基于ProE零件夹线卡的冲压工艺及模具设计.docx

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基于ProE零件夹线卡的冲压工艺及模具设计

摘要

本次课题主要研究的是冲裁模和弯曲模的工艺结构设计。

本文介绍了主要叙述了冲压模具的发展状况，说明了冲压模具的重要性与本次设计的意义，接着是对冲压件的工艺分析，完成了工艺方案的确定,并且分析了夹线卡的工艺特点，首先根据工件图算工件的展开尺寸，在根据展开尺寸算该零件的压力中心，材料利用率，画排样图。

根据零件的几何形状要求和尺寸的分析，采用复合模冲压，这样有利于提高生产效率，模具设计和制造也相对于简单。

当所有的参数计算完后，对磨具的装配方案，对主要零件的设计和装配要求技术要求都进行了分析。

随后简单的介绍了Pro/E的主要特点及应用范围。

并且运用Pro/E三维软件绘制出模具的装配图，非标准零件的零件图等。

本次设计阐述了冲压倒装复合模的结构设计及工作过程。

本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。

同时也设计的夹形卡片的弯曲模结构，弯曲模的设计过程和冲裁模基本相同。

只是，与冲裁模相比简单一些，而且弯曲模的设计不是本次设计的重点，所以只有简单的设计过程，其基本思路和设计过程都是按照正确的思路完成设计。

关键词：

冲压、落料冲孔、复合模具、模具结构、Pro/E

Abstract

Thisdesigncarriesonblanking,thepiercingprogressivediesdesign.Thearticlehasbrieflyoutlinedthepressdieatpresentdevelopmentconditionandthetendency.Ithascarriesonthedetailedcraftanalysisandthecraftplandeterminationtotheproduct.Accordingtogeneralstepwhichthepressdiedesigns,calculatedandhasdesignedonthissetofmoldmainsparepart,forexample:

Thepunch,thematrix,thepunchplate,thebackingstrip,thematrixplate,stripperplate,stoppin,pilotpinandsoon.Thediesetsusesthestandardmouldbases,hasselectedtheappropriatepressequipment.Inthedesignhascarriesontheessentialexaminationcomputationtotheworkingelementsandthepressspecification.Inaddition,thisdieemploysthefingerstoppinandthehookshapestoppin.Themoldpiercingandblankingpuncharefixedwiththedifferentplatesseparatelyinordertocoordinatethegapcenveniently;Thepiercingmatrixandblankingmatrixarefixedbytheoverallplate.Fellintheblankingpunchisloadedbypilotpin,guarantetherelativepositionoftheholeandthecontour,increasetheprocessingprecision.Thisstructuremayguaranteethediemovereliablyandtherequestofmassproduction.

Atthesametimewehavedesignthebentingdiesofthebracket.Ithavethesamedesignprocesswiththeblankingandpunchingdies.itisalittersimpledies.Andthebentingdiesisnotthesignificantpart.Butthedesignprocessissuitable.

Aimatpartscharacteristicofthepartstructural,Idesignthepartmeasurementonuseofinnovatingtogetherwithanalysising.AlsoIdesignthepartmeasuremenonuseofCADandPro/Esoftware,itcouldimproveourabilityofweusethesoftware.

KEYWORDS:

progressivedies、ressmold、standarddiesets、pressequipmeng、Pro/E

1绪论

1.1课题意义和研究的必要性

模具是我国入世后为数不多的有竞争优势的行业之一。

当前世界上正在进行着新一轮的产业调整，一些模具的制造逐渐向发展中国家转移，中国成为世界企业巨头在全球范围内寻求低成本的加工中心和研发中心的首选之一，中国正在成为世界模具大国，这已经成为无可争议的事实。

同时，加入WTO之后，随着世界制造业中心逐步向中国转移，国内模具业唯有加快企业管理改造，提高产品质量和服务水平，并与产业链上下游企业加强协作，才能真正促使“世界工厂”实现更大的跨越。

因此，模具数字化设计、制造与协同管理成为中国模具企业提高竞争力的必然趋势。

　模具分为塑料模具、冷冲压模具、热锻模具、铸造模具、橡胶模具和玻璃模具等。

不同材质的设计要求造就了不同的行业分工标准和市场地位。

其中，塑料模具和冷冲压模具历史悠久、用途广、技术成熟，在各种模具中所占比重最多。

1.2模具行业在国内外的发展状况

近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。

大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。

为中档轿车配套的覆盖件模具也能生产了。

精度达到1~2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。

表面粗糙度达到Ra≤1.5μm的精冲模，大尺寸（Ф≥300㎜）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。

1.2.1国内概况

我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。

国外模具自产自配比例一般为30%，我国冲压模具有自产自配比例为60%。

这就对专业化产生了很多不利影响。

现在，技术要求高，投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件，多工位级进模和精冲模等。

而一般冲模专业化程度就较低。

由于自配比例高，所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。

但是专业化程度高的汽车覆盖件模具和多工位，多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少兵部跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策。

例如四川有较大的汽车覆盖件模具的能力，江苏有较强的精密冲模的能力，而模具的用户大都不在本地。

我国的精冲技术研究开始于1965年，70年代开始在生产中实际应用。

我国精冲技术主要用于仪器仪表，照相机，办公机械，起重机械等行业，80年代开始进入汽车，摩托车等行业。

我国进口各类精冲机70多台。

精冲零件的种类数量约2000件，在全国各地有30多家单位从事精冲件的生产。

设备主要从国外进口，也有自主开发的，70年代初我国先后开发了400吨和1000吨两种全液压精冲压力机，但由于相关技术问题未能过关，致使这两种设备只能小规模投入市场。

1974年开发的液压模架较好地解决了这一问题。

从此我国压力机具备了精冲能力，在要求投资少见效快，生产规模不大的情况下，采用液压模架的精冲机成为我国生产精冲件的主要设备，且生产的精冲件质量高，出口国际市场，这表明我国在精冲技术领域已基本消化和吸收了国外先进技术，斌在逐步自主创新中。

然而，随着我国成为世界制造业的中心，电子信息技术中的电子元器件和汽车部件越来越多的成为中国制造，而模具是机械，电子，汽车，家电等工业产品的基础工艺装备，作为工业基础，模具的质量，精度，寿命对其它工业的发展起着十分重要的作用，在国际上称为“工业之母”。

2005年我国模具产值为610亿人民币，2006年约720亿，平均每年以20%~25%的速度增长。

模具的技术水平明显有了提高，一些国产优质模具的性能已接近国外同类产品的先进水平，但由于我国起步晚，许多模具不得不依赖进口，与发达国家相比差距还非常大。

1.2.2国外概况

精密冲裁技术最早出现在德国和瑞士，早在1923年德国人就最早取得了精冲技术的专利，1922年就生产了世界第一个精冲件。

世界上第一个精冲工厂与1924年建立。

到了20世纪50年代，精冲技术在西欧国家进入了实际使用阶段，60年代，精冲设备的设计厂家发展到了10多家，70年代更得到了大规模的普及。

其中的强力压边精冲技术甚至在汽车制造业中占据着极其重要的地位，这标志着，在国外，精冲技术已经成为了成熟的工艺。

尤其是，近年来，效率更高，更具生产灵活性的新精冲技术在瑞士出现。

瑞士施密特公司生产的，并使用伺服技术的新一代精冲机大大提高了冲程率。

并增加了冲切循环的控制，是冲程从20~40次/min提高到50~90次/min，而且加装了自动换模系统，极大地提高了产品的合格率，创始了生产100万个零件没有一个不合格的缺损件的记录，且精冲具有边缘无崩落现象，金属结构无瑕疵，能直接进入下一工序立即装配使用，而且模具寿命提高了将近一倍。

目前，在汽车领域，一辆轿车上至少有精冲件40~100种。

一辆汽车整车零件中，精密冲裁零件约占冲压件的25%，而且此比例正在增长中。

在日本，2002年精冲零件数量为8~9亿件，高速精冲每分钟生产约100件。

各国对精冲技术都取得了较好的成绩，日本的对向凹模精冲，德国的集成精冲，美国的挤出精冲等，都有自己的专用精冲压力机。

不过，对向凹模精冲件不会再朝着更厚的方向发展。

精冲工艺适合加工扁平类零件。

多数精冲件的厚度都在6~8mm，10mm以上的精冲件很少见到。

进几十年来各国在精冲技术的发展表明，必须采用新的精冲技术，才有可能突破强力压边精冲在厚度方面的限制，精锻精冲复合工艺是更厚精冲件制造的有效工艺之一。

整体说来，我国经过30余年的摸索，已经基本消化了国外比较先进的技术，并逐步完善了自主开发技术，向日益成熟，更合国情的方向发展。

此外，我国还参照德国的VDI1335-80和有关企业的标准，制定了适合我国条件的精冲技术相关国家标准和行业标准，这将使我国的精冲产品设计，制造和销售皆有法可依，并为我国精冲行业和国外接轨创造了条件。

1.2.3发展趋势

随着市场的发展，新材料及多样化成型方法今后必然会不断发展，因此对模具的要求也一定会越来越高。

为了满足市场的需求，未来的模具无论是品质，结构，性能还是加工技术都必将会有较快发展，而且这种发展必须跟上时代发展步伐。

展望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广。

当然，这是需要开拓，创新和做出艰苦努力的。

（1）超大型，超精密，长寿命，高效模具将得到发展。

（2）模具高精度设计，加工及各种管理将向数字化，信息化方向发展，CAD/CAM/CAE/CAPP等将向智能化，集成化和网络化方向发展。

（3）更加高速，更加智能化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用。

（4）更高性能及满足特殊用途的各种模具新材料将会不断发展，随之而来的也会产生一种特殊的和更为先进的加工方法。

（5）各种模具表面处理技术，涂覆，修补，研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。

（6）逆向工程，并行工程，复合加工乃至虚拟技术将得到发展。

1.3本课题内容分析

这次设计为电子夹线卡冲压工艺分析，可行性论证以及模具的设计，从图纸入手，通过分析图纸信息，结构要求，材料要求，结合资料查询，通过查资料，对零件进行工艺性及尺寸精度的分析，初步明确设计要求，确定模具类型及结构形式，选择工件的定位方式，并且要熟练学习Pro/E知识，并且不断地搜集资料来完善设计书。

对设计方案进行分析并论证其合理性，运用ProE三维软件将设计的机构绘制出来，并且导出二维图形。

2冲裁模具的设计

2.1冲裁工艺的分析

本次设计的零件材料为Q235，厚度t=1mm，抗剪强度τ=310～380Mpa，抗拉极限σ=380～470Mpa，伸长率△=21～25%,屈服强度σ=240MPa。

具有较高的强度和刚度，有良好的塑性和表面质量，板材厚度公差符合标准规定，满足冲压工艺对材料的要求，适合冲压加工，能够保证冲压过程顺利完成。

图1

（1）结构与尺寸

1．该零件的结构简单，且中心对称，有利于材料的合理利用。

2．该零件的外形为长44mm，宽10mm，厚1mm的矩形板，中心有一个φ3的孔。

（2）精度

零件的尺寸公差无特殊要求，所以按照IT14级选取，利用普通冲裁方式达到图样的要求。

（3）材料

此零件的材料为Q235，抗剪强度τ=380Mpa,断后伸长率б=25%。

结论：

该零件的工艺性较好，可以冲压加工。

2.2工艺方案的确定

在冲裁工艺分析的基础上，根据冲裁件的特点确定冲裁工艺的方案。

该产品的零件材料为Q235,抗剪强度τ=310~380Mpa,抗拉极限σ=380~470Mpa,伸长率△=21~25%，屈服强度σ=240Mpa.具有较高的强度和刚度，有良好的塑性和表面质量，板材厚度公差符合标准的规定，满足冲压工艺对材料的需求，适合冲压加工，能够保证冲压过程顺利完成。

分析该工件的工艺要求为:

1.弯曲部分有R=1mm的圆角过渡；

2.其它加工的尺寸为1T11~14级；

3.符合模中的凸凹模壁厚应有足够的强度；

4.冲压工件为轴对称式冲压件。

对于所加工的零件通常采用落料，冲孔，弯曲的加工方法。

由此确定了一下的工艺方案:

A.先落料、在弯曲、最后冲孔，单工序冲压

B.先冲孔、在落料、最后弯曲，单工序冲压

C.先落料、在冲孔、最后弯曲，单工序冲压

D.先复合落料、冲孔，在弯曲

E.冲孔-弯曲-落料，单件连冲级进模

工艺方案A、B、C是简单的三个单工序模具加工方法，由于此制件批量较大，尺寸又较小，这三方案的生产效率低，操作也不方便，不安全，故不采用。

工艺方案E属于进冲压，由于级进模对用料的要求很高，不规律的边角材料不能再次使用，模具制造难度高，工件尺寸精准不高。

工艺方案D属于复合式冲压，它解决了方案A、B、C的难点，又不存在方案E的问题，因此方案D最为合适。

为降低模具成本，可以采用手工送料方式。

由以上分析工艺A、B、C都需要高精准的定位。

且模具数量对，成本高，造成能源浪费，工作效率也低。

同时由于该零件为大批量生产，把工序放在一起，可以大大提高工作效率，并减轻工作量，也可以避免原有的加工方法中的定位问题。

最后综合各个方面的考虑（如模具的数量、模具的结构难易等），确定加工方法为复合冲裁+弯曲模，其中由于板材相对比较薄，为保证制件的平整，采用弹压卸料装置。

它可以对冲孔小凸模起导向作用和保护作用。

可采用倒装式的复合冲裁。

3冲裁工艺与设计计算

3.1排样设计与计算

合理的排样是提高材料的利用率，降低成本，保证冲裁件质量及模具寿命的有效措施，其中材料的利用率是衡量材料的经济指标。

按材料的经济利用程度或废料的多少，排样可分为有废料排样与少、无废料排样两大类。

排样又可分直排、斜排、对排、对头斜排、多排、混合排等。

由于本零件的结构特点，采用有废料的直排排样方案。

设计如下二种方案:

方案一：

如下图3-1所示。

图3-1方案一

方案二：

如下图3-2所示。

图3-2方案二

由于采用的是有废材的排样方案，确定搭边值：

工件间搭边：

=1.2mm,

工件边缘（侧面）搭边a1=1.55mm,（已在方案上标注）

条材宽度由方案的不同而不同。

下面确定各方案的材料利用率：

η=A/BS×100%

A-一个步距内的实际面积，B-条料宽度，S-步距。

冲裁面积:

A=47×10=470mm2

方案一：

条料宽度B=44+2×2=48mm步距S=10+1.2=11.2mm

η=A/BS×100%=470/（48×11.2）×100%=87.4%

方案二：

条料宽度B=10+2×2=14mm步距S=44+1.5=45.5mm

η=A/BS×100%=470/（14×45.5）×100%=73.8%

由此比较确定了排样的设计的最终形式为方案一。

3.2冲裁力的计算

冲裁力、卸料力、推件力、顶出力的计算，是冲裁的过程中凸模对板料施加的压力，随凸模进入材料的深度而变化的，它与材料厚度、工件周边长度、材料的力学性能等参数有关。

是选用压力机和设计模具结构的重要依据。

选用冲压设备的标称压力必须大于计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁要求。

其冲裁力可以按下式计算：

F=KLtτb

L=周边长度，t=材料厚度，τb=抗剪强度。

K=系数（查表取1.3）

落料力的计算：

F=1.3Lt（3-1）

L=2×（44+10）=108mm

T=1mm,τ=310~380Mpa

F落=108×1×310×1.3=43.5KN

冲孔力的计算：

F冲=1.3×3.14×3×310×1=11.39KN

卸料力的计算：

F卸=k卸F，k-----卸料力因数，查得k=0.03

k卸F落=0.03×43.5=1.34KN

k卸F冲=0.03×11.39=0.35KN

推件力的计算：

F推=nKF冲（3-2）

K---推件力因数，查得K=0.055

n----卡在凹模直壁洞口内的制件件数，一般卡3~5件，取n＝4

F推=4×0.055×11.39=2.506KN

总压力：

F总=F落+F冲+F卸+F推（3-3）

=43.5+11.39+1.34+0.35+2.506=59.086KN

3.3压力中心的确定

模具的压力中心就是冲压力合力的作用点，为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线重合，否则冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损。

冲压形状对称的冲压件，如正方形、圆形时，压力中心位于其压力中心位于其对称中心线的交点，即几何中心上。

冲压形状不对称的冲压件和多工位连续冲村的压力中心位于其形状的重心。

3.4压力机的选取

压力机应根据冲压工艺的性质、生产批量的大小、模具ude外形尺寸及现有设备等情况进行选择。

由于本零件是大批量生产，为安全起见，防止设备的超载，可按F压力机≥

F总（1.6~1.8）的原则选取压力机

选用:

开式双柱可倾压力机，初选压力机型号规格为：

J23-10

公称压力100吨滑行行程45mm

行程次数145/min最大封闭高度180mm

调节高度35mm工作台尺寸240×370

垫板厚度35mm工作台孔尺寸130×200×170

床身最大可倾角35°

3.5凸、凹模的尺寸计算

冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模部分的尺寸，冲裁的合理间隙也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现和保证

由于该零件的工艺性，采用凸模和凹模分开的加工方法来保证间隙值。

凸、凹模要与冲裁件零件或废料发生生摩擦，凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越来越大，因此，确定凸、凹模刃口部分的尺寸应区分落料和冲孔并按照以下原则：

1.设计落料模先确定凹模尺寸。

以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过小凸模刃口尺寸来取得。

设计冲孔模先确定凸模尺寸。

以凸模为基准，间隙取在凹模上，即冲裁间隙通过大凹模刃口尺寸来取得。

2.根据冲模型在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；凸模基本尺寸应去接近或者等于工件的最大极限尺寸。

这样凸、凹模在磨损到一定程度时，还能冲出合格的零件。

由此查表得冲裁的双面间隙zmin=0.10mm,Zmax=0.14mm

磨损因数：

x=0.5

3.5.1落料刃口的尺寸计算

设计裁凸模、凹模按IT6和IT7级制造。

计算尺寸如下：

表3-1

工件尺寸

凸模尺寸

=

凹模尺寸

=

=

=

校核：

δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin=0.04

对于l1l2均有δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin。

3.5.2冲孔刃口尺寸计算

1.对于Φ30+0.25孔冲裁凹模的制造公差

δ凸=0.02，δ凹=0.02

D凸=（d+xΔ）-0.02o=3.1250-0.02

D凹=（d+xΔ）=3.335+0.020

δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin。

证明了所选的δ凸、δ凹是合适的。

所以结合模具及工件的形状特点，此模具制造不宜采用配作法，落料时，选凹模为计基准件，只需要计算落料模刃口尺寸制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按要求配作；冲孔时，则只需计算凸模的刃口尺寸及制造公差，凹模刃口尺寸由凸模实际尺寸按要求配作；所以只是需要在配作时保证最小双面合计间隙值，凸凹模刃口尺寸由凸模配作尺寸和凹模配作尺寸结合完成。

未注公差的毛胚尺寸按照IT14级精度计算。

4冲裁模具的主要零件及结构设计

4.1工件尺寸

4.1.1凹模的选取

凹模轮廓尺寸包括凹模模版的平面尺寸L×B（长×宽）及厚度尺寸H。

凹模的平面尺寸可由沿刃口型孔向四周扩大一个凹模壁厚来确定，既

L=2（l+c）B=2（l+c）

式中l-----沿凹模长度方向刃口型孔的最大距离，mm;

B-----沿凹模宽度方向刃口型孔的最大距离，mm;

c-----凹模壁厚，mm，查得c=30

则L=2×（24+30）=108mm

B=2×（6＋30）=72mm

凹模厚度根据经验公式：

H=KB

查表得K=0.35

则H=0.35×44=15.4mm

B-----凹模厚度

根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模轮廓尺寸，其大小为

L×B×H=125mm×80mm×20mm

如图凹模结构所示：

图4-1凹模结构

本结构需要推出冲入凹模中的外形，所以采用内置式的推件器，同时要求能够在周边保证有足够的空间布置定位销和定位螺钉。

因此采用锻制的9Mn2V来加工成与垫板同样的尺寸凹模板。

4.1.2凸模

对于Φ3孔的圆形凸模，需要在固定板固定以后在进行冲孔工序，所以设计成

B型凸型形式，如图4-2所示：

图4-2凸模结构

将凸模压入固定板中采用H7/r6过盈配合，采用9Mn2V保证硬度HRC56～60，尾部回火40~50HRC。

由于凹模与凸模固定板的限制，凸模长度:

H=H凸+H凹

凸模强度的刚度校核：

dmin≥4tτ/[б压]

dmin