接片倒装结构复合模设计.docx
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接片倒装结构复合模设计
湖南农业大学
全日制普通本科生毕业设计
接片倒装结构复合模设计
DESIGNOFPICKUPPIECESTYPECOMPOSITEMODULUSINVERSIONSTRUCTURE
学生姓名：
刘文才
学号：
200740914117
年级专业及班级：
2007级机械设计制造及自动化教育
指导老师及职称：
周光永副教授
学院：
科学技术师范学院
湖南·长沙
提交日期：
2011年5月
湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计
诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
毕业论文（设计）作者签名：
年月日
目录
摘要1
关键词1
1绪论2
2零件工艺分析及成形方案确定4
2.1零件工艺分析4
2.1.1零件图的零件尺寸及技术要求4
2.1.2产品结构形状分析4
2.1.3产品尺寸精度、粗糙度、断面质量、材料分析4
2.2冲压工艺方案的确定5
3工艺计算6
3.1零件冲孔落料时的工艺分析6
3.1.1冲孔件的工艺分析6
3.1.2.排样6
3.1.3.计算冲压力7
3.1.4确定模具压力中心8
3.1.5计算凸凹模刃口尺寸9
3.1.6凸模、凹模的结构设计10
3.2阶梯形弯曲的工艺分析13
3.2.1分析零件的冲压工艺性并确定工艺方案13
3.2.2进行必要的计算14
4模具的结构设计15
4.1落料冲孔复合模结构设计15
4.2阶梯弯曲模结构设计16
结束语19
参考文献19
致谢20
接片倒装结构复合模设计
学生：
刘文才
指导老师：
周光永
（湖南农业大学科学技术师范学院，长沙410128）
摘要：
本篇论文主要介绍接片零件的成形模具设计。
根据产品的结构特点和用途分析及确定成形方案。
本文设计了两套模具来成形工件，一套是倒装的落料冲孔复合模，另外一套是阶梯形弯曲模。
落料冲孔是第一道工序，本工序完成了零件展开料的成形。
在第二道中，其同时完成零件的弯曲成形。
最终用锉修完成零件。
关键词：
工艺分析；落料冲孔复合模；弯曲；翻边及拉深复合模；顶件装置
DesignOfPickUpPiecesCompositeModulusInversionStructure
Student:
Liuwencai
Tutor:
Zhouguangyong
（NormalCollegeofScienceandTechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128）
Abstract：
Thispapermainlyintroducestheshapingmolddesignofpickoftheparts.Itwillanalysisanddeterminetheshapingprojectaccordingtothestructuralcharacteristicsandthepurposes.Twosetsofmoldsaredesignedtoshapetheworkpiece,oneisblankingpunchedholecompoundmode,theotheroneissteppedappearanceflexuremode.Thefirstworkstageisblankingpunchedhole,anditisinchargeofformingpartsinmaterial.Inthesecondworkstage,parts’curvedshapingisaccomplishedatthesametime.Afterallofthis,afilewillbeusedtocompletetheparts.
Keywords:
industrialanalysis;blankingpunchcompounddie;bending；flanginganddrawingcompounddie；ejectingdevices
1绪论
日常生活中人们使用的很多用具是用冲压方法制造的，例如不锈钢饭缸，它就是用一块圆形金属板料在压床上利用模具对圆形板料加压而冲出来的。
可以看出，冷冲压是一种在常温（冷态）下利用冲模在压床上对各种金属（或非金属）板料施加压力使其分离或者变形而得到一定形状零件的金属压力加工方法。
冷冲压是一种先进的金属加工方法。
在冷冲压加工中，冷冲模就是冲压加工中所用的工艺装备。
没有先进的冷冲压技术，先进的冲压工艺就无法实现。
由于冷冲压具有表面质量好、重量轻、成本低的优点，它还是一种经济的加工方法，这是其他加工方法不能与之竞争的。
因而冷冲压工艺在机械制造业中得到广泛应用，它在现代汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表以及飞机、导弹、枪弹、炮弹和各种民用轻工业中已成为主要的工艺之一。
目前，大量产品均可以通过钢板冲压直接生产，有些机械设备往往以冲压件所占的比例作为评价结构是否先进的指标之一。
工业发达国家对冷冲压生产工艺的发展是很重视的，很多国家（包括英、美、法、日等）的模具工业产值已超过机床工业，作为冷冲压原材料的钢带和钢板占全部品种的67%。
通过冷冲压技术加工产品已成为现代工业生产的重要手段和发展方向。
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。
模具CAD/CAE/CAM技术能显著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[1]。
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]。
随着科学技术的不断进步，现代工业产品的生产日益复杂与多样化，产品性能和质量也在不断提高，因而对冷冲压技术提出了更高的要求。
为了使冷冲压技术能适应各工业部门的需要，冷冲压技术自身也在不断革新和发展。
冷冲压技术的发展思路就是尽可能地完善和扩充冷冲压工艺的优点，克服其缺点。
在冷冲压技术的发展过程中，应注意以下几方面。
（1）冷冲压技术的发展过程中应正确地确定工艺参数及冲模工作部分的形状与尺寸，提高冲压件的质量、缩短新产品试制周期，应在加强冲压成形理论研究的基础上，使冲压成形理论达到能对生产实际起指导作用，逐步建立起一套密切结合生产实际的先进的工艺分析计算方法。
国外已开始采用弹塑性有限元法对汽车覆盖零件的成形过程进行应力应变分析和计算机模拟，以预测某一工艺方案对零件成形的可能性和可能出现的问题。
（2）加快产品更新换代，克服模具设计周期长的缺点。
应大力开展模具计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究。
在我国，目前要特别注意加强多工位级进模CAD/CAM技术的研究。
（3）满足大量生产需要以及减轻劳动强度。
应加强冷冲压生产的机械化和自动化研究，使一般中、小件能在高速压力机上采用多工位级进模生产，达到生产高度自动化，进一步提高冲压的生产率。
（4）扩大冷冲压生产的运用范围。
使冷冲压既适合大量生产，也适合小批量生产；既能生产一般精度的产品，也能生产精密零件。
应注意开发如精密冲裁（特别是厚料精冲）、高能成形、软模成形、施压和超塑性加工等新成形工艺，还要推广简易模（软模和低熔点合金模）、通用组合模、数控冲床等设备的运用。
此外，对冲压板料性能的改进，模具新材料、模具新加工方法的开发也应进一步加强。
2零件工艺分析及成形方案确定
2.1零件工艺分析
2.1.1零件图的零件尺寸及技术要求
如图1即是是零件图的尺寸要求。
其技术要求制件表面无划伤、边缘无毛刺，未注公差为IT14。
零件厚度为0.3mm，材料为H62半软状态的黄铜，生产数量为大批量生产。
图1零件图
Figure1Partsdrawing
2.1.2产品结构形状分析
该零件形状是一个圆环上有两个树杈样式的板条，其中一半条是经过两次弯曲所得。
两个弯曲的半径R均为0.3mm,大于最小弯曲半径弯曲
也满足弯曲要求；因此零件满足冲压成形的要求。
2.1.3产品尺寸精度、粗糙度、断面质量、材料分析
（1）尺寸精度
图中没有对零件有特殊的尺寸精度要求，所以其均为IT14级。
查参考文献[2]知，普通冲裁时对于该冲件的精度要求为IT12～IT11级，弯曲时的尺寸精度IT13级，所以尺寸精度满足要求。
（2）断面质量
因为一般用普通冲压方式冲1mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达12.5～3.2
，毛刺允许高度为0.05～0.1mm；本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求，单要求轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求，在冲裁后成形稍加锉修工序，断面的质量就可以保证。
（3）产品材料分析
对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。
本设计的产品材料为H62M半软态铜，其抗拉强度
、抗剪强度
、伸长率
、屈服强度
。
属优质的铜，其力学性能是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲压加工。
另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲压成形出的产品表面质量和厚度公差就可以保证。
经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。
（4）产量大批量生产
由产品的生产数量大批量，适合采用冲压加工的方法，最好采用复合模或连续模。
2.2冲压工艺方案的确定
完成此工件需要落料、冲孔、U型弯曲、V型弯曲、内曲翻边、浅拉深六道工序。
其加工方案分为3种，见表2.1。
表1工艺方案
Table1Processscheme
序号
工艺方案
结构特点
1
单工序模生产：
落料→冲孔→弯曲
模具结构简单，但需要三道工序、三套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的需求。
且三道工序中的定位误差，将导致尺寸精度难以保证。
2
复合模生产：
单工位冲裁、弯曲多工步复合模
同一副模具完成两道以上不同的工序，大大减小了模具规模，降低了模具成本，提高生产效率，也难以提高压力机等设备的使用效率；操作简单、方便，适合大批量生产；能可靠保证尺寸精度。
3
连续模生产：
落料-冲孔-弯曲
同一副模具不同工位完成两道不同的工序，生产效率高，模具规模相对第二种方案要大一些，模具成本要高；两道工位之间的定位要求非常高；否则无法保证尺寸精度。
根据本零件的设计要求以及各方案的特点，在第一个方案在各个方面来说都不是好的方案；而第二套方案是单工位冲裁、弯曲多工步复合模，它适合于冲制薄料、小型弯曲且弯边高度小、形状简单的开式弯曲件；刚好符合题目中的要求，即是单工位冲裁、弯曲多工步符合模；而在考虑第三方案上，要将此零件设计连续模生产可能性很小，难度很大，该零件的内外形同轴度及外臂的位置度要求高，其材料又是很软的H62黄铜带，采用连续模冲制，不仅尺寸精度难以保证，送料也会因刚度不足产生变形。
因此决定采用第2种方案比较合理，即是单工位冲裁、弯曲多工步复合模。
3工艺计算
3.1零件冲孔落料时的工艺分析
3.1.1冲孔件的工艺分析
分析该工件的尺寸精度，因为图纸上未标明公差尺寸，因此冲压件的尺寸偏差数能够达到IT14级即可，而在材料厚度为0.3mm时，冲裁件经过冲裁模后所能够达到的精度等级为IT11级-IT13级，因此该工件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。
其他尺寸标注和生产批量等情况也均符合冲裁件的工艺要求，故决定采用冲孔落料复合冲裁膜进行加工，且一次冲压成型。
3.1.2.排样
采用直对排的排样方案，如图2图所示，查《冷冲压模具设计与制造》[1]第2版表2.8查得最小搭边值a=1.5mm。
图2零件展开图
Figure2partsspreading
图3冲压排样图
Figure3stampingarrangementfigure
计算冲压件毛坯的面积：
A=1.6×7+∏×3.252+2×2.25=19.54（mm2）
板条宽度：
b=12.75mm
进距：
h=8mm
一个进距的利用率：
η=nA/bh×100％=（19.54×2）÷（26×8）×100%=20%
3.1.3.计算冲压力
该模具采用弹性卸料和下料方式
（1）落料力
F1=Ltσb=28.5×0.3×300=2.565（KN）
L冲裁件的周长：
L=28.5mm
t冲裁件的厚度：
t=0.3mm
σb冲裁件材料的力学性能：
σb=300MP
（2）冲孔力
F2=Ltσb=12.73×0.3×300=1.145（KN）
L冲裁件孔的周长：
L=12.73mm
t冲裁件的厚度：
t=0.3mm
σb冲裁件材料的力学性能：
σb=300MP
（3）落料时的卸料力
F卸=K卸F1=2.565×0.05=0.13（KN）
查《冷冲压模具设计与制造》表2.10得K卸=0.05
故：
F卸=K卸F1=0.05F1=2.565×0.05=0.13（KN）
（4）冲孔时的推件力
F推=nK推F2
取《冷冲压模具设计与制造》图2.44（a）凹模刃口形式，h=0.7mm，则n=h/t=0.7/0.3≈2（个）
查《冷冲压模具设计与制造》表2.10：
K推=0.5，则：
F推=nK推F2=2×0.5×1.145=1.145（KN）
选择冲床时的总压力为：
F总=F1+F2+F卸+F推=2.565+1.145+0.13+1.145=5（KN）
初选设备为开式压力机J11-3
3.1.4确定模具压力中心
按比例画出零件形状，选定坐标系xoy。
如下图所示。
需要计算下xc和yc将工件冲裁周边分成几个基本线段，求出各段长度及中心位置。
确定压力中心
按比例画出零件形状，选定坐标系
.如上图，将工件冲裁周边分成
基本线段，求出各长度及各段的中心位置。
=2×2.25
=15.7mm
=2×3.25
×0.75=15.31mm
=1.3mm
=1.126mm
=1.4×2=2.8mm
=2.8mm
=2.8mm
图4压力中心
Figure4pressurecenter
=3.14mm
=5.137mm
=3.65mm
=7.84×2=15.68mm
=0
=7.17mm
mm
mm
所以有压力中心到
轴的距离
X=
=
≈0.76mm
Y=
=
≈3mm
3.1.5计算凸凹模刃口尺寸
查《冷冲压模具设计与制造》表2.12得间隙值Zmin=0.02mmZmax=0.04mm
对冲孔Φ4.5采用凹、凸模分开的加工方法，其中凹、凸模刃口部分尺寸计算如下：
查《冷冲压模具设计与制造》表2.14得凹、凸模制造公差：
δp=0.020δd=0.020
校核：
Zmin-Zmax=0.04-0.02=0.02mm
δp+δd=0.020+0.20=0.040
满足：
Zmin-Zmax≦δp+δd
对零件图中未注公差的尺寸，查《冷冲压模具设计与制造》表7.18，其极限偏差Φ4.50+0.36
查《冷冲压模具设计与制造》表2.17得因数x=0.5
按《冷冲压模具设计与制造》表2.16得：
dp=（dmin+xΔ）-δp0=Ф（4.5+0.36×0.5）-0.020=Ф4.680-0.02
dd=（dp+Zmin）0+δp=Ф（4.5+0.43）0+0.020=Ф4.930+0.020
对于外轮廓的落料，同时可以采用凸凹模分开的加工方法，其凸凹模刃口部分的尺寸计算如下：
当以凹模为基准时，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸。
零件图中未注公差的尺寸，查《冷冲压模具设计与制造》表7.18其极限偏差为：
A0-0.52
查《冷冲压模具设计与制造》表2.17得因数x=0.5
按表2.18得：
Ad=（A–xΔ）0+0.25Δ
得：
Φ6.5d=（6.5–0.5×0.52）00.25×0.52=6.240+0.13
Φ1.2d=（1.2–0.5×0.52）00.25×0.52=0.940+0.13
Φ4.5d=（4.5–0.5×0.52）00.25×0.52=4.260+0.13
Φ2d=（2–0.5×0.52）00.25×0.52=1.740+0.13
1.6d=（1.6–0.5×0.52）00.25×0.52=1.340+0.13
2d=（2–0.5×0.52）00.25×0.52=1.740+0.13
14.75d=（14.75–0.5×0.52）00.25×0.52=14.490+0.13
凸模的刃口尺寸按凹模的实体尺寸配制，并保证双面间隙为：
0.43∽0.51mm
3.1.6凸模、凹模的结构设计
冲Φ4.5mm孔的圆形凸模，由于模具需要在凸模外面装推件块，因此设计成直柱的形式，尺寸标注如下图所示：
图5凸模尺寸
Figure5convexmoldsize
凹模的刃口形式，考虑到生产批量较大，所以采用刃口强度较高的凸模。
凹模的厚度由公式H=Kb（H≧8mm）（查《冷冲压模具设计与制造》[1]表2.20得K=0.35）
所以得：
H=0.4×15=6mm这里取H为14mm;
凹模的壁厚C为：
C=1.5H=1.5×6=9mm
凹模的外形尺寸如下图所示：
本模具为复合冲裁模，因此除冲孔凸模和落料凹模外，必然还有一个凸凹模，其凸凹模的结构简图如下图6所示：
图6凸凹模结构简图
Figure6concavo-convexmoldstructurediagram
校核凸凹模的强度：
按《冷冲压模具设计与制造》[1]表2.23查得凸凹模的最小壁厚为1.4mm，而实际最小壁厚为2mm，故符合强度要求。
凸凹模的外刃口按凸模尺寸控制，并保证双面间隙0.43∽0.51。
3.2阶梯形弯曲的工艺分析
3.2.1分析零件的冲压工艺性并确定工艺方案
弯曲模没有固定的结构型式，有可能设计得很简单，也有可能设计得很复杂，这需要工件的材料性能，形状、精度要求和产量进行综合分析，确定模具结构型式。
本工件的断面是阶梯形状的，有两个弯曲部分，确定工艺方案是弯曲-弯曲-修边三个工序。
本工序主要完成弯曲工艺，达到如下图7所示：
图7弯曲件尺寸
Figures7bendingpartsize
这种阶梯状的工件，由于形状比较简单，而且弯曲的角度为90度，应该尽量设计一种效率较高的模具，本方案就是采用了一次成形的压弯模。
3.2.2进行必要的计算
（1）毛坯计算计算毛坯尺寸分析如下图8所示：
图8毛坯尺寸分析
Figure8blankdimensionsanalysis
展开料的宽度：
L=L1+L2+L3+L4+L5
L1=2–0.3=1.7（mm）
L2=∏×0.3÷2=1.884（mm）
L3=5.5–3×0.3=4.6（mm）
L4=∏×0.3÷2=1.884（mm）
L5=4.5+3.25–0.3=7.45（mm）
L=1.7+1.884+4.6+1.884+7.45=17.42（mm）
（2）弯曲力的计算
影响弯曲力的因素很多，若要进行精确地计算是非常复杂的，这里只是进行大体的计算，不考虑校平。
按公式：
式中：
K--为安全系数，取K=1.3；σb=300MP；B=1.6mm；t=0.3mm；R=0.3
所以：
4模具的结构设计
4.1落料冲孔复合模结构设计
（1）模具的形式
复合模又可分为正装式和倒装式，正装的特点：
工件和冲孔废料都将落在凹模表面上，必须加以清除才能进行下一次冲裁，因此操作不方便，也不安全，对多孔工件不宜采用，但冲出的工件表面比较平直；倒装特点：
冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足[8]。
经分析，此工件有一个孔，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模。
（1）定位装置
采用固定定位销，其定位销安装在凸凹模上。
（2）卸料装置
调料卸料：
采用弹性卸料板。
因为是倒装式复合模，所以卸料板安装在下模。
工件卸除：
采用打料装置将工件从落料凹模中推下，落在模具工作表面上。
冲孔废料卸除：
下模座上采用漏料孔排出。
冲孔废料在下模的凸凹模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排出，其设计为4片。
（3）导向
导向零件有许多种，如用导板导向，则在模具上安装不便，而且阻挡操作者视线，所以不采用；若用滚珠式导柱导套进行导向，虽然导向精度高、寿命长，但结构比较复杂，所以也不采用；针对本次加工的产品的精度要求不高，采用滑动式导柱导套极限导向即可。
而且模具在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本。
（4）模架
若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料。
若采用对焦导柱模架
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