落料冲孔弯曲模毕业设计说明书.docx

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落料冲孔弯曲模毕业设计说明书

环形铰链卡子模具设计

材料科学与工程学院材料成型081404XXXX指导教师：

XXXX

摘要：

本设计为环形铰链卡子模具设计和鼓形滚子挤压试验。

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，即该工件需要落料-冲孔复合模和弯曲模来完成。

然后通过工艺设计计算，确定排样方式。

计算冲裁力和压力中心，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，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或选取，对模具主要零件的加工工艺规程进行编制，对压力机进行校核，绘制模具总装图，及零件图，最终完成模具设计。

关键词：

冲压、模具、凸模、凹模、凸凹模。

TheColdStampingDieDesignofaRingHingeBands

CollegeofMaterialsScienceandEngineeringMould080104xxxxDirector:

xxxx

Abstract:

ThedesignisaboutthecoldstampingdiedesignofaRinghingebandsandtheextrusiontrialofdrumproducts.Accordingtothesize,materials,massproductionoftheproduc,thefirstpartistoanalysistheprocessofthepart.sotheprogramofblankingprocessanddiestructurehasbeenconfirmed.Asaresults,blanking-punchingcompositemouldandbendingmouldareusedtoproducetheparts.Thenbasedontheprocessdesigncalculations,thestocklayoutdesigncanbeensured.Itisneededtocarryontheblankingforceandthecenterofpressurecomputation,accordingtowhichthepresscanbechoosed.Calculatingthepunchanddiecuttingedgesizeandtolerances,thendesignandselectionthepartsofdie.Duringthestructuraldesign,itismainlyaboutthedesignofthepunch,die,punchanddie,positioningparts,unloadingandejectingdevices,mold,pressingequipment,fasteners,andsoon.Pressneedtobechecked,thendrawthedrawingsandassemblydrawingsofparts,finallythedesignhasbeencompleted.

Keywords：

stamping,mould,punch,die,punchanddie,.

第1章绪论

1.1我国模具技术的现状

模具作为工业生产的基础工艺装备，在汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活用品的生产中被广泛应用。

据统计，75%的粗加工工业产品零件；50%的精工零件有模具成形；家用电器行业的80%零件、机电行业的70%以上零件也都靠模具加工，因此，模具又被成为“百业之母”。

模具生产的工艺水平及科技水平的高低，成为衡量一个国家科技及产品制造水平的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力。

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。

冲压模具以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产大部分轿车覆盖件模具。

轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。

在设计制造方法、手段上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、制造周期和成本方面，与国外相比还存在一定的差距。

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，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，仍存在一定差距。

1.2模具制造技术的发展趋势

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。

第2章冲压成形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。

诸如：

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、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。

2.3零件的工艺性分析

零件图，如图2-1所示

产量：

大批量

材料：

Q235

材料厚度：

2mm

材料分析：

工件所用材料为Q235，其抗剪强度τ=310～380MPa，抗拉强度σb=380～470MPa，屈服强度σs=240MPa，伸长率δ10=21～25%，屈强比σs/σb=0.51～0.63，材料综合性能良好，适合冲压工艺。

结构分析：

工件为U形弯曲件，展开形状为带孔的矩形板，结构简单，满足冲压工艺要求。

图2.1零件图

2.4工艺方案的确定

方案一：

先落料，再冲孔，后弯曲。

采用单工序模生产。

方案二：

先冲孔落料，再弯曲，采用复合模具和弯曲模具生产。

方案一，模具结构简单，但需三道工序三副模具，生产效率低，难以满足该工批量生产的要求。

方案二，先采用复合模具落料－冲孔冲裁，能够保证冲裁尺寸精度，适用范围广、效益高。

再用弯曲模具弯曲，用定位板定位，保证冲裁件的尺寸精度。

故采用方案二。

第3章主要工艺计算

3.1毛坯尺寸计算

弯曲件毛坯展开长度的计算：

一般将r＞0.5t的弯曲称为有圆角半径的弯曲,r≤0.5t的弯曲称为无圆角半径弯曲。

根据工件图2-1，r=0.5t=1mm，故零件是无圆角半径弯曲。

无圆角半径弯曲的毛坯尺寸计算是依据弯曲前后材料体积不变原则确定的，并考虑弯曲时圆角变形区板厚变薄。

计算公式如下：

L总=ΣL直边+ΣL弯曲=ΣL直边+Knt

式中n——表示弯角数：

K——系数，单弯角时，K=0.48～0.5；双角弯曲时，K=0.45～0.8；多角弯曲时K=0.25；塑性良好的材料，K=0.125。

各段直线部分长度计算：

L1＝21-3＝18mm；

L2＝17-3×2＝11mm；

L3＝10-3＝7mm

毛坯展开尺寸：

K取0.6，n＝2，t＝2mm；

L＝L1＋L2＋L3＋Knt

＝18＋11＋7＋0.6×2×2

＝38.4mm

3.2排样的设计与计算

冲裁件在条料上的布置方法称为排样。

排样设计包括选择排样方法、确定搭边值、计算条料宽度和送料步距，计算材料利用率，画排样图。

1.排样方法的选择

根据对所给零件的分析，采用直排有废料排样方式，这样可以保证冲件质量，提高模具寿命。

可以补偿送料误差，以保证冲出合格工件。

2.计算冲裁面积

冲裁面积A＝16×38.4－6×πＲ２＝572.01mm2

工件间ａ＝1.8mm,侧面ａ＝2mm

3.步距和条料宽度的计算

步距H＝16＋1.8＝17.8mm

条料宽度B＝38.4＋2×2＝42.4mm

4.材料利用率计算

一个步距的材料利用率:

η＝（A/BH）×100%

＝（572.01/17.8×42.4）×100%

＝75.8%

5.排样图如图3-1

图3.1排样图

3.3冲模的压力中心的确定

模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。

为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。

对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线，否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。

冲模的压力中心，可按下述原则来确定：

（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。

（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心与零件的对称中心相重合。

（3）形状复杂零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出。

解析法的计算依据是：

各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该坐标轴的力矩。

求出合力作用点的坐标位置，即为所求模具的压力中心。

计算公式为:

X0＝（L1X1＋L2X2……LnXn）/（L1＋L2……Ln）＝∑LiXi/∑Li

y0＝（L1y1＋L2y2……Lnyn）/（L1＋L2……Ln）＝∑Liyi/∑Li

式中:

L1、L2、Ln为个凸模轮廓长。

图3.2压力中心计算图

根据零件图：

X0＝0（零件左右对称）

y0＝（2×13.7×3π＋2×25.9×3π＋2×33.9×3π＋19.2×108.8）/（6×3π+108.8）

＝20.52mm

3.4.冲裁模尺寸及冲裁工艺力的计算

3.4.1冲裁凸凹模间隙的确定

冲裁模间隙是直接关系到冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消耗的重要工艺参数。

冲裁模间隙数值，主要与材料的厚度、种类有关。

但由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同，以及生产条件的差异，在生产实践中就很难有一种统一的间隙数值，而应区别情况，分别对待，在保证冲裁件断面质量和尺寸精度的前提下，是模具寿命最高。

查落料、冲孔模刃口初始间隙表：

Zmax＝0.26mm，Zmin＝0.22mm

3.4.2冲模的凸凹模刃口尺寸计算

凸、凹模刃口尺寸的计算可以分为两种：

一是凸凹模分别加工，这种加工方法适用于圆形或简单形状的冲裁件。

采用凸、凹模分别加工法，为了保证合理间隙，必须满足系类条件：

︱dP︱＋︱dd︱≤Zmax－Zmin。

二是凸、凹模配合加工，对于形状复杂或薄料的冲裁件的冲裁，一般采用配合加工。

（1）对于落料，长度基本尺寸38.4mm，凸、凹模制造公差：

dP＝0.02mm，dd＝0.03mm；

工件公差Δ＝0.62mm；磨损系数x＝0.5；

经计算：

︱dP︱＋︱dd︱＞Zmax－Zmin,采用配合加工。

Ad1＝

＝

Ap1＝

＝

宽度尺寸20mm，工件公差Δ＝0.43mm，

Ad2＝

＝

Ap2＝

=

（2）对于冲孔Φ3，采用凸凹模分别加工：

dP＝0.02mm，dd＝0.02mm；工件公差Δ＝0.25mm；

经计算：

︱dP︱＋︱dd︱≤Zmax－Zmin，采用分别加工。

dp＝

＝

＝

dd＝

=

＝

3.4.3冲裁工艺力的计算

冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力。

冲裁力是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。

冲裁力的计算公式：

F＝KLtτ

式中F——冲裁力（N）；

L——零件的剪切周长（mm）；

t——材料厚度（mm）；

τ——材料抗剪切强度（MPa）；

K——系数。

考虑到模具间隙值的波动及均匀性，刃口的磨损，材料力学性能及厚度的波动、润滑情况den因素对冲裁力的值都有影响，一般取K＝1.3。

K＝1.3；t＝2mm；τ＝350MPa；

落料力F1＝KL1tτ＝1.3×108.8×2×350＝99×103N

冲孔力F2＝KL2tτ＝1.3×6×9.42×2×350＝51.4×103N

冲裁力F＝F1＋F2＝150.4×103N

卸料力F卸＝K卸F＝0.04×150.4×103N＝6000N

推件力F推＝K推F＝0.055×150.4×103N＝8272N

表3.1卸料力、推件力、顶件力系数

料厚（mm）

钢

≤0.1

>0.1～0.5

>0.5～2.5

>2.5～6.5

>6.5

0.065～0.075

0.045～0.055

0.04～0.05

0.03～0.04

0.02～0.06

0.1

0.063

0.055

0.045

0.025

0.14

0.08

0.06

0.05

0.03

铝铝合金

紫铜黄铜

0.025～0.08

0.02～0.06

0.03～0.07

0.03～0.09

3.4.4初选压力机

总的冲压力F总＝F＋F卸F推

＝150.4×103＋6000＋8272

＝164.67KN

应选取的压力机公称压力为：

25t。

因此可选择压力机型号为J23-25。

3.5弯曲模工作部分尺寸及弯曲力计算

3.5.1弯曲模工作部分尺寸计算

1.弯曲凸凹模的间隙确定：

弯曲U形件时，凸凹模间隙c的大小，对弯曲件质量有直接影响，过大的间隙将引起弹复角的增加，过小时，引起工件材料厚度的变薄，降低了模具试用寿命，

凸凹模合理间隙值：

c＝t＋Δ＋Kt

　　　　　　　　　　＝2＋0.3＋0.05×2

　＝2.4mm

2.凸、凹模宽度尺寸计算

工件弯曲宽度L＝17mm，Δ＝0.43mm；

b凹＝

＝

＝

b凸＝（ｂ凹

＝

=

3.凸、凹模的圆角半径与弯曲凹模深度

凸模圆角半径r凸＝r＝1mm；

查冲《压手册表》3-20，r凹＝5mm；l＝12mm。

3.5.2弯曲力的计算

1.U形弯曲件自由弯曲力公式如：

F自＝0.7Kbt2σb/（r+t）

式中F自——为冲压行程结束时的自由弯曲力，（N）；

b——冲裁件宽度（mm）；

t——材料厚度（mm）；

r——冲裁件弯曲半径（mm）；

σb——材料抗拉强度（MPa）；

K——为安全系数。

一般取系数K=1.3

U形弯曲件弯曲力计算：

F自＝0.7×1.3×16×

（2）2×400/（1＋2）

＝7765.33N

2.U形弯曲件校正弯曲公式：

F校＝Aq

式中F校——为校正弯曲时的弯曲力，（N）；

A——为校正部分垂直投影面积，（mm）2；

q——为单位面积上的校正力，（MPa）；

具体弯曲计算如下：

A＝17×16＝272（mm）2

F校＝100MPa×272（mm）2＝27.2KN

3.顶件力F顶＝（0.3～0.8）F自≤6212.26N

第4章模具总体结构设计

4.1模具类型

根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模，所以模具类型为落料-冲孔复合模、弯曲模。

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。

凸凹模装在上模模称为正装式复合模，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定位方式

模具冲压所使用的原料是条料，卸料采用弹性卸料装置，导料采用导料销，送进步距控制采用活动挡料销。

4.3卸料与出件方式

采用弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装置依靠弹簧的弹力来卸料，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。

冲孔废料直接从凸凹模孔中落下，制件由顶件块从凹模中顶出。

4.4模架的类型

中间导柱导套模架适宜于纵向送料，对角导柱导套模架适宜横向送料，四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采用滚珠导柱导套。

该模具采用后侧式导柱的模架，用导柱导套导向，送料与操作的方便。

第5章模具零部件设计

5.1落料-冲孔复合模具

5.1.1冲孔凸模设计

冲孔部分的凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将冲孔凸模设计成台阶式。

小端圆柱部分，是具有锋利刃口的工作部分，采用台肩式固定。

凸模材料采用Cr12MoV，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC58～62，如图，5.1。

图5.1冲孔凸模

5.1.2凹模设计

凹模的结构形式和固定方法：

凹模采用矩形板状结构，通过螺钉、销钉与固定板，上模座连接固定。

凹模刃口的结构形式：

因冲件的批量较大，考虑凹模有磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取10mm。

凹模材料和技术要求：

凹模的材料选用Cr12MoV。

工件部分淬硬至HRC60~64。

外轮廓棱角要倒钝。

图5.2落料凹模

5.1.3凸凹模设计

凸凹模结构如图所示，采用固定板固定。

凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺