模具设计毕业论文.docx
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模具设计毕业论文
一、冲压件的分析7
（一）零件的经济性分析7
（二）零件的工艺性分析7
（1）零件尺寸精度分析7
（2）零件的形状分析8
二、确定工艺分案8
三、设计计算8
（一）排样方式的确定及计算8
（1）采用纵裁法：
9
（2）采用横裁法：
10
（二）冲压力的计算10
（三）压力中心的确定12
四、刃口尺寸的计算12
（一）冲孔13
（二）落料14
五、模具周界尺寸的计算14
（一）凹模计算尺寸15
（二）根据凹模轮廊尺寸选择标准凹模15
（三）选择模具结构的典型组合15
（四）根据典型组合选取标准模架16
六、的总体设计16
（一）模架16
（二）模座16
（三）导向装置16
（四）模柄16
七、冲裁其它结构的设计17
（一）垫板17
（二）凸模固定板17
（三）紧固件17
（四）导正销17
（五）始用挡料装置17
（六）挡料销17
八、主要零件的设计18
（一）落料凸模18
（二）凹模18
（三）卸料板与固定板18
九、模具总装图18
十、绘制工艺卡（附图A4）18
结束语19
参考文献20
垫圈冲压工艺与模具设计
［摘要］:
本课题通过对冲压模具工艺的分析，设计了零件垫片。
详细地叙述了冲压
件工艺性、冲压工艺方案的选择，重要零件的工艺参数的选择与计算，并对模具的总体设计过程作了介绍。
［关键词］:
垫片，级进，模具，冲压，选择，计算
一、压模具的现状与发展趋势
（一）我国模具技术的现状
改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。
近年来，模具工业一直以15流右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。
浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。
随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。
而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。
一些国内模具企业已普及了二维CAD并陆续开始使用UG
Pro/Engineer、l-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORMDptris和MAGMASO等TCAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。
以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。
此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。
经过多
年的努力，在模具CAD/CAE/CA技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。
例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CA软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。
虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差
距。
例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CA技
术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。
我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。
“模具是工业生产的基础工艺装
备”也已经取得了共识。
在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%~80%勺零部件都要依靠模具成形（型）。
用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。
模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。
目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。
近几年，我国模具工业一直以每年15%^右的增长速度发展，2003年，我国模具总产值超过
400亿元人民币。
中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发
展水平的提高。
结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发
展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和
复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方
向发展。
（二）未来冲压模具制造技术发展趋势
模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低廉的要求服务。
达到这一要求急需发展如下几项：
1全面推广CAD/CAM/CA技术
模具CAD/CAM/CA技术是模具设计制造的发展方向。
随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CA技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAMfe术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。
计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CA技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。
2高速铣削加工
国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。
另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。
高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。
目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。
3模具扫描及数字化系统
高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。
有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铳床及加
工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD
数据，用于模具制造业的“逆向工程”。
模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。
4电火花铣削加工
电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成
型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。
国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。
预计这一技术将得到发展。
5提高模具标准化程度
我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。
国外发达国家一般为80%左右。
6优质材料及先进表面处理技术
选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。
模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。
模具热
处理的发展方向是采用真空热处理。
模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。
7模具研磨抛光将自动化、智能化
模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是
重要的发展趋势。
8模具自动加工系统的发展
这是我国长远发展的目标。
模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有
随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。
CNC雕刻机在国内的发展上从最近的一两年才有较大的发展，相关加工厂和使用单位时刻以敏锐的眼光盯着厂家的动向，这也是身为
雕铣机主机生产厂一点也不敢松懈的真正原因所在。
作为用户当然要选合适的设备，如果选型不当，不但不能赚钱反而令陷入为机器打工的苦涩局面。
那么什么样的机床才是好机床？
我们认为好机床的定义是这样的：
能够在短期内收回投资的机床才是好机床。
数控机床的设计使用寿命一般为7年，主要是数控方面的使用寿命为准，这样花钱和挣钱的比例关系将直接影响您的生意，所以仔细分析功能进行选型是有效投资的必要条件。
在国外很早就有雕铣机的名词（CNCengravingandmillingmachine），严格地讲雕是铣的一部分，是购买雕刻机还是购买数控铣式加工中心是经常要问自己的问题。
另外，还有目前盛行的高速切削机（HSCMACHINE[15]
（二）课题研究的理论依据
（1）冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、修边等。
用它可以制作零件或为弯曲、拉深、成形等工序准备毛坯。
从板料冲下所需形状的零件叫落料，在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）叫冲孔。
（2）冲裁过程：
冲裁即是分离工序，工件受力时必须从弹、塑性变形开始，
以断裂告终。
当凸模下降接触板料，板料即受到凸、凹模压力而产生弹性变形，由于力矩的存在，使板料产生弯曲，即从模具表面上翘起。
随着凸模下压，模具刃口压入材料，内应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形，不同凸模行程，其变形程度不同，且凹模刃口附近变形大于凸模刃口附近的变形。
由此可知，塑性
变形从刃口开始，随着切刃的深入，变形区向板料的深度方向发展、扩大，直到板料的整个厚度方向上塑性变形，板料的一部分相对另一部分移动。
力矩将板料压向整个厚度方向上产生塑性变形，板料的一部分相对于另一部分移动。
力矩将板料压向切刃的侧表面，故切刃相对于板料移动时，这些力将表面平压，在切口
表面上形成光亮带。
当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，便产生微
裂，裂纹产生后，沿着大剪应速度方向发展，直至上、下裂纹会合，板料就完全分离。
（3）模具间隙：
模具间隙系指凸、凹模刃口缝隙的距离，用符号c表示，俗称单面间隙。
而双面间隙用Z表示。
间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题。
（3）课题的国内外研究状况
由于近年市场需求的强大拉动，我国模具工业发展很快，市场广阔。
目
前全世界的模具年产值有600亿~650亿美元，我国2003年模具产值为450亿元人民币左右，约折合50多亿美元。
近两年，我国的模具技术有了很大的提高，生产的模具有些已接近或达到国际水平。
2003年模具出口3.368亿美元，比上年增长了33.5%。
1996年至2002年间，中国模具制造业的产值年平均增长14%
左右，2003年增长15%^上，广东、江苏、浙江、山东等模具发达地区的增长在25%左右。
模具在我国被分为10大类、46小类，是涵盖了各种用于金属和非金属成型的特殊装备。
总的来看，技术含量低的模具早已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量较高的中、高档模具还远不能满足国民经济发展的需要，轿车
覆盖件冲模、精密复杂塑料模、电子接插件和电子产品模具等高档模具仍有很大一部分依靠进口。
.近五年平均每年进口模具11.227亿美元的模具，这还未包括随设备和生产线作为附件带进来的模具［15-16］。
中国经济连年高速发展，为模具工业的发展提供了广阔的空间。
中国消费结构和产业结构的加快升级，将带动对先进模具制造技术，先进设备需求的旺盛。
目前，陕西、四川、河北等地模具生产企业的生产规模，技术水平都有很大的发展。
河北兴林车身制造集团有限公司作为河北泊头地区的骨干企业带动了一片模具企业的开拓。
西部地区陕西、四
川等地的厂商也十分踊跃，模具企业的体制现状是大中型企业的附属车间，分厂
占有相当的分量，珠三角，长三角等模具发达地区的民营企业生机勃勃，股份制
及国有资产自主经营的专业模具企业利用灵活的机制发展迅速，由于地区工业基
础的差别，当地政策扶持力度不同等诸多因素，模具工业发展的水平差距极大。
该模具是根据市场要求所设计的，通过对零件的认识可知，该零件所用的材料是Q235钢，生产批量为中批量生产，再经过方案比较，故选择级进冲裁作为该副模具工艺生产方案即比较加工又便于经济；经过计算分析完成该模具的主要设计计算；选出符合该模具的定位方式、卸料出件方式导向方式；设计模具的工
作部分即凸、凹模的设计，选择模具的材料即确定每个零部件的加工方案;下面就是加工垫片模具的具体过程。
一、冲压件的分析
垫圈材料：
Q235
尺寸精度：
IT12
生产批量：
大批量。
zd
£
£
―
图1
要求：
编制垫圈级进模的冲压工艺；完成该模具的设计计算工作;
（一）零件的经济性分析
从垫圈零件的结构分析该零件有一个D=O16.5的孔是冲孔而得，D迤32的孔是落料而得，而D迤16.5与D迤32尺寸在加工模具凸模与凹模的时候较为简单，从尺寸精度看该零件为IT12级属于低级精度，即在一般冲床上就可以加工属于普通冲裁。
从零件的材料上看Q235具有良好的塑性，韧性，冷冲压性能，工艺性好且价格低廉，屈服强度§s=235强度脚底并且有一定优良的锻造性能，
加工时较容易，特别是作为冲裁材料在冲裁时不易开裂，可以保证零件的质量，从零件的产量分析，大批量生产必须保证生产效率，该模具在设计时使用级进模可以实现生产的自动化保证了生产的效率，降低了生产的时间，从上述分析可以
看出该零件的经济性好。
（二）零件的工艺性分析
（1）零件尺寸精度分析
从零件图可以看出该零件未注公差按IT12级处理，按“入体原则”标注，确定零件在实际加工中的尺寸查《互换性测量技术》表2-8有：
①32.50o.25，
G16.500.18。
（2）零件的形状分析
该零件属于结构较简单的环形件，孔壁尺寸L
贝U有：
L=32-16.5=13.5mm>=1.5X3=4.5mm
孔的位置精度与尺寸精度都是一般要求，且孔壁尺寸也大于1.5t，以上这
些条料都适合冲裁。
（3）零件材料分析
该材料材料为Q235是普通碳素钢，有足够的塑性使得冲裁时不开裂且廉价是冲裁首选的材料。
二、确定工艺分案
零件冲裁生产需要的基本工序只有冲孔，落料两种性质的工序，因此可能的冲裁方案有三种：
（1）全部安排单工序生产。
（2）使用冲孔落料复合模生产。
（3）采用级进模生产
由于零件尺寸不大，生产批量又大，从操作安全，方便，以及提高效率等方面考虑，使用级进模的生产方式显然是最合适的，根据零件的外形和厚度可以采
用导正销顶定距纵向送料的级进模。
三、设计计算
（一）排样方式的确定及计算
坯料的形状是圆形，采用单排最合适，《查冷冲压工艺与模具设计》表2-8
取搭边a及a1
贝U:
a=2.mm.a1=2.2mm
有侧压装置时调料的宽度可按下式计算:
B=（D2a：
J
式中：
B――条料宽度的基本尺寸
D――条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸，由图知D=32mm
――条料下料剪切公差，查【冷冲压工艺与模具设计】表2-9取：
=0.9a——侧面搭边
故：
B=（32+2X2.5）；.9=37：
.9mm
步距S=32+2.2=34.2mm
材料选用规格为3mmX900mnrK2000mm
（1）采用纵裁法：
每板条料数n!
=900/40=22（条）余2mm
每条制件数n2=（2000—2.2）/34.2=58（件）
2X2000余料利用率件数n3=2000/40=50（件）
每条制件数n=n,+n2+n3=22X58+50=1326（件）
材料利用率总、二n-ALWX100%
式中：
A――一个冲裁件的实际面积
有图纸根据计算A=「：
（R2-r2）=3.14X[162-16522]=590.124mm
L——一板料长度，L=2000mm
W一板料宽度，W=900mm
则：
总二43.73%
（2）采用横裁法:
每板条料数ni=2000/40=50（件）
每条制件数n2=（900-2.2）/34.2=26（件）
每条制件数n=ni+n2=50X26=1300（件）
材料利用率总二n.ALWX100%代入数据得总=42.65%
由此可见，纵排材料利用率高，为提高效率，降低成本，选用纵向单排。
如图零件的排样图图2：
34定
（2）冲压力的计算
冲压周边长度L
L=「：
（D+c）=3.14X（3.2+16.5）=152.29mm
材料抗剪强度•
《查冷冲压工艺与模具设计》附录---取.=304mpa
系数k
在生产过程中k=1.3
冲裁力F的计算公式F=kLt
由公式3代入数据得F=180555.024N
卸料力Fq=KF
式中：
k――一卸料力系数.其值为0.02-0.06（薄料取最大值，厚聊取最小值，
取k=0.06）
由公式4代入数据得Fq=10833.3014N
在模具设计过程中要保证冲裁后卡扎在凸模上或凹模上的制件或废料卸掉为下次冲压正常进行，必须要有卸料装置。
常用的卸料装置有：
刚性卸料（固定卸料），弹性卸料。
其中固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。
因此，当冲裁板料较厚（大于0.5mm,卸料力较大，平直要求度不很高的冲裁件时，一般采用固定卸料装置。
弹压卸料装置具有卸料和压料双重作用，主要用在冲裁板厚在1.5mm以下的板料。
分析知该模具必须采用刚性卸料板。
即冲裁力F总=F+FQ
由公式代入数据得F总=191388.35N
通过计算分析：
选用压力机为J23-25
压力机J23-25的技术参数：
模柄孔①50mnx70mm最大闭合高度250mm连杆调节量70mm垫板厚度70mm.
即模具的闭合高度为：
120（三）压力中心的确定
如图确定压力中心图图2:
由图3-2知建立坐标轴，知压力中心的y轴为0,x轴值通过下式计算:
l1.x1l2.x2
Xo
lll2
式中ll，l2分别是冲裁周边长度
11二二D=3.1432=100.48mm2
12=「d=3.1416.5=51.8mm2
可知x^0x2=322.2=34.2
由上式带入数据得：
x°=11.73mm
所以压力中心坐标为（11.73，0）
四、刃口尺寸的计算
由于模具加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同。
刃口尺寸的计算方法可以分为两种加工方法包括：
凸模与凹模的分
开加工，凸模与凹模的配合加工。
其中凸模与凹模的分开加工时分别按图纸加工至尺寸，这种方法主要适用于圆形或简单规则的形状的加工。
故此类方法零件冲裁的凸凹模制造简单，精度容易保证，比较凸凹模的配合
加工方法，必须严格限制冲裁制造公差，这样往往会造成冲模制造困难或不可制造。
综合考虑选用凸模与凹模的分开加工方法比较合适。
有零件图1可知，改零件属于无特殊要得求的一般冲孔落料，由“人体原则”
①32.5；.25由落料获得，①16.509'18由冲孔获。
查《冷冲压工艺与模具制造》2-4表得：
zmax=0.640zmin=°.46O
零件精度为IT12级取X=075
设凸凹模分别按IT6级IT7级加工制造
即匚t按比冲压件精度IT6高3-4级，二a按比冲压件精度IT7高3-4级加工制造。
查《互换性与技术测量表》2-2标准公差数值得：
「32.5°工.25
凸模下偏差6=0.016凹模上偏差匚a=0.025
:
：
J16.5°°'18
凸模下偏差~t=0.011凹模上偏差二a=0.018
（1）冲孔
dT=（dmaxX
将数据代入公式得：
dT=（dmax+xA）0I=（16.5+0.75x0.18）爲产16.635红“mm
dA二（dT'Zmin）0"
将数据代入公式得：
dA=（dTZmin）0；a=（16.635+0.460）00018=17.09500'018mm
校核：
0a+0t|兰Zmax-Zmin
0.011+0.018<0.640-0.460
0.029<0.180（满足间隙公差条件）
（2）落料
Da=（Dmax-X=）o'-a
将数据代入公式得：
DA=（Dmax-x）^：
A=（32-0.750.25）。
皿25=31.8125。
0025mm
Dt=（Da-Zmin）0T
将数据代入公式得：
Dt=（Da-Zmin）0T=（31.8125-0.460）爲6=31.3525h^mm
校核：
FA+0t|兰Zmax-Zmin
0.025+0.016<0.640-0.460
0.041<0.180（满足间隙公差条件）
综上所知：
由于：
^Al+SUZmax-Zmin满足间隙公差条件，因此选用凸模与凹
模的分开加工满足条件。
五、模具周界尺寸的计算
（一）凹模计算尺寸
■
L
P
图3
图o点为压力中心点
bi――垂直于送料方向的凹模孔壁间最大距离，取bi=32mm
I2――送料方向的凹模孔壁间最大距离，取l2=34.2-11.7=22.5mm
c――送料方向的凹模孔壁与凹模边缘的最小距离，《查冷冲压工艺与模具制造》
2-11表得：
取c=32mm
k考虑板料厚度的影响系数
查冷《冲压工艺与模具制造》2-10表得
取k=0.5
凹模厚度H为：
H=Kb1（-15mm）
将数据代入公式得：
H=Kb|=0.5x32=16mm
垂直送料方向的凹模宽度B为：
B=b|+（2.5〜4）H取B=b1+4H=32+4<16=96mm
送料方向的凹模长度L为：
L=2l2+2c=2X22.5+2X32=109mm
（二）根据凹模轮廊尺寸选择标准凹模
根据凹模零件轮廊的计算尺寸（LXBXH）=109mX96mnX22mm选取标准凹
模板的尺寸规格（LXBXH）=125mrX100mrX35mm
（三）选择模具结构的典型组合
根据材料的规格，厚度及零件排样图，选定模具结构为矩形横向送料刚性卸料典型组合形式。
（四）根据典型组合选取标准模架
根据选定的凹模板尺寸规格及典型组合形式，查《模具设计手册》选取对角
导柱模架。
规格为125mM100mrK（140-170）IJB/T2851-2008
六、的总体设计
（一）模架
零件的压力中心不是关于零件排样步距地中点线上，为保证冲裁平稳即选择
对角导柱模架
（二）模座
一般分为上模座和下模座，其形状基本相似，分别与冲裁设备的滑块和工作台固定，上下模间的精确位置由导柱导套的导向来实现。
通过以上的计算与分析选应用标准模架，其上模座的基本尺寸为125mrK100mM30mm下模座的基本
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