级进模模具毕业设计论文.doc
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青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文）
目录
摘要.......................................................................................................I
1绪论 1
2冲压的现状及趋势 3
3冲压件工艺分析 6
3.1冲压工艺方案的设计 7
3.1主要设计步骤计算 7
4工作零件刃口尺寸计算 11
4.1模具总体设计 12
4.2主要零部件设计 12
5模具主要零件加工工艺规程的编制 16
5.1冲压模具制造技术要求 16
5.2总装工艺 16
6压力机的校核 18
6.1公称压力 18
6.2滑块行程 18
6.3行程次数 18
6.4工作台面的尺寸 18
6.5滑块模柄孔尺寸 18
6.6闭合高度 18
总结 19
致谢 20
参考文献 21
1绪论
材料成型是先进加工技术的重要组成部分，属于少、无切削加工，制造方法简单、生产效率高，特别是经过成型加工后的金属零件具有优越的力学性能，可满足工程需要。
因此，成型加工在未来制造业技术发展中，将占有举足轻重的地位。
而目前的成型加工，都需要采用相应的模具才能实现，模具工业的发展和提高是材料成型加工的必要保证。
在现代化基本建设中，模具工业已经逐渐形成为制造工业的基础核心产业。
越来越多的工业生产制造与模具有关，根据国际生产协会的专家预测，在21世纪末，50%~75%的机械模具生产制件产品都将利用模具进行加工制造。
模具是工业的基础工艺装备，用模具生产制件所表现出的高精度、高复杂度、高一致性、高生产力和低消耗，是其他加工方法所不能比拟的，工业发达国家的模具生产总值已超过机床生产总值。
因此，模具工业已经成为现代化制造业的重要支柱性产业。
特别是近些年来，模具设计制造的需求量以及高速度化、高效率化已经成为汽车制造业有待提高的一项重要技术。
模具生产技术水平的高低不仅是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，而且在很大程度上决定着这个国家产品质量、笑意及新产品的开发能力。
随着社会经济的发展，对于工业产品的品种、数量、质量及款式等都提出了越来越高的要求，因此，也促进了模具工业的快速发展。
许多新产品的开发和生产，在很大成都上依赖与模具制造技术，特别是在汽车轻工电子和航天的行业尤显重要。
模具制造能力的强弱和模具制造水平的高低，已经成为衡量一个国家机械制造技术水平的重要标志之一，直接影响国家经济中许多部门的发展。
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。
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。
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。
（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。
由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。
概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。
上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。
在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。
这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。
复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。
级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。
复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。
冲模的结构类型也很多。
通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。
但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。
工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。
上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。
此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制，压力机的校核。
2冲压的现状及趋势
改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。
近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。
浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。
随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。
而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。
一些国内模具及了二维CAD，并陆续开始使用Pro/E、PD、UGNX、NXProgressiveDieDesign、I-DEAS、Euclid-IS、Logopress3、3DQuickPress、MoldWorks和TopsolidProgress等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中[2]。
以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。
此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。
经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。
例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。
虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。
例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。
2.1未来冲压模具制造技术发展趋势
模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低的要求服务。
达到这一要求急需发展如下几项：
（1）全面推广CAD/CAM/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、智能化、集成化方向发。
（3）模具扫描及数字化系统
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
选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。
模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。
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应发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。
（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、智能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。
2.2模具设计的安全要点
在结构上应尽量保证进料、定料、出件、清理废料的方便。
对于小型零件的加工要严禁操作者的手指、手腕或身体的其他部位伸入模区作业；对于大型零件的加工，若操作者必须手入模内作业时，要尽可能减少入模的范围，尽可能缩短身体某部位在模内停留的时间，并应明确模具危险区范围，配备必要的防护措施和装置。
模具上的各种零件应有足够的强度及刚度，防止使用过程中损坏和变形，紧固零件要有防松动措施，避免意外伤害操作者。
不允许在加工过程中发生废料或工件飞弹现象，影响操作者的注意力，甚至击伤操作者。
另外要避免冲裁件毛刺割伤人手。
不允许操作者在进行冲压操作时有过大的动作幅度，避免出现使身体失去稳定的姿势；不允许在作业时有过多和过准的动作。
应尽量避免冲压加工时有强烈的噪声和振动。
模具设计应在总图上标明模具重量，便于安装，保障安全。
20千克以上的零件加工应有起重搬运措施，减轻劳动强度。
装拆模具零件时应方便安全，避免有夹手、割手的可能；模具要便于解体存放。
总之，模具中的哪怕是细微的问题都会影响安全，只有对每种作业中的具体问题进行分析，才能提出模具中的安全注意事项。
3冲压件工艺分析
图3-1
零件时用的材料为Q235A钢，这种材料具有良好的冲压性能，适合于冲裁。
从零件的结构来看，其结构相当简单，对称。
有一个8个的孔五个5个的孔，孔与孔空与边缘的距离满足冲压时的最小距离要求，最小的壁厚为3.5mm（大端四个5mm的孔与8mm的孔之间的距离，5mm的孔与16mm外圆之间的壁厚）。
零件所有尺寸全部为未注公差，均可看作IT14，零件的尺寸精度较低，同时零件外形及位置公差等均为一般技术要求，因此使用普通冲裁方法完全能够满足零件的精度及等级要求。
3.1冲压工艺方案的设计
从零件图来分析，整个零件的冲压加工所需要的冲压工序性质，只需要落料冲孔两种。
根据冲压工序的集中分散以及工序间的组合可能情况来看，零件可能的冲压方案有，
一：
先落料，后冲孔，采用单工序模生产，
二，落料冲孔复合冲压，采用冲孔落料复合模设计，
三，冲孔落料级进冲压，采用级进模生产
方案一，模具结构简单，，但生产操作繁琐，安全性不好，生产成本高且生产效率低。
方案二，工件的精度及生产效率都较高，但磨具强度较差，制造困难大，切操作不方便；方案三；生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。
因此采用方案三。
3.1主要设计步骤计算
1）排样方案的确定及其计算
在连续的冲压生产中，通常要利用每张板料冲制多个冲裁零件，确定冲裁件在板材上的排列位置叫做排样。
如果单纯从冲压过程中的材料利用率角度来看，排样可分为多废料排样，少废料排样和尽无废料排样。
按照冲裁件的外形特征，排样可分为直排、斜排、对排、及混合排样等多种方式。
排样是一个平面几何分割的技巧。
冲压生产中，为了保证冲裁件外形完整、无损伤及不产生冲压塌陷等，需要在制件和板件边缘之间、制件与制件之间射钉一定的间隔，通常将此间隔统称为搭边。
搭边值是由冲压刃口与确定距离以外的定位销挡料销以及侧刃等保证。
冲裁搭边虽然是制件间隔中产生的废料，但在工艺上具有很大的作用。
正确的搭边值可以提高材料的利用率、补充定位位误差。
特别是对于调料或带料冲裁，所设置的搭边余料可使板坯保持一定的强度和刚度，以保证送料的顺利进行。
另外，足够的搭边值可避免板坯边缘或冲裁残余的余料挤入凹模口，从而保护凸凹模刃口不受损伤。
零件外形近似矩形，轮廓尺寸为58×30。
考虑操作方便并为了保证零件精度，采用直排有废料排样。
如图3-2所示：
图3-2
查《冷冲压工艺及模具设计》表2-13，工件的搭边值a=2，沿边的搭边值a1=2.2。
级进模送料步距为S=30+2=32mm
条料宽度按表3-14中公式计算：
B-0△=（Dmax+2a1）-△0查表3-15得：
△=0.6
B=（58+2×2.2）=62.4（㎜）
由零件图近似算得一个零件的面积为1354.8㎜2，一个进距内的坏料面积
B×S=62.4×32=1996.8㎜2 。
因此一个进距内的材料利用率为：
=（A/BS）×100﹪=67.8﹪
查《冷冲压工艺及模具设计》附表3选用板料规格为710×2000×2。
采用横裁时，剪切条料尺寸为62.4。
一块板可裁的条料为32，每间条可冲零件个数22个零件。
则一块板材的材料利用率为：
=（n×A0/A）×100﹪
=（22×32×1354.8/710×2000）×100﹪=67.2﹪
采用纵裁时，剪切条料尺寸为62.4。
一块板可裁的条料为11，每条可冲零件个数62个零件，则一块板材的材料利用率为：
=（n×A0/A）×100﹪
=（11×62×1354.8/710×2000）×100﹪=59.2﹪
根据以上分析，横裁时比纵裁时的板材的材料利用率高，因此采用横裁。
2）冲压力的计算
冲裁力：
根据零件图可算得一个零件外周边长度：
L1=16π+8+28+38×2
=162.27
内周边长度之和：
L=2π×3=18.84㎜
查《冷冲压工艺及模具设计》附表1可知：
MPa;
查《冷冲压工艺及模具设计》附表3可知：
Kx=0.05,KT=0.055.
落料力：
F落=KL1tT
=1.3×162.27×2×260
=109.69KN
冲孔力：
F孔=KL2tT
=1.3×6×2×260
=12.74KN
卸料力：
Fx=KxF落
=0.05×109.69
=5.48KN
推件力：
根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h=6,
故:
n=h/t=3
FT=nKtF孔
=3×0.055×25.47
=4.20KN
总冲压力：
FЁ=F落+F孔+Fx+FT则FЁ=109.69+12.74+5.48+4.20
=132.11KN
应选取的压力机公称压力：
25t.
因此可初选压力机型号为J23-25。
当模具结构及尺寸确定之后，可对压力机的闭合高度，模具安装尺寸进行校核，从而最终确定压力机的规。
3）中心的确定及相关计算
因冲压力不大，压力重心偏移坐标原点较小，为了便于磨具的加工和装配，模具的中心选在坐标原点处，C点仍在压力没孔投影面积范围内，满足磨具设计要求。
确定压力中心：
画出凹模刃口，建立如图所示的坐标系：
图3-3
由图可知，该形状关于X轴上下对称，关于Y轴左右对称，则压力中心为该图形的几何中心。
即坐标原点O。
该点坐标为（0，0）。
4工作零件刃口尺寸计算
因工作零件的形状相对比较简单，适合采用线切割机床分别加工落料凹模，凸模，凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这种零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。
由于模具间隙较小，固凸、凹模采用配作加工为宜，由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度。
落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸，而冲孔件的尺寸接近于凸模刃口尺寸。
固计算凸模与凹模刃口尺寸时，应按落料与冲孔两种情况分别进行。
由此，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，需遵循以下原则：
（I）落料时以凹模尺寸为基准，即先确定凹模刃口尺寸；考虑到凹模刃口尺寸在使用过程中因磨损而增大，固落料件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围较小尺寸，而落料凸模的基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙；
（II）冲孔时以凸模尺寸为基准，即先确定凸模刃口尺寸，考虑到凸模尺寸在使用过程中因磨损而减小，固冲孔件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，而冲孔凹模的基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙；
（III）凸模与凹模的制造公差，根据工件的要求而定，一般取比工件精度高2~3级的精度，考虑到凹模比凸模的加工稍难，凹模比凸模低一级。
a）:
落料凹模刃口尺寸。
按磨损情况分类计算：
i）凹模磨损后增大的尺寸，按《冷冲压工艺及模具设计》公式：
DA=（Dmax-X△）;计算，取δA=△/4，制件精度为IT14级，故X=0.5
58:
DA1=（58-0.5×0.74）=57.63（㎜）
38:
DA2=（38-0.5×0.62）=37.69（㎜）
30:
DA3=（30-0.5×0.52）=29.74（㎜）
16:
DA4=（16-0.5×0.43）=15.785（㎜）
8:
DA5=（8-0.5×0.36）=7.18（㎜）
ii）凹模磨损后不变的尺寸，按《冷冲压工艺及模具设计》公式
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