06mm 厚扣板的冲压模具工艺分析及模具结构设计.docx

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06mm厚扣板的冲压模具工艺分析及模具结构设计

摘要

由于模具成型具有优质、高效、省料和成本低的优点，在国民经济各个部门得到极其广泛的应用。

模具制造水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。

本文从冲压模具的概念﹑分类、特点﹑应用及其发展出发，对零件的形状和生产要求进行综合性分析。

在工艺分析的基础上提出采用级进模，对工艺性能和工艺方案进行分析,采用合理的排样设计,计算凸凹模刃口尺寸，分析冲裁力和压力中心，对于工作零件和卸料装置进行设计。

根据各个方面的因素和要求，采用最优方案。

关键词：

级进模，排样设计，零件设计

Abstract

Asthemoldingwithhighquality,efficient,materialsavingandlowcostadvantagesofthevarioussectorsintheeconomyareverywidelyused.Thelevelofmoldhasbecomeanationalproducttomeasureanimportantindicatorofthelevelofmanufacturing.

Inthispaper,theconceptDie、Featuresdevelopmentandapplication,theshapeandtheproductionofpartsrequiredtoundertakeacomprehensiveanalysis.Intheprocessanalysisbasedontheproposeduseofprogressivedie,ontheprocessperformanceandprocessanalysisoftheprogram,withareasonablelayoutdesign,computingpunchanddieplatesizeoftheblankingforceandthepressurecenter,theworkingpartsandunloadingequipmentdesign.Accordingtovariousfactorsandrequirements,theoptimalprogram.

Keywords:

ProgressiveDie,layoutdesign,partdesign

南昌工程学院

毕业设计（论文）任务书

I、毕业设计（论文）题目：

0.6mm厚扣板的冲压模具工艺分析及模具结构设计

II、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：

1.材料：

35

2.生产批量：

大批量

3.表面粗糙度为6.3

4.零件图另附

5.设计内容

1）分析零件，确定冲压工艺方案

2）冲压工序性质、数目、顺序的确定

3）冲模类型、结构形式的确定

4）模具设计计算

5）模具设计说明书

6．课题要求

根据所给的冲压零件图及其技术要求，设计零件的加工工艺方案，设计冲压模具，并绘制模具零件图和装配图，编写模具设计说明书。

1）画出冲压零件的产品图

2）设计冲压模具并绘出除标准件之外的所有零件图以及装配图

3）完成设计说明书

III、毕业设计（论文）工作内容及完成时间：

第七周查阅相关文献资料

第八周确定模具设计具体方案

第九～十五周模具设计计算及绘图

第十六周撰写毕业设计论文

Ⅳ主要参考资料：

郝滨海，冲压模具简明设计手册，化学工业出版社，2005

薛启翔，冲压模具设计结构图册，化学工业出版社，2005

郑家贤，冲压模具设计实用技术，机械工业出版社，2005

机电学院07模具设计与制造专业类

（1）班

学生：

日期：

自2010年04月21日至2010年06月13日

指导教师：

助理指导教师（并指出所负责的部分）：

教研室主任：

附注:

任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。

零件图

技术要求：

材料为45钢

生产批量：

200万件/年

表面粗糙度为6.3

摘要……………………………………………………………………1

Abstract………………………………………………………………2

南昌工程学院毕业设计任（论文）务书…………………………3

零件图………………………………………………………………5

目录…………………………………………………………………6

绪论…………………………………………………………………8

第一章冲裁件的工艺分析………………………………………11

1.1冲裁件的工艺分析……………………………………………11

1.11零件的形状和尺寸分析………………………………………11

第二章冲压工艺方案的确定……………………………………12

2.1冲裁工艺的组合类型…………………………………………12

2.2确定冲压工艺方案……………………………………………13

第三章排样设计…………………………………………………14

3.1排样方法………………………………………………………14

3.2搭边………………………………………………………………15

第四章凸凹模间隙选择与刀口尺寸的计算……………………17

4.1间隙对冲裁件质量的影响………………………………………17

4.2间隙对冲裁力的影响……………………………………………17

4.3间隙对模具寿命的影响…………………………………………18

第五章冲裁里的计算………………………………………………21

第六章压力中心的计算……………………………………………23

第七章工作零件的设计……………………………………………24

第八章卸料装置的设计……………………………………………26

第九章其他支承零件及紧固件的设计……………………………27

第十章模架类型及压力机型号选择的选择………………………28

第十一章装配图和三维爆炸图……………………………………29

参考文献………………………………………………………………30

谢辞……………………………………………………………………31

南昌工程学院毕业设计（论文）成绩评定和评语…………………32

绪论

一、冲压的概念

冲压就是利用冲压模具安装在压力机或其他相关设备上，对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得一定形状和尺寸零件的一种加工方法。

冲压不仅可以加工金属材料，也可以加工非金属材料。

冲压模具是用于实现冷冲压工艺的一种工艺设备，简称工装。

冲压加工的三要素是合理的冲压工艺、先进的模具和高效的冲压设备。

冲压加工的三要素是决定冲压质量、精度和生产效率的关键因素，是不可分割的，先进的模具只有配备先进的压力机和优质的材料，才能充分发挥作用，做出一流产品，取得高的经济效益。

二、冲压工艺的种类

冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。

分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。

成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。

在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。

冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。

冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。

在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。

模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。

模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。

模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。

模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具（供小批量生产）、复合模、多工位级进模（供大量生产），以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。

冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。

以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。

在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。

因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。

三、冲压的特点

（1）依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产率很高，操作简便。

（2）冲压所获得的零件一般无需进行切削加工，故节省能源和原材料。

（3）冲压所用原材料的表面质量好，且冲件的尺寸公差由冲模保证，故冲压产品尺寸稳定、互换性好

（4）冲压产品壁薄、质量轻、刚度好，可以加工成形状复杂的零件。

四、冲压工艺的应用

冲压与其他加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛，如汽车、拖拉机、电器、仪表、电子、国防以及日常用品中随处可见到冷冲压产品，如不锈钢饭盒、搪瓷盆、高压锅、汽车覆盖件、冰箱门板，电子电器上的金属零件，枪炮零件等。

五、冲压模具的现状与发展

目前，我国的冲压技术、冲压模具与先进工业发达国家相比还有一定差距的，主要表现在我国的冲压基础理论及成形工艺落后、模具标准化程度低、模具设计方法和手段与模具制造工艺及设备落后、模具专业化水平低。

结果导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。

随着我国计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人的经验和常规机械加工技术转向以计算机辅助设计、数控加工的计算机辅助设计与制造技术转变。

第一章冲裁件的工艺性分析

在编制冲压工艺规程和设计模具之前，应对冲裁剪的形状、尺寸和精度等方面进行分析。

从工艺角度分析零件设计得是否合理，是否符合冲裁的工艺要求。

一、冲裁件的结构工艺性分析

（1）冲裁件的形状冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用。

（2）冲裁件内形及外形的转角冲裁件内形及外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。

（3）冲裁件上凸出的悬臂和凹槽尽量避免冲裁件上过长的凸出悬臂和凹槽，悬臂和凹槽宽度也不宜过小。

（4）冲裁件的孔边距与孔间距为避免工件变形和保证模具强度，孔边距和孔间距不能过小。

（5）在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持一定距离，以免冲孔时凸模受水平推力而折断。

（6）冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断或压弯。

用无导向凸模和有导向的凸模所能冲制的最小尺寸

1.1零件的形状和尺寸分析

1.1.1材料为35钢，工件厚度为0.6mm，大批量生产，35钢是优质碳素结构钢，具有良好的冲压性能。

1.1.2该零件形状简单，孔边距远大于凸凹模允许的最大壁厚。

零件图上所有尺寸都未注公差，属于自由尺寸。

按IT14级确定工件公差，一般均能满足其尺寸精度要求，经查公差表（《互换性与测量技术基础》王伯平主编，机械工业出版社，P16），得到各个尺寸公差为：

900-0.87mm，1100-0.87mm，300-0.52mm,400-0.62mm,Φ2000.52mm，50±0.31mm，精度比较高，采用级进模。

第二章冲压工艺方案的确定

一、冲裁工序的组合类型

冲裁工序的组合方式可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。

所使用的模具对应为单工序模（简单模）、级进模（级进模）、复合模。

 一般组合冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，加工的精度等级高。

冲裁工序的组合方式可根据下列因素确定：

（1）根据生产批量来确定一般来说，小批量和试制生产采用单工序模，中、大批量生产采用复合模或级进模。

（2）根据冲裁件尺寸和精度等级来确定复合冲裁所得到的冲裁件尺寸精度等级高，避免了多次单工序冲裁的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，冲裁件较平整。

级进冲裁比复合冲裁精度等级低。

（3）根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定冲裁件的尺寸较小时，考虑到单工序送料不方便和生产效率低，常采用复合冲裁或级进冲裁。

对于尺寸中等的冲裁件，由于制造多副单工序模具的费用比复合模昂贵，则采用复合冲裁；当冲裁件上的孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小，不宜采用复合冲裁或单工序冲裁，宜采用级进冲裁。

所以级进冲裁可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件，但级进冲裁受压力机工作台面尺寸与工序数的限制，冲裁件尺寸不宜太大。

（4）根据模具制造安装调整的难易和成本的高低来确定对复杂形状的冲裁件来说，采用复合冲裁比采用级进冲裁较为适宜，因为模具制造安装调整比较容易，且成本较低。

（5）根据操作是否方便与安全来确定复合冲裁其出件或清除废料叫困难，工作安全性交差，级进冲裁较安全。

综上所述分析，对于一个冲裁件，可以得出多种工艺方案。

必须对这些方案进行比较，选取在满足冲裁件质量与生产率的要求下，模具制造成本较低、模具寿命较高、操作较方便及安全的工艺方案。

二、确定冲压工艺方案.

在对冲压件进行工艺分析的基础上，考虑冲压工序的性质、数量、顺序、组合方式以及其他辅助工序的安排，拟定最佳工艺方案。

该零件包括落料、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、落料连续冲压采用连续模生产。

方案一：

模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产率较低，难以满足该零件的年产量要求。

方案二：

只需要一副模具，冲压的形状精度和尺寸精度容易保证，且生产率也高，但是卸料不容易。

方案三：

也只需一副模具，生产效率也很高，卸料装置也容易设计。

通过对以上三种方案的分析比较，根据零件的要求，冲压的形状精度和产量要得到保证，所以应采用方案三。

，

第三章排样设计

冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法称为排样。

合理的排样是提高材料利用率，降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。

一、排样方法

根据材料的合理利用情况，条料的排样方法可分为三种：

有废料排样、少废料排样、无废料排样。

（1）有废料排样沿冲件全部外形冲裁，冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料。

冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。

（2）少废料排样沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。

因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

（3）无废料排样冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。

冲件的质量和模具寿命更差一些，但材料利用率最高。

排样形式有直排，斜排，直对排，斜对排，混合排，多排，冲裁搭边。

该产品材料为35钢，料厚0.6mm,属于一般冲裁模能达到的公差等级，不需采用精冲或整修等特殊冲裁方式。

从该冲裁件的形状来看，完全可以使用少废、无废料排样法，但该冲裁件的尺度精度等级决定了应采用有废料排样法。

该冲压件的年生产量为大批量，因此不考虑多排、或一模多件的方案。

所以根据生产批量的特点，在结合该冲压件的形状特点，考虑采用常用的单、直排方案。

要确定排样图，还要确定搭边值。

二、搭边

排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料称为搭边。

1.影响搭边的因素

（1）材料的力学性能：

硬材料的搭边值可小一些；软材料、脆材料的搭边值要大一些。

（2）冲裁件的形状与尺寸：

冲裁件尺寸大或有尖突的复杂形状时，搭边值去大些。

（3）材料厚度：

厚材料的搭边值要取大一些。

（4）送料及挡料方式：

用手工送料，有侧压装置的搭边值可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。

（5）卸料方式：

弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。

2.搭边的确定

根据零件图，矩形边L＞50mm，材料厚度为0.6mm，查阅《冲压工艺与模具设计》P44表3-7，可得a1=1.8mm，a=2.0mm。

排样图如下：

计算冲压件毛坯面积：

S1=90*40=3600mm2

S2=（110-90）*30=600mm2

A=S1+S2=3600+600=4200mm2

条料宽度：

B=110+2*2=114mm

进距：

s=40+1.8=41.8mm

一个进距的材料利用率为：

η=A/（B*s）*100％

η=4200/（114*41.8）*100％=88.14％

第四章凸凹模间隙选择与刃口尺寸的计算

冲裁凸模和凹模之间的间隙，不仅对冲裁件的质量有极其重要的影响，而且还影响模具寿命、冲裁力、卸料力和推件力。

因此，冲裁间隙是一个非常重要的工艺参数。

一、间隙对冲裁件质量的影响

冲裁间隙Z是指冲裁模中凹模刃口横向尺寸Da与凸模刃口横向尺寸dT的差值。

冲裁件的质量主要通过切断面质量、尺寸精度和表面平直度来判断。

1.间隙对断面质量的影响

当凸、凹模间隙合适时，凸、凹模刃口附近所产生的裂纹在冲裁过程这哦刚能回合，此时尽管断面与材料表面不垂直，但还是比较平直、光滑，毛刺较小，制件的断面质量较好。

当间隙过小时，变形区内弯矩小、压应力成分高。

由凹模刃口附近产生的裂纹进入凸模下面的压应力区而停止发展：

由凸模刃口附近产生的裂纹进入凹模上表面的压应力区也停止发展。

当间隙过大时，因为弯矩大，拉应力成分高，塑性变形阶段提前结束，且凸，凹模附近产生的裂纹也不重合，而是向内错开了一段距离。

2.间隙对尺寸精度的影响

从整个冲裁过程来看，影响冲裁件的尺寸精度有两大方面的因素：

一是冲模本身的制造精度；二是冲裁结束后冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差。

二、间隙对冲裁力的影响

冲裁力随着间隙的增长会有一定程度的降低，但当单面间隙介于材料厚度的5%—20%范围内时，冲裁力的降低不超过5%—10%。

因此，在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不大。

间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。

随着间隙的增大，卸料力和推件力都将减小。

一般当单面间隙增大到材料厚度的15%-25%时，卸料力几乎降到零。

但间隙继续增大会使毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。

三、间隙对模具寿命的影响

模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。

刃磨寿命是用两次刃磨之间模具所产生的合格制件数。

模具的失效形式一般有磨损、变形、崩刃、折断和胀裂。

.

凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。

模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口及其公差来保证。

因此，正确确定凸、凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模设计中的重要工作。

查《冲压工艺与模具设计》表3-4得间隙值Zmin=0.048mm

Zmax=0.072mm，Zmax-Zmin=0.024mm

考虑到工件形状复杂，故采用凸、凹模分别加工凸、凹模刃口尺寸计算如下：

（1）冲孔2xΦ20+0.520

查《冲压工艺与模具设计》表3-6得凸凹模制造公差：

δT=0.020mm,δA=0.025mm

校核：

∣δT∣+∣δA∣≤zmax-zmin

0.020mm+0.025mm≤0.048mm

0.04mm＜0.048mm（满足间隙公差条件）

查《冲压工艺与模具设计》表3-5得X=0.5

所以dT=（dmin+xΔ）0-δT=（20+0.5*0.52）0-0.020=20.260-0.020mm

dA=（dT+zmin）+δA0=（20.26+0.048）+0.0250=20.308+0.0250mm

孔距尺寸：

Ld=L±1/8Δ=50±0.125*0.62=（50±0.0775）mm

（2）外轮廓的落料

考虑到工件形状复杂，故采用配合加工凸、凹模刃口尺寸计算如下：

凹模磨损后变大的尺寸：

A1，A2，A3，A4

查《冲压工艺与模具设计》表3-5得：

X1=X2=X3=X4=0.5

由刃口尺寸计算式得

A1A=（Amax-XΔ）+1/4Δ0=（90-0.5*0.87）0+1/4*0.87=89.565+0.21750

A2A=（Amax-XΔ）+1/4Δ0=（110-0.5*0.87）0+1/4*0.87=109.565+0.21750

A3A=（Amax-XΔ）+1/4Δ0=（40-0.5*0.62）0+1/4*0.62=39.69+0.1550

A4A=（Amax-XΔ）+1/4Δ0=（30-0.5*0.52）0+1/4*0.52=29.74+0.130

查《冲压工艺与模具设计》表3-4得：

zmin=0.048mm，zmax=0.072mm

凸凹模刃口尺寸按凹模实际刃楼尺寸配制，保证最小间隙值zmin=0.048mm。

第五章冲裁力的计算

冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的最大压力。

用普通平刃模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算

F=KLtτb

式中，F——冲裁力，N;

L——冲裁周边长度，mm;

t——材料厚度，mm;

τb——材料抗剪强度，MPa；

查《冲模设计与制造实用计算手册》τb=520MPa

K——系数。

系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。

一般取K=1.3。

为计算简便，也可按下式估算冲裁力

F≈Ltσb

式中，σb——材料的抗拉强度，MPa。

F=（2*90+10+2*2π*10+30+40）*0.6*520=120307.2N=1.2*105N

冲孔力：

F冲孔=Ltτb=2*（2*

*10*0.6*520）=39187.2N=3.9*104N

卸料力：

F卸=K卸*F

K卸—卸料系数，查《冲压工艺与模具设计》表3-15，取K卸=0.045

F卸=0.045*120307.2=5413.8N=5.4*103N

推件力：

F推=nK推F

n—塞在凹模孔口内的冲件数。

直刃口，下出件凹模，n=h/t。

K推—推件系数，查《冲压工艺与模具设计》表3-15，取K推=0.055

查阅《冲压工艺与模具设计》表3-18b的凹模刃口形式

h=6mm则n=h/t=6/0.6=10个

F推=10*0.055*120307.2=66168.96N=6.6*104N

由于模具采用弹压卸料装置和下出件方式时：

F总=F+F卸+F推=191789.96N=1.9*105N

第六章压力中心的计算

模具的压力中心就是冲压力合力的作用点，一切对称冲裁件的压力中心，均位于冲裁件图形的几何中心。

该制件左右对称，所以压力中心位于冲裁件轮廓图行的几何中心上。

因为该零件左右对称，所以x0=0。

L1=40mm，L2=180mm，L3=10mm，L4=40mm，L5=30mm，L6=62.8mm，L7=62.8mm。

y1=0mm，y2=45mm