方插片冲压模具设计-谐振窗倒装式复合模

xxxxxxxxxx大学毕业设计报告用纸第1页共37页PAGEPAGE1摘要模具是制造业的重要工艺基础，在我国模具制造属于专用设备制造业。近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。本设计是冲孔、落料复合模设计，冲模的结构性能直接反映了冲压技术水平的高低。选用材料时应考虑模具的工作特性，受力情况，冲压件材料性能，冲压件的精度，生产批量以及模具材料的加工工艺性能和工厂现有条件等因素。冲床的选用主要是确定冲床的类型和吨位。板料冷冲压加工是机械加工的一个重要组成部分。它应用十分广泛。本文就以方插片落料、冲孔复合模设计主要介绍了冲压模具设计的全过程，此次要完成的主要工作如下：经工艺分析工艺计算，间隙值的选择，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。对压力机做出了合理的选择。整个过程采用AutoCAD软件绘制模具的二维装配图和个别零件图。还要采用UG软件画出模具的三维零件图和装配图。关键字：冲裁模；冲裁工艺；零件工艺；凸模；凹模；凸凹模；模架1.1模具的概述 31.1.1模具的特点 41.1.2设计在学习模具的作用 41.2冲压技术概述 41.3冲压技术的发展趋势 52冲裁与工件的工艺分析 62.1冲裁的概述 62.2冲裁的工艺性 72.3冲裁变形阶段 72.4工件材料的分析 82.5工件工艺性的分析 92.6确定冲裁工艺方案 93模具结构型式的确定 103.1简单模（单工序模） 103.2连续模（级进模） 103.3复合模 103.3.1倒装式复合模 113.3.2正装式复合模 114各部分工艺力计算 124.1排样设计： 124.2冲裁力 144.3卸料力 144.4推件力 144.5顶件力 154.6总冲压力 154.7压力中心 155凸、凹模结构及工作部分主要尺寸计算 155.1落料凸、凹模刃口尺寸及公差的计算 155．2冲孔凸、凹模刃口尺寸及公差的计算 165.3冲孔凸模的设计 175.3.1凸模的结构设计的三原则 175.3.2凸模的长度尺寸计算 175.4凹模设计 185.5凸凹模的设计 196模具其它零件设计 206.1定位零件——销钉的设计 216.2卸料、推料及压料零件——卸料装置的设计 226.2.1固定卸料装置的形式 226.2.2固定卸料板的固定方式 226.3卸料、推料及压料零件——推件器置的设计 226.3.1推件器的结构形式 236.3.2推件器的尺寸与公差 236.3.3推件器的极点位置 236.4卸料、推料及压料零件——打杆、顶板和顶杆的设计 246.5夹持及支持零件——上、下模座的设计 246.6夹持及支持零件——模柄的类型及选择 246.6夹持及支持零件——垫板 266.7夹持及支持零件——凸模固定板 266.8导向零件——导套、导柱 276.9紧固及其他零件 286.10各零件的材料 297压力设选择 308模具的装配 318.1模架的选择 318.2复合模的装配 338.2.1装配技术要求 338.2.2装配顺序为 338.3凸、凹模间隙的调整 34设计总结 35致谢 36参考文献 37HYPERLINK1绪论1.1模具的概述从模具设计和制造角度来看，我们可以从以下几个方面对模具进行了解。（1）对模具的全面要求是：能产生出在尺寸精度、外观、物理性等各方面都须满足使用要求是公有制品，模具的使用要求效率高、自动化操作简便；制造要求结构合理、制造容易、成本低廉。（2）模具影响产品的质量：首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分形面、进浇口和脱模方式等对产品的尺寸精度和形状精度级产品的物理性能、机械性能、内应力大小、外观质量、表面光洁度凹痕、烧焦等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难易程度的影响。在大批量生产中尽量减少开模、合模的过程和取产品过程中的手工劳动，常用自动开合模自动顶出机构，还要保证产品能够自动从模具中脱出。要采用结构合理而简单的模具，以降低成本。1.1.1模具的特点（1）高效率、自动化大量采用各种高效率、自动化的模具结构。高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量、提高生产率，降低成本起了很大作用。（2）大型、超小型及高精度由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，有各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。（3）标准化开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，改善了质量，降低了成本。1.1.2设计在学习模具的作用通过学习课本知识，了解了常用材料在个种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到设计一般模具的要求。掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，跟具不同模具加工新工艺。1.2冲压技术概述冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生变形或分离，从而获得一定形状、尺寸和性能对零件加工方法。它是压力加工方法的一种，是机械制造中先进的加工方法之一。在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具，简称冷冲模。冷冲模在现实冷冲压加工中心是必不可少的工艺装备，没有先进的模具技术，先进的冲压工艺就无法实现。冷冲压工艺与其他加工方法相比，有以下特点：（1）用冷冲压加工方法可以得到形状复杂、用其他加工方法难加工的工件，如薄壳零件等。（2）冷冲压件的尺寸精度是由模具保证的，因此，尺寸稳定，互换性好。（3）材料利用率高，工件重量轻、刚性好、强度高，冲压过程耗能少，故工件的成本较低。（4）操作简单，劳动强度低易于实现机械化和自动化，生产效率高。（5）冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，生产周期长，成本高。因此单件、小批量生产采用冲压工艺受到一定限制，冲压工艺多用于成批、大量生产。近年来发展的简易冲压模、组合冲模、锌基合金冲压等为单件、小批量生产采用冲压工艺创造了条件。目前，采用冷冲压工艺获得冲压制品，在汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表及各种电子产品和人们日常生活用品中都占有十分重要的地位。在汽车制造业中有60～70%的零件是采用冲压工艺制成的，如汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等产品。在电机仪器仪表生产中有60～70%的零件是采用冲压工艺制成的，如仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品。冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。冷冲压模具包括冲裁、弯曲、拉深、成形等各种单工序模和由这些基本工序组成的复合模、级进模等各种模具。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。1.3冲压技术的发展趋势进入90年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局综合优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。重视复合化成形技术的发展。以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展，也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理论、失稳理论与极限变形程度等；应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压工艺方案，使塑性变形理论逐步起到对生产过程的直接指导作用。制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料替代。随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计和制造系统（CAD/CAM），发展高精度、高寿命模具和简易模具（软模、低熔点金模具等）制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统（FMS）、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术得到不断发展和应用，某些传统的冲压加工方法将被它们所取代，产品的冲压加工趋于更合理、更经济。HYPERLINK2冲裁与工件的工艺分析2.1冲裁的概述设计模具时，由成型的工件而定所要设计的模具，在此我的工件是方插片，结构简单，对称，是典型的冲裁件所以选用冲裁模具。冲裁是利用模具将板料沿一定的封闭轮廓形状产生分离的一种冲压工序，安照不同的工艺手段和效果，他可以分成落料、冲孔、剪切、切口、切边、剖切、修整裁切以及精密冲裁等工序，其中以落料和冲孔应用最多。落料是为了获得一定尺寸和外形轮廓的工件，使工件沿封闭轮廓从板料上分离的冲压工序，冲孔是为了得到工件的内孔，使废料沿封闭轮廓从板料或工序件上分离的一种冲压工序。落料和冲孔的性质完全相同，但冲裁目的不同。2.2冲裁的工艺性冲裁加工是用冲模对材料施加剪切力，使材料发生剪切变形，并使破坏分离的剪切加工，冲裁加工的本质是材料的剪切破坏在实际加工中的应用。还要充分考虑对冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、行位公差与尺寸基准等是否符合冲裁加工经济合理的工艺要求。冲裁件的工艺性是否合理，它对冲件的质量、模具寿命和生产效率的影响都非常大。冲裁件的形状和尺寸要求有以下几个方面；（1）冲裁件的形状应尽可能对称、简单和便于实现无废料的排样。（2）冲裁件的外形，无废料冲裁或镶拚结构以外，应避免尖锐的清角。在各直线的连接处，应具有适宜的圆角相连。冲裁时：当α≥90°时，R≥0.25t，但R≥0.25mm；当α<90°时，R≥0.5t，但R≥0.5mm。冲孔时：当α≥90°时，R≥0.3t，但R≥0.3mm；当α<90°时，R≥0.6t，但R≥0.6mm。（3）冲裁件的凸出或凹入部分的宽度和深度一般情况下应该不小于1.5t，同时应避免有狭长的切口和过窄的切槽。（4）如果用条料剪切两端带圆弧的工件，其圆弧半径R应大于条料宽度B的一半，否则冲裁件会产生台肩。（5）尽可能避免冲裁宽度小于3倍材料厚度的狭长零件。必要时可用金属丝压扁的方法代替，但这时的冲裁件两边允许有自然圆弧。（6）冲孔时，孔的最小尺寸与孔的形状、材料的力学性能和材料的厚度均有关。（7）工件的冲孔边缘离外形轮廓的最小距离随工件与孔的形状不同而有一定的限制，当冲孔边缘与工件外形轮廓边缘不平行时，最小距离应该不小于t；平行时则应该不小于1.5t。（8）在弯曲或拉深件上冲孔时，孔的尺寸除应符合上述原则外，其孔壁与工件直壁之间应该保持一定距离。如果距离太小时，则在冲孔时会时凸模因受水平侧向推力的作用而被折断。2.3冲裁变形阶段当采用相应的模具间隙冲裁金属板料时，冲裁作用包含了拉伸、弯曲和剪切等综合变形过程。整个板料冲裁过程通常可以划分为弹性变形、塑性变形和断裂分离三个阶段。（1）弹性变形阶段：当冲头接触板料后，开始压缩板料，板使料产生轻微的弹性变形。这时冲头略挤入板料，板料的下面略挤入凹模口，随着冲头继续压入，板料内的应力达到弹性极限，此时冲头下的板略有弯曲，凹模上的板略微上翘，此阶段为弹性变形阶段。冲裁间隙越大，弯曲和上翘越严重。（2）塑性变形阶段：冲头继续下压，板料变形区的应力将继续增大。当板料变形区的应力达到屈服直线时，便开始进入塑性变形阶段，板料在冲头和凹模的刃口间的变形区产生剪切塑形变形。随冲头挤入板料深度的增大，塑性变形程度逐渐增大，变形区材料硬化加剧，冲裁变形力不断增大，直到刃口附近侧面材料由于拉应力的作用出现细小裂纹，材料开始被破坏时，冲裁力达到最大，塑性变形趋于结束。由于有冲裁间隙，故在这个阶段中除了剪切变形外，冲裁区还伴随着发生金属的弯曲和拉伸变形。间隙越大，弯曲和拉伸变形越大。（3）分离阶段：随着冲头继续下压，已形成的上下微裂纹不断向材料内部延伸，当上、下裂纹重合时，板料便被剪断分离。随后冲头将分离的材料推入凹模洞口，被冲入孔的材料在落料时为制件，冲孔时为废料。留在凹模面上的材料在冲孔时为制件，落料时为废料。2.4工件材料的分析选定模具后，首先要了解被加工材料的力学性能。材料的力学性能是进行模具设计时各种计算的主要依据。故在分析零件冲压成形工艺前必须要了解和掌握材料的一些力学性能，以便设计。现将方插片的件材料为08号钢的力学性能主要参数及其概念叙述如下：（1）抗剪强度τb：材料受到剪切作用，开始产生断裂时的应力值，单位是MPa。取τb=260～360MPa。（2）抗拉强度σb：材料受到拉深作用，开始产生断裂时的应力值，单位是MPa。σb=230～450MPa。（3）伸长率δ：在材料性能实验时，试件由拉伸试验机拉断后，对接起来测量长度，其伸长量与原长度之比称为伸长率，其数值用“％”表示，其数值越大表示材料的塑性越好。经查表可得，材料为08号钢的伸长率δ=32％。（4）屈服比σs/σb：是材料的屈服强度与抗拉强度之比，其值越小，表示材料允许的塑性变形区越大，在拉深工序中，材料的屈服比较小时，所需的压边力和所需克服的摩擦力相应的减小，有利于提高成形极限。（5）屈服点σs：材料开始产生塑性变形时的应力值，单位是N/mmeq\o(\s\up3(2),\s\do1())。弯曲、拉深、成形等工序中，材料都是在达到屈服强度时进行塑性变形而完成该工序的成形的。经查表取σs=200MPa。（6）弹性模量E。材料在弹性范围内，表示受力与变形的指标，弹性模量大，表示材料受力后变形较小，或者说，产生一定的变形需要较大的力。E=186x10eq\o(\s\up5(3),\s\do2())MPa。注：应力是材料单位面积上所受的内力，单位是N/mmeq\o(\s\up3(2),\s\do1())，用Pa表示。10eq\o(\s\up5(6),\s\do2())Pa=1MPa；1MPa=1N/mmeq\o(\s\up6(2),\s\do2())；10eq\o(\s\up6(9),\s\do2())Pa=1GPa。综上所述，方插片的材料08号钢的力学性能分析，主要是为了便于模具设计中各参数的计算，故在后序的模具设计中各参数的计算均以上面所取的数值进行计算。2.5工件工艺性的分析该工件为方插片，结构简单，对称，是典型的冲裁件。有冲孔又有落料，可用落料冲孔复合模具。如工件图2-1图2-1方插片工件图中间是冲孔，R4.2是冲孔的尺寸，C2 是过度方角。外尺寸43X43的方料。2.6确定冲裁工艺方案根据实际情况提出各种可能的冲压工艺方案，内容包括工序性质，工序数目，工序顺序及组合方式等，有时同一种冲压零件也可能存在多个可行的方案，通常每种方案各有优缺点，应从产品质量生产效率，设备占用情况，模具制造的难易程度和模具的使用寿命的高低，生产成本，操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较，确定出适合于现有生产条件的最佳方案，故在一定的条件下，以最简单的方法，最快的速度，最少的劳动量，最少的费用，可靠的加工出符合图样各项要求的零件，在保证加工质量的前提下，选择经济合理的工艺方案。（1）按工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有一下3种工艺方案：方案一：先冲孔，后落料。采用单工序模生产。方案二：冲孔-落料级进冲压。采用级进模生产。方案三：采用落料-冲孔同时进行的复合模生产。（2）方案的比较：方案一：模具结构简单，制造方便，但需要两道工序、两副模具，成本相对较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序加工完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需要的要求，难以满足生产的需要。所以不采用此方案。方案二：级进模式是一种多工位、效率高的加工方法。但级进模轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高，一般适用于大批量、小型冲压件。采用此方案使加工难度提高，因此也排出此方案。方案三：只需要一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸较小，模具的制造成本不高。所以本方案用先冲孔后落料的方案。（3）方案的确定：综上所述，本次模具采用冲孔-落料复合模具。HYPERLINK设计总结本次毕业设计是对我们每个学生在校几年来所学知识与生产实践技术所进行的一次综合性的全面考察；培养了我们运用所学专业知识解决实际问题的能力；它还为我们了解一般模具设计的基本思想打下良好的基础；在设计方案的拟定、工艺分析、设计资料的收集、手册利用、国标选用、设计方法的运用、零部件及总体装配图的绘制等方面，有一次较全面的锻炼。对我们进入社会具备一定独立工作能力起了良好的作用,能较好的适应工作。经过一个月多的时间，我对冷冲压模具有了更深刻的认识和了解，在这期间我不仅接触和学习到了很多以前课堂上无法学到的知识，更总结出以前无法总结出来的学习方法，那就是整合一切可以利用的资源，不断地给自己提出问题，积极思考去寻求解决问题的最佳方案。而且对AutoCAD和UG软件的应用水平有了进一步提高，也是将我大学三年来在学校所学的理论知识与在实训课上的金工实训、钳工实习等，实践知识有机的融合在一起，使我的综合运用能力有了明显的提高，同时也培养了我的创新思维，懂得了治学严谨，持之以恒的道理。也清楚了各种标准件的画法，对冲压工艺、冲压模具、冲压设备及机械设计等方面的认识有了进一步的深化。整个毕业设计过程中我们基本上做到了独立地思考，查阅相关资料，准确计算，充分地运用在大学三年内所学的专业理论知识，使之融入到设计实践中，并通过不断地翻阅资料和查找数据，使自己又一次详细的回顾了三年学习的专业知识，发现自己在学习上的不足之处并加以提高，使自己的专业知识更加全面，系统化。这些宝贵经验对我以后的发展都有很高的实用价值，对我今后走向工作岗位都会产生巨大的影响和作用，在此我想对给予我莫大帮助和教诲我的指导老师们表示衷心的感谢！在本次设计中，我同时也存在着一些错误和不足之处