打火机金属外壳的冷冲压模具设计Word文档下载推荐.docx
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预计到2010年，国内模具市场需求量将在1200亿元人民币左右。
据介绍，目前我国汽车模具潜在市场十分巨大。
质量好的冲压模具在汽车整车等行业供不应求。
因此未来我国机械行业中，模具的发展——特别是冷冲压模具的发展就显得尤为重要。
据中国模具工业协会发布的统计材料，2004年我国冲压模具总产出约为220亿元，其中出口0.75亿美元，约合6.2亿元。
根据我国海关统计资料，2004年我国共进口冲压模具5.61亿美元，约合46.6亿元。
从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6亿元。
其中国内市场总需求为260.4亿元，总供应约为213.8亿元，市场满足率为82%。
在上述供求总体情况中，有几个具体情况必须说明：
一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技术含量较低的中低档模具，因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率，这些模具的发展已滞后于冲压件生产，而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率；
二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多，具有一定的竞争力，因此其在国际市场的前景看好，2005年冲压模具出口达到1.46亿美元，比2004年增长94.7%就可说明这一点。
标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。
有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。
但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距冷冲压是一种先进的金属加工方法，它具有生产效率高，加工成本低，材料利用率高，产品尺寸精度稳定，操作简单易于实现机械化和自动化等一系列优点，因而在批量生产中得到了广泛的应用，在现代化工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业及民用工业生产中必不可少的加工方法。
在经过实习后首先考虑的是在最少的时间用最快的速度制造出最多的零件，同时又要保证质量，这就需要设计者在设计时注意很多的问题，譬如制造模具的成本，模具的寿命，生产出制件的质量等等。
我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。
这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都存在较大差距。
轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。
虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。
本课题以日长生活中常用的一个典型零件—打火机金属外壳为冲压模具设计对象，通过对其进行冷冲压工艺分析，设计出合理适用的冷冲压模具，绘制出落料冲孔弯曲级进模装配图。
因为该零件形状复杂且曲面多，其冲压模具设计方法与汽车覆盖件模具相似，这正是我国冲压模具设计制造能力与国外的差距所在，因此此次设计具有较大地难度，要成功设计出该模需要对模具有深刻的理解和认识。
2工艺方案确定
2.1零件及冲压工艺分析
本次毕业设计课题源自我们日常生活中最常用的打火机通过选出其中一个较典型且复杂的零件—打火机金属外壳来开展冲压模具设计。
工件冲压技术要求如下:
材料牌号：
SPHDZ
材料厚度：
0.5mm
生产批量：
中批量
未注公差：
按IT14级确定
图2-1打火机金属外壳
从图2-1中可以看出该工件形状较复杂且曲面多，需要运用落料、冲孔、弯曲等多种冲压工序才能加工出来，设计起来较复杂，需要设计一套连续模具才能将该工件加工出来。
但由于该工件精度公差不高，按IT14级确定，因此该模具结构设计的精度适当即可。
该工件原材料为热轧钢带，材料为SPHDZ，具有强度低、延伸好、外观颜色不亮等力学性能，适用冲压模具加工。
工件脱氧方式和化学成分如表2-1所示。
表2-1工件脱氧方式和化学成分
牌号
化
学
成
分a%
脱氧方式
C
Si
Mn
P
S
Alt
铝硅镇静
≤0.09
≤0.05
≤0.50
≤0.035
料厚t=0.5mm，属于薄料件，冲压时需要特殊处理，在设计此模具时主要考虑模具材料和结构的选择，确定一定的模具寿命。
但有几点要注意：
（1）工件冲孔处要合理安排工序；
（2）工件先冲孔后落料；
（3）应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命；
（4）模具结构形式的确定：
因该制件较薄，为保证制件平整，采用弹压卸料装置。
它还可以对冲孔小凸模起导向作用和保护作用，定位形式采用导正销形式进行精定位。
此外，由表面质量、生产批量等其他技术要求可以看出，普通冲裁完全可以满足其技术要求。
2.2工艺方案确定与工艺流程图
2.2.1工艺方案确定
通过冷冲压工序分析，该工件包括落料、冲孔、弯曲等工序。
可拟定以下几个冲压工艺方案：
方案一：
落料、冲孔、折弯每个工步均分别采用一套模具生产，总共六套模具。
方案二：
落料、冲孔折弯采用一套级进模进行生产。
方案三：
采用落料冲孔复合模、弯曲采用两套弯曲模，共三套模具。
方案一优点：
这种方案模具结构简单，易于模具的设计和加工，工件各部分的形状及尺寸都能得到保证，且投产快。
方案一缺点：
生产工序过于繁多，占用设备及冲压工人也多，设备及人力成本大，且难以保证对工件表面的要求，且由于是中批量的生产，工序太多的话，生产效率太低，需要花费大量的人力及财力投资在模具的设计与加工上，对企业的经济不利。
方案二优点：
工件的精度及生产效率都较高，便于操作。
方案二缺点：
级进模结构复杂，设计周期长且成本高，同时要经过多次定位和变形，产生的积累误差大，因而冲裁件精度较低。
从提高生产效率，减轻工人劳动强度，提高生产效益考虑可以设计这样一套级进模具。
方案三优点：
模具设计结构较简单，易于模具的设计和加工，工件各部分的形状及尺寸都能得到保证，定位准确，且投产快，同时考虑到了在拉深翻边和缩口工序中会对侧孔产生变形。
缺点：
模具数量多，增加了工人的劳动强度，提高了成本。
综上所述，采用方案二来设计模具。
因为打火机金属外壳的加工是一套传统的冲压成型工艺，设计成复合模模具数量较多，需要的工人数量较多工人劳动强度也较大，占用的面积也较大。
方案二能极大地提高生产效率，降低工人劳动强度，降低劳动成本，能让企业在市场竞争中处于有利地位。
2.2.2工艺流程确定
通过以上工艺分析，确定工艺流程如下图2-2所示。
图2-2冲压工艺设计流程
3工艺参数的计算
3.1毛坯的尺寸计算
工件毛坯展开图：
图3-1工件毛坯展开图
毛坯展开尺寸计算
按几何运算原则，用解析法求该工件尺寸，无弯曲部分直接测量。
有两个一次弯两个叫的弯曲和一个接近直角角度的弯曲，它们的测量尺寸分别代入计算如下：
U形弯曲的计算公式为L=a+b+c+0.6t算出工件宽度L=24mmN=22mm
接近直角度角弯曲展开尺寸计算代入公式得：
（3-1）
=43.
（3-2）
=699
（3-3）
=685
则圆孔毛坯展开尺寸D=
=17.8mm
查表得的修边余量Δh=2
则
3.2冲裁排样及材料利用率的计算
排样时工件之间，以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。
搭边的作用是补偿条料的定位误差，保证冲出合格的工件。
搭边还可以保持条料有一定的刚度，便于送料。
搭边是废料．从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。
但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。
图中的细实线表示零件对排时的轮廓线，有阴影线的粗实线表示选定了的冲孔与落料的粗实线表示落料后留在条料的的轮廓。
排样草图号不画到正式模具图上，却对设计过程很有用途，排样草图可以画得随便一些，简略些，例如忽略零件轮廓的小圆弧，小缺口等，以简化撩样图的绘制过程并不影响分析与计算的结果。
3.2.1计算步距
参照《冲压工艺与模具设计》确定搭边值a=4.0mma1=1.5mm
步距尺寸按工件送料方向最大尺寸与纵搭边之和计算，级进进料步距为S0=12+4=16mm.
3.2.2计算条料宽度
在排样图确定之后，便可以计算条料的宽度，以便决定下料的尺寸及公差。
我们先选择无横搭边排样的条料宽度。
按《冲压工艺模具与设计》书56页2-10图a1=1.5mm，62页2-12图查剪板机下料公差Δ=0.6mm.63页2-13、2-14图b1=1.5mm，C1=0.2mm,C2=0.1mm.
无侧刃装置时的条料宽度为了保证有足够的搭边，
条料宽度应按下式计算：
条料宽度：
b=17+2a1=17+2×
1.5=20mm
3.2.3计算材料利用率
一段条料能冲出的工件的重量与这段条料重量之比的百分数称为材料利率。
由于板料冲裁时板厚一定的，所以材料利用率可用面积之比，即一段条料的有效面积与这段条料的面积之比，来代替重量之比。
同一个工件，排样不同时，材料利用率也会不同，材料利用率越高者越省料因此，材料利用率是判断排样是否经济的重要参数。
但材料利用率并不是选择排样的唯一标准。
一般按下述原则选择；
对天铜板等较贵重材料，特别是在生产最较大时，应尽量选择材料利用率较高的排样。
如果某种排样比其它排样的材料利用率提高不到5%，且使模具复杂化时，那么这种排样是不可取的。
而在生产量小时，则应尽可能选择比较简单的排样，以便使模具容易制造。
由于工件横向尺寸较小可按下式计算一个步距的材料利用率工件毛坯较大，考虑到操作方便，采用单排。
查有关表得搭边值：
a1=1.5a2=2，
进距：
s=16+a2=14+2=16
板料规格拟选用：
卷料规格采用卷料:
板的利用率：
η=
×
100%=70.2%
由于此工件毛坯形状不规则采用纵裁排样此排样方式的利用率高，故采用进行纵裁排样（排样图见图3-1）
图3-2冲裁件排样图
3.3各部分工艺力的计算
3.3.1冲裁压力的计算
冲裁压力是冲裁力、卸料力、推件力和顶料力的总称。
1.冲裁力的计算
由于模具为平刃口模具冲裁，落料力作为纯剪切进行计算，其冲裁力为：
式中，L：
冲裁件轮廓周长；
t：
材料厚度；
τ：
材料抗剪强度
而在实际选择设备时，为了设备安全起见，常取1.3左右的安全系数，故
（3-4）
由相关资料可查出，热轧钢材料的
为350Mpa。
针对本冲裁件，冲裁力包括落料力和冲孔力，现分别计算如下：
落料力：
（3-5）
=
=161.32（KN）
冲孔力：
冲φ2导正孔：
=27.6（KN）
冲长圆孔：
=8.9（KN）
2.卸料力、推件力及顶件力的计算
卸料力：
（3-6）
推件力：
（3-7）
顶件力：
（3-8）
根据手册可查出式中各系数，分别取：
＝0.03，
＝0.05，本次设计冲压模具没采用顶件装置，故无顶件力，不必计算。
计算冲孔的推件力时，n为留在凹模洞口处的冲裁件件数，
（式中，h为凹模直刃口高度，t为板料厚度）。
因此，根据本课题情况，各力计算如下：
落料时的卸料力：
（3-9）
=4.84（KN）
冲孔时的推件力：
（3-10）
=5.5（KN）
3．弯曲模弯曲力计算：
查表得知：
弯曲系数A=0.688;
安全系数C=1.13；
弯曲线长度B=2.71
（1）第一次弯曲力
F
=2.4BtσbAC=2.4×
2.71×
0.8×
350×
0.688×
1.13=1.4（KN）（3-11）
（2）第二次弯曲力
=Ltσb/3=1567.3N。
F压料力=F/3=0.5（KN）（3-12）
（3）落制件
7.部分零件加工工艺过程
7.1下模座的工艺分析
首先确定毛胚：
下模座毛胚采用Q235成型，加工工艺如表7-1所示。
表7-1下模座加工工艺卡
工艺过程卡
零件名称
下模座
序号
00-3
材料
Q235
数量
1
工序号
工序名称
工序内容
设备
备料
215mm×
160mm×
25mm
2
铣削
铣削六面达到220×
169×
28mm,互为直角
铣床
3
钳工划线
划出个孔位置，型孔轮廓线
4
钻削
加工螺纹底孔，并进行攻丝，钻导柱孔，达到设计要求。
钻床
5
加工工件外形轮廓孔
线切割
线切割机
6
磨削
磨削上下平面，保证尺寸30mm及平行度0.05。
磨床
7
倒角
四角倒成R10圆角
8
钳工精修
9
检验
7.2固定板工艺分析
固定板毛胚采用45#成型，加工工艺如表7-3所示。
表7-2固定板的加工工艺卡
毛坯尺寸
98mm×
95mm×
15mm
数
量
垫板
45
105mm×
1001mm×
20mm
铣外轮廓，留磨削量0.20mm，
保证上下平面的平行度
划出各孔位置线
按位置进行钻削螺纹底孔攻丝和Φ10的孔，达到要求。
铣出凹模外形孔打设计要求
热处理
按热处理工艺进行，硬度HBC58-61
磨外轮廓，满足上下平面的平行度0.05的要求，以达到设计要求
7.3卸料板工艺分析
卸料板毛胚采用45#成型，加工工艺如表7-4所示。
表7-3卸料板的加工工艺卡
100mm×
110mm×
8模具的装配和使用
8.1模具的装配注意事项
1.装配时应保证凸、凹模之间的间隙均匀一致，配合间隙符合设计要求，不允许采用使凸，凹模变形的方法来修正间隙。
2.推料、卸料机构必须灵活，卸料板或推件器在冲模开启状态时，一般应突出凸凹模表面0.5～1mm.
3.当采用机械方法联接硬质合金零件时，连接表面的表面粗糙参数Ra值为0。
8μm。
4.各接合面保证密合。
5.落料、冲孔时凹模刃口高度，按设计要求制造，其漏料孔应保证畅通，一般应比刃口大0.2～2mm.
6.冲模所有活动部分的移动应平衡灵活，无滞止现象，滑块、楔块在固定滑动面移动时，其最小接触面积不少于其面积的2/4。
7.各紧固用的螺钉、锁钉不得松动，并保证螺钉和销钉的端面不突出上下模座平面。
8.凸模的垂直度必须在凸凹模间隙值的允许范围内，推荐数据如下表1-1：
9.冲模的装配必须符合模具装配图、明细表及技术条件的规定
10.凸模、凸凹模等与固定板的配合一般按H7/n6或H7/m6，保证工作稳定可靠。
11.在保证使用可靠的前提下，凸模、凹模、导柱、导套等零件的固定可采用性能良好并稳定的粘结材料浇注固定。
对于导柱连续模装配，应以凸凹模作为装配基准件。
先将装有凸凹模的固定板用螺栓和销钉安装、固定在指定的模座的相应位置上；
再按凸凹模的内形装配、调整冲孔凸模固定板的相对位置，使冲孔凸、凹模间的间隙趋于均匀，用螺钉固定；
然后再以凸凹模的外形为基准，装配、调整落料凹模相对凸凹模的位置，调整间隙，用螺钉固定，再安装其它的零件。
安装顺序：
1、组件装配：
模架的组装，模柄的装入，凸模及凸凹模在固定板上的组装
2、总装配：
先装上模，再以上模为基准装下模
3、调整凸凹模的间隙
4、安装其它辅助零件和检查试件
8.2模具的使用
1．冲模应安装在相应精度等级的压力机上，并使用专用工具将其紧固，选用压力机的公称必须符合设计要求。
若无相应的压力机，其公称压力应超过计算力的30%
2．冲压前，冲制的材料应擦拭干净。
3．冲模的工作部分应经常刃磨或抛光，在刃磨时，刃磨量不应超过刃口的变纯半径；
抛光时：
抛光量≤0.01mm。
4．在压力机上同时安装若干副冲模时，各冲模的闭合高度不能相差过大：
当只安装冲裁模或冲裁模和一副成形模时，其闭合高度之差≤1mm。
5．冲模安装在垫板上，垫板间的距离尺寸可比冲模模座上的开孔尺寸大，但不超过20%。
6．当从冲模上将条料送入，送出时，应避免冲切外形不完整的冲件。
所需冲裁力较大，因此采用垫板的结构。
8.3模具压力中心的设计与计算
由于落料，拉深和冲预制孔的凸，凹模形状均为对称性形状，因此其压力中心均为其各自的几何形心，故以模座中心为原点，建立直角坐标系，则落料和弯曲的压力中心均在原点上。
8.4确定装配基准
应以冲材销孔、导柱为装配基准件。
冲裁模具材料的选取：
可查《冷冲压模具设计指导》表8-8和8-9：
垫板、凸模固定板、凹模固定板的材料的45钢，热处理硬度为HRC43-48。
冲裁模的常用配合：
1、H7/h6的间隙定位配合，导柱和导套的配合。
2、H7/r6的过盈配合，用于较高的定位，凸模与固定板的配合，导套与模座，导套与固定板，模柄与模座的配合。
3、H7/m6的过度配
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