T型件冲压模具设计Word文件下载.docx

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“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%的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%左右的增长速度发展，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。

[12]

1.1.2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/CAE技术

模具CAD/CAM/CAE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/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技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/CAE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铣床及加工中心上，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）。

还是让我们首先搞清楚三个机型区别：

1）数控铣和加工中心用于完成较大铣削量的工件的加工设备

2）数控雕铣机用于完成较小铣削量，或软金属的加工设备

3）高速切削机床用于完成中等铣削量，并且把铣削后的打磨量降为最低的加工设备[15]

1.2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[5-6]。

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[7]。

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[8-10]。

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[11]。

1.3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%以上，广东、江苏、浙江、山东等模具发达地区的增长在25%左右[14]。

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。

相对于国外部分国家我国还相差很远，美国1982年模具产值为57.70亿美元。

日本1982年模具产值为8600亿日元[17-19]。

为了促进行业发展，中国模具工业协会和中国国际贸易促进委员会主办的第十届国际模具技术和设备展览会，于2004年5月12日至16日在上海新国际博览中心举行。

本次展览将有50余家企业带来了加工中心、高速铣，其中不乏国际知名厂商，如日本的牧野、大隈、山崎马扎克，德国的DMG，瑞士的WILLEMIN，意大利的FIDIA等，其他金属切削设备和精密加工设备、刀具、材料、软件等领域的世界著名厂商也积极参展，如美国布朗夏普公司、哈挺公司、法道参展、DME公司、奥伯格公司，日本法那克公司、东芝工具公司、大同公司、日立公司，沙迪克公司，瑞士阿奇米公司，德国菜司公司、西门子公司，英国达尔康公司，瑞典山特维克有限公司，我国香港特区龙记公司以及我国台湾地区的高明、友嘉公司、乔福等。

由精密加工设备企业、世界顶级软件供应商、优质模具材料企业所组成的日本军团和德国高速加工展区，显现出模具制造业已不是传统意义上的劳工密集型产业，而是技术密集型的代表产业[20-21]。

1.4课题研究的主要内容

1）查阅相关资料，进行调研，熟悉课题。

2）撰写开题报告，要求3000字以上，主要介绍课题的目的意义、国内外研究概况、研究内容、关键问题及解决思路等。

3）熟悉T型件的冲压材料特性及其详细尺寸参数。

4）合理的选择冲压设备，确定压力机的技术参数。

5）确定模具的结构型式，绘制模具草图。

6）绘制复合模具的装配图及主要零件图，要求2.3张A0图纸。

7）零件图标注尺寸、公差及技术条件，并进行必要的强度校核。

8）编写毕业设计说明书，要求10000字以上。

第二章冲压成型工艺分析和工艺方案的确定

2.1冲压的基本工序分类及模具类型的选择

冲压工序基本分为以下两大类：

第一类是材料受外力后应力超过其强度极限，使材料发生剪裂或局部剪裂。

诸如：

板料的剪裂、剪截、冲孔、落料、切口、整修、裁切、冲口等多种作业形式，但均属于分离工序；

第二类是材料受到外力应力超过其屈服极限，使材料经过塑性变形后成一定的形状。

弯曲、缩口、卷边、扭转、拉伸、起伏成形、体积冲压等变形方式，但均属于变形工序。

将上述两个以上的单工序连续冲压与复合在一套模具上冲压便构成连续冲压与复合冲压工序。

上述各种冲压变形工序所用的模具，虽然结构千变万化，但仍然可按其冲压过程的动作特征、主要结构特点以及完成的工艺作业类别，将其划分成以下几大类：

1）单工序冲模（亦称单冲模）

这种冲模是在压力机的一次行程中只完成一个冲压工艺工序。

一般均以其完成的冲压工艺工序的名称来命名：

如只进行冲孔的称之为冲孔模；

只进行一次弯曲的称为弯曲模。

2）连续模（亦称多工序连续模）

这种模具是在压力机一次行程中，在模具的不同工位上，能同时完成两个或两个以上冲压工序。

根据连续完成的冲压工序的工艺作业类别又将连续模分为：

多工位连续冲裁模、多工位连续式复合模两种。

连续模只有冲裁工位的，即只进行冲孔、切口、冲槽、落料等属于冲裁作业的工位，称为多工位连续冲裁模。

如果连续模诸工位中，除了冲裁作业外，还有拉伸或弯曲、成形：

包括翻边、冲挤、压印等属于冲裁式复合模。

3）复合模

该类模具仅一个工位，在压力机的一次行程中能完成两个或两个以上冲压工步，根据这类模具完成的冲压工步的类别，可将其分为：

冲裁式复合模、综合式复合模两种。

只完成冲裁作业的复合模，最常见的是冲孔—落料复合模。

如果连续模诸工位中,除了冲裁作业外，还有拉伸或弯曲、成形任意一个或一个以上变形工步的复合模，通称其为综合式复合模、多工位连续式复合模。

2.2冲模设计与制造的程序

由于国内目前正处在市场经济的管理体制与生产组织形式正在逐步改革和健全过程之中，故目前国内对冲模设计与制造的程序，尚无固定的标准模式，但整个过程大致可以分为如下七个阶段：

1）冲压设计。

提供冲件图及技术要求；

2）编制冲压工艺文件。

包括：

冲压工艺卡、冲压工艺手则、工序质量分析表、工序质量控制图等；

3）冲模设计。

符合工艺要求，结构合理，制造容易的整套冲模图纸；

4）冲模制造。

按冲模图纸制造的冲模，其零部件全部合格且冲出冲件符合冲件图要求，冲模经验合格证，方可交付使用；

5）试模验证。

新冲模须经冲件设计，冲压工艺编制人员、冲模设计者、使用单位、专职检验员、安全员等有关人员共同参加，进行试模考核与验证，合格后各方算验证通过。

6）投产使用试模验证。

新冲模交付使用必须有《冲模验证单》等随行文本。

并要在使用过程做投产、维修、出现与解决的问题等记录工作。

7）维修保管。

每次使用完成，必须将最后冲制的样件栓在模具上，同上述填写好的技术档案及有关记录一并送检后入库。

需要修理至合格后方入库保管备用。

2.3冲压工艺编制与冲模设计的步骤和内容

2.3.1冲压工艺编制

根据冲压件图编制冲压工艺的步骤和主要内容如下：

1）进行冲件工艺分析即研究并熟悉冲件结构形状、尺寸、冲压加工工艺及冲压精度，了解冲件材料及材料质量，尤其是表面质量。

这一阶段实际上是编制冲压工艺的前期准备工作,十分重要。

首先要详细了解冲件在整个产品中的地位、作用及性能,要研究和分析冲件的冲压工艺性及改变冲件结构尺寸与形状从而简化加工过程及冲模结构的可能性；

研究冲件在现场条下进行经济冲压实现成批与大量生产的可能性；

改变冲件结构形状与尺寸实现少无废料冲压的可能性。

2）确定生产性质，投产批量和年总产量。

为经济合理的选定冲模类型，结构及最经济的制模工艺提供可靠依据。

3）确定工艺要素，编制工艺文件。

（1）确定冲压件生产的工序及设备种类；

（2）设计排样图。

按照考虑年产量和按月收入批量初选的冲模类型，依冲压件的结构形状，尺寸与形位精度，进行排样图设计。

（3）计算材料利用率。

根据设计完成的排样图，按规定方法计算材料利用率、单件材料消耗定额并确定允许废品率。

（4）计算冲压力，选定冲压设备。

（5）编制冲压工艺初稿，并与冲压工艺施工人员、冲模设计者、产品设计人、质检人员等有关人员商讨、会签、最后形成正式文件。

（6）提出冲模设计任务书。

2.3.2冲模设计

根据冲压件图和以此图编制的全部工艺文件、现场冲压设备使用说明书等进行冲模设计，需要经历的步骤和完成的工作内容如下：

1）模具设计与从制造的角度出发。

在确保冲件质量的基础上，从改善制模工艺性、提高模具寿命出发、分析研究冲件的冲压结构工艺性，熟悉冲件图结构、尺寸与形位精度、其他技术要求等。

2）提供冲模设计的有关工艺文件是否齐全，包括：

冲压件图、全套冲压工艺文件、冲模设计任务书等。

3）分析冲压工艺的合理性。

排样图、变形过程图及冲模结构选型是否先进、恰当、经济合理。

4）核算冲压力，含冲压附加压力，诸如：

卸料力、顶件力、卸件力、废料切断刀、拉深压边力、弹压卸料板压料力、弹性元件的弹力等。

根据计算总压力选用设备的合理性、冲模装夹是否困难，压力机的形程、闭合高度、压力行程曲线能否满足工艺施工要求，排样图中搭边与沿边值以及排样方法是否合理，工步顺序及工位布置是否合适等。

5）最后按确定的冲模类型，规定冲模总体结构，提出采用典型设计组合、冲模零部件标准及有关设计要求。

就冲裁模而言，对单工序模、冲裁复合模、多工位连续式冲裁模，应采用GB2851—2875—81《冷冲模》以及1990年修订本的国家标准中规定的典型组合标准规格，并按其规定选配成套冷冲模标准零部件、模板等标准件。

对于含有拉深、弯曲、内外缘翻边等也尽量考虑使用上述标准，以利于制模。

6）冲模的细部设计与计算，包括：

（1）送出料装置的配置及操作方式的确定。

在单件、小批量生产中，一般不配用送出装置而用手工操作；

大批量生产中应配用通用或专用自动送出料装置，以确保生产安全高效，中批生产可考虑由模具带动的钩式简易送料装置和拔杆卸料器，可实现连续冲压。

（2）压料与卸料系统的设计，要依据冲件图对工件平面度的要求和原料的厚度，冲件形状及变形工步，确定压料与否，而后确定固定卸料板还是弹性卸料板，甚至分工位两者组合的卸料系统。

（3）顶件系统与卸件装置的设计，从冲模结构考虑：

落料凹模装在下模的正装复合冲裁模以及上模出件的弯曲、拉深、翻边等单工序模和多工位连续式复合模的这些工艺作业的工位，一般都要在其凹模洞口中设顶件器。

顶件器一般由装在下模下边的弹性元件驱动，而卸件器则靠一套刚性顶杆、推板推卸出件。

上述装置设计模具时要根据实际需要设置。

（4）进位限位装置设计。

根据排样图确定的使用侧刃、挡料销的位置及尺寸，选用标准规定的合适类型与规格。

此外，还要根据模具结构和提高送进材料定位精度的实际需要，设计侧压装置、挡料销、工艺定位孔等，始用挡料销、固定挡料销种类繁多，应按冲件厚度、结构形状与尺寸、搭边宽度等情况选用。

（5）选定冲模制造精度等级，主要依据冲件图要求的冲压精度，一般要提高1—2级精度，作为冲模制造精度的等级。

凸、凹模工作尺寸、进距误差、多工送进误差等均需以确定的冲模制造精度为依据进行计算，以确保冲制工件尺寸精度不超差。

（6）计算并确定冲模的压力中心。

对于多工位连续模这一点较为重要。

欲使冲模工件正常而平稳，要使其压力中心与其模柄的轴心线重合，最多不得超过模柄的投影面积之外，否则会产生偏移弯矩，加速压力机滑块与导轨以及模具导向机构的磨损。

（7）计算冲模工作零件尺寸，首先按冲件材料种类及厚度选定间隙极其取向再行计算。

除凸、凹模刃口尺寸需按事先选定或工厂习惯采用的制模工艺进行计算外、与此有关的固定板、卸料板及与其配对便用的斜楔滑块、钩式送料装置的零部件尺寸，都要进行计算并确定下来，方可制图。

7）根据选用的GB2851—2875—81《冷冲模》国标，按其规定配用的标准模架及成套零部并考虑上述各步骤设计内容及结果，绘出模具总装配图和非标准零件。

在绘制冲模总装配图时需注意解决好以下一些问题：

（1）按冲件的冲压工艺过程卡规定使用的冲压设备及其主要技术规格，诸如：

压力机台面尺寸，压力机台面及其滑块上装模柄孔的尺寸、最小闭合高度等参数，作为选用标准模架和模柄以及确定模座底面积、模具落料孔以及模具平面装夹尺寸的依据。

即便选用标准典型组合，也必须考虑上述参数给予衔接；

（2）注意设计合适的凹模结构形状，并对其强度进行必要的校核；

（3）凸模长度要进行细致的计算，对于小孔冲模，当凸模直径等于或小于料厚或冲裁高强度材料小孔时，除在结构上采取加固措施外，对凸模的抗压强度和抗纵弯稳定性要分别进行比要的验算；

（4）注意拔杆卸件系统、模具带动的送料装置等直接装在模具上或与模具联动的机构，与模具主冲压动作的协调、配合。

必要时可先设计并绘出各机构动作过程组合曲线图，防止在一个部位动作相碰撞。

2.3.3冲模制造工艺的选择

冲模制造工艺是冲模非标准工作零件即非圆形凸、凹模的制造方法。

冲模的标准零部件，包括一些圆形凸模及圆凹模的加工工艺都已定型且这些零件大多可在市场上随时购买。

故通常所说的冲模制造工艺是指那些需要另行单独制造的非圆凸、凹模以及其他复杂的非标准凸、凹模的制造方法。

首先应该将需要加工的凸、凹模零件表面按其用途、作用及加工工艺不同分为：

配合面与接触面两种。

配合面是在冲模组装或总装时，该面与其他零部件配合，要求有一定的尺寸与形位精度及表面粗糙度。

2.4设计任务

工件名称典型冲压件

工件简图如图1-1所示

生产批量年产量10万件为一般批量

材料Q235

边长a=40mm/b=10mm/c=20mm/d=10mm/e=20mm

材料厚度2mm

图1-1

2.5冲压件的工艺分析

2.5.1冲压件材料分析

查冲压手册知，Q235为普通碳素结构钢，由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。

强度一般，具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性。

主要用于工程结构和受力较小的机械零件，可以冲裁。

2.5.2工件结构形状分析

该制件形状比较简单，尺寸一般，厚度适中，成中心纵向对称，适宜冲裁大批加工量生产，属于普通冲压件，但是有几点应注意：

1）大批量生产应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。

2）冲裁间隙凸凹模间隙的确定应符合制件的要求。

3）各工序凸凹模动作行程的确定应保证各工序动作稳妥、连贯。

2.5.3冲材件的尺寸精度

图1-1所知该T型冲压件公差等级为TI14级，尺寸精度要求较低，普通冲裁完全能够满足其要求。

根据以上分析，该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。

该零件φ10mm的孔由冲孔得出，T形外轮廓由落料得出！

2.6冲压工艺方案的确定

根据制件工艺性分析，本制件所需的冲压工序为落料和冲孔两个基本工序，可采用的以下三种方案：

本制件所需的冲压工序为落料和冲孔两个基本工序，可以有一下三种工艺方案：

1）第一步先冲孔，第二部再落料，单工序模生产。