本科毕设论文垫板冲压模具设计.docx

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本科毕设论文垫板冲压模具设计

毕业设计说明书

课题：

垫板冲压模具设计

专业模具设计与制造

学生姓名刘栋斌

班级08272

学号0827221

指导教师牛卉原

完成日期2010.12.20

设计任务

垫板冲压模具设计

设计要求

第一稿（手写）；第二稿（打印，按格式）

设计成果

2010年12月13日至17日完成写作提纲；2010年12月20日至31日完成第一稿；

2011年1月31日至1月底完成第二稿（清样）；2011年2月底至3月初完成定稿。

设计进程

指导教师评语

评阅人评语

成绩

设计成绩

指导教师

评阅成绩

评阅教师

答辩成绩

答辩负责人

总评

负责人

摘要：

本设计为一垫板的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。

其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成这篇毕业设计。

关键词：

模具；冲裁件；凸模；凹模；凸凹模；

Abstract:

Thedesignforaplateofcoldstampingdiedesign,accordingtothesizeofthedesigncomponents,materials,massproduction,etc.,thefirstpartoftheprocessofanalysistodeterminetheblankingprocessplanninganddiestructureoftheprogram,andthenthroughtheprocessdesigncalculations,determinethenestingandcuttingboard,calculatethepressureandpressurewashedcenters,primarypresses,computingconvexandconcaveDieCuttingEdgedimensionsandtolerances,thefinaldesignselectionofpartsandcomponents,topressforchecking,drawingdieassemblydrawings,aswellasMoldprocessingtechnologyofthemainpartstothepreparationprocedures.Inwhichthestructuraldesign,primarilytothepunchanddie,punchanddie,positioningparts,unloadingandoutofpiecesofequipment,mold,pressingequipment,fasteners,etc.hasbeendesigned,fortheselectionofsomecomponentsarestandardparts,thereisnoin-depthdesign,andstructuraldesign,whilesomepartsfortheprocessingprocessanalysisandultimatelytocompletethisgraduationproject.

Keywords:

mold;stampingparts;punch;die;punchanddie;

1.前言...................................................1

2.零件的工艺分析........................................4

3确定冲裁工艺方案......................................5

4确定模具总体结构方案........................................5

4.1模具类型..............................................5

4.2操作与定位方式........................................5

4.3卸料与出件方式........................................5

4.4模架类型及精度........................................6

4.5凸模设计..............................................6

5工艺设计计算..................................................6

5.1排样设计与计算...............................................6

5.2计算冲压力与压力中心，初选压力机......................7

5.3计算凸、凹模刃口尺寸及公差............................8

6设计选用零件、部件，绘制模具总装草图.................10

6.1凹模设计..............................................10

6.2凸模设计..............................................12

6.3凸凹模的设计..........................................13

6.4定位零件..............................................13

6.5卸料与出件装置........................................14

6.6模架及其它零件的选用..................................17

7压力机的校核...........................................20

8模具主要零件加工工艺规程的编制.......................21

8.1冲压模具制造技术要求..................................21

8.2总装工艺..............................................21

8.3加工要求..............................................22

总结......................................................23

致谢......................................................24

参考文献..................................................25

1前言

1.1模具行业的发展现状及市场前景

现代模具工业有“不衰亡工业”之称。

世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。

近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计，2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近200个亿的出口），到2005年模具产值预计为600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右。

单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。

2003年我国汽车产销量均突破400万辆，预计2004年产销量各突破500万辆，轿车产量将达到260万辆。

另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。

目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。

1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。

工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

1.2冲压工艺介绍

冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。

冲压和锻造同属塑性加工（或称压力加工），合称锻压。

冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。

全世界的钢材中，有60～70%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。

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都是冲压加工的。

仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。

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、凸台等。

冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。

热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。

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。

1.3冲压工艺的种类

冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。

分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。

成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。

在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。

冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。

冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。

在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。

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。

模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具（供小批量生产）、复合模、多工位级进模（供大量生产），以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。

冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。

以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。

在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。

因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。

1.4冲压行业阻力和障碍与突破

阻力一：

机械化、自动化程度低

美国680条冲压线中有70%为多工位压力机，日本国内250条生产线有32%为多工位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多；中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；封头成形设备简陋，手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的5~10倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用；液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。

突破点：

加速技术改造

要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面，结合具体情况，采取新工艺，提高机械化、自动化程度。

汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线，特别是大型多工位压力机方向发展。

争取加大投资力度，加速冲压生产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。

而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。

应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。

同时改造国内旧设备，使其发挥新的生产能力。

阻力二：

生产集中度低

许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产集中度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞争力弱；摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于“优而不胜，劣而不汰”的状态；封头制造企业小而散，集中度仅39.2%。

突破点：

走专业化道路

迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局，尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。

通过专业化道路，才能把冲压零部件做大做强，成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。

阻力三：

冲压板材自给率不足，品种规格不配套

目前，我国汽车薄板只能满足60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金化镀锌板、超宽板（1650mm以上）等都依赖进口。

突破点：

所用的材料应与行业协调发展

汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展，并改善冲压性能。

铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用已势在必行。

阻力四：

科技成果转化慢先进工艺推广慢

在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成生产力。

先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢。

技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小企业在这方面的差距更甚。

目前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术，对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。

突破点：

走产、学、研联合之路

我国与欧、美、日等相比，存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体，科研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。

所以应围绕大型开发和产业化项目，以高校和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。

阻力五：

大、精模具依赖进口

当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准化程度尚低，大约为40%~45%，而国际上一般在70%左右。

突破点：

提升信息化、标准化水平

必须用信息化技术改造模具企业，发展重点在于大力推广CAD/CAM/CAE一体化技术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术（CAE）。

加速我国模具标准化进程，提高精度和互换率。

力争2005年模具标准件使用覆盖率达到60%，2010年达到70%以上基本满足市场需求。

阻力六：

专业人才缺乏

业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要，尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大量外流。

另外，众多合资公司由外方进行工程设计，掌握设计权、投资权，我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。

突破点：

提高行业人员素质

这是一项迫在眉睫的任务，又是一项长期而系统的任务。

振兴我国冲压行业需要大批高水平的科技人才，大批熟悉国内外市场、具有现代管理知识和能力的企业家，大批掌握先进技术、工艺的高级技能人才。

要舍得花大力气，有计划、分层次地培养。

冲裁模设计题目

如图1所示零件：

垫扳

生产批量：

大批量

材料：

08Ft=2mm

设计该零件的冲压工艺与模具

2零件的工艺分析

2.1结构与尺寸

该零件结构简单,形状对称。

硬钢材料被自由凸模冲圆形孔,查《冷冲压工艺及模具设计》表3-8,可知该工件冲孔的最小尺寸为1.3t,该工件的孔径为:

Φ6>1.3t=1.3×2=2.6。

由于该冲裁件的冲孔边缘与工件的外形的边缘不平行,故最小孔边距不应小于材料厚度t,该工件的空边距（20）>t=2,（10）>t=2,均适宜于冲裁加工。

2.2精度

零件内、外形尺寸均未标注公差,属自由尺寸,可按IT14级确定工件尺寸的公差,经查表得,各尺寸公差分别为：

零件外形:

58

，38

30

16

8

零件内形:

6

孔心距:

18±0.215,

利用普通冲裁方式可以达到零件图样要求。

2.3材料

08F，属于碳素结构钢,查《冷冲压工艺及模具设计》附表1可知抗剪强度τ=260MPa,断后伸长率=32％。

此材料具有良好的塑性和较高的弹性,其冲裁加工性能好。

根据以上分析,该零件的工艺性较好,可以进行冲裁加工。

3确定冲裁工艺方案

该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下几种工艺方案：

（a）先落料，再冲孔，采用单工序模生产；

（b）采用落料——冲孔复合冲压，采用复合模生产；

（c）用冲孔——落料连续冲压，采用级进模生产。

方案（a）模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的要求。

由于零件结构简单，为了提高生产效率，主要采用复合冲裁或级进冲裁方式。

采用复合冲裁时，冲出的零件精度和平直度好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量。

根据以上分析，该零件采用复合冲裁工艺方案。

4确定模具总体结构方案

4.1模具类型

根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。

复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结构零件——凸凹模，凸凹模装在下模称为倒装式复合模。

采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合冲裁模。

4.2操作与定位方式

虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产，可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。

考虑到零件尺寸大小，材料厚度，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向，固定挡料销挡料，并与导正销配合使用以保证送料位置的准确性，进而保证零件精度。

为了保证首件冲裁的正确定距，采用始用挡料销，采用使用挡料销的目的是为了提高材料利用率。

4.3卸料与出件方式

采用弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装配依靠橡皮的弹力来卸料，卸料力不大，但冲压时可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面的平面度。

为了方便操作，提高零件生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。

4.4模架类型及精度

考虑到送料与操作的方便性，模架采用后侧式导柱的模架，用导柱导套导向。

由于零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用I级模架精度。

4.5凸模设计

凸模的结构形式与固定方法：

落料凸模刃口部分为非圆形，为便于凸模与固定板的加工，可设计成固定台阶式，中间台阶和凸模固定板以H7/m6过渡配合，凸模顶端的最大台阶是用其台肩挡住凸模，在卸料时不至于凸模固定板中拉出。

并将安装部分设计成便于加工的长圆形，通过接方式与凸模固定板固定。

5工艺设计计算

5.1排样设计与计算

零件外形近似矩形，轮廓尺寸为58×30。

考虑操作方便并为了保证零件精度，采用直排有废料排样。

如图1所示：

查《冷冲压工艺及模具设计》表3-13，工件的搭边值a=2，沿边的搭边值a1=2.2。

级进模送料步距为S=30+2=32mm

条料宽度按表3-14中公式计算：

B-0△=（Dmax+2a1）-△0查表3-15得：

△=0.6

B=（58+2×2.2）

=62.4

（㎜）

由零件图近似算得一个零件的面积为1354.8㎜2，一个进距内的坏料面积

B×S=62.4×32=1996.8㎜2　。

因此一个进距内的材料利用率为：

=（A/BS）×100﹪=67.8﹪

查《冷冲压工艺及模具设计》附表3选用板料规格为710×2000×2。

采用横裁时，剪切条料尺寸为62.4。

一块板可裁的条料为32，每间条可冲零件个数22个零件。

则一块板材的材料利用率为：

=（n×A0/A）×100﹪

=（22×32×1354.8/710×2000）×100﹪=67.2﹪

采用纵裁时，剪切条料尺寸为62.4。

一块板可裁的条料为11，每条可冲零件个数62个零件，则一块板材的材料利用率为：

=（n×A0/A）×100﹪

=（11×62×1354.8/710×2000）×100﹪=59.2﹪

根据以上分析，横裁时比纵裁时的板材的材料利用率高，因此采用横裁。

5.2计算冲压力与压力中心，初选压力机

冲裁力：

根据零件图可算得一个零件外周边长度：

L1=16π+8+28+38×2

=162.27

内周边长度之和：

L=2π×3=18.84㎜

查《冷冲压工艺及模具设计》附表1可知：

MPa;

查《冷冲压工艺及模具设计》附表3可知：

Kx=0.05,KT=0.055.

落料力：

F落=KL1tT

=1.3×162.27×2×260

=109.69KN

冲孔力：

F孔=KL2tT

=1.3×6

×2×260

=12.74

KN

卸料力：

Fx=KxF落

=0.05×109.69

=5.48KN

推件力：

根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h=6,

故:

n=h/t=3

FT=nKtF孔

=3×0.055×25.47

=4.20KN

总冲压力：

FЁ=F落+F孔+Fx+FT

则FЁ=109.69+12.74+5.48+4.20

=132.11KN

应选取的压力机公称压力：

25t.

因此可初选压力机型号为J23-25。

当模具结构及尺寸确定之后，可对压力机的闭合高度，模具安装尺寸进行校核，从而最终确定压力机的规格。

确定压力中心：

画出凹模刃口，建立如图所示的坐标系：

由图可知，该形状关于X轴上下对称，关于Y轴左右对称，则压力中心为该图形的几何中心。

即坐标原点O。

该点坐标为（0，0）。

5.3计算凸、凹模刃口尺寸及公差

由于模具间隙较小，固凸、凹模采用配作加工为宜，由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度。

落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸，而冲孔件的尺寸接近于凸模刃口尺寸。

固计算凸模与凹模刃口尺寸时，应按落料与冲孔两种情况分别进行。

由此，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，需遵循以下原则：

（

）落料时以凹模尺寸为基准，即先确定凹模刃口尺寸；考虑到凹模刃口尺寸在使用过程中因磨损而增大，固落料件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围较小尺寸，而落料凸模的基本尺寸则按凹模基本尺寸减