学士学位论文铰链冲压成型模具设计.docx
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学士学位论文铰链冲压成型模具设计
目录
摘要……………………………………………………………………………….........……..2
绪论……………………………………………………………………………….........…..…4
第1章零件图和零件方案的拟订…………………………………….……6
1．零件图及零件工艺性分析…………………………………................…6
二、工序分析………………………………………………………….............…7
第二章落料模的设计与计算………………………………………………....7
一、毛坯尺寸计算………………………………………………….............….7
二、冲压工艺方案的确定………………………………………................…7
三、模具结构形式的确定………………………………………................…8
四、主要工艺设计计算…………………………………………................…8
五、主要零部件的设计…………………………………………...............…12
第三章弯曲模的设计与计算…………………………………………....……15
一、冲压工艺分析及工艺方案的制订………………………...............…15
二、弯曲力的计算………………………………………………..............……16
三、零件设计与计算……………………………………………….................17
第四章冲孔模的设计与计算……………………………………...……….…20
一、冲压工艺性分析及工艺方案的确定………………………............…21
二、冲裁工艺方案的确定…………………………………………..............22
三、冲压工艺参数计算………………………………………………..............23
四、零部件的设计…………………………………………………...............…25
结束语……………………………………………………………………….........……………29
参考文献………………………………………………….…………………………………………30
摘要
模具技术水平的高低是衡量一个国家制造业水平的重要标志之一.我们国家工业的进一步发展要求模具行业向大型的、精密的、复杂的、高效的、长寿命的和多功能的方向发展.
模具制造业属于典型的面向资源单件订货的制造行业；满足项目交货期是模具企业进行生产计划与控制主要的追求目标；模具企业大多为多项目生产,在单项目进度的同时需要保证多项目总工期的按时完成；由于资源分配不合理以及生产过程中不确定性因素的影响,多项目任务间的资源争夺频繁发生,项目间的资源争夺直接限制了各项目的生产率,严重影响到多项目的完工期；传统的资源冲突消解方法已不能满足现实多变的模具动态多项目生产环境；因此,如何及时科学地消解模具生产中的资源冲突,对于多项目的成功实施有着重大意义；
近年来，我国模具需求越来越高，模具的大力生产制造势在必行；模具制造技术还需要很大程度的提高；
关键词：
冷冲压；模具设计计算；板形件；板料成形；模具；
Abstract
Mouldleveloftechnologyisthemeasureofacountrymanufacturingleveloneoftheimportantmarks.Thefurtherdevelopmentofourcountryindustryrequirementstolargemouldindustry,precision,complex,highefficiency,longlifeandmultifunctionaldirection.
Dieandmouldindustrybelongstotypicalresource-orientedpieceorderofmanufacturingindustry.Tomeetprojectdeliverytimeismouldenterprisestocarryouttheproductionplanandcontrolthemainpursuitofthegoal.Moldenterpriseforproductionprojects,mostlyinsingleprojectprogressatthesametimeastheneedtomakesurethatthetotalprojecttimelimitforaprojectcompletedontime.Duetotheunreasonableallocationofresourcesandtheinfluenceofuncertaintyfactorsintheprocessofproduction,resourcesamongmultipleprojecttasksforthefrequent,projectresourcecontentionbetweenproductivitydirectlylimitsthevariouspurposes,seriouslyaffectthecompletiondateismultiplepurpose.Traditionalresourceconflictresolutionmethodscannotsatisfytherealityandchangeablemolddynamicmulti-projectproductionenvironment.Therefore,howtodispeltheresourceconflictsinthemoldproductionscientifically,intimeforthesuccessfulimplementationwithanumberofgreatsignificance.
Inrecentyears,China'smolddemandishigherandhigher,vigorouslyofmouldmanufacturingisimperative.Alsoneedtogreatlyimprovemouldmanufacturingtechnology.
Keywords:
coldstamping;Molddesignandcalculation;Stripshape;Sheetmetalforming.Die;
绪论
模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”；我国模具行业发展在各个地域分布上存在不平衡性，东南沿海地区发展快于中西部地区；而且我国模具设计制造水平在总体上比很多国家落后许多，在加上产品质量和标准化水平不高；我国模具行业市场前景广阔，发展持续增长，机遇与挑战并存；当前汽车、IT、建材、展具、医疗、卫浴等诸多产业当中，80%以上的零部件都是有模具制造出来的，我国模具工业发展比较晚，一直没有形成产业规模，经过十五，十一五高速发展，现代模具产业在新兴工业化道路上驶上了快车道，模具作为重要的制造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，模具在制造业产品研发、创新和生产中所具有的独特的重要地位，是的模具制造能力和水平的高低也称为国家创新能力的重要标志；
我国模具工业的现状与发展
目前,国内模具市场越来越大,国际上将模具制造逐渐向我国转移的趋势和跨国集团到我国进行模具国际采购的趋向十分明显.所以,看向未来,国际、国内模具市场总体发展前景是一片美好.我国模具工业将会有一个继续高速发展的机遇期.
与世界发达国家的差距
目前全世界模具年产值超过600亿美元；日本、美国等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业；虽然中国模具工业近几年设计、制造技术、模具质量水平等取得了很大的发展，但与发达国家相比仍存在较大的差距；模具设计体系规范模具设计软件系统开发是当务之急；制造工业水平国内模具生产厂家公益条件参差不齐，不少厂家特别是私人企业，由于设备不全套，很多工件依赖手工完成，严重影响精度和质量；而欧美许多模具企业的生产技术水平在国际上是一流的；
调试水平模具的最终目的是生产出来合格的产品；国内模具的质量和性能检验大多数就在用户处，容易给用户造成大量的损失和浪费；然而国外大多都拥有自己的试模场所和设备，可以模拟用户的各种工作条件试模，所以能在最短的期限内达到较好的效果；
原材料问题国外材料综合机械性能、耐磨、耐腐蚀性能及抛光亮度军明显优于国产材料；材料从根本上影响国产磨具的外观质量和使用寿命；
价格因素对用户来说合理的质量价格比是最好选择，所以说进口模具价格比国产模具高8-10倍，仍然有其市场空间；
配套体系我国模具生产企业往往忽视与其它设备、原料供应商合作，无形中使用户走了许多弯路；
4.冷冲压工艺的特点
（1）冷冲压是少、无切屑加工的方法，所获得的冲压件一般不需要再次加工；
（2）冷冲压加工方法是一种高效率的加工方法；
（3）冲压件的尺寸精度由模具保证，所以精度高，质量稳定，可批量生产；
（4）冷冲压可以加工壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂等其他方法无法加工的零件，是其他加工方法所不能替代的加工方法；另外，冷冲压加工不需要加热、无氧化皮，表面质量好，操作方便，成本费用较低；由于具有上述突出特点，冷冲压在生产中得到了广泛的应用；全世界的钢材中，有大多数是板材，其中的绝大部分是经过冲压制成；
第一章零件图及零件工艺方案的拟定
一．零件图及零件工艺性分析
1.零件图：
根据零件图分析零件的工艺路线，制造要求；
材料:
08钢厚度:
205mm
图1-1
工件名称：
铰链
该零件材料厚度t=2.5mm<3.2mm,属于薄板冲裁；零件外形相对简单；外轮廓圆角半径满足表1-1的要求，零件外形符合冲裁件外形设计规范；
表1-1冲裁件的外形圆角半径
连接角度
α
90o
α<
90o
α
90o
Α<90o
简图
低碳钢
黄铜、铝
高碳钢、合金钢
0.30t
0.24t
0.45t
0.50t
0.35t
0.70t
0.35t
0.20t
0.50t
0.60t
0.45t
0.90t
零件最大尺寸为64mm，属于小型冲件；由于图中未标注公差等级，确定其精度等级为IT14级，批量生产；
2.冲压件的材料性能；
该零件材料为08钢，查表1-2可知其抗剪强度τ=255~253MP，具有良好的冲压性能，满足冲压工艺要求；
表1-208钢的主要力学性能
抗剪强度
抗拉强度
伸长率
屈服强度
弹性模量
255-353MPa
330-450MPa
32%
200MPa
1.9×MPa
二、工序分析
由零件图可知，该铰链成形工序为落料——弯曲——冲孔；该工序成形的主要难点在与四个孔中两对孔的同心度；故冲孔要在弯曲工序后面，并且需要用侧冲孔的方式，并且两对孔同时冲；弯曲时后端两个耳朵将会向下，凹模应该留出合适的空隙；
第2章落料模的设计与计算
一、毛坯尺寸计算
由零件图可知，落料是只是横向尺寸不同，故长度方向尺寸增加；
总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，查表2-1得中性层位移系数x=0.28.
表2-1中性层位置因子k与r/k比值的关系
r/t
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
k
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25
0.26
0.27
0.28
r/t
1
1.2
1.5
2
2.5
3
4
5
7.5
k
0.31
0.33
0.36
0.37
0.40
0.42
0.44
0.46
0.5
中性层半径
=r+kt=2+0.28×2.5=2.8（mm）
————中性层半径（mm）
r————弯曲半径（mm）
K————中性层位置因子
t————材料厚度（mm）
弯曲件的展开尺寸：
L=64-5+44-5+2.8×3.14/2=106.5（mm）
2、冲压工艺方案的确定
本单工序冲裁模可以采用以下三种方案：
方案一：
采用无导向的单工序冲裁模；
方案二：
采用导板导向的单工序冲裁模；
方案三：
采用导柱导向的单工序冲裁模；
方案一模具结构简单，尺寸小，重量轻，模具制造容易，成本低，但冲漠在使用安装时麻烦，需要调试间隙的均匀性，冲裁精度低且模具寿命短；它适合于精度要求低、形状简单、批量小的冲裁剪；
方案二精度高，模具使用寿命长，但模具制造较复杂，冲裁时视线不好；
方案三冲裁精度最高，使用寿命长；但与前两种方案相比，成本高；
由于产品批量较大，故采用导柱导向的单工序冲裁模；
采用滑动导向的标准模架，不仅能满足冲压工艺要求降低，缩短模具的制造周期，还能降低成本，所以本工件采用滑动导向的单工序冲裁模；
三、模具结构形式的确定
（1）操作方式选择：
采用手工送料操作方式；
（2）定位方式的选择：
选用导料板、固定挡料销定位方式；
（3）卸料方式的选择：
本工件坯料较厚，所以选择固定板卸料；
（4）模具结构简图的绘制：
四、主要工艺设计计算
（1）调料宽度：
60mm；根据调料宽度50~100mm，材料厚度t=2.5mm，据表2-2，得调料宽度偏差Δ=-0.8mm，查表2-3得调料与导板之间的间隙C=0.8mm；
表2-2调料宽度偏差（mm）
调料宽度B（mm）
材料厚度t（mm）
~1
1~2
2~3
3~5
~50
-0.4
-0.5
-0.7
-0.9
50~100
-0.5
-0.6
-0.8
-1.0
100~150
-0.6
-0.7
-0.9
-1.1
150~220
-0.7
-0.8
-1.0
-1.2
220~300
-0.8
-0.9
-1.1
-1.3
表2-3调料与导料板之间的单面间隙C（mm）
板料厚度t
无侧压装置
有侧压装置
调料宽度
≤100
>100~200
>200~200
≤100
≥100
1
0.5
0.5
1
5
8
>1~5
0.8
1
1
5
8
送料步距为S=L+α1=109mm.
调料宽度：
B-Δ0=（Dmax+C）-Δ0=53+0.8=53.8
（mm）
B————调料宽度
Dmax————调料宽度方向冲裁件的最大尺寸
Δ————调料宽度的单向偏差
C————调料与导料板之间的单面间隙
导料板间距A=B+C=54.16mm
（2）材料利用率计算
K=na/A×100=73%
其中，K为材料利用率；
n为条料上生产的冲件数；
a为每一冲件的面积；
为条料面积；
（3）冲压力计算
落料尺寸L=393.16mm,
落料力：
F落=1.3τLt=1.3×393.16×2.5×353=4.5105×105N
推件力计算：
设同时卡在凹模中的工件数为1，查表得推件力系数k=0.055,
F推=nKT×F=2×0.055×451.05=49620N
总冲压力F总=F落+F推=500670N
（4）压力机选择；
选择的压力机的标称压力应大于总冲压力，查《冲漠设计手册》，选择型号为J21-63系列开始固定台压力机，压力机的参数为：
公称压力：
630KN;
滑块行程：
120nn;
压力机工作台面尺寸：
540mm×840mm（前后×左右）;
压力机工作台漏料孔尺寸：
290mm×330mm（前后×左右）；
滑块模柄孔尺寸：
50mm×70mm;
压力机最大装模高度：
270mm;
连杆调节量：
70mm；
（5）落料模刃口尺寸计算
模具的刃口尺寸计算对于整个模具来说是非常重要的，模具的凸、凹模之间的间隙对冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲裁力、模具寿命等都有很大的影响；冲裁模间隙是制定冲裁工艺和设计模具时要确定的一个非常重要的工艺参数；
因此确定合理的冲裁间隙至关重要，确定合理的冲裁间隙大小的方法有两种：
一、理论确定法；二、经验确定法；理论确定法的主要依据是保证裂纹重合，根据材料的力学性能、板料厚度等因素来确定间隙值；但理论确定法在实际生产加工中使用不太方便，所以生产中广泛使用的是经验确定法，用经验公式来确定间隙数值，加工方便适应各种情况，非常实用；
影响凸、凹模间隙值因素有多种，而断面质量和和尺寸精度要求也各不相同；所以，在实际生产中很难确定统一的间隙值，我们只能够根据相应要求及材料的力学性能、所用板料的厚度，来确定一个适当的范围作为合理间隙值；当间隙偏大时，会导致毛刺较高较厚；当间隙偏小时，会导致端面质量有一定的缺陷；因此合理的间隙值极为重要，合理间隙值的最小值我们称为最小合理间隙Zmin，最大值称为最大合理间隙Zmax；在设计和制造模具时还应考虑到模具凸、凹模在使用中会因磨损而使间隙增大，故应按最小间隙Zmin确定模具间隙值；
在设计冲裁工艺的时候，应该考虑到冲裁件对冲裁工艺的适应效果，也就是适应性；.冲裁零件的形状，本次设计的零件为“铰链”形状简单、对称；外形没有尖角有利于模具的制造，还能提高模具寿命；2.零件的精度要求，设计是零件的精度要求也是非常重要的考虑因素；一般通过增加余料来提高精度，也就是搭边，选取合理的搭边值不仅可以提高零件的精度还可以提高模具的寿命；
一副模具的凸、凹模刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的重要因素也是主要因素；因此，在冲裁模设计中，正确确定与计算凸、凹模刃口尺寸及其公差是极其重要的；
下面根据参考文献和计算凸、凹模刃口尺寸及其公差的原则和有关公式来分别确定凸、凹的刃口尺寸；根据零件形状特点，尺寸要求和查《冷冲模设计》可得：
（1）落料时通常先确定凹模的尺寸大小，再根据最小合理间隙来确定凸模的尺寸大小；落料件尺寸的基本计算公式为：
DD=（Dmax–XΔ）0+δD
DP=（DP–Zmin）0-δP=（D–XΔ-Zmin）0-δP
查得最小间隙Zmin=0.29mm，最大间隙Zmax=0.35mm，凹模制造公差δD=0.040mm，凸模制造公差δT=0.030mm；将以上各值代入:
δD+δPδP=0.4（Zmax-Zmin）=0.024mm
δD=0.6（Zmax-Zmin）=0.036mm
所以落料时工作零件刃口尺寸为：
DD1=106.460+0.03mm
DP2=106.520-0.02mm
搭边值的确定
搭边值时排样时需要考虑的一个重要因素，搭边值的选取要合理，因为它会对工件的精度造成较大的影响。
具体的说搭边就是指排样的时候，冲裁件之间以及冲裁件与条料边缘之间留下的工艺废料。
搭边具有以下作用：
补偿定位误差，保证冲出合格的零件；增加条料刚度，方便条料送进，提高生产效率；避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，提高模具寿命等。
因此搭边值的选取必须合理。
搭边值的大小要合理，在实际确定搭边值时，应考虑一下因数。
（1）材料的力学、机械性能；
（2）冲裁零件的形状与尺寸大小；
（3）材料的厚度；
（4）卸料方式，弹性还是非弹性。
根据以上因素和参考文献选取比较合理搭边值：
查表得a=2.5mm
五、主要零部件的设计
（1）凹模设计：
凹模的刃口形式及尺寸，由于工件精度不高，材料较厚，因此采用图2-2a所示的刃口结构，β取3°，刃口高度取10mm；
图1-1
凹模高度H=k1k2
=29.41mm，取30mm,垂直送料方向的尺寸B=a+2c=120mm.
送料方向的尺寸A=a+2c=185mm,考虑到模具刃磨并参考标准矩形凹模板尺寸，对以上尺寸适当放大、取整可确定凹模长、宽、高尺寸为：
200mm×125mm×30mm；
凹模结构如下图所示
（2）导料板设计
导料板的作用:
引导条料或带料进入模具（凹模）的板状导向零件；
根据板料厚度t=2.5mm,查表2-4，可确定到料板厚度h=10mm；
表2-4导料板厚度
两到料板之间的距离A=B+C=60.8mm；
根据凹模宽度为125mm，可确定两导板的最大宽度B=（125-60.8）/2=36mm，到料板长度应不小于凹模长度与承料板宽度之和，查表确定导料板长度为240×36610JB/T7648.5；
导料板结构如下图
（3）承料板设计；
承料板的作用是支撑板料的，位置在连接在导料板下方，送料口处；
查表可确定承料板型号为160×40JB/T7648.5；
（4）挡料销设计；小型冲漠采用A型固定挡料销，据板料厚度t=2.5mm，查表2-5可确定固定挡料销高度h=4mm，查表可确定挡料销型号为A10JB/T7649.10；
（5）固定卸料板设计；
因为材料厚度为2.5mm，一般采用固定卸料板卸料的方式；
根据坯料厚度t=2.5mm查表2-6，可确定固定卸料板厚度h=12mm；凸模与固定卸料板的单边间歇C取0.45mm；
（6）凸模固定板的设计；凸模固定板是固定凸模的作用；凸模固定板厚度取凹模厚度的0.6~0.8倍，即H=18~24mm，查表，选取标准凸模固定板厚度为H=16mm；
（7）凸模垫板的设计；查表可确定凸模垫板厚为3~16mm，选取标准凸模垫板厚度为H=8mm；
（8）凸模长度的设计；凸模长度：
L=h1+h2+h3+h=16+12+6+20=54mm；
式中L————凸模长度
h1————凸模古板厚度
h2————卸料板厚度
h3————导料板厚度
H————增加长度，它包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度、偷摸固定板与卸料板之间的安全距离等，一般去10~20；
标准模座选取
标准模架一般有双导柱模座、四导柱模座、对角导柱模座等，但是通常中、小型冲模常采用后侧式或对角式的导柱型模架。
标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应先算出凹模周界的大小。
但是本次工艺中凸模固定在凸模固定板上，凸模固定板的尺寸较大，所以在选取模座的时候要根据凸模固定板的大小来选。
在选取模座的时候还应考虑到模座厚度，如果冲裁力太大，模座的刚度不够容易造成损伤，所以模座的厚度要合理。
根据凹模周界尺寸，可确定模座L×B为200mm×125mm；根据模座厚度为凹模厚度的1~1.5倍，可确定模座厚度为30~45mm；
（9）查表，选取材料为铸铁，滑动导向，凹模周界为L=200mm，B=125mm；下模座厚度H=30mm，上模座厚度H=40mm的后侧导柱模架；
（10）合模高度计算及模具的闭合高度校核；合模高度H=h1+h2+h3+h4h+5-Δ=40+50+30+54+8-1=181mm；因为压力机最大闭合高度为270mm，连杆调节量为70mm；因此所
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