文具盒板料成形冷冲压模具计Word文件下载.docx
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第四章凸模、凹模校核24
4.1冲孔凹模结构设计24
4.2最小壁厚24
4.3确定凹模外形尺寸25
4.4凹模的强度校核26
4.5翻边模结构设计27
4.6翻边的高度27
4.7凹模的强度校核27
4.8翻边凹模简图28
4.9冲孔凸模的外形尺寸28
4.10凸模形式28
4.11冲孔凸模的长度28
4.12冲孔凸模的强度校核29
第五章选择冲压设备30
总结33
参考文献34
致谢34
第1章绪论
1.1课题的研究背景
模具工业是国民经济的基础工业,是高技术行业。
模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，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.因此我们学习和研究冲压技术具有非常重要意义[1]。
1.2冷冲压的概念及其优点
1.2.1冷冲压的概念
冷冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件加工方法。
它是一种压力加工方法，是机械制造中的先进加工方法之一[2]。
1.2.2冲压模具
冲压模具是一个特殊的，一次性的一类精密工具，通过切割与塑形的方式使金属成为一个理想的形状或外形。
大多数模具构造有几个基本组成部分，包括模板，防磨装置，模套，导向销，轴衬，垫块，垫板，螺钉，销钉，和螺栓[3]。
1.2.3冲压的优点
利用冲压模具生产可以保证产品的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。
冷冲压和线切割相比较，具有生产效率高、加工成本低、材料利用率高、产品尺寸精度稳定、操作简单容易实现机械化和自动化等一系列优点，特别适合于大批量生产。
而且冲压出的零件制品一般不需要进一步机械加工，互换性好，在耗费不大的情况下能获得强度高、刚度大而重量轻的零件[4]。
无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。
1.3冲压工序的分类
（1）分离工序——是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到强度极限σb以后，使坯料发生断裂而产生分离。
分离工序主要有剪裁和冲裁等。
（2）成形（变形）工序——是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限σs，但未达到强度极限σb，使坯料产生塑性变形，成为具有一定形状、尺寸与精度制件的加工工序。
成形工序主要有弯曲、拉深、翻边、旋压等[5]。
1.4国内外发展现状
近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。
大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。
为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。
精度达到1~2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。
表面粗糙度达到Ra≦1.5μm的精冲模，大尺寸（Φ≧300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平[6]。
1.4.1模具CAD/CAM技术状况
我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。
由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统[7]。
1.4.2模具设计与制造能力状况
在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。
虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。
这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。
轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。
虽然在设计制造方法和手段方面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、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距[8]。
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。
有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平[9]。
但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。
1.5专业化程度及分布状况
我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。
国外模具自产自配比例一般为30%，我国冲压模具自产自配比例为60%。
这就对专业化产生了很多不利影响。
现在，技术要求高、投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件模具、多工位级进模和精冲模等。
而一般冲模专业化程度就较低。
由于自配比例高，所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。
但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策。
例如四川有较大的汽车覆盖件模具的能力，江苏有较强的精密冲模的能力，而模具的用户大都不在本地[10]。
1.6课题研究主要成果
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[11]。
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。
第2章确定工艺方案
2.1零件工艺分析
2.1.1结构与尺寸
文具盒分为上盖和下盖，均为长方体壳体。
图2-1文具盒外观图
上盒尺寸下盒尺寸
长215mm长214mm
宽74mm宽73mm
高10mm高14mm
圆角半径10mm圆角半径10mm
冲孔长22mm冲孔长20mm
冲孔宽2mm冲孔宽7.5mm
壁厚0.4mm壁厚0.4mm
2.1.2文具盒材料
镀锡薄板，又名马口铁（DR550），HR30T值为73，抗拉强度为550+70。
此材料具有良好的塑性及较高的弹性，冲裁性较好，可以冲裁拉深加工。
2.1.3确定冲裁工艺方案
用金属板料拉深成型的文具盒模型，考虑到用复合模实现此加工的话，其卷边的工序需要另外加工，而且模具的结构比较复杂。
因此本人直接通过单步工序来实现此模具的加工，主要实现落料、拉深、冲孔、翻边四个过程来加工出零件。
基本内容及拟解决的主要问题：
1）设计拉深模具
2）设计冲孔模具
3）设计卷边模具
落料模具的设计主要是为了得到矩形板料的设计，根据逆向设计和理论要求，确定矩形板料的尺寸，根据矩形板料的尺寸来设计落料模具。
在落料模设计的过程中，对板料的利用率进行计算，使其符合经济实用的要求[12]。
在对落料模的设计中，根据其它相关类似模具的设计，落料模设计成通用的落料模结构。
同时对落料冲压力进行计算来选择相对应的压力机。
根据设计的数据，利用Solidworks软件画出三维模型。
生产该金属文具盒主要包括落拉伸、冲孔、翻边四道工序，由于零件结构简单，可以采
用单工序模加工，即上下盒拉伸、冲孔、翻边各一套模具。
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，且方便简单。
拉伸模具的设计主要是为了得到文具盒大致长方体外壳零件的设计（具体结构可见模型），根据逆向设计和理论要求，确定所要设计零件的尺寸，根据所确定尺寸数据来设计拉伸模具。
在拉伸模设计的过程中，同时要考虑凹模的压力，使模具处于一个平衡的要求，加工过程中保持要求的压力，这部分数据在生产实践中调节，本课题不做考虑。
对拉伸模所需压力进行计算，同时分析设计的可行性，从而来选择相对应的压力机。
冲孔模具的设计主要是为了得到零件上下盒连接的设计，要求尺寸合理，加工简单快捷。
结合所要得到的零件外形和受力状况来设计其部件。
同时对冲孔模具所需的力进行计算来选择相对应的压力机。
翻边模具的设计主要是为了得到零件的边缘向凸起的方向翻起的设计。
在翻边模具设计的过程中，结合所要得到的零件外形和翻边受力状况来设计其它部件。
同时对翻边模具所须的力进行计算来选择相对应的压力机。
卷边模具的设计主要是为了得到零件的翻起边缘向内卷起的设计，考虑到卷边成型的功能不能在翻边模具中实现，因此需要设计卷边模具来实现。
在卷边模具设计的过程中，结合所要得到的零件外形和卷边受力状况来设计其它部件。
同时对卷边模具所须的力进行计算来选择相对应的压力机。
本论文的最终目的是为了设计出文具盒零件，根据以上的方案，依次通过三种模具的使用来做出产品零件，在理论上是可行的。
2.2盒体落料拉深复合模
2.2.1总装图
文具盒上盒拉深模具总装图如下图2-2所示
图2-2落料拉深复合模正视图
2.2.2模具相关说明
该套模具的主要作用是文具盒上盖的拉伸成型，板料送进冲压模具，通过模具冲压，实现矩形板料成型为长方体外壳。
凸模
根据工件外形并考虑加工，将凸模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与修模，采用车床加工，与凸模固定板的配合按H7/m6。
凹模
凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。
取凹模轮廓尺寸为φ160mm×
73.8mm。
拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差:
查表得凸凹的制造公差为:
δ凸=0.02mm
δ凹=0.03mm
当工件要求内形尺寸:
凸模尺寸:
d凸=（dmin+0.4△）-0δ凸
=（60+0.4×
0.4）0-0.02=60.160-0.02mm
凹模尺寸:
d凹=（dmin+0.4△+2Z）0+δ凹
=（60+0.4×
0.4+2×
1.05）0+0.03=62.260+0.03mm
2.3.2模具相关说明
拉深模结构设计注意事项
1：
拉深系数不能过小，也不能过大。
一般第一次拉伸系数m1=0.48～0.63，以后各次拉深系数取mn=0.73～0.88。
2：
修边余量的确认。
一般取拉深件高度的3%～10%（高度小取大值）
3：
矩形盒四角部的内圆角不宜过小,一般r>
3t,如果r过小，材料通过凹模圆角时，经过反复弯曲侧壁产生过度变薄，容易破裂
4：
矩形盒拉深时凸、凹模的间隙不应均匀,四个角部的间隙值应比直边部分的间隙值大0.1t
5:
拉伸工序不能忽视压料板
6:
拉伸模应有气孔，以便卸下工件要点：
a:
将所有孔设计在成形过程中空气滞留的地方
b:
凸模一边的气孔由于易使制品变形，所以在选择在成形中排气没有障碍的地方
c:
设在凸模或下模压料垫板上的气孔，一般不会引起变形。
7:
限位装置，弹性压边圈要有限位装置，防止被压材料过分变薄
8:
对于矩形或异形拉深件，可利用不等的凹模圆角、设置拉深筋等方法控制材料流动以达到拉深件质量要求[13]。
左视图
文具盒落料拉深复合木左视图如下图2-3所示
图2-3落料拉深复合模左视图
2.3.3模具相关说明
该套模具的主要作用是文具盒下盖的拉伸成型，板料送进冲压模具，通过模具冲压，实现矩形板料成型为长方体外壳。
（1）拉深模间隙
拉深模凸、凹模间隙过小时，使拉深力增大，从而使材料内应力增大，甚至拉深时可能产生拉深件破裂。
但当间隙过大时，在壁部易产生皱纹。
拉深模在确定其凸、凹模间隙的方向时，主要应正确选定最后一次拉深的间隙方向，在中间拉深工序中，间隙的方向是任意的。
而最后一次拉深的间隙方向应按下列原则确定：
当拉深件要求外形尺寸正确时，间隙应由缩小凸模取得，当拉深件要求内形尺寸正确时，间隙应由扩大凹模取得。
矩形件拉深时，由于材料在拐角部分变厚较多，拐角部分的间隙应较直边部分间隙大0.1t（t——拉深件材料厚度）[14]。
（2）圆角半径
凸模圆角半径增大，可减低拉深系数极限值，应该避免小的圆角半径。
过小的圆角半径显然将拉加拉应力，使得危险剖面处材料发生很大的变薄，在后续拉深工序中，该变薄部分将转移到侧壁上，同时承受切向压缩，因而导致形成具有小折痕的明显的环形圈。
凹模圆角半径对拉深力和变形情况有明显的影响。
增大凹模圆角半径，不仅降低了拉深力，而且由于危险剖面的应力数值降低，增加了在一次拉深中可能的拉深深度，亦即可以减低拉深系数的极限值。
但过大的圆角半径，将会减少毛坯在压料圈下的面积，因而当毛料外缘离开压料圈的平面部分后，可能导致发生皱折[15]。
多道拉深的凸模圆角半径，第一道可取与凹模半径相同的数值，以后各道可取工件直径减小值的一半。
末道拉深凸模的圆角半径值，决定于工件要求，如果工件要求的圆角半径小时，需增加整形模，整小圆角。
壁破裂缺陷一般出现在方筒角部附近的侧壁，通常，出现在凹模圆角半径附近。
在模具设计阶段，一般难以预料。
即倒W形，在其上方出现与拉深方向呈45°
的交叉网格。
交叉网格像用划线针划过一样，当寻找壁破裂产生原因时，如不注意，往往不会发现。
方筒拉深，直边部和角部变形不均匀。
随着拉深的进行，板厚只在角部增加。
从而，研磨了压边圈，压边力集中于角部，同时，也促进了加工硬化。
为此，弯曲和变直中所需要的力就增大，拉深载荷集中于角部，这种拉深的行程载荷曲线峰值出现两次。
第一峰值与拉深破裂相对应，第二峰值与壁破裂相对应。
就平均载荷而言，第一峰值最高。
就角部来说，在加工后期由于拉深载荷明显地向角部集中，在第二峰值就往往出现壁破裂[16]。
2.4文具盒冲孔模具
2.4.1模具总装图
文具盒上盒冲孔模具总装图如下图2-4所示
图2-4文具盒冲孔模具总装图
2.4.2模具相关说明
冲孔模是在落料板材或成形冲件上，沿封闭的轮廓分离出废料得到带孔制件的冲模。
1.冲单孔的冲孔模其结构大致与落料模相同。
冲孔模的凸模、凹模类似于落料模。
但冲孔模所冲孔与工件外缘或工件原有孔的位置精度是由模具上的定位装置来决定的。
常用的定位装置有定位销、定位板等。
2.冲多孔的冲孔模，印制板冲孔模，用于冲裁印制板小孔。
采用弹簧钢丝，拉好外径后切断、打头，即可装入模具中使用。
凸模与固定板动配合。
下模为防止废料胀死，漏料孔扩大，工件孔距较近时，漏料孔可以相互开通。
3.深孔冲模
当孔深化t/D（料厚/孔径）≥1，即孔径等于或小于料厚时，采用深孔冲模结构。
凸模导向元件在工作过程中的始末情况，该结构给凸模以可靠的导向。
主要的特点是导向精度高，凸模全长导向以及在冲孔周围先对材料加压。
文具盒下盒冲孔模具俯视图如下图2-5所示
图2-5冲孔模具俯视图
2.4.3模具总体设计
（1）模具类型的选择
经分析，工件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料厚度，为保证冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，弹性卸料装置，自然漏料的倒装复合结构方式。
（2）操作与定位方式
操作方式零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。
定位方式采用零件自身的锥度自动定位
（3）卸料、出件方式
卸料方式
刚性卸料与弹性卸料的比较：
刚性卸料是采用固定卸料板结构。
常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。
当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取0.2—0.5）t。
当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。
此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。
主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。
弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。
卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1—0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间。
工件平直度较高，料厚为0.4mm相对较薄，卸料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料[17]。
出件方式
因采用倒装模生产，故采用下出件为佳。
（4）确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机，采用纵向送料方式，即由前向后送料。
（5）确定导向方式
方案一：
采用对角导柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。
常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
方案二：
采用后侧导柱模架。
由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。
因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。
方案三：
四导柱模架。
具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。
常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架[18]。
方案四：
中间导柱模架。
导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。
单只能一个方向送料。
根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用中间导柱的导向方式，即方案四最佳。
2.5文具盒翻边模具
2.5.1模具总装图
文具盒上盒翻边模具总装图如下图2-6所示
图2-6文具盒翻边模具总装图
2.6.2翻边工艺性
（1）翻边工件边缘与平面的圆角半径r=（2～3）t
（2）翻边的高度h=8≥1.5r=1.5
（3）翻边的相对厚度d/t=15.16>
（1.7～2）,所以翻边后有良好的圆筒壁
（4）冲孔毛刺面与翻边方向相反，翻边后工件质量没大影响。
（5）查《中国模具设计大典》第3卷，第35页，K.W.I扩孔实验，预加工孔Φ15.16可扩孔到Φ45左右，而制件为Φ28，即满足翻边性能。
总体看来：
该制件均满足冲裁工艺性和翻边工艺性，适于冲裁加工。
文具盒翻边模具总装图如下图2-7所示
图2-8文具盒翻边模左视图
2.6.3模具材料的选择
从众多模具材料中选出9Mn2V钢，该模具钢是一种综合力学性能比碳素工具钢好的低合金工具钢，它具有较高的硬度和耐磨性，淬火时变形较小，淬透性很好。
由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了钢的过热敏感性，同时碳化物较细小和分布较均匀[19]。
9Mn2V钢的化学成分和物理性能分别如表2-1表2-2和表2-3所示
表2-19Mn2V钢化学成分（GB/T1299—2000）
C
Si
Mn
V
P
S
0.85～0.95
≤0.40
1.70～2.00
0.10～0.25
≤0.030
表2-2临界温度
临界点
Ac1
Acm
Ar1
Ar3
温度（近似值）
730
760
655
690
表2-3综合性能
耐磨性
耐冲击性
淬火不变形性
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