形变[23]。5.4定位零件由于本次设计的级进模，需要在完成一个工序由将制品运送到下一个工序继续进行加工，在运送的时候，其运送过程的平稳性，以及运送完成后的位置是否合适是至关重要的，之间影响到制品能否成型得到想要的产品，以及产品的精密度，因此需要通过定位装置来对运送过程中的制品进行定位以及导向。在级进模中，其定位装置的组成部分有几个方面，分别是导料板、导料销、挡料销、侧刃以及定位板等。在本次烤盘的模具设计中，定位装置选取浮升导料销导向，以及导正销精定位。此外，因为该制品在结构上存在拉深，在条料运输过程中，必须要将条料抬高，因此还必须要设计浮料销辅助条料来进行运送和移动。5.5紧固件在模具设计中，各个组成部分之间必须要通过固定零件对其进行固定，确保模具运行过程中的强度以及稳定心梗，因此一定要对其使用到的紧固件是否符合设计的要求进行确定，一般在冲压模具中销钉、螺钉是两类中使用广泛的紧固件。该冲压模具中，确定的螺钉的类型为内六角型，其型号代码为：，旋入深度大小为；最小的旋入深度为，详细信息可通过下列螺钉的二维图纸。图5-4螺钉5.6弹性元件冲压模具中，常用的弹性装置主要有两种不同的类型，其分别是树脂和弹簧，该烤盘的级进模中选用的树脂来作为卸料板的弹性元件。该级进模设计中可以设定其卸料螺钉的直径大小为20mm。弹性元件的自由高度的计算公式详见下方公式5-4所示。（5-4）其中：通常，冲压模具中的刀磨量的值的大小均为4~10mm范围之间，所以，本次冲压模具中的取值大小为8mm，所以，其弹性元件高度详见下方：综合考虑，确定其取值为55mm6压力机校核6.1压力校核在对冲压模具的压力机进行校核的时候，其主要的模具是确保压力机的压力是否能够符合设计的要求，能够完成成型的过程，一般情况下，必须要确保压力机的公称压力是模具冲裁时需要的总冲压力的1.1~1.4倍之间；通过上文可移植到选用的压力大小为1250KN，符合冲压模具的要求。6.2滑块行程校核选用的压力机的形成大小一定要确保其在加工过程中可以把制品从冲裁完成的模具中顺利的拿出来，因此，模具的工作行程需要小于压力机的工作行程，模具的工作行程是三个参数之和，其分别为：材料厚度大小为0.8mm、卸料板行程大小为6mm、凸模冲裁时深入凹模的高度30mm。因此可以得到：S=0.8+6+30=36.8mm为本次选取的压力机的工作行程的大小是500mm，因此可以满足加工的要求，得以校核。6.3闭合高度设计中选取的压力机J36-1250的最大安装高度。对该模具的装配图进行测量，得到该模具的通闭合高度的大小为：7模具材料这种形式的冷冲模在加工步骤上主要落料、拉深、成型、冷挤几个不同的加工流程，因此在模具设计上就必须要有不同的模具模快;落料模、弯曲模、拉深模、成型模和冷挤压模，此外，由于模具加工的时候冲压力比较大。所以在对模具加工的材料进行确定的时候必须要综合考虑个因素，确保其加工性能能够满足模具的要求，避免在加工的时候出现断裂、塌陷、磨损等现象。对冲压模具的材料进行确定的时候，其主要的选取原则有几个方面[24]：A、材料的性能上能够有适当的抗变形性能，可以符合模具加工的要求。一般情况下，冲压模具的材料抗变形性能通过几个不同的方向来判断，有：淬火、回火抗压强度、弯曲强度等。B、模具的抗裂性方面一定要符合模具需要。抗裂性通过几个不同的方向来判断：冲击、抗压、弯曲、断裂强度等。C、选用的材料耐磨性能、抗疲劳性上一定要能符合模具的需要。D、选用的材料冷、热加工性能方面一定要能符合模具的需要。通过上述的四个方面冲压模具对材料的要求，确定本次冲压模具模具选取的材料为：淬火变形相对比较低的钢材，凸、凹模采用工作部分局部淬。8装配与检测8.1装配在冲压模具行业中，所谓的级进模加工方式，实际上就是将多个冲压加工的步骤集成到一个加工行程中来完成，该类型的加工方案，对比单工序模具加工方式，该类型的加工方案骑在结构上具备其复杂性，所以对该类型的模具的装配的时候，也会有更加复杂的要求。对其进行装配的时候，需要根据下列步骤来进行操作[25]：①把压入式模柄安装到上模座内，在安装的时候一定要确保模柄和上模座安装面垂直，模柄安装完成后把模柄的大端面与上模座板磨平，这样可以有效的确保之后的流程中的安装精度。②把冲压模具的全部凸模安装在凸模固定板中，在对凸模进行安装的时候，需要确保凸模和凸模固定板相互间的垂直度，安装好后凸模和凸模固定板的端面要进行磨平处理，避免在之后的装配过程中存在干涉的情况。③把凹模板、下垫板和下模座进行安装，同时采用销钉对其进行精确定位，使用螺丝进行固定。④把凸模固定板和上垫板、上模座安装好，同时使用螺钉固定，在螺钉固定阶段，前期不需要对其进行锁紧，这样才能够在凸凹模合模过程中通过敲击凸模固定板来对凸凹模之间的间隙进行调节，调节完成之后，进行固定处理。⑤将卸料板和弹簧安装在冲压模具的上模位置，通过卸料螺丝进行。在对级进模进行安装的时候，需要注意下列几个方面：①级进模的外表面需要进行一定的钝化处理，此外对其进行装配的时候要确保模具的平整性。②对模具进行转配，需要留意各部分的位置是否对应在相应的位置，避免其对加工的精度以及模具的使用造影响。③材料的定位一定要精确可靠。8.2检测在模具的设计中，检测是必须要进行的一道工序，其中检测的主要设计的方面有下列几个[26]：对凸凹模刃口进行检测，确保其锋利与否；对各个冲压模具的组成部分的表面粗糙度检查；B.检查冲压模具的导柱与导套之间的形成要求是否得到满足，房子导柱与导套之间的的配合长度不够。C.对冲压模具的其中的一些不影响工作的棱角修正，房子刮伤工人；D.检查零件的材料是否有完成热处理加工，确保零件的硬度符合模具的要求；E.检查零件是否有砂眼存在，砂眼可能会对制品的表面品质造成影响；图8-1装配图结论此次毕业设计选取的加工制品为烤盘，采用的加工方式为级进模，在设计过程中，从方案设计到说明书的编写都是在指导老师的耐心指导下完成的，在本次毕业论文设计的这段时间里，对个人的专业技术水平是一次全面的提升。对冲压模具的设计尤其是级进模的设计的流程以及设计过程中的重点关注事项有了更加深刻的了解，让我能够在之后的工作中可以独自完成模具的设计。在本次毕业论文的设计的时候，对制品的零件图及加工要求进行分析，确定制品的加工材料，根据对零件图的分析确定其加工方法采用级进模的形式。在此基础上对模具进行分析和设计。通过对模具的分析完成其排样的设计及材料的利用率。对加工过程中的冲压力以及相关参数进行计算确定选用的冲压设备，对模具的相关工艺进行分析和设计。最终通过分析后，使用CAD等设计软件完成模具的装配图的绘制。通过本次的模具设计，对个人的知识技能有了非常大的提升，尤其是老师的指点和对个人的设计思维以及自主学习的能力有了全面的提升，同时通过本次设计后，更加熟练