毕业设计连接片冲压模具设计与工艺综述.docx

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毕业设计连接片冲压模具设计与工艺综述

毕业设计说明目录

垫片落料冲孔复合模具的设计

摘要

本模具为垫片落料冲孔模具,在设计时:

1、接受任务书。

2、调研消化原始资料。

3、选择成形设备。

4、拟定模具结构方案。

5、方案的讨论与论证。

6、绘制模具装配图。

7、绘制零件图。

8、编写设计说明书。

9、模具制造试模与图纸修改。

正确的确定模具成形零件的尺寸凸模、凹模等零件是确定制件形状、尺寸和表面质量的直接因素关系甚大，要特别注意。

模具的设计应制造方便,尽量做道使设计的模具制造容易、造价便宜。

特别是比较复杂的成形零件，必须考虑是采用一般的机械加工方法加工还是采用特殊的加工方法加工。

模具的设计应当效率高、安全、可靠。

模具零件应耐磨耐用。

关键词：

模具、凸模、凹模、落料、冲孔。

PadPiercingAndBlankingDieDesign

Abstract

Thismoldingtoolisapadpiercingandblankingmold.whiledesigning:

1.acceptthemissionbook.2.theinvestigationdigeststheprimitivedata.3.choosetomodeltheequipments4.draftthemoldingtoolconstructionproject.5.thediscussionoftheprojectandargument6.drawingthemoldingtoolassemblesthediagram.7.drawthesparepartsdiagram.8.weavetowritetodesignthemanual.9.themoldingtoolmanufacturingtriesthemoldanddiagrampapermodification.Theexactitudereallysettlessizepunch,die,etc.sparepartsthatmoldingtoolmodelsparepartsisadirectfactorthatcertainsystemashape,sizerelatetowiththesurfacequantityverybig,wanttobespeciallyattention.Thedesignofthemoldingtoolshouldmaketheconvenience,doingamoldingtoolmanufacturingthatmakedesigneasyandbuildthepricecheapnesstothebest.Modelthesparepartsespeciallymorecomplicatedly,mustconsideristoadoptthegeneralmachineprocessthemethodprocessestoadoptstilltoprocessspeciallythemethodprocesses.Thedesignofthemoldingtoolshouldstheefficiencyhigh,safety,dependable.Themoldingtoolsparepartsshouldbeartowhetenduring.

Keyphrase:

Moldingtool,punch,die.piercing.Blanking.

绪论

一、国内模具的现状与发展趋势

1.国内模具的现状

模具行业有万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。

进口模具18.13亿 我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。

进出口之比2004年为3.69:

1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家[1]。

在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。

在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。

 近年来， 模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：

大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂的数量增加，能力提高较快；“三资”及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等[2]。

虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。

低档模具过剩，高档模具供不应求，甚至有的依赖进口，因此，模具企业必须找准自己的弱点，尽快缩短与国外的差距。

（1）体制不顺，基础薄弱

   “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。

   （2人才严重不足，科研开发及技术攻关方面投入太少

   模具行业是技术密集、资金密集的产业，随着时代进步和技术发展，能掌握和运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧缺。

由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关不够重视，因而`协作差

   由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。

目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其余为自产自用。

模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。

模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。

   （5）模具材料及模具相关技术落后

模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。

塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。

2、国内模具的发展趋势

巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。

虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。

未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:

（1）.模具日趋大型化；   

（2）.在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；  

 （3）.模具扫描及数字化系统；   

 （4）.在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； 

  （5）.提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；   

（6）.发展优质模具材料和先进的表面处理技术；   

（7）.模具的精度将越来越高； 

 （8）.模具研磨抛光将自动化、智能化；  

  （9）.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；  

 （10）.开发新的成形工艺和模具。

二、国外模具的现状与发展趋势

模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。

用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。

模具生产技术水平的高低，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着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600～650亿美元左右。

美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。

国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是“大而专”、“大而精”。

2004年中国模具协会在德国访问时，从德国工业、模具行业组织--德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。

2003年德国模具产值达48亿欧元。

其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。

随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高．故人均产值也较高．我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多15～20万美元，有的达到25～30万美元。

国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45％．

第一章任务来源及设计意义

1.1设计任务来源

设计题目：

垫片

材料：

45钢

厚度：

2mm

生产批量：

大批量生产

图（1-1）产品零件图

2.1设计目的及意义

冷冲压模具设计是为模具设计与制造专业学生在学完基础理论课，技术基础课和专业课后，所设置的一个重要的实践性教学环节。

用模具生产的制件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。

本设计题目为垫片，但对做毕业设计的毕业生有一定的设计设计目的及意义。

其目的有以下几点：

1.综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，全面系统巩固课堂教学的基本知识，进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练，提高综合能力的培训及扩大模具领域的新知识，从而培养和提高学生独立工作的能力。

2.巩固与扩充“冷冲压模具设计”等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。

3.掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算，绘图，查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。

本课题的意义是：

通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者冷冲模设计的基础，为设计更复杂的冷冲模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。

第二章冲压工件的工艺性分析

2.1冲压及冲裁件的工艺性的概念

冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。

在冲压加工中，将材料（金属或者非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。

冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。

所谓冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率高，成本低的条件下得到质量合格的冲裁件。

影响冲裁件工艺性的因素很多，如冲裁件的形状特点、尺寸大小、尺寸大小标注方法精度要求和材料性能等。

良好的冲裁件工艺性应保证材料消耗少、工序数目少、模具结构简单而且寿命长、产品质量稳定、操作简单等。

[1]

[1]——刘建超、张宝忠主编《冲压模具设计与制造》高等教育出版社

2.2零件工艺性分析

2.2.1材料

45钢是优质碳素结构钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁，并且市场上也容易购买到此种材料，价格适中。

2.2.2工件结构

冲裁件的形状应尽量简单、对称，最好是有圆弧和直线组成。

应该避免冲裁件上有过长的悬臂和狭槽，其最小厚度要大于材料厚度的两倍。

由工件图看，此工件只有落料和冲孔两个程序，将外形视为落料，内形视为冲孔，由于制件结构简单，故采用复合冲压工序，这样可以大大提高工作效率，并减轻工作量，节约能源，降低成本，而且避免原有加工方法中须将手伸入模具的问题，对保护操作者安全也有利。

2.2.3尺寸精度

为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响冲压件使用要求的前提下，应尽量采用经济精度。

所谓经济精度是提高模具达到最大许可磨损时，其所完成的冲压加工在技术上可以实现而经济上又最合理的精度。

冲裁件的精度一般满足其经济精度要求。

该工件图上的尺寸除了60±0.25mm和180±0.25mm有精度要求外，其余尺寸未注公差，全部属自由尺寸，精度要求不高，按IT14级确定。

因此，一般冲压均能满足其尺寸精度要求。

由文献[2]表2-4标准公差查得R200-0.52mm，1000-0.87mm，2200-1.15mm，Φ150+0.4mm。

[2]——薛彦成主编〈〈公差配合与技术测量〉〉机械工业出版社

2.2.4结论：

该制件可以冲裁

第三章冲压工艺方案的确定

3.1确定工艺方案的主要原则概括起来主要有以下三点

（1）保证冲裁件质量

（2）经济性原则

（3）安全性原则[3]

[3]——丁松聚主编〈〈冷冲模设计〉〉机械工业出版社

3.2工艺方案的确定

在冲裁工艺性分析的基础上，根据冲裁件的特点确定冲裁工艺方案。

确定工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及冲裁工序顺序的安排，冲裁工序数一般容易确定，关键是确定冲裁工序的组合与冲裁工序顺序

该项零件包括落料冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案

方案一:

先落料，后冲孔，采用单工序复合模生产。

方案二:

先落料，后冲孔复合冲压，采用复合模生产。

方案三：

冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。

方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，生产率较低，难以满足该项零件的年产量要求。

方案二只需用一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证需要，具生产率也高。

尽管模具结构较方案一复杂。

但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。

方案三也只需要一副模具，生产率也高，但零件的冲压精度稍差，欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上导正销导正，故模具制造、安装较复合模复杂，通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。

同时考虑到不让废料在凹模内积聚。

可采用正装复合模工序。

第四章模具结构形式及冲压设备的选择

4.1模具结构形式的选择

4.1.1模架及导向方式

根据国家标准，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；一类是由弹压导板、下模座、导柱、导套组成的导板模模架。

模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。

模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉、压板固定在压力机工作台面上。

上下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。

模架的基本要求：

（1）要有足够的强度与刚度；

（2）要有足够的精度（如上下模座要平行，导柱、导套中心要与上下模座垂直，模柄要与上模座垂直等）。

（3）上下模之间的导向要精确（导向件之间的间隙要很小，上下模之间的移动要平稳和无滞住现象）。

由上述看，选择模架非常重要。

为了满足模架的基本要求及保证模具的使用寿命，且后侧导柱模架的导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便。

故该复合模选用后侧导柱模架。

[3]

4.1.2毛坯定位方式的选择

模的定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。

控制送料步距的定位，称为挡料；控制条料宽度方向上的定位，称为导料。

冲裁条料时，导料零件有导料板和导料销等，保证进距的挡料销和定距侧刃等。

导料板和导料销对条料或卷料的侧边进行导向，以保证其正确的送进方向的板件或销。

条料靠着导料板或导料销的一侧导向送进，以免送偏。

[4]

[4]——中国机械工业教育协会组编《冷冲模设计与制造》机械工业出版社

根据工件图，该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，送进步距控制采用挡料销。

4.1.3卸料、出件方式的选择

卸料装置分固定卸料装置、弹压卸料装置和费料切刀三种。

其中卸料板用于卸掉卡在凸模上或凸凹模上的冲裁件或废料的板件。

固定卸料装置装于下模的凹模上，结构简单、卸料力大，使用安全可靠，一般仅起卸料作用，用于硬料、厚料。

出件装置主要有刚性出件装置和弹性出件装置两种，刚性出件装置一般用于上模，它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），将凹模的工件推出，因此推件力大，而且工作可靠。

因为工件为垫片，且垫片要求有很高的平整度，故采用弹压卸料装置，卸料可靠。

该模具采用弹性打件，并利用装在压力机工作台下的标准缓冲器提供压边力。

4.1.4主要零部件的定位方式和固定方式

凸模用凸模固定板固定，固定方法通常是采用台肩固定，其配合为台阶式凸模用H7/h6，直通式凸模用N7/h6、P7/h6；凹模用导料销定位，一般采用螺钉和销钉固定在下模座上。

4.2冲压设备的选择

冲压设备的选择应注意以下几点：

（1）压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力，即F压>>F总

式中：

F压——所选压力机的吨位

F总——冲裁时的吨位

（2）根据模具结构选择压力机类型和行程次数，如复合模工件需从模具中间出件，最好选用可倾式压力机。

（3）根据模具尺寸大小，安装和进出料等情况选择压力机台面积尺寸，如有推件时应考虑台面孔的大小使冲后有零件能自由通过。

（4）选择压力机的闭合高度与模具是否匹配。

（5）模柄直径、长度是否与压力机滑块模柄直径、深度尺寸相当。

（6）压力机的行程次数应当保证有最高的生产率。

（7）压力机应该使用方便和安全。

[5]

[5]——王芳主编《冷冲压模具设计指导》机械工业出版社

为安全起见，防止设备的超载，可按公称压力F压≥（1.6～1.8）F总的原则选取压力机，参照文献[6]表8-10开式双柱可倾式压力机主要技术规格初选公称压力为1000KN的开式双柱可倾式压力机。

[6]——许发樾主编《模具设计应用实例》机械工业出版社

第五章主要工艺参数计算

5.1排样设计与计算

在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件形状尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。

5.1.1选择排样方法

冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。

合理的排样是降低成本和保证冲裁件质量及模具寿命的有效措施，故排样时应考虑如下原则：

（1）提高材料利用率。

（2）合理排样方法使操作方便，劳动强度低且安全。

（3）模具结构简单，寿命长。

（4）保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。

[4]

因该工件是由圆弧和直线组成，且形状和结构对称，采用直排时材料利用率高，故选择直排。

5.1.2确定搭边值

排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。

搭边值要合理确定，搭边值过大，材料利用率低，过小时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，因此确定搭边值时应考虑如下因素：

材料的力学性能：

软材料、脆材料搭边值要大一些；硬材料搭边值可小一些。

（1）材料的厚度：

材料越厚，搭边值也越大。

（2）冲裁件的形状和尺寸：

冲裁件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越大。

（3）排样的形式：

对排的搭边值大于直排的搭边值。

（4）送料及挡料方式：

用手工送料且有侧压装置的搭边值可小一些，用侧刃定距比用挡料销定距的搭边值小一些。

（5）卸料方式：

弹性卸料比用刚性卸料的搭边值要小一些。

搭边的作用主要有：

（1）补偿误差的作用；

（2）使凸凹模刃口双边受力均匀；

（3）对于利用搭边拉条料自动送料的模具，搭边使条料有一定的刚度以保证条料有连续送进；

（4）提高模具的寿命。

由文献[4]表3-12搭边a和a1数值查得：

a1=2.0mm，a=2.5mm

5.1.3计算送料步距与条料宽度

（1）送料步距

条料在模具上每次送进的距离称为送料步距。

送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。

每次只冲一个零件的步距S的计算公式为：

S=D+a

式中：

D——平行于送料方向的冲裁件宽度

a——冲裁件之间的搭边值

S=50x2+2=102mm

（2）条料宽度

条料宽度的确定原则是：

最小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。

因此，在确定条料宽度时必须考虑模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃。

因本副模具要求条料始终沿着导料板送进，所以模具结构中采用有侧压装置，则条料在有侧压装置的导料板之间送进时的计算公式如下[1]：

条料宽度：

B0-Δ=（Dmax+2a）0-Δ

导料板之间距离：

A=B+c=Dmax+2a+c

式中：

Dmax——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸

a——侧搭边值

Δ——条料宽度的单向偏差

c——导料板与最宽条料之间的间隙

由参考文献[1]中表2.5.3条料宽度偏差查得Δ=0.6mm，由表2.5.5导料板与条料之间的最小间隙Cmin，查得Cmin=5mm。

B0-Δ=（220+2x2.5）0-0.6=2250-0.6mm

A=220+2.5x2+5X2=235mm

5.1.4计算材料利用率

冲裁件的实际面积与所用材料面积的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的经济指标。

由文献[7]得一个进距内的材料利用率η可用下式表示：

η=nA/BSx100%

式中：

A——冲裁件的面积

n——一个进距内冲裁件数目

B——条料宽度

S——进距

由文献查板材标准，所选板材宽度标准为（200mm～1000mm）的板材，根据材料的结构，选用宽=225mm的钢板，每条钢板可剪1张条料。

则一个进距的材料利用率：

η=nA/BSx100%

=（180x60+∏x20x20-4x∏x7.5x7.5）/102x225x100%

≈38.5%

若考虑到料头料尾和边余料的材料消耗，则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用率为：

η=nA/BLx100%

式中：

n----一张板料上冲裁件的总数目。

A----一个冲裁件的实际面积。

L----板料长度。

B板料宽度。

[7]——模具实用技术丛书编委会编《模具设计应用实例》

5.1.5画出排样图

图（5-1）零件排样图

5.2计算工序压力

5.2.1落料力的计算

利用普通平刃凸模和凹模冲裁时，其冲裁力的计算公式为：

F=KLtζb

公式中：

F——冲裁力

L——冲裁周边长度

t——材料厚度

ζb——材料抗剪强度

K——系数

系数K是考虑到实际生产中，模具间隙的波动和不均匀、刃口的磨损、板材力学性能和厚度、波动等因素的影响而绘出的修正系数。

一般取K=1.3。

冲裁周边长度的计算：

L=（180+60）x2+2Лx20=605.6mm

由文献[1]中表1.3.6查得ζb=400MPa

F=605.6x2x400x1.3=629.824KN

5.2.2顶件力的计算

FD=KDF

公式中：

F——冲裁力

KD——顶件力系数，由文献[1]表2.6.1查得KD=0.06

则FD=0.06x629.824=37.79KN

5.2.3冲孔力计算

Fc=1.3Ltζb

公式中：

L=3.14x15x4=188.4mm

则Fc=1.3x188.4x2x400=195.936KN

5.2.4卸料力的计算

FX=KXF

公式中：

F——冲裁力

KX——卸料力系数，由文献[1]表2.6.1查得KX=0.03

则KX=0.03x629.824=18.89KN

故总冲裁力FZ=F+FX+FD+FC

=629.824+18.89+37.79+195.936

=882.44KN

根据计算结果，冲压设备拟选用J