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四川理工学院毕业设计（论文）毕业设计任务书专 业：模具设计与制造班 级：学生姓名：指导老师：设计评分：二OO 年 月29毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 自动挡料销定位级进模设计机械工程系 专 业： 班级： 学 号：学生： 指导教师：接受任务时间教研室主任 （签名）系主任 （签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求1）按给定的主要技术参数，完成模具装配图和零件工作图的设计（一套）：0#图纸一张、3#图纸不少于9张。2）提出所给冲压件的工艺方案（至少两种），进行分析、比较和论证。3)排样图设计。4）总的冲压力及压力中心计算。5）刃口尺寸计算。6）分析零件的冲压工艺性。并进行相关计算。7）标准模具零件地选择和校核；凸模、凹模和凸凹模结构设计、计算以及非标准模具零件地设计和计算。8）编写冷冲压工艺卡片。9）编写冷冲模零件机械加工工艺过程卡。10）编写设计计算说明书一份(字数不少于2万字)。11）毕业设计说明书、冷冲压工艺卡片、零件机械加工工艺过程卡片、设计图等全部用电子版。2设计（论文）的原始数据：工件简图： 棘块3.指定查阅的主要参考文献1）中国模具工业协会标准委员会编.中国模具标准件手册.上海:上海科学普及出版社,1989。2）冷冲模国家标准 国家标准局 .中国标准出版社，1989。3）冲压工艺与模具设计 姜奎华 机械工业出版社，2002。4）模具制造工艺 黄毅宏 机械工业出版社，2004。5）冲模图册 李天佑 机械工业出版社，1998。6）冷冲模设计 丁松聚 机械工业出版社，1999。7）模具设计与制造简明手册 冯柄亮等 上海科技工业出版社，2002。8）冷冲压与塑性成型工艺及模具设计 翁其金 机械工业出版社，1990。9)赵孟栋主编.冷冲模设计（第二版）.北京：机械工业出版社，1997。10）王孝培主编. 冲压手册.北京：机械工业出版社，1990。11）肖景容、姜奎华主编.冲压工艺学.北京：机械工业出版社，1990。4进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1熟悉、理解毕业设计课题、明确设计的目的；围绕课题搜集、整理分析相关技术的资料；拟定设计方案。2初步计算与初校核。3复算与复核4结构设计。5系统整理、完善；编写设计计算说明书。准备答辩、答辩（QQ：441976457。120677913）专业定做模具类、数控类毕业设计数控类毕业设计：箱体零件数控加工工艺杯轴数控加工工艺与编程齿轮泵泵体加工工艺及数控程序设计齿轮轴数控加工工艺与编程传动轴盖数控加工工艺与编程导向架数控加工工艺与编程花键轴数控加工工艺与编程上盖板数控加工工艺与编程拔叉数控加工工艺毕业设计说明书电话机面壳凸模零件的数控加工 毕业论文阀门数控专业毕业设计加工中心数控加工工艺与编程输出轴数控加工工艺与编程五角星的数控加工型腔零件的加工工艺与加工编程轴承套数控加工工艺与编程轴类零件的数控加工编程，壳类零件加工工艺与编程、箱体类零件加工工艺与编程作用杆套件数控加工工艺及编程等等塑料模具毕业设计：电器旋钮塑料件模具设计套件尼龙塑料模具设计塑料盒模具设计外壳罩塑料模设计方壳罩塑料模设计尾灯罩注塑模具设计瓶盖注塑模具毕业设计罩盖塑料模设计电位器盒注塑模具设计盖板注塑模具设计骨架注塑模毕业设计四孔螺盖注塑模毕业设计限位块注塑模毕业设计等等很多冲压模具毕业设计：摆动连杆冷冲模毕业设计灭弧罩脚垫片落料冲孔圆筒落料、拉深、成型、修边复合模挡油盘拉伸及冲孔模具设计铁心片冲裁复合模定触片进级模设计屏屏板冷冲进级模设计挡板动触片1复合模心轴托架冲模盖冒垫片冲模设计摩托车油箱注油口冲压工艺及模具设计汽车盖板冲裁模设计止动杠杆冲模毕业设计支架的冷冲模毕业设计垫圈冷冲模设计电机炭刷架冷冲压模具设计传感基座级进模固定片多工位级进模荆块级进模接触片多工位级进模排气垫加强片级进模夹头簧片级进模V形件冲压成形工艺及模具设计等等很多很多摘 要本设计说明书中概括了模具市场的发展趋势及冲压技术的概念和发展方向，主要是棘块冲压模具的详细设计过程，包括工艺方案的确定，模具刃口尺寸的计算，以及压力机校核等。棘块这种零件采用冲压生产时必要的，由于零件的尺寸、结构、产量限制最好采用级进模生产，还采用自动挡料销提高生产效率。但是棘块零件的结构设计不是很合理，使得模具制造难度增大，若适当改变其结构可大大降低生产成本。关键词：冲模；级进模；排样。ABSTRACTThis brochure outlines the design of the development of the market die stamping technology trends and concepts and the development direction of the main block is the spine of the detailed design of stamping die process, including the determination of technology programs, the calculation of die cutting size, and press Check, etc. . Oxytropis block the use of such parts stamping production necessary, due to the size of components, structure, the best use of production-limiting progressive die production, and marketing materials to increase the use of automatic production efficiency. But the spine of the structural design of block parts is not very reasonable, making mold manufacturing difficult, if appropriate changes in its structure can greatly reduce the production costs.Keywords: Stamping mold; progressive mol目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 模具市场十大发展趋势11.2 冲压的概念、特点及应用21.3 冲压的基本工序及模具31.4 冲压技术的现状及发展方向4第2章 工艺性分析82.1 分析零件图82.1.1、冲压加工的经济性分析82.1.2、冲压件的工艺性分析82.2 确定冲压件的总体工艺过程92.2.1、选择冲压基本工序92.2.2、确定冲压次数和冲压顺序92.2.3、工序的组合方式10第3章 排样图设计123.1 排样1133.2 排样2143-3 排样3153-4 排样4163-5确定排样方案163-6建议17第4章 计算冲压力及确定压力中心194.1 计算冲压力194.1.1冲裁力的计算194.1.2 推件力的计算194.1.3 总冲压力204.2 确定压力中心20第5章 模具刃口尺寸计算225.1 确定制件尺寸公差225.2计算落料凸凹模刃口尺寸235.3计算冲孔凸凹模刃口尺寸245.4棘块凸凹模尺寸公差标注25第6章 模具总体结构设计266.1 模具类型266.2 操作与定位方式266.3 卸料与出件方式266.4 模架类型及精度26第7章 凸凹模设计287.1 凹模设计287.1.1凹模洞口形状的选择287.1.2凹模的外形尺寸287.1.3凹模的固定方法307.2 凸模设计307.2.1凸模形式307.2.2凸模长度307.2.3落料凸模结构317.2.4冲孔凸模结构图317.3凸凹模材料选取的原则327.3.1选取的一般原则327.3.2模具选材的具体考虑因素327.4凸模、凹模材料的选择327.5凸模的校核33第8章 模具零部件设计358.1模架选用358.2 模柄选用368.3凸模固定板设计378.4垫板设计378.5 定位零件选用388.5.1自动挡料销的工作过程和结构388.5.2始用挡料销398.6导正销408.7螺钉及销钉选用408.7.1螺钉408.7.2钉规格的选用40第9章 压力机选择及校核419.1设备类型选择419.2压力机主要参数429.3压力机校核429.3.1 工称压力429.3.2滑块行程439.3.3滑块行程次数439.3.4压力机工作台面才尺寸439.3.5滑块模柄孔尺寸439.3.6闭合高度43设计总结44参考文献45致谢46附图47四川理工学院毕业设计（论文） 第一章 绪论1.1 模具市场十大发展趋势 目前，国内市场对中高档模具的需求量很大，但要求国产模具必须在质量、交货期等方面满足用户的需求。另外，随着近年来工业发达国家的人工费用增加，其模具生产正向发展中国家特别是东南亚国家转移。因此，只要国产模具的质量能够有提高，交货期能够保证，模具出口的前景是十分乐观的。 有专家认为，伴随着世界经济的一体化浪潮，全球制造业加速向中国大陆地区转移已是大势所趋，中国也将逐步发展成为世界级的制造业基地。广东珠江三角地区将在十年之内发展成为世界模具生产中心。 模具市场十大发展趋势 一是模具日趋大型化。这是由于模具成型的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的一模多腔所造成的。 二是模具的精度越来越高。10年前，精密模具的精度一般为5微米，现在已达到2-3微米，不久1微米精度的模具将上市。这要求超精加工。 三是多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高。 四是热流道模具在塑料模具中的比重逐渐提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应用在外国发展很快，许多塑料模具厂生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术，有的厂家使用率达到80%以上，效果十分明显。热流道模具在我国也已生产，有些企业使用率上升到20%30%。 五是随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制，所以对模具钢的性能要求很严。 六是标准件的应用将日渐广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用在十五期间必将得到较大的发展。 七是快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量生产时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到75%以上。由此，一方面是制品使用周期缩短，另一方面花样变化频繁，要求模具的生产周期愈短愈好。因此开发快速经济模具将越来越引起人们的关注。 八是随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。九是以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。 十是模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。1.2 冲压的概念、特点及应用冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。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，只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，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）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。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地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，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。因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。1.3 冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合、级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。1.4 冲压技术的现状及发展方向随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。(1)冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。(2)冲模是实现冲压生产的基本条件在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2 5微米，进距精度23微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为1500040000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300mm /min,加工精度可达1.5微米，表面粗糙度达Ra=010.2微米; 精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。(3) 冲压设备和冲压生产自动化方面性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的410倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。(4)冲压标准化及专业化生产方面模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。第二章 工艺性分析2.1 分析零件图产品零件图是分析和制定冲压工艺方案的重要依据。图2-1所示为棘块。 图2-1棘块2.1.1、冲压加工的经济性分析冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其生产效率高，材料利用率高，操作简单等一系列优点而得到广泛应用。由于一套模具的费用很高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性的作用。批量越大，冲压加工的单件成本就越低。反之，批量小时，冲压加工的优越性就不明显。对于棘块这种零件，由于是大批量生产，故而采用冲压加工生产能够减少单件产品的成本，可以取得很好的经济效益。2.1.2、冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性分析是指该零件在冲压加工中的难易程度。在技术方面，主要分析该零件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求。良好的工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单且寿命长，产品质量稳定，操作简单、方便等。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是冲压件的结构尺寸和精度要求。冲压工序：只有落料、冲孔；材料：该零件材料选用的是20钢，为碳素钢，具有良好的可塑性，具有良好的冲压性能，适合冲裁；结构：相对简单，棘块厚度为4mm，有12mm和6mm的两个孔。右下方突出的狭小部分头部宽度只有4mm，与料厚相同，限于工件的用途，此部分不能加宽，但用冲压加工的方法仍然可以成型；精度：全部为自由公差，尺寸精度要求不高可看作IT13级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。该工件可以用冷冲压加工成型。2.2 确定冲压件的总体工艺过程在综合分析，研究零件成型性的基础上，以材料的极限变形参数，各种变形性质的复合程度及趋向性，当前的生产条件和零件的产品质量要求为依据，提出各种可能的零件成形总体工艺方案。根据技术上可靠，经济上合理的原则对各种方案进行对比、分析，从而选出最佳的工艺方案（包括成形工序和各种辅助工序的性质、内容、复合程度、工序顺序等），并尽可能的进行优化。2.2.1、选择冲压基本工序剪切、落料、切边、冲孔、弯曲、拉深、翻边等是常见的冲压工序，各工序有其不同的性质、特点和用途。有些可以从产品零件图上直观地看出冲压该零件所需工序的性质。有些零件的工序性质，则必须经过分析和计算才能确定。就棘块而言，很明显，从零件图上便能很直观的看出需要冲孔和落料两中基本工序。故，对于棘块而言，所需的工序有冲12mm孔，冲6mm孔，落料。2.2.2、确定冲压次数和冲压顺序（1）冲压次数冲压次数是指同一性质的工序重复进行的次数。如拉深件，可根据它的形状和尺寸，以及板料许可的变形程度，计算出拉深次数。但对于平板件，如冲孔、落料件，一般来说都是一次成形。就棘块来说，由于只有冲孔和落料两种性质的工序，属于平板件，故而冲12mm孔次数为一次，冲6mm孔的次数为一次，落料的次数为一次。（2）冲压顺序冲压顺序的安排应该有利于发挥材料的塑性以减少工序数量。主要是根据工序的变形特点和质量要求来安排。对于有孔或有缺口的平板件，若选用简单模时，一般先落料，再冲孔或切口；若使用连续模时，则应先冲孔或切口。2.2.3、工序的组合方式一个冲压件往往要经过多道工序才能完成。因此，编制工艺方案时，必须考虑是采用简单模一个一个工序完成还是将某些工序组合起来，用复合模或连续模生产。通常，模具的选用主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度要求等因素。生产批量大，冲压工序应尽可能地组合在一起，采用复合模或连续模冲压；小批量生产时，通常选用单工序简单模。但对于尺寸过小的冲压件，考虑到单工序模上料不方便和生产效率低，也通常选用复合模或连续模生产；若采用自动送料，一般用连续模冲压；为避免多次冲压的定位误差，通常选用复合模生产；当用几个简单模制造费用比复合模还高，而生产批量又不大时，也可考虑将工序组合起来，选用复合模生产。工序组合方式，可选用复合模或连续模。一般来说，复合模的冲压精度比连续模高，结构紧凑，模具轮廓尺寸比连续模小；但是，连续模的生产效率高，操作比较安全、简便，容易实现单机自动化生产，若装上自动送料装置，可适用小件的自动冲压。对于如图2-1所示的棘块，先拟订以下三种工序组合方式：方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产。方案二：落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔-落料级进冲压，采用级进模生产。三种类型模具优缺点比较如下：单工序模复合模级进模结构简单较复杂复杂成本、周期小、短小、短高、长制造精度低较高高材料利用率高高低生产效率低低高维修不方便不方便方便产品精度高高低品质低低高安全性不安全不安全安全自动化易于自动化冲床性能要求低低高应用小批量生产大中型零件的冲压试制大批量生产内外形精度要求高大批量生产中小零件冲压分析：方案一模具结构简单，即落料，冲12mm孔，冲6mm孔，各需要一套模具，使得成本高而生产效率低，不能达到大批量生产。方案二工件的精度及生产效率都较高，查文献【1】p237表7-7有凸凹模的最小壁厚为a=8.5mm，若采用复合冲裁模壁厚实际a=3mm，显然aa，则采用复合模生产不妥。方案三可以完成复杂零件的冲裁，虽然工位数量增加但是不影响生产效率。（1）操作安全简单，不必将手伸入模具的危险区域，对于棘块大批量生产采用自动挡料机构。(2)模具寿命长，工序分散在若干个工位，在工序集中的区域还可以设置空位，从而避免了凸、凹模壁厚过小的问题，改变了凸、凹模的受力状态，提高了模具强度。(3)产品质量高，级进模在一副模具内完成产品的全部成形工序，克服了用简单模时多次定位带来的操作不变和累积误差。(4)生产成本较低，级进模由于结构比较复杂，所以制造费用较高，同时材料利用率较低，单由于级进模生产率高、压力机占有数少、需要的操作工人数和车间面积少，减少了产品的储存和运输，因而产品零件的综合生产成本并不高。(5)设计和制造难度大，对经验的依赖性强，级进模结构复杂，技术含量高，设计灵活性大、难度大；设计和制造中的经验、推断和目测工作量多，人才培养时间长，个人之间的差异大；同一产品零件可有多种不同德设计方案，设计的灵活性大；设计和制造周期长，费用高，适用大批量生产。级进模还受产品零件尺寸限制，产品尺寸不宜太大。（6）按订单生产，而不是按计划生产，订货市场影响大，交货期要求短。结论：采用方案三为佳。 第三章 排样图设计冲压件在条料上的布置方法称为排样。排样工作虽然看似比较简单，但很有讲究，而且非常重要。排样是否合理，对材料利用率的大小有直接影响。还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等，因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料利用率。要提高材料利用率，就必须减少废料面积，冲裁过程中所产生的废料，可分为两种情况：（1）结构废料 由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料称为结构废料，它取决于工件的形状，一般不能够改变。（2）工艺废料 工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料称为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。因此，提高材料利用率要从减少工艺废料着手，同一个工件，可以有几种不同的排样方法。一般而言，排样原则有：1.提高材料利用率。对冲压件来说，由于产量大，冲压生产效率高，原材料费用常会占到冲件总成本的60%以上，所以材料利用率是是一项很重要的经济指标；2.使工人操作方便、安全，减轻工人的劳动强度，保证有较高的生产效率。应尽量选条料宽、进距小的排样方法；3.使模具结构简单，模具寿命较高；4.排样应保证冲压件的质量。由于棘块的外形比较复杂，为了节约材料要通过多次作图分析来确定工件在条料上的方位。通常来说，对于这种形状较复杂的冲裁件，要用计算的方法选择一个合理的排样方式是比较困难的。可用厚纸片剪3-5个样件，在摆出各种可能的排样方案后，从中选择一个比较合理的方案作为排样图。根据材料的经济实用程度，排样方法可分为有废料排样、少废料排样、无废料排样3种：（1）有废料排样，沿工件的全部外形冲裁，工件与工件之间，工件与条料侧边之间都有工艺余料（搭边）存在，冲裁后搭边成为废料。（2）少废料排样，沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料侧边之间有搭边存在。（3）无废料排样，工件与工件之间。工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得工件。3.1 排样1（图3-1）图3-1 排样1由文献【2】p72表2-13如图3-2查得搭边a和a1的值分别为：a=3.2mm，a1=3.5mm （1） 条料宽度确定采用有侧压装置查文献【2】p73表2-4条料宽度公差。按如下公式求得条料宽度：（2） 进距A确定按文献【2】p74公式则一个步距内的材料利用率为：=S/(AB)100% =251/（21.240.9）100%=28.95%图3-2 搭边值3.2 排样2（图3-3）图3-3 排样2由文献【2】p72表2-13如图3-2查得搭边a和a1的值分别为：a=3.2mm，a1=3.5mm （1） 条料宽度确定采用有侧压装置查文献【2】p73表2-4条料宽度公差。按如下公式求得条料宽度：（2） 进距A确定按文献【2】p74公式则一个步距内的材料利用率为：=S/(AB)100% =（2512）/（40.936.18）100% =34%3-3 排样3（图3-4）图3-4 排样3采用这种排样搭边值分两种情况，由文献【2】p72表2-13查得搭边a和a1的值分别为：a=2.8mm或a=2.5mm，a1=2.8mm （1） 条料宽度确定采用有侧压装置查文献【2】p73表2-4条料宽度公差。按如下公式求得条料宽度：（2） 进距A确定由autocad软件测定。 则一个步距内的材料利用率为：=S/(AB)100% =（251）/（29.528.8）100% =29.5%3-4 排样4（图3-5）图3-5 排样4（1） 条料宽度确定采用有侧压装置查文献【2】p73表2-4条料宽度公差。按如下公式求得条料宽度：（2） 进距A确定由autocad软件测定则一个步距内的材料利用率为：=S/(AB)100% =（251）/（36.724.34）100% =28.1%3-5确定排样方案由材料利用率可知， ，即采用排样2方式材料利用率要高一些。但是冲孔凸模之间距离太短，凹模上孔之间距离太短凹模强度不够，并且冲裁时板料还要调转180，操作不方便，板料会翘曲冲裁精度会大大降低，排样2不宜采用，排样1、4和3能达到凹模强度要求，从材料利用率考虑选择排样3要合理些。采用GB/T 708-1988规格为15001800mm的板料来裁剪条料，纵横剪裁对比如下： 若用纵裁: 裁板条数N: N=B/b=1500/29.5=50条余25mm 每条个数n: n=(1800-2.8)/28.8=62个余12mm 每板总个数: =Nn=5062=3100个材料利用率: 若用横裁: 裁板条数N: N=1800/b=1800/29.5=61条余0.5mm 每条个数n: n=(1500-2.8)/28.8=52个余0.1mm 每板总个数: =Nn=6152=3172个材料利用率: 综上两种裁板方案,可见横裁有较高的材料利用率,且工件没有纤维性的考虑,因此决定采用横裁,总的材料利用率为29.3%。如图3-6图3-6 板材裁剪样图3-6建议通过各种排样方案都可以看出利用率都很低，产生的废料可分为两种情况，一是结构废料，二是工艺废料。结构废料是由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料，一般不能改变。工艺废料是工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要截取的料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料。由于工件通过多种排样方式后材料利用率都不是很高，并不能减少更多的工艺废料，为了考虑适当的经济性。在不影响使用情况下可以着手改变一点工件的结构。如图3-7：图3-7 修改样图采用上图结构后材料利用率可达到30%以上，原先的尖角该成圆角，避免工件应力集中降低使用寿命，也使模具制造更容易且提高模具的寿命。第四章 计算冲压力及确定压力中心4.1 计算冲压力冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必须的数据。4.1.1冲裁力的计算冲裁力按文献【2】p50公式2-1，进行计算式中 L冲裁件周边长度，用autocad软件查询得L=146.9458mm t材料厚度，t=4mm 材料抗剪强度，查文献【3】p38表2-3查得20钢的抗剪强度 =300 MPa K系数，考虑到刃口钝化、间隙不均匀、材料力学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数。一般常取K=1.3。所以，4.1.2 推件力的计算由于影响推件力的因素主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸凹模表明粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。要准确计算这些力是很困难，实际生产中常有经验公式文献【2】p52 进行计算，但实际生产时，凹模孔口中会同时卡有好几个工件，所以计算推件力时应该考虑工件的数目， 式中 F冲裁力，F=230KN； n工件数目，由文献【3】p101表4-2得，根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h8mm，为了修模时能保证模具仍有足够的强度，必须留有一定的富余量，所以取直壁高度h=8+4=12 mm,故留在凹模内的冲件数：n=h/t=12/4=3 系数，查文献【2】p52表2-2，取 所以 ，4.1.3 总冲压力因采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模，所以总压力为 因此可以初步选定压力机的型号为J21-40。4.2 确定压力中心压力中心是指冲压力合力的作用点。模具的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机滑块的中心线重合。否则滑块就会受到偏心载荷而导致滑块导轨和模具的不正常磨损，降低模具寿命甚至损坏模具。因此压力中心的确定是非常有必要的。对于图2-1所示零件，由于其形状比较复杂，要根据合力对某轴之力矩之和的力学原理求得。如图4-1所示。图4-1 压力中心（1）先选定坐标轴x和y（2）将工件周边分成若干段简单的直线和圆弧段，求出各段压力中心的坐标尺寸。=31 =20.06 =-24.28=9 =6.06 =-16.25=27.6252 =16.67 =-10.09=37.6991 =73.55 =-14=18.8494 =54.22 =-21.45=11.4886 =28.76 =-18.49 =5 =33.64 =-23.46=6.2832 =36.42 =-26.19（3）计算压力中心A的坐标位置：计算出C点的坐标如图4-1表示。第五章 模具刃口尺寸计算凸模和凹模工作部分尺寸直接决定了冲裁件的尺寸和间隙大小，是模具上最重要的尺寸。一般来说，凸模和凹模工作部分尺寸计算的原则如下：1.落料时，落料件的尺寸是由凹模决定的，因此应以落料件凹模为设计基准。冲孔件的尺寸是由凸模决定的，因此应以冲孔件凹模为设计基准。2.凸模和凹模应考虑磨损规律。凹模磨损后会增大落料件的尺寸，凸模磨损后会减小冲孔件的尺寸。为了提高模具寿命，在制造新模具时应把凹模尺寸做得趋向于落料件的最小极限尺寸，把凸模尺寸做得趋向于冲孔件的最大极限尺寸。3.凸模和凹模之间应保证有合理间隙，对于落料件，凹模是设计基准，间隙应由减少凸模尺寸在取得；对于冲孔件，凸模是设计基准，间隙应由增大凹模尺寸来取得。由于间隙在模具磨损后会增大，所以在设计凸模和凹模时取得初始间隙的最小值Z。4.凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应。而偏差值应按入体方向标注。5.尺寸计算要考虑模具制造的特点。模具制造有两种加工方法：分别加工法和单配加工法。分别加工法主要用于冲裁件的形状简单、间隙较大的模具或用精密设备加工凸模和凹模的模具。单配加工法则多用于冲裁件的形状复杂、料薄、间隙小的模具。对于图2-1所示零件，因料较厚，形状较复杂，采用单配加工的方法制造，工艺比较简单，并且还可以放大基准件的制造公差，（一般可取冲件公差的1/4），使制造容易。5.1 确定制件尺寸公差通常冲裁件的精度不是很高一般情况IT12、IT13、IT14或者更低精度，由于制件没有标注尺寸公差确定为IT13级，查文献（4）p104表9-1尺寸公差表示如图5-1：图5-1 制件公差5.2计算落料凸凹模刃口尺寸通常冲裁件都不是规则的圆柱直壁，基本上时呈锥台形状，在制造凸、凹模是通常看零件时落料件还是冲孔件来确定模具制造的基准件，然后保证一个合理间隙配做另一模具。制造时按冲裁件向实体方向收缩原则，落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，所以落料件应以凹模为基准件，然后配做凸模。使用过程中凹模磨损后刃口尺寸的大小有增大、减小、不变三种情况。如图5-1不加括号尺寸A1-A5是凹模磨损后变大尺寸，C1-C2是凹模磨损后尺寸不变尺寸。（1）磨损后尺寸变大由文献【2】p64查下表5-1表5-1 系数x材料厚度非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差查得： 由文献【2】p63查下表5-2表5-2 规则形状冲裁时凸模、凹模的制造公差基本尺寸凸模偏差凹模偏差基本尺寸凸模偏差凹模偏差0.0200.0200.0300.0450.0200.0250.0350.0500.0200.0300.0400.0600.0250.0350.0500.0700.0300.040查得制造公差由文献【2】p58表2-5查得由上面查得数据满足如下条件由文献【2】p64公式2-11 计算凹模刃口尺寸如下（2）磨损后尺寸不变由文献【2】p64公式2-15计算凹模刃口尺寸如下（3）凸模尺寸由文献【2】p62公式2-7 计算凸模尺寸如下5.3计算冲孔凸凹模刃口尺寸通常冲裁件都不是规则的圆柱直壁，基本上时呈锥台形状，在制造凸、凹模是通常看零件时落料件还是冲孔件来确定模具制造的基准件，然后保证一个合理间隙配做另一模具。制造时按冲裁件向实体方向收缩原则，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸，所以冲孔应以凸模为基准件，然后配做凹模。使用过程中凸模磨损后，刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况，如图5-1加括号尺寸A1,A2是凸模磨损后变小尺寸。（1）凸模尺寸由文献【2】p63表2-10如图5-3，查得制造公差由文献【2】p58表2-5查得由上面查得数据满足如下条件由文献【2】p64表2-11如图5-2查得 由文献【2】p65公式2-16 得（2）凹模尺寸由文献【2】p63公式2-9 计算凹模尺寸如下
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