铁芯压板冲压模设计.docx

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铁芯压板冲压模设计

**大学

课程设计说明书

题目：

铁芯压板冲孔落料复合模设计

学院：

机械工程学院

专业：

材料成型及控制工程*班

学号：

2011500***

姓名：

***

指导教师：

***老师

完成日期：

2015年3月

目录

第1章绪论..................................................................................................................2

1.1冲压模具的现状与发展趋势...........................................................................2

1.1.1我国模具技术的现状............................................................................2

1.1.2未来冲压模具制造技术发展趋势........................................................3

1.2课题研究的理论依据.......................................................................................4

第2章冲压成型工艺分析和工艺方案的确定..........................................................5

2.1设计任务...........................................................................................................5

2.2冲裁工艺分析及冲裁工艺方案的确定...........................................................5

2.2.1冲裁工艺分析........................................................................................5

2.2.2冲裁工艺方案确定................................................................................5

第3章落料冲孔模工艺计算及模具结构设计..........................................................6

3.1排样设计与计算...............................................................................................6

3.1.1毛坯尺寸计算........................................................................................6

3.1.2排样方式的确定及其计算....................................................................6

3.2冲裁力计算.......................................................................................................7

3.3模具压力中心确定...........................................................................................7

3.4冲压设备的选择...............................................................................................7

3.5工作零件刃口尺寸计算...................................................................................8

3.6模具总体结构设计...........................................................................................9

3.6.1模具类型设计........................................................................................9

3.6.2定位方式的选择....................................................................................9

3.6.3卸料、出件方式的选择........................................................................9

3.7主要零部件设计...............................................................................................9

3.7.1模具结构零件设计..............................................................................10

3.7.2工作零件的结构设计..........................................................................10

3.8模具总装图.....................................................................................................14

第四章冲压模具工件的机械加工............................................................................16

4.1冲压工作零件的技术要求.............................................................................16

4.2冲模工作零件的热处理.................................................................................16

4.3冲模工作零件机械加工工艺过程.................................................................16

4.3.1凸模加工工艺工程...............................................................................16

4.3.2凹模加工工艺过程...............................................................................16

第五章模具装配........................................................................................................17

5.1冲模装配.................................................................................................17

5.2冲模的安装.............................................................................................20

参考文献......................................................................................................................21

第一章绪论

1.1冲压模具的现状与发展趋势

1.1.1我国模具技术的现状

改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。

近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。

浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷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现已有几千家。

随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。

而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。

近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。

一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。

以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。

此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。

经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。

例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。

虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。

例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。

我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。

“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。

在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%~80%的零部件都要依靠模具成形（型）。

用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。

模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。

目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。

近几年，我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展，2003年，我国模具总产值超过400亿元人民币。

中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。

结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。

1.1.2未来冲压模具制造技术发展趋势

模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低廉”的要求服务。

达到这一要求急需发展如下几项：

全面推广CAD/CAM/CAE技术

模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。

随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。

计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。

高速铣削加工

国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。

另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。

高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。

目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

模具扫描及数字化系统

高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。

有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。

模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。

电火花铣削加工

电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。

国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。

预计这一技术将得到发展。

提高模具标准化程度

我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。

国外发达国家一般为80%左右。

优质材料及先进表面处理技术

选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。

模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。

模具热处理的发展方向是采用真空热处理。

模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。

模具研磨抛光将自动化、智能化

模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。

模具自动加工系统的发展

这是我国长远发展的目标。

模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。

CNC雕刻机在国内的发展上从最近的一两年才有较大的发展，相关加工厂和使用单位时刻以敏锐的眼光盯着厂家的动向，这也是身为雕铣机主机生产厂一点也不敢松懈的真正原因所在。

作为用户当然要选合适的设备，如果选型不当，不但不能赚钱反而令陷入为机器打工的苦涩局面。

那么什么样的机床才是好机床？

我们认为好机床的定义是这样的：

能够在短期内收回投资的机床才是好机床。

数控机床的设计使用寿命一般为7年，主要是数控方面的使用寿命为准，这样花钱和挣钱的比例关系将直接影响您的生意，所以仔细分析功能进行选型是有效投资的必要条件。

在国外很早就有雕铣机的名词（CNCengravingandmillingmachine），严格地讲雕是铣的一部分，是购买雕刻机还是购买数控铣式加工中心是经常要问自己的问题。

另外，还有目前盛行的高速切削机（HSCMACHINE）。

还是让我们首先搞清楚三个机型区别：

1）数控铣和加工中心用于完成较大铣削量的工件的加工设备

2）数控雕铣机用于完成较小铣削量，或软金属的加工设备

3）高速切削机床用于完成中等铣削量，并且把铣削后的打磨量降为最低的加工设备。

1.2课题研究的理论依据

1）冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、修边等。

用它可以制作零件或为弯曲、拉深、成形等工序准备毛坯。

从板料冲下所需形状的零件叫落料，在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）叫冲孔。

2）冲裁过程：

冲裁即是分离工序，工件受力时必须从弹、塑性变形开始，以断裂告终。

当凸模下降接触板料，板料即受到凸、凹模压力而产生弹性变形，由于力矩的存在，使板料产生弯曲，即从模具表面上翘起。

随着凸模下压，模具刃口压入材料，内应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形，不同凸模行程，其变形程度不同，且凹模刃口附近变形大于凸模刃口附近的变形。

由此可知，塑性变形从刃口开始，随着切刃的深入，变形区向板料的深度方向发展、扩大，直到板料的整个厚度方向上塑性变形，板料的一部分相对另一部分移动。

力矩将板料压向整个厚度方向上产生塑性变形，板料的一部分相对于另一部分移动。

力矩将板料压向切刃的侧表面，故切刃相对于板料移动时，这些力将表面平压，在切口表面上形成光亮带。

当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，便产生微裂，裂纹产生后，沿着大剪应速度方向发展，直至上、下裂纹会合，板料就完全分离。

3）模具间隙：

模具间隙系指凸、凹模刃口缝隙的距离，用符号c表示，俗称单面间隙。

而双面间隙用Z表示。

间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题。

第二章冲压成型工艺分析和工艺方案的确定

2.1设计任务：

图1

工件名称：

铁芯压板

工件图：

如图1

生产批量：

大批量生产

材料：

20钢

厚度：

1.5mm

设计任务：

完成铁芯压板冲孔落料复合模设计

2.2冲裁工艺分析及冲裁工艺方案确定：

2.2.1冲裁工艺分析

此工件只需冲孔落料和弯曲两个工序，本设计只针对冲孔落料工序。

材料为20钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。

20钢的抗剪强度为275-392MPa，抗拉强度为353-500MPa，屈服强度为≥245MP。

工件结构相对简单，有4个Φ5的孔，孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小间距为5mm，该零件全部公差为自由公差，尺寸精度较低，普通冲裁完全满足要求。

2.2.2冲裁工艺方案确定

该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有以下三种工艺方案：

方案一：

先冲孔，后落料。

采用简单工序模生产。

方案二：

采用落料-冲孔复合模生产。

方案三：

采用冲孔-落料级进模生产。

分析：

方案一结构简单，但需要两道工序两副模具，成本高生产效率低，难以满足大批量生产的要求；方案二只需要一副模具，工件尺寸精度及生产效率都较高，工件最小间隙为5mm模具强度较好；方案三也只需要一副模具，生产效率高，操作方便，但是制造精度不如复合模。

通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压采用方案二为最佳。

第三章落料冲孔模工艺计算及模具结构设计

3.1排样设计与计算：

3.1.1毛坯尺寸计算

该弯曲件毛坯的展开尺寸计算可按照下式近似计算（图2）：

图2

式中

如图1所标注。

=（80-46.24）÷2=16.88

=2.5÷sin45°≈3.536

故：

L=2×16.88+2×3.536+40=80.832

3.1.2排样方式的确定及其计算

为了提高模具寿命，综合兼顾材料利用率和冲裁件质量，排样采用有废料的排样方法。

由于该工件的形状为对称结构，布排方式采用直排效率较高。

如图3所示的排样方法。

查《冲压工艺学》表2-11所得，搭边值工件间距

=1.8mm，沿边

≥2.0mm，条料宽度为85mm，步距S=46.8mm，一个步距地材料利用率为70.30%。

计算部分如下：

冲裁件面积A：

A=2×45×15+30×（80.832-30）-4π×2.5²=2796.42

条料宽度B：

B=L+2×2.1=80.832+2×2.1≈85

步距S：

S=45+1.8=46.8

一个步距的材料的利用率:

图3

3.3.3冲裁力的计算

该模具结构采用倒装式复合模，拟选用弹性卸料、下出件方式。

查表得，20钢的抗剪强度可取为392MPa。

冲裁力的相关计算如下：

落料和冲孔两类冲裁的冲裁周边总长：

冲裁力的计算：

顶件力的计算：

卸料力的计算：

总冲裁力为：

3.3确定模具压力中心：

由于该工件形状规则对称，冲模的压力中心与零件的中心重合。

3.4冲压设备的选择：

根据上述计算结果，冲压设备拟选用公称压力为350KN的开式可倾压力机JC23-35，主要技术参数如下：

滑块行程：

80mm

最大闭合高度：

280mm

闭合高度调节量：

60mm

工作台尺寸：

前后380mm，左右610mm

工作台孔尺寸：

前后200mm，左右290mm

模柄孔尺寸：

直径50mm，深度70mm

滑块底面尺寸：

前后190mm，左右210mm

3.5工作零件刃口尺寸计算：

冲孔落料所得的零件图如图4所示

图4

在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。

结合该模具的特点，工作零件的形状相对简单，适合采用线切割机床加工，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。

因此工作零件刃口尺寸计算就按配合加工的方法来计算，具体计算过程见下表：

落料凸模和冲孔凹模刃口各部分尺寸则按照上述相应部分尺寸配制，保证双面间隙值

（由《冲压工艺学》表2-3查得）。

3.6模具总体结构设计

3.6.1模具类型设计

由冲压工艺分析可知，采用复合模，则模具类型为复合模。

3.6.2定位方式的选择

该模具采用的是条料，控制条料送进方向采用导料销，无测压装置，控制条料的送进步距采用挡料定距。

3.6.3卸料，出件方式的选择

因为工件料厚为1.5mm，相对较薄，卸料力也较小，故采用弹性卸料。

又因为是复合模，故采用上出料。

3.7主要零部件设计

3.7.1模具结构零件设计

3.7.2工作零件的结构设计

（1）落料凹模的设计

由于t=1.5mm，查《新编实用冲压模具设计手册》表2-48取最小壁厚c=35mm，则（p97）：

，取L=150mm

，取B=125mm

由于采用T10钢，则

=1.3，查表2-49得

3=59.55，取H=60mm

图5

（2）冲孔凸模设计

因为所冲的的孔为均为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式结构如图6。

冲孔凸模长度

其中

分别代表冲孔凸模固定板厚度和落料凹模的厚度。

图6

（3）凸凹模的设计

弹性橡胶圈选取自由高度为40mm，预压缩料为15%×40=6mm。

故安装高度为40-6=34mm。

因此凸凹模高度H=卸料板厚度

+弹性橡胶圈高度

+凸凹模固定板厚度

=10+34+20=64mm。

凸凹模刃口各部分尺寸计算原则分别为：

落料凸模刃口轮廓在落料凹模刃口轮廓基础上向内偏移

，冲孔凹模刃口轮廓在冲