冷冲压模具设计.docx

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冷冲压模具设计

毕业设计（论文）

题目：

冷冲压模具设计

院（系）：

专业：

学号：

指导教师：

二〇年月日

毕业设计（论文）任务书

学生姓名

学号

专业

院（系）

毕业设计（论文）题目

任务与要求

完成时间段

指导教师单位

职称

院（系）审核意见

毕业设计（论文）进度计划表

日期

工作内容

执行情况

指导教师

签字

2013.6.15-2013.6.28

查找资料，选题

2013.6.29-2013.8.30

完成论文的初稿

2013.8.31-2013.9.30

完成论文二稿的写作

2013.10.1-2013.10.20

完成论文的终稿及格式修改

2013.10.21-2013.11.20

进一步修改论文、定稿，打印论文，做好答辩的准备

2013.11.21-2013.12.5

做好论文答辩准备

教师对进度计划

实施情况总评

　　　　　　　　　　　　　　　　　签名

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年月日

本表作评定学生平时成绩的依据之一

毕业设计（论文）中期检查记录表

学生填写

毕业设计（论文）题目:

冷冲压模具设计

学生姓名:

学号：

专业：

机械制造与自动化　

指导教师姓名:

职称:

讲师

检查　

教师填写

毕业设计（论文）题目工作量

饱满

一般

不够

毕业设计（论文）题目难度

大

适中

不够

毕业设计（论文）题目涉及知识点

丰富

比较丰富

较少

毕业设计（论文）题目价值

很有价值

一般

价值不大

学生是否按计划进度独立完成工作任务

学生毕业设计（论文）工作进度填写情况　

指导次数

学生工作态度

认真

一般

较差

其它检查内容：

存在问题及采取措施:

检查教师签字:

年月日

院（系）意见

（加盖公章）:

　年月日

摘要

本文主要介绍了落料模冲压模具设计全过程，经工艺分析、工艺计算，确定该设计工艺流程及冲模结构形势。

同时对所设计的模具分别进行了分析说明，整过程采用AutoCAD软件绘制模具的二维装配和个别零件图。

在目前激烈的市场竞中，产品投入市场的迟早往往是成败的关键。

模具是高质量、高效率的产品生产工具，模具开发周期占整个产品开发周期的主要部分。

因此客户对模具开发周期要求越来越短，不少客户把模具的交货期放在第一位置，然后才是质量和价格。

因此，如何在保证质量、控制成本的前提下加工模具是值得认真考虑的问题。

模具加工工艺是一项先进的制造工艺，已成为重要发展方向，在航空航天、汽车、机械等各行业得到越来越广泛的应用。

模具加工技术，可以提高制造业的综合效益和竞争力。

研究和建立模具工艺数据库，为生产企业提供迫切需要的高速切削加工数据，对推广高速切削加工技术具有非常重要的意义。

关键词：

冲压模具工艺分析工艺计算冲压

Abstract

Thispapermainlyintroducestheblankingdiestampingdiedesignprocess,theprocessanalysis,process,determine.

Thedesignprocessanddiestructuresituation.Atthesametime,themoldsweredesignedbyanalyzingthewholeprocess,usingAutoCADsoftwaretodrawthemoldassemblyandpartsdrawingtwo-dimensional.Inthefiercemarketcompetition,theproductintothemarkettimeisthekeytosuccess.Moldisahighquality,high-efficiencyproductiontools,moulddevelopmentcycleofthemainpartoftheproductdevelopmentcycle.Thereforecustomersdiedevelopmentcyclemoreandmoreshort,manycustomerstomolddeliveryinthefirstposition,thenisthequalityandprice.Therefore,howtoensurethequality,costunderthepremiseofprocessingmoldisworthyofseriousconsideration.Dieprocessingtechnologyisanadvancedmanufacturingtechnology,hasbecomeanimportantdirectionofdevelopment,hasbeenwidelyusedinvariousindustries,automobile,machinery,aerospace.Moldprocessingtechnology,canimprovethecomprehensiveefficiencyandcompetitivenessofmanufacturingindustry.Researchandtheestablishmentofthemoldprocessdatabase,providestheurgentneedofhigh-speedmachiningdatafortheproductionofenterprises,isveryimportanttothepromotionofhigh-speedmachiningtechnologyisofsignificance.

KEYWORD：

StampingMoldProcessAnalysisProcessCalculationStamping

目录

第一章概论1

第一节冲压的概念、特点及应用1

第二节课题的来源、目的及意义3

第三节模具技术的发展状况3

第二章模具设计及计算7

第一节冲模制造的过程7

第二节零件及冲压工艺分析及计算8

第三节模具总体设计12

第四节方案确定12

第五节模具主要零件设计13

结论17

致谢18

参考文献19

第一章概论

模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺设备。

模具工业是国民经济的基础工业。

现代模具行业是技术行业。

现代模具是高技术背景下的工艺密集型工业,是高技术人才型行业。

它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务。

由于模具生产要采用一系列高新技术，如CAD//CAM等技术、计算机网络技术、激光技术、快速成形技术及敏捷制造技术、高速加工及超精加工、微细加工、复合加工、表面处理技术等等，因此，模具工业已成为高新技术产业的一个重要组成部分。

模具技术水准在很大程度上决定于人才的整体水平，而模具技术水准的高低，又决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，因此模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。

我国模具工业近年来发展很快，据不完全统计，2004年我国模具生产厂点约有3万多家，从业人员80万人，2005年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，模具销售额610亿元，比2004年增长25%，同时,中国的模具生产技术有了很大的提高, 模具生产水平有些已接近或达到国际水平。

2005年模具进口达20.68亿美元，比上一年增长14.07%,这说明高技术含量模具仍远远满足不了国内市场需要。

2005年中国模具出口7.38亿美元,比上年增长50.31%。

2005年进出口之比为2.8：

1，比2004年的3.69:

1更趋合理。

2005年我国模具进出口总量28.06亿元，进出口相抵后的净进口达13.3亿美元，为净进口量较大的国家。

2006年中国模具工业仍会有较大增长，技术含量高的模具仍为国家发展重点

第一节冲压的概念、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。

冲压加工在现代工业生产中，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

第二节课题的来源、目的及意义

本课题是为机械系出的课题“模板冲裁模具设计”。

利用CAD软件进行冲压模具设计，设计全部模具零件，完成装配；利用各种参考资料，学习并计算出可行的尺寸，确定了工艺参数等。

所设计的模具冲出的名称是模板（5）。

模板（5）：

材料45号钢，料厚5.0±0.1

第三节模具技术的发展状况

模具不是批量生产的产品，它具有单件生产和对特定用户的依赖特性。

就模具行业来说，引进国外先进技术，不能采用通常的引进产品许可证和技术转让等方式，而主要是引进已经商品化了的CAD/CAM/CAE软件和精密加工设备，引进国外模具先进制造理念、引进国外模具先进制造人才，利用中外模具联合设计、聘请国外专家等途径发展自己的民族模具工业等。

模具的CAD/CAE/CAM及CAD/CAE/CAM的集成，涉及面广、集多种学科与工程技术于一体，是综合型、技术密集型产品。

现代化的模具要实现数字化设计、数字化制造、数字化管理、数字化生产流程，没有模具的数字化，就没有现代模具。

模具的CAD/CAE/CAM技术日新月异，重要的工作是后续对于引进的软件进行二次开发，模具人才自然也肩负着软件的推广、软件的二次开发工作，从这个角度来看，模具高技术人才还扮演着对模具相关领域的研究与再设计的角色。

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅猛发展，冷冲技术及模具不断革新和发展，主要反映在以下几个方面：

1.全面推广CAD/CAE技术

模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。

随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。

计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。

2.高速铣削加工

国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。

另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。

高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。

目前它已向更高的敏捷化、智慧化、集成化方向发展。

3.模具扫描及数字系统

高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。

有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。

模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。

4.电火花铣削加工

电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。

国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。

预计这一技术将得到发展。

5.提高模具标准化程度

我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。

国外发达国家一般为80%左右。

6.优质材料及先进表面处理技术

7.模具研磨抛光将自动化、智能化

模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智慧化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。

8.模具自动加工系统的发展

这是我国长远发展的目标。

模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。

我国冲模CAD/CAM从80年代起步，基本上属于低水平重复开发，所需基础软件也靠引进（如图形软件、数据库软件、NC软件等），缺乏实用和商品化价值；由于人员素质低、不配套，对引进的许多CAD/CAM系统缺乏二次开发能力，不能获得显著效益；由于国产计算机不能满足使用要求，大量引进的各种计算机和工作站种类繁多、价格昂贵、硬件维修和软件交流都很困难。

至90年代初，全国拥有数控加工设备近万台，绝大部分没有配备自动编程系统，机床利用率极低。

针对上述情况，我们认为应首先在现有数控机床上广泛采用自动编程，减少手工编程，提高数控设备的开工率。

下一步工作应加强直接CAM技术—应用几何程序，生成所需数据和指令。

计算机辅助设计方面，应努力完善标准化、规范化，提高模具零部件的标准化程序，提高国产计算机的功能，抓紧人才培训，特别是在模具技术人员中普及计算机知识，加强软件的二次开发能力；建立只能数据库和专家系统，制止盲目引进；分工合作，大力开发适合中国国情的CAD/CAM系统。

模具是制造业的重要工艺基础，中国虽然很早就开始设计制造模具但长期未形成产业。

直到20世纪80年代后期，中国模具工业才进入发展的快车道，中国模具产量已位居世界第三，模具所被所有的领域也越来越广。

世界模具向着很好的趋势发展　一、模具日趋大型化。

二、模具的精度将越来越高。

10年前精密模具的精度一般为5微米，现已达到2-3微米，1微米精度模具也将上市。

三、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，还担负迭压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。

四、热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。

　五、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塑成型等工艺的模具也将随之发展。

六、标准件的应用将日益广泛。

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，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。

七、快速经济模具的前景十分广阔。

八、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、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。

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、模具技术含量将不断提高。

中国模具也虽然发展迅速但是与需求相比，显然是供不应求，其主要是缺口集中于精密、大型、复杂、长寿模具领域。

中国在模具精度、寿命和制造周期及生产能力方面与国际平均水平和发达国家仍有较大的差距，国内主业模具厂是“大而全”、“小而全”的组织形式，而在国外模具企业是“小而专”、“小而精”。

因而发现了中国模具业的四大弊病：

（1）、体制不顺、基础薄弱

（2）、科研开发及技术攻关方面投入太少

（3）、工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低

（4）、模具材料及模具相关技术落后

第二章模具设计及计算

第一节冲模制造的过程

冲模制造的过程，主要包括冲压件分析估算、模具图样设计、编制模具制造工艺规程、生产组织准备、模具零部件的加工和热处理、模具的装配、调试及检验与包装等内容。

1.分析估算

在接受模具制造的委托时，首先根据冲压件图样或实物分析研究采用什么样的成形工艺方案，继而确定模具套数、模具结构及模具主要加工方法，然后估算模具费用及交货期等。

2.模具图样设计

模具图样设计是模具制造过程中最关键的工作，通常由技术部门完成。

模具设计图样一般包括模具结构总装图和模具零件图，图样中除应有的结构形状、尺寸、精度、表面粗糙度以外，还需提出必要的技术要求，如零件材料、热处理及加工、使用等方面的要求。

模具图样一旦确定，就成为生产的法规性技术檔，无论是模具原材料的准备、加工工艺的制定，还是模具的装配与验收等，都以此为准来进行工作。

3.制定加工工艺规程

确定凹模尺寸，在计算出凹模的刃口尺寸的基础上，再计算出凹模的壁厚，确定凹模外轮廓储存，在确定凹模壁厚时要注意三个问题。

第一要考虑凹模上螺孔、销孔的布置；第二应使压力中心与凹模的几何中心基本重合；第三应尽量按国家标准选取凹模的外形尺寸。

根据凹模的外轮廓尺寸及冲压要求，从冲模标准中选出合适的模架类型，并查出相应标准，画出上、下模板、导柱、导套的模架零件。

画冲模装配图。

画冲模零件图。

编写技术檔。

4.零部件加工

按照零部件加工工艺规程或工艺卡片，利用机械加工、电加工及其它方法，分别进行毛坯准备、粗加工、半精加工、热处理及精加工或修研抛光，制造出符合设计图样要求的冲模零部件。

第二节零件及冲压工艺分析及计算

图2.1零件图

本文所设计的冲裁零件是模板件，如图该冲裁件的材料为45号钢是普通碳素钢，具有较好的可冲压性能。

该冲裁件的结构简单，并在转角处有R2圆角，比较适合冲裁，零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件的尺寸公差。

由工件图可见，该冲压件外形简单，精度要求不高，仅需要一次冲裁加工既可成型，冲压件为大批量生产，质量轻尺寸小，为简化模具制造过程降低生产成本，因而采用单工序。

本文设计到的冲裁件，排样设计通过查《冲压模具设计与制造》中，表2.5.2。

首先确定工件搭边值（如下图）：

工件搭边：

a=4mm

工件边缘搭边：

a＇=4.5mm

步距S=45+a=49mm

条料宽度B=（D+2a＇）=60+2*4.5=69mm

图2.2零件加工图

冲裁件面积A=1200平方毫米

一个步距的材料利用率η=（A/BS）*100%=（1200/69*49）*100%=35.5%

查板材标准，宜选900mm*1000mm的钢板，每张板冲出为224块板（55mm*69mm）

故每张板材的利用率为：

η＇=（n*A/L*B）*100%=（224*1200/*55*69）*100%=70.8%

一.冲压力与压力中心计算:

1.压力中心的计算

计算压力中心时,先画出凹模型口图,由图可知,由于工件X方向对称,故压力中心可选为Xo=0

由于工件在y方向对称的对称,所以压力中心可选为Yo=0

计算时忽略边缘4-R2圆角，可知冲压件压力中心坐标为（0,0）

2.冲压力的计算

表2.1冲压力计算表

专案分类

项目

公式

结果

备注

冲压力

冲裁力F

F=KLtτ=1.3*210*5*440

600.6KN

L=210τ=440mpa

卸料力Fx

Fx=KxF=0.04*600.6

24.024KN

查表2.6.1Kx=0.04

推件力Ft

Ft=nKtF=1.6*0.045*600.6

5.3KN

n=h/t=8/5=1.6

Kt=0.45（同上）

总冲压力Fo

Fo=F+F+F=600.6+24.024+5.3

630.224KN

刚性卸料下出件

3.工作零件刃口尺寸计算

落料部分以落料凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配制

表2.2零件尺寸表

基本尺寸及分类

冲裁间隙

磨损系数

计算公式

制造公差

计算结果

落

料

凹

模

Dmaxο

-Δ

=60（上偏差为0，下偏差为-0.74）

Zmin=0.246

Zmax=0.36

Zmax-Zmin

=0.36-0.246

=0.11mm

制作精度为IT14级，故X=0.5

Dd=（Dmax-xΔ）

Δ/4

Dd=59.63（上偏差为+0.185，下偏差为0），相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在0.246~0.36之间

Dmaxο

-Δ

=15（上偏差为0，下偏差为-0.43）

Dd=14.74（上偏差为+0.13，下偏差为0）

同上

Dmaxο

-Δ

=30（上偏差为0，下偏差为-0.52）

Dd=29.74（上偏差为+0.13，下偏差为0）

同上

Dmaxο

-Δ

=10（上偏差为0，下偏差为-0.36）

Dd=9.74（上偏差为+0.13，下偏差为0）

同上

工作零件结构尺寸

落料凹范本尺寸

凹模厚度：

H=Kb（≥15mm）（查表2.9.5得K=0.27）

H=0.27*60=16.2mm

凹模边厚度：

C≥（1.5~2）*H

=（1.5~2）*16.2

=（24.39~32.4）mm实取C=25mm

凹范本边长：

L=b+2c=60+2*25=110mm

查标