冲孔落料级进模设计.docx

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冲孔落料级进模设计

客车车门垫板级进模设计

学生：

李灿

指导老师：

周光永

（湖南农业大学工学院，长沙410128）

摘要：

该论文是对客车车门垫板零件冲孔、落料的级进模设计。

进行零件的形状、尺寸、精度工艺分析，确定合理的工艺方案，确定工序数目。

确定毛坯尺寸，合理排样，绘制排样图。

计算冲孔力、切断力、卸料力、推件力、总冲压力，确定压力中心。

计算主要结构零件的尺寸。

确定凸、凹模结构，并绘制零件图，设计定位零件，压料、卸料零部件。

设计固定零件，选择其他标准件。

最后用CAD和pro-e分别画出二维与三维装配图，三维图并生成爆炸图。

关键词：

客车车门垫板；落料；冲孔；级进模；

TheProgressiveDieDesignofPassengerCarDoorPlate

Student:

Lican

Tutor:

Zhouguangyong

（Collegeofengineeringandtechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China）

Abstract:

Thisarticlewastheprogressivediedesignofpassengercardoorplateforpunchingandblanking.AnalyzedPartsofshape,size,andprecisionprocess,determinedthereasonableprocessschemeandthenumberofprocesses.Determinedthesizeofblankandreasonablelayout,drewlayout.Calculatedpunchingforce,cuttingforce,strippingforce,pushingforce,andtotalpunchingpressure,determinedthecenterofpressure.Calculatedthemainstructuresizeofparts.Determinedstructureofconvexandconcavedie,anddrewthedrawingofparts,designedpositioningparts,pressingparts,unloadingparts.DesignedFixedparts,selectedotherstandardparts.Finally,usedCADandPro-Etodraw2Dand3Dassemblingdrawings,andgeneratedexplosiveview.

Keywords:

Thepassengerdoorplate;Blanking;Punching;Progressivedie;

1前沿

模具工业作为一种新兴工业，它有节约原材料、节约能源、较高的生产效率，以与保证较高的加工精度等特点，在国民经济中越来越重要。

模具技术成为衡量一个国家制造水平的重要依据之一，其中冲裁模具在模具工业中占有举足轻重的地位。

冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。

冲压利用冲压模具对板料进行加工。

常温下进行的板料冲压加工称为冷冲压。

因此冷冲压模具在工业生产中的地位：

是大批生产同形产品的工具，同时也是工业生产的主要工艺装备。

所以模具工业是国民经济的基础工业。

模具可保证冲压产品的尺寸精度和质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。

用模具生产零件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料，且在生产中不需要加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点，是其它加工方法所不能比拟的。

使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。

现代制造工业的发展和技术水平地提高，在很大程度上取决于模具工业的发展。

目前，工业生产中普遍采用模具成形工艺方法，以提高产品的生产效率和质量。

一般采用压力机进行零件加工，一台普通压力机每分钟可生产零件几件到几十件，而高速压力机的生产效率已达到每分钟数百件甚至上千件。

据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表等产品，有60﹪左右的零件是利用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱与电风扇等轻工业产品，90﹪左右的零件是利用模具生产出来的；至于日常生活所用的五金、餐具等的大批量生产基本上也是靠模具来进行生产的。

显而易见，模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的作用和地位正日趋上升。

1.1模具在国民经济中的地位

模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。

用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。

模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。

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，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。

振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。

早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。

模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。

模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。

模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。

汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。

汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。

汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。

一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。

为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80％的模具需要更换。

中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。

单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。

一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。

其他行业，如电子与通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。

目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。

中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。

研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。

1.2各种模具的分类和占有量

模具主要类型有：

冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。

除部分冲模以外的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。

1）冲模：

冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。

冲模占模具总数的50％以上。

按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。

按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。

2）锻模：

锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。

按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。

按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。

3）塑料模：

塑料模是塑料成型的工艺装备。

塑料模约占模具总数的35％，而且有继续上升的趋势。

塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。

4）压铸模：

压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。

压铸模约占模具总数的6％。

5）粉末冶金模：

粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：

压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。

模具所涉与的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。

1.3我国模具工业的现状

自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。

20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260~270亿元人民币。

今后预计每年仍会以10％~15％的速度快速增长。

目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。

除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。

其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。

例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。

在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。

例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都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则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。

在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。

其中，冲压模具约占50％（中国台湾：

40％），塑料模具约占33％（中国台湾：

48％），压铸模具约占6％（中国台湾：

5％），其他各类模具约占11（中国台湾：

7％）。

中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（1961——1981），成长期（1981——1991），成熟期（1991——2001）三个阶段。

萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。

由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等）逐年增加。

在此阶段的模具包括：

一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以与橡胶模具等。

1981年——1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。

有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自1982年起，台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。

随着民生工业，机械五金业，汽机车与家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。

从1985年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。

成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994年，1998年，由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。

1997年11月间台湾凭借模具产业的实力，获得世界模具协会（ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。

整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能力的提升，以与计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出与精密锻造等模具。

1.4我国模具技术的发展趋势

20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。

改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。

近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。

许多模具企业十分重视技术发展。

加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。

此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。

模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。

今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。

尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。

与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。

今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。

1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。

2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。

因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。

实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。

4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以与自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。

2冲压模具三维CAD设计

三维CAD技术的出现，使零件设计与模具结构的设计可以直接在非常直观的三维环境下进行，模具设计完成后，可直接根据投影关系自动生成工程图，彻底解决了传统二维设计的弊端。

目前，三维CAD技术已广泛地应用于模具的设计，缩短了新产品的开发周期和产品的更新周期，使得开发新产品达到“高质量、低成本、上市快”的目标成为可能。

下面我将应用PRO-E软件进行如图2.1所示的冲孔落料级进模的三维CAD设计。

图2.1冲孔落料级进模装配图

Fig.2.1Assemblingdrawingofprogressivedieforpunchingandblanking

2.1工件的三维CAD设计

客车车门垫板工程图如图所示2.2所示，它的实体图如图2.3所示：

图2.2客车车门工程图

Fig.2.2Engineeringdrawingofpassengercardoor

图2.3客车车门实体图

Fig.2.3Entitativegraphofpassengercardoor

2.2工艺结构零件的三维CAD设计

此处省略 NNNNNNNNNNNN字。

如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：

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该论文已经通过答辩

图2.5冲孔凸模

Fig.2.5Punchingdie

图2.6切断凸模

Fig.2.6Convexdieofcutting

图2.7凹模

Fig.2.7Concavedie

2.2.2定位零件的三维CAD设计

定位零件的三维CAD设计，定位零件就是一个其控制条料送进距离和保证送进方向的定位销。

是标准件GB119-86，定位销φ12，其零件实体如图2.8：

图2.8定位销

Fig.2.8Locatingpin

2.2.3卸料件的三维CAD设计

卸料零部件包括弹压卸料板和卸料橡胶。

卸料板具有卸料和压料的双重作用。

卸料板的设计在已经设计出零件的基础上得出具体尺寸。

下图2.9为卸料板的三维实体图：

图2.9卸料板

Fig.2.9Stripper

2.3辅助结构零件的三维CAD设计

2.3.1导向零件的三维CAD设计

首先是导向零件的三维CAD设计，对于生产批量大，要求模具寿命高，工件精度较高的冷冲压模具，一般采用导柱、导套来保证上下模的精确导向。

它们是标准零件，导柱GB2861.1-81、导套GB2861.6-81。

标准件号为：

导柱A32h5×220，导套A32H6×75。

它们的实体图如图2.10所示：

图2.10导柱和导套

Fig.2.10Guidepillarandguidebushing

2.3.2固定零件的三维CAD设计

接下来是固定零件的三维CAD设计，包括上下模座三维CAD设计和模柄三维CAD设计。

上下模座已有国家标准，分别为GB2855.5-81、GB2855.6-81。

标准件号为：

上模座610×310×65、下模座610×310×75。

它们的具体结构根据出料方式和已设计出的具体零部件进行设计修改。

实体图如图2.11所示：

图2.11上模座和下模座

Fig.2.11Thebaseofupperdieandthebaseoflowerdie

模柄的作用是将模具的上模座固定在压力机的滑块上，按GB2862.3-81标准选取，它的实体图如图2.12所示：

图2.12模柄

Fig.2.12Shankofdie

2.3.3紧固零件与其他零件三维CAD设计

最后是紧固与其他零件的三维CAD设计，螺钉与销钉是用于模具零部件进行固定于定位的元件。

通常两者选用相同的直径，按标准选取。

螺钉选用内六角形为宜，设计时，应不少于3个螺钉，拧入被连接件的深度：

铸铁为2d；钢为1.5d（d为螺钉直径），标准为：

GB70-85。

销钉设计为2个，压入连接件与被连接件的深度为直径的2倍，标准为：

GB119-86，连接件的销钉孔应同时钻、铰；卸料螺钉标准为GB2867.5-81，标准为M12×120。

螺纹用修饰命令表示。

它们的实体图如图2.13所示：

图2.13紧固零件实体

Fig.2.13Entityoffastenings

根据冲裁模具在冲裁过程中的功能需要，还需要设计出垫板、凸模固定板以与挡铁。

其具体尺寸也是根据已经设计出和选好的一些零部件，配合其具体要求设计出具体尺寸结构。

具体实体图如图2.14、2.15、2.16所示：

图2.14垫板

Fig.2.14Plate

图2.15凸模固定板

Fig.2.15Fixedplateofpunchingdie

图2.16挡铁

Fig.2.16Ironforstopping

2.4冲孔落料模的装配过程三维CAD设计

装配过程即是PRO-E的组件功能，它能将之前所有的零部件全都整合到一个界面，可根据设计人员的需要进行不同零部件之间的装配与组合。

最后组装成为一个完整的模具。

图2.17为冲孔落料模的装配过程：

（a）插入模柄

（b）插入导柱导套（c）插入下模座

（d）插入凹模（e）插入卸料板

（f）插入垫板（g）插入凸模固定板

（h）插入冲孔凸模（i）插入落料凸模

（j）插入挡铁（k）插入零件图

（l）插入模柄螺钉（m）插入凹模螺钉

（n）插入凸模固定板螺钉（o）插入卸料螺钉

（p）插入圆柱销

（q）插入定位销（r）插入卸料橡胶

图2.17冲孔落料模的装配过程

Fig.2.17Assemblingprocessofpunchingandblankingdie

2.5生成爆炸图

三维CAD爆炸图的生成是在将组件装配完成后，将各零件在视图中分解开来，可以在爆炸图中清晰地看到各个零件的形态，图2.18为爆炸图：

图2.18爆炸图

Fig.2.17Explosiveview

3冲裁件的工艺分析

3.1工件材料

该冲裁件材料为Q235是普通碳素钢，具有较好的冲压性能。

3.2工件结构形状

图2.1所示为客车车门垫板，每辆车数量为6个，材料为Q235，厚度t=4mm。

未标注公差均按14级处理。

图3.1客车车门工程图

Fig.3.1Engineeringdrawingofpassengercardoor

零件结构:

该冲裁件外形简单，形状规则，比较适合冲裁。

3.3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。

4冲裁工艺方案

完成此工件需要冲孔、落料两道工序。

其加工工艺方案分为以下3种：

1.方案一：

单工序模生产。

先冲孔，后落料；

2.方案二：

级进模生产。

冲孔—落料级进冲压；

3.方案三：

复合模生产。

冲孔—落料复合冲压。

各模具结构特点与比较如下表3.1：

表3.1各类模具结构与特点比较

Table3.1Allkindsofdiestructureandcharacteristicsofthecomparison

模具种类比较项目

单工序模

（无导向）（有导向）

级进模

复合模

零件公差等级

低

一般

可达IT13～IT10级

可达IT10～IT8级

零件特点

尺寸不受限制厚度不受限制

中小型尺寸厚度较厚

小零件厚度0.2～6mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件

形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm

生产效率

低

较低

工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高

冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低

安全性

不安全，需采取安全措施

比较安全

不安全，需采取安全措施

模具制造工作量和成本

低

比无导向的稍高

冲裁简单的零件时，比复合模低

冲裁较复杂零件时，比级进模低

适用场合

料厚精度要求低的小批量冲件的生产

大批量小型冲压件的生产

形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产

根据分析结合表分析：

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，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。

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二低，模具轮廓尺寸较小。

综上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为佳。

5模具结构形式的选择

5.1模具的类型的选择

由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。

5.2卸料装置

5.2.1条料的卸除

因采用级进模生产，故采用向下落料出件。

5.2.2卸料方式

弹性卸料板有敞开的工作空间,操作方便,生产效率高,冲压前对毛坯有压紧作用,冲压后又使冲压件平稳卸料,从而制件较为平整,而且本模具所需的卸料力不大,适合用弹性卸料。

5.3定位装置

5.3.1送料形式

因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B