155010垫芯板冲压工艺级进模具设计.docx

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155010垫芯板冲压工艺级进模具设计

论文

题目

155010垫芯板

冲压级进模设计

学生姓名

学号

系部

专业

班级

指导教师

摘要

155010垫芯板属于典型的冲裁件，本文在分析其工艺性的基础上，根据生产要求，确定采用级进模结构。

本设计主要是落料凸、凹模及冲孔凸、凹模的设计，需要计算凸凹模的间隙、工作零件的尺寸和公差。

此外,还需要确定模具工艺零件和结构零件以及模具的总体尺寸，然后根据上面的设计绘出模具的总装图。

关键词：

155010垫芯板级进模冲孔落料

摘要II

第一章绪论1

1.1课题背景1

1.2冲压模具发展现状和前景1

1.2.1冲压模具发展现状1

1.3课题研究的内容和意义3

1.4发展方向3

第二章冲裁模具毕业设计任务书4

2.1任务书设计内容4

2.2任务书的要求4

2.2.1技术要求：

2.2.2设计要求：

第三章零件的工艺性分析和方案确定5

3.1零件的工艺分析5

3.1.1结构与尺寸的分析5

3.1.2精度与断面粗糙度分析5

3.2冲裁工艺方案的确定5

3.3模具总体方案的确定7

第四章零件工艺的设计计算8

4.1排样设计与计算8

4.1.1材料利用率8

4.1.2排样设计9

4.2冲裁力9

4.3、压力中心的计算10

4.4、计算凸凹模刃口尺寸10

4.5压力机的确定11

4.5.1压力机的选择11

4.5.2开式压力机机床有关参数11

4.6压力中心的计算12

第五章计算凸、凹模刃口尺寸及公差14

5.1凸、凹模间隙值14

5.1.1间隙对冲压力和模具寿命的影响14

5.1.2冲裁间隙的确定15

5.2凸、凹模刃口分别加工的计算法15

5.2.1凸、凹模刃口尺寸计算的原则15

第六章模具零部件的设计计算与总装图设计16

6.1凹模外形设计16

6.2凸模的设计16

6.2.1落料凸模的设计16

6.2.2冲孔凸模的设计17

6.3其他主要零件的设计19

6.4标准件尺寸的确定21

6.5模具的总体设计21

6.6模具装配和装配图21

6.6.1级进冲裁模的装配21

6.6.2凸、凹模间隙的调整方法22

6.6.3绘制模具的总装图23

第七章总结与展望24

致谢25

参考文献26

1绪论

1.1课题研究的目的和意义

我国把模具行业纳入高新技术产业重点领域，另一方面，冲压工艺广泛应用于民用、航空航天、汽车和工艺品等领域，在产品组件中所占的比例也越来越大。

但由于我国模具工业起步较晚，起点较低，加工制造手段落后，尤其是技术应用人才缺乏，技术水平落后，制约了该产业的迅猛发展,已使之成为制约其他相关行业发展的“瓶颈”。

模具技术是上世纪下半叶制造业中发展最快的技术之一，由于模具的设计和制造是一个非常复杂的过程，并且是一个不断反复的过程，目前，采用具有三维参数化特征造型功能的CAD支撑软件，在模具设计中应用并行工程原理，实现模具管理、工艺分析与设计及模具结构设计的一体化是一种较有代表性也很有应用前景的模具CAD系统开发方法。

模具生产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。

模具质量及附加值的高低，取决于模具专业人才的技术水平。

随着产品市场的国际化，如何降低生产成本以适应竞争的激烈和残酷越来受关注，产品制造的批量化、集约化和标准化，就越来越显得十分重要了。

目前，在全世界，模具快速发展，已成为大国的重要工业发展对象，各个行业都需要模具的辅助制造，所以模具对工业的发展有个不可替代的重要性。

未来，模具的发展也许有将成为国家第一产业的可能。

1.2课题国内外研究概况

1.2.1国外模具发展概况

全球主要模具生产国包括亚洲地区的日本、韩国与大陆，以及美洲地区的美国、欧洲地区的德国。

技术先进国家如日本、美国、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术上，均有领先的地位，同时也拥有训练精良的技术研发人才。

日本的模具产能约占全球的40%，居世界第一位，每年向国外出口大量模具。

现在模具市场竞争日趋激烈，因此日本模具业也在努力降低生产成本。

模具行业是人力成本较高的行业，日本的人力成本是中国及东南亚地区的十几倍，而人力成本中有70%以上是非核心技术人员。

据相关研究部门调查得知，欧洲模具设计和生产的时间要分别比中国快44%和61%左右，但中国模具设计和生产的成本却只有欧洲同行的91%，因为中国的劳动力成本低廉，对部分国外客户有着很强的吸引力。

同时，欧洲及世界各国之间的模具竞争也相应加剧，像德国近两年半内的模具整体价格就下降了25%左右。

据统计,前些年全球58%的模具是由德国等西欧国家生产，中国等亚洲国家的比例只占到1%，但今后东欧国家的模具将会有较大幅度的增长，而亚洲国家的生产比例将提高至22%左右。

这位教授高兴地说,鉴于中国廉价劳动力成本的优势和整体经济持续快速发展的良好势头，中国模具发展的前景将十分广阔。

“但这并不意味着中国发展的一切都是那么的理想和完美。

”亚力山大认为，因为中国的市场过早地陷入了价格战的误区,还缺乏自主创新的能力，没有相应地建立起诚信可靠的市场体系,特别是有65%的欧洲客户觉得中国模具的价格虽低但质量不好。

一种比较理想的解决方法是，加强中欧双方的合作,由欧洲国家出订单和图纸，中国模具企业具体负责完成设计及加工制作，并在此过程中不断学习欧洲先进的技术及管理理念,加快工业化的改造，努力提高企业自身的核心优势和竞争力。

如在提高客户满意度方面，企业除了在价格低廉上做文章外，更重要的是要求交货时间短，产品质量好，诚信度高，尽可能让他们了解产品的研发、设计及生产的全过程企业要明确自己的主攻方,加强相互之间的合作,及时有效地对客户的需求作出反应。

1.2.2国内模具发展概况

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%左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、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。

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/CAM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。

1.3课题研究的主要内容

本课题研究的内容如下：

第1章为绪论，论述了本课题的研究背景和意义，总结了冲压模具技术的发展历史和在国内外的发展现状及趋势。

第2章为本次设计的任务书，介绍了设计的零件图和设计的具体得要求，包括零件的名称、材料和生产批量等等，有技术要求和设计要求。

第3章为设计的第一步，首先分析零件的工艺性，包括尺寸和精度的分析，还有材料性质的重点分析，然后按照以上的分析初步确定设计的大体方案，从简单模、复合模和级进模中选择，最终选用级进模设计。

最后查阅相关资料，确定模具的一些工作零件和辅助零件的设计，以至于确定模具的总体方案。

第4章为设计中的重点部分，是承接上一章工艺分析的，所以我们将进行工艺计算，有排样的设计和计算、材料利用率的计算，冲裁力图形设计和具体的计算，还有最重要的就是压力机的确定和数据的校核。

第5章为设计的中心部分，有凸、凹模的间隙和凸、凹模设计的原则，还有凸、凹模的人口尺寸计算，包括基本尺寸的计算和公差的确定。

第6章为模具工作零件的具体设计，包括凹模的设计和尺寸的计算，还有凸模的长度和硬度校核，还有卸料板、导料板及标准件的设计、选用和计算，并有非标准件的零件图形和最终的装配草图和装配图。

2冲压工艺设计

2.1冲压件简介

本产品是一个垫芯板，是一个平板类零件，中间有较少孔，外形较简单，尺寸较少，材料为08钢，厚度为2mm。

具体形状及尺寸如下图所示。

图2.1零件图

已知公差尺寸

的标准公差为IT11~IT12，IT11，IT13~IT14，IT12，IT9~IT10，IT10~1IT11。

按产品图中说明尺寸未注公差取IT14级。

材料为带料，规格可定制。

查下表标准公差数值（即查参考文献[1]，P213页，表3-8标准公差数值）

未知公差尺寸70,55,19，

11,R12，R45，R5的标准公差为

，

标准公差数值（µm）

基本尺寸

公差等级

IT1

IT2

IT3

IT4

IT6

IT7

IT8

IT9

≤3

0.8

1.2

100

140

250

＞3～6

1.5

2.5

120

180

300

＞6～10

1.5

2.5

150

220

360

＞10～18

1.2

110

180

270

430

＞18～30

1.5

2.5

130

210

330

520

＞30～50

1.5

2.5

100

160

250

390

620

＞50～80

120

190

300

460

740

＞80～120

2.5

140

220

350

540

870

2.2冲压的工艺性分析

冲裁件的工艺性，是指冲裁件工件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、行位公差与尺寸基准等是否符合冲裁工艺的要求。

冲裁工件的工艺性对冲裁工件的质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及冲压设备的选用等都有很大的影响。

一般情况下，对冲裁工件工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。

良好的冲裁工件工艺性应能满足材料省、工序少、产品质量稳定、模具较易加工、操作方便且寿命较高等要求，从而显著降低冲裁工件的制造成本。

冲裁件的材料特性

牌号

化学成分ω/%

硬度

用途举例

退火状态

试样淬火

HBS

不大于

淬火温度/℃和冷却剂

HRC

不小于

T10

0.95~1.04

≤0.40

≤0.35

197

760~780

水

制造耐磨性要求较高、不收剧烈振动、具有一定韧性及锋利刃口的各种工具，如刨刀、车刀、钻头、丝锥、手锯锯条、拉丝模、冷冲模等

2.2.1冲裁件的结构工艺性分析

1．冲裁件的形状应尽可能简单、对称、排样废料少。

在满足质量要求的条件下，把冲裁件设计成少、无废料的排样形状。

2．除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，允许工件有尖锐的清角外，冲裁件的外形或内孔交角处应采用圆角过渡，避免清角。

本产品最小圆角半径为R5，查表下最小值圆角半径（即查参考文献[2]，P51页，表2.6.1最小值圆角半径R）得：

最小值圆角半径0.25t，即0.50mm，故符合要求。

最小圆角半径R注：

t为料厚度

工序

圆弧角度

最小圆角半径

黄铜、纯铜、铝

低碳钢

合金钢

备注

落料

α≥90°

α＜90°

0.18t

0.35t

0.25t

0.50t

0.35t

0.70t

≥0.25mm

≤0.5mm

冲孔

α≥90°

α＜90°

0.20t

0.40t

0.30t

0.60t

0.45t

0.90t

≥0.3mm

≤6mm

3．尽量避免冲裁件上过长的悬臂和凹槽。

4．冲裁件的最小孔边距。

其许可值为：

C=（1～1.5）t=2mm～3mm。

本产品有最小孔边距为2.5mm，即：

到R5距离最小为2.5mm，符合最小孔边距要求。

5．产品材料为T10，是碳素工具钢，τb=600MPa。

查下表冲孔的最小尺寸（即，查参考文献[3]，P7页，表2.2冲孔的最小尺寸）得：

圆孔直径为d≥1.3t=2.6mm，本产品最小孔径为5，因此符合要求，并且不需导向。

冲孔的最小尺寸

材料

（a）圆孔

（b）方孔

（c）长方孔

（d）长圆孔

钢τb＞700MPa

d≥1.5t

b≥1.35t

b≥1.2t

b≥1.1t

钢τb﹦400～700MPa

d≥1.3t

b≥1.2t

b≥1.0t

b≥0.9t

钢τb＜400MPa

d≥1.0t

b≥0.9t

b≥0.8t

b≥0.7t

黄铜、铜

d≥0.9t

b≥0.8t

b≥0.7t

b≥0.6t

铝、锌

d≥0.8t

b≥0.7t

b≥0.6t

b≥0.5t

纸胶布、布胶版

d≥0.7t

b≥0.6t

b≥0.5t

b≥0.4t

硬纸、纸

d≥0.6t

b≥0.5t

b≥0.4t

b≥0.3t

注：

t为料厚；τb为抗剪强度。

2.2.2冲裁间隙

冲裁凸模和凹模间的间隙，不仅对冲裁件的质量有及重要的影响。

而且还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。

因此，冲裁间隙是冲裁工艺与冲裁模设计的一个非常重要的工艺参数。

材料厚度t=2mm，材料：

T10为碳素工具钢，查表2-7冲裁模初始双面间隙Z（即查参考文献[3]，P32页，表3-5冲裁模初始双面间隙Z），得：

冲裁间隙：

0.246～0.360mm。

冲裁模初始双面间隙Z（单位：

mm）

材料厚度

08、10、35、Q235

Q345

40、50

65Mn

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

小于0.5

极小间隙

1.0

1.2

1.5

1.75

2.0

0.100

0.126

0.132

0.220

0.246

0.140

0.180

0.240

0.320

0.360

0.100

0.132

0.170

0.220

0.260

0.140

0.180

0.240

0.320

0.380

0.100

0.132

0.170

0.220

0.260

0.140

0.180

0.240

0.320

0.380

0.090

0.126

注：

冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙取08钢的25%。

2.3冲压工艺方案的确定

方案一：

单工序模。

每一个冲压工序一副模具，需要多副模具，生产效率较低，结构简单，制造简单，价格简单，适用于料厚精度要求低的小批量冲件的生产。

方案二：

复合模。

冲压精度为中、高级精度，制件最大尺寸与材料厚度一般应在300mm以下，生产效率较高，但结构复杂，制造难度大，价格高，适用于形状复杂，精度要求较高，平直度要求较高的中小型制件的大批量生产。

方案三：

连续模。

产品质量高，定位精度高，占用设备少，冲压速度高，生产效率较高。

但模具结构复杂，制造难度高，单副生产成本高，由于产量高相对成本并不高，适用于大批量小型零件的生产。

综上分析，第三种方案能满足本产品的要求，即制造成本并不很高，同时冲压生产周期短，产品质量高，占用设备少，能起到节能、节省劳动力作用，生产效率较高。

3垫芯板连续模设计

3.1模具结构

由上述分析模具类型采用连续模，即采用多工位连续送料方法。

最终产品件采用由上向下推出，因此落料凹模设计在下模部分，落料凸模设计在上模部份。

各冲孔废料也由上向下推出，故各冲孔凸模装在上模部份。

由于料厚为2mm不是很厚，故卸料采用弹性卸料结构，建议弹性元件采用橡胶垫。

由于产品各结构间定位精度一般，因此带料采用自动送料机构送料，自右向左送料，在冲压工位采用导正孔导正。

模具结构参考如下图所示。

3.2确定其搭边值

料厚t=2mm，材料T10，采用自动送料，工件四周有圆角，边长小于等于100mm，搭边值是由经验确定的，故查下表最小搭边值（即查参考文献[4]，P31页，表2-16最小搭边值），确定其搭边值为：

两工件间的搭边值：

a1=2mm

工件侧面搭边值：

a=3mm

搭边值（单位:

mm）

条料厚度

手工送料

自动送料

圆形

非圆形

往复送料

＜1

1.5

1～2

1.5

2.5

3.5

2.5

2～3

2.5

3.5

3～4

2.5

3.5

3.3确定排样图

是排样件在指冲裁条料、带料或板料上的布置方法。

排样是否合理，将直接影响到材料利用率、冲裁件质量、生产效率、冲模结构域寿命等。

3.3.1排样方案

方案

排样图

单列横排

单列竖排

横排交叉排列

3.3.2送料步距与带料宽度

方案

送料步距

带料宽度

单列横排

102mm

73mm

单列竖排

69mm

106mm

横排交叉排列

144mm

97mm

3.4材料利用率计

方案

材料利用率

单列横排

56.54%

单列竖排

57.56%

横排交叉排列

60.28%

综上所述,采用横排交叉排列

采用横排交叉排列，为了提高定位精度采用导正销导正，在带料两侧设置导正孔导正。

各工位设置为：

第1工位冲1个R5.5圆孔、2个R2.5圆孔、3个R3.5的圆孔和2个R2的导正孔；第2工位为导正落料。

结果排样图如下所示

3.5凸、凹模刃口尺寸的确定

5.1凸、凹模间隙值

冲裁间隙是指冲裁模凸、凹模刃口之间的空隙。

凸模与凹模间每侧的间隙称为单面间隙，用Z/2表示；两侧间隙之和称为双面间隙，用Z表示。

如无特殊说明，冲裁间隙都是指双面间隙。

冲裁间隙的数值等于凸、凹模刃口尺寸的差值，如图所示，即

式中

—凹模刃口尺寸；

—凸模刃口尺寸。

冲裁间隙对冲裁过程有着很大的影响。

此外，间隙对冲压力和模具寿命也有着较大的影响。

图5-1凸、凹模刃口尺寸的差值

5.1.1间隙对冲压力和模具寿命的影响

间隙很小时，因材料的挤压和摩擦作用增强，冲裁力必然较大。

随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，容易发生断裂分离，因此冲裁力减小。

但试验表明，当单面间隙在材料厚度的5﹪～20﹪范围内时，冲裁力降低不多，不超过5﹪～10﹪。

因此，在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不是很大。

模具寿命通常是用模具失效前所冲的合格冲裁件数量来表示。

冲裁模的失效形式一般有磨损、变形、崩刃和凹模胀裂。

间隙大小主要对模具的磨损及凹模胀裂产生较大影响。

模具刃口磨损看，使刃口钝化、间隙增加，从而导致制件的尺寸精度降低冲裁能量增大，断面粗糙。

所以必须注意尽量减少模具的磨损。

为提高模具寿命，一般需要采用较大间隙。

5.1.2冲裁间隙的确定

凸、凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力等有较大影响，所以必须选择合理的间隙。

在冲压的实际生产中，为了获得合格的冲裁件、较小的冲压力，并保证模具有一定寿命，我们规定一个间隙值范围，称为合理间隙。

这个范围的最小值称为最小合理间隙（Zmin），最大值称为最大合理间隙（Zmax）。

因冲模在使用过程中会逐渐磨损，间隙增大，再设计和制造新模具时，一般采用最小合理间隙。

冲裁间隙数值主要按制件质量要求，根据经验数值来选用。

然而对于电子、电器、仪器等行业对制件断面质量和尺寸精度要求较高，可选用较小的间隙值。

如下图要求零件内外尺寸精度为14级，且该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。

5.2凸、凹模刃口分别加工的计算法

冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度，合理间隙的数值也必须靠模具刃口的尺寸及公差来保证。

正确确定模具刃口尺寸及其公差，将会直接影响到冲裁生产的技术经济效果，因此它是设计冲裁模的主要任务之一。

由于制件结构简单精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸凹模。

这时需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。

由于零件未标注公差在此均按IT13级算。

根据零件的结构特点，刃口尺寸采用配作法加工。

5.2.1凸、凹模刃口尺寸计算的原则

在计算刃口尺寸时，应该落料和冲孔两种情况分别考虑其原则如下。

a.落料时，应以凹模刃口尺寸为基准，间隙取在凸模上。

凹模基本尺寸取落料件尺寸公差范围内较小尺寸。

凸模的基本尺寸则用凹模基本尺寸减去最小合理间隙。

由表2-3得Zmin=0.246mmZmax=0.360mm

b.冲孔时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上。

凸模基本尺寸取冲件公差范围内的较大尺寸。

凹模的基本尺寸则是用凸模基本尺寸加上最小合间隙。

由《冲压工艺与模具设计》表2.4得Zmin=0.246mmZmax=0.360mm

c.凸、凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸、凹模的加工方法来确定，既要保证冲裁间隙要求并冲出合格的零件，又要便于模具加工。

d.根据工件尺寸公差要求，确定模具刃口尺寸的公差等级，见表所示。

表5-1模具刃口尺寸的公差等级

模具刃口尺寸公差

料厚t（mm）

0.5

0.8

1.0

1.5

冲裁件尺寸公差

IT6～IT7

IT8

IT9

IT10

—

IT7～IT8

—

IT9

IT10

IT12

—

IT9

—

IT12

IT14

根据t=2mm,由课本表3-3得:

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