数控模具设计冷冲模具论文精编.docx
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数控模具设计冷冲模具论文精编
（数控模具设计）冷冲模具论文
摘要
冷冲模是广泛运用的模具之壹，种类包括冲孔模、落料模、弯曲模、拉深模等，近年来冷冲模的应用越来越广泛。
冷冲压具有成本低，产品质量稳定，能加工多种性能，状态的零件。
同时它的应用和普遍也受到模具寿命和生产安全等方面的制约。
通过熟悉各类模具的加工特点及内部结构，完成模具总体结构分析；随后作者进行毛坯尺寸、排样、工序尺寸、冲压压力、压力中心、模具工作部分尺寸等工艺计算，力争以最好的性价比设计了模具各零件的结构及装配关系，在此基础上确定模具的外形，完成了装配图和非标准的零件图。
前言
模具行业的发展现状及市场前景
现代模具工业有“不衰亡工业”之称。
世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在700亿至850亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新壹轮的发展机遇。
近几年，我国模具产业总产值保持15%的年增长率（据不完全统计，2005年国内模具进口总值达到700多亿，同时，有近250个亿的出口），到2007年模具产值预计为700亿元，模具及模具标准件出口将从当下的每年9000多万美元增长到2006年的2亿美元左右。
单就汽车产业而言，壹个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。
2005年我国汽车产销量均突破550万辆，预计2007年产销量各突破700万辆，轿车产量将达到300万辆。
另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。
目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。
1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。
工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之壹。
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%。
模具的发展是体现壹个国家现代化水平高低的壹个重要标志，就我国而言，经过了这几十年曲折的发展，模具行业也初具规模，从当初只能靠进口到当下部分进口已经跨了壹大步，但仍有壹些精密的冲模自己仍不能生产只能通过进口来满足生产需要。
随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。
随着信息产业的不断发展，模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。
当下模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究和应用。
大大提搞了模具设计和制造的效率。
减短了生产周期。
采用模具CAD/CAM技术，仍可提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新和开发上。
尤其是pro/E和UG等软件的应用更进壹步推动了模具产业的发展。
。
数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化。
电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。
模具的标准化程度在国内外当下也比较明显。
特别是对壹些通用件的使用应用的越来越多。
其大大的提高了它们的互换性。
加强了各个地区的合作。
对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。
第壹章冲压工艺设计
第壹节冲压件的工艺性分析及工艺方案
1、冲压工艺介绍
冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之壹。
它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。
冲压不仅能够加工金属板料，而且也能够加工非金属板料。
冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。
当内力的作用达到壹定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生和内力的作用性质相对应的变形，从而获得壹定的形状、尺寸和性能的零件。
冲压生产靠模具和设备完成加工过程，所以它的生产率高，而且由于操作简便，也便于实现机械化和自动化。
利用模具加工，能够获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。
冲压产品的尺寸精度是由模具保证的，所以质量稳定，壹般不需要再经过机械加工便能够使用。
冲压加工壹般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量的切削材料，所以它不但节能，而且节约材料。
冲压产品的表面质量较好，使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料，在冲压过程中材料表面不受破坏。
因此，冲压工艺是壹种产品质量好而且成本低的加工工艺。
用它生产的产品壹般仍具有重量轻且刚性好的特点。
冲压加工在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。
现代各种先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。
在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。
当今，随着科学技术的发展，冲压工艺技术也在不断革新和发展，这些革新和发展主要表当下以下几个方面：
（1）工艺分析计算方法的现代化
（2）模具设计及制造技术的现代化
（3）冲压生产的机械化和自动化
（4）新的成型工艺以及技术的出现
（5）不断改进板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。
2、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俩大类。
分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿壹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壹个工件。
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，常用和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，壹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，且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壹个非常重要的问题。
3、冲压件的形状和尺寸（图1）
（冲压件的形状和尺寸特点分析）
C20steel
1mmthick
图1零件图
1冲压件的尺寸精度
1材料：
该冲裁件的材料C20钢是优质碳素钢，具有较好的可冲压性能。
2零件结构：
该冲裁件的结构简单，且在转角有俩处R2.5圆角，比较适合冲裁。
3尺寸精度：
零件图上所有未注尺寸，属自由尺寸，按IT13级确定工件尺寸的公差。
查《机械制造技术基础》表1-3，可得各尺寸公差
零件外形:
mmmmmmmmmm
零件内形：
mm
结论：
适合冲裁
2.生产批量
该零件为单件小批量生产。
3．冲压工艺方案的制定
该零件包括落料、冲孔俩个基本工序，能够采用以下三种工艺方案：
a）先落料，再冲孔，采用单工序模生产。
b）落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。
c）冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。
第二节确定工艺方案及模具结构型式
1.模具结构形式的选择
方案①模具结构简单，但需要俩道工序、俩套模具才能完成零件的加工，生产效率较低；由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式。
由于级进模结构复杂能以制造，根据生产效率、精度、所使用的机床、卸料方式、废料出料、板料的定位方式、制造成本等方面分析最终确定用下出料，凹模固定在上模座上，凸模固定在下模座上。
最后确定用复合冲裁方式进行生产。
工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合结构采用倒装复合模及弹性卸料和定位钉定位方式。
2.工序和排样
在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之壹。
排样是指冲件在条料、带料或`板料上布置的方法。
冲件的合理布置（即材料的经济利用），和冲件的外形有很大关系。
根据不同几何形状的冲件，可得出和其相适应的排样类型，而根据排样的类型，又可分为少或无工艺余料的排样和有工艺余料的排样俩种。
1）搭边设计
排样时，冲件之间以及冲件和条料侧边之间留下的余料叫搭边。
它的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证条料有壹定刚度，便于送料。
搭边数值取决于以下因素：
①件的尺寸和形状。
②材料的硬度和厚度。
③排样的形式（直排、斜排、对排等）。
④条料的送料方法（是否有侧压板）。
⑤挡料装置的形式（包括挡料销、导料销和定距侧刃等的形式）。
搭边值壹般是由经验再经过简单计算确定的。
查《冲压模具设计和制造》表2.5.2，确定搭边值：
俩工件间的搭边：
a=1.5mm
工件边缘搭边：
b=1.8mm
步距为：
12.2mm
条料宽度B==43.6mm
（查《冲压工艺和模具设计》表2-8△=0.4）
2）排样布局（附图）
图2排样图
确定后排样图如图2所示。
壹个步距内的材料利用率n为：
n=A/BSx100%
=（5*15+20*10+3.14/2*25-3.14/2*2.5^2）/（11.5*43.6）*100%
=64.21%
第三节工艺计算
1.凸模、凹模刃口尺寸的计算
落料部分以落料凹模为基准，落料凸模按间隙配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。
即以落料凹模、冲孔凸模为基准，凹凸模按间隙值配制。
1落料凹模
根据零件材料查《冲压工艺和模具设计》表2-3得：
2Cmin=0.100mm2Cmax=0.140mm
由零件为IT13级查《冲压工艺和模具设计》表2-5得：
X=0.75
则由公式=可得凹模刃口尺寸：
（1）=mm==mm
（2）=mm==mm
（3）=mm==mm
（4）=mm==mm
（5）=mm==mm
相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证俩面间隙在
0.100mm—0.140mm之间。
2冲孔凸模
根据零件材料查《冲压工艺和模具设计》表2-3得：
2Cmin=0.100mm2Cmax=0.140mm
由零件为IT13级查《冲压工艺和模具设计》表2—5得：
X=0.75
则由公式=可得凸模刃口尺寸
=mm==mm
相应凹模尺寸按凸模尺寸配作，保证俩面间隙在
0.100mm—0.140mm之间
3落料凹模的周界的确定
凹模厚度：
H=Kb（H≥15mm）（K查《冲压工艺和模具设计》表2-20）
=0.35*40
取H=15mm
凹模边壁厚：
C=（1.5—2）H
=（1.5—2）*15
取C=30mm
凹模边长：
L=b+2C
=40+60
=100mm
查标准JB/T-6743.1-94:
凹模宽B=100mm
故确定凹模外形：
100*100*15mm。
将凹模作成薄形式且加空心垫板后实取
为：
100*100*12mm
4冲裁力计算
落料力F落=KptLN
Kp=1.3
为材料抗剪强度L为冲裁周边总长t为材料厚度
L=5+12.5*2+20*2+3.14*2.5+3.14*5
=92.55mm
t=1mm
查《冲压工艺和模具设计》附录A1可得=440MPa
F落=1.3x1x92.55x440=52.94KN
冲孔力F冲=1.3Lt=1.3x3.14x5x1x440=8.98KN
卸料力F卸=K卸*F落
K卸其值范围（0.02—0.06）取K卸=0.05
F卸=0.05x52.94=2.647KN
推件力F推=nK推F冲
K推其值范围（0.03—0.07）取K推=0.06
F推=3x0.06x8.98=1.62KN（n取3）
F总=F落+F冲+F卸+F推
=52.94+8.98+2.647+1.62=66.187KN
5压力机公称压力的选取
根据F总=66.187KN查《冷冲压模具设计和制造》表7—10选用J23-10开式双柱可倾压力机；其参数如下：
滑块行程：
45mm
滑块行程次数：
145次min-1
最大封闭高度：
180mm
封闭高度调节量：
35mm
模柄孔尺寸：
直径30mm
6压力中心的计算
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，应使冲模压力中心和压力机滑块的中心重合。
否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
图3
如图3所示工件在y方向对称，故压力中心Y0=5mm
解析法计算依据：
各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。
求出合力的坐标位置，即为所求模具的压力中心。
=26.34mm
其中：
L1=5X1=0
L2=12.5X2=6.25
L3=1/2*3.14*2.5X3=13.25
L4=20X4=25
L5=2*3.14*2.5X5=35
L9=12.5X9=6.25
L8=1/2*3.14*2.5X8=13.25
L7=20X7=25
L5=2*3.14*2.5X5=35
L6=3.14*5X6=40
由之上计算工件的压力中心坐标为（5，26.34）
第二章模具零件及结构的详细设计
第壹节标准件的选取
①模架的选取
由凹模周界L=100mmB=100mm查《冲压模具简明设计手册》表15.2GB/T2851.3
选择滑动后侧导柱式模架。
上模座标准编号：
GB/T2855.5100*100*30
其基本参数：
H=30mm=130mmS=116mm
=75mm=110mmR=32mm
=60mmmm
下模座标准编号：
GB/T2855.6100*100*40
其基本参数：
Ｈ＝=130mmS=116mm
=75mm=110mmR=mm
=60mmmm
Ａ型导柱标准编号：
GB/T2861.120*130
其基本参数：
ｍｍ
Ａ型导套标准编号：
GB/T2861.620*70*28
其基本参数：
mmmm
②模柄的选取
由J23-10开式双柱可倾压力机需d=30的模柄查《冷冲压模具设计和制造》表7—37
选用B型压入式模柄，其基本参数为：
mmmm
mmH=78mm
h=30mmh1=4mmb=2mm
a=0.5mmd1=6mmd2=11mm
③螺钉的选取
上，下模座螺钉
由凹模周界100*100选用M8的内六角圆柱头螺钉
其基本参数查GB/T70.1—2000:
P=1.25mm=13mmk=8mmt=4mms=6mm
e=6.86mmr=0.1=12—80mm
根据模具的实际情况
上模座选用M8X50的内六角圆柱头螺钉。
下模座选用M8X25的内六角圆柱螺钉。
卸料螺钉
查《冲压模具简明设计手册》表15-34
选用M8X35的圆柱头卸料螺钉
4销钉的选取
上，下模座销钉
由凹模周界100*100选用M8的圆柱销钉
其基本参数查GB/T119.1
C=1.6mmmm
根据模具的实际情况
上模座选用M8X50的圆柱销钉
下模座选用M8X30的圆柱销钉
模柄固定销
由模柄选用M6的圆柱销钉
其基本参数查GB/T119.1
C=1.2mm=12—60mm
根据模具的实际情况
选用M8X12的圆柱销钉
挡料销和导料销
由条料的排样布局查《冷冲压模具设计和制造》表7.44选用固定
挡料销，其基本参数如下：
mmmmh=1mmmm
5卸料弹簧的选取
查《冲模设计手册》表14-35选用D=15H=22的弹簧
⑥推杆的选取
查《冲压模具简明设计手册》表15.42选用A型带肩推杆。
其基本参数：
D=8mmL=110mmmm
第二节模具工作零部件详细设计
（1）凹模
查GB2871.4—81，得
俩螺钉孔距S=76mmS2=56mm
俩销钉孔距S1=40mm
根据第二章第三节1计算出来的刃口尺寸，则凹模的具体尺寸见附图1
由凹模板确定其它模具模板的尺寸列表如下
（2）冲孔凸模尺寸
凸模长度：
L=h1+h2+h3
=12+12+12
=36mm
其中h1为凸模固定板高度
h2为空心垫板高度
h3为凹模板高度
查《冷冲压模具设计和制造》表7.41GB/2863.2—81
由凸模直径确定冲孔凸模其它尺寸见附图5
（3）推件块
推荐块高度：
L=H+3
=12+3
=15mm
H为凹模板高度。
查《冲模设计》表8得出和凹模的间隙为0.3mm
其具体尺寸见附图6
（4）凸凹模
凸凹模高度：
L=L1+h1-h2
=35+12-4
=43mm
其中L1为卸料销钉的L长度，h1为卸料板的厚度，h2为下垫板的厚度
其具体尺寸见附图8
第三节模具零件三维设计
1，下模座2，上模座
3，下垫板4，上垫板
5，凸模固定板6，凸凹模固定板
7,空心垫板8卸料板
9，凹模板10，凸模
11，凹凸模12，模柄
14，推杆15，推件块
16，卸料螺钉17，弹簧
18，螺钉19，圆柱销
20，挡料销21，导料销
第三章模具结构的装配
第壹节模具零件的二维工程图
第二节模具的装配过程
第三节模具的爆炸图
致谢
对几年来辛勤教导我的老师和学校致以最崇高的敬意！
对本次毕业设计指导我老师表示我最衷心的感谢!
毕业设计开始以来，有幸多次聆听老师的教诲。
老师以他宽广的知识、高瞻远瞩的学识、在实际生产中所积累的经验。
拓宽了我的视野和思维，更为重要的是老师以他对事业孜孜不倦的追求和待人接物谦逊的态度和豁达的胸襟，时刻都在潜移默化地影响着我，这将使我终生受益。
通过本次毕业设计，获得实践动手能力而壹个重要的实践性壹次综合性实践。
在专业技术应用能力上达到培养目标的基本要求，在冲压工艺和冲压模具设计技术方面得到全面提高，进而培养了综合设计能力，掌握了冲压模具设计的方法和步骤，使我掌握了冲压模具设计的基本技能，具有查阅和运用标准资料、手册等有关技术资料的能力。
为今后的学习工作打下坚实的基础。
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