完整版摇架调压块冲压工艺及模具设计毕业设计论文.docx
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完整版摇架调压块冲压工艺及模具设计毕业设计论文
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中文摘要及关键词
摘要：
本次设计的是复合冲裁模，复合冲裁模是在冲床的一次冲压过程中可以同时完成两步或两步以上的工序。
该复合冲裁模将落料、冲孔两步工序在一起完成。
该模具选取了合理的凸、凹模间隙及最佳的模具设计结构完成工件的加工要求。
它具有操作方便、一次成形、生产效率高的特点。
阐述了零件冲压复合模具的整体结构及其工作过程，为保证冲裁件的质量，指出了复合模具设计和加工注意的要点。
该设计思路可扩展应用到其它类似零件的冲裁加工中。
关键词:
冷冲压，工艺方案分析，模具设计，复合模，模具结构
英文摘要及关键词
Abstract：
Inthispaper,acompounddieisdesigned.Thecompounddiecanproducetwopartsormorebyonepunchingprocedure.Itintroducethedesignandwayoffineblankingandchosetheblankingclearancebetweenpunchandmatrix.Thebeststructureisintroducedtocomplishthedesireofthemakingmachineparedwiththetraditionaldies,thiswholestructureandworkingprocessofthediewerestated,andthemainpointsmethodcanbeusedtotheformingofothersimilarparts.
Keywords:
coldpunchingpress,technologicalprocessanalysis,moulddesign,compounddie，structuresothestructingofdie。
第一章绪论
1.1冲压工艺与模具的发展方向
（1）成形工艺与理论的研究
近年来，冲压成形工艺有很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的精度日趋精确，生产率也有极大提高，正在把冲压加工提高到高品质的、新的发展水平。
前几年的精密冲压主要市是指对平板零件进行精密冲裁，而现在，除了精密冲裁外还可兼有精密弯曲、拉深、压印等，可以进行复杂零件的立体精密成形。
过去的精密冲裁只能对厚度为5~8mm以下的中板或薄板进行加工，而现在可以对厚度达25mm的厚板实现精密冲裁，并可对σb>900MPa的高强度合金材料进行精冲。
由于引入了CAE，冲压成形已从原来的对应力应变进行有限元等分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。
在冲压毛坯设计方面也开展了计算机辅助设计，可以对排样或拉深毛坯进行优化设计。
此外，对冲压成形性能和成形极限的研究，冲压件成形难度的判定以及成形预报等技术的发展，均标志着冲压成形以从原来的经验、实验分析阶段开始走上由冲压理论指导的科学阶段，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。
（2）冲压加工自动化与柔性化
为了适应大批量、高效率生产的需要，在冲压模具和设备上广泛应用了各种自动化的进、出料机构。
对于大型冲压件，例如汽车覆盖件，专门配置了机械手或机器人，这不仅大大提高了冲压件的生制件质和生产率，而且也增加了冲压工作和冲压工人的安全性。
在中小件的大批量生产方面，现已广泛应用多工位级进模、多工位压力机或高速压力机。
在小批量多品种生产方面，正在发展柔性制造系统（FMS），为了适应多品种生产时不断更换模具的需要，已经成功地发展了一种快速换模系统，现在，换一副大型的冲压模具，仅需6~8分钟即可完成。
此外，近年来，集成制造系统（CIMS）也正被引入冲压加工系统，出现了冲压加工中心，并且使设计、冲压生产、零件运输、仓储、品质检验以及生产管理等全面实现自动化。
（3）为了满足制件更新换代快和生产批量小的发展趋势
发展了一些新的成形工艺（如高能成形和旋压等）、简易模具（如软模和低熔点合金模等）、通用组合模具和数控冲压设备等。
这样，就使冲压生产既适合大量生产，也同样适用于小批生产。
（4）不断改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果
例如，研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件，以减轻零件重量和提高其结构强度
1.2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（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。
（7）模具使用优质材料及应用先进的表面处理技术将进一步受重视
在整个模具价格构成中，材料所占比重不大，一般在20%～30%之间，因此选用优质钢材和应用的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。
对于模具钢来说，要采用电渣重熔工艺，努力提高钢的纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的模具钢。
如采用粉末冶金工艺制作的粉末高速钢等。
粉末高速钢解决了原来高速钢冶炼过程中产生的一次碳化物粗大和偏析，从而影响材质的问题。
其碳化物微细，组织均匀，没有材料方向性，因此它具有韧性高、磨削工艺性好、耐磨性高、长年使用尺寸稳定等特点，是一种很有发展前途的钢材。
特别对形状复杂的冲件及高速冲压的模具，其优越性更加突出。
这种钢材还适用于注射成型漆加玻璃纤维或金属粉末的增强塑料的模具，如型腔、形芯、浇口等主要部件。
另外，模具钢品种规格多样化、产品精料化、制品化，尽量缩短供货时间亦是重要方向。
模具热处理和表面处理是能否充分发挥模具钢材性能的关键环节。
模具热处理的发展方向是采用真空热处理。
模具表面处理除完善普及常用表面处理方法，即扩渗如：
渗碳、渗氮、渗硼、渗铬、渗钒外，应发展设备昴贵、工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。
（8）在模具设计制造中将全面推广CADCAMCAE技术
模具CADCAMCAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。
实践证明，模具CADCAMCAE技术是模具设计制造的发展方向。
现在，全面普及CADCAMCAE技术已基本成熟。
由于模具CADCAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CADCAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为广大模具企业普及模具CADCAM技术创造了良好的条伯。
随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。
在普及推广模具CADCAM技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发和应用。
加大技术培训和技术服务的力度。
应时一步扩大CAE技术的应用范围。
对于已普及了模具CADCAM技术的一批以家电行业代表的企业来说，应积极做好模具CADCAM技术的深化应用工作，即开展企业信息化工程，可从CAPP,PDMCIMS,VR，逐步深化和提高。
（9）快速原型制造（RPM）技术得到更好的发展
快速原型制造（RPM）技术是美国首先推出的。
它是伴随着计算机技术、激光成形技术和新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技术，是基于新颖的离散堆积（即材料累加）成形思想，根据零件CAD模型、快速自动完成复杂的三维实体（原型）制造。
RPM技术是集精密机械制造、计算机、NC技术、激光成形技术和材料科学最新发展的高科技技术，被公认为是继NC技术之后的一次技术革命。
RPM技术可直接或间接用于模具制造。
首先是通过立体光固化（SLA）叠层实体制造（LOM）激光选区烧结（SLS）、三维打印（3D-P）熔融沉积成形（FDM）等不同方法得到制件原型。
然后通过一些传统的快速制模方法，获得长寿命的金属模具或非金属的低寿命模具。
主要有精密铸造、粉末冶金、电铸和熔射（热喷涂）等方法。
这种方法制模，具有技术先进、成本较低、设计制造周期短、精度适中等特点。
从模具的概念设计到制造完成仅为传统加工方法所需时间的13和成本的14左右。
因此，快速制模技术与快速原型制造技术的结合，将是传统快速制模技术，进一步深入发展的方向。
RPM技术还可以解决石墨电极压力振动（研磨）成形法中母模（电极研具）制造困难问题，使该法获得新生。
青岛海尔模具有限公司还构建了基于RE（逆向工程技术）RPM的模具并行开发系统，具有开发质量高、开发成本低及开发周期短等优点。
（10）高速铣削加工将得到更广泛的应用
国外近年来发展的高速铣削加工，主轴转速可达到40000～100000rmin,快速进给速度可达到30～40mmin，换刀时间可提高到1～3S。
这样就大幅度提高了加工效率，如在加工压铸模时，可提高7～8倍，并可获得Ra≤10um的加工表面粗糙度。
形状精度可达10um。
另外，还可加工硬度达60HRC的模块，形成了对电火花成形加工的挑战。
因此，高速铣削加工技术的发展，促进了模具加工的发展，特别是对汽车、家电行业中大型腔模具制造方面注入了新的活力。
（11）模具高速扫描及数字化系统将发挥更大的作用
英国雷尼绍公司的模具扫描系统，已在我国200多家模具厂点得到应用，取得良好效果。
该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的的模型所需的诸多功能，大大缩短的研制制造周期。
如RENSCAN200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，用雷尼绍的SP2-1扫描测头实现快速数据采集，控制核心是雷尼绍TRACECUT软件，可自动生成各种不同数控系统的加工等程序及不同格式的CAD数据。
用于模具制造业的“逆向工程”。
该公司又推出了CYCLON高速扫描机，这是一台独立工作的专门用来扫描的设备，不占用加工机床的工作时间。
其扫描速度最高可达3mmin，大大缩短了模具制造周期，另外，其数据采集速度比RENSCAN200快，定时探针接触力小，因此可以用非常细的探针，用来扫描细小的模具和细微的特征表面，扩大模具生产的品种范围。
由于模具扫描系统已在汽车、摩托车、定电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大作用。
（12）模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展
模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。
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，我国目前仍以手工研磨抛光为主，不仅效率低（约占整个模具制造周期的13），且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工向更高层次发展。
因此，研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。
日本已研制了数控研磨机，可实现三维曲面模具研磨抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。
日本已研制了数控研磨机，可实现三给曲面模具研磨抛光的自动化。
另外，由于模具型腔形状复杂，任何一种研磨抛光方法都有一定局限性。
应注意发展特种研磨与抛光、如挤压衍磨、电化学抛光、超声抛光以及复合抛光工艺与装备，以提高模具表面质量。
（13）模具自动加工系统的研制和发展
随着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统。
这也是我国长远发展的目标。
模具自动加工系统应有如下特征：
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。
1.3设计分析
1.3.1题目：
摇架调压块冲压工艺及模具设计
1.3.2设计任务与要求
根据给定的摇架调压块零件图,按照大批量生产的要求和中型企业的生产条件,分析该零件的冲压工艺性,论证出最佳工艺方案并设计出有关的冲压模具图。
其中包括绘制摇架调压块零件图，填写冲压工艺卡；根据生产要求设计冲孔落料复合模一套、弯曲模一套，绘制两套模具装配图及冲孔落料复合模的主要零件图；撰写设计说明书一份。
1.3.3设计内容
（1）实物零件图…………1张
（2）工序卡………………2张
（3）模具装配图…………2张
（4）模具零件图………9张
（5）说明书……………1份
（6）英文翻译…………1篇
1.3.4原始资料
（1）摇架调压块零件的实物零件图
（2）生产纲领为大批量生产，并满足中型企业生产条件
（3）板料为Q235钢板
1.4课题目的和意义
通过完成毕业设计：
“摇架调压块冲压工艺及模具设计”,巩固大学四年来所学专业基础知识和专业知识,并运用所学的冷冲压工艺与模具设计知识,解决冲压工艺中的实际问题,提高分析问题,解决实际问题的能力.
着重是培养综合运用所学知识独立分析、设计、解决实际生产问题和其它一些综合能力，特别是工作能力，养成良好的工作态度、工作作风。
另外，还可进一步熟悉有关标准和规范，能够熟练使用有关设计手册和熟悉编写技术文件和设计说明书，进一步提高科技写作的能力，加强对冲压工艺与模具设计的了解。
第二章摇架调压块零件的冲压工艺设计
2.1设计前的准备工作
设计前必须了解并掌握以下资料：
1）、产品零件图和技术要求，材料及其机械性能指标。
2）、生产纲领。
3）、生产条件：
包括设备情况、生产工人技术水平、模具制造能力等。
4）、有关技术标准、手册和设计资料。
5）、了解国内外同类产品制造工艺及先进技术。
2.2零件的工艺性分析
摇架调压块零件是麻纺粗纱摇架后加压结合件中的一个调压零件，该零件固定在后支架上，起到了固定调压螺母和弹簧的作用。
其材料Q235为普通碳素钢，抗剪强度τ=304～373MPa，抗拉强度=432～461MPa，屈服极限δs=253MPa，伸长率δ10=21%～25%，具有良好的冲压性能，适合冲压加工。
该零件行状简单，尺寸较小，高度对称，厚度适中，属普通冲压件。
该零件是以φ6.4孔定位，用于装配，故该孔位置是需要保证的重点。
2—φ9两孔要保证其中心位置，2—φ12翻边时除了要保证它的公差外，还要保证它的高度。
此外，由于零件较小，从安全角度考虑，要采取适当的取件方式。
有一定的加工批量，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。
2.3工艺方案拟定
2.3.1本零件简图如图2－1：
图2－1工件简图
2.3.2确定工艺方案
表2－1简单模、复合模、连续模比较表
比较项目
简单模
复合模
连续模
冲压精度
低精度IT14级以下
高级和中级精度
IT8~IT10级
中级和低级精度
IT10~14级
工件尺寸及
形状特点
适合形状工件简单尺寸不受限制
工件形状及尺寸大小受模具结构及强度限制
可以加工形状复杂工件，适合加工小的异形件
生产效率
因单工序加工，生产效率低
需用手或机械排除废料和工件生产效率较低
工序间自动送料，可自动排除工件，效率高
使用高速自动冲床
操作困难，
不便使用
出件排料困难，不作推荐
可在行程序400次分或更高的冲床上工作
工作安全性
手需伸入冲模工作区，不安全，需使用安全措施
同简单模
可自动送料，手不伸进工作区，较安全
多排冲压法的应用
很少采用
很少采用
应用广，特别是尺寸较小的工件
冲模制造工作量和加工成本
简单工件冲模制造工作量小，成本低，复杂工件需多套模具，成本高
冲裁复杂形状工件，较简单，比连续模低
冲裁简单形状工件比复合模低，比简单模高
根据上表和零件形状分析确定冲压工序类型及顺序，冲压加工该零件包括以下基本工序：
落料、冲孔、弯曲、翻边、局部成形。
可以拟出以下工艺方案：
方案一：
1）落料
2）冲孔
3）冲两方孔
4）弯曲
5）预冲孔
6）翻边
7）局部成形（压凸）
方案二：
1）落料冲孔复合
2）冲两方孔
3）弯曲
4）预冲孔
5）翻边
6）局部成形（压凸）
方案三：
1）落料冲孔弯曲复合
2）冲两方孔
3）预冲孔
4）翻边
5）局部成形（压凸）
对上述三种工艺方案进行优缺点分析及比较评价：
方案一属于单工序冲压，复合程度低，模具结构简单，安装、调式容易，但由于此零件生产批量较大，尺寸又较小，这种方案生产道次多，效率低，不适合大批量生产，故不宜采用。
方案二与方案一相比主要区别在于将落料与冲孔复合，工序少，生产效率提高，当然结构要稍微复杂一点。
方案三与方案二相比在于将落料、冲孔、弯曲三者复合，工序更少，生产效率更高，但由于零件结构尺寸小，壁厚小，复合模结构复杂，装配调试困难，同时模具强度也较低，寿命不高。
结合上面分析，选择方案二较适合。
第三章 冲孔落料模的工艺计算及结构设计
3.1工艺计算
工艺计算主要指冲压件毛坯尺寸的计算，合理间隙的确定，凸凹模工作部分尺寸的计算，冲压力的计算，模具压力中心与闭合高度的计算等。
正确的计算、合理的调试和选择各力，对于选用压力机、模具设计、保证工件的质量以及提高模具的寿命都具有重要意义。
工件冲孔落料后的形状和尺寸如图3－1所示：
图3－1落料图
3.1.1计算毛坯尺寸
由于落料尺寸即零件的平面展开尺寸，摇架调压块零件的基本形状为方形，因此落料形状也应该为方形。
而要确定落料形状，需确定零件弯曲工序毛坯长度。
零件相对弯曲半径，也即弯曲系数K=Rt=0.51.5=0.33＜0.5t=0.5×1.5=0.75
式中R——————弯曲半径（mm）
t——————料厚（mm）
可见，零件属于圆角半径较小的弯曲件
而R=0.5＜0.5t=0.75，当R＜0.5t时的弯曲件可用等体积法计算毛坯长度。
但因弯曲变形时，不仅在圆角变形区产生变薄现象，而且与其相邻的直边部分也产生变薄，加之影响因素较多且难以考虑，所以实际上是用经过修正的公式计算。
该零件弯曲属于一次同时弯曲两个角，由参考文献[16]表3-9公式得：
弯曲件毛料展开长度计算公式：
（3-1）
如下图3-2所示：
图3-2
则：
=20.3+18+18+0.6×1.5=57.2mm
因此，最后落料件为长L=57.2mm，宽B=45.5mm的方板。
3.1.2凸、凹模间隙值的确定
1、间隙对冲裁工作的影响：
冲裁间隙指的是凸凹模刃口缝隙的距离，是冲裁过程中的重要工艺参数。
间隙的大小影响冲裁件的质量，冲裁力的大小以及模具的寿命。
间隙是影响断面质量的主要因素，间隙在一定的合理范围内时，由凸凹模刃口沿最大剪切力方向产生的裂纹将互相重合，制件断面比较平直、光亮、毛刺很小。
间隙过小或过大时，上、下裂纹不重合，出现硬挤裂或者撕裂，断面质量较差，毛刺较大。
间隙还影响零件的尺寸和形状精度。
间隙增大：
材料受的拉应力增大，材料容易断裂分离，冲裁力有一定程度的降低，但继续增大间隙，冲裁力下降缓慢。
间隙减小：
材料受的拉应力减小而压应力增大，不易撕裂使冲裁力增加。
在间隙合理情况下，冲裁力较小。
间隙对卸料力、推件力或顶件力影响显著，增大间隙可以减小卸料力。
但间隙过大会使毛刺增大，反而使卸料力增加。
冲裁时，坯料对凸、凹模刃口产生侧压力和摩擦力，引起磨损。
间隙过小时，侧压力和摩擦力增大，使磨损加剧，寿命降低。
间隙过大时，坯料弯曲相应增大，使凸模与凹模端面压力分布不均，容易产生崩刃或产生塑性变形，对模具寿命极其不利。
2、合理间隙的确定原则
间隙的大小影响冲件的质量、冲裁力及模具寿命等，但要想用同一间隙值，同时满足上述要求的可能性不大。
生产中考虑到模具的制造偏差及使用中的磨损，应选择一个适当的范围作为合理间隙。
确定合理间隙的原则是：
①、合理间隙范围应按零件使用要求分类选用。
下列情况应酌情增大间隙值：
厚料冲小孔（d下列情况应酌情减小间隙值：
凹模为斜壁刃口；加热冲裁；冲孔后须攻丝的冲件。
②、考虑到模具的磨损，设计制造模具应采用最小合理间隙值Z
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