毕业设计注塑模具设计1.docx

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毕业设计注塑模具设计1

摘要

随着加工制造业的迅速发展，特别是在汽车、航空航天等高科技行业领域，模具设计及制造在这些领域中发挥着越来越重要的作用。

本次设计的任务是为汽车仪表盒后盖拉深制件08钢产品进行成形模具设计。

综合分析了制件的材质、形状，及成形的工艺性、经济性，结合现有技术，该工件有落料、拉深、压形、冲孔、卷边等工序，但本设计主要分析落料—拉深复合模。

模具的设计主要包括以下一些内容：

（1）零件分析。

包括材料分析、外形分析、可能的成形路线分析等。

（2）零件的工艺分析、尺寸计算。

包括排样、刃口尺寸的计算等。

（3）模具整体设计。

主要设计了冲裁凸、凹模及凸凹模的长度、直径等尺寸，并校核了其中的一些数据，证明设计是可行的。

（4）模具其他部件的设计。

这部分设计了模具的整体结构、选材、以及卸料、顶件、定位等零部件。

（5）模具装配及试冲。

给出了模具的总装图，并给出了常见的一些试冲遇到的问题及解决方案。

通过本次设计不仅使所学的知识得到综合的运用，也为今后设计类似的产品的加工工艺及模具提供参考。

关键词：

冲压；落料；拉深；复合模；模具设计

ABSTRACT

Withthedramaticdevelopmentofmechanicalmanufacture,especiallyinbody-makingandAeronauticsandAstronautics，diedesignisplayingmoreandmoreimportantroleintoday'smechanicalmanufacture.thisworkisdesignadieforasheetwithaholeincenter.Thedesignisbasedontheanalysisoftheproductonshapeandmaterial,andthedesignprocessincludethecalculateofrawmaterialweight,theselectionofformingway,drawingofproduct.andfinally,thedesignisshowedbyaassemblydrawingandseveralPartsdiagram.Thedesignisincludeserverpartsasfollows:

（1）Analysisofproductincludematerial、shapeandwayofforming.

（2）Analysis, calculationofthesizeof partsoftheprocess. Includingthelayout,die cuttingedgesize calculation

（3）Designingofdie'sbody.Thispartincludeselectingmaterialofdieandsomeotherparts.

（4）Designingofotherimportantpartsofdie.Thispartincludeselectingmaterialofdieandsomeotherparts.

（5）Assembleandtrystamping.Accordingthegivenassembledrawing,runastampingandgivesomesuggestivesolutionforsomecommonproblem.

ThisdesignnotonlygivemeafullviewofwhatIhavelearned,butalsoofferaexampleofanyotherdiedesignforotherproducts.

KEYWORDS:

Stamping；Blanking；Drawing；Compounddie；diedesign

前言

1冲压模具的发展与应用

当今世界，各行各业都在迅速发展，模具行业也不例外，随着人们生活水平的提高，对生活质量的要求也在不断的提高，所以在衣、食、住、行方面，也就需要更多的商品去满足人们的需求，在这样的大背景下，冲压模具得到了迅速发展，其所生产的的产品在各行各业得到了广泛的使用，在很多行业，冲压加工都有着其他加工方法无可替代的地位，在汽车制造行业、家电行业、餐具行业、船舶制造行业、通信设备行业以及航空航天等行业，冲压所生产的制件都得到了广泛的使用，冲压生产工艺在这些行业中占据的重要的位置。

人类之所以要发展冲压模具，因为冲压所生产出来的制件有着相当多的优点：

冲压生产成本低，对于大批量的制件生产来说，冲压生产成本很低；冲压模具生产效率较高，相对于过去的手工加工，现代的冲压模具只需要一台压力机，一副模具，其效率相当于人类手工的上百倍，甚至上千倍，而且其加工的制件可以一次性成型，不需要后续加工，生产出的制件可以直接使用；冲压生产可实现无削加工，相对于数控车床、加工中心加工，冲压生产不会产生切屑，材料的使用率较高，而且在冲压生产过程中产生的边角余料还可以用作其他相对较小制件的生产，其材料使用率将大大提高，同时也节约了生产成本；冲压生产制件的互换性较好，因为在冲压加工生产时制件的尺寸精度由冲模来保证，在同一副模具上所生产的所有制件由那一副模具来保证，所以它们的尺寸精度相似性很高，在使用时互换性较好；冲压生产可实现自动化加工，在冲压设备旁增加一台自动送料装置，这样就可以实现自动加工，有利于提高冲压生产效率，也可增加冲压操作人员的安全；冲压生产一般是在常温下对板料进行加工，不需要对板料进行其他处理，所以冲压加工比较节能；冲压生产出的制件一般质量较好，冲压生产所用的材料一般是带料或者是板料，它们的表面质量较好，在冲压过程也不易受到损坏，所以冲压生产出的制件质量较高，性能也比较好。

冲压加工是冲压模具在压力机提供压力的条件下对板料施加压力，使板料产生塑性变形或者分离，从而得到我们需要的形状、尺寸的零件的一种加工工艺方法。

制件的形状、尺寸、精度是由冲压模具来保证的，一副模具的好坏，是由它的制作成本、寿命、所生产出的制件的质量来决定的，一副高质量的模具，不光要求这副模具的制作成本低、生产出的制件合格，还要求模具要有足够的寿命，设计人员在设计模具时，不光要对冲压加工工艺有一定的了解，还要了解模具材料的性能、成本以及模具的制作过程，这样设计人员才能设计出正确、合理的模具，如果设计人员只懂模具设计，而对模具加工等其他方面缺乏一定的了解，那么他设计出来的模具即使很好，在理论上是可行的，但在实际加工中会遇到很多麻烦，这样对模具生产设备和模具生产人员的要求也就会提高，不利于模具的生产，所以说，一个合格的模具设计人员，不光要有过硬的模具设计技术，还要对加工有足够的了解，这样他设计出的模具，不光结构合理、准确，能够生产出合格的零件，还能够有效的降低模具生产成本。

模具工业在现代制造业中占据着十分重要的位置，衡量一个国家的工业发展水平，完全可以用这个国家的模具工业水平去衡量，在西方的一些发达国家，他们相当重视模具行业的发展，因为在现代社会，大到一艘航空母舰，小到一个矿泉水瓶，都离不开模具工业的支持，虽然我们国家的模具工业起步的比较晚，但是经过改革开放三十多年来的发展，其水平已经达到了一个新的起点。

虽然我们的模具工业已经不同往日，但是在高精密的模具设计及生产方面，我们和西方一些发达国家相比，还是有很大的差距，每年我们都会从西方进口大量的高精密的模具，这对我们本国来说并不是一件好事，所以我们这一代要在前辈取得的成果上大力发展我国的模具工业，缩小与发达国家的距离，使我国的模具行业水平走上一个新的台阶。

2冲压技术在我国的发展

（1）、冲压成型与理论研究

随着计算机辅助工程（CAE）的引用，冲压成型已从原来对应力应变进行有限元等分析的基础上而逐步发展到采用计算机对工艺过程进行模拟与分析，以优化冲压过程的设计。

计算机的辅助设计也应用到了冲压毛坯设计方面，对排样或拉深毛坯也可以进行优化设计。

（2）、冲压设计与制造的发展

现代社会，各行各业每天都在发生着日新月异的变化，冲压模具设计及制造也不例外，随着人们生活步伐的加快，所需产品质量的提高和产品跟新换代周期的缩短，为了满足人们的要求，冲压模具正朝着高精度、高效率、高自动化、高寿命的方向发展，由于对高效率的要求，以前的单工序冲压模具不断减少，取代它们的是多工位、多功能的模具。

伴随着人们对冲压模具高精度与高寿命的要求，新的模具材料、先进的模具生产设备及测量设备也在不断涌现；还有，为了适应现代试生产小批量零件的需要，各种简易模具也在不断发展。

（3）、冲模设备和冲模生产自动化的发展

伴随着时代的进步，人们对产品质量要求的提高以及工人成本的增加，很多企业不惜花费大量的资源去引进先进的冲压设备，先进的的冲压设备不仅可以提高产品的质量、缩短产品生产周期，使得企业在商业竞争中取得先机，使得自己的新产品迅速占领市场，还可以提高工人的工作环境，提高产品的生产效率。

在软件方面，像冲压柔性制造单元和冲压柔性制造系统很多大型企业都在使用；在硬件方面，像五轴加工中心、激光切割等也都已经进入企业。

（4）、模具标准件及专业化生产的发展

在现代模具制造中，模具企业已经打破了以往模具零部件都由自己公司生产的习惯，开始专注于模具主要零部件的生产，其他通用的模具零部件已经被做成标准件，模具企业只需设计、制造模具工作零部件，其他一些模具配件不需要自己生产，只需要向一些标准化零件厂家购买，比如说，现在已经有专门生产导柱、到套的企业，由专门生产模架的企业，有专门生产顶杆的企业，随着社会的进步，只要是适合做成标准件的，都会慢慢的做成标准件，这样将大大缩短模具的制造周期，节约模具的制造成本，我国的模具工业将会走上一个新的台阶。

（5）、冲压技术的数字化与信息化的发展

先进冲压技术是指信息技术、新材料、新工艺与传统冲压成型技术的结合。

目前，以CAD/CAE/CAM技术的数字化与信息化程度以及企业中信息集成和管理网络化程度代表着冲压行业的技术水平和先进性。

国内很多汽车覆盖件模具生产厂家普遍采用了CAD/CAM计术，CAD/CAPP技术也在使用。

1零件分析

1.1零件的功用与经济性分析

选取汽车仪表盒后盖所用的材料为优质碳素结构钢08，厚度为1.5mm，其具有良好的冲压性能。

该零件尺寸公差为自由公差，产量属于大批量，零件外形简单对称，所用材料为一般用钢，故该零件冲压加工经济性良好。

1.2零件钣金成形工艺性分析

1.2.1结构形状与尺寸分析

图1.1零件图

其工件为汽车仪表盒后盖的落料拉深压形工序的结构，另外需要进行底部和侧壁冲孔，最后进行卷边，再本次设计中只考虑工件的落料拉深工序。

该落料拉深毛坯形状简单，尺寸比较大，厚度适中，属于普通冲压件，但有几点应该注意：

1.该工件为圆筒形件，在该工件加工完成后，还要整形，但是在冲压加工时可以不考虑；

2.由于拉深时的h/d较大，需要考虑能否一次拉深成型，是否需要设置压边圈；

3.由于该工件为大批量生产，为了保证模具的使用寿命，应选择合适的模具材料和合理的模具结构；

4.由于工件尺寸较大，为了确保加工人员的安全，在模具结构设计时要选择合理的取件方式。

1.2.2精度与表面粗糙度分析

此零件的表面粗糙度均为自由表面粗糙度，外径248.5mm尺寸，尺寸精度在零件图上都有标出，未标出部分按IT14级，一般冲压完全满足加工要求，所以加工该零件时，模具结构并不复杂，加工操作也比较方便。

1.2.3材料性能分析

零件所用的材料为优质碳素结构钢08，其力学性能如下：

强度低和硬度、塑性、韧性好，易于深冲、拉延、弯曲和焊接。

用途：

塑性和韧性比较好，强度较低，适用于深冲、拉深等加工操作。

化学成分：

　　碳（C）0.05～0.11；

　　铬（Cr）≤0.10；

　　锰（Mn）0.25～0.50；

　　镍（Ni）≤0.30；

　　硅（Si）≤0.03；

　　磷（P）≤0.035；

　　硫（S）≤0.035；

　　铜（Cu）≤0.20；

力学性能：

　　抗拉强度σb（MPa）：

≥295（30）；

屈服强度σs（MPa）：

≥175（18）；

抗剪强度τb（MPa）：

280～420；

　　伸长率δ5（％）：

≥35；

　　断面收缩率ψ（％）：

≥60；

　　硬度：

未热处理≤131HB；

热处理工艺:

　　推荐热处理/℃：

正火930

　　正火推荐保温保温时间≤30min，空冷；

　　淬火推荐保温时间≤30min，70、80和85钢油冷，其余钢水冷；

　　回火推荐保温时间≤1h。

综上所述，该零件所用的材料，以及形状、尺寸和精度均符合落料、拉深工艺性要求。

1.3冲压工艺方案的确定

冲压工艺方案的确定，可依据表1.1确定

分析表1-1:

方案一：

采用先进行落料操作，后进行拉深操作，再进行压型操作，如果采用单工序模来生产该工件；虽然每套单工序模具结构都比较简单，但是需要三副模具才能完成该工件的落料、拉深、压型工作，而且生产效率较低，该工件又是大批量生产，所以采用单工序模生产该工件不太合适。

方案二：

采用落料、拉深、压型复合模具冲压生产，采用先落料后拉深再压型复合模来生产该工件；复合模只需要一副模具，而且生产效率较高，获得冲压件表面的平直度也较高，质量较好，尽管模具结构相对于单工序模而言较复杂，但是该工件的几何形状相对简单，所以该复合模具的制造也相对容易。

方案三：

采用落料、拉深、压型级进模来生产该工件时，也只需要一副模具，而且级进模的生产效率也比较高，加工出的零件精度也比较高，但是该套模具如果采用级进模，相对于才有复合模，其制造的难度和制造成本会比较高，模具的结构也比较复杂，又因为该工件的尺寸较大，所以采用级进模并不是最佳选择。

通过对方案一、方案二、方案三的分析比较，又结合模具寿命和所得冲压件的质量，该汽车仪表盒后盖的冲压模具设计选择方案二落料、拉深复合模比较合理。

2模具材料的选用

在模具设计和制造时，模具材料的选择也至关重要，一套模具的设计和制造，如果选择了合适的模具材料，不仅可以提高冲压制件的质量，还可以降低模具的生产成本，随着热处理技术的进步，市场上出现了越来越多性能比较好的模具材料，这给设计人员选用合适模具材料也增加了一定的困难，这就要求设计人员要对各种模具材料的性能有足够的认识，会根据所设计模具的要求去选择合适的模具材料。

2.1冲模材料的性能

冲压模具对模具材料的要求比较高，因为冲压模具在冲压过程中会受到各种机械力的相互作用，在这些不规律的机械力的共同作用下，模具会发生不同形式的失效，比如说脆断、磨损、啃伤等，但是导致这些失效产生的因素中，模具材料的选择所占比例在一半以上，这就要求模具设计人员在选择模具材料时要格外注意，一般模具设计人员选在用模具材料时要注意以下几个方面：

1.模具材料要具有优良的综合性能，所选模具材料的变形抗力、断裂抗力、耐磨性和抗疲劳性能要符合冲压模具的使用要求，包括淬火、回火抗压强度、抗弯强度、材料的抗冲击性能、抗压强度、抗弯强度、断裂抗力等。

尤其值得我们注意是我们所选择模具材料的硬度，因为模具材料的硬度越高，模具越耐磨，不易发生软化，模具的使用寿命越长。

冲压模具在工作过程中，由于模具与坯料之间的相互摩擦、挤压作用，会产生大量的热量，导致模具局部高温，这就要求所选择的模具材料还要有一定的抗热性能，包括热稳定性、热强性、热疲劳抗力等。

2.模具材料要具有良好的工艺性能。

设计人员所选用的模具材料要经过一定的机械加工和热处理，达到我们所需要的形状、尺寸、精度和特定的其他性能。

所以，设计人员所选用的模具材料应具有较好的冷、热加工工艺性及热处理工艺性能，以方便模具的加工制造。

2.2冲模材料的选择原则

由以上分析我们可知，冲压模具材料的选择在模具设计和制造时相当重要，设计人员在选择模具材料时可以从以下几个方面进行考虑：

1.在选择模具材料时，设计人员要根据模具零件工作要求，选择综合性能最佳的模具材料；

2.模具在工作过程中会发生不同的失效形式，设计人员在选择模具材料时可针对模具在工作时容易发生的失效形式去选择有特定性能的材料，如果模具在工作过程中容易开裂，则要选用韧性较好的模具材料；如果模具在工作过程中容易磨损，则要选用合金元素含量较高的模具材料；如果模具工作零件形状复杂、冲压件尺寸较大，则应选用热淬透性好的合金材料；如果对模具材料的硬度性能要求较高，则要选用耐回火性较高的合金材料；如果模具材料在热处理时容易变形，则应选用含碳量高、淬透性好的高合金材料。

3.模具设计人员要根据制件生产批量大小来选用模具材料，如果冲压模具需要冲压数量较大，则应使模具具有较长的使用寿命，一般选用优质合金钢，而对于需要冲压数量较小模具，则应选用碳素钢。

4.模具设计人员可根据冲模零件的复杂程度来选用模具材料，如果模具工作零件的形状相对简单，则应选用碳素工具钢；如果模具工作零件的形状相对复杂的，则常选用合金工具钢或高速工具钢。

5.模具设计人员可根据所需要冲压制件的精度来选用模具材料，如果冲压件的精度要求较高，则常用硬质合金钢；如果冲压制件的精度要求不高，则常选用碳钢或低合金钢。

3主要设计尺寸的计算

3.1确定毛坯直径

在冲压之前我们还要确定制件的毛坯直径，现在模具设计人员确定毛坯直径主要遵循两种原则：

一是形状相似性原则，二是表面积相等原则。

1.形状相似性原则：

一般情况下，冲压件毛坯的的形状与冲压件成品展开以后的形状相似，设计人员就可以根据制件成品展开后的形状，再加上适当的加工余量去确定制件毛坯的直径，这种方法简单易行，但是对毛坯周边是有要求的，毛坯周边不能有急剧的转弯，还要是光滑的曲线。

2.表面积相等原则：

在冲压加工中，对于那些不是拉深变薄的制件，我们可采用表面积相等的原则，因为在正常的冲压加工过程中，虽然毛坯材料的厚度在冲压前后会发生变化，比如毛坯有的部位可能会由于受到过大拉伸力的作用而变薄，有的部位可能会由于受到过大的挤压力而变厚，但是经过科学人员的研究，这些变化相对于毛坯材料本身的厚度而言是可以忽略不计的，只需要在确定毛坯直径前根据毛坯材料的型号和厚度，查相应的表格得到毛坯应该增加的加工余量即可。

对于本制件汽车仪表盒后盖，因为该制件为圆筒形，如果采用表面积相等原则来计算毛坯直径，只需要将该制件展开来，分成n个小扇形，计算出每个扇形的表面积叠加即可。

对于该汽车仪表盒后盖坯料尺寸计算：

因为该毛坯材料厚度t=1.5mm>1，材料厚度较大，所以该制件的坯料直径D应该按制件的中线尺寸来计算：

根据公式：

D=√d²+4dH-1.72dr-0.56r²式（3.1）

=√247²＋4×247×46.75－1.72×247×5.75－0.56×5.75²

≈324mm

d—制件中线直径，该d取247mm；

H—制件半成品高度，H=h+

=46.75mm,h是制件中线高度，此处h=43.75mm，查表可得切边余量

取3mm；

r—制件中线半径，r=R+0.5t=5+0.5×1.5=5.75mm，R是制件内线圆角半径。

所以毛坯直径取324mm。

3.2判断拉深次数

总的拉深因数：

m总=d/D式（3.2）

=247/324

=0.76

式（3.3）

毛坯的相对厚度：

t/D=1.5/324

=0.46％

按毛坯的相对厚度，并假定使用压边圈，查得表3.1可得极限拉深因数

m1=0.58，m2=0.79

由于m总>m1，所以工件能一次拉深成形。

3.3判断是否使用压边圈

制件在拉深过程中会由于模具用力不均匀而失稳，常常在制件的边壁或者凸圆部位发生起皱，为了防止起皱的发生，设计人员要判断是否使用压边圈，应当让制件毛坯进入凹模圆角之前保持在比较稳定的状态，制件毛坯的稳定程度又与毛坯材料的相对厚度有关。

表3.2相对厚度与各次拉深系数的关系

相对厚度t/D×100%

各次拉深系数

M1

M2

M3

M4

M5

M6

0.4

0.90

0.92

-

-

-

-

0.6

0.85

0.90

-

-

-

-

0.8

0.80

0.88

-

-

-

-

1.0

0.75

0.85

0.90

-

-

-

1.5

0.65

0.80

0.84

0.87

0.90

-

2.0

0.60

0.75

0.80

0.84

0.87

0.90

2.5

0.55

0.75

0.80

0.84

0.87

0.90

3.0

0.53

0.75

0.80

0.84

0.87

0.90

3以上

0.50

0.70

0.75

0.78

0.82

0.85

式（3.4）

t/D×100%

=1.5/324×100%

≈0.46％<1.5

在实际的生产过程中，为了作出准确的估计，还要结合拉深系数的大小来判断。

普通平端面凹模拉深时，毛坯不起皱的条件是：

式（3.5）

首次拉深

t/D≥0.045（1-m）

=0.045（1-0.76）

=0.01

根据表3.2和以上的计算可判断，该模具在设计时需要采用压边圈。

3.4冲压力的计算

3.4.1落料力的计算

因为该模具用平刃冲裁，所以该落料力的计算可用以下公式：

F=

Ltτb式（3.6）

=1.3×1017.36×1.5×350

=694348（N）

F—落料力（KN）；

L—冲裁周边长度（mm）；

t—材料厚度（mm）；

KP—安全系数，此处取1.3。

3.4.2拉深力的计算

F=πｄ1tσbK1K1

采用压边圈的圆筒形件

式（3.7）

=3.14×247×1.5×295×0.55

=188757（N）

F1—圆筒形件拉深力（N）；

K1—拉深系数；

σb—材料抗拉强度（MPa）；

d1—拉深件的直径（mm）；

t—材料厚度　（mm）；

3.4.3压边力的计算

Fq=π/4[D

-（d1+2r）

]P式（3.8）

=π[D

-（d+2r）

]P/4

=π[324

-（247+10）

]×2.3/4

=70283（N）

P—单位压边力（MPa），查表可取P=2.3；

D—平板毛坯直径（mm）；

d1～dn—第1～n次拉深直径（mm）；

r凹—拉深凸模圆角半径（mm）；

3.4.4卸料力的计算

卸料力FX计算：

FX=KXF式（3.9）

=0.04×694348.2

=27774（N）

FX—卸料力（N）；

KX—卸料力系数（N），其值查表3.3可得；

F—落料力（N）；

3.4.5推件力的计算　　

FT=nKTF式（3.10）

=1×0.055×694348.2

=38189（N）

n—梗塞在凹模内的制件或废料数量（n=h/t）；h直刃口部分的高（mm）；t材料厚度（mm）；

KT—推件力系数,其值查表3.3可得；

F—落料力（N）；

3.4.6顶件力的计算

式（