三角定位片模具设计-Microsoft-Word-文档..doc
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本课题采用分析零件外形算出刃口尺寸，进而定出凹模尺寸，并根据凹模尺寸设计其余重要零部件的方法，设计出满足工件要求的模具，需要独立完成的主要任务包括：
1、对制品进行工艺性分析。
2、进行相关分析计算。
3、绘制模具装配图。
4、拆分成型零部件零件图。
5、撰写设计说明书。
引言
随着社会的现代化发展，工业的重要性愈加明显，而模具是工业之母，可见模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一，现代产品生产中，模具由于其加工效率高、互换性好、节省原材料，所以得到广泛的应用。
模具是工业产品生产用的重要工艺设备，它是以其自身的特殊形状通过一定的方式使原材料成形。
按成形的对象和方式来分，模具大致可以分为三类：
金属板料成形模具，如冷冲压模；金属体积成形模具，如锻造模；非金属材料成形模具，如塑料模、玻璃模、陶瓷模等。
其中使用量最大的是冲压模和塑料模，约占模具总量的80%左右。
冲压模具的设计是否合理对冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等影响很大。
因此，研究冲压模具的结构，提高冲压模具的各项技术指标，对冲压模具设计和冲压技术的发展十分必要[1]！
本文的研究对象三角定位片模具设计就属于冲压模具，综合利用冲裁工艺、拉伸工艺等模具方面的专业知识，并对三角定位片进行分析，理清设计思路，提高分析设计能力，加深对专业知识的掌握，为以后从事机械行业打下基础；在绘制模具零件图时，可以对绘图软件的掌握更加熟练；在查阅资料、手册时，可以锻炼查找信息、熟悉参数的能力。
通过此次设计，也是对模具设计与制造知识是否熟练掌握的一个检验。
1.绪论
模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
模具质量及附加值的高低，取决于模具专业人才的技术水平。
随着产品市场的国际化，如何降低生产成本以适应竞争的激烈和残酷越来受关注，产品制造的批量化、集约化和标准化，就越来越显得十分重要了。
我国把模具行业纳人高新技术产业重点领域。
冲压工艺与模具设计是冲压技术中最主要内容，被誉为“工业之母”。
它具有极高的工业价值，直接涉及机械、电子、航空、航天、汽车、轻工及日常生活，同时在新材料成型、微电子技术、通讯技术方面也有广泛应用；另一方面，冲压工艺广泛应用于民用、航空航天、汽车和工艺品等领域，在产品组件中所占的比例也越来越大[2]。
但由于我国模具工业起步较晚，起点较低，加工制造手段落后，尤其是技术应用人才缺乏，技术水平落后，制约了该产业的迅猛发展,已使之成为制约其他相关行业发展的“瓶颈”。
因此，模具专业应义不容辞，积极推动我国模具工业的发展。
1.1冲裁模具简介
冲裁是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。
根据变形机理的差异，冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁。
通常我们说的冲裁是指普通冲裁，它包括落料、冲孔、切口、剖切、修边等。
冲裁所使用的模具称为冲裁模，如落料模、冲孔模、切边模、冲切模等。
冲裁工艺与冲裁模在生产中使用广泛，它可为弯曲、拉伸、成形、冷挤压等工序准备毛坯[3]。
1.2冲裁模具的类型和加工特点
1.2.1冲裁模具的分类
冲裁模具的分类方法有很多种，按工序性质来分：
可分为落料模，冲孔模，切断模，切舌模，剖切模，整修模，精冲模等；按工序的组合程度来分：
可分为单工序模，复合模，级进模（连续模或跳步模）；按有无导向方式来分：
可为无导向的开试模和有导向的导板模，导柱模；按自动化程度来分：
可分为手动模，半自动模，自动模；按程序的复杂程度来分：
可分为简单冲裁模，连续冲裁模，复合冲裁模。
本次设计中采用复合冲裁模，它是一种在冲床滑块的一次行程中,在冲模的同一工位上同时完成内孔和外形两种的上工序的冲裁模。
冲裁件的形状及相互位置精度高,适合于大批量生产。
1.2.2冲裁模具的加工特点
随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，模具已成为当代工业生产的重要手段，冲压生产和模具工业得到了世界各国的高度重视。
由于冲压加工具有节材、节能和生产率高等突出特点，决定了冲压产品成本低廉，效益较好，因而冲压生产在制造行业中占有重要地位冲压生产主要是利用冲压设备和模具实现对金属材料（板材）的加工过程。
所以冲压加工有如下特点：
（1）生产率高、操作简单、容易实现机械化和自动化，特别适合于成批大量生产；
（2）冲压零件表面光洁，尺寸精度稳定，互换性好，成本低廉；
（3）在材料消耗不多的情况下，可以获得强度高、刚度大、而重量小的零件；
（4）可得到其他加工方法难以加工或无法加工的复杂形状零件[4]。
1.3模具的国内外现状及其发展
1.3.1国内外模具市场发展概况
当今世界正进行着新一轮的产业调整，一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国。
日本的模具产能约占全球的40%，居世界第一位，每年向国外出口大量模具，日本的人力成本是中国及东南亚地区的十几倍；随着模具工业全球化布局的发展，模具行业在美国工业总产值中所占的比重呈现出不断下降的态势，但是美国模具在全球模具的产品仍然占据着重要地位；德国是世界上主要的制造大国之一，在模具制造方面具有领先的技术，德国模具在世界上具有较为重要的地位；在我国,模具直到1987年才正式成为一个行业,与世界发达工业国家的模具业相比,我国模具业的起步要晚几十年,但近20年的努力发展取得了长足的进步。
近几年,我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计,2004年国内模具进口总值达到600多亿,同时,有近200个亿的出口）,到2005年模具产值已达650亿元,模具及模具标准件出口2005已达到2亿美元左右。
1.3.2国内模具产业存在的问题及与国外的差距
我国模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，主要存在六个方面的问题：
第一，发展不平衡，产品总体水平较低；第二，工艺装备落后，组织协调能力差；第三，大多数企业开发能力弱；第四，管理落后更甚于技术落后；第五，市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上；第六，体制和人才问题的解决尚待时日。
1.3.3模具发展战略
面对这种形势，中国模具行业当前的任务是：
推进改革，调整结构，开拓市场，苦练内功，提升水平，上新台阶。
企业不但要做大，更要做强，产品生产要更专、更精，企业管理更加有效率。
数字化、信息化制造的必要性、重要性和紧迫性。
通过国内外交流与合作，通过全行业的共同努力，通过各方面的共同支持，定会逐渐得到较好的解决[5]。
1.3.4选题的目的与意义
随着制造业的发展，冲裁模具得到了广泛的应用，从普通制造到精密加工，冲裁模具的发展是非常迅速的，在从大学生活走向工作岗位的过程中，熟悉冲裁工艺和冲裁模具的设计原理，对于我们以后工作会提供很大的方便，一方面更好的掌握一门课程知识，且加深了对知识的印象，提高设计能力；另一方面由于模具行业的地理分布关系，我家乡有很多关于模具的工厂，因此便于就业，也使我在工作岗位更容易熟悉环境和熟练操作。
2模具CAD技术及其软件
CAD即计算机辅助设计（ComputerAidedDesign）是以计算机系统为支持,进行产品的方案设计、解析计算、判断优化、分析评估和详细设计的一门技术。
模具CAD是现代模具技术的一个重要方面；模具CAD是人和计算机相结合、各尽所长的新型设计方法。
人将设计方法转换成计算机可以处理的数学模型和解析这些模型的程序，并在程序运行过程中评价设计结果，控制设计过程；计算机发挥其分析计算和存储信息的能力完成设计各个环节的工作，包括设计构思、资料查询、计算分析、自动绘制零件图与装配图；还可模拟零件成形过程并对冲模过程进行动态分析，减少了试模、返修等工作。
一些复杂形状零件成形模制前可以利用计算机在显示屏上形象地模拟成形过程中材料的变形与流动，显示温度场、压力场的分布，缩短了试模周期，增大了试模的一次成功率。
采用模具CAD/CAM促进了设计制造一体化进程。
进入21世纪，模具的计算机辅助设计几乎完全取代了传统的手工绘图与设计计算及组织整个生产过程的技术管理方式。
现代制造业中,CAD在整个产品的生命周期中占据着重要的地位,是制造业企业实现先进制造技术的基础,在模具设计领域，不仅冲压模，而且包括其它各类模具的设计，目前广泛使用各种3C（CAD/CAM/CAE）软件。
在冲压工艺设计分析及冲模设计制造方面使用较多的通用软件主要有：
（1）AutoCAD美国Autodesk公司开发的AutoCAD是1982年首先推出的,它在2D市场上占有绝对的优势,是一种最早介绍到我国的CAD软件。
自1982年推出第一代AutoCAD产品以来,经过了十几次升级,现在最新版本己是AutoCAD2008了。
我国在AutoCAD现成为微机上广泛应用的二维图形软件包。
该软件已广泛用于机械、建筑、电子、航天、造船等行业,使数以万计的工程技术人员从繁重的手工绘图中解脱出来,大大提高了工作效率。
（2）UG美国EDS公司的Unigraphics简称UG。
UG软件我国最早1990年买进，用于三维图形的绘制、造型和3C工作。
（3）Pro/E美国参数科技公司（ParametricTechnologyCorporation）的Pro/ENGINEER是1988年开发的。
1990年代中期开始引进，用于三维图形的绘制、造型和3C工作。
（4）Cimatron以色列Cimatron公司自1982年创建以来，推出了Cimatron软件各种3C集成模块。
从21世纪初我国引进，用于面向制造的数据设计、智能NC、HSM（高速加工）、快速制模及逆向工程设计等领域[6]。
3零件工艺性分析
图3.1三角定位片
Figure3.1triangleorientationpatch
3.1冲裁件结构的工艺要求
冲压件的工艺性是指对冲压工艺的适应性。
冲压件良好的工艺性应能采用最少的材料及能源消耗，最简便的冲压加工方法，生产出符合品质要求的产品。
（1）冲裁件形状设计应尽量简单、对称。
（2）冲裁件的外形或内孔应避免尖角，各直线或曲线的连接处，应有适当的圆角转接，转接圆角半径rmin=0.60t=1.2mm
表3-1冲裁件转接圆角rmin
Table3-1filletblankingpiecesminimumradiustransfer
转接圆角
外转接圆角
≥90°
外转接圆角
＜90°
内转接圆角
≥90°
内转接圆角
＜90°
高碳钢、合金钢
低碳钢
黄铜、铝
0.45t
0.30t
0.24t
0.70t
0.50t
0.35t
0.50t
0.35t
0.20t
0.90t
0.60t
0.45t
（3）为防止冲裁时凸模折断或弯曲，冲孔时孔径不能太小。
本冲裁件冲孔孔径远大于最小直径，因此不考虑此问题。
3.2尺寸精度和表面粗糙度
冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT11，表面粗糙度为12.5。
3.3材料
08钢特性及适用范围：
为极软的碳素钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能、焊接性能。
但存在时效敏感性，淬硬性及淬透性极低。
大多轧制成高精度的薄板或冷轧钢带用以制造易加工成形，强度低的深冲压或深拉延的覆盖零件和焊接构件[7]。
4工艺方案及模具形式的确定
4.1毛坯尺寸计算
4.1.1修边余量的确定
由于板料存在着各向异性，实际产生中毛坯和凸、凹模的中心也不可能完全重合，因此拉深口部不可能很整齐，通常都要有修边工序，以切去不整齐的部分。
为此在计算毛坯尺寸时应先留有修边余量。
拉伸件高度h=10mm，拉伸件相对高度h/d=10/68＜0.5，故可不考虑修边余量。
4.1.2计算工件表面积
为了方便计算，把零件分解成若干个简单几何体，分别求出其表面积后相加。
可将其分为圆筒部分（A1）、圆弧旋转而成的圆角球台部分（A2）以及底部圆形平板（A3）三部分。
圆筒部分的表面积为A1=πd（h+Δh）=3.14687=1494.64
圆角球台部分的表面积为A2=2πr=（πrd0+4r2）=1.57（3.14264+44）=656.13
底部表面积A3=d02=0.78564=3215.36
工件总面积A=D2=πd（h+Δh）+（πrd0+4r2）+d02=5366.13
所以D==82mm
4.1.3拉伸次数的确定
总拉伸系数m=d/D=68/82=0.829
表4-1极限拉深系数表
Table4-1ultimatetensiledeepcoefficienttable
拉深系数m1
0.55
0.57
0.60
0.62
0.65
0.77
修正系数k1
系数1
1.00
0.80
0.93
－
0.86
0.77
0.79
－
0.72
0.74
0.66
－
可知m1=0.55，m>m1，故可一次拉深。
4.2排样设计
排样设计主要确定排样方式、送料步距、条料宽度、材料利用率。
4.2.1排样方式的确定
根据冲裁件在板料上的布置方式，排样形式有直排、单行排、多行排、斜排、对头直排和对头斜排等多种排列方式。
三角定位片属于圆形冲孔件，工艺废料和结构废料不可避免，综合排样的设计原则和冲裁件的结构特点来看，应选择直排。
4.2.2送料步距的确定
查最小工艺搭边值表格，工件间最小工艺搭边值为1.2mm，可取a1=2mm。
最小工艺边距搭边值为1.5mm，取a=2mm.根据公式A=D+a1，送料步距确定为84mm
表4-2最小工艺搭边值
Table4-2minimumprocesstakeboundaryvalue
材料厚度t/mm
工件间距a1
边距a
≤0.25
1.8
2.0
＞0.25～0.5
1.2
1.5
＞0.5～0.8
1.0
1.2
＞0.8～1.2
0.8
1.0
＞1.2～1.6
1.0
1.2
＞1.6～2.0
1.2
1.5
4.2.3条料宽度的确定
查表可知条料与导料板的间隙和条料下料宽度偏差分别为b0=0.8，条料宽度按下式计算：
B=（l+2a+b0）=85.8mm
表4-3条料与导料板之间的间隙b0
Table4-3materialsandguidethegapbetweenstripperplate
材料厚度t/mm
条料宽度
≤100
＞100～200
＞200～300
≤1
0.5
0.6
1.0
＞1～5
0.8
1.0
1.0
表4-4条料下了宽度偏差表
Table4-4materialdownthewidthdeviationlist
材料厚度t/mm
条料宽度
≤50
＞50～100
＞100～200
200＞～400
≤1
0.5
0.5
0.5
1.0
＞1～3
0.5
1.0
1.0
1.0
＞3～4
1.0
1.0
1.0
1.5
＞4～6
1.0
1.0
1.5
2.0
图4.1排样图
Figure4.1arrangementfigure
4.2.4材料利用率的确定
η==%=73.3%
4.3模具方案的设计
表4-5三角定位片模具设计方案
Table4-5trianglepositioningpiecemolddesign
组成
冲裁模具各部分组成的初步拟定方案
送料方式
1）手工送料
2）半自动化送料
3）自动化送料
卸料方式
1）弹性卸料
2）刚性卸料
冲裁模类型
1）单工序模
2）连续冲裁模
3）复合冲裁模
工序数目
1）落料拉伸冲孔在一次冲压工序条件下产生
2）落料→拉深→冲孔
3）落料→冲孔→拉深
4）落料拉深→冲孔
方案应根据静端盖冲孔模模具设计技术要求；冲压件形状、尺寸、精度要求和材料性能；现有设备条件和生产技术水平；模具设计、制造和维修的技术水平和能量、效率、成本和安全等各个方面进行分析、比较确定一个合适本冲压件生产条件的最佳工艺方案。
确定选择冲裁模具设计方案是复合冲裁模。
4.4送料方式
自动送料装置的作用：
送料装置是冲压自动化的主要组成部分。
在通用压力机上采用自动送料装置进行自动或半自动生产，一般可使生产效率提高2～3倍。
在高效自动冲压设备上配以相应的自动检测装置及送料装置等，其生产率可提高4～5倍，甚至更高。
所以，冲压加工过程实行自动化是提高生产效率和保障安全生产的根本途径。
三角定位片的冲裁件的生产纲领是大批量生产；冲压的工序是对三角定位片底部进行冲孔，采用半自动送料和自动送料设计的送料装置会使模具很复杂，为了降低成本，满足加工需要，故选择手工送料方式进行送料[8]。
4.5卸料方式
冲裁常见的卸料方式有两种：
一种是弹性卸料，另一种是刚性卸料，相应地卸料装置可分为刚性卸料装置和弹性卸料装置两大类。
冲裁模的卸料装置是用来对条料、坯料、工件、废料进行推、卸、顶出的机构，以便下次冲压的正常进行。
刚性卸料装置卸料力大，常用于材料较硬、厚度较大、精度要求不太高的工件冲裁；弹性卸料装置依靠弹簧或橡胶的弹性压力，推动卸料板动作而将材料卸下，利用弹性卸料装置的模具冲出的工件平整、精度较高，常用于材料较薄、较软工件的冲裁[9]。
卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模等。
刚性卸料板又称固定卸料板，用于厚料或硬材，特点是卸料力大，使用安全，但送料操作受约束，常用于料厚大于0.5mm，平面度要求不高的工件；弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面度提高，借助弹簧、橡胶或气垫等弹性卸料装置卸料，常做压边、压料装置或凸模导向。
三角定位片材料厚是2mm，冲压性质属于薄板料冲裁，且08钢又是低碳钢（较软），在冲孔时要求具有一定的尺寸精度、位置精度和一定的底部平整度，所以在选择卸料方式时选用弹性卸料板。
4.6冲裁模类型
在冷冲压生产中，用来将金属板料或非金属板料相互分离的冲模称之为冲裁模。
冲裁模的结构取决于工件的要求、生产批量、生产条件和模具制造技术水平等多种因素，因此冲模结构是多种多样的，作用相同的两件其形式也不尽相同。
冲模按照工序组合程度可分为：
单工序模、复合模、连续模，其特点分别为：
单工序模是指在压力机的每一行程内，只能完成一个冲压工序只有一对凸、凹模，只完成一道工序；复合模只有一个工位，并在这个工位上完成两道或两道以上的工序，即在压力机的一次行程中，板料在同一个工位上，同时完成落料、冲孔、弯曲拉深等多个冲压工序的冲模；连续模具有两个或两个以上的工位，条料在逐次送进过程中逐步成形[9]，具体是指在工作时，可按一定的程序，在压力机滑块一次行程中，完成两个或两个以上的冲压工序，并随着条料的连续送进，在模具的几组凸模、凹模作用下，分别完成冲孔、落料等工作的模具，特点是每一个行程都是一件制品被冲出。
实际生产中，冲模结构型式很多，它们都有自己的特点和适用范围。
选择模具类型时，必须综合考虑冲压件的质量要求、生产批量大小、冲压加工成本以及冲压设备情况、模具制造能力等生产条件后，再经过全面分析和比较，然后决定冲模的结构型式。
如表2-2所示为冲压生产批量与模具类型的关系。
图4.2复合模结构简图
Figure4.2compoundmouldstructurediagram
表4-6冲压生产批量与模具类型
Table4-6stampingproductionbatchandmoldtype
生产性质
生产批量/万件
模具类型
设备类型
小批量或试制
中批量
较大批量
大批量
<1
1～30
30～150
>150
简易模、组合模、单工序模
单工序模、复合模、连续模
复合模、多工位自动连续模
硬质合金复合模、多工位自动连续模
通用压力机
自动与半自动压力机
机械化高速压力机
自动化压力机、专用压力机
5工艺计算与设计
5.1计算总冲压力
该模具采用弹性卸料方式。
总冲压力F由冲裁力F、卸料力F卸和推件力F推组成。
由于采用复合冲裁模，其冲裁力F由落料冲裁力F落料、冲孔冲裁力F和拉深冲裁力F拉深三部分组成。
F落料=Lt=3.14822300=154488N
F冲孔=Lt=（17+5）32300=39600N
F拉深=dtk=6823000.4=51244.8N
冲裁力F=F落料+F冲孔+F拉深=154488+39600+51244.8=245332.8N
一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。
会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。
从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力称卸料力。
影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。
所以要精确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算：
F推=nK推F冲孔=0.05539600=2178N
F卸=K卸F落料=0.05154488=7724.4N
式中t—材料厚度，单位mm
—材料剪切强度，单位MPa
L—冲裁周长，单位mm
d—最后一次拉伸直径，单位mm
k—修正系数
K推—推件力系数
K卸—卸料力系数
总冲压力F=F+F推+F卸=245332.8+2178+7724.4=255235.2≈255KN
5.2压力中心的计算
为了保证压力机和模具平稳的工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线重合，对于使用模柄的中小型模具就是要使其压力中心与模柄轴线相重合，否则将会使冲模和压力机滑块承受侧向力，产生偏移，引起凸、凹模间隙不均匀和导向零件加速磨损，还会引起压力机导轨的磨损、影响压力机精度，严重时会损坏模具和设备，造成冲压事故。
任何几何图形的重心就是其压力中心。
对于复杂工件和多凸模冲裁的压力中心，可利用力矩原理用计算法求得，即分力对某坐标轴力矩之和等于其合力对该坐标轴的力矩。
在实际生产中，可能出现冲模压力中心在冲压过程中发生冲压变形的情况，或者由于冲压件形状的特殊性，从模具结构考虑不宜于使压力中心与滑块中心重合，这时应注意使压力中心偏离不致超出所选压力机所允许范围[10]。
该模具一次冲裁，拉伸，对称冲孔，受力均匀平衡，所以压力中心取在称线上，不用再计算。
5.3应选取的压力机标称压力P=（1.1～1.3）F
=（1.1～1.3）255KN
=280.5～331.5KN
5.4冲裁间隙的确定
5.4.1冲裁间隙的含义
间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个及其重要的问题。
冲裁间隙是指凸、凹模间缝隙的距离，冲裁间隙是冲压工艺和模具设计中的重要参数，它直接影响冲裁件的质量、模具寿命和力能的消耗，设计时应根据实际情况和需要合理的选用。
冲裁间隙有双面间隙和单面间隙之分（双面间隙用Z表示，单面间隙用Z/2表示）未注单面的即为双面间隙[11]。
5.4.2冲裁间隙对冲裁过程的影响
（1）间隙对冲裁件质量的影响
冲裁质量是指断面质量、尺寸精度及形状误差。
断面应平直、光洁，即无裂纹、撕裂、夹层、毛刺等缺陷。
零件表面应尽可能平整，即穹弯小。
尺寸应保证不超过图样规定的公差范围，影响冲裁件质量的因素有:
凸、凹模间隙大小及分布的均匀性，模具刃口状态、模具结构与制造精度，材料性质等，其中间隙值大小与均匀性程度是主要因素。
一般说来，间隙小，冲裁件断面质量就高；间隙过大，板料的弯曲、拉伸严重，断面易产生撕裂，光亮带减小，圆角带与断裂斜度增加，毛刺较大；另外，冲裁间隙过大时，冲裁件尺寸及形状也不易保证，零件精度
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