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冲压模具设计毕业论文

CompanyDocumentnumber：

WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

冲压模具设计毕业论文

你如果认识从前的我，也许会原谅现在的我。

1绪论

概述

冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法

用以生产各种板料零件

具有很多独特的优势

其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点

是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术

在制造业中具有很强的竞争力

被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中

在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后

已经形成了冲压学科的成形基本理论

以冲压产品为龙头

以模具为中心

结合现代先进技术的应用

在产品的巨大市场需求刺激和推动下

冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用

冲压技术的进步

进几十年来

冲压技术有了飞速的发展

它不仅表现在许多新工艺与新技术在生产的广泛应用上

如：

旋压成形、软模具成形、高能率成形等

更重要的是人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃[1]

现代冲压生产是一种大规模继续作业的制造方式

由于高新技术的参与和介入

冲压生产方式由初期的手工操作逐步进化为集成制造（图1-1）

生产过程逐步实现机械化、自动化、并且正在向智能化、集成化的方向发展

实现自动化冲压作业

体现安全、高效、节材等优点

已经是冲压生产的发展方向

图1-1冲压作业方式的进化

冲压自动化生产的实现使冲压制造的概念有了本质的飞跃

结合现代技术信息系统和现代化管理信息系统的成果

由这三方面组合又形成现代冲压新的生产模式-计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）

把产品概念形成、设计、开发、生产、销售、售后服务全过程通过计算机等技术融为一体

将会给冲压制造业带来更好的经济效益

使现代冲压技术水平提高到一个新的高度

模具的发展与现状

模具是工业生产中的基础工艺装备

是一种高附加值的高技术密集型产品

也是高新技术产业的重要领域

其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志

随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展

各行各业对模具的需求量越来越大

技术要求也越来越高

目前我国模具工业的发展步伐日益加快

"十一五期间"产品发展重点主要应表现在[2]：

（1）汽车覆盖件模；

（2）精密冲模；

（3）大型及精密塑料模；

（4）主要模具标准件；

（5）其它高技术含量的模具

目前我国模具年生产总量虽然已位居世界第三

其中

冲压模占模具总量的40%以上[2]

但在整个模具设计制造水平和标准化程度上

与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距

以大型覆盖件冲模为代表

我国已能生产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

以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

存在一定差距[2-3]

模具CAD/CAE/CAM技术

冲压技术的进步首先通过模具技术的进步来体现出来

对冲模技术性能的研究已经成为发展冲压成形技术的中心和关键

20世纪60年代初期

国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用

通过以计算机为主要技术手段

以数学模型为中心

采用人机互相结合、各尽所长的方式

把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体

使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段

模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征

模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术

是一项高科技、高效益的系统工程

它以计算机软件的形式

为企业提供一种有效的辅助工具

使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化[4]

模具CAD/CAE/CAM技术能显着缩短模具设计与制造周期

降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识

模具CAD/CAE/CAM在近20年中经历了从简单到复杂

从试点到普及的过程

进入本世纪以来

模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快

应用范围更广

在级进模CAD/CAE/CAM发展应用方面

本世纪初

美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-II（现为NX）软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW

该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块

具有特征识别与重构、全三维结构关联等显着特色

已在2003年作为商品化产品投入市场

与此同时

新加波、马来西亚、印度及我国台湾、香港有关机构和公司也在开发和试用新一代级进模CAD/CAM系统

我国从上世纪90年代开始

华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发

如华中科技大学模具技术国家重点实验室在AutoCAD软件平台上开发出基于特征的级进模CAD/CAM系统HMJC

包括板金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程5个模块

上海交通大学为瑞士法因托（Finetool）精冲公司开发成功精密冲裁级进模CAC/CAM系统

西安交通大学开发出多工位弯曲级进模CAD系统等

近年来

国内一些软件公司也竞相加入了级进模CAD/CAM系统的开发行列

如深圳雅明软件制作室开发的级进模系统CmCAD、富士康公司开发的用于单冲模与复合模的CAD系统Fox-CAD等[4]

展望国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展

本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中

通过与计算机技术的紧密结合

人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快

学科领域交叉之广前所未见

今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物

其特点将反映在专业化、网络化、集成化、智能化四个方面

主要表现在[4]：

（1）模具CAD/CAM的专业化程度不断提高；

（2）基于网络的CAD/CAE/CAM一体化系统结构初见端倪；

（3）模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目；

（4）与先进制造技术的结合日益紧密

课题的主要特点及意义

该课题主要针对电器开关过电片零件

在对过电片冲孔、落料和压弯等成形工艺分析的基础上

提出了该零件采用多工位级进模的冲压方案；根据零件的形状、尺寸精度要求

设计过程中综合考虑采用"双列直对排法"排样

成形侧刃定位

保证工件的尺寸和形状位置精度要求的同时

提高了材料的利用率和劳动生产率

本课题涉及的知识面广

综合性较强

在巩固大学所学知识的同时

对于提高设计者的创新能力、协调能力

开阔设计思路等方面为作者提供了一个良好的平台

2冲压工艺方案的制定

图2-1零件图

材料：

H68普通黄铜料厚：

该零件为某电器开关过电片

是一家电器生产企业产品中的一个主要零件

如图2-1所示

其作用是通过开关扳手的运动由过电片让电流通或断

该零件生产属于大批量生产

零件结构紧凑

冲裁壁厚很小（最小处为）

成形过程相互干涉

在复合模中难于实现；若用简单的落料、冲孔、弯曲模等单工序模也可达到冲压要求

这样模具虽然简单了

但是冲压所用的设备和人员较多

冲压工序中的定位也较麻烦

加上零件较小

装料时易产生不安全的现象

而且工序较多效率较低故不被推广

为减少零件在生产中的多次定位对其精度和生产率的影响

一要产品批量较大

对零件的一致性要求较高

二是具有H68良好的弯曲和冲裁性能

经过反复比较

适宜采用较为复杂的多工位级进模制造

工艺分析

本电器开关过电片从总体上看是一个带双孔的""形弯曲件

该零件需要控制的尺寸有

分别为公差等级IT11

IT12级

其余尺寸均为未注公差

可以按IT12级取公差

该零件材料为H68普通黄铜

料厚为

因而从尺寸精度和材料方

图2-2零件展开图

面分析比较适合用冲压加工

经计算得零件毛坯展开尺寸

如图2-2所示

最长处为

最宽处为

属于小型冲压件

由于""形弯曲件两直边折弯方向相反

故弯曲模必须有两个方向的弯曲动作

现改为""形弯曲件

它是""形件的成对弯曲

然后再切断为二个""形件

这样使两边的弯曲力相互平衡

同时也减少了弯曲时的毛坯移动

排样图设计

排样图是多工位级进模设计的关键

它具体反映了零件在整个冲压成形过程中

毛坯外形在条料上的截取方式及与相邻毛坯的关系

而且对材料的利用率、冲压加工的工艺性以及模具的结构和寿命等有着显着的影响[5]该过电片零件形状一头大一头小

若采用单列排样则材料的利用率较低

故采用双列排样；又为了减少制件在冲压时的移动和抵消弯曲力

综合考虑采用"双列直对排法"

由于制件较小

采用"双列直对排法"排样的模具体积也不会很大

同时按"双列直对排法"排样为"一模四件"生产

大大提高了生产效率

因此这样的排样比较科学合理

查文献[6]表2-13取搭边值a=

冲切外形时工件间的搭边连接最小宽度取

故应针对零件和零件展开后的工艺特点

并综合考虑工艺分析各个因素后

设计合理的排样图及具体工位安排

故：

条料宽度b=×2+×2+=

取b=50mm；

冲压进距h=+5mm+×2=

毛坯排样图如图2-3所示：

图2-3排样图

根据以上分析

冲压如图2-1所示的零件的级进模分为四个工位

第一工位：

定距冲外形；

第二工位：

冲圆孔和腰形孔；

第三工位：

""形弯曲

由导正销在圆孔中定位；

第四工位：

切断""形件

分离得四个""形制件

计算材料的利用率

一个进距内的冲裁面积A：

A=+×4+×4+mm2=mm2

其中

A包括一个进距内冲出的小孔面积142mm

故一个进距的材料利用率为：

==%

若冲出的小孔材料可以加以利用

则由本排样方案计算一个进距的材料利用率为：

3模具总体结构设计

模具总体结构如图3-1所示

该模具采用后侧导柱模架

冲圆孔凸模19

冲腰形孔凸模18

切断凸模15

切边凸模20

压弯凸模（成形侧刃）16

导正销29分别和凸模固定板5采用压入式装配

用圆柱销23在上模座上定位

与垫板4一起固定在上模座上；凹模11采用整体加工而成

为了便于制造、试模和维修

压弯凹模镶块17两件采用镶拼结构

嵌入冲裁凹模槽孔内

并用螺钉加以固定；条料送进步距由成形侧刃定位控制

制件弯曲由导正削精定位

所有凸模卸料由弹性卸料板7完成

冲孔、切边和切断废料由凹模下面的漏料孔逐步排出

制件从料头分离

由模具终端沿凹模斜面自动落下

条料定位装置

由于侧刃定距方式使冲压时材料送进准确可靠

但增加了材料的消耗

也使模具的制造维修趋于复杂

侧刃的成形冲切即发挥了侧刃定距的优点

又使得有搭边排样的有废料冲压变为无废料、少废料冲压

成形侧刃冲压是将拟选用的侧刃与工件某部分的冲裁结合

利用冲切出条（带）料的缺口代替普通侧刃的切边缺口实现送料限位定距

省去普通侧刃冲切后仍需留出落料冲切的搭边

实现少无废料排样的冲裁[7]

资料表明：

在级进模上使用成形侧刃与使用普通侧刃相比

不仅可以节省冲压材料6%-10%

成本降低2%-6%

而且可以使连续冲压保持较高的劳动生产率的同时

保证工件具有较高的尺寸和形状位置精度

图3-1模具结构示意图

1-模柄2-上模板3-圆柱头内六角卸料螺钉4-垫板5-凸模固定板6-弹簧7-卸料板8-导套9-导柱10-下模板11-凹模12-垫板13-内六角圆柱头螺钉14-圆柱销15-切断凸模16-压弯凸模17-凹模镶块18-冲腰形孔凸模19-冲圆孔凸模20-切边凸模（成形侧刃）21-开槽圆柱头螺钉22-承料板23-圆柱销24-内六角圆柱头螺钉25-圆柱销26-圆柱销27-开槽沉头螺钉28-导料板29-导正销30-开槽沉头螺钉31-螺塞32-弹簧

本设计在送料前进方向的两侧采用双成形侧刃定距

如图2-3所示

即为使用成形侧刃的排样图

侧刃长度稍大于送料进距

以便导正销伸入预冲孔时导料略后退

成形侧刃尺寸按式（3-1）计算：

L=h+（～）（3-1）

式中

L-成形侧刃断面沿送料方向的长度（mm）

这里；

h-步距（mm）

精确定位由导正销29与条料上的导正孔φ5来实现

该模具装有2件导正销

结构形式如图3-1所示

条料宽度方向由左、右导料板28导向

承料板22承料

出料装置

采用弹性卸料板7卸料

弹性卸料板由弹簧6产生的弹性实现卸料

并穿过卸料螺钉3杆部安装在凸模固定板与卸料板之间

导正销与导正孔之间存在一定的间隙

一般可以避免导正销卡在导正孔内

若为了防止导正销卡在导正孔内

可以采用在局部设计卸料块与弹簧

靠弹簧产生的弹性实现卸料

冲孔、切边废料和切断废料由凹模下方的漏料孔逐步排出

制件由模具终端沿斜面自动落下

模具结构特点

采用双成形侧刃对称布置

切边定距

冲出工件部分外形

充分利用料头和料尾

为了便于送料

在冲切外形时工件之间留有一定的搭边连接

在冲弯后再切去

工件成形后由凹模11终端的斜面滑出

模具工作过程

将裁剪好的宽度为50mm的条料放在下模上

并依靠成形侧刃定位

第一步：

上模下行卸料板在弹簧作用下压住坯料

切边凸、凹模完成切废料工序；

第二步：

上模上行条料靠手动向前送一步

上模下行冲孔凸、凹模完成冲孔工序

废料从下模的下漏料孔排出；

第三步：

上模上行条料靠手动向前送一步

上模下行由导正销精确定位

弯曲凸、凹模完成弯曲工序；

第四步：

上模上行条料靠手动继续向前送一步

上模下行由切断凸、凹模完成切断工序

废料从下模的下漏料孔排出

同时有四个制件从模具终端落下

完成整个冲压过程

4模具零件的设计与计算

凸、凹模刃口尺寸的计算

凸、凹模间隙的选择

凸、凹模间隙值的大小对冲压制件质量、模具寿命、冲压力的影响很大

是冲压工艺与模具设计中的一个极其重要的工艺参数

根据零件材料及料厚

查文献[8]表2-10

确定冲裁刃口始用双面间隙值：

Zmin=mm

Zmax=mm

至于压弯时凸模与凹模之间的间隙

按材料的性能、厚度以及弯曲件的高度和宽度（弯曲线的长度）

取单边间隙C=（～）t

这里取C=mm

另外

设计中考虑在合模时使毛坯完全压靠

以保证弯曲件的质量和尺寸精度

凸、凹模刃口尺寸计算

冲压制件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度

合理间隙的数值也必须靠模具的刃口尺寸来保证

因此

正确确定模具刃口尺寸极其公差

是设计冲模的主要任务之一

（1）切边凸、凹模刃口尺寸计算

由于该零件切边形状比较复杂

且为薄材料

为了保证凸、凹模之间的间隙值

拟采用凸、凹模配合加工的方法

先做凸模

然后配做凹模

具体可采用成形磨削加工刃口

图4-1零件切边尺寸

根据零件切边形状

如图4-1所示

其中未标注公差的尺寸

按IT12级取公差

凸模磨损后尺寸变小的记为A类

有A1=

A2=

A3=

A4=

A5=

尺寸变大的记为B类

有B1=

B2=

B3=

①对于A类尺寸：

查文献[6]表2-11得：

磨损系数x1=

x2=1

x3=

x4=1

x5=1

A类尺寸按式（4-1）计算：

（4-1）

式中

-凸模制造公差

图4-2切边凸模尺寸

②对于B类尺寸：

查文献[6]表2-11得：

x1=1

x2=1

x3=1

B类尺寸按式（4-2）计算：

（4-2）

该零件切边凹模刃口各部分尺寸按上述切边凸模的相应部分尺寸配制

保证双面间隙值Zmin～Zmax=～

切边凸模尺寸标注如图4-2所示

（2）冲圆孔凸、凹模刃口尺寸计算

图4-4冲圆孔凸模尺寸

圆孔形状简单

为制造方便

凸、凹模拟采用分开加工

图4-3圆孔尺寸

圆孔尺寸如图4-3

未注公差按IT12级处理有

按一般要求：

模具精度较工件精度高2～3级

查文献[6]表2-10得

这样将不满足分开加工条件：

考虑到圆孔容易加工

可以适当的提高凸、凹模制造精度

按:

取

这样就满足分开加工条件：

先确定凸模刃口尺寸

查文献[6]表2-11得：

x=

按（4-3）式计算：

（4-3）

则：

凹模刃口尺寸

按（4-4）式计算：

（4-4）

则：

冲圆孔凸模尺寸标注如图4-4所示

（3）冲腰形孔凸、凹模刃口尺寸计算

腰形孔尺寸如图4-5

未注公差按IT12级处理有

孔心距

图4-5腰形孔尺寸

腰形孔和圆孔同样

比较容易加工

按上述冲圆孔凸、凹模刃口计算方法

适当提高模具制造精度

以满足分开加工的条件

取

①确定凸模刃口尺寸

查文献[6]表2-11得：

x=1

根据（4-3）式有：

冲腰形孔凸模尺寸标注如图4-6所示

图4-6冲腰形孔凸模尺寸

由式（4-4）得

凹模刃口尺寸为：

②孔心距

（4-5）

式中、-凸、凹模孔心距的标称尺寸（mm）；

-工件孔心距的标称尺寸（mm）；

-工件孔心距的公差（mm）

则：

图4-7切断搭边尺寸

（4）切断凸模刃口尺寸计算

零件切断搭边废料形状尺寸如图4-7所示

其中未标注公差的尺寸

按IT12级取公差

按上述切边凸、凹模刃口尺寸计算方法

凸、凹模采用配合加工

先加工凸模

然后配做凹模

同样

凸模磨损后尺寸变小的记为

A类

有A1=

A2=

A3=

A4=；

尺寸变大的记为B类

有B1=

①对于A类尺寸：

查文献[6]表2-11得：

x1=

x2=1

x3=1

x4=1

由式（4-1）得：

图4-8切断凸模尺寸

②对于B类尺寸：

查文献[6]表2-11得：

x=1

由式（4-2）得：

该零件搭边废料切断凹模刃口各部分尺寸按上述切断凸模的相应部分尺寸配制

保证双面间隙值Zmin～Zmax=～

切断凸模尺寸标注如图4-8所示

（5）压弯凸、凹模刃口尺寸计算

图4-9压弯型槽相对位置

压弯型槽相对位置关系

如图4-9所示

相对宽度尺寸标注在内侧

故应以凸台（相当于凸模）为基准

先计算凸台尺寸

考虑到模具磨损和弯曲件的回弹

凸台尺寸按（4-6）计算：

（4-6）

式中

-弯曲件基本尺寸（mm）；

-弯曲件制造公差（mm）；

-凸台制造公差

按IT8级选取

则：

两个压弯凸模刃边相对位置尺寸（相当于凹模）按凸台尺寸控制

保证单边间隙C

即：

（4-7）

故：

凸、凹模的设计

凸模的结构和固定形式

由于冲件的形状和尺寸的不同

冲模的加工以及装配工艺等实际条件亦有所不同

所以在实际生产中使用的凸模结构形式也就有很多种形式

一般冲裁凸模的形状是由产品的形状决定的

它可以采用直身结构也可采用加强型结构

主要的固定方式有：

台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定以及粘结剂浇注法固定等[9]

图4-10凸模固定方式

本设计中采用用圆形和方形两种形式的凸模

材料选用T10A钢

淬火硬度HRC56-60必要时表面可进行渗氮处理

圆凸模可采用高精度外圆磨床加工

异形凸模可以采用慢走丝线切割加工或成形磨削加工（成形磨削是模具零件成形表面精加工的一种方法

可以获得高尺寸精度、高表面加工质量[7]

凸模固定方式如图4-10所示：

凸模以过渡配合（K6）固紧在凸模固定板上

顶端形成台肩

以便固定

并保证在工作时不被拉出

安全可靠

凸模长度的确定

凸模工作部分的长度应根据模具的结构来确定

一般不宜过长

否则往往因纵向弯曲而使凸模工作时失稳

致使模具间隙出现不均匀

从而使冲件的质量及精度有所下降

严重时甚至会使凸模折断

根据模具设计结构形式

凸模的长度为

（4-8）

式中

-凸模的长度（mm）；

-凸模固定板的厚度（mm）

它取决于冲件的厚度t

一般在冲制t<的板料时

取15～20mm；当t=～时

取20～25mm；这里取；

-卸料板的厚度（mm）

取；

-导料板的厚度（mm）

取；

-附加长度（mm）

主要考虑凸模进入凹模的深度（对于冲裁凸模取1mm

对于压弯凸模根据零件弯曲高度取）以及模具闭合状态下卸料板的到凸模固定板间的安全距离（取20mm）

将各数据代入式（4-8）中得：

冲裁凸模长度

压弯凸模长度

凸模的强度计算

冲裁时凸模因承受了全部的压力

所以它承受了相当大的压应力

而

在卸料时

又承受有拉应力

因此

在一次冲裁的过程中

其应力为拉伸和压缩交变反复作用

在一般情况下

凸模的强度是足够的

因此没有必要作强度的校核[9]

但针对本过电片零件特点

其中有的凸模断面尺寸很小

因此必须对相应凸模的强度-包括凸模的最小断面（危险断面）的承压能力和抗弯能力进行校核

（1）凸模承受能力的校核

对凸模最小断面上的承受能力进行计算时

必须使冲裁力小于或等于危险断面所允许的最大压应力

由[9]表2-9查得

对于材料为黄铜的冲件

最小的允许凸模相对直径（）为～

而该模具中凸模刃口最小壁厚

故凸模承受能力满足要求

（2）失稳弯曲应力的校核

凸模在中心轴向压力的作用下

保持稳定（不产生弯曲）的最大长度与导向方式有关

由卸料板导向凸模最大允许长度按式（4-9）计算：

（4-9）

式中

-凸模最大允许长度（mm）；

-凸模材料弹性模量

对于钢材可取；

-凸模或冲孔直径（mm）；

-冲件材料厚度（mm）；

-冲件材料抗剪强度（）

这里对于H68普通黄铜

现今对最小凸模直径进行校核计算

将各数据代入式（4-9）中得：

所以大于凸模长度

故满足要求

显然

其它凸模也满足弯曲校核要求

凹模结构形式设计

图4-11压弯凹模镶块

图4-12凹模刃壁形式

凹模在设计中采用整体加工而成

为了便于设计、制造、维修

压弯凹模两件采用镶拼结构

嵌入冲裁凹模孔内

并用螺丝固定

凸、凹之间的间隙为一个料厚

压弯凸模头部设计为圆弧角（R=1）

以避免压弯时擦伤产品

在直角弯曲的压弯凹模靠近折弯线处

设计一条校正筋

如图4-11所示

使压弯时在产品根部产生塑性变形

减小回弹

保证弯曲角

凹模材料与凸模相同

选用T10A钢

淬火硬度HRC58-62

如图4-12所示

为冲裁凹模刃壁形式

适用于薄料冲裁模[10]

一般可以使用电火花穿孔加工凹模[7]

凹模结构尺寸的确定

凹模设计应考虑的事项是关于凹模强度、制造方法及其加工精度等

特别是凹模孔的尺寸

在实用上是和制件尺寸一起来考虑的