螺母盒零件冲压工艺与冲模设计.docx
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螺母盒零件冲压工艺与冲模设计
前言
毕业设计是一种综合性的训练，也是一个重要的专业实训环节，它综合性强，应用知识面宽。
随着社会主义市场经济的不断发展，工业产品增多，产品更新换代加快，市场竞争激烈。
模具作为一种工具已广泛地应用在各行各业之中。
模具是现代化工业生产的重要工艺装备。
在国民经济的各个工业部门都越来越多地依靠模具来进行生产加工。
模具已成为国民经济的基础工业。
模具已成为当代工业的重要手段和工艺发展方向之一。
现代工业产品的品种和生产效益的提高，在很大程度上取决于模具的发展和技术经济水平。
为了更进一步加强我们的设计能力，巩固所学的专业知识，在毕业之际，特安排了此次的毕业设计。
毕业计也是我们专业在学完基础理论课，技术基础课和专业课的基础上，所设置的一个重要的实践性教学环节。
本次设计的目的：
一、综合运用本专业所学的理论与生产实际知识，进行一次冲压模设计的实际训练，从而提高我们独立工作能力。
二、巩固复习三年以来所学的各门学科的知识，以致能融贯通，进一步了解从模具设计到模具制造整个工艺流程。
三、掌握模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。
由于本人设计水平有限，经验不足，错误难免，敬请老师批评、指导，不胜感激。
绪论
冲压技术概论
日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。
模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。
因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。
模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”;德国则认为是所有工业中的“关键工业”;日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。
日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。
如今，世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工业。
在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%
随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用愈来愈广泛，模具成形已成为当代工业生产的重要手段。
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）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）产品从设计开始即进入控制，考虑工艺；
（5）冲压生产的灵活性和柔性。
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5μm提高到2～3μm，今后有些模具加工精度公差要求在1μm以下，这就要求发展超精加工。
（2）多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，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：
（1）成型件局部内应力小；
（2）可得到缩孔少的厚壁成型件；（3）对于塑件狭窄的部件也可注入树脂；（4）用小注射力能得到优良制品。
该类模具的理想结构是：
（1）注射时树脂以低的流动阻力迅速充填型腔；
（2）充填完后能立即遮断浇口部；（3）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。
1冲裁件的工艺分析
1.1本次设计冲压工件如下图：
由图1-1分析知：
工件材料采用08AL。
08AL是优质碳素结构钢的一种，一般用作冷冲压薄板钢中的Al脱氧镇静钢冷轧板,其命名规则类同碳素结构钢，其两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍，即“08”表示钢中平均碳质量分数为0.08%，“A”表示质量等级，“L”为“拉”字的汉语拼音首字母，表示其拉伸性能好。
主要力学性能（试件尺寸25mm）：
正火930℃、σs=185MPa、σb=325Mpa、σ5/%≥33、硬度（未热处理）131HB。
主要用于制造4mm以下的各种冷冲压构件，如车身、驾驶室、各种仪表及机器外壳等。
1.2工件结构形状
工件结构形状相对简单，有2个U型弯曲，还有两个不规则形状孔，板料厚度为1.2mm，弯曲力不大。
1.3工件尺寸精度
根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用IT14级精度，普通冲裁完全可以满足要求。
根据以上分析：
该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。
1.4工件展开长度计算
中性层的确定
由于中性层的长度在弯曲变形前后不变，其长度就是弯曲件坯料展开尺寸的长度。
而欲求中性层长度就必须找到其位置，用曲率半径
表示。
中性层位置与板料厚度t、弯曲半径r、变薄系数
等因素有关，在实际生产中为了使用方便，通常采用下面的经验公式来确定中性层的位置：
式中：
——中性层半径；r——弯曲件内弯半径；
x为中性层位移系数，其值件下表：
表-2
r/t
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1
1.2
x
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25
0.26
0.28
0.3
0.32
0.33
r/t
1.3
1.5
2
2.5
3
4
5
6
7
≥8
x
0.34
0.36
0.38
0.39
0.4
0.42
0.44
0.46
0.48
0.5
从弯曲件图可以看到：
圆角半径都为r=2mm，板料厚度t=1.2mm，查表-2得x=0.36，则中性层半径为：
2、毛坯展开尺寸的计算
由于圆角半径r>0.5t，所以毛坯展开长度等于弯曲件直线部分长度与弯曲部分中性层展开长度的总和，即
。
弯曲件有2个弯曲，分别为L1和L2，分别计算为：
=102.45mm
=47.12mm
所以工件展开长度L1取102.5，L2取47.1mm。
画出工件展开图如图1.4：
2冲裁工艺方案的确定
冲裁模的类型概述及制件适用模具类型分析
2.1单工序模分散冲裁、弯曲
1先利用落料模将制件的轮廓冲出。
2再利用三套弯曲模分别进行弯曲成形。
优点：
1）模具设计简单，制造容易。
2）模具成本低，生产周期短。
缺点：
1）生产的制件尺寸精度低。
2）不便定位。
3）生产率低。
2.2复合模
1．概述：
在压力机一次冲程中，经一次送料定位，在模具的同一部位可以同时完成几道冲裁工序的模具称为复合模。
即该制件在一个工序中同时完成落料，弯曲。
优点：
1）生产精度高，制件质量好。
2）生产率高。
缺点：
1）模具制造成本高。
2）操作困难，可能在使用高速自动化冲压时，损坏模具。
3）模具加工困难。
4）操作不安全。
2.3级进模
1．概述：
级进模是在单工序冲模基础上发展起来的一种多工序、高效率的冲模。
在压力机一次冲程中，级进模在其有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工序，在最后工位冲出完整的工件。
优点：
1）连续模是连续冲压，生产过程中相当于每次冲程冲一个制件生产过程中相当于每次冲程冲一个工件，故生产效率高，适用于大、中批量生产。
2）级进模冲裁可以减少模具数量和设备数量，操作方便安全，便于实现冲压生产自动化。
3）工作安全。
4）可以适用于机械化高速自动压力机。
缺点：
1）级进模结构复杂，制造困难，制造成本高。
2）由于各个工序是在不同工位上完成的，则因定位产生的累积误差会影响工件的精度。
精度不及复合模。
综上所术：
结合此制件形状尺寸分析，冲压件简单，尺寸较小，精度要求不高，采用级进模比采用复合模的模具制造成本降低，故此次采用级进模。
3模具结构形式的确定
级进模是指在条料的送料方向上，具有两个以上的工位，并在压力机的一次行程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。
级进模的定距方式有两种：
挡料销定距和侧刃定距。
本模具采用侧刃定距。
侧刃代替了挡料销控制条料送进距离（步距），侧刃是特殊功用的凸模，其作用是在压力机每次冲压行程中，沿条料边缘切下一块长度等于送料近距的料边。
在条料送进过程中，切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住，送进的距离即等于步距。
4模具总体设计
4.1模具类型的选择
此处省略 NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：
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该论文已经通过答辩
4.2操作方式
零件的生产批量为大批量，但合理安排生产可用手动送料方式，既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。
4.3卸料、出件方式
4.3.1卸料方式
刚性卸料与弹性卸料的比较：
刚性卸料是采用固定卸料板结构。
常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。
当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.2～0.5）t。
当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。
此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。
主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。
弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。
卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1～0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。
常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。
工件平直度较高，料厚为1.2mm相对较薄，卸料力较大，虽然弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，设计力求简单，可采用刚性卸料。
4.3.2出件方式
因采用连续模生产，故采用向下落料出件。
4.4确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向送料方式，即由左向右（或由右向左）送料。
4.5确定导向方式
方案一：
采用对角导柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。
常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
方案二：
采用后侧导柱模架。
由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。
因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。
方案三：
四导柱模架。
具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。
常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。
方案四：
中间导柱模架。
导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。
但只能一个方向送料。
根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该级复合模采用对角侧导柱模架的导向方式，即方案一最佳。
5模具设计计算
5.1排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率
5.1.1排样方式的选择
方案一：
有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。
方案二：
少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
方案三：
无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。
通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。
考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。
5.1.2计算条料宽度
搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。
搭边过大，浪费材料。
搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。
搭边值通常由表4所列搭边值和侧搭边值确定。
根据零件形状，查表4，并考虑到工件的切边，工件之间搭边值a=3mm,由于采用侧刃定距，工件之间的桥连接放在工件中间，所以工件与侧边之间不取搭边值。
条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值—△
B0△=（Dmax＋2b1）0△公式（5-1）
式中Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a1---冲裁件之间的搭边值；
b1---侧刃冲切得料边定距宽度；（其值查表6）可得△=1.0mm。
△—板料剪裁下的偏差；（其值查表5）可得△=0.6mm。
B0△=102.5＋2×1
=104.50-0.60mm
故条料宽度为104.5mm。
表5-1搭边值和侧边值的数值
材料厚度t（mm）
圆件及类似圆形制件
矩形或类似矩形制件长度≤50
矩形或类似矩形制件长度＞50
工件间a
侧边a1
工件间a
侧边a1
工件间a
侧边a1
≤0.25
1.0
1.2
1.2
1.5
1.5~2.5
1.8~2.6
＞0.25～0.5
0.8
1.0
1.0
1.2
1.2~2.2
1.5~2.5
＞0.5～1.0
0.8
1.0
1.0
1.2
1.5~2.5
1.8~2.6
＞1～1.5
1.0
1.3
1.2
1.5
1.8~2.8
2.2~3.2
＞1.5～2.0
1.2
1.5
1.5
1.8
2.0~3.0
2.4~3.4
＞2.0～2.5
1.5
1.9
1.8
2.2
2.2~3.2
2.7~3.7
表5-2普通剪床用带料宽度偏差△（mm）
条料厚度t（mm）
条料宽度b（mm）
≤50
＞50～100
＞100～200
＞200
≤１
0.4
0.5
0.6
0.7
＞１～2
0.5
0.6
0.7
0.8
＞2～3
0.7
0.8
0.9
1.0
＞3～5
0.9
1.0
1.1
1.2
表5-3侧刃冲切得料边定距宽度b1（mm）
条料厚度t（mm）
条料宽度b（mm）
金属材料
非金属材料
≤1.5
1.5
2.0
＞1.5～2.5
2.0
3.0
＞1.5～2.5
2.5
4.0
5.1.3确定步距
送料步距S：
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。
进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。
条料宽度的确定与模具的结构有关。
进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。
级进模送料步距S
S=Dmax+a1公式（5-2）
Dmax零件横向最大尺寸，a1搭边
S＝47.1＋3
＝50.1mm
排样图如图5-1所示。
5.1.4计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。
一个步距内的材料利用率
η＝Ａ/BS×100%公式（5-2）
式中 A—一个步距内冲裁件的实际面积；
B—条料宽度；
S—步距；
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。
废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。
因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。
排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。
因此，排样时应考虑如下原则：
1）、提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。
2）、排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。
3）、模具结构简单、寿命高。
4）、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。
一个步距内冲裁件的实际面积，根据CAD软件-工具-查询-面积：
A=3408.5mm2
所以一个步距内的材料利用率
Η=Ａ／BS×100%公式（5-2）
=3408.5／104.5×50.1×100%
=65.1%
根据计算结果知道选用直排材料利用率可达65.1%，满足要求。
5.2冲压力的计算
5.2.1弯曲力的计算
本设计只做螺母盒的成形模具设计，所以只需计算螺母盒的弯曲力即可。
弯曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力，是设计冲压工艺过程和选择设备的重要依据之一。
弯曲力的大小与毛坯尺寸、零件形状、材料的机械性能、弯曲方法和模具结构等多种因素有关，理论分析方法很难精确计算，在实际生产中常按经验公式进行计算。
1）自由弯曲时的弯曲力公式
V形弯曲件：
；U形弯曲件：
；
式中：
、
——自由弯曲力；B——弯曲件的宽度；t——弯曲件厚度；r——内圆弯曲半径；
——弯曲材料的抗拉强度；K——安全系数，一般取1.3。
2）、校正弯曲力公式
式中：
——校正力；
——单位面积上的校正力，Mpa，见表-3；A——弯曲件被校正部分的投影面积，mm2。
表-3单位校正弯曲力单位（MPa）
3）计算
本弯曲件弯曲部分，有2处U形弯曲08AL的
U形弯曲力：
=
=8650.6875N
所以总的弯曲力F=8650.69N
5.3压力中心的确定
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，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
冲模的压力中心，可以按下述原则来确定：
1）.对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。
2）.工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
3）.形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。
X0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/
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