机械设计专业毕业设计模具设计.docx

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机械设计专业毕业设计模具设计

XXXX学院

毕业设计（论文）

论文（设计）题目开关零件冲压模具设计

专业名称模具设计与制造

班级名称

学生姓名 

指导教师

完成时间 

机械工程系制

目录

一前言………………………………………………………………2

二冲压件进行工艺分析……………………………………………7

三工艺方案的分析和确定…………………………………………7

四模具压力中心的确定……………………………………………10

五模具主要零件尺寸的确定………………………………………10

六模具凸凹模的校核……………………………………………14

1.凹模高度的校核…………………………………………………14

2.凸模的长度校核…………………………………………………15

七选择冲压设备……………………………………………………15

八冲压工艺单………………………………………………………17

九设计小节…………………………………………………………18

十参考资料…………………………………………………………19

1前言

1.1模具工业在国民经济中的地位

模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。

用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。

模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。

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，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。

振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。

早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。

模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。

模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。

模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。

汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。

汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。

汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。

一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。

为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80％的模具需要更换。

中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。

单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。

一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。

其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。

目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。

中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。

研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。

1.2各种模具的分类和占有量

模具主要类型有：

冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。

除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。

（1）冲模：

冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。

冲模占模具总数的50％以上。

按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。

按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。

（2）锻模：

锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。

按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。

按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。

（3）塑料模：

塑料模是塑料成型的工艺装备。

塑料模约占模具总数的35％，而且有继续上升的趋势。

塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。

（4）压铸模：

压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。

压铸模约占模具总数的6％。

（5）粉末冶金模：

粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：

压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。

模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。

1.3我国模具工业的现状

自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。

20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260~270亿元人民币。

今后预计每年仍会以10℅~15℅的速度快速增长。

目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。

除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。

其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。

例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。

在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。

例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都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则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。

在模具工业的总产值中，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一。

其中，冲压模具约占50℅（中国台湾：

40℅），塑料模具约占33℅（中国台湾：

48℅），压铸模具约占6℅（中国台湾：

5℅），其他各类模具约占11（中国台湾：

7℅）。

中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（1961——1981），成长期（1981——1991），成熟期（1991——2001）三个阶段。

萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。

由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等）逐年增加。

在此阶段的模具包括：

一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。

1981年——1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。

有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自1982年起，台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。

随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。

从1985年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。

成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994年，1998年，由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。

1997年11月间台湾凭借模具产业的实力，获得世界模具协会（ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。

整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发

展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。

1.4我国模具技术的现状及发展趋势

20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。

改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。

近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。

许多模具企业十分重视技术发展。

加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。

此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。

模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。

今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。

尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。

与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。

今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。

（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。

（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。

因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。

实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。

（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。

电器开关网芯零件的冲压工艺规程及模具设计

制件如图1所示，材料为黄铜H62（软），厚度1.2mm，制件精度为IT14，形状简单，尺寸也不大，大批量生产，属于普通冲压件。

图1电器开关网芯零件图

1冲压件进行工艺分析

根据制件的材料、厚度、形状及尺寸，在进行冲压工艺设计和模具设计时，应特别注意以下几点：

1该制件为圆形拉深件，因此在设计时，毛坯尺寸的计算是一个重点。

2要确定落料、拉深、冲孔各工序的顺序。

3制件不大，可能需要经过多次拉深。

如果需要经过多次拉深，则拉深工序的确定以及拉深工序件尺寸的计算是正确进行工艺和模具设计的关键。

4冲裁间隙、拉深凸凹模间隙以及每道拉深工序的高度的确定，应符合制件的要求。

5各工序凸凹模动作行程的确定应保证各工序运动稳妥、连贯。

2工艺方案的分析和确定

（1）工艺方案分析

根据该零件的形状特征，该产品属于拉伸件，需要进行落料、冲孔、拉伸三道工序。

根据落料、拉深、冲孔各工序三道基本工序，可以对它们作不同的组合，排出顺序，即得出工艺方案，具体可排出一下五中方案：

方案一：

落料与拉伸复合，冲孔独立完成。

方案二：

先落料，拉伸与冲孔复合。

方案三：

先落料，再拉伸，最后冲孔，即单工序模。

方案四：

落料、拉伸、冲孔复合，组成复合模。

方案五：

拉伸、冲孔、落料组成级进模。

方案一中，形位精度相对较底，但是模具结构较简单，制造周期较短，生产成本不高，对精度要求不太高，中小批量生产比较合适，对于模具的磨损修复也

比较容易。

方案二中，形位精度相对方案二高，但是模具结构较复杂，制造周期较长，生产成本较高，由于拉伸和冲孔磨损速度不一样，修复较困难。

方案三中，由于是单工序模，模具结构简单，生产成本底，但是生产效率底，生产批量不大，产品的形位精度不高，生产不太安全。

方案四中，落料、拉伸、冲孔组成复合模，形位精度较高，但是模具结构复杂，制造周期较长，生产成本较高，落料、拉伸、冲孔中凸凹模的磨损速度不一样，修模比较困难，适合大批量生产，生产比较安全。

方案五中，采用级进，模具结构复杂，制造周期长，生产成本高，因此只有在大量生产中才较合适。

根据现有条件和技术水平，产量及经济方面考虑，选择方案一。

（2）主要工艺参数计算

计算拉深工序间尺寸：

为了计算拉深工序间尺寸必须先确定拉深次数从而确定计算方法。

图2

1毛坯尺寸

零件的相对高度h/d＝（16-0.6）/（45-1.2）＝0.352，而高度h>10～20mm，根据文献[1]查表4－3可知，修边余量δ＝1.2㎜，因而毛坯直径为

D＝

d1＝45-（4.5+1.2）×2＝33.6㎜，

d2＝45-1.2＝43.8㎜，δ＝1.2㎜，

h＝16-4.5-1.2＝10.3㎜，rg＝4.5+0.6＝5.1㎜

D＝

＝68.94㎜

取D＝70㎜

2确定是否用压边圈

毛坯的相对厚度t/d×102＝1.2/70×102＝1.71，根据文献[1]查表4－18得,采用压边装置。

3确定拉伸次数

采用查表法，当t/d×102＝1.71％，h/d＝16.6/43.8＝0.379时，根据文献[1]查表4－8得n＝1。

4确定各次拉伸的直径

根据文献[1]由表4－6查得m1＝0.5,

d1＝0.5×70＝35㎜<43.8㎜,

调整到m1＝0.626，d1＝0.626×70≈43.8㎜

（3）计算各工序冲压力

1落料拉深工序

根据文献[2]查表4-12H62的бb＝294MPa，根据文献[1]查表2－2得K卸＝0.04,K顶＝0.06，K推＝0.06

落料力计算：

F落＝Ltбb＝3.14×70×1.2×294≈78KN

卸料力计算：

F卸＝K卸F落＝0.04×78≈3KN

拉伸力计算：

F拉深＝KLtбb＝0.79×3.14×70×1.2×294≈62KN

根据文献[1]查表4－20得修正系数K＝0.79

2拉深时的压边力：

F压＝Ap＝2257×2≈5KN

根据文献[1]查表4-19得p=2。

3总压力计算

F总＝F落＋F卸＋F拉深＋F压＝78＋3＋62＋5＝148KN

4冲孔冲裁力

落料力计算：

F孔＝Ltбb＝3.14×30×1.2×294＝33KN

卸料力计算：

F卸＝K卸F落＝0.04×33≈2KN

推件力计算：

F推＝K推F落＝0.06×33≈2KN

总的冲压力：

F总冲＝F落＋F卸＋F推＝33＋2＋2＝37KN

3模具压力中心的确定

由于该制件的毛坯及各工序件均为轴对称图形，而且只有一个工位，因此压力中心必定与制件的几何中心重合。

4模具主要零件尺寸的确定

根据确定的冲压工艺方案和制件的形状特点、要求等因素确定冲模的类型及结构形式。

（1）模具结构形式的选择只有拉深件高度比较高时才能采用落料、拉深复合模具。

这是因为浅拉深件若采用复合模，则落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚会太薄，造成模具的强度不足。

这里凸凹模的最小壁厚为bmin=

=12.5mm,零件的材料强度不是很大，能够保证足够的强度，故采用用复合模的结构形式是合理的

（2）模具工作部分的尺寸和公差的确定

1计算落料凸、凹模刃口尺寸

本制件为简单轴对称图形，故按配合法计算凸、凹模忍口尺寸。

根据文献[1]查表2-11得：

x1=0.5

由公式得凹模尺寸：

Dd=（70-0.5×0.74）

=68.76

根据文献[1]查表2-6得

Zmin=0.072mmZmax=0.096mm

则凸模尺寸为Dp=68

2计算拉深凸、凹模工作部分尺寸

根据文献[1]查表4-23得

δp=0.03mmδd=0.05mm

凸模尺寸：

Dp=（43.8+0.4×0.52）

=44

凹模尺寸：

Dd=（43.8+0.4×0.52+2×1.3）

=46.6

（3）模具结构的设计

模具根据凹模尺寸，挡料装置、定位销、螺钉等布置，根据文献[3]查表22.4-30选用后侧导柱模架，凹模周界200×200，上模座GB/T2855.5,下模座GB/T2855.6,导柱GB/T2861.1,导套GB/T2861.6。

其他模板按国家标准选用。

（4）卸料、压边弹性元件的确定

1确定卸料弹簧

计算的卸料力F卸＝3KN，选用四根弹簧，则每根弹簧的受力为F=750N，选用的弹簧直径为3.0mm,中径为16mm，节距为6.64mm，每圈最大工作负荷为110.65N，每圈最大变形为4.317mm，选用十圈。

H自=6.64×10=66.4mm

取预紧高度为L预=2.4mm

安装高度为H装=H自-L预=（66.4-2.4）mm=64mm

卸料力为F=25.63×30.4=780N>750N，符合要求。

2确定压边弹性元件

选择压边元件为橡胶。

①确定橡胶的自由高度H自，根据文献[2]表3-9得：

H自=L工/0.3+h修模

式中，L工为模具的工作形成再加1～3mm，本模具的行程高度为L工=21mm，h修模的取值范围为4～6mm，这里取中间值5mm。

H自=（21/0.3+5）mm=75mm

②确定橡胶的横截面积A

A=F/q

F由前可知为F=5KN，q=0.26～0.5MPa，这里取q=0.4MPa。

则A=5000/0.4=12500mm2

取橡胶的的直径为160mm，因为压力机的工作台的孔为180mm。

（5）冲裁件的排样

以有废料排样为依据：

图3

根据文献[4]查表3-20得a＝0.8㎜，B＝1.0㎜。

对于软黄铜要取大点，则a=2mm,b=2mm。

图4

表1-1落料拉深复合模零件

序号

名称

数量

材料

规格/mm

热处理

1

内六角圆柱螺钉

4

35钢

M12×100

2

A型滑动导柱

2

20钢

Φ32×210

渗碳58～62HRC

3

A型圆柱销

2

35钢

Φ12×100

4

顶杆

3

45钢

Φ12×100

45～50HRC

5

压边环

1

45钢

Φ89×25

56～58HRC

6

固定挡料销

3

45钢

A10×6

7

A型滑动导套

2

20钢

Φ45×110

渗碳58～62

8

凸凹模

1

T10A

70×125×56

56～58HRC

9

垫板

1

T7A

Φ200×50

10

开槽锥端紧定螺钉

1

45钢

M4×10

11

压入式模柄

1

Q235

Φ50×110

12

内六角圆柱螺钉

4

45钢

M12×60

13

卸料螺钉

4

40钢

M8×55

30～35HRC

14

上模板

1

HT250

290×280×50

焖火

15

打料杆

2

45钢

Φ14×200

45～50HRC

16

A型圆柱销

2

45钢

Φ10×60

17

弹簧

4

65Mn

Φ1.8×16

18

卸料板

1

Q275

200×70×12

19

凹模

1

T10A

200×70×20

60～62HRC

20

打料块

1

40钢

Φ45×33

40～45HRC

21

凸模

1

45钢

Φ42.6×67

60～62HRC

22

垫块

1

45钢

200×70×50

23

下模板

1

45钢

290×280×50

焖火

5模具凸凹模的校核

凹模高度的校核

根据文献[3]查表20.1-18凹模的强度计算公式：

H≥

根据文献[2]查表4-12得бs＝353Mpa，

d＝70mm，d0＝90mm，F=78000N

H=

=12.6mm

凹模的厚度20mm>H，符合要求。

凸模的长度校核

根据文献[3]查表20.1-10凸模的稳定能力校核计算公式：

Lmax＝C

（f）查表20.1-11得C=0.1

根据文献[2]查表4-12得τ=450MPa，E=200×103MPa

d0＝90mm，t=1.2mm

Lmax＝0.1

≈73mm

凸模的高度为H＝67㎜≤Lmax，符合要求。

其它尺寸及销钉、螺钉等的确定都是事先按照强度计算来选择的。

6选择冲压设备

由于该制件是一件小型制件，且精度要求不高，因此选用开式可倾压力机。

它具有工作台面三面敞开，操作方便，成本低廉的优点。

由于冲裁、拉深复合模的压力行程的特点是在开始阶段即需要很大的压力，而在拉深阶段所需的反而要小的多。

因此若按总的压力来选取压力机，很可能出现虽然总的压力满足要求，但是在开始阶段冲裁时已经超载。

同时，选用拉深压力机还应该对拉深功进行校核，否则会出现压力机在力的大小满足要求，但是功率有可能过载，飞轮转速降

低，从而引起电动机转速降低过大，损坏电动机。

因此精确确定压力机压力应该根据压力机说明书中给出的允许工作负荷曲线，并校核功率。

但是在一般条件下，可以根据生产车间的实际情况，在现有压力机中选取。

在这里根据总压力为148KN，根据文献[5]表2-3提供的压力机公称压力序列中选取350KN的压力机，型号为J23-35。

模具的总体尺寸长290宽280高214.2，压力机参数如表1-2。

表1-2压力机参数

型号

J23-35

公称压力/KN

350

最大闭合高度/mm

280

滑块行程/mm

80

闭合高度调节量/mm

60

滑块行程次数/mm-1

50

滑块中心线至床身距离/mm

205

立柱距离/mm

300

工作台尺寸/mm

前后

380

左右

610

工作台孔尺寸/mm

前后

200

左右

290

直径

260

垫板尺寸/mm

厚度

60

直径

150

模柄孔尺寸/mm

直径

50

深度

70

滑块底面尺寸/mm

前后

190

左右

210

床身最大可倾斜角度/（º）

20

7冲压工艺单

表1-3冷冲压工艺卡

南昌航院

冷冲压工艺卡片

产品型号

零（部）件名称

共页

产品名称

电器开关网芯零件

零（部）件型号

第页

材料牌号及规格

材料技术要求

毛坯尺寸

每毛坯可制件数

毛坯质量

辅助材料

H62（软）Φ45×16×1.2

条料710×72

10

工序号

工序名称

工序内容

加工简图

设备

工艺装备

工时

1

下料

剪床上裁板

710×72

Q11-3×1200

2

冲压

落料、拉深

J23-25

3

检验

按产品图纸检验

4

5

6

编制

（日期）

审核

（日期）

会签

（日期）

8设计小结

通过几个月的冲模设计实习，是对以前所学知识的一次综合运用，做到学有所用，既是对自己能力的锻炼也是对自己学习的检验，为以后走上工作岗位打好基础。

同时对以前感到困惑的知识点，通过这次设计，豁然开朗。

同时感谢老师耐心的指导和同学的帮助。

大学生活至此划上了圆满的句号，