止转垫板冷冲压工艺及其连续模设计.docx

止转垫板冷冲压工艺及其连续模设计.docx

《止转垫板冷冲压工艺及其连续模设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《止转垫板冷冲压工艺及其连续模设计.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

止转垫板冷冲压工艺及其连续模设计

摘要

本设计为一止转垫板的冷冲压连续模具设计，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，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，冲孔、落料压力，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，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。

其中在结构设计中，主要对落料凸模、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，对于部分零部件选用的是标准件，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成这篇毕业设计。

本次对止转垫板进行的连续模设计，利用CAXA软件对制件进行设计绘图。

明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。

如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。

并绘制了模具的装配图和零件图。

关键词：

止转垫板；冲压工艺；排样；连续模

Abstract

Thedesignforalockingplateofcoldstampingdiedesign,accordingtothesizeofthedesigncomponents,materials,massproduction,etc.,thefirstpartoftheprocessofanalysistodeterminetheblankingprocessplanninganddiestructureoftheprogram,andthenthroughtheprocessdesigncalculations,determinethenestingandcuttingboard,calculatethepressureandpressurewashedcenters,primarypresses,computingconvexandconcaveDieCuttingEdgedimensionsandtolerances,thefinaldesignselectionofpartsandcomponents,topressforchecking,drawingdieassemblydrawings,aswellasMoldprocessingtechnologyofthemainpartstothepreparationprocedures.Inwhichthestructuraldesign,primarilytothepunchanddie,punchanddie,positioningparts,unloadingandoutofpiecesofequipment,mold,pressingequipment,fasteners,etc.hasbeendesigned,fortheselectionofsomecomponentsarestandardparts,thereisnoin-depthdesign,andstructuraldesign,whilesomepartsfortheprocessingprocessanalysisandultimatelytocompletethisgraduationproject.Progressivediedesignofthelockingplateis,todesignpartsdrawingusingCAXAsoftwere.Definedthedesign,determinethestampingformingprocessandthedetailedcalculationandtestforeachspecificparts.Sothestructureisdesignedtoensurereliablemouldwork,ensurethecooperationwithothercomponents.Andtodrawthemoldassemblydrawingandpartsdrawing.

Keywords:

Lockingplate;Stamingprocess;Stocklayout;Progressivedie

1绪论

1.1本课题的研究内容和意义

现代模具行业是技术、资金密集型的行业;现代模具是高技术背景下的工艺密集型工业。

它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务。

由于现在模具生产要采用一系列高新技术，如CAD/CAE/CAM/CAPP等技术、计算机网络技术、激光技术、逆向工程和并行工程、快速成形技术及敏捷制造技术、高速加工及超精加工、微细加工、复合加工、表面处理技术等等。

因此，模具工业已成为高新技术产业的一个重要组成部分。

模具技术水平在很大程度上决定于人才的整体水平，而模具技术水平的高低，又决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，因此模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志！

如今汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业部门极其依赖模具。

没有模具，就没有高质量的产品。

模具不是一般的工艺装备，而是技术密集型的产品，工业发达国家把模具作为机械制造方面的高科技产品来对待他们认为：

“模具是发展工业的一把钥匙”；“模具是一个企业的心脏”；“模具是富裕社会的一种动力”。

冲压模具在实际工业生产中应用广泛。

在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。

随着当今科技的发展， 工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。

冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。

冲压模具作为模具行业里不可或缺的一部分，已成为制造业的重要基础工艺装备。

用模具生产制件所达到的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低耗能、低耗材，使模具工业在制造业中的地位越来越重要。

工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了较大发展，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，因此，要使国民经济各个部门获得高速发展，加速实现社会主义四个现代化，就必须尽快将模具工业搞上去，从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键作用。

1.2国内外的发展概况

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。

国外模具设计预想十分明确，力求设计的模具尽可能以低价格，短周期，高质量去适应。

自动化生产并符台生产批量等各种因素的要求，从而降低产品成本和价格，以获得最大的利润。

国外多工位级进模大多采用镶拼结构，凸模用标准型式进行镶嵌，凹模拼块用环氧树脂粘结周定，普遍使用气动迭料器，通过锁紧进给机构，利用压缩空气推动活塞往复进行送料。

如今高新技术在欧美模具企业得到广泛应用,欧美许多模具企业的生产技术水平在国际上是一流的。

将高新技术应用于模具的设计与制造，已成为快速制造优质模具的有力保

证在欧美，CAD/CAE/CAM已成为模具企业普遍应用的技术。

在CAD的应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段，目前3D设计已达到了70%～89%。

PRO/E、UG、CIMATRON等软件的应用很普遍。

应用这些软件不仅可完成2D设计，同时可获得3D模型，为NC编程和CAD/CAM的集成提供了保证。

应用3D设计，还可以在设计时进行装配干涉的检查，保证设计和工艺的合理性。

数控机床的普遍应用，保证了模具零件的加工精度和质量。

CAE技术在欧美已经逐渐成熟。

在冲模设计中应用CAE软件，模拟金属变形过程，分析应力应变的分布，预测破裂、起皱和回弹等缺陷。

CAE技术在模具设计中的作用越来越大，意大利COMAU公司应用CAE技术后，试模时间减少了50%以上。

经过多年的耕耘，不仅在模具精度、具结构、模具寿命、制模周期等方面取得了明显的突破，而且在板才成型的过程模拟、模具优化和可靠性设计等方面形成了新的理论和方法，为适应新的市场环境，进一步实现快速制模，开辟新的技术空间，打下了基础。

1.2.2国内模具发展概况

我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。

一些低档次的简单冲模，已趋供过于求。

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。

我国涌现出了一大批模具行业的龙头企业，如，汽车覆盖件模具有“四大家”，模具行业已有近百家企业被授予“中国重点骨干模具企业”称号；在产业布局上，我国模具业正在从较发达的珠三角、长三角地区向内地和北方扩展，出现了一些新的模具生产较集中的地区，更为重要的是，我国模具产业不仅规模庞大，而且档次也越来越丰富，大型、精密、复杂、长寿命模具为代表的高水平模具比例达到了35%以上。

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。

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。

以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。

此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。

经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。

当前国际经济发展处于恢复过程，国际投资、消费市场正在进一步升温，经济形势企稳向好的趋势日益明显，这给模具行业步入发展快车道带来良好的发展环境。

随着世界经济的恢复，相信中国模具的发展将会进一步的加快速度。

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，预计在今后的十年里，

中国将一跃成为全球最大的模具制造业基地之一。

1.3本课题应达到的要求

冲压模具的设计在其生产、加工以及使用过程中尤为重要。

特别是它的结构设计，对加工、装配、工期、成本乃至冲压产品的质量及生产效率产生极大的影响。

本课题要求对给定零件止板垫片进行落料、冲孔、成形连续模设计，通过对零件进行详细的冲压工艺、排样方案、模具结构分析确定零件的冲压工艺方案并制定部分零件的制造工艺，如：

凸模、凹模、凸凹模、凸模固定板、垫板、凹模固定板、卸料板、导尺、挡料销、导正销等。

从应用性方面来说，模具是生产效率极高的工具之一，能有效保证产品一致性和可更换性，具有很好的发展前途和应用前景。

通过该课题能够让学生掌握中等复杂程度零件冲压连续模设计与制造的一般方法，对零件冲压连续模工艺方案的制定、工艺计算及连续模具设计有了更深层次的认识，并学会对模具设计资料的检索与整合以及对已有资料的充分合理的使用，连续模在模具中技术含量高，制造、装配难度大，该课题将会是对学生理论学习水平的实践和检验，可对以后从事类似的工作有一定的指导性与实践性意义。

2冲压工艺设计

2.1冲压件简介

形状和尺寸如下图所示。

材料为10钢，板材厚度为0.7mm。

零件图如下：

图2.1零件图

图中尺寸未注公差取国标GB/T15055-2007《冲压件未注尺寸偏差极限》[2]标准中的m级。

材料为带料，规格可定制。

分析图中尺寸可得两类，第一类为冲裁件线性尺寸，分别有：

，

，

，

，

。

第二类为冲裁圆度半径线性尺寸，有：

R3.5。

第一类冲裁件线性尺寸，查参考文献[2]，P3，表1未注公差冲裁件线性尺寸的极限偏差，得各相关尺寸的公差，带公差后的尺寸分别为：

±0.12，

±0.10,

±0.15，

±0.20，

±0.20。

第二类冲裁圆角半径线性尺寸，查参考文献[2]，P4，表5未注公差冲裁圆半径线性尺寸的极限偏差，得各相关尺寸的公差，带公差后的尺寸为：

±0.40。

2.2冲压的工艺性分析

冲压工艺分析主要考虑产品的冲压成形工艺，最主要的是包括技术和经济两方面内容。

在技术方面，根据产品图纸，主要分析零件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求；在经济方面，主要根据冲压件的生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。

因此工艺分析，主要是讨论在不影响零件使用的前提下，能否以最简单最经济的方法冲压出来。

⑴影响冲压件工艺性的因素很多，从技术和经济方面考虑，主要因素：

1．冲裁件形状，内、外形是简单还是复杂；

2．冲裁件外形和内孔圆角半径避免太小；

3．冲裁件凸出的悬臂与窄槽的宽度不宜过小；

4．冲孔时孔不宜过小；

5．冲裁时孔与孔之间、孔与边缘之间距离不宜过小；

6．冲压材料，是否是常见材料。

7．生产量的大小，一般来说，大批量生产时，可选用连续和高效冲压设备，以提高生产效率；中小批量生产时，常采用简单模或复合模，以降低模具制造费用。

8．冲裁件的尺寸要求，表面粗糙度要求，尺寸公差要求等。

⑵本冲压件工艺分析如下：

1．冲压材料，为10钢，是常见的冲裁材料。

力学性能：

抗拉强度σb（MPa）：

370（查参考文献[4]P411页，表7-1）

抗剪强度τ（MPa）：

300

伸长率δ10（％）：

29

屈服点σs（MPa）：

210

由于零件是一个平面形状，内部有3个孔，外部是圆弧和直线组成。

关键是冲孔和落料能否同时进行？

2．图形分析　形状不是太复杂，主要是圆形、圆弧形状。

3．冲裁件外形和内孔圆角半径。

本冲裁件无内形圆角半径尺寸，只有一个α＜90°的外形圆角半径尺寸，为：

R3.5。

查参考文献[3]，P1-44，表3-18冲裁件圆角r的最小值，α＜90°时为0.5t=0.35mm<3.5。

因此上述半径符合要求。

4．悬臂与窄槽

本冲裁件没有凸出的悬臂与窄槽。

5．冲孔时孔不宜过小

本冲裁件最小冲孔直径为φ4.2，查参考文献[3]，P1-45，表3-20用自由凸模冲孔的最小尺寸，得：

d>t=0.7mm，因此完全符合要求。

6．冲裁时孔与孔之间、孔与边缘之间距离

从产品图中可知孔与孔之间距离很大，应该符合要求。

孔与边缘之间的距离最小，为：

1.4mm，查参考文献[3]，P1-45，表3-19孔与孔之间、孔与边缘之间距离的许可值，得：

≥1.2t=0.84mm<1.4，因此符合要求。

8．生产批量。

本冲裁件产量为200万件/年，因此属于大批量生产，可选用连续和高效冲压设备，以提高生产效率。

9．冲裁件的尺寸要求，表面粗糙度要求，尺寸公差要求。

尺寸φ23±0.1，有较高的公差要求，2个φ4.2的小孔要求对称分布，其它尺寸没有较高公差要求，按未注公差处理。

表面粗糙度没有特殊要求。

2.3冲压工序

冲压工序为：

落料、冲孔。

2.4冲裁间隙

根据料厚t=0.7和材料10钢，查参考文献[4]，P46页，得单面间隙C＝0.031～0.039。

因此双面间隙为：

0.062～0.078mm。

2.5冲压工艺方案的确定

经过对冲压件的工艺分析后，结合产品进行必要的工艺计算，并在分析冲压工艺，工序顺序组合方式的基础上，提出各种可能的冲压分析方案。

方案一：

单工序模。

根据本产品形状特点，分三个单工序模，即：

外形落料模，冲小孔模和内形冲孔模。

这些单工序模结构简单，制造方便，成本低廉，但生产速度慢，因此批量不能太大，不能适应自动化生产。

在各副后续模具间定位精度较低，各结构间定位不高。

方案二：

复合模。

根据参考文献[4]，P257页，表5-17凸凹模最小壁厚，得到t=0.7时，凸凹模的最小壁厚为2mm，D=15mm。

本产品的最小壁厚为1.4，故不能采用复合模。

方案三：

连续模。

优点是能实现冲压自动化，日产量非常高。

可节省劳动力成本，能保证产品精度和质量。

但模具结构复杂，制造成本较高，模具调试难度大，制造周期长，通常材料利用率较低，因此生产批量必须大，否则产品成本很高。

本产品适宜设计成连续模。

因此综合考虑工艺和模具设计的可行性，产品质量，生产周期，产品批量，节省成本等因素，采用方案三。

3止转垫板连续模设计

3.1模具结构

由于产品没有特殊要求，故模具结构采用冲孔、落料的工序设计，并采用正装方式设计模具结构，即凹模装在下模部分，同时为了正确控制送料步距采用侧刃定距。

由于料不厚，冲压速度较快，卸料采用弹性卸料结构，建议弹性材料采用弹簧。

废料和产品均采用在凹模（下模）向下推出。

带料采用自右向左自动送料装置，模具结构如图3.1所示。

图3.1模具结构图

3.2确定其搭边值

搭边值的大小应考虑以下因素：

材料的机械性能软件、脆件搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。

本产品是10钢，属于低碳钢，正好是表中的基准值。

1.冲件的形状尺寸冲件的形状复杂或尺寸较大时，搭边值大一些。

本产品最外层是由Φ20，R3.5和直线组成的类似圆的图形。

2.材料的厚度厚材料的搭边值要大一些。

本产品厚度为0.7mm

3.材料及挡料方式采用自动送料，有侧刃装置。

4.卸料方式弹性卸料比刚性卸料大搭边值小一些。

本模具采用弹性卸料。

5.材料为：

10钢，落料部分全是圆弧和直线。

综上所述，根据参考文献[1]P72页，表2-13搭边a和a1数值[1]得：

两工件间的搭边值：

a=1.0mm

工件侧面搭边值：

a1=1.2mm

3.3确定排样图

在冲压零件中，材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料，因此材料的利用率是决定产品成本的重要因素，必须认真计算，确保排样相对合理，以达到较好的材料利用率。

排样方法可分为三种：

1．有废料排样

2．少废料样

3．无废料排样

少废料排样的材料利用率也可达70%－90%。

但采用少、无废料排样时也存在一些缺点，就是由于条料本身的公差以及条料导向与定们所产生的误差，使工作的质量和精度较低。

另外，由于采用单边剪切，可影响断面质量和模具寿命。

根据本工件的形状和批量，对模寿命有一定要求，固采用有废料排样方法。

排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫做搭边。

搭边的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的工件。

还可以使条料有一定的刚度，便于送进。

本产品外形是带大圆弧形，因此排样主要由外形决定，为了提高材料利用率可考虑单斜排，具体由下面计算决定。

送料步距A＝22.52mm。

（通过CAXA软件测得）

条料宽度B＝（D+2a1+nC）

其中：

Ｄ＝20，a1＝1.2，n=2，C=1.5（查参考文献[1]，P74，表2-16b1和C值）

B＝20+2×1.2+2×1.5=25.4mm

因此带料宽度为25.4mm。

排样方案：

第1工位冲4个小孔，第2工位冲中间圆孔，第3工位落料，第1个侧刃放在第1工位，第2个侧刃放在第4工位，由于各工位间有足够的空间和安装固定凸模空间，且工位数不多，故无需设置空工位。

排样工位图如图3.2所示。

侧刃形状和大小参考参考文献[4]，P282，表达5-43定距侧刃的结构尺寸。

排样图如图3.2所示。

3.2排样图

3.4材料利用率计算

在冲压零件中，材料利用率是一个非常重要的因素，提高利用率是企业降低成本的途径之一。

由于本产品采用连续模生产，送料采用自动送料，因此可以假设原材料为带料，通常带料是定做的，因此尺寸为：

宽25.4mm，厚0.7mm，长度很长故不计算。

材料利用率只需计算一个送料步距就可以了。

材料利用率计算公式：

其中：

S0————一个送料步距内总面积

　　　S————实际产品面积

故S0=22.52×25.4=572.008mm2

S=S落-S孔=217.904mm2

由于形状复杂计算不方便，采用CAXA软件画图测量S的值。

故材料利用率

可见材料利用率远小于45%，材料利用率偏低，建议在冲压本产品时套冲其它小零件或利用冲下的废料冲压其它产品。

本模具设计时暂不考虑这些建议。

3.5凸、凹模刃口尺寸的确定

本模具有多工序组成，侧刃不需要计算，只需计算与产品冲裁部份有关的工序，即冲孔和落料，共有三种不同结构的尺寸，即落料、4个小孔和中间圆孔，下面分三部份分别计算。

3.5.1落料部份凸、凹模刃口尺寸的确定

（1）计算原则

本产品外形属于落料工序，因此计算原则以凹模为基准，配做凸模。

由于外形复杂，故采用凸、凹模配合加工法来制造，并进行设计计算。

（2）凸、凹模制造公差及凸、凹模刃口尺寸计算。

工件尺寸有φ20±0.20，23±0.10，R3.5±0.40

凸、凹模制造公差取对应尺寸公差的1/4。

冲裁双面间隙Zmin=0.062，Zmax=0.078，

（3）落料凸、凹模刃口尺寸计算

由于以凹模为基准，所以查参考文献[1]P64-P65页，得公式

磨损后凹模尺寸变小（A类），设工件尺寸为

，则，

磨损后凹模尺寸变大（B类），设工件尺寸为

，则，

磨损后凹模尺寸不变（C类），设工件尺寸为C±Δ，则，

式中δd=/4

分析三个尺寸得：

，

均属于磨损后尺寸变大的尺寸，即B类；

属于磨损后尺寸不变的尺寸,即C类。

1．

尺寸计算

转化为单向尺寸：

B=20.2mm，Δ=0.40mm

凹模偏差δd=Δ/4=0.10mm

t=0.7，查参考文献[1]，P64，表2-11得磨损系数χ=0.5

所以

2．尺寸

计算

转化为单向尺寸：

B=3.9mm，Δ=0.80mm

凹模偏差δd=Δ/4=0.20mm

t=0.7，查参考文献[1]，P64，表2-11得磨损系数χ=0.5

所以

3．尺寸

计算

C=23mm，Δ=0.2mm

凹模偏差δd=Δ/4=0.05mm

所以

因此凹模尺寸为：

23±0.025，

，

凸模尺寸为以凹模为基准，配做，保证双面间隙为0.062～0.078mm。

3.5.2冲4个小孔凸、凹模刃口尺寸的确定

（1）计算原则

冲孔计算原则以凸模为基准，凹模大一个最小双面间隙。

由于圆形便于加工，故采用分开加工法制造并计算。

（2）凸、凹模制造公差及凸、凹模刃口尺寸计算

这四个小孔两两相等，尺寸为φ4.2±0.15，R0.5±0.12定位尺寸为φ14.2±