锁壳冷冲压模具设计.docx

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锁壳冷冲压模具设计

摘要

近年来，我国家电工业的高速发展对模具工业，尤其是冷冲模具提出了越来越高的要求，近些年，冷冲模具在整个模具行业中所占比例已上升到50%左右，据有关专家预测，在未来几年中，中国冷冲模具工业还将持续保持年均增长速度达到10%以上的较高速度的发展。

国内冷冲模具市场以冷冲模具需求量最大，其中发展重点为工程冷冲模具。

冲裁成型是冷冲成型的一种重要方法，它主要适用于金属材料的成型，可以一次成型形状复杂的精密零件。

本课题就是将锁壳冷冲压模作为设计模型，将冲裁模具的相关知识作为依据，阐述冷冲压模具的设计过程。

本设计对锁壳冷冲压模进行的冷冲压模的设计，对工件结构进行了工艺分析。

明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。

如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。

最后用autoCAD绘制了一套模具装配图和零件图。

本课题通过对锁壳冷冲压模的冷冲压模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。

关键词:

冲压模具；冲裁成型；模具设计

Abstract

Inrecentyears,China'shouseholdelectricalapplianceindustryinthedevelopmentofhigh-speedtoolingindustry,inparticular,haveraisedDiegrowingdemandsinrecentyears,theentireDieinaproportionoftradehasrisentoaround50percent,accordingtotherelevantExpertspredictthatinthenextfewyears,ChinawillcontinuetoDiewithindustrytomaintainanaverageannualgrowthratereachedover10percentofhighspeeddevelopment.DiewiththedomesticmarkettoDiewiththegreatestdemand,whichfocusonthedevelopmentofaprojectDie.

Blankingisformingacold-forminganimportantmethod,whichapplymainlytotheformingofmetalmaterials,formingacomplexshapeoftheprecisioncomponents.Theissueistolockshellcoldstampingdieasadesignmodel,willbepunchingdieofrelatedknowledgeasthebasisoncoldstampingdiedesignprocess.

Thedesignofthelockshellofthecoldstampingdieofcoldstampingdiedesign,thestructureoftheworkpieceTechnologyAnalysis.Definedthedesign,determinetheprocessofstampingandformingpartofthespecificdetailsofthecalculationandverification.Sothestructurecanbedesignedtoensurethattheuseofreliablemoldworktoensurethattheco-ordinationwithothercomponents.Finally,autoCADdrawingamoldassemblyandpartsplans.

Thesubjectofthelockthroughtheshellcoldstampingdieofcoldstampingdiedesign,consolidatedanddeepenedbyknowledge,hasbeenrelativelysatisfiedwiththeresults,achievedtheexpecteddesignintent.

Keywords:

stampingdie;blankingmolding;diedesign

前言

模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。

例如，冲压件和锻件是通过冲压和锻造方式使金属材料在模具内发生塑性变形而获得的；金属压铸件、粉末冶金零件以及塑件、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制件，绝大多数也是通过模具成形的。

由于模具成形具有优质、高产、省料、低成本等特点，现已在国民经济各部门，特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。

现在，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，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。

模具工业能促进工业产品生产的发展和质量的提高，并能获得极大的经济效益，因此引起各个国家的高度重视和赞赏。

在日本，模具被誉为“进入富裕社会的原动力”，在德国则冠以“金属加工业中的帝王”，在罗马尼亚视为“模具就是黄金”。

因此可以断言，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，模具技术也会不断发展，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。

模具是高科技含量的产品，是专门为工业生产服务，并用于特定产品生产而被特殊制作的工艺装备，随着工业产品向多样化发展，模具生产从形状、尺寸、数量、材料、结构、精度、使用条件及寿命等方面，向着多样化发展的倾向也日趋明显。

模具基本上是按订货合同单件生产，因此，模具产品的多样性及单件生产的技术特点十分突出。

所以，工厂的设计、工艺、工艺装备和管理等，都要适应这个技术特点。

大部分精密复杂模具都需要高精度机床加工，检测设备要求精密度更高。

模具加工技术集中了机械、电子乃至化学和光学等工业技术的精华。

同时，模具对熟练技工的依赖程度远比其他加工业要大。

因此，技术的先进性及对熟练技巧的依靠性也是模具产品的技术特点。

随着技术的快速发展，特别是信息技术等高新技术在模具设计制造上的应用日渐广泛和高新技术对模具提出的要求越来越高，模具的高新技术特点将日益明显，而对熟练技巧的依靠性将逐步淡化。

作为工业生产基础工艺装备，模具在国民经济中占有重要的地位，模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

80年代以来，我国模具工业发展十分迅速。

国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。

这些年来，中国模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展。

目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。

1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。

工业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。

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

改革开放以来，中国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，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，都得到了快速发展，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多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。

例如，江苏无锡的微研有限公司为一日本独资企业，员工有200余人，拥有精密数控模具加工设备60余台，1998年其模具产值超过2亿元。

中国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步。

目前，国内已能生产精度达2微米的精密多工位级进模，工位数最多已达160个，寿命1～2亿次。

在大型塑料模具方面，现在已能生产48英寸电视的塑壳模具、6.5Kｇ大容量洗衣机的塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。

在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。

在大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。

在汽车模具方面，现已能制造新轿车的部分覆盖件模具。

其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。

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

比重还比较低，CAD/CAE/CAM技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。

特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。

但是，由于我国的模具行业起步较晚，与国外相比，仍存在不小的差距，主要体现在：

产需矛盾：

随着工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度的加快，对模具的需求越来越大。

无论是数量还是质量都无法满足国内市场的需要，只达到70％左右。

造成矛盾突出的原因是模具企业的专业化、标准化程度低，生产周期长。

另外，设计和制造工艺水平还不能完全适应发展的需要。

企业结构不合理：

我国很多模具生产能力集中在各主机厂的模具分厂或车间内，模具的商品化程度低，而国外70％以上都是专业模具厂，且走的是“小而精”的道路，因此生产效率和经济效益俱佳。

产品水平：

衡量模具的产品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度，以及模具的制造周期和使用寿命。

而这几项指标与国外相比的差距都十分明显。

此外，模具工业的整体装备水平也存在相对落后，利用率低的现象。

高素质的模具技术人才缺乏，产品的综合开发能力还急需加强。

针对不足和模具市场巨大的潜力，根据我国模具工业的现状，并联系国际先进水平，中国模具工业协会协助政府制定了我国模具行业“十五”发展规划，确定模具工业重点发展领域有三方面：

一是对整个模具行业发展有重要影响的主要模具标准件；二是技术含量高，反映模具制造水平和发展方向的模具；三是目前大量进口的中高档模具。

重点发展的模具产品主要有：

模架，包括冷冲模架、塑料模架和压铸模架等；模具导向件，包括导柱、导套、导板及无油润滑

导向件等；推杆、推管，包括塑料模用及压铸模用的异型推杆等；热流道元件，包括内热式、外热式、阀式和管式等；弹性元件，包括矩形弹簧、聚氨酯弹性体和氮气缸等；小型标准件，包括标准凸凹模、浇口套、定位圈和拉钩等；汽车覆盖件模具，特别是轿车所需的覆盖件模；精密冲压模，包括多工位级进模、厚板精冲模和硬质合金多功能复合模等；大型塑料模，包括汽车饰件模和家电塑壳模等；精密塑料模，包括塑封模和多层多腔、多材质、多色精密塑料模；大型薄壁精密复杂压铸模，包括用于铝、镁、锌、铜及其合金压铸的模具；大型、精密锻模；子午线轮胎橡胶模；长寿命玻璃、陶瓷模；快速经济模具；多工位冷镦模及挤压模；塑料型材及塑料管路模具。

希望在模具企业的整体实力有进一步提升，重点、骨干企业可以达到50%。

2003年是“十五”关键的一年，如果做不到60%任务的完成，那么计划就会失败，而模具失败了，对整个工业都会有影响。

近年来，外企进入中国,加剧了竞争，也出现一些价格方面的恶性竞争。

为了避免因为暂时的利益而损失长远和整体的发展，未来一年中，行业协会也将加强模具企业间的组织和协调，制定合理的价格水平。

同时，研究国际模具价格水平，以对行业进行指导和信息沟通。

在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。

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资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。

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。

目前，从事模具技术研究的机构和院校已达30余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过50余家。

其中，获得国家重点资助建设的有华中理工大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程。

在现代工业发展的进程中，模具的地位及其重要性日益被人们所认识。

模具工业作为进入富裕社会的原动力之一，正推动着整个工业技术向前迈进！

模具就是“高效益”，模具就是“现代化”之深刻含意，也正在为人们所理解和掌握。

当塑料品种入其成型加工设备被确定之后，塑料制品质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80％。

由此可知，推动模具技术的进步应刻不容缓！

培养了我综合运用多学科理论、知识和技能，以解决较复杂的工程实际问题的能力，主要包括设计、实验研究方案的分析论证，原理综述，方案方法的拟定及依据材料的确定等。

它培养了我树立正确的设计思想，勇于实践、勇于探索和开拓创新的精神，掌握现代设计方法，适应社会对人才培养的需要。

此次毕业设计除了对知识和能力培养的收获感受外，还得到思想道德方面的锻炼。

通过这次毕业设计，让我感受到了作为一名工程技术人员应该具备的基本精神，需要强化的工程实践意识，以及对设计工作的质量要负责，具有高度的责任感，树立实事求是的科学作风，并严格遵守规章制度。

1工艺分析工艺方案的确定

1.1冲裁件的工艺性分析

冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量其设计是否合理。

一般的讲，在满足使用的要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。

工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术的水平和设备条件等因素的影响。

1.2综合技术经济效益观念

改革开放以前，我国企业，特别是在军工生产中，只要产品，不讲经济效益是很普通的。

那时，模具技术工作者在确定工艺方案，设计模具时，主要考虑的是满足产品质量和数量的要求，很少考虑经济效益。

今天，在现代工业生产与市场经济的条件下，常常需要他们参与对生产的预测与决策。

因此，必须具有现代技术经济效益观念。

在工艺设计过程中，还应考虑节省能源、减少材料消耗、降低生产成本，实施安全生产，保证获得利润等等。

在保证产品质量的条件下，充分发挥企业技术与设备的优势，争取获得最佳技术经济效益。

1.3零件材料性能分析及工件工艺性分析

该产品的基本工序为落料、冲孔。

它对零件尺寸公差特殊要求，采用IT12级，利用普通加工方式可达到图样要求。

锁壳零件图如下：

图1锁壳

1.3.1零件材料性能分析

冷冲压模具包括冲裁、弯曲、拉深、成形等各种单工序模和由这些基本工序组成的复合模、级进模等各种模具。

设计这些模具时，首先要了解被加工材料的力学性能。

材料的力学性能是进行模具设计时各种计算的主要依据。

故在分析零件冲压成形工艺，设计冲压模具前，必须要了解和掌握材料的一些力学性能，以便设计。

现将摩擦片零件材料为8号钢的力学性能主要参数及其概念叙述如下：

1.3.2应力分析

材料单位面积上所受的内力，单位是N/mm

，用Pa表示。

10

Pa=1MPa；

1MPa=1N/mm

；10

Pa=1GPa。

1.3.3屈服点σs

材料开始产生塑性变形时的应力值，单位是N/mm

。

弯曲、拉深、成形等工序中，材料都是在达到屈服强度时进行塑性变形而完成该工序的成形的。

经查表取σs=206MPa。

1.3.4抗拉强度σb

材料受到拉深作用，开始产生断裂时的应力值，单位是MPa。

σb=294～432MPa。

1.3.5抗剪强度τb

材料受到剪切作用，开始产生断裂时的应力值，单位是MPa。

取τb=255～333MPa。

1.3.6弹性模量E

材料在弹性范围内，表示受力与变形的指标，弹性模量大，表示材料受力后变形较小，或者说，产生一定的变形需要较大的力。

E=194x10

MPa。

1.3.7屈服比σs/σb

是材料的屈服强度与抗拉强度之比，其值越小，表示材料允许的塑性变形区越大，在拉深工序中，材料的屈服比较小时，所需的压边力和所需克服的摩擦力相应的减小，有利于提高成形极限。

1.3.8伸长率δ

在材料性能实验时，试件由拉伸试验机拉断后，对接起来测量长度，其伸长量与原长度之比称为伸长率，其数值用“％”表示，其数值越大表示材料的塑性越好。

经查表可得，材料为8号钢的伸长率δ=29％。

综上所述，对锁壳零件材料8号钢的力学性能分析，主要是为了便于模具设计中各参数的计算，故在后序的模具设计中各参数的计算均以上面所取的数值进行计算。

1.4零件工艺性的分析

该零件为锁壳，结构简单，对称，是典型的拉深件。

在拉深过程中要注意控制拉深程度，加工时，根据零件的结构，形状等一些技术要求，应考虑以下几点：

1.4.1拉深件圆角半径

拉深件的圆角半径要适合，应尽量大些，以便于成形和减少拉深次数，避免在拉深过程中出现失稳现象即拉裂。

拉深件底与壁的圆角半径应满足r1≥t。

而在此设计中圆角半径R3＞t，故满足设计要求。

1.4.2拉深过程分析

考虑拉深件厚度不均匀的现象：

在拉深过程中，一般为不变薄拉深，从理论分析上说是不符合的，在拉深过程中壁厚应有少量的变化，如果在拉深件精度要求不高时，一般可以忽略不计，而在此设计当中我们应该考虑壁厚不均匀现象问题，加工出符合图样要求的零件。

1.4.3拉深件的孔位布置

拉深件的孔位布置,根据示图所示，该零件的孔位布置合理，处于中心部位。

在冲孔时，要注意孔与拉深件的同心度的问题，孔到拉深底部边缘的距离d≤d1-2r1-t。

根据零件图，初步分析可以知道锁壳零件的冲压成形需要多道工序才能完成，首先进行一次正拉深，形成外形尺寸形状。

其次进行反拉深。

底部还要冲小孔。

1.4.4初步工序的分析

锁壳由平板毛坯冲压成形应包括的基本工序有：

（1）落料+拉深

（2）修边（3）冲孔（4）翻边.由于是多道工序，多套模具成形，还要特别注意各工序间的定位。

1.5重视模具材料和结构的选择，保证有一定的模具寿命。

查表1可知:

表1规则形状（圆形、方形）件冲裁时凸模、凹模的制造公差

基本尺寸

/mm

凸模公差

凹模公差

/mm

基本尺寸

凸模公差

凹模公差

0.020

0.020

>180~260

0.030

0.045

>18~30

0.020

0.025

>260~360

0.035

0.050

>30~80

0.020

0.030

>360~500

0.040

0.060

>80~120

0.025

0.035

>500

0.050

0.070

工艺毛坯的极限偏差：

尺寸凸模偏差凹模偏差

58-0.020+0.030

88-0.025+0.035

1.6确定工艺方案及模具结构形式

根据制件工艺分析，其基本工序有:

落料,拉深,冲孔。

完成锁壳的设计,根据所需基本工序可,得到如下几种方案:

1.6.1方案一

1）落料

2）拉深

3）修边

4）冲孔φ2

5）冲φ11.8的翻边孔1个

6）翻边

7）冲φ6的孔2个

8）冲不规则形状的孔1个

1.6.2方案二

1）翻边

2）修边

3）冲侧孔

4）修边

5）冲侧孔

1.6.3方案三

1）落料+拉深+非翻边孔+冲φ2

2）翻边

3）修边

4）冲侧孔

综合以上三种方案，方案一最合理。

采用三种模具即可解决一些问题，第一种方案,工艺好,精度高;第二种方案，是先冲孔后翻边,会造成尺寸偏差,精度减低.第三种方案会造成尺寸偏差,精度减低，工序不易操作.故选择的是方案一。

2工艺计算及排样方案

2.1尺寸的确定

由零件图可知：

b1=88b=58t=1.2

rp=7.2r底＝rp-t=6

r0=5r1=r0-t=3.8

h0=28r2=r3-t=6.8

图2

盒形件毛坯确定的原则是：

保证毛坯的面积应等于加上修边余量后的零件表面积。

另外，由于盒形件拉深时周边的变形不均匀，且圆角部分材料在变形中要转移到直边的特点，应按面积相等的原则，把毛坯形状和尺寸进行修正，使毛坯轮廓成光滑的曲线，在拉深以后尽可能保证零件口部高度的一致性。

毛坯的形状和尺寸应根据零件的相对圆角半径r/B和相对高度H/B的值来进行设计，因这两个参数决定了圆角部分材料向直边部分转移的程度和直边高度的增加量。

r1/b=3.8/58=0.066

h0/b=28/58=0.483

2.1.1选取修边余量h，确定矩形件的计算高度

当h0/r1=28/3.8=7.368

……………………………………………………………

（1）

=0.5x7.368=3.684（mm）

………………………………………………………………

（2）

=28+3.684=31.684（mm）

2.1.2假想毛坯尺寸直径

D=1.13

…………（3）

=112.418mm

2.1.3毛坯长度

r=D+（b1-b）………………………………………………………（4）

=112.418+（88-58）=142.418（mm）

图3

2.1.4毛坯宽度

…………………………（5）

=112.418x（58-2x3.8）+【58+2x（31.684-0.43X6）】（88-58）/（88-2x3.8）=113.832mm

2.1.5毛坯直径

……………………………………………………………（6）.

=0.5x113.832=56.916（mm）

圆整毛坯直径为112.5mm。

毛坯长度为142.5mm,毛坯宽度为114mm。

毛坯半径为57mm。

2.1.6毛坯尺寸如下图示

图4毛坯

2.1.7拉深次数的确定

毛坯相对厚度t/Kx100=1.2/114x100=1.05

拉深系数m=b1/K=88/114=0.772

从《冲模设计手册》表4-8中查得

m1=0.53

m>m1

所以属于一次拉深成形。

2.2确定排样方式和计算材料利用率

2.2.1排样的目的与作用

冲裁件在板料、条料或带料上的布置方法称为排样法，简称排样。

排样的结果要画出排样图。

排样是否合理，直接影响到材料利用率，零件质量，生产率，模具结构与寿命及生产操作方式与安全。

因此，在冲压工艺和模具设计中，排样是一项极为重要的，技术性很强的工作。

2.2.