毕业设计（论文）-菱形垫片冲压模具设计

XXXX 大学大学本科毕业设计本科毕业设计( (论文论文) )题目题目：菱形垫片冲压模具设计菱形垫片冲压模具设计系系 别：别： 机电信息系 专专 业：业： 机械设计制造及其自动化 班班 级：级： 1230203 学学 生：生： XXXX 学学 号：号： 123020316 指导教师：指导教师： XXXX 2011 年 06 月毕业设计（论文）任务书系别 机电信息系 专业 机械设计制造及其自动化 班 1230203 姓名 XXXX 学号 1230203161.毕业设计（论文）题目： 菱形垫片冲压模具设计 2.题目背景和意义：冲压是借助冲压设备的动力，通过模具的作用，使板料分离或经塑性成形而获得一定形状、尺寸和性能制件的加工技术。冲压加工是金属塑性加工的主要方法之一。与塑性加工的其它方法及机械制造中其它冷、热加工方法相比具有以下优点：1、生产效率高；2、易于实现机械化及其自动化；3、节约材料，节省能源；4、尺寸精度稳定，表面质量好；5、强度高、刚性大、重量轻等优点。本课题目的训练学生设计冷冲压模具的能力，为以后的工作打下初步的基础。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）：基本要求：确定冲压工艺方案后，应通过分析比较，选择合理的模具结构型式，使其尽量满足以下要求：（1）能冲出符合技术要求的工件；（2）能提高生产率；（3）模具制造和维修方便；（4）模具有足够的寿命；（5）模具易于安装调整，且操作方便、安全。模具装配图一张（A0 以上）；零件图若干张；设计计算说明书一份，典型零件工艺卡片一份。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： 地点：校内 第一周至第三周：查找相关资料，确定加工方案做好开题答辩工作。第四周至第八周：进行模具结构的简单设计，完成中期报告。第九周至第十二周：完成各套冲压模具机构尺寸、强度等具体计算。第十三周至第十六周：绘制冲压模具工程图及相应零件图，完成毕业设计论文5.毕业设计（论文）的工作量要求 论文字数 1.5 万左右，外文翻译 3000 汉字 实验（时数）*或实习（天数）： 无 图纸（幅面和张数）*： 合 3 张 A0 其他要求： 无 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系主任审批： 年 月 日说明：1 本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。2 带*项可根据学科特点选填。菱形垫片冲压模具设计菱形垫片冲压模具设计摘摘 要要全文对菱形垫片的工艺分析确定与模具设计进行具体的论证设计。通过工艺分析确定需要设计四套模具，分别是落料模、冲空模 1、弯曲模、冲孔模 2。根据工艺分析与确定，第一套模具进行落料，相应的设计出落料模。从产品零件图看出其外形不规则，对落零件的排样和材料利用率给予相应的确定和计算，采用弹性卸料、自然落料方式。工件的第二道工序须要冲出中心的大孔，对定位的设计带来了一定的难题。对于工件固定也有一定的要求。工件的第三道工序需要弯曲工件边缘的矩形，模具采用孔和边缘定位，对卸料装置的设计，和凹凸模的计算设计。工件的第四道工序为冲出两个对称的圆孔，两个圆孔的位置度有要求，所以定位采用孔和弯曲面定位。关键词：关键词：定位；冲孔；弯曲；凹模；凸模。Hardware Research on the Measurement System of Ring Laser Resonant CavityAbstractFull text of the analysis of the technology of diamond gasket set and mold design specific demonstration design. Through the analysis of the technology to design four sets of mould to determine, respectively is blanking mold, blunt empty mode 1, bending modulus, punching mould 2.According to process analysis and determination, the first set of mould for blanking, corresponding design ChuLa materials moulds. From product parts graph see the appearance is irregular, on falling blank layout and material utilization give corresponding determination and calculation, using elastic and unloading, natural blanking way.The second procedure need workpiece out the big hole in the center of the design of positioning brings some problems. For the fixed also to have certain requirements.The third procedure need workpieces bending workpiece, the edges of the rectangular mould adopts the hole and edge localization, to unloader device design, and bump mould calculation design.The fourth procedure for workpiece out two symmetrical round hole, two round hole position degree have demands, so the positioning hole and bending face positioning.KeyWords: Positioning；Punchedhole ；Flection; Convex mold；cave mold. III目录目录1 1 绪绪 论论.11.1 冲压的概念、特点及应用.11.2 冲压的基本工序及模具.21.3 冲压技术的现状及发展方向.21.3.1 冲压成形理论及冲压工艺方面.31.3.2 冲模是实现冲压生产的基本条件.31.3.3 冲压设备和冲压生产自动化方面.51.3.4 冲压标准化及专业化生产方面.52 2 设计的具体内容设计的具体内容.73 3 工艺分析与方案确定工艺分析与方案确定.83.1 零件的工艺分析.83.2 工艺方案及模具结构类型.83.3 排样设计.84 4 模具的设计及计算模具的设计及计算.124.1 落料模具的设计及计算.124.1.1 冲压力计算.124.1.2 凸、凹模刃口尺寸及公差计算.154.1.3 落料模具装配简图.164.2 冲的冲孔模具的设计及计算.1740+ 0.0504.2.1 冲压力计算.174.2.2 凹凸模刃口尺寸及公差计算.184.2.3 孔模具装配简图.1940+ 0.0504.3 弯曲模的设计及计算.214.3.1 弯曲力计算.214.3.2 凹、凸模刃口尺寸及公差计算.224.3.3 弯曲模具装配简图.234.4 冲的冲孔模具的设计及计算 .2410+ 0.0204.4.1 冲压力计算.244.4.2 凹凸模刃口尺寸及公差计算.25IV4.4.3 冲的冲孔模具装配简图.2510+ 0.0205 5 结结 论论.275.1 总结.275.2 体会.27参考文献参考文献.28致致 谢谢.29毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明.30毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明.31V主主 要要 符符 号号 表表Ra 表面粗糙度表面粗糙度L 周长周长 弯曲带中心角弯曲带中心角X 、K 系数系数t 材料厚度材料厚度S 步距步距r 半径半径B 宽度宽度A 面积面积 材料利用率材料利用率Z 冲裁模初始双面间隙冲裁模初始双面间隙 强度强度F 作用力作用力n 件数件数h 高度高度A 凸、凹模刃口基本尺凸、凹模刃口基本尺寸寸t 凸模制造公差凸模制造公差a 凹模制造公差凹模制造公差dt 凸模刃口尺寸凸模刃口尺寸VIda 凹模刃口尺寸凹模刃口尺寸 冲裁件制造公差冲裁件制造公差P 弯曲冲压力弯曲冲压力 C 间隙系数间隙系数1 绪论11 1 绪绪 论论1.11.1 冲压的概念、特点及应用冲压的概念、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技术。 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。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。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。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。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。 冲压地、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、1 绪论2航西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）3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。1.21.2 冲压的基本工序及模具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。1.31.3 冲压技术的现状及发展方向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。其表现和发展方向西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）4如下：1.3.11.3.1 冲压成形理论及冲压工艺方面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。1.3.21.3.2 冲模是实现冲压生产的基本条件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西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）5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 25 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2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。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）61.3.31.3.3 冲压设备和冲压生产自动化方面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。1.3.41.3.4 冲压标准化及专业化生产方面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西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）7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。2 设计的具体内容82 2 设计的具体内容设计的具体内容设计菱形垫片的冲压模具。零件图如下：图 2.1 菱形垫片零件图冲压技术要求:a a.材料:Q235；b b.材料厚度:3mm；c c.生产批量:中小批量；d d.未注公差:按 IT10 级确定。3 工艺分析与方案确定93 3 工艺分析与方案确定工艺分析与方案确定3.13.1 零件的工艺分析零件的工艺分析材料：该冲压件的材料是 Q235 是普通碳素钢，具有较好的可冲压性能。零件结构：该冲压件结构简单，比较适合冲压。尺寸精度：零件图上所有未注公差尺寸属于自由尺寸，可按 IT10 级确定工件尺寸的公差。结论：适合冲压。3.23.2 工艺方案及模具结构类型工艺方案及模具结构类型 该零件包括落料、冲孔、折弯三个基本工艺过程，可以采用以下几种工艺方案：方案一：落料；使用简单冲孔工具，冲出中心 40mm 大孔；使用简单冲孔工具，冲出两边 210mm 小孔；使用弯曲模具，折弯零件上 12.8mm 的折弯板。方案二：落料；使用复合冲孔模具，一次成型零件上 40mm 大孔以及210mm 小孔；使用弯曲模具，折弯零件上 12.8mm 的折弯板。方案三：使用复合模具一次完成零件上 40mm 大孔以及 210mm 小孔冲孔以及落料。使用弯曲模具，折弯零件上 12.8mm 的折弯板。方案四：落料；使用简单冲孔工具，冲出中心 40mm 大孔；使用弯曲模具，折弯零件上 12.8mm 的折弯板；使用简单冲孔工具，冲出两边 210mm 小孔。方案五：落料；使用弯曲模具，折弯零件上 12.8mm 的折弯板；使用复合冲孔模具，一次成型零件上 40mm 大孔以及 210mm 小孔。方案一、方案二、方案三都是先冲出孔 210mm，然后再折弯，经计算可知折弯中心距孔边缘小于最小孔边距，因此不合适。方案五的折弯放在落料后，其定位很难确定。方案四采用单工序模具，工序安排合理，模具结构简单，利于加工。因此首选方案四。3.33.3 排样设计排样设计西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）10毛坯展开图尺寸的确定弯曲圆角半径 r=2mm，t=3mm.由于 r/t=0.670.5，称为有圆角半径弯曲，其毛坯展开尺寸为： L=L直线+L圆弧 （3.1） 式中：L-弯曲件毛坯展开长度，单位为 mm; L直线-直线部分的各段长度，单位为 mm; L圆弧-圆弧部分的各段长度，单位为 mm;圆弧长度： L圆弧 =+xt (3.2)2360180（）式中： -弯曲带中心角，单位为。 图 3.1 零件展开图中性层的曲率半径和弯曲变形程度有关，当变形程度比较的大时中性层会向西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）11内侧移动。由表 3.1 可知 x=0.27，表 3.1 中性层位移系数 X 的值r/t00.50.50.80.8223344x0.160.250.250.30.30.350.350.40.40.450.450.5由以上可以算出：L圆弧=+xt180（） =+0.27*3 90180（2） =4.14（mm） L直线=8.8mm可得： L=L直线+ L圆弧=8.8+4.14=12.94（mm）查表 3.2 可得：取工件与工件之间的距离 a=2mm，工件与条料的搭边值b=2mm，在采用直排、对排等排样方式后，经过计算，选取材料利用率最高，而且便于冲裁、符合要求的排样方式。表 3.2 最小搭边值材料厚度工件间 a沿边 b2.53.01.82.23.03.52.22.53.54.02.52.8确定工件排样方式如图 3.2。步距为：S=90.01mm；条料宽度：B=80.94mm；一个步距内制件的实际面积：A=4547.51mm2图 3.2 零件毛坯排样图西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）12材料的利用率 为： (3.3) = 100% =4547.5190.01 80.94 100% =61.94%4 模具的设计及计算134 模具的设计及计算模具的设计及计算4.14.1 落料模具的设计及计算落料模具的设计及计算冲裁间隙是冲裁件中凸模与凹模刃口之间的间隙。凸模与凹模每侧的间隙称为单面间隙，用 Z/2 表示；两侧间隙之和称为双面间隙，用 Z 表示；冲裁间隙对冲裁过程有着很大的影响；对冲裁件的质量起决定性的作用；对冲压力和模具寿命也有较大的影响。查表 4.1 可得：冲裁模初始双面间隙：Zmax=0.640mm，Zmin=0.460mm。表 4.1 冲裁模初始双面间隙材料厚度ZminZmax2.750.4000.50030.4600.6403.50.5400.7404.1.14.1.1 冲压力计算冲压力计算冲裁力是冲裁过程中凸模对凹模施加的压力。在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入板料的深度（凸模行程）而变化的。冲裁力的大小主要与材料的力学性能、厚度、冲裁件轮廓周长及冲裁间隙、刃口锋利程度与表面粗糙度等有重要关系。在落料工序，选择用平刃口冲裁，正装落料模。根据工序图 4.1 可知冲裁长度 L=326.5587mm 。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）14图 4.1 零件毛坯图由零件图可知，工件材料为 Q235，查表 4-2，可知材料的抗剪强度b=370MPa，由零件图可知厚度 t=3mm。表 4.2 Q235 的材料性能材料抗剪强度MPa抗拉强度bMPa屈服强度sMPa延伸率u%切入率K%弹性模量EMPaQ2353103803804702352125632105落料冲裁力 F： F=KLtb (4.1)式中：F冲裁力，单位为 N； K系数，是考虑模具刃口磨损，间隙不均匀，材料机械性能及厚度的波动等实际因素而给出的修正量，一般取K=1.3； t材料厚度，单位为 mm； b材料的抗剪强度，单位为 MPa。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）15可得：F= KLtb =1.3326.55873370 =471224 N =471.2 KN 由于冲裁时材料的弹性变形及摩擦的存在，当冲裁工作结束时，冲制的零件及废料将发生弹性恢复，使带孔部分的板料紧箍在凸模上，而冲下部分的材料则紧卡在凹模洞口中。为继续冲裁，必须将箍在凸模板上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。将紧箍在凸模上的料卸下所需的力称为卸料力，将卡在凹模中的材料推出所需的力称为推件力，将卡在凹模中的材料逆着冲裁力方向顶出所需的力称为顶件力。由于本工序采用弹性卸料装置和自然落料方式，所以总冲压力为： F落=F+FT+FX (4.2) 式中：F落总冲压力，单位为 N； FT-推件力，单位为 N； FX-压料力，单位为 N。 FT=nKTF (4.3) 式中：n-同时卡在凹模内的冲裁件数，n=h/t； KT-推件力系数； FT-推件力，单位为 N。 n=h/t (4.4) 式中：h-凹模孔的直刃壁高度，单位为 mm； t-材料厚度，单位为 mm。 FX=KXF 式中：KX-卸料力系数。 查表 4.3 可得推件力系数、卸料力系数：KT=0.045，KX=0.031，由于冲件料厚t3mm，有 h=3mm；代入数据得：FT=0.045471.2=21.2 KN KX=0.031471.2=14.6 KN 有： F落=471.2+21.2+14.6=507 KN选用公称压力为 600KN 的压力机能满足冲压力要求。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）16表 4.3 卸料力、推件力及顶件力的系数材料厚度/mmKXKTKD约 0.10.0650.0750.10.14010.50.0450.0550.0630.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.054.1.24.1.2 凸、凹模刃口尺寸及公差计算凸、凹模刃口尺寸及公差计算落料冲裁凹凸模由于凹凸模形状复杂，所以采用配做加工方式，这种加工方法的特点是模具的间隙由配作保证，工艺比较简单，不必校核 dt+ daZmax-Zmin条件，并且还可以放大基准件的制造公差（一般可取冲裁件工件公差的 1/4） ，使制造容易。以凹模为基准，配作凸模。凹模磨损后其尺寸变化有两种情况：磨损后变大的尺寸为：；查表 4.4 可得磨损系数：64+ 0.05010+ 0.020X1=1，X2=1；表 4.4 磨损系数 X材料厚度/mm10.750.5120.200.210.410.42240.240.250.490.5040.300.310.590.60 代入公式：Aa= (A + X )+ 0.25 0(4.5) 式中：Aa-凹模刃口尺寸，单位为 mm； A-凹模磨损后可能变大的尺寸，单位为 mm； X-磨损系数，X 值在 0.51 之间，它与冲裁件精度有关； -冲裁件的制造公差，单位为 mm。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）17可得： Aa1= mm（64 - 1 0.05）+ 0.025 0.05063.95+ 0.01250 Aa2= mm（10 1 0.02）+ 0.25 0.0209.98+ 0,0050由以上可知：落料凸模的刃口尺寸按照凹模的实际刃口尺寸配制，保证间隙（0.4600.640）mm。4.1.34.1.3 落料模具装配简图落料模具装配简图图 4.2 落料模具装配件图 模具工作过程 其工作过程为：模具处于开模状态，将条料沿导料板送入模具，当条料料顶端碰到挡料销时，停止送料，驱动冲压机，模具开始合模，卸料板首先接触零件，在弹簧的作用下，零件被压紧在凹模板上，然后继续合模，凸模冲裁带料，菱形垫片毛坯料被冲落，之后在凸模的推动下，由凹模上的落料孔落下，模具闭合完成；然后模具开始开模，在卸料板的作用下，西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）18带料从凸模上脱落下来，带料不会被拖带出导料销范围，待模具开模完成，则完成一次落料过程。重复以上步骤以进行下一次落料。4.24.2 冲冲的冲孔模具的设计及计算的冲孔模具的设计及计算 40+ 0.0504.2.14.2.1 冲压力计算冲压力计算根据工序图 4.3 可知，冲的冲裁长度 L=125.66mm，40+ 0.050图 4.3 零件冲大空简图可知材料的抗剪强度b=370MPa，由零件图可知工件厚度 t=3mm。由公式 F=KLtb计算得： F=1.3125.663270=181332 N=181.3 KN由于采用弹性卸料装置和自然漏料方式，总冲压力为：F大孔=F+FT+FX；查表 4.2 可得 KT=0.045，KX=0.031，由于冲件料厚 t3mm，有 h=3mm，由n=h/t 得：n=3/3=1；由公式 FT=nKTF，FX=KXF 可计算得： 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）19FT=181.30.0451=8.16 KN；FX=181.30.031=5.6 KN 则总冲压力： F大孔=181.3+8.16+5.6=195.1 KN选用公称压力为 300 KN 的压力机。4.2.24.2.2 凹凸模刃口尺寸及公差计算凹凸模刃口尺寸及公差计算由于本工序为冲孔，冲裁形状简单，采用凹模与凸模分开加工。采用凹模与凸模分开加工，其优点是凸、凹模具有互换性，便于成批制造。但受冲裁间隙的限制，要求凸、凹模的制造公差较小。查表 4-4 可得磨损系数：X3=0.75；查表 4.5，可知凸、凹模的制造公差：t1=0.020，a1=0.030；表 4.5 凸模、凹模的制造公差基本尺寸凸模偏差 p凹模偏差 d180.0220.02019300.0200.032530800.0200.030801200.0250.0351201800.0300.0401802600.0300.0452603600.0350.0503605000.0400.0605000.0500.070 代入公式： dt1= (4.6)（+ 3）0 1 da1= (4.7)（1+ ）+ 10 式中：、 da1-冲孔凸、凹模刃口尺寸，单位为 mm；1 -冲孔件孔的最小极限尺寸，单位为 mm； -磨损系数；3 、-凸、凹模的制造公差，单位为 mm；11 -冲裁件的制造公差，单位为 mm；-最小合理间隙，单位为 mm。可得：西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）20 dt1= mm（40 + 0.75 0.05）0 0.02040.03750 0.020 da1= mm（40.0375 + 0.460）+ 0.030040.4975+ 0,0300经校核可知：dt1+ da1Zmax-Zmin（0.020+0.0300.640-0.460）成立，所以设计合理。4.2.34.2.3 孔孔模具装配简图模具装配简图40+ 0.050模具工作过程 模具处于开模状态时，将推件杆手动拉开，然后将零件放置于两个 T 型挡料板之间，紧靠 T 型挡料板，松开推料件，使零件加紧于 T 型挡料板与推件杆之间，完成定位后，驱动压力机，模具开始进行合模动作，待卸料板首先压紧零件，之后，凸模在零件上冲出 40 大孔，之后废料由凹模上的落料孔自行落下，合模过程完成；之后模具开始开模动作，在卸料板的作用下，冲孔成型的零件不会随凸模被拉离凹模表面，依然留在 T 型导料板与推料杆之间，待开模完成后，由手动拉开推料件，将零件取出。重复以上步骤，进行下一零件的冲孔工作。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）21（a）主视图（b）俯视图图 4.4 孔模具装配简图40+ 0.050西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）224.34.3 弯曲模的设计及计算弯曲模的设计及计算4.3.14.3.1 弯曲力计算弯曲力计算本工序采用 90V 型弯曲，正装弯曲模，采用顶杆顶出工件方式。其弯曲投影面积为 0，故校正弯曲力为 0。工件材料为 Q235，查表 4.6 可知：工件单角校正弯曲时的角度回弹值选 0。表 4.6 单角校正弯曲的角度回弹值材料11223Q235-113002130230纯铜、铝、黄铜01300324弯曲时，工件的自由弯曲力为 (4.8) =0.62 + 式中： -冲压行程结束时的自由弯曲力，单位为 N； K-安全系数，一般取 1.3； b-弯曲件的宽度，单位为 mm； r-弯曲件的内弯曲半径，单位为 mm； -材料的抗拉强度，单位为 MPa。由表 4-2 查得工件材料的抗拉强度=460MPa，由零件图测得弯曲件宽度b=50.41mm，内弯曲半径 r=2mm，工件厚度 t=3mm； =162784 N=162 KNP =0.6 1.3 50.41 32 4602 + 3因为有压料装置，所以压料力可以取自由弯曲力的 30%80%，即 P压=（0.30.8）F =（0.30.8）162 =48 KN130 KN 取压料力 P压=100 KN。自由弯曲时，总的工艺力为： P总P+ P压=162+100=262 KN (4.9)一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的 1.3 倍，因此，去压力机的压力为： P压力1.3P总=1.3262=342 KN (4.10) 所以，选取公称压力为 400KN 的压力机能满足冲压力需求。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）234.3.24.3.2 凹、凸模刃口尺寸及公差计算凹、凸模刃口尺寸及公差计算 由于 r/t=0.67 较小，故凸模的圆角半径即为工件的圆角半径，r凸=2mm；当 t=2mm4mm 时，r凹=（23）t，由于工件厚度 t=3mm，可得： r凹=（23）3=69 mm这里取 r凹=6mm。查表 4.7，取弯曲件的凹模的 h0=5mm；表 4.7 弯曲件的凹模 h0材料厚度112233445566778ho3456801520凸凹模单边间隙：Z=t+ct (4.11) 式中：t-材料厚度，单位为 mm； 材料厚度的正偏差； C-间隙系数。查表标准公差带去材料厚度的正偏差：=0.024， 查表 4.8，查得凹凸模的间隙系数 c=0.08；表 4.8 凹凸模的间隙系数弯曲高度 H/mm0.50622.144.15100.050.050.04-200.050.050.040.03350.070.050.040.03将数值带入 Z=t+ct 可得：Z=3+0.024+0.085=3.246 mm凹凸模的宽度尺寸： 查表 4-5 得凹凸模的制造公差得：t=0.020，a=0.030；采用正装模设计，则有： At= (4.12)( 2)+ 0 Aa= (4.13)( )0 带入数值，得： At=（64-0.024/2）0+0.030=63.9760+0.030 mm西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）24 Aa= (63.976+3.264)0-0.020=67.2400-0.020 mm4.3.34.3.3 弯曲模具装配简图弯曲模具装配简图模具工作过程 模具处于开模状态时，将零件套在定位销钉之上，并使其紧靠凹模拼块上的伸出凸台，以完成定位工作，然后驱动压力机，模具开始合模，凸模直接冲压零件，沿凹模拼块将零件进行 90o折弯，由于零件着玩角度为 R2，较小，因此本零件的折弯回弹量基本为零，无需进行回弹校正，合模完成后，开模过程开始，模具凹凸模分离，开模完成后，使用手动驱动方式，驱动顶杆，进而带动推件器将成型零件推出凹模，手动去除零件。图 4.5 弯曲模具的装配件图西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）254.44.4 冲冲的冲孔模具的设计及计算的冲孔模具的设计及计算 10+ 0.0204.4.14.4.1 冲压力计算冲压力计算根据工序图 4.6 可知，冲的冲裁长度 L=62.83mm，10+ 0.020可知材料的抗剪强度b=370MPa，由零件图可知工件厚度 t=3mm。由公式 F=KLtb计算得 F=1.362.833270=90666 N=90.7 KN由于采用弹性卸料装置和自然漏料方式，总冲压力为：F小孔=F+FT+FX；图 4.6 零件冲小孔简图查表 4.2 可得压料力、推件力系数 KT=0.045，KX=0.031；由于冲件料厚t3mm，有 h=3mm，由 n=h/t 得：n=3/3=1；由公式 FT=nKTF，FX=KXF 可计算得： 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）26FT=90.70.0451=4.1 KN；FX=90.70.031=2.8 KN； 则总冲压力： F小孔=90.7+4.1+2.8=97.6KN选用公称压力为 150 KN 的压力机。4.4.24.4.2 凹凸模刃口尺寸及公差计算凹凸模刃口尺寸及公差计算由于本工序为冲孔，冲裁形状简单，采用凹模与凸模分开加工。查表 4-3可得：磨损系数 X4=0.75；查表 4.4，可知凸、凹模的制造公差：t2=0.020，a2=0.020； 代入公式： dt2= (4.14)（+ 4）0 2 da2= (4.15)（2+ ）+ 20 式中：、 da2-冲孔凸、凹模刃口尺寸，单位为 mm；2 -冲孔件孔的最小极限尺寸，单位为 mm； -磨损系数；4 、-凸、凹模的制造公差，单位为 mm；22 -冲裁件的制造公差，单位为 mm；-最小合理间隙，单位为 mm。可得： dt1= mm（10 + 0.75 0.02）0 0.02010.0150 0.020 da1= mm（10.015 + 0.460）+ 0.020010.475+ 0,0200经校核可知：dt2+ da2Zmax-Zmin（0.020+0.0200.640-0.460）成立，所以设计合理。4.4.34.4.3 冲冲的冲孔模具装配简图的冲孔模具装配简图10+ 0.020模具工作过程 模具工作时，冲出工件外形零件在挡料板和直径 20mm 的圆柱的作用下完成定位，随后在凸模、凹模的作用下，完成工件的冲孔，零件冲裁完成后的零件的退出由卸料板的弹力作用下完成，冲孔废料直接由凹模的漏料孔漏入压力机的工作台孔而导出，取出工件，完成一个工件的冲孔工作。一个零件的冲压就完成了。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）27图 4.7 冲的冲孔模具的装配件10+ 0.0205 结论285 5 结论结论5.15.1 总结总结本设计主要内容是菱形垫片的模具设计制造，完成了落料、冲孔以及弯曲的模具设计。该设计由冲裁落料模、冲孔模以及弯曲模四套组成。模具的主要功能包括：完成冲裁落料、冲中心大孔、弯曲和冲对称的两个小孔。 冲压模具作为机械制造行业的中亚组成部分，是技术密集型产品。本设计在经济的前提下，对模具进行了简单化，便于模具的组装和制造，是模具设计制造的一次有意义的实践 。5.25.2 体会体会 在这次设计过程中，综合运用了本专业所学课程的理论知识和结合生产实际知识进行一次冷冲压模具设计，通过实际设计从而培养和提高了自己的独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能，懂得了从分析零件的工艺性入手，确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了相应规范和标准，同时对各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。并提高了查阅设计资料和手册的能力，熟悉了设计中的标准和规范等。参考文献29参考文献参考文献1 王孝培.冲压手册（修订本）M.北京：机械工业出版社，1990.2 宋满仓.冲压模具设计M.北京：电子工业出版社，2010.1.3 吴伯杰.冲压工艺与模具M.北京：电子工业出版社，2004.6.4 二代龙震工作室.冲压模具基础教程M.北京：清华大学出版社，2010.4.5 王金龙.冷冲压工艺与模具设计M.北京：清华大学出版社，2007.8.6 廖念钊，古莹菴，莫雨松等.互换性与技术测量M.北京：中国计量出版社，2007.6.7 卢秉恒.机械制造技术基础M.北京：机械工业出版社，2007.12.8 濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）M.北京：高等教育出版社，2006.5.9 唐克中，朱同钧.画法几何及工程制图M.北京：高等教育出版社，2002.8.10 大连理工大学工程图学教研室.机械制图M.北京：高等教育出版社，2007.7.11 李硕本，冲压工艺学M，机械工业出版社，198812 Sheet metal forming simulation using EAS solid-shell finite elements.Parente, M.P.L. (Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Porto, 4200-465 Porto, Portugal) J; Natal Jorge, R.M.; Cardoso, R.P.R.; Alves de Sousa, R.J. Source: Finite Elements in Analysis and Design, v 42, n 13, p 1137-1149, September 200613 Incremental sheet metal forming on CNC milling machine-tool.Kopac, J. (University of Ljubljana, Faculty of Mechanical Engineering, A?kerceva 6, 1000 Ljubljana, Slovenia) J; Kampus, Z. Source: Journal of Materials Processing Technology, v 162-163, n SPEC. ISS., p 622-628, May 15, 200514 Sheet metal forming of titanium blanks using flexible media Alberti, N. (Univ of Palermo, Palermo, Italy) J; Forcellese, A.; Fratini, L.; Gabrielli, F. 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