卡口冲裁模具设计【开题报告+文献综述+毕业设计】

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毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化卡口冲裁模具设计一、选题的背景与意义模具是高新技术产业的一个组成部分，是工业生产的重要基础装备。目前，模具制造业已成为与高新技术产业互为依托的产业，模具工业技术水平的高低已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。对任何国家来说，制造产业是综合国力及技术水平的体现，而模具行业的发展是制造产业的基础和关键。而冲压模具作为模具产品的重头，应用范围十分广泛，在国民经济的各个部门中，几乎都有冲压模具加工产品，在汽车，飞机，电器，电机，仪表等领域均占有相当大的比重。冲裁模具作为冲压模具的一种，具有如下优点：（1）生产效率高（2）精度高，质量稳定（3）材料利用率高（4）操作简便，特别适用于大批量生产和自动化。通过对国内外文献的研读，以及冲裁模具的设计要点的学习，本课题的目的是通过对卡口的工艺分析，确定冲裁模具的设计方案，运用CATIA软件进行卡口冲裁模具的设计。其中，通过卡口的工艺要求，如何确定冲裁模的设计方案，是本课题需要解决的重点问题之一。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题研究的基本内容：1.卡口冲裁工艺设计，确定冲裁模具设计方案；2. 运用CATIA软件对冲裁模具进行设计；3.模具主要零件的加工工艺；拟解决的主要问题：1.全面的掌握卡口冲裁工艺，冲裁模具的基本结构及工作原理；2.掌握冲裁模具的设计要点，确定完善的模具设计方案；三、研究的方法与技术路线研究方法：39 运用文献查阅法，收集和查阅各种文献和资料，学习冲裁模具的设计要点，掌握冲裁模的基本结构及其工作原理，了解目前冲裁模的研究及运用动态，寻求设计方案，运用CATIA进行冲裁模的设计。技术路线：1.依据课题查阅和收集相关资料；2.了解冲裁件的特性，拟定的模具方案，并进行对比，确定最终冲裁模具方案；3.设计卡口冲裁工艺，在CATIA三维CAD软件上完成模具图和零件图；4.编写模具主要零件的加工工艺。四、研究的总体安排与进度收集资料，文献综述 ，确定研究方向（3周）；完成开题报告 （2周）；完成文献翻译，初步确定卡口冲裁模的设计方案及主要结构（3周）；完成卡口冲裁模的图纸设计，编写模具主要零件的加工工艺，撰写毕业论文（3周）；修改毕业论文，定稿，答辩 （2周）。五、参考文献[1]李焕芳.冷冲压模具发展现状[J].中国高新技术企业,2010,(15):5~6.[2]金敦水.冲压模具间隙分析及模具结构设计[J].煤矿机械,2010,31(11):111~113.[3]何晓光.冲片冲压工艺及模具设计[J].模具工程,2005,(5):40~42.[4]刘建潮,李顺平,赵明炯等.冲压模具设计学习领域课程教学改革探讨[J].十堰职业技术学院学报,2009,22(2):89~90.[5]刘振奇,刘藤芸.冲裁模具结构设计的要点简介[J].科技信息,2010(5):750~752.[6]杨立军,党新安,刘静.直线轴承外毂架侧槽精密冲裁模具设计[J].锻压技术,2008,33(3):92~94.[7]C.W.Kim1,C.H.Park,andS.S.Lee.AnAutomatedDesignSystemofPressDieComponentsUsing3-DCADLibrary[J].Springer-VerlagBerlinHeidelberg,2007:961~974.[8]YongjuCho,ChoonseongLeem,KitaeShinInt.AnassessmentofthelevelofinformatizationintheKoreamoldindustryasaprerequisitefore-collaboration:an39 exploratoryempiricalinvestigationJ[J].AdvManufTechnol,2006,(29):897–911.39 毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化卡口冲裁模具设计1、设计卡口冲裁模具的意义模具是高新技术产业的一个组成部分，是工业生产的重要基础装备，用模具生产的产品，其价值往往是模具价值的几十倍。模具技术是一门技术综合性强的精密基础工艺装备技术，涉及新技术、新工艺、新材料、新设备的开与推广应用，是冶金、材料、计量、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、机加工、检测等诸多工种共同打造的系统工程。用模具生产制品具有高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度等特点，这是其他任何加工制造方法所不及的。目前，模具制造业已成为与高新技术产业互为依托的产业，模具工业技术水平的高低已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。对任何国家来说，制造产业是综合国力及技术水平的体现，而模具行业的发展是制造产业的基础和关键。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，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[1]。2、卡口冲裁模具的研究现状2.1冲裁模具的基本结构及分类（1）模具的基本结构分上模、下模两部分,上模由模柄(冲头把)、上模座(上托)、导套、凸模、垫板、固定板、脱料板和螺钉以及销钉等零件组成;下模由下模座、导柱、凹模、导料板(侧面导板)、承料板、挡料销和螺钉、销钉等组成。通常冲压模具是由两类零件组成:39 一类是工艺零件,这类零件直接参与工艺过程的完成，并和坯料有直接接触,包括有工作零件、定位零件、脱料与压料零件等；另一类是结构零件,这类零件不直接参与完成工艺过程,也不和坯料直接接触,只对模具完成工艺过程起保证作用,或对模具功能起完善作用,包括有导向零件、紧固零件、标准件及其他零件等.应该指出,不是所有的冲模都必须具备上述六种零件,尤其是单工序模,但是工作零件和必要的固定零件等是不可缺少的。（2）冲裁模具按工序组合程度可分为：简单冲裁模、连续冲裁模、复合冲裁模。简单冲裁模是指在一次冲裁中只完成冲孔或落料的的一个工序。连续冲裁模是指按一定的先后顺序，在冲床的滑块的一次行程中，在模具的不同位置，完成冲孔、落料的冲裁模，又称级进模。复合冲裁模是指在部床滑块的一次行程中，在冲模的同一工位上同时完成内孔和外形两种工序的冲裁模[2-5]。2.2国内外研究现状（1）国内的研究现状国内对冲裁模具有较多的研究，很多研究人员和公司从事冲裁模具的设计生产，杨立军、党新安、刘静[6]设计了直线轴承外毂架侧槽精密冲裁模具，解决了常规的机械冷加工方法生产，工艺繁琐、能源消耗大、生产周期长、质量稳定性差等缺点。王利民[7]对大批量异性产品冲裁模具进行了优化设计，大大提高了生产效率。王晓青、夏水华、石其年[8]对冲裁模具的寿命进行研究，为冲裁模具的寿命提高提供了宝贵借鉴。李铁明、翟德梅[9]研制了机架复合冲裁模具，提高了模具的可靠性，方便了模具的制造及维修。虽然我国的模具行业发展飞速，但是在模具设计制造软件研发应用、精密加工设备方面还比较落后，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都与国外存在很大的差距。（2）国外研究现状国外通过采用高效精密机床和测试装置，推进新的制模技术。模具制造大量采用NC、CNC、MC设备，使模具生产效率和质量从依赖模具钳工手艺逐步转移到主要依赖于各种加工设备的功能和精度，确保模具精窿的再现性和重复性。目前日本正在研究试用机器人自动抛光并开发磁石研磨工具。美国、日本还用激光加工叠层模，并开发了适用于钢、铝、钛、陶瓷和各种硬、软质塑料加工的CNC激光雕刻机，按计算机设定雕刻名称、模型或符号。先进工业国家CAD／CAM的迅速发展，使软件技术在模具设计制造中的地位越来越高。但当前模具设计的CAD系统，只是借助电子计算机的帮助，按储存经验技术与模具标准进行设计，相当一部分要由设计者进行高度的判断，这意昧着仍是对话型的设计。国外在继续研究开发不制作模型，包含自由曲面的CAD／CAM系统是今后发展的方向。39 3、卡口冲裁模具的发展趋势：通过文献[6-12]阅读和对国内外研究现状的分析和综合，我认为冲裁模具的发展趋势如下：1．鉴于现代工业的发展使产品更新换代加快，对模具的需求量加大，模具CAD／CAM／CAE技术、模具扫描及数字化系统将得到全面推广，软件技术在模具设计制造中的地位越来越高。2．随着模具加工技术及模具质量要求的不断提高，模具选材用材是一个值得深入研究的课题。3．随着模具加工要求的不断提高，三维单元图形软件，包含自由曲面的CAD／CAM系统是今后发展的方向。参考文献[1]李焕芳.冷冲压模具发展现状[J].中国高新技术企业,2010,(15):5~6.[2]金敦水.冲压模具间隙分析及模具结构设计[J].煤矿机械,2010,31(11):111~113.[3]何晓光.冲片冲压工艺及模具设计[J].模具工程,2005,(5):40~42.[4]刘建潮,李顺平,赵明炯等.冲压模具设计学习领域课程教学改革探讨[J].十堰职业技术学院学报,2009,22(2):89~90.[5]刘振奇,刘藤芸.冲裁模具结构设计的要点简介[J].科技信息,2010(5):750~752.[6]杨立军,党新安,刘静.直线轴承外毂架侧槽精密冲裁模具设计[J].锻压技术,2008,33(3):92~94.[7]王利民.大批量异形产品冲裁模具的优化设计[J].模具工程,2006,(11):43~44.[8]王晓青,夏水华,石其年.冲裁模具寿命研究[J].轻工机械,2005,(1):79~81.[9]翟德梅,李铁明.机架复合冲裁模具的研制[J].电加工与模具,2004,(6):26~29.[10]李海平.国内模具工业的现状及研发趋势[J].科技资讯,2008,(28):27~29.[11]陈东，褚作明，金康，戎文娟.国内模具选材用材现状与发展[J].金属热处理,2009,34(11):115~119.[12]胡蓉如.国外模具技术发展趋势[J].杭州科技,1990,11(5):12~13.[13]C.W.Kim1,C.H.Park,andS.S.Lee.AnAutomatedDesignSystemofPressDieComponentsUsing3-DCADLibrary[J].Springer-VerlagBerlinHeidelberg,2007:961~974.39 [1]YongjuCho,ChoonseongLeem,KitaeShinInt.AnassessmentofthelevelofinformatizationintheKoreamoldindustryasaprerequisitefore-collaboration:anexploratoryempiricalinvestigationJ[J].AdvManufTechnol,2006,(29):897–911.39 本科毕业论文（20届）卡口冲裁模具设计39 摘　要摘要：冲裁模具是冲压模具的一种工艺分类，是通过装在压力机上使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压模具。冲裁模具应用十分广泛，在国民经济的各个部门，几乎都有冲裁加工产品，它具有生产效率高、精度高、材料利用率高、操作简便、适合大批量生产和自动化等优点。本次设计要冲裁的卡口零件，通过工件工艺分析，得该冲裁件属于一般精度，故可以通过普通冲裁工艺完成加工，该工件需冲孔和落料两道工序，通过比较单工序模、复合模、级进模三种工艺方案，选择复合模（倒装式）进行生产加工。为提高材料利用率，改善操作性，保证工件质量，设计出合理的排样方式（单排）。通过对冲裁力、压力中心、工作零件刃口尺寸等工艺计算，设计凹模、凸模、凹凸模等主要零件及选用合理的模架、模柄、导套导柱、紧固件、弹性元件、冲床，编制凹模、凸模、凸凹模的加工工艺过程。通过对倒装式复合模结构基本结构了解，选择合理的定位装置，卸料装置及推件装置。关键字：冲裁模具；工艺分析；工艺方案；模具结构ABSTRACT:Punchingmouldisakindofstampingprocessclassification,isakindofstampingmouldthatmakesheetalongthecertainprofileproducedthroughintopresses.Punchingmouldsiswidelyusedinnationalvirtuallyeverysectoroftheeconomy,therearenearlycuttingprocessingproducts,ithasahighproductionefficiency,highprecision,highmaterialutilizationratio,simpleoperation,andsuitableformassproductionandautomationetc.39 Thisdesignrushtothebayonetsocketparts,throughworkpieceprocessanalysistodeterminethisblankingpiecesbelongstogeneralprecisionblankingpieces,socanbecompletedprocessingbyordinaryblankingprocessthisworkpieceneedpunchingandblankingtwoprocedure,bycomparingsingleproceduremould,compositemould,processivemould,selectthecompositemould(fliptype)forprocessing.Inordertoimprovethematerialutilization,improveoperation,ensureworkpiecequality,designthereasonablelayoutmode(single).Throughthehedgeandcuttingforce,pressurecenter,workingpartssuchasbladesize,designprocesscalculationofdies.theandprotrudingmodels,bumpmold,thestripperplateandothermajorworkpartsandchoosingreasonableformwork,mouldhandle,guidingsetofguidingpole,fastener,elasticcomponents,punch.Throughtofliptypecompositemodulusstructurebasicstructureunderstanding,choosereasonablepositioningdevice,unloaderdeviceandpushadevice.Thepositioningpinandtwoactivitiesagainstmaterialfeedingpinformsrealizeguidethepositioning,stripmaterialunloadingusingelastic,pushingastripperplatebyrigidpushadevice.KEYWORDS:Punchingmould;Processanalysis;Processscheme;Moldstructure目　录摘　要II目　录IV1绪论11.1研究的背景与意义11.2冲裁模具概述139 1.2.1冲裁模具的基本结构11.2.2冲裁模具的分类21.3国内外研究现状21.4毕业设计的基本内容22卡口冲裁模具设计说明书52.1冲裁件工艺性分析52.1.1材料分析52.1.2零件结构分析52.1.3尺寸精度分析52.2工艺方案及模具结构类型62.3排样设计72.4冲裁工序力与压力中心计算82.4.1冲裁工序力计算82.4.2压力中心计算92.5工作零件刃口尺寸计算112.5.1落料模具工作零件刃口尺寸计算112.5.2冲孔模具工作零件刃口尺寸计算112.5.3孔心距计算122.6模具结构及零件设计122.6.1工作零件结构设计122.6.2定位零件结构设计132.6.3卸料、推件装置结构设计132.6.4固定零件结构设计142.6.5压力机选用142.6.6模具装配简图143工作零件图及其加工工艺过程193.1凹模零件图及加工工艺过程193.2凸模零件图及加工工艺过程203.3凸凹模零件图及加工工艺过程214总结与展望23参考文献2439 致谢25附录2639 1绪论1.1研究的背景与意义模具是高新技术产业的一个组成部分，是工业生产的重要基础装备，用模具生产的产品，其价值往往是模具价值的几十倍[1]。用模具生产制品具有高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度等特点，这是其他任何加工制造方法所不及的。模具在汽车、拖拉机、飞机、家用电器、工程机械、动力机械、冶金、兵器、仪器仪表、机床、五金等制造业中，起着极为重要的作用；模具是实现上述行业的钣金件、锻件、粉末冶金件、铸件、压铸件、注塑件、玻璃件、橡胶件等生产的重要工艺设备。产用模具生产毛坯或成品零件，是材料成行的重要方式。目前，模具制造业已成为与高新技术产业互为依托的产业，模具工业技术水平的高低已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。对任何国家来说，制造产业是综合国力及技术水平的体现，而模具行业的发展是制造产业的基础和关键。而冲压模具作为模具的一种类型，是在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具，是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品[1]。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。冲压模具设计实现冷冲压工艺的核心。1.2冲裁模具概述冲裁模具是冲压模具的一种工艺分类，是指沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具[1]。1.2.1冲裁模具的基本结构模具的基本结构分上模、下模两部分，上模由模柄、上模座、导套、凸模、垫板、固定板、脱料板和螺钉以及销钉等零件组成；下模由下模座、导柱、凹模、导料板(侧面导板)、承料板、挡料销和螺钉、销钉等组成。通常冲压模具是由两类零件组成：一类是工艺零件，这类零件直接参与工艺过程的完成，并和坯料有直接接触，包括有工作零件、定位零件、脱料与压料零件等；另一类是结构零件，这类零件不直接参与完成工艺过程，也不和坯料直接接触，39 只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模具功能起完善作用，包括有导向零件、紧固零件、标准件及其他零件等。但是不是所有的冲模都必须具备上述六种零件，尤其是单工序模，但是工作零件和必要的固定零件等是不可缺少的。1.1.1冲裁模具的分类冲裁模具按工序组合程度可分为：单工序冲裁模、连续冲裁模、复合冲裁模。单工序冲裁模是指在一次冲裁中只完成冲孔或落料的的一个工序。连续冲裁模是指按一定的先后顺序，在冲床的滑块的一次行程中，在模具的不同位置，完成冲孔、落料的冲裁模，又称级进模。复合冲裁模是指在部床滑块的一次行程中，在冲模的同一工位上同时完成内孔和外形两种工序的冲裁模。1.2国内外研究现状国内对冲裁模具有较多的研究，很多研究人员和公司从事冲裁模具的设计生产，杨立军、党新安、刘静[2]设计了直线轴承外毂架侧槽精密冲裁模具，解决了常规的机械冷加工方法生产，工艺繁琐、能源消耗大、生产周期长、质量稳定性差等缺点。王利民[3]对大批量异性产品冲裁模具进行了优化设计，大大提高了生产效率。王晓青、夏水华、石其年[4]对冲裁模具的寿命进行研究，为冲裁模具的寿命提高提供了宝贵借鉴。李铁明、翟德梅[5]研制了机架复合冲裁模具，提高了模具的可靠性，方便了模具的制造及维修。虽然我国的模具行业发展飞速，但是在模具设计制造软件研发应用、精密加工设备方面还比较落后，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都与国外存在很大的差距。国外通过采用高效精密机床和测试装置，推进新的制模技术。模具制造大量采用NC、CNC、MC设备，使模具生产效率和质量从依赖模具钳工手艺逐步转移到主要依赖于各种加工设备的功能和精度，确保模具精窿的再现性和重复性。目前日本正在研究试用机器人自动抛光并开发磁石研磨工具。美国、日本还用激光加工叠层模，并开发了适用于钢、铝、钛、陶瓷和各种硬、软质塑料加工的CNC激光雕刻机，按计算机设定雕刻名称、模型或符号。先进工业国家CAD／CAM的迅速发展，使软件技术在模具设计制造中的地位越来越高。但当前模具设计的CAD系统，只是借助电子计算机的帮助，按储存经验技术与模具标准进行设计，相当一部分要由设计者进行高度的判断，这意昧着仍是对话型的设计。国外在继续研究开发不制作模型，包含自由曲面的CAD／CAM系统是今后发展的方向。39 1.1毕业设计的基本内容冲裁件工艺分析：冲压材料一般具有伸长率大、屈强比小、弹性模量大、硬化指数高和厚向异性指数大等特性。冲裁件机构应力求简单、对称，同时减少排样废料；外形和内孔应避免尖角，用圆弧过渡；应尽量避免狭长的槽与过长的悬梁；孔径不能太小，以防止凸模折断或弯曲。通过查表得工件内外形的尺寸精度，确定适合工件加工的冲裁方法。工艺方案：根据工件的工艺性，通过比较单工序模、级进模、复合模三种模具的比较，确定适合工件加工的模具结构。排样设计：合理的排样设计应在不影响零件性能的前提下，尽可能提高材料利用虑，要考虑到操作的安全、方便、降低劳动疲劳强度等要求，使模具的结构简单、合理，使用寿命长保证冲裁件的质量。冲裁工序力计算：冲裁工序力包括冲裁力、卸料力、推件力等，冲裁力包括落料力和冲孔力等，冲裁工序力应根据应根据冲裁模具的结构形式来考虑。选择冲床应根据冲裁工序力来确定。压力中心计算：模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲裁模具的压力中心与压力机滑快的中心相重合。否则，在冲裁过程中，会使滑块模柄承受附加弯矩，使模具与压力机滑块产生偏移，凸、凹模之间的间隙分布不均匀，使模具导向零件加速磨损，模具刃口及其他零件损坏，减低模具和压力机的使用寿命。在设计时，必须确定模具的压力中心，并使之与模柄轴线重合[1]。凹模凸模刃口计算：由于冲裁时凸、凹模之间存在间隙，所以所落得料和冲出的孔断面都是带有锥度的。落料时工件的大端尺寸近似等于凹模的刃口尺寸；冲孔时，工件的小端尺寸近似等于凸模的刃口尺寸。在计算时，应按落料、冲孔两种情况分别进行。模架设计或选择：模架由上模座、下模座、导柱和导套四部分组成。一般采用滑动导向模架，有对角导柱模架、后侧导柱模架和四导柱模架四种。导套与导柱常选用H7/h6或H6/h5小间隙配合；导柱与下模座之间、导套与上模座之间常选用H7/r6配合[1]。39 零件的设计：凸模从结构上分为整体式、组合式；从形状上分有圆形、非圆形。圆形凸模刃口形状为圆形，用来冲制圆形孔或制件，非圆形凸模刃口形状为非圆形凸模，用来冲制非圆形孔或制件。整体式凸模的工作部分和固定部分做成一体，分为直通式和台阶式。凹模分为整体式、组合式、镶拼式，刃口形式分为直筒式、锥形、凸台式。凸凹模外形可参考凸模结构设计，内形可参考凹模结构设计，设计的关键是要保证外形和内形之间的壁厚强度，可在其刃口之外采取增加壁厚的措施来增加壁厚强度[6]。其他零件的设计：挡料销保证条料有准确的送进位置，分为固定挡料销、活动挡料销、始用挡料销。固定挡料销常用于单工序模和级进模；活动挡料销常用于倒装式复合模；始用挡料销常用于级进模。导料销是导料板的简化形式，多用于采用弹性卸料装置的倒装式复合冲裁模，一般采用两个[7]。卸料装置分为刚性卸料装置和弹性卸料装置，刚性卸料板卸料力大，常用语材料较厚、厚度较大、精度要求不大高的工件的冲裁，弹性卸料板的卸料力靠弹性元件（橡胶或弹簧）提供，因此相对较小，常用于材料较薄、硬度较低的工件的冲裁。推件装置安装在冲裁木的上模部分，利用压力机的横梁或弹性元件，通过推杆、推板将制件或废料从凹模型腔内推出，分为刚性推荐装置和弹性推件装置。刚性推件装置推件可靠，可以将工件稳当地推出凹模。但在冲裁时，刚性推件装置对工件不起压平作用，故工件平整度和尺寸精度比用弹性推件装置时要低些[1]。模柄是上模部分和压力机滑块的连接零件。常用的模柄有压入式、旋入式、凸缘模柄。紧固件主要是螺钉和销钉，螺钉用来连接冲裁模中的各个零件，销钉用来起定点作用。压力机的选择：压力机的公称压力应与模具设计所需的总压力相适应，是选择压力机的主要依据。模具图纸绘制：模具整体装配图，凸模、凹模、凸凹模零件图。工作零件的加工工艺过程：凹模凸模凸凹模的加工过程，主要有备料、热处理、平磨、线切割等步骤。39 卡口冲裁模具设计说明书1.1冲裁件工艺性分析图1所示冲裁件，材料为LY12，厚度为2mm，大批量生产。图1卡口零件1.1.1材料分析材料分析：该冲裁件的材料LY12，即2A12，是硬铝合金，具有较好的可冲压性能。1.1.2零件结构分析该冲裁件结构简单、对称，但外形有尖锐青角，为了提高模具寿命，将所有清角改为R1圆角。在零件中部有两个对称的规则圆孔Φ6，并且圆孔直径满足冲裁最小孔径：的要求。另外圆孔和工件外形之间的距离为7mm，满足冲裁最小孔边距：的要求，孔与孔之间的距离：，亦满足要求。这个冲裁件有个凹槽宽度为40，满足冲裁的要求。所以该零件的结构满足冲裁要求。1.1.3尺寸精度分析按零件图上所有标注的尺寸，外形尺寸属IT14级精度，凹槽尺寸为IT13级精度。确定内孔的尺寸精度为IT13级，查表得：Φ6+0.220mm。孔边距为39 30+0.13-0.13，为IT12精度，孔与孔之间的距离为60+0.16-0.16，为IT12级精度。孔边距、孔心距的尺寸精度比外形、凹槽尺寸精度要求高。零件外形尺寸：800-0.74mm40+0.390mm500-0.62mm10+0.1-0.1mmR10-0.2零件内形尺寸：Φ6+0.220mm孔边距：30+0.13-0.13mm孔心距：60+0.16mm通过对冲裁件的结构、形状、尺寸精度的分析，这个零件适合于用普通冲裁的加工方法加工。1.1工艺方案及模具结构类型零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种方案：（1）先落料，再冲孔，采用两套单工序模生产；（2）落料—冲孔复合冲压，同时完成两个工序，采用复合模生产，内外形及零件尺寸的一致性非常好，制件精度高，指件表面平直，适合冲裁薄料，可充分利用条料，存在凹凸模壁厚问题，制件不能自然露出，需解决出件问题；（3）冲孔-落料连续冲压，采用级进模生产，结构复杂，制造较困难，工序分散，不存在最小壁厚问题，凸模全安装在上模，制件和废料均可实现向下的自然落料，定位多，制件的精度不太高，适合精度要求不太高的制件。方案分析：（1）采用单工序模生产，该模具结构简单，制造容易，但该零件需要两道工序才能制成，故需采用两套单工序模具才能完成零件的加工，这使得零件生产效率低，难以满足零件大批量生产的需求；（2）采用复合冲裁模具进行生产，冲孔落料一步完成，生产效率较高，由于该零件结构简单，凹凸模的结构也相对简单，可以很好的满足零件外形、凹槽、孔心距、孔边距尺寸精度不同的要求，能保证孔边距30+0.13-0.13，为IT12精度的要求，使零件内外形尺寸达到一致性，制件精度较高，可充分利用条料，存在凹凸模壁厚问题和出件问题；（3）采用级进模生产，冲孔、落料分布完成，制件和废料可向下自然落料，易实现自动化，生产效率很高，不存在最小壁厚问题，模具强度高，但是结构复杂，制造困难，模具成本较高，由于定位多，制件精度相比于复合模要差，较难保证零件孔边距为30+0.13-0.1339 ，IT12精度的要求，使零件内外形尺寸难以保持一致性。三个方案比较：因要保证大批量生产要求，所以生产效率低的（1）方案不可取。因要保证内外形尺寸一致性及零件孔边距为30+0.13-0.13，为IT12精度的要求，考虑复合模和级进模的结构复杂性、制造难度、模具成本等因素，方案（2）优于方案（3），只要复合模的最小壁厚问题不存在问题，应选择方案（2）。现对复合模凸凹模的最小壁厚进行校核：当材料厚度为2mm时，可查文献[6]表2-17得凸凹模的最小壁厚为4.9mm，而零件的最小孔边距为7mm，故满足复合模加工要求。所以应选择方案（2），复合模冲裁加工。复合模有正装和倒装两种结构形式，由于倒装复合模在结构上比顺装的简单，少一套排除冲孔废料的打料装置，操作方便，既能提高生产效率又能安全生产，而且该凹凸模不存在最小壁厚问题，所以复合模结构采用倒装复合模结构。因为工件厚度为2，所以卸料采用卸料板弹性卸料方式，出件采用刚性推件装置，定位采用挡料销+两个导料销形式实现条料的定位。1.1排样设计查文献[1]表2-10确定搭边值：由于材料是硬铝合金，其最小工艺搭边指为低碳钢的1~1.2倍。得两工件间的搭边：a1=2~2.4mm，工件侧边边缘塔边：a=2.2~2.64mm，取a1=2，a=2.5进距为：A=52mm条料宽度B=D+2a=80+2×2.5=85mm确定后排样图如右图2所示39 图2排样图（1）一个进距内的材料利用率η为：η=A/BS×100%式中：A——冲裁件面积（包括内形结构废料），；B——条料的宽度，mm；S——进距，mm；A=50×80-40×10=3600故：η=3600÷(85×52)×100%=81.44%（2）查文献[6]表,宜选600mm×600mm的钢板，每张钢板可剪裁为7张条料（85mm×600mm），每张板料可冲77个工件，则η总为：η总=×100%式中：A——冲裁件面积（包括内形结构废料），；n——每张板料可冲工件数目；S——板料的宽度，mm；L——板料的长度，mm；故：η总=×100%=77%即每张板料的材料利用率为77%。1.1冲裁工序力与压力中心计算1.1.1冲裁工序力计算落料力F落=KLtτ=1.3Ltτ式中：k=1.3L——落料外形（即工件外轮廓）的周长，mm；t——工件（材料）厚度，mm；τ——材料的抗剪切强度，查文献[1]表1-3可知，硬铝抗剪强度103-147Mpa，取τ=125Mpa；39 其中：落料轮廓的周长L通过计算可知：L=80+50+50+80+20=280mm；故：F落=1.3×280×2×125(N)=91000(N)=91(KN)冲孔力F冲=1.3Ltτ式中：L——冲孔外形（即内孔）的周长，mm；t——工件（材料）厚度，mm；τ——材料的抗剪切强度，查表可知，取τ=125Mpa其中：冲孔轮廓的周长L计算可知：L=2d其中：d为冲孔直径，2πd为两孔圆周长之和。故：F冲=1.3Ltτ=1.3×2×3.14×6×2×125=12.25KNFc=F落+F冲=91+12.25=103.25KN查文献[1]表2.16可知：K卸=0.025-0.08,取0.05，K推=0.03-0.07，取0.05Fx=KxFc=0.05×103.25=5.163(KN)Ft=nKtFc其中：取凹模刃口高度h=10mm，因为工件厚度t=2mm，所以n=h/t=10/2=5个；故：Ft=nKtFc=5×0.05×103.25=25.8(KN)39 冲裁工序力：F总=Fc+Fx+Ft=103.25+5.163+25.8=134.3（KN）1.1.1压力中心计算模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲裁模具的压力中心与压力机滑快的中心相重合。否则，在冲裁过程中，会使滑块模柄承受附加弯矩，使模具与压力机滑块产生偏移，凸、凹模之间的间隙分布不均匀，使模具导向零件加速磨损，模具刃口及其他零件损坏，减低模具和压力机的使用寿命。在设计时，必须确定模具的压力中心，并使之与模柄轴线重合。压力中心确定：图3冲裁压力中心如上图3所示，该工件在X轴方向对称，故只需求解Y轴方向上压力中心的位置x=/2=80/2=40mm工件Y方向不对称，故压力中心到X距离：其中：=24mmy1=25mm=80mmy2=0mm39 =50mmy3=25mm=20mmy4=50mm=10mmy5=45mm6=40mmy6=40mm7=10mmy7=45mm8=20mmy8=50mm9=18.84mmy9=20mm10=18.84mmy10=20mm计算时，忽略边缘8-R1圆角。故：y=24.4mm由以上计算可知冲压件压力中心的坐标为（40，24.4）。1.1工作零件刃口尺寸计算1.1.1落料模具工作零件刃口尺寸计算冲裁间隙是冲裁模设计的一个重要参数，它对冲裁过程的影响是多方面的，在冲裁模设计的过程中必须考虑。合理的冲裁间隙提高模具寿命，冲裁出的冲裁件质量好。合理冲裁间隙确定：查文献[1]表2-17可知：凸模和凹模最小间隙为：Zmin=0.3mm凸模和凹模最大间隙为：Zmax=0.34mm由于冲裁时凸凹模之间存在间隙，所以所落得料和冲出的孔的断面都是带有锥度的。落料时工件的大端尺寸近似等于凹模的刃口尺寸，所以落料工序应以凹模为基准件；冲孔时，工件的小端尺寸近似等于凸模的刃口尺寸，冲孔工序应以凸模为基准件。落料时，因外形轮廓较复杂，故模具按配合加工的方法制造，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：落料部分以落料凹模为基准计算，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸。零件图中落料部分的尺寸偏差如下：39 800-0.74mm500-0.6210+0.1-0.140+0.390R10-0.2查文献[1]表2-15得磨损系数x为：当△≥0.50时，x=0.5当△＜0.50时，x=0.75mmmmmmmmC=C10d=100.1/4=100.025mm落料部分相应的凸模尺寸按凹模尺寸配制，保证其双面间隙为0.3mm～0.34mm。1.1.1冲孔模具工作零件刃口尺寸计算冲Φ6mm孔时，凸模外形为圆孔，故模具采用凸、凹模分开加工的方法制造，以冲孔凸模为基准计算，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：查文献[1]表2-17可知：凸模和凹模最小间隙为：Zmin=0.30mm凸模和凹模最大间隙为：Zmax=0.34mm查表得因数x为：x=0.5查文献[7]标准2-12公差，凸模按IT6，凹模按IT7级查，可知：为了保证冲裁间隙在合理范围内，必须保证+的条件校核：0.34-0.30=0.04mm+=0.011+0.018=0.039mm满足：+条件凸模尺寸计算：=(+xΔ)=(6+0.5×0.22)mm=mm凹模尺寸计算：39 ==mm1.1.1孔心距计算两圆孔之间的位置公差Δ为0.32mm故L=(60-0.16+0.5×0.32)0.125×0.32=600.04mm1.2模具结构及零件设计1.2.1工作零件结构设计凹模结构采用整体式，刃口形式采用直筒式。落料凹模板尺寸：落料凹模厚度：=23.1Ha=23.1mm，取25mm落料凹模壁厚：C≥(1.3～2)H=(1.3～2)×25=（32.5～50）mm取34mm凹模最小长度：A=b+2L式中：b——垂直于送料方向凹模型孔壁间最大距离L——沿送料方向凹模型孔壁至凹模边缘的最小距离，L=34mmA=80+2×34=148mm，由凹模板厚度Ha和凹模最小长度A查JB/T一6743.1-94表得，确定凹模板外形为：160×125×25（mm），材料为Cr12的矩形凹模板。凸凹模尺寸：凸凹模长度为：L=h1+h2+h=20+12+20=52(mm)其中：h1—凸凹模固定板厚度，取20mm；h2—弹性卸料板厚度，取12mm；39 h—增加长度(弹性元件安装高度等），取20mm，材料为Gr12凸凹模外刃口间薄壁效核：该冲裁件结构的凸凹模内外刃口最小壁厚为7mm，根据材料t=2的要求，查表可知，该壁许用最小壁厚为4.9mm＜7mm，故该凸凹模强度足够，不需要增加壁厚。冲孔凸模结构采用整体式，采用台阶式。冲孔凸模高度尺寸，L=h1+h2=15+25=40mm其中：h1——凸模固定板厚度，取15mm；h2——凹模厚度，25mm，材料为T10A1.1.1定位零件结构设计在倒桩式复合模中，多采用挡料销+两个导料销的形式实现条料的定位。1.1.2卸料、推件装置结构设计因为材料厚度为2，较薄，且材料硬度较低，所以采用弹性卸料板，弹性元件采用橡胶。卸料板厚度取12mm,，卸料板与凸模之间间隙应大于冲裁间隙，取0.5mm，材料选用45钢。在倒装式复合模中，冲裁后工件嵌在上模部分的落料凹模内，需由刚性或弹性推件装置推出。刚性推件装置推件可靠，可以将工件稳当地推出凹模。但在冲裁时，刚性推件装置对工件不起压平作用，故工件平整度和尺寸精度比用弹性推件装置时要低些。由于工件尺寸精度一般，刚性推件装置已能保证工件所有尺寸精度，又考虑到刚性推件装置结构紧凑，维护方便，故这套模具采用刚性结构。1.1.3固定零件结构设计模架采用后侧导柱式，滑动导向，下模座的尺寸：hx=(1-1.5)Ha=25-37.5，取30mm，材料选用Q235，上模座的尺寸：hs=hx-5=25mm，材料选用Q235，导柱安装在下模座，导套安装在上模座。导套与导柱选用H7/h6小间隙配合，导柱与下模座之间、导套与上模座之间选用H7/r6的过盈配合。导套、导柱为20钢。模柄选用凸缘式模柄，材料选用45钢。凸凹模固定板厚度选用20mm，尺寸选用160×125×20（mm），材料为45钢。39 凸模固定板厚度选用15mm，尺寸选用160×125×15（mm），材料为45钢。上垫板厚度选用8mm，尺寸选用160×125×8（mm），材料为T8A上垫板厚度选用8mm，尺寸选用160×125×8（mm），材料为T8A。下垫板厚度选用8mm，尺寸选用160×125×8（mm），材料为T8A。1.1.1压力机选用因为总冲压力F总=134.3KN，模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，并结合现有设备，选用J23-630开式双柱可倾冲床，并在工作台面上备制垫块。其主要工艺参数如下：公称压力：630KN滑块行程：120mm行程次数：70次/分最大闭合高度：360mm连杆长度：80mm1.1.2模具装配简图39 图4主视图1—下垫板；2—凸凹模固定板；3—销钉；4—卸料螺钉；5—凸凹模；6—卸料板；7—落料凹模；8—凸模固定板；9—上垫板；10—销钉；11—冲孔凸模；12—模柄；13—打料杆；14—推板；15—推件块；16—销钉；17—螺钉；18—上模座；19—导套；20—导柱；21—弹性橡胶；22—螺钉；23—下模座；24—导料销；25—挡料销39 图5俯视图图6三维装配简图39 图4、图5、图6分别为倒装式复合冲裁模具的主视图、俯视图、三维模型，该套模具结构紧凑，体积较小，生产效率高，适合冲裁批量大、精度要求高的制件。凸凹模5、落料凹模7、冲孔凸模11为工作零件，落料凸模采用整体式，其刃口采用直筒式（刃口加工方便、强度高、刃口尺寸不会因修磨而过大变化）；冲孔凸模采用台阶式，分工作部分和固定部分；其中凸凹模是直接使坯料成形的工作零件，是模具上的关键零件，要求有足够的强度，且需保证凸凹模壁厚大于最小壁厚，该套模具的凸凹模采用Cr12，淬火硬度达到60～64HRC。该套模具为倒装式复合模具，采用两个导料销和挡料销进行定位，导料销24保证条料的送进方向，实现横向定位，挡料销25控制条料的送料进距，实现条料的纵向定位，都固定在弹性卸料板6上，它们的位置根据图2所示排样图确定，并在落料凹模7相应位置上钻其让位孔，完成对条料的定位。因冲裁件厚2mm，且材料硬度不高，故采用弹性卸料装置，卸料板6、橡胶21组成弹性卸料装置，通过卸料螺钉4安装在模具下模，完成卸料工作。导套19、导柱20为导向零件，导柱安装在下模座23上，导套安装在上模座18上，采用滑动导向，导套与导柱采用H6/h5小间隙配合，导柱与下模座之间、导套与上模座之间采用H7/r6过盈配合；在上模座上开有排气孔（图5上所示），保证压力机的正常运行；模架采用后侧导柱式，下模座比上模座厚5mm，在下模座上开有漏料孔（比漏料尺寸大），使冲裁产生的废料自然下落。因制件的平整度要求不高，故采用刚性推件装置，刚性推件装置相比弹性卸料装置有结构简单、稳定可靠等优点，打料杆13、推板14、推件快15以及推杆组成刚性推件装置，完成对制件的推出，打料杆安装在模柄内，推板安装在上模座凹槽内，打料杆与推板相连，连杆连接推板与推件块，连杆与上垫板、凸模固定板采用小间隙配合，推件块安装在落料凹模内，并在推件块开有通孔，与冲孔凸模按H7/h6小间隙配合。39 上垫板9、下垫板1、凸模固定板8、凸凹模固定板2为固定零件，上下垫板能减小模座所承受的压力，起保护模具的作用，凸模固定板固定冲孔凸模、凸凹模固定板固定凸凹模。模柄12为连接零件，起下部固定在上模座上，其上部固定在压力机滑块上。其余为紧固件，螺钉用来连接冲裁模具中的各个零件，使其成为一个整体，销钉起定位作用。通过把模柄安装在压力机滑块上，通过压力机的动力实现模具的冲裁加工，为确保压力机和模具的正常工作，应使冲裁模具的压力中心与压力机滑块中心相对应。条料通过2个导料销24和挡料销25完成定位。当压力机使模具上模向下冲裁时，落料凹模7与凸凹模5（作落料凸模用）完成落料工序，冲孔凸模11与凸凹模5（作冲孔凹模用）完成冲孔工序，冲孔落料一步完成，此时制件被凸凹模顶入落料凹模内，冲孔废料由凸凹模孔直接漏下。冲裁完成后模具回复时，弹性橡胶21的弹力推动卸料板6完成卸料工作；同时上模随着滑块回程，当打料杆13与压力机的固定横梁接触时，打料杆、推板14、推件块15以及推杆不在随上模上行，而上模其他部分仍随着滑块向上运动，从而将卡在落料凹模刃口内的制件从凹模内推出，用压缩空气吹走制件。上述所示为这套倒装式复合模具的工作原理，相比正装式复合模，虽然存在凸凹模壁厚、制件平整度等问题，但是倒装式复合模结构简单（比正装式复合模少了一套打料装置），结构简单，操作安全方便，且经校核，凸凹模壁厚符合要求，故倒装式复合模是冲裁图1所示冲裁件的最佳方案。39 1工作零件图及其加工工艺过程1.1凹模零件图及加工工艺过程落料凹模加工工艺过程，材料为，Gr12硬度为60～64HRC。备料，锻造成165×130×30mm的长方形坯料，热处理，退火。粗铣铣六面到尺寸160.3×125.3×28，注意两大平面与相邻邻侧面用标准角尺测量达基本垂直。平面磨，磨光两大平面厚度达25.6mm，并磨两相邻侧面达四面垂直。钳工，用平板和划线盘按图7划线，划出螺纹孔中心线，销钉孔中心线，推件块型孔轮廓线，凹模刃口轮廓线，导料销、挡料销让位孔，钻销钉孔、螺钉孔、让位孔到要求。热处理，凹模工件淬硬至HRC60～64。平面磨，磨光两大平面，使厚度达25.3mm。线切割，按图7编制线切割程序，切割模型孔成形，留单面研磨余量0.01mm。研磨洞口内壁侧面达Ra0.8um，配推件块到要求。平磨，磨凹模板上平面厚度达要求，装配。39 图7-1落料凹模主视图39 图7-2落料凹模俯视图1.1凸模零件图及加工工艺过程冲孔凸模材料为T10A，硬度为56～60HRC。备料，锻造成Φ15×50mm的坯料，热处理，退火，硬度达180～220HB。车工，按图8车削成形留预磨量0.5mm，检验。热处理，淬火硬度至56～60HRC。磨削外圆尺寸至公差要求，磨削工作部分端面至Ra0.8um。检验，钳工，装配。39 图8冲孔凸模1.1凸凹模零件图及加工工艺过程凹凸模材料为GR12，硬度为60～64HRC。备料，锻造成80×50×35mm，热处理，退火。粗铣，铣六面见光。平磨，磨高度两平面到尺寸33mm。钳，划线，划凸模轮廓线并划两凹模洞口中线；钻孔，按凹模洞口中心钻线切割穿丝孔；锪扩凹模落料沉孔。到要求，钻螺纹底孔并攻丝到要求。热处理，淬火，硬度达60～64HRC。平磨，磨高度到32.3mm。线切割，按图9编制线切割程序，并单边留0.01～0.02研磨余量。钳，研凸凹模并配入凸模固定板，研各侧壁到Ra0.8um。平磨，磨高度到要求，装配。39 图9凸凹模39 1总结与展望本次毕业设计，通过对冷冲压模的了解（尤其是倒装式复合模），熟知各种模具的典型结构及格主要部分的作用，了解主要零件的加工工艺，掌握冲裁模具的基本设计流程。本次设计要冲裁的卡口零件，通过工件工艺分析，得该冲裁件属于一般精度，可通过普通冲裁工艺完成加工，该工件需冲孔和落料两道工序，通过比较单工序模、复合模、级进模三种工艺方案，选择复合模（倒装式）进行生产加工。通过对冲裁力、压力中心、工作零件刃口尺寸等工艺计算，设计凹模、凸模、凹凸模、卸料板等主要工作零件及选用合理的模架、模柄、导套导柱、紧固件、弹性元件、冲床。通过对倒装式复合模结构基本结构了解，选择合理的定位装置，卸料装置及推件装置。定位采用活动挡料销和两个导料销的形式实现条料的定位，卸料采用弹性卸料板，推件采用刚性推件装置，绘制模具装配图及主要工作零件图。为了提高冲压模具的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术的发展非常关键，对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，是冲压模具技术发展重点。39 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