空调零部件导流板的冲压工艺与模具设计毕业设计论文.docx
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空调零部件导流板的冲压工艺与模具设计毕业设计论文
准考证号：
本科生毕业论文（设计）
空调零部件（导流板）的冲压工艺与模具设计
学院：
江西科技学院
专业：
模具设计与制造
本科论文原创性申明
本人郑重申明：
所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。
本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。
学位论文作者签名（手写）：
签字日期：
年月日
本科论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
学位论文作者签名（手写）：
指导老师签名（手写）：
签字日期：
年月日签字日期：
年月日
摘要
在一系列方式中，传统模具设计方法存在许多缺点。
众所周知,热处理对模具起着非常重要的作用。
为了克服模具热处理工艺存在的缺点，一种新的模具热处理工艺并行设计方法已经被开发出来了。
热处理CAD/CAE技术是集成了并行环境和有关模型而建立的。
这些调查研究可以显著提高效率，降低成本，并保证产品质量达到R和D级。
关键词：
模具设计；热处理；模具
Abstract
Manydisadvantagesexistinthetraditionaldiedesignmethodwhichbelongstoserialpattern.Itiswellknownthatheattreatmentishighlyimportanttothedies.Anewideaofconcurrentdesignforheattreatmentprocessofdieandmouldwasdevelopedinordertoovercometheexistentshortcomingsofheattreatmentprocess.HeattreatmentCAD/CAEwasintegratedwithconcurrentcircumstanceandtherelevantmodelwasbuilt.Theseinvestigationscanremarkablyimproveefficiency,reducecostandensurequalityofRandDforproducts.
Keywords:
diedesign;heattreatment;mould
第10章模具的装配与调试30
10.2在压力机上安装与调试31
总结32
第1章绪论
1.1冲压及冲压模具的概念、特点
冲压工艺是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。
冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。
冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。
冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。
冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。
冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。
冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。
1.2冲压的基本工序及模具
由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。
概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。
上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。
冲模的结构类型也很多。
通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。
但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。
工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。
上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。
1.3冲压加工的优点
与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。
主要表现如下：
（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。
这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。
（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。
（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。
（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。
冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。
只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。
1.4本课题的目的和意义
本课题的题目是，空调导引板成型工艺与成型模具进行设计。
本次设计零件加工包括了拉深、冲孔、翻边、落料的加工。
通过对冲孔模、落料模、弯曲模的学习，分析和比较了各加工工艺方案，完成了模具总体的结构分析，进行毛坯尺寸、排样、工序尺寸、冲压压力、压力中心、模具工作部分尺寸等工艺计算。
绘制了装配草图并进行零部件初步选用设计,然后确定外形尺寸,选择冲压设备,绘制总的装配图和零件图。
该课题是通过空调导引板的成型工艺分析和成型模具设计，对冲压成型工艺进行分析并对冲压模具设计的一般步骤和方法进行研究和探讨。
通过查阅相关资料和对生产实际进行调研，对冲压成形技术和模具设计的现状和发展趋势提出自己的认识和看法。
该课题不仅具有实际意义并且也有很强的启发性，可以起到总结和考核作用。
以下就是本文的详细论述。
第2章冲裁件的工艺分析
本次设计冲压工件为空调导流板如图2.1：
图2.1工件图
零件名称：
空调导流板
生产批量：
大批量
材料：
Q235
材料厚度：
1mm
2.1工件材料
由图2.1分析知：
工件材料采用Q235。
Q235是一种钢材的材质。
Q代表的是这种材质的屈服度，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235MP左右。
并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。
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。
常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。
大量应用于建筑及工程结构。
用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。
Q235的机械性能:
抗拉强度（σb/MPa）：
375-500
伸长率（δ5/%）：
≧26（a≦1.6mm）
≧25（a>1.6-4.0mm）
≧24（a>4.0-6.0mm）
≧23（a>6.0-10.0mm）
≧22（a>10.0-15.0mm）
≧21（a>15.0mm）
其中a为钢材厚度或直径。
2.2工件结构形状
图2.2工件三维立体图
工件结构形状相对简单，如图2.2所示，有一个拉深，另外有2个非圆形孔和3个圆孔，有2个翻边，孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为1mm满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁加工。
2.3工件尺寸精度
根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用IT14级精度，普通冲裁完全可以满足要求。
根据以上分析：
该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。
2.4翻边孔尺寸计算
翻边孔尺寸计算如图2.3所示：
图2.3翻边孔计算
在进行翻边之前，需要在坯料上加工出待翻边的孔，其孔径d按弯曲展开的原则求出，即
d=D-2（H-0.43r-0.72t）
式中符号均表示图2.3中.
代入数据：
d=4.5-2（2-0.43×0.5-0.72×1）
=2.37mm
取2.4mm。
竖边高度则为：
H=（D-d/2）+0.43r+0.72t或H=D/2（1-K）+0.43r+0.72t
如以极限翻边系数Kmin代入，便求出一次翻边可达到的极限高度为
Hmax=D/2（1-Kmin）+0.43r+0.72t
代入数据：
Hmax=4.5/2（1-0.36）+0.43×0.5+0.72
=4.45mm。
所以经过验证，最大翻边高度4.45mm，所以可以一次翻边成形。
2.5拉深展开长度计算
工件有拉深和翻边，需要计算展开长度，拉深方式如图2.4所示：
图2.4拉深简图
展开计算公式为：
D=
代入数据：
D=
=36.72mm。
取D=36.8mm。
第3章冲裁工艺方案及模具结构的确定
3.1冲裁工艺方案的确定
该冲裁件包括落料、冲孔、翻边、拉深成形工序。
可采用的冲裁方案有单工序冲裁，复合冲裁和级进冲裁三种，但零件属于大批量生产，若采用单工序模需要模具数量较多，生产率低，费用较高，故不予采用。
用复合模可以使冲件的精度和平值度得到保证，生产率也较高，但应零件的孔边距较小，模具强度不能保证。
用级进模冲裁时，生产率高，操作方便，通过合理的设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题。
根据以上分析，该零件采用级进模冲裁工艺方案。
方案种类
该工序包括落料、冲孔、翻边、拉深成形等工序，可有以下三种工艺方案
方案一：
先拉深，再冲孔，再翻边，后落料。
单工序模生产。
方案二：
拉深-冲孔-翻边-落料级进冲压。
级进模生产。
方案三：
落料-拉深-冲孔-翻边复合模冲压。
复合模生产。
三种类型模具优缺点比较如表3.1：
表3.1
单工序模
复合模
级进模
结构
简单
较复杂
复杂
成本、周期
小、短
小、短
高、长
制造精度
低
较高
高
材料利用率
高
高
低
生产效率
低
低
高
维修
不方便
不方便
方便
产品精度
高
高
低
品质
低
低
高
安全性
不安全
不安全
安全
自动化
易于自动化
冲床性能要求
低
低
高
应用
小批量生产
大中型零件的冲压试制
大批量生产
内外形精度要求高
大批量生产
中小零件冲压
根据分析结合表3.1分析：
方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。
方案二只需一副模具，可以完成复杂零件的冲裁，虽然工位数量增加但是不影响生产效率。
方案三只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。
冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小。
通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二最佳。
3.2模具结构形式的确定
级进模是指在条料的送料方向上，具有两个以上的工位，并在压力机的一次行程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。
级进模的定距方式有两种：
挡料销定距和侧刃定距。
本模具采用侧刃定距。
侧刃代替了挡料销控制条料送进距离（步距），侧刃是特殊功用的凸模，其作用是在压力机每次冲压行程中，沿条料边缘切下一块长度等于送料近距的料边。
在条料送进过程中，切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住，送进的距离即等于步距。
除定距外，条料送进时，需要定位，本设计采用10个定位螺钉代替导料板对条料进行定位。
第4章模具总体设计
4.1模具类型
根据前面对零件的冲压工艺性分析，模具的类型采用级进模见3.1分析。
加工工序依次为拉深、冲孔、翻边、落料。
4.2操作与定位方式
零件虽属于大批量生产，但在此安排手工送料方式能够达到批量生产，且能够降低模具的成本。
初次送料时为了便于顺利将板材推进模具中安装一个承料板，承料板是用于接长凹模上平面。
由于零件轮廓复杂，厚度较高，为保证两孔的中心距，宜采用导尺导向，由自动挡料销进行初定位，导正销进行精确定位。
4.3卸料与出件方式
考虑到零件结构较复杂，厚度较高等因素，在此采用刚性卸料装置。
另外为了安装采用自动挡料销安装刚性卸料装置是必要的，卸料板与各凸模没有配合的要求，卸料板上穿过凸模的孔一般制成与凸模仿形的，可有明显的间隙。
由于是大批量生产，为了便于操作，提高生产效率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推出的下出件方式。
4.4模架类型及精度
模架主要有以下几种用途和功能如表4.1：
表4.1
类型
用途和功能
对角导柱模架
在凹模面积的对角中心线上，装有前、后导柱，其有效区在毛坯进给方向的导套间。
。
受力平衡，上模座在导柱上运动平稳。
适用于纵向或横向送料，使用面宽，常用于级进模或复合模。
其凹模周界范围为
。
后侧导柱模架
两导柱，导套分别装在上、下模座后侧，凹模面积是导套前的有效区域。
可用于冲压较宽条料，且可用边角料。
送料及操作方便，可纵向、横向送料。
主要适用于一般精度要求的冲模，不宜勇于大型模具，因有弯曲力矩，上模座在导柱上运动不平稳。
其凹模周界范围
。
后侧导柱窄形模架
主要用于窄形零件盒特殊冲压工工艺的冲模。
，起凹模周界范围为
中间导柱圆形模架
常用于电机行业冲模，或用于冲压圆形制件的冲模。
其凹模周界范围为
。
中间导柱模架
其凹模面积是导套间的有效区域，仅适用于横向送料，常用于弯曲模或复合模。
具有导向精度高、上模座在导柱上，运动平稳的特点。
其凹模周界范围为
四导柱模架
模架受力平衡，导向精度高。
适用于大型制件，精度很高的冲模，以及大批量生产地自动冲压生产线上的冲模。
其凹模周界范围为
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，该级复合模采用了四导柱导柱模架的导向方式，四导柱模架导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。
第5章模具设计计算
5.1排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率
5.1.1排样方式的选择
方案一：
有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。
方案二：
少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
方案三：
无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。
通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。
考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。
5.1.2计算条料宽度
搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。
搭边过大，浪费材料。
搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。
搭边值通常由表5.1所列搭边值和侧搭边值确定。
根据零件形状，查表5.1，并考虑到工件的切边，工件之间搭边值a=1mm,工件与侧边之间搭边值取a1=1.5mm,条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值—△
B0-△=（Dmax＋2a1＋2b1）0-△式（5.1）
式中Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a1—冲裁件之间的搭边值；
b1—工件与侧边之间搭边值。
△—板料剪裁下的偏差；（其值查表5.2）可得△=0.4mm。
B0-△=36.8＋2×1.5+2×1
=41.80-0.40mm
故条料宽度为41.8mm。
表5.1搭边值和侧边值的数值
材料厚度t（mm）
圆件及类似圆形制件
矩形或类似矩形制件长度≤50
矩形或类似矩形制件长度＞50
工件间a
侧边a1
工件间a
侧边a1
工件间a
侧边a1
≤0.25
1.0
1.2
1.2
1.5
1.5~2.5
1.8~2.6
＞0.25～0.5
0.8
1.0
1.0
1.2
1.2~2.2
1.5~2.5
＞0.5～1.0
0.8
1.0
1.0
1.2
1.5~2.5
1.8~2.6
＞1～1.5
1.0
1.3
1.2
1.5
1.8~2.8
2.2~3.2
＞1.5～2.0
1.2
1.5
1.5
1.8
2.0~3.0
2.4~3.4
＞2.0～2.5
1.5
1.9
1.8
2.2
2.2~3.2
2.7~3.7
表5.2普通剪床用带料宽度偏差△（mm）
条料厚度t（mm）
条料宽度b（mm）
≤50
＞50～100
＞100～200
＞200
≤１
0.4
0.5
0.6
0.7
＞１～2
0.5
0.6
0.7
0.8
＞2～3
0.7
0.8
0.9
1.0
＞3～5
0.9
1.0
1.1
1.2
表5.3侧刃冲切得料边定距宽度b1（mm）
条料厚度t（mm）
条料宽度b（mm）
金属材料
非金属材料
≤1.5
1.5
2.0
＞1.5～2.5
2.0
3.0
＞1.5～2.5
2.5
4.0
5.1.3确定步距和排样方式
排样设计的原则
①提高材料的利用率：
冲裁件生产批量大，生产效率高，材料费用一般会占总成本的60℅以上，所以材料利用率是衡量排样经济性的一项重要指标，应合理的设计零件外形及排样，提高材料利用率。
②改善操作性：
冲裁件排样应使工人操作方便、安全、劳动强度低。
一般来说，在冲裁生产时应尽量减少条料的翻动次数，在材料利用率相近的情况下，应选用条料宽度及进距小的排样方式。
③使模具结构简单合理，使用寿命高。
④保证冲裁件的质量。
冲裁件在板料、条料或带料上的布置法称为排样法，
称为排样。
排样是否合理，直接影响到材料的利用率，零件质量，生产率，模具结构与寿命等。
因此，在冲压工艺中和模具设计中，排样是一项极为重要的技术性很强的工作。
根据工件的形状，排样采用直排形式，采用始用挡料销控制初始步距，采用活动挡料销控制冲压过程中的送料步距。
根据材料的厚度查《模具实用技术设计综合手册》表2.7（附录3）最小工艺搭边值，工件间距a1=1mm,边距a=2.5mm，送料方式采用手动送料。
由于工件本身形状的限制，故菜用了有废料的排样方式，这虽然在材料利用率方面没有少废料排样和无废料排样高但能够消除条料宽度误差和条料导向误差Y_（b4c^.A的影响，并可以感受模具的受力状态提高模具的寿命。
排样图如图5.1。
送料步距S：
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。
进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。
条料宽度的确定与模具的结构有关。
进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。
级进模送料步距S
S=Dmax+a1式（5.1）
Dmax为零件横向最大尺寸，
a1为搭边值
S＝22.8＋1
＝23.8mm
排样图如图5.1所示。
图5.1排样图
5.1.4计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。
一个步距内的材料利用率
η＝A/BS×100%式（5.1）
式中 A—一个步距内冲裁件的实际面积；
B—条料宽度；
S—步距；
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。
废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。
因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。
排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。
因此，排样时应考虑如下原则：
1）、提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。
2）、排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。
3）、模具结构简单、寿命高。
4）、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。
一个步距内冲裁件的实际面积，根据CAD-工具-查询-面积得：
A=721mm2
所以一个步距内的材料利用率：
H=A／BS×100%式（5.1）
代入数值得：
H=721／41.8×23.8×100%
=72.5%
根据计算结果知道选用直排材料利用率可达72.5%，满足要求。
5.2冲压力的计算
5.2.1冲裁力和弯曲力的计算
在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。
通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。
用平刃冲裁时，其冲裁力Ｆ一般按下式计算：
F=KLtτb式（5.2）
式中 F—冲裁力；
L—冲裁周边长度；
t—材料厚度；
τb—材料抗剪强度；
Ｋ—系数；
工件周长L计算为：
L=
+25.4×2+22.8
=109.396mm
取L=110mm。
系数Ｋ是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取Ｋ=1.3。
τb的值查表为303～372Mpa,取τb=370Mpa
所以
F=KLtτb
=1.3×110×1×370
=52910N
根据计算，模具冲裁力约为53KN。
翻边力计算：
查《冷冲模设计》，第216页，翻边力公式为
F翻=1.1π（D-d）tσs
其中F翻—翻边力（N）
D—翻边后中经（mm）
d—翻边直径（mm）
t—材料厚度（mm）
σs—材料的屈服点（MPa）
这里D=4.5mm，d=2.4mm,t=1mm,σs=500MPa
于是F翻=2×1.1×3.14（4.5-2.4）×1×500
=7253.4（N）
5.2.2卸料力的计算
在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而
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