模具毕业论文

模具毕业 毕业论文 浅析冲压技术与模具制造 学校:河南职业技术学院 院系:机械电子工程系 班级:99999999999999 姓名:88888888888888 学号:77777777777777 指导老师:66666666666666 日期:0年0月0日 1 绪 论 冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工，用以生产各种板料零件,具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。 在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后，已经形成了冲压学科的成形基本理论。以冲压产品为龙头，以模具为中心，结合现代先进技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用。 进几十年来，冲压技术有了飞速的发展，它不仅表现在许多新工艺与新技术在生产的广泛应用上，如:旋压成形、软模具成形、高能率成形等，更重要的是人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃[。 现代冲压生产是一种大规模继续作业的制造方式，由于高新技术的参与和介入，冲压生产方式由初期的手工操作逐步进化为集成制造。生产过程逐步实现机械化、自动化、并且正在向智能化、集成化的方向发展。实现自动化冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，已经是冲压生产的发展方向。 冲压自动化生产的实现使冲压制造的概念有了本质的飞跃。结合现代技术信息系统和现代化管理信息系统的成果，由这三方面组合又形成现代冲压新的生产模式—计算机集成制造系统CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)。把产品概念形成、、开发、生产、销售、售后服务全过程通过计算机等技术融为一体，将会给冲压制造业带来更好的经济效益，使现代冲压技术水平提高到一个新的高度。 模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，也是高新技术产业的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。目前我国模具工业的发展步伐日益加快，“十一五期间”产品发展重点主要应表现在: (1)汽车覆盖件模;(2)精密冲模;(3)大型及精密塑料模;(4)主要模具件;(5)其它高技术含量的模具。 目前我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，其中，冲压模占模具总量的40%以 2 上[2]，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段上已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，以国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，存在一定差距。 冲压技术的进步首先通过模具技术的进步来体现出来。对冲模技术性能的研究已经成为发展冲压成形技术的中心和关键。 20世纪60年代初期，国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。通过以计算机为主要技术手段，以数学模型为中心，采用人机互相结合、各尽所长的方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体，使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。 模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化[4]。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。 模具CAD/CAE/CAM在近20年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。进入本世纪以来，模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快，应用范围更广。 在级进模CAD/CAE/CAM发展应用方面，本世纪初，美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-II(现为NX)软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块。具有特征识别与重构、全三维结构关联等显著特色，已在2003年作为商品化产品投入市场。与此同时，新加波、马来西亚、印度及我国台湾、香港有关机构和公司也在开发和试用新一代级进模CAD/CAM系统。 我国从上世纪90年代开始，华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。如华中科技大学模具技术国家重点实验室在AutoCAD软件平台上开发出基于特征的级进模CAD/CAM系统HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程5个模块。上海交通大学为瑞士法因托 3 (Finetool)精冲公司开发成功精密冲裁级进模CAC/CAM系统。西安交通大学开发出多工位弯曲级进模CAD系统等。近年来，国内一些软件公司也竞相加入了级进模CAD/CAM系统的开发行列，如深圳雅明软件制作室开发的级进模系统CmCAD、富士康公司开发的用于单冲模与复合模的CAD系统Fox-CAD等。 展望国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展，本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中，通过与计算机技术的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快，学科领域交叉之广前所未见。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物，其特点将反映在专业化、网络化、集成化、智能化四个方面。主要表现在[4]: (1)模具CAD/CAM的专业化程度不断提高; (2)基于网络的CAD/CAE/CAM一体化系统结构初见端倪; (3)模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目; (4)与先进制造技术的结合日益紧密。 第1章 零件工艺分析 1.1冲材件的工艺分析 由于产品需进行大批量的生产，不宜采用单一工序生产，而用级进模进行加工时不易成型且结构复杂。采用复合模可第一次完成落料、冲孔. 因为该工件是轴对称件，材料厚度仅为1.2mm，根据查阅资料得知冲裁性能较好。为了减少工序数经过该工件进行详细分析，并查阅有关资料后，可采用分模压制成形。该工艺特点是首先进行落料，在冲孔成形。采用这种方法加工的工件外观平整、毛刺小、产品质量较高，而且大大提高了生产效率。对于模具的设计结构性较为简单。 4 图1-1 零件图 1.2展开尺寸的计算 由于成型零件是弯曲零件,为了确定弯曲前坯料的形状与大小,需要计算弯曲件的展开尺寸.弯曲件展开尺寸的计算基础是应变中性层在弯曲前后长度保持不变. 弯曲件的展开长度等于各直边部分长度与各圆弧部分长度之和.直边部分长度是不变的,而圆弧部分的长度则需要考虑材料的变形和中性层的位移. 由测量可知:t=1.2mm α1=90 α2=135 R1=R2=0.76mm r1=r2=0.76 L1=4.01 L2=4.49 L=83.44 所以由:r1/t=0.76/1.2?0.63>0.5 r/t>0.5的弯曲件由于变薄不严重，按中性层展开的原理，坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，即 Lz=L1+L2+παρ/180=L1+L2+πα/180(r1+xt) (公式1) 式中 Lz—坯料展开总长度(mm); α—弯曲中心角 查表可知: 中性层位移系数x值 r/t 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.2 x 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.28 0.30 0.32 0.33 r/t 1.3 1.5 2.0 2.5 3 4 5 6 7 ?8 x 0.34 0.36 0.38 0.39 0.40 0.42 0.44 0.46 0.48 0.50 故零件在X轴方向上的展开总长度为Lx=108.04mm 同理，零件在Y轴方向上的展开总长度的计算: r/t=1/1.2?0.83>0.5 由测量可知: α3=90 r2=1 L3弯=L4弯=L5弯=πα3ρ/180(r2+xt) L3=4.43 L4=5.87 L5=38.17 L6=66.13 所以，由公式1可计算出零件在Y轴上的总长度为Ly=120.09 通过计算分析得知，该零件所需的加工基本工序包括:落料、冲孔。 根据计算分析得知该零件的基本加工工序，可拟定冲压工艺:落料、冲孔 5 采用复合模同步来完成。零件展开图如下: 图1-2零件展开图 第2章 工艺与设计计算 2.1排样及材料利用率的计算 排样时工件之间，以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。搭边的作用是补偿条料的定位误差，保证冲出合格工件。搭边还可以保持条料有一定的刚度，便于送料。 排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。 搭边虽然是废料，但在冲裁工艺中却有很大的作用:补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件;增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率;避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高模具寿命。 搭边宽度对冲裁过程和冲裁件质量有很大影响，因此要合理确定搭边数值。搭边值过大，材料利用率低;搭边值过小，搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。 在确定搭边值时，主要考虑以下因素: 6 ?材料的力学性能 硬材料的搭边值可小一些;软材料、脆材料的搭边值要大一些。 ?材料厚度 厚材料的搭边值要取大一些。 ?冲裁件的形状与尺寸 零件形状越复杂，圆角半径越小，搭边值取大些。 用手工送料，有侧压装置的搭边值可以小一些;用侧刃 ?送料及挡料方式 定距比用挡料销定距的搭边小一些。 ?卸料方式 弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。 为从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过于小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验确定的，下表列出了冲裁时常用的最小搭边值。 考虑到操作方便及模具结构，故采用单排排样设计。搭边值取a,2.25 条料宽度 B,126mm 条料送进步距 S=88mm 图2-1 零件步距图 材料利用率计算: 一个步距内的材料利用率η为: η,A,BS×100, 式中:A——一个步距内冲裁件面积(包括冲出的小孔在内) B——条料宽度 S——步距 则 η,7796.0101×100, BS ,7796.0101/11088×100, 7 ,70.3, 由上面式中计算得知:由于产生的结构废料较多，因此材料利用率较低。 2.2计算各部分工艺力 2.2.1冲孔力的计算 F=1.3Ltτ 冲 式中: L——工件内轮廓周长mm; t——材料厚度mm τ——材料抗剪强度Mpa,(由手册查得τ=450Mpa) 则 F1=1.3L1×t×τ=1.3×14.7027×1.2×450=10.321KN 冲 F2=1.3×L2×t×τ=1.3×16.7761×1.2×450=11.776 KN F3=1.3×L3×t×τ=1.3×49.4801×1.2×450 =34.735 KN 2.2.2冲裁力计算 F=1.3Ltτ 冲 式中: L——工件外轮廓周长mm，因此落料尺寸为毛坯尺寸,即: L=571.0898+49.4801+16.7761+14.7027=652.0487mm 则 F=1.3L×t×τ=1.3×652.0487×1.2×450 落 =457.7381874KN 2.2.3 推件力计算 F=nKF推推冲 式中 K——推件力因数，查《模具设计与设备》表4-22得K=0.055;n——推推 工件在凹模内的个数，取n=1. 则 F=1×0.055×457.7381874=25.175600307 KN 推 2.2.4 顶件力计算 F= KF 顶顶冲 式中 F——顶件力因数，查《模具设计与设备》表4-22得K=0.06 顶顶 则 F=0.06×457.7381874=27.464291244 KN 顶 2.2.5卸料力计算 F=KF 卸卸冲 式中 K——卸料力因数，查《模具设计与设备》表4-22得K=0.045; 卸卸则 F=0.045×457.7381874=20.598218433 KN 卸 8 因此总的落料、冲孔复合模冲裁力为: F= F+ F+F+ F 总冲顶卸推 =457.7381874+27.464291244+20.598218433+25.175600307 =530.976297384 KN 2.3 计算压力中心 冲压力合力的作用点称为压力中心。为了保证压力机和冲模正常平稳地工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心重合，对于带模柄的中小型冲模就是要使其压力中心与模柄轴心线重合。否则，冲裁过程中压力机滑块和冲模将会承受偏心载荷，使滑块导轨和冲模导轨部分产生不正常磨损，合理间隙得不到保证，刃口迅速变钝，从而降低冲件质量和模具寿命甚至损坏模具。 本次设计零件是形状对称的工件，其压力中心位于轮廓图形的几何中心。 2.4 冲压设备的选择 根据复合模的特点，采用复合模加工时，为防止设备超载，其压力机设备的公称压力F的选择必须大于等于(1.6,1.8)F。 压总 F?(1.6,1.8)F压总 ,(1.6,1.8)×530.976297384 KN ,849.5620758144,955.7573352912 KN 从模具设计手册附录选取标称压力为1250KN的开式压力机,其型号J23-125.其与模具设计的有关参数为: 公称压力:1250KN 滑块行程:145mm -1滑块行程次数/次min :38次/min 最大闭合高度:480mm 封闭高度调节量:110mm 工作台尺寸:710mm×1080mm 模柄孔尺寸:60mm×80mm 2.5主要工作部分尺寸计算 2.5.1冲孔刃口尺寸计算 根据表2-41查得冲裁刃口双面间隙Z=0.050mm,Z=0.070mm.零件尺寸极限偏minmax 差?=0.13mm,由查表2-43磨损因数χ=0.75，冲孔凹凸模的制造公差由表2-42查得:δ=0.020，δ=0.025. 凸凹 为了保证新冲模的间隙小于最大合理间隙(Z),凸模和凹模制造公差必须保MAX 证: δ+δ?Z,Z凸凹maxmin 9 校核: δ+δ=0.045mm,Z,Z=0.020mm,说明所取凸、凹模公差不能满足 凸凹maxmin δ+δ?Z,Z 的条件，但相差不大，此时可调整如下: 凸凹maxmin δ,0.4(Z,Z) ,0.4×0.020mm,0.008mm 凸maxmin δ,0.6(Z,Z) ,0.6×0.020mm,0.012mm 凹maxmin 则凸模刃口尺寸: 0D,(d，χ?) -δ凸 00,(122.4+0.75×0.13),122.4975mm -0.008-0.0082.5.2 落料刃口尺寸计算 根据表2-41查得冲裁刃口双面间隙Z=0.050mm,Z=0.070mm.零件尺寸极限偏minmax差?=0.13mm,由表2-43查得磨损因数χ=0.75，冲孔凹凸模的制造公差由表2-42 查得:δ=0.020，δ=0.030. 凸凹 为了保证新冲模的间隙小于最大合理间隙(Z),凸模和凹模制造公差必须保MAX证: δ+δ?Z,Z (查《冷冲压模具设计指导》得) 凸凹maxmin 校核: δ+δ=0.05mm,Z,Z=0.02mm, 说明所取凸、凹模公差不能满足 凸凹maxmin δ+δ?Z,Z 的条件，但相差不大，此时可调整如下: 凸凹maxmin δ,0.4(Z,Z) ,0.4×0.020mm,0.008mm 凸maxmin δ,0.6(Z,Z) ,0.6×0.020mm,0.012mm 凹maxmin 则凹模刃口尺寸: ，0.0120，0.0120D=(D，χ?),(122.4+0.75×0.13),122.4975mm 凹-δ凸0 表2-1 冲裁模初始双面间隙Z(一) 纯铜、黄铜、软钢 杜拉铝、中等硬钢 硬钢 材料软铝 ωc=0.08%—0.2% ωc=0.3%—0.4% ωc=0.5%—0.06% 厚度 t/mm Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 10 0.2 0.008 0.012 0.010 0.014 0.012 0.016 0.014 0.018 0.3 0.012 0.018 0.015 0.021 0.018 0.024 0.021 0.027 0.4 0.016 0.024 0.020 0.028 0.024 0.032 0.028 0.036 0.5 0.020 0.030 0.025 0.035 0.030 0.040 0.035 0.045 0.6 0.024 0.036 0.030 0.042 0.036 0.048 0.042 0.054 0.7 0.028 0.042 0.035 0.049 0.042 0.056 0.049 0.063 0.8 0.032 0.048 0.040 0.056 0.048 0.064 0.056 0.072 0.9 0.036 0.054 0.045 0.063 0.054 0.072 0.063 0.081 1.0 0.040 0.060 0.050 0.070 0.060 0.080 0.070 0.090 1.2 0.050 0.084 0.072 0.096 0.084 0.108 0.096 0.120 1.5 0.075 0.105 0.090 0.120 0.105 0.135 0.120 0.150 1.8 0.090 0.126 0.108 0.144 0.126 0.162 0.144 0.180 2.0 0.100 0.140 0.120 0.160 0.140 0.180 0.160 0.200 2.2 0.132 0.176 0.154 0.198 0.176 0.220 0.198 0.242 2.5 0.150 0.200 0..175 0.225 0.200 0.250 0.225 0.275 2.8 0.168 0.224 0.196 0.252 0.224 0.280 0.252 0.308 3.0 0.180 0.240 0.210 0.270 0.240 0.300 0.270 0.330 3.5 0.245 0.315 0.280 0.350 0.315 0.385 0.350 0.420 4.0 0.280 0.360 0.320 0.400 0.360 0.440 0.400 0.480 4.5 0.315 0.405 0.360 0.450 0.405 0.490 0.450 0.540 5.0 0.350 0.450 0.400 0.500 0.450 0.550 0.500 0.600 6.0 0.480 0.600 0.540 0.660 0.600 0.720 0.660 0.780 7.0 0.560 0.700 0.630 0.770 0.700 0.840 0.770 0.910 8.0 0.720 0.880 0.800 0.960 0.880 1.040 0.960 1.120 9.0 0.870 0.990 0.900 1.080 0.990 1.170 1.080 1.260 10.0 0.900 1.100 1.000 1.200 1.100 1.300 1.200 1.400 注:1.初始间隙值的最小值相当于间隙的公称数值。 2.初始间隙的最大值是考虑到凸模和凹模的制造公差所增加的数值。 3在使用过程中，由于模具工作部分的磨损，间隙将有所增加，因而间隙的使用最大数值要超过列表数值。 4本表适用于尺寸精度和断面质量要求较高的冲裁件。 表2-2 规则形状(圆形、方形)冲裁时凸、凹模的制造公差 (mm) 凸模偏差凹模偏差凸模偏差凹模偏差 基本尺寸 基本尺寸 δp δd δp δd 11 ?18 0.020 0.020 >180~260 0.030 0.045 >18~30 0.020 0.025 >260~360 0.035 0.050 >30~80 0.020 0.030 >360~500 0.040 0.060 >80~120 0.025 0.035 >500 0.050 0.070 >120~180 0.030 0.040 表2-3 磨损系数x 非圆形冲件 圆形冲件 料厚t/mm 1 0.75 0.5 0.75 0.5 冲件公差Δ/mm 1 <0.16 0.17~0.3?0.36 <0.16 ?0.16 1~2 <0.20 5 ?0.42 <0.20 ?0.20 2~4 <0.24 0.21~0.4?0.50 <0.24 ?0.24 >4 <0.30 1 ?0.60 <0.30 ?0.30 0.25~0.4 9 0.31~0.5 9 第3章 模具总体结构的设计 3.1绘制模具总体结构草图 12 图3-1 冲裁模具装配图 3.2模具结构的设计，确定结构件的形式 由冲裁模的典型结构可见，尽管各类冲裁模的结构形式和复杂程度不同，组成模具的零件有多有少，但每一副冲裁模都是由一些能协同完成冲压工作的基本零部件构成的。这些零部件按其在冲裁模中所起作用不同，可分为工艺零件和结构零件两大类: 工艺零件——直接参与完成工艺过程并与板料或冲件直接发生作用的零件，包括工作零件、定位零件、卸料与出件零部件等。 结构零件——将工艺零件固定联接起来构成模具整体，是对冲模完成工艺过程起保证和完善作用的零件，包括支承与固定零件、导向零件、紧固件及其他零件等。 3.2.1凸模的结构设计 由于冲件的形状和尺寸不同，冲模的加工以及装配工艺等实际条件亦不同，所以在实际生产中使用的凸模结构形式很多。其截面形状有圆形和非圆形;刃口形状有平刃和斜刃等;结构有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等。凸模的 13 固定方法有台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定，粘结剂浇注法固定等。根据冲压件的形状和尺寸，冲孔凸模采用整体式的台阶式凸模，截面形状是圆形，刃口形状为平刃。装配时将凸模压入固定板内，采用H7,m6配合。 根据国标(GB2863.1,2-81)规定，凸模材料用T10A、C6WV、9M2V、C12、rnrC12MV。刃口部分热处理硬度前两种为58,60HRC，后三种为58,62HRC，尾部回ro 火至40,50HRC。 凸模材料选用C12。 r 由于凸模一般不必进行强度校核，但对于特别细长的凸模或凸模截面尺寸小而板料厚度大时，则应进行强度校核。 1)、承压应力校验 冲裁时，凸模承受的压应力σ,必须小于凸模材料强度允许的压应力[σ]: pp σ ,F,A?[σ ] pp 对于圆形凸模，由上式可得: d ?4τt,[σ ]=(4×450×1.2),1000=2.16mm minp 式中 F——冲裁力(N); σ ——凸模承受的压应力(Mpa); p A——凸模最小截面积(??); [σ ]——凸模材料的许用压应力(Mpa); p d——凸模最小直径(mm); t——毛坯厚度(mm) τ——毛坯材料的抗剪强度(Mpa). 冲孔凸模是台阶式最小直径是4mm进行冲裁的板料厚度为1.2mm。既不属于细长杆，又不属于板料厚的零件，所以凸模的强度足够，压应力和弯曲应力的校核满足要求。 3.2.2落料凹模的设计 凹模是在冲压过程中与凸模配合直接对冲裁件进行分离或成型的工作零件。凹模推荐采用材料为T10A、C6WV、9M2V、C12、C12MV，热处理硬度为58,62HRC.rnrro 凹模的材料选取: C12. r 刃口形式:根据冲裁件的形状、厚度、尺寸精度以及模具的具体结构选用刃口，采用刃口形式为直通式。 凹模外形尺寸:指的是其平面尺寸和厚度，凹模的外形一般为圆形和矩形两种。根据零件的结构形式采用圆形凹模。 根据被冲材料的厚度和冲件的最大外形尺寸确定: 凹模高度 H,KD,0.35×122.4,42.84mm 0 14 凹模壁厚 C,(1.5,2)H,68.544,85.68mm 式中: H——凹模高度mm; K——系数; d——最大直径mm; C——凹模厚度mm. 落料凹模的固定方法:采用上模固定板固定，与固定板采用H7,m6过渡配合，上端面带台肩，以防下拉。 凹模轮廓尺寸的确定: 凹模轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸L×B以及厚度尺寸H。 L,l，2c B,b×2c 式中 l——沿凹模长度方向刃口型孔的最大距离mm; b——沿凹模宽度方向刃口型孔的最大距离mm; c——凹模壁厚mm，考虑布置螺孔与销孔的需要，同时也要保证凹模的 -29。 强度和刚度，计算时可参考《冲压模具及设备》表4 销孔配钻铰 图3-4 落料凹模 3.2.5凸、凹模的设计 复合模中同时具有落料凹模和冲孔凹模的作用的作用的工作零件。 凸凹模工作面的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。因此从强度方法考虑，其壁厚应受最小值限制。凸、凹模壁厚于模具结构有关:当模具采用正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些;当模具为倒装结构时，若内孔为直通式刃口形式，且采用下漏料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应该小些。 在本模具设计中采用的是积聚废料凸凹模，即积聚废料凸凹模的最小壁厚:轴 15 盖冲模采用倒装复合模，冲裁凸凹模内孔有废料积聚，经查表，零件的料厚为1.2mm，则最小壁厚为2.7mm。由工件图可知，凸凹模的壁厚为10mm大于最小壁厚，满足要求。如下图: 销孔 图3-5 凸凹模 上部的成型凸凹模属于不积聚废料的凸凹模。故最小壁厚约等于工件料厚。即 最小壁厚为1.2mm，凸凹模的壁厚为2.3mm大于最小壁厚，满足要求。 3.2.6卸料零件计算 上卸料采用刚性卸料装置。压力机滑块上的打料横梁通过打料棒、顶板、卸料块、将制件从横梁中打出。 下卸料是采用橡胶作为弹性元件的弹性装置。 橡胶的自由高度: H=(3.5,4)S 自由工作 S——工作行程与模具修模量式调整量(4,6)I和再加1。 工作 S=(5.0+1+4)mm=10mm 工作 则 H=(3.5,4)×10=35,40mm; 取H=40mm 自由自由 橡胶的装配高度 H=(0.85,1.0)H=34,40mm 自由 16 则取 H=40mm. 卸料弹簧设计计算: 1)根据模具结构初定1根弹簧的卸料力为: F = 20.598218433,n=20.598218433KN 预 2)根据预压力F的大小，从《冷冲压模具设计指导》表8-40中初选弹簧规格，使F=2F=2×20598.218433N=41196.436866N, j预 3)计算所选弹簧的预压量h: y h= F×h,F?4.8mm y预jj 4)检查弹簧最大允许压缩量，如满足下列条件，则弹簧选得合适。 h?h，h，h jy工修磨 式中 h——弹簧预压缩量; y h——卸料板工作行程，一般取料厚加1mm; y h——凸、凹模修磨量，一般取4,10mm 修磨 计算得知满足条件要求，即弹簧选取: 外径:D=8mm; 钢丝直径:d=1.0mm; 自由高度:h=18.6mm; 自由 3.2.7定位零件的确定 定位零件的作用，是使条料或毛坯在精冲时确定正确的位置，从而保证冲出合格的制件，根据毛坯和模具不同的特点，采用不同形式的定位装置，冲模中常见的定位装置有定位板、定位销、挡料销、导料销、测压板等。 对于带有弹性卸料板的冲模，采用固定挡料销的形式，在凹模的相应位置留出空间，同时满足冲件要求，而且经济性好，因此选用固定挡料销，参照GB2866.11-81固定挡料销A型，材料:45钢，基本尺寸:d=4mm,热处理硬度:HRC43,48. 3.2.8卸料装置的确定 卸料板有卸料的作用，主要用于精冲薄料和要求制件平整的冲模中，其弹力可用弹簧或橡胶获得，也可以通过顶杆安装在下模座或压力机工作台下面的弹顶器或气垫中获得。 ’卸料板上开孔大小，即卸料孔每侧与凸模保持间隙C=(0.1,0.2)t,(t为材料厚度)。 注:为保证装配后卸料板的平行度，同一付模具各卸料螺钉的长度L及孔深H都必须保持一致，相差不超过0.02mm. 3.2.9推件装置的设计 推件装置主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种。一般刚性的用得较多，它由打杆、推板、内打杆和推件块组成，如图3-6a所示。有的刚性推件装置不需要 17 推板和连接推杆组成中间传递结构，而由打杆直接推动推件块，甚至直接由打杆推件，如图3-6b所示。其工作原理是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆与推件板(块)，将凹模内的工件推出，其推件力大，工作可靠。 内打杆需要2,4根且分布均匀、长短一致。推板要有足够的刚度，其平面形状尺寸只要能够覆盖到内打杆，不必设计的太大，以使安装推板的孔不至太大。图3-7为标准推板的结构，设计时可根据实际需要选用。 图3-6 刚性推件装置 图3-7 推板 弹性推件装置其弹力来源于弹性元件，它同时兼起压料和卸料作用，如图3-8所示。尽管出件力不大，但出件平稳无撞击，冲件质量较高，多用于冲压大型薄板以及工件精度要求较高的模具。 18 图3-8 弹性推件装置 1—橡胶 2—推板 3—连接推杆 4—推件块 根据模具结构特点，在设计过程中模具的推件装置采用刚性推件装置。 3.2.10顶件装置的确定 顶件装置一般是弹性的，其基本零件是顶件块、顶杆和弹顶器。弹性顶件装置的顶件力容易调节，工作可靠，冲件平直度较高，但冲件也易嵌入边料，产生与弹性推件同样的问题。在推件块和顶件块工作时与凹模孔口配合并作相对运动，要求模具处于闭合状态时，其背后应有一定空间，以备修模和调整的需要;模具处于开启状态时，必须顺利复位，且工作面应高于凹模平面0.2,0.5mm，以保证可靠推件或顶件;与凹模和凸模的配合应保证顺利滑动，一般与凹模的配合为间隙配合，推件块或顶件块的外形配合面可按h8制造，与凸模的配合可呈较松的间隙配合，或根据料厚取适当间隙。 根据模具装配关系顶件装置采用顶杆方式，将滞留在凸凹模的制件顶出机构。在轴盖冲压模设计中采用υ4的顶杆，因顶件力很小，υ4的顶杆满足强度要求。 3.2.11模柄的选用 中小型冲模通过模柄将上模固定在压力机的滑块上。常用的模柄形式如下: 1) 压入式模柄:与上模座孔采用H7,m6过度配合，并加销钉防转; 2)旋入式模柄:通过螺纹与模座连接，用螺钉防松，装卸方便，多用于有导模的冲模; 3)凸缘模柄:用3,4个螺钉固定在上模座的窝孔内，多用于较大型的模具上。 4)浮动模柄:允许模柄与模柄轴心线之间的偏离，可减少滑块误差对模具导向精度的影响。 根据整体模具特点和各种模柄的特点，采用凸缘模柄。 3.2.12固定板的设计 将凸模或凹模按一定相对位置压入固定后，作为一个整体安装在上模座或下模座上。模具中最常见的是凸模固定板，固定板分为圆形固定板和矩型固定板两种，主要用于固定小型的凸模和凹模。 19 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6,0.8倍，其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。固定板材料一般采用Q235或45钢。 3.2.13垫板 垫板的作用是直接承受凸模得压力，以降低模座所受的单位压力，防止模座被局部压陷，从而影响凸模的正常工作。是否需要用垫板，可按下式校核: P=F/A (2-50) 式中 P----凸模头部端面对模座得单位压力(N); F----凸模承受的总压力(N); 2 A----凸模头部端面支承面积(mm)。 如果σ(模座材料的许用压应力)，需要在凸模头部支承面上加一块硬度较P, 高得垫板;如果P?σ，可以不加垫板。据此，凸模较小而冲裁力较大时，一般需加垫板;凸模较大的，一般可以不加垫板。 模座材料的许用压应力σ见表3-1。 表3-1 模座材料的许用压应力 模座材料 ,σ,/Mpa 铸铁HT250 90,140 铸钢ZG310---570 110,150 根据上式计算得知垫板厚度一般取4,12mm。 3.2.14导向零件 导向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。对生产批量较大、零件公差要求较高、寿命要求较长的模具，一般都采用导向装置。模具中应用最广泛的是导柱和导套。 导柱、导套的尺寸规格根据所选标准模架和模具实际闭合高度确定，并保证有足够的导向长度。 导柱、导套一般选用20钢制造。为了增加表面硬度和耐磨性，应进行表面渗碳处理，渗碳后的淬火硬度为58,62HRC。 导板导向装置分为固定导板和弹压导板导向两种，导板的结构已标准化。 第4章 冲模模架的型号与选择 20 4.1 模架的选择 根据标准规定，模架主要有两大类:一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模模架;另一类是由弹压导板、下模座、导柱、导套组成的导板模模架。模架及其组成零件已经标准化，并对其规定了一定的技术条件。 4.1.1导柱模模架 导柱模模架按导向结构形式分为滑动导向和滚动导向两种。滑动导向模架的精度等级分为I级和?级，滚动导向模架的精度等级分为0I级和0?级。各级对导柱、导套的配合精度、上模座上平面对下模座下平面的平行度、导柱轴心线对下模座下平面的垂直度等都规定了一定的公差等级。这些技术条件保证了整个模架具有一定的精度，也是保证冲裁间隙均匀性的前提。 4.1.2导板模模架 导板模模架有两种结构形式，导板模模架的特点是:弹压导板对凸模起导向作用，并与下模座以导柱、导套为导向构成整体结构;凸模与固定板是间隙配合而不是过渡配合，因而凸模在固定板中有一定的浮动量，这样的结构形式可以起保护凸模的作用。因而导板模模架一般用于带有细小凸模的级进模。 4.2模座的选择 模座一般分为上、下模座，其形状基本相似。上、下模座的作用是直接或间接地安装冲模的所有零件，分别与压力机滑块和工作台连接，传递压力。因此，必须十分重视上、下模座的强度和刚度。模座因强度不足会产生破坏;如果刚度不足，工作时会产生较大的弹性变形，导致模具的工作零件和导向零件迅速磨损，这是常见的却又往往不为人们所重视的现象。 在选用和设计时应注意如下几点: 尽量选用标准模架而标准模架的形式和规格就决定了上、下模座的形式和规格。如果需要自行设计模座，则圆形模座的直径应比凹模板直径大30,70mm，矩形模座的长度应比凹模板长度大40,70mm，其宽度可以略大或等于凹模板的宽度。模座的厚度可参照标准模座确定，一般为凹模板厚度的1.0,1.5倍，以保证有足够的强度和刚度。对于大型非标准模座，还必须根据实际需要，按铸件工艺性要求和铸件结构设计规范进行设计。 所选用或设计的模座必须与所选压力机的工作台和滑块的有关尺寸相适应，并进行必要的校核。比如，下模座的最小轮廓尺寸，应比压力机工作台上漏料孔的尺寸每边至少要大40,50mm。 模座材料一般选用HT200、HT250，也可选用Q235、Q255结构钢，对于大型精密模具的模座选用铸钢ZG35、ZG45。 上、下模座的导柱与导套安装孔的位置尺寸必须一致，其孔距公差要求在? 21 0.01mm以下。模座上、下面的平行度、导柱导套安装孔与模座上、下面的垂直度等要求应符合标准的《冲模模架零件技术条件》的有关规定。 模座的上、下表面粗糙度为Ra1.6 ,0.8μm，在保证平行度的前提下，可允许降低为Ra3.2,1.6μm。 根据条件要求和从零件的大小、精度、送料方向等方面判断，轴盖零件尺寸较小属于小型的冲压件，精度要求不高，所以在模架选用后侧导柱模座形式的模架。后侧导柱式模架，L=60~400mm。两个导柱装在后侧，可以三面送料，操作方便，由于冲压件尺寸较小不易引起偏心矩而使模具歪斜。同时，该模座适用于冲压中的精度的较小冲压件的模具。 第5章 模具的装配和冲裁过程 5.1模具的装配 对于导柱复合模的装配，应以凸凹模作为装配基准。先将装有凸凹模的固定板用螺栓和销钉安装、固定在指定的模座的相应位置上，再按凸凹模的内形装配、调整冲孔凸模固定板的相对位置，使冲孔凸凹模间的间隙趋于均匀，用螺钉固定，然后再以凸凹模的外形作为基准装配、调整落料凹模相对凸凹模的位置、调整间隙，用螺钉固定。 安装顺序: 1、组件装配:模架的组装，模柄的装入，凸模及凸凹模在固定板上的组装; 2、总装配:先装上模，再以上模为基准装下模; 3、调整凸凹模的间隙; 4、安装其他辅助零件; 5、检查模具，并进行试冲裁。 5.2冲裁过程 将板料放到17卸料板上，通过4挡料销的定位来控制板料的加工位置，压力机通过模柄14带动上模座10向下运动，落料凹模5进行落料，凸模15进行冲孔，此时落料冲孔同步进行，废料从凸凹模18孔中落下。落料冲孔完成后上模座上移，卸料板17利用弹簧的弹力将板件推出;打杆13向下推动推板12和推杆11将落料冲孔零件从凹模型腔中推出。 第六章 模具零件加工工艺编制 工艺过程卡(1) 驱动器支架 毛坯尺寸 210×210×50mm 数1 22 零件 落料凹模 序号 材料 Cr12MoV 量 名称 工序号 工序名称 工序内容 设备 1 备料 按尺寸210×210×50mm备料 2 铣削 铣削六面达到要求，互为直角。 铣床 3 平面磨 磨光两大平面厚度达要求，并磨两相邻侧面磨床 达四面垂直，退磁。 ?划线 划出各孔径中心线并划出凹模型4 钳工 孔轮廓尺寸 ?钻孔 钻螺纹底孔，销钉底孔，凹模型孔 穿线孔 ?攻丝 攻螺纹丝到要求 5 热处理 淬火 使硬度达60~64HRC 热处理炉 6 平面磨 磨光两大平面，使厚度达要求 磨床 7 线切割 割凹模洞口，并留0.01~0.02?研余量 线切割机床 ?研磨洞口内壁侧面达0.8um 8 研磨 ?配推件块到要求 9 钳工修模 达到设计要求 10 检验 按产品零件图检验 工艺过程卡(2) 驱动器支架 毛坯尺寸 Φ20×70mm 数2 量 零件 冲孔凸模 序号 材料 Cr12MoV 名称 工序号 工序名称 工序内容 设备 1 下料 按尺寸υ20×70mm切断 锯床 2 车外圆 按图纸车削外形，单边留0.2mm的精加工余量 车床 3 钳工划线 划出各个孔的位置，型孔轮廓线 4 热处理 按热处理工艺进行，硬度58-62HRC 5 磨外圆 磨外圆、两端面，留研磨量0.01mm 磨床 6 研磨 研磨外圆达到要求，保证其外圆同轴度磨床 0.02mm 7 钳工精修 达到设计要求 23 工艺过程卡(3) 驱动器支架 毛坯尺寸 130×130×70mm 数1 量 零件 凸凹模 序号 材料 Cr12 名称 MoV 工序号 工序名称 工序内容 设备 1 备料 按尺寸130×130×70mm备料 2 车削 车削外形，钻υ10的孔后进行镗孔加工，按车床 图设计尺寸均留0.3mm的磨削量 3 铣削 按图纸尺寸铣削上型腔，留磨削量0.2mm 铣床 4 热处理 按热处理工艺进行，淬火硬度58-62HRC。 5 磨削 磨削内外形及端面，保证上下面的平行度的磨床 要求。 6 钳工精修 达到设计尺寸要求 7 检验 按产品零件图检验 工艺过程卡(4) 驱动器支架 毛坯尺寸 200×200×数1 20mm 量 零件 凸模固 序号 材料 Q235 名称 定板 工序号 工序名称 工序内容 设备 1 备料 按尺寸200×200×20mm 锯床 2 铣削 铣削六面达到υ125×20mm互为直角 铣床 3 磨削 上下两个平面留0.02的磨削量 磨床 4 钳工划线 划出各孔位置线，型孔轮廓线 5 加工型孔 钻孔υ20后再扩孔，进行镗孔后铣台阶孔，钻床 达到设计要求。 铣床 6 钻削 加工螺纹底孔，销孔2-υ8与上模座销孔钻床 配合、2-υ4与凹模板销孔配合，2-υ5的 推杆孔与垫板配合，并进行铰孔和攻丝。 7 磨削 磨削上下平面，保证尺寸20，平行度0.01磨床 的要求 24 8 检验 按产品零件图检验 工艺过程卡(5) 驱动器支架 毛坯尺寸 210×210×数1 30mm 量 零件 凸凹模固定序号 3 材料 Q235 名称 板 工序号 工序名称 工序内容 设备 1 备料 按尺寸210×210×30mm 锯床 2 铣削 铣削六面达到υ125×20mm互为直角 铣床 3 磨削 上下两个平面留0.02的磨削量 磨床 4 钳工划线 划出各孔位置线，型孔轮廓线 5 加工型孔 钻孔υ20后再扩孔，进行镗孔后铣台阶钻床 孔，达到设计尺寸要求。 铣床 6 钻削 加工螺纹底孔，销孔2-υ8与下模座销钻床 孔配合，钻M10的螺纹底孔，M10的卸 料螺钉底孔。并进行铰孔和攻丝。 7 磨削 磨削上下平面，保证尺寸28，平行度磨床 0.01的要求 8 检验 按产品零件图检验 工艺过程卡(6) 驱动器支架 毛坯尺寸 210×210×数1 30mm 量 零件 卸料板 序号 22 材料 45 名称 工序号 工序名称 工序内容 设备 1 备料 按尺寸210×210×30mm 2 铣削 铣削六面达到υ125×12mm互为直角 铣床 3 磨削 上下平面0.1的精磨量，其余达到设计要求 磨床 4 钳工划线 划出各个孔的位置，型孔轮廓线 5 钻削 加工螺纹底孔进行配钻，进行攻丝，达到设钻床 25 计要求 6 加工中间用υ30的钻头进行钻削，再进行镗孔，保证钻床 型孔 其精度 铣床 7 磨削 磨削上下平面，保证尺寸12mm，平行度0.01 磨床 8 检验 按产品零件图检验 设计总结 到今天为止,两个多月的毕业设计终于可以画上一个句号。在自己努力和指导老师的指导下，我比较好地完成了这次毕业设计的任务，通过这次毕业设计，我对机械设计过程有了一定了解，学到了很好有用的本领。毕业设计不仅是对前面扬学知识检验，而且也是对自己能力提高。学到了产品设计的方法。产品设计过程是创造性劳动的过程，产品的设计应按科学程序进行，一般包括课题调研、拟定设计方案，总体设计，零部件设计、技术资料整理、产品试制、改进设计等过程，一个产品须经过多次改进，才能完善和成熟，提高了综合应用各门知识的能力。 设计是源头，设计虽然只占模具成本的10%左右，却决定了整个模具成本的70%,80%。所以，在设计时详尽地考虑了模具结构，考虑提高生产率，如何方便维修。但是，又不能完全依赖于设计，在实际生产中要具体问题具体分析，根据实际状况进行模具调整也是必需的。在生产中模具的维修、保养也是很重要的。在模具维修时，应该多注意细节，找出根本原因，针对其维修。在拆装模具时，要认真仔细，以防损伤模具。定期的维护、保养也可以大大提高模具寿命。 从整个设计过程来看，该零件采用复合模，模具结构设计合理，加工简单，操作方便，工作效高，零件成形质量好，大大提高了生产率，降低了生产成本，满足了生产需求，而且该设计思路可扩展推广到其它类似零件的产品模具设计中。总之，对我来说，经历了这次毕业设计，为今后从事生产第一线的技术发行工作、技术管理工作将有非常大的帮助。 参考文献 1. 徐政坤主编 冲压模具及设备 北京:机械工业出版社 2007.8 2. 杨战立主编 冲压模具图册 北京:高等教育出版社 2006 3. 王 芳主编 冷冲压模具设计指导 北京:机械工业出版社 2007 4. 王孝培主编 冲压手册 北京:机械工业出版社 1988 26 5. 万战胜等编 冲压模具设计 北京:中国铁道出版社 1983 6. 杜东福主编 冷冲压模具设计 长沙:湖南科学技术出版社 1988 7(许发樾主编 模具标准应用手册 北京:机械工业出版社 1994 8(翁其金主编 冲压工艺与模具设计 北京:机械工业出版社 1997 27