落料冲孔拉深复合模的设计.docx

1、落料冲孔拉深复合模的设计 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目：落料、冲孔、拉深复合模的设计二级学院（直属学部）： 专业： 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师姓名： 职称： 评阅教师姓名： 职称： 2014 年03月 摘 要本设计进行了落料、冲孔、拉深复合模的设计。文中简要概述了冲压模具目前的发展状况和趋势。对产品进行了详细工艺分析和工艺方案的确定。按照冲压模具设计的一般步骤，计算并设计了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固定板、垫板、凹模固定板、卸料板、导尺、挡料销、导正销等。模架采用标准模架，选用了合适的冲压设备。设计

2、中对工作零件和压力机规格均进行了必要的校核计算。此外，本模具采用始用挡料销和钩形挡料销挡料。模具的冲孔和落料凸模分别用不同的固定板固定，便于调整间隙；冲孔凹模和落料凹模则采用整体固定板固定。落料凸模内装有导正销，保证了工件上孔和外形的相对位置准确，提高了加工精度。如此设计出的结构可确保模具工作运行可靠和冲压产品大批量生产的要求。 关键词：复合模 校核 冲孔 落料 拉深 目 录第1章 绪论 11.1 冲压技术概论 11.2 我国模具技术的发展趋势 21.3 复合模的主要特点 51.4 模具CAD技术 51.5 本课题的来源及主要任务 6第2章 冲压件的工艺性分析 72.1 工艺方案的分析和确定

3、72.1.1毛坯直径D的计算 72.1.2拉深次数n的计算 72.2 工艺方案的确定 72.3 计算各工序压力、压力中心、初选压力机 82.3.1冲裁力的计算 82.3.2初选压力机 92.3.4确定压力中心 92.4 冲压工序 102.5 模具结构设计 102.5.1模具结构选择 102.5.2模具工作部分的尺寸和公差的确定 102.5.3模具结构设计 112.6 整修工序 122.6.1外缘整修 122.6.2内孔整修 132.6.3叠料整修 132.6.4振动整修 13结 论 14致 谢 15参考文献 16第1章 绪论1.1 冲压技术概论冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对

4、材料施加压力，使其产生分离或塑性变形从而获得所需零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方法。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素。冲压是一种先进的金属加工方法，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。与机械加工及塑性加工和其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点，主要表现如下1：（1）冲压一般没有切削碎料产生，材料的消耗较少利用率高，一般为70%85%，易实现机械化和自动化；（2）在形状和尺寸精度方面的互换性较好。一般情况下可直接满足装配和使用要求；（3）冲压可加工的尺寸范围大、形状复杂的零件，而这些零件用其它方法是不可能或很难得到的，如薄壳件；（4

5、）被加工的金属在冲压加工过程中产生加工硬化，金属内部组织得到改善，机械强度有所提高，所以冲压件刚度强度较好；（5）冲压时由模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压材料的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压件的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征；（6）在大量生产的条件下，产品的成本低，经济效益较高；（7）冲裁过程能耗较低。由此可见冲压制得的零件具有表面质量好重最轻成本低的优点。所以冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多的采用冲压方法加工产品零件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工业等行业。在这些工业部门中，冲压件所

6、占的比重相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造、铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻刚度好的冲压件所代替。有些机械设备往往以冲压件所占比例的大小作为评价结构是否先进的指标之一2。工业发达国家对冷冲压生产工工艺的发展是很重视的.不少国家（如美国、日本等）模具工业产值己超过机床工业。从这些国家钢材构成可以看出冷冲压的发展趋势。钢带和钢板占全部品种的67%，充分说明冲压这种加工方法己成为现代工业生产的重要手段和发展方向。冲压技术的发展特征是：（1）冲压成形科学化、数字化和可控化；（2）突出“精、省、净“三大优势；（3）冲压成形可以实现全过程控制；（4）产品从设计开始即

7、进入控制，考虑工艺；（5）冲压生产的灵活性和柔性。1.2 我国模具技术的发展趋势当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。在这种情况下， 用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低。因此，模具工业的发展的趋势是非常明显的。 （1）模具产品发展将大型化精密化 模具产品成形零件的日渐大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔（如塑封模已达 到一模几百腔）使模具日趋大型化。随着零件微型化，以及模具结构发展的要求（如多工位级进模工位数的增加，其步距精 度的提高）精密模具精度已由原来的5m提高到23m，今后有些模具加工精度公差要求 在1m以下，这就要求发展超精加工。 （2）多

8、功能复合模具将进一步发展 新型多功能复合具是在多工位级进模基础上开发出来的。一套多功能模具除了冲压成 形零件外，还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务。通过这种多劝能模具生产 出来的不再是单个零件，而是成批的组件。如触头与支座的组件，各种小型电机、电器及仪 表的铁芯组件等。 （3）热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高 由于采用热流道技术的模具可提高制作的生产率和质量，并能大幅度节省制作的原材料和节 约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。国外热流道模具已有一半用上了热 流道技术，有的厂甚至已达80%以上，效果十分明显。国内近几年已开始推广应用，但总体 还达不到10%，个别企

9、业已达到20%-30%。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高 质量的元器件，是发展热流道模具的关键。 （4）气体辅助注射模具和适应高压注射成形等工艺的模具将积极发展 气体辅助注射成形是一种塑料成形的新工艺，它具有注射压力低、制品翘曲变形少、 表面好以及易于成形壁厚差异较大的制品等优点，可在保证产品质量的前提下，大幅度降低 成本。国外，已经较成熟。国内目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成 形包括塑料熔体注射和气体（一般均采用氮气）注射成形两面部份，比传统的普通注射工艺有 更多的工艺参数需要确定和控制，而且气体辅助注射常用于较复杂的大型制品，模具设计和 控制的难度较大，因此，

10、开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。 为了确保塑料件精度，将继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工 艺与模具。在注射成形中，影响成型件精度的最大因素是成型收缩，高压注射成型可强制树 脂收缩率，增加塑件尺寸的稳定性。模具要求刚性好、耐高压。特别是精密模具的型腔应淬 火，浇口密封性好，模具能准确控制。注射压缩成型技术，是在模具预先半开模状态或者在 锁模力保持中压或低压，模具在设定的打开量下，注射溶融树脂，然后以最大的锁模力进行 压缩成型，其效果是：成型件局部内应力小；可得到缩孔少的厚壁成型件；对于 塑件狭窄的部件也可注入树脂；用小注射力能得到优良制品。该类模具的理想结构是：注

11、射时树脂以低的流动阻力迅速充填型腔；充填完后能立即遮断浇口部；压缩作用应 仅限于型腔部。 （5）快速经济模具的前景十分广阔 现在是多品种、少批量生产的时代，到下一个世纪，这种生产方式占工业生产的比例 将达75%以上。一方面是制品使用周期短，品种更新快，另一方面制品的花样变化频繁，均 要求模具的生产周期越快越好。因此，开发快速经济具越来越引起人们的重视。例如，研制 各种超塑性材料（环氧、聚脂等）制作或其中填充金属粉末、玻璃纤维等的简易模具：中、低 熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速 原型制造模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架、快换冲头等也将日益

12、发展。另外， 采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和提高。 （6）模具标准件的应用将日渐广泛 使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。 因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准 生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件 规格品种，发展和完善联销网，保证供货迅速。 （7）模具使用优质材料及应用先进的表面处理技术将进一步受重视在整个模具价格构成中，材料所占比重不大，一般在20%30%之间，因此选用优质钢材和应用的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要

13、。对于模具钢来说，要采用电渣 重熔工艺，努力提高钢的纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的 模具钢。如采用粉末冶金工艺制作的粉末高速钢等。粉末高速钢解决了原来高速钢冶炼过程 中产生的一次碳化物粗大和偏析，从而影响材质的问题。其碳化物微细，组织均匀，没有材 料方向性，因此它具有韧性高、磨削工艺性好、耐磨性高、长年使用尺寸稳定等特点，是一 种很有发展前途的钢材。特别对形状复杂的冲件及高速冲压的模具，其优越性更加突出。这 种钢材还适用于注射成型漆加玻璃纤维或金属粉末的增强塑料的模具，如型腔、形芯、浇口 等主要部件。另外，模具钢品种规格多样化、产品精料化、制品化，尽量缩短供货时间亦

14、是 重要方向。模具热处理和表面处理是能否充分发挥模具钢材性能的关键环节。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普及常用表面处理方法，即扩渗如：渗碳、渗 氮、渗硼、渗铬、渗钒外，应发展设备昴贵、工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子 喷涂等技术。 （8）在模具设计制造中将全面推广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。现在，全面普及CAD/CAM/CAE技术已基本成熟。由于模具 CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CA

15、M技术的硬件与软件 价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为广大模具企业普 及模具CAD/CAM技术创造了良好的条伯。随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋 简化。在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发 和应用。 加大技术培训和技术服务的力度。应时一步扩大CAE技术的应用范围。对于已普及了 模具CAD/CAM技术的一批以家电行业代表的企业来说，应积极做好模具CAD/CAM技术的深化 应用工作，即开展企业信息化工程，可从CAPP,PDM，CIMS,VR，逐步深化和提高。 （10）快速原型制造（RPM）技术得到更好的发展 快

16、速原型制造（RPM）技术是美国首先推出的。它是伴随着计算机技术、激光成形技术和 新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技术，是基于新颖的离散/堆积（即材料累加） 成形思想，根据零件CAD模型、快速自动完成复杂的三维实体（原型）制造。RPM技术是集精 密机械制造、计算机、NC技术、激光成形技术和材料科学最新发展的高科技技术，被公认 为是继NC技术之后的一次技术革命。RPM技术可直接或间接用于模具制造。首先是通过立体光固化（SLA）叠层实体制造（LOM） 激光选区烧结（SLS）、三维打印（3D-P）熔融沉积成形（FDM）等不同方法得到制件原型。然后通 过一些传统的快速制模方法，获得长寿命的金属

17、模具或非金属的低寿命模具。主要有精密铸 造、粉末冶金、电铸和熔射（热喷涂）等方法。这种方法制模，具有技术先进、成本较低、设 计制造周期短、精度适中等特点。从模具的概念设计到制造完成仅为传统加工方法所需时间 的1/3和成本的1/4左右。因此，快速制模技术与快速原型制造技术的结合，将是传统快速 制模技术，进一步深入发展的方向。 RPM技术还可以解决石墨电极压力振动（研磨）成形法中母模（电极研具）制造困难问题， 使该法获得新生。青岛海尔模具有限公司还构建了基于RE（逆向工程技术）/RPM的模具并行 开发系统，具有开发质量高、开发成本低及开发周期短等优点。（11）高速铣削加工将得到更广泛的应用 国外近

18、年来发展的高速铣削加工 ，主轴转速可达到40000100000r/min,快速进给速 度可达到3040m/min，换刀时间可提高到13S。这样就大幅度提高了加工效率，如在加 工压铸模时，可提高78倍，并可获得Ra10um的加工表面粗糙度。形状精度可达10um。 另外，还可加工硬度达60HRC的模块，形成了对电火花成形加工的挑战。因此，高速铣削加 工技术的发展，促进了模具加工的发展，特别是对汽车、家电行业中大型腔模具制造方面注 入了新的活力。 （12）模具高速扫描及数字化系统将发挥更大的作用 英国雷尼绍公司的模具扫描系统，已在我国200多家模具厂点得到应用，取得良好效 果。该系统提供了从模型或实

19、物扫描到加工出期望的的模型所需的诸多功能，大大缩短的研 制制造周期。如RENSCAN200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， 用雷尼绍的SP2-1扫描测头实现快速数据采集，控制核心是雷尼绍TRACECUT软件，可自动 生成各种不同数控系统的加工等程序及不同格式的CAD数据。用于模具制造业的“逆向工 程”。该公司又推出了CYCLON高速扫描机，这是一台独立工作的专门用来扫描的设备，不占 用加工机床的工作时间。其扫描速度最高可达3m/min，大大缩短了模具制造周期，另外， 其数据采集速度比RENSCAN200快，定时探针接触力小 ，因此可以用非常细的探针，用来扫 描细小的模具和

20、细微的特征表面 ，扩大模具生产的品种范围。由于模具扫描系统已在汽车、摩托车、定电等行业得到成功应用，相信在“十五”期 间将发挥更大作用。 （13）模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展 模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。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，我国目前仍以手工研磨抛光为主，不仅效率 低（约占整个模具制造周期的1/3），且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工 向更高层次发展。因此，研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了数控 研磨机，可实现三维曲面模具研磨抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了 数控研

21、磨机，可实现三给曲面模具研磨抛光的自动化。另外，由于模具型腔形状复杂，任何 一种研磨抛光方法都有一定局限性。应注意发展特种研磨与抛光、如挤压衍磨、电化学抛光、 超声抛光以及复合抛光工艺与装备，以提高模具表面质量。 （14）模具自动加工系统的研制和发展 随着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统。这也是我国长远发展 的目标。模具自动加工系统应有如下特征：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。1.3 复合模的主要特点复合模结构紧凑，冲出的制件精度较高，生产率也高，适合大批量生产，特别是孔与制件外形的同心度容

22、易保证。但模具结构复杂，制造较困难。按照落料凹模安装的位置，复合模可分为正装与倒装两种形式。1.4 模具CAD技术 CAD是计算机辅助设计（Computer Aided Design）的简称，指利用计算机硬件和软件进行的设计活动，包括使用计算机的数据库、程序库（有时候也简称为方法库）及通讯等技术来完成设计过程的信息检索、分析、综合、造型、修改及文件的编制工作。模具CAD是模具计算机辅助设计（Computer Aided Die Design）的简称，指用计算机作为主要的技术手段来生成和运用各种数字和图像信息，以进行模具的设计。模具CAD系统为设计人员提供了一个高效的设计环境，使人的创造性获得完

23、美的发挥，摆脱了大量烦琐的重复性绘图工作。更重要的是改变了传统的图纸、实物传递方式，从而大幅度地提高了模具设计质量，对于传统的模具设计和制造是一次重大的变革3。它是至今以来最具有生产潜力的工具之一，也是未来模具行业持续生存和发展前提。自从美国Die Comp公司于1971年在简单级进模中首先将CAD/CAM技术引入到冲模设计与制造中以来，冲模以CAD/CAM技术已成为冲压工艺与模具的主要发展方向之一。1978年日本机械工程实验室开发了MEL系统，采用了图形显示设备和交互图形设计技术，使CAD开始走向实用化。到80年代中期，人工智能技术在模具设计与制造中获得应用，美国Purdue大学的G.Esh

24、el等于1984年开发了轴对称拉深件冲压工艺设计的专家系统.1992年印度学者Y.K.D.V .Prasad等在AUTOCAD基础上开发了普通冲裁模的CAD/CAM系统CADDS.采用参数化编程技术建立了模具标准件库，但模具设计仍以交互式图形设计为主。1991年,Michael R. Doffey等在探讨级进模的CAD/CAM时针对简单铰链件的冲压加工开发了一个利用特征（Feature）作为表达知识单元的系统12。该系统将模具的表达分为几何实体、特征、零件、装配等四个层次，条料排样采用基于规则的推理方法及自动设计，模具结构及零件的设计分为标准件自动设计和凸、凹模等非标准件交互设计两个部分，使模

25、具设计走向智能化方向。我国在冲压模具的CAD/CAM方面也取得了重大进展。上海交通大学在20世纪80年代初期开展了大规模的CAD/CAM研究开发工作，采用交互设计方法和进行条料排样，模具结构及零件设计方面采用了典型结构及标准零件的自动调用和交互设计相结合的方法，开发了智能化数据库，贮存了各种冲模的典型结构、标准零件、设计经验、设计方法和步骤，并向用户开放，目前在上海交通大学已建立了模具CAD/CAM国家工程中心。华中科技大学于1981年首先开始了精冲模的CAD/CAM工作。近年来，在冲压件特征建模、专家系统以及CAD/CAM系统柔性化方面都取得了卓越的成就，并建立了模具CAD/CAM国家重点实

26、验室。国内其他高校、研究所和大型企业在冲模CAD/CAM方面也进行了许多探索和实践，并获得了众多可喜的成果。从以上冲压工艺与模具的各个发展方向中可以看出，“冲压工艺与模具设计技术”是一门从事现代塑性加工所必须掌握的重要课程，该技术的理论性和实用性均很强，因此，学习时应从理论与实践相结合的角度研究、探讨，并侧重加强工程实践能力。1.5 本课题的来源及主要任务本课题主要任务就是设计一落料拉深冲孔复合模，绘制出模具装配图和大部分零件图，熟悉复合模设计步骤，并与课程设计过的弯曲模和级进模作个比较，了解复合模的结构特点。本课题任务主要有两个特点：1.涉及冲压模具方面的知识 2.涉及机械制造方面的知识。从

27、上述任务特点可以知道，本课题知识的综合性较强，涉及的知识面较广。第2章 冲压件的工艺性分析制件如图2-1所示材料为10钢板，板厚1mm，制件精度为IT11级.，形状简单，尺寸不大，大批量生产，属普通冲压件。图2-1制件图工艺性分析根据制件的材料、厚度、形状及尺寸，在冲压工艺设计和模具设计时，应特别注意以下几点：（1）该制件为落料拉深冲孔件，在设计时，毛坯尺寸要计算准确（2）冲裁间隙、拉深凸凹模间隙应符合制件的要求（3）各工序凸凹模动作行程的确定应保证各工序工作稳妥、连贯。2.1 工艺方案的分析和确定 工艺方案的分析根据制件的工艺性分析，其基本工序有落料、拉深、冲孔三种。拉深件的毛坯尺寸及拉深次

28、数，应通过计算确定2.1.1毛坯直径D的计算因为拉深相对高度h/d=16/99=0.162，因为是无凸缘零件，h20,查课本表4-3，取修边余量=1mm毛坯直径D按下式计算:D=d 12+4d2（h+）+6.28rd1+8r21/2=942+4*99（16+1）+6.28*2.5*94+8*2.52 1/2=130.74mm2.1.2拉深次数n的计算因为t/D*10=100/130.74=0.765, 所以查表知采用压边圈。拉伸系数m=d/D=99/130.74=0.757 查表知可一次拉深出零件尺寸的外形。同理，零件内部尺寸拉深也可以一次拉深成形。2.2 工艺方案的确定因制件有落料、拉深、冲

29、孔三道工序，故可采用落料、拉深、冲孔复合模。冲裁凸凹模的设计原则：模具的刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差来保证。丛生产实践中可以发现：（1）由于凸凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都是带有锥度的，且落料 件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小段端尺寸等于凸模尺寸。（2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔件以小端尺寸为基准。（3）冲裁时，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越来越大。由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，需考虑下述原则：（1）落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时的尺寸由土模尺寸决

30、定，故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上.（2）考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔的尺寸公差范围较大的尺寸。这样，在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格零件。凸、凹模间隙则取最小合理间隙值。确定冲裁刃口制造公差时，应考虑制件的精度要求。如果对刃口精度要求过高，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果刃口精度要求过低，则生产出来的零件可能不合格，或是使模具的寿命降低。若零件没有标注公差，则对于非圆形件可按IT14级精度来处理，冲模则可以按IT

31、11级精度制造；对于圆形件，一般可按IT67精度来制造模具.落料刃口尺寸计算：先以凹模为基准件，然后配做凸模。凹模磨损后，尺寸变大，根据公式A=（A-x ）式中: A工件标称尺寸（mm）；A凹模刃口尺寸（mm）;工件公差（mm）;x系数，为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关凹模制造偏差（mm）, =/42.3 计算各工序压力、压力中心、初选压力机计算冲裁力的目的是为了合理地选用冲床和设计模具，冲床的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。2.3.1冲裁力的计算（1）落料力的计算查手册，10号钢，抗拉强度440MPaF落=dt=3.14*130.74*1*440=180.630KN（2）卸料力的计算查手册K1=0.040.05，取K1=0.045。F卸=K1F冲=0.045*180.63=8.128KN（3）拉深力的计算查手册 10钢 b=440MPa, K1=0.50零件外部拉深时 F拉=d1tb k1 =3.14*130.74*1*440*0.50 =90315.2N =90.3152KN零件内部小尺寸拉深时 F拉=67.698KN（4）冲孔力的计算F冲=135.397KN（5）压力机总压力F总=F落+F卸+F拉+F拉+F冲