毕业设计（论文）-双金属片级进模设计.doc

成都理工大学毕业设计 成都理工大学 机械工程及其自动化专业 毕业设计毕业设计 指导老师： 姓 名： 学 号：200506040132 完成日期：2011.05.23 成都理工大学毕业设计 - 1 - 双金属片级进模设计 摘 要 对于大批量的零件，尤其是板料，冲压生产具有生产效率高，成本低等优 点。 针对这种情况，论文首先对模具行业的发展现状，存在的缺点进行了分析 与论述。然后对该零件进行工艺分析，通过对比各种加工方案的优劣，选定了 用级进模来制造该双金属片。然后初定加工方案与模具结构形式，对模具与零 件参数进行工艺性计算、分析，确定模具间隙、排样形式与搭边值、刃口尺寸 以及模具冲裁力、压力中心的计算。最后进行模具具体零部件的设计与选用， 包括各零部件的结构形式、具体尺寸、材料等进行确定。分析模具主要零部件 尺寸精度与形位公差要求，根据现有加工方法，编制模具主要零件的加工方案， 并填写工艺流程卡。 为得到的零件平直度比较高，采用弹性卸料装置，而冲出的零件与废料堆 积在模具内，易引起安全事故，故在下模板上加工出一个比凹模内腔大的孔， 使冲出的零件与废料直接落到地面。并采用导料板和导料销导向，挡料销粗定 位，再用导正销来精定位，采用手动送料，选用可倾式压力机。 关键词：模具 冲压工艺 材料 成都理工大学毕业设计 - 2 - progressive die design of bimetallic strip abstract for most of parts, especially sheets, stamping has the advantage of high production efficiency and low cost primarily aiming at the necessity of stamping, the dissertation gives analysis and discussion about the state of development and the existence of shortcomings. then make a process analysis of the parts, the progressive die has been used to make the bimetallic strip by comparing the strengths and weakness of various processing scheme. after that,processing scheme and die structure form are preliminary selected，then making process of calculation and analyze to the parameters of die and parts, determining the calculation of model clearance,nesting in the form and cutting- building side value, cutting edge size and die blanking force ,center of pressure. eventually designing and choosing specific die parts, including ensure the structural form, specific dimension and material of each parts. analyzed the main size precision of parts and shape and position tolerances, according to the existing processing method, making processing schemes for the main parts and filling in the process card. in order to gain a higher flatness, we use the elastic tripper, however the parts and wastes which been rushed out easily lead to safety accidents, so the die plate should be digged a straight hole to off load the parts and waste, then use locating pinof blanking punch to fine positioning, use manual feeding also elect the tilting press and use the hooks raking parts out when it finished ten parts. keywords: mould; press process; material 成都理工大学毕业设计 - 3 - 目 录 第一章第一章 概述概述 - 5 - 1.11.1冲压模发展现状冲压模发展现状 - 5 - 1.21.2我国模具行业存在的问题我国模具行业存在的问题 - 9 - 1.31.3拟采用方案拟采用方案 - 11 - 第二章第二章 工艺分析设计计算工艺分析设计计算 - 12 - 2.12.1本设计零件作用与特点分析本设计零件作用与特点分析 - 12 - 2.22.2零件的工艺性分析零件的工艺性分析 - 12 - 2.32.3加工方案比较与确定加工方案比较与确定 - 13 - 2.42.4工艺与设计计算工艺与设计计算 - 15 - 2.4.12.4.1 冲裁模初始双边间隙冲裁模初始双边间隙- 15 - 2.4.22.4.2 凸凹模刃口尺寸确定凸凹模刃口尺寸确定- 15 - 2.4.32.4.3 搭边值确定搭边值确定- 16 - 2.4.42.4.4 排样设计排样设计- 17 - 2.4.52.4.5 冲裁工艺力计算冲裁工艺力计算- 18 - 2.4.62.4.6 模具压力中心模具压力中心- 18 - 第三章第三章 零部件设计与选用零部件设计与选用 - 19 - 3.1材料的选择材料的选择 - 19 - 3.23.2凸模凸模 - 21 - 3.2.13.2.1 落料凸模部分落料凸模部分- 21 - 3.2.23.2.2 冲孔凸模部分冲孔凸模部分- 21 - 3.33.3凹模与凹模垫板凹模与凹模垫板 - 21 - 3.43.4固定导料销、固定挡料销及始用挡料销固定导料销、固定挡料销及始用挡料销 - 22 - 3.53.5卸料装置卸料装置 - 22 - 3.63.6凸模固定板与垫板凸模固定板与垫板 - 23 - 3.73.7模柄的选用模柄的选用 - 23 - 3.83.8模架的选用模架的选用 - 23 - 3.93.9模具闭合高度：模具闭合高度： - 23 - 3.103.10 冲压设备的选择冲压设备的选择 - 24 - 第四章第四章 模具主要零件制造工艺模具主要零件制造工艺 - 25 - 4.14.1落料凹模加工工艺过程落料凹模加工工艺过程 - 25 - 成都理工大学毕业设计 - 4 - 4.24.2落料凸模加工工艺过程落料凸模加工工艺过程 - 26 - 4.34.3冲孔凸模加工工艺过程冲孔凸模加工工艺过程 - 26 - 4.44.4落料凸模滑块加工工艺过程落料凸模滑块加工工艺过程 - 26 - 结论结论- 28 - 参考资料参考资料- 29- 致谢辞致谢辞- 30- 成都理工大学毕业设计 - 5 - 第 1 章 概述 1.1冲压模的发展和现状 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。 近年来，模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展，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，集体、合资、独资和私营 也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡” ；广东一些大集团公司 和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷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现已有几千家1。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越 认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条 中最基础的要素之一。 近年许多模具企业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。一些国内模具企业已普及了二维 cad，并陆续开始使用 ug、pro/engineer、i-deas、euclid-is 等国际通用软件，个别厂家还引进了 moldflow、c-flow、dynaform、optris 和 magmasoft 等 cae 软件，并成功应用 于冲压模的设计中。 以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东 风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。 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。经过多年的努力， 在模具 cad/cae/cam 技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设 计制造周期等方面做出了贡献2。 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短” 、 “精度高” 、 “质量好” 、 “价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： （1）全面推广 cad/cam/cae 技术 模具 cad/cam/cae 技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展 和进步，普及 cad/cam/cae 技术的条件已基本成熟，各企业将加大 cad/cam 技 术培训和技术服务的力度；进一步扩大 cae 技术的应用范围。计算机和网络的 发展正使 cad/cam/cae 技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为 可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能3。 成都理工大学毕业设计 - 6 - （2）高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高 的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。 高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的 活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 （3）模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型 所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可 快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种 不同数控系统的加工程序、不同格式的 cad 数据，用于模具制造业的“逆向工 程” 。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十 五”期间将发挥更大的作用。 （4）电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用 成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维 轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火 花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。 预计这一技术将得到发展。 中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的 调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整， 产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具 成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造 上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展4。 近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、 复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模 和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加；“三资”及私营企业 发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三 角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前 发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东 成都理工大学毕业设计 - 7 - 等地近几年也有较大发展。 根据“十一五”模具行业发展规划， “十一五”期间模具产品发展重点主要 有如下几类： （1）汽车覆盖件模具 冲压模具占模具总量的 40%以上。汽车覆盖件模具主要为汽车配套，也包 括为农用车、工程机械和农机配套的覆盖件模具，它在冲压模具中具有很大的 代表性，模具大都是大中型，结构复杂，技术要求高。尤其是为轿车配套的覆 盖件模具，要求更高，可以代表冲压模具的水平。此类模具我国已有一定的技 术基础，已为中档轿车配套，但水平还不高，能力不足，目前满足率只有一半 左右。中高档轿车覆盖件模具主要依靠进口，已成为汽车发展的瓶颈，极大的 影响着车型开发。 （2）精密冲压模具 多工位级进模和精冲模代表了冲压模具的发展方向，精度要求寿命要求极 高，主要为电子工业、汽车、仪器仪表、电机电器等配套。这两种模具，国内 已有相当基础，并已引进了国外技术及设备，个别企业生产的产品已达到世界 水平，但大部分企业仍有较大差距，供应总量不足，进口很多。 （3）大型精密塑料模具 塑料模具占模具总量近 40%，而且这个比例还在上升。塑料模具中为汽车 和家电配套的大型注塑模具，为集成电路配套的塑封模，为电子信息产业和机 械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，为新型建材及节水农 业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，目前虽然已有相当技术基础 并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距，总量供不应求，每年的进 口额达几亿美元。 （4）主要模具标准件 目前国内已有较大产量的模具标准件主要是模架、导向件、推杆推管、弹 性元件等。这些产品不但国内配套大量需要，出口前景也很好，应继续大力发 展。氮气缸和热流道元件主要依靠进口，应在现有基础上提高水平，形成标准 并组织规模化生产。 （5）其他高技术含量的模具 成都理工大学毕业设计 - 8 - 占模具总量给 8%的压铸模具中，大型薄壁精密压铸技术含量高，难度大。 镁合金压铸模具目前虽然刚起步，但发展前景好，有代表性。子午线橡胶轮胎 模具也是发展方向，其中活络模技术难度最大。与快速成型技术相结合的一些 快速制模技术及相应的快速经济模具具有很好的发展前景。这些高技术含量的 模具在“十一五”期间也应重点发展3。 当前冲压模具技术发展呈现三大特点5： 模具与压力机是决定冲压质量、精度和生产效率的两个关键因素。先进的 压力机只有配备先进的模具，才能充分发挥作用，取得良好效益。模具的发展 方向为： （1）充分运用 it 技术发展模具设计、制造。 用户对压力机速度、精度、换模效率等方面不断提高的要求，促进了模具 的发展。外形车身和发动机是汽车的两个关键部件，汽车车身模具特别是大中 型覆盖件模具，其技术密集，体现当代模具技术水平，是车身制造技术的重要 组成部分。车身模具设计和制造约占汽车开发周期三之二的时间、成为汽车换 型的主要制约因素。目前，世界上汽车的改型换代般约需 48 个月，而美国 仅需 30 个月，这主要得益于在模具业中应用了 cad/cae/cam 技术和三维实体汽 年覆盖件模具结构设计软件。另外，网络技术的广泛应用提供了可靠的信息载 体、实现了异地设计和异地制造。同时，虚拟制造等 it 技术的应用，也将推动 模具工业的发展。 （2）车身制造中的级进冲模发展迅速。 在自动冲床上用级进冲裁模或组合冲模加工转子、定子板，或者应用于插 接件作业，都是众所周知的冲压技术，近些年来，级进组合冲裁模在车身制造 中开始得到越来越广泛的应用，用级进模直接把卷材加工为成型零件和拉伸件。 加工的零件也越来越大，省去了用多工位压力机和成套模具生产所必需串接的 板材剪切、涂油、板坯运输等后续工序。级进组合冲模已在美国汽车工业中普 遍应用，其优点是生产率高，模具成本低，不需要板料剪切，与多工位压力机 上使用的阶梯模相比，节约 30%。但是级进组合冲模技术的应用受拉伸深度、 导向和传输的带材边缘材料表面硬化的限制，主要用于拉伸深度比较浅的简单 零件，因此不能完全替代多工位压力机，绝大多数零件应优先考虑在多工位压 成都理工大学毕业设计 - 9 - 力机上加工。 1.2我国模具业面临的问题 汽车是重要的运输工具，是科学技术发展水平的标志。汽车工业是资金密 集、技术密集、人才密集、综合性强、经济效益高的产业。 世界各工业发达国家几乎无一例外地把汽车产业做为国民经济的支柱产业。 汽车的研制、生产、销售、营运，与国民经济许多部门都息息相关，对社会经 济建设和科学技术发展起重要推动作用。 我国汽车制造告业的迅速崛起，不仅使自身在国民经济发展中完成了从 “配角”到“主角”的转变，同时也为中国确立了世界汽车制造大国的地位。 从全球汽车产量排名表看2000 年的世界 10 大产车国分别是美国、日本、德 国、法国、韩国、西班牙、加拿大、意大利、巴西和墨四哥，中国紧随其后排 在第 11 位。到 2q03 年，我国汽车产量超过意大利，巴西、墨西哥、韩国、西 班牙和加拿大等 6 个国家，一举跃居世界第 5，估计 2004 年已超过法国，成为 世界上第 4 大汽车生产回；国家统计局还大胆预测：到 2005 年，中国汽车产量 将超过德国，成为全球第 3 大汽车制造国6。 目前我国汽车产业发展迅速，对被称为“汽车工业之母”的汽车模具业来 说，无疑是一个利好消息。在美国，日本等汽车制造业发达的国家，模具产业 超过 50的产品是汽车棋具，而在我国，仅有约 13 的模具产品足在为汽车 制造业服务，模具上业在我国尤其是汽车制造业集中的地区(长三角、珠三角及 环渤海地区)还有很大的发展余地7。 目前，国内汽车产品的小产和销售呈现高速增长，统计数据表明，2003 年 汽车产量达到 440 万辆比 2002 年同比增长 35，估计 2004 年末汽车年产量 已达到 5507 辆，全年度上市的新车车型超过 50 款8。 在汽车生产中，包括车身外体、发动机、内饰件等在内的 90以上的零部 件需要依靠模具成形。制造款普通轿车就需要约 1000 多副冲压模具，200 多副 内饰件模具。一个车款就需要制造 1200 多副模具。10 个千款就意味着至少有 60000 多副模具需要加工。 汽车工业的发展为模具行业带来了一个极大的市场，由于国内模只技术含 成都理工大学毕业设计 - 10 - 量低，高档模具比重较小，所以中国模具行业的当务之急就是大力提高模具产 业的技术水平，追求高精度、高效率、低成本，为小国汽车国产化服务，也为 中同模具行业的发展寻找突破口9。 中国汽车的发展特点是数量多、频率快、新产品多，汽车行业的这些发展 特点为模几工业的发展提出了高标准、严要求。汽车行业的超高速发展给国内 模具企业带来了前所未有的挑战和机遇，如何把握机遇、紧跟汽车工业发展的 步伐，是摆在国内模具上业面前的一个急待解决的问题。汽车工业非常关注模 具行业的发展，模具加工、模具工艺是材料成型的重要方式之一，与机械加工 相比，具有工序少、材料利用率高、能耗低、生产性能好、小产效益高等众多 优点。模具生产对工艺技术装备要求非常严格，模具是“效益放大器” ，由模具 生产出的产品价格将超过模具自身价格的几十倍乃至上百倍，据统计全世界有 关模具的年产值达 650 亿美元。模具上业的发展、模具制造水平的高低反映一 个国家的工业发展水平。我国政府非常支持模具工业的发展，相关国家政策也 向模具行业倾斜。日前国内模具生产企业共有 20000 多家，从业人员 150 万人， 年产值 450 亿元10。 模具的发展与汽车上业的快速发展密切相关，其中汽车大型零件的注射模、 仪表盘模具、车灯模具的发展对汽午行业的发展尤其重要。国外模具工业在逐 步转向我国发展，以港资和台资企业为代表的外资企业在不断增加，其中更以 台资模具企业在国内发展的比较快。国内模具生产水平低，模具的价格只有发 达同家的 15 到 13 这种相对比较低的价格成为国内模具进入国际市场井与 国外模具竞争的丰要优势。国内模具在出口的同时，进口的外国模具也在不断 增加，尤其是高精度汽车大型覆盖件模具需大量进门。日前国内模具行业的结 构改革步伐日益加快，三资企业民营企业得到了很大程度的发展，其中南方 地区模具工业由于本地区工业发展水平较高所以较北方发展快，但在整个模具 设计制造水平和标准化程度上，与美国、欧训、日本等发达国家和地区相比还 存在相当大的差距。我国特殊钢材消费大户如：汽车工业、机械制造业以及电 力行业尚有较大的发展空间，与美国、口奉相比还相差很远，最近世界主要钢 铁公司专家认为到 2010 年小国汽车用钢将增长 50，达到 1800 万吨(含维修)。 由于中国劳动力便宜，技术水平尚可，市场需求人，世界制造业的巨头纷纷到 成都理工大学毕业设计 - 11 - 中国投资建厂，因此，中国今后将成为世界制造业的中心，机器制造业及电力 行业等的发展必然给特殊钢市场带来更大的需求11。 一个轿车车型的车身覆盖件模具赞用平均按 2 亿元人民币计算，每年需要 36 亿元人民币用轿车车身覆盖件模具的购买。如呆国内汽车模具企业能承揽轿 车车身覆盖件模具的 30，国内车身模具业就能跨越目前的状况，迅速赶上国 内汽车发展水平，如果能承揽其 50以上，将会对汽车模具行业产生巨大推动 作用，使我国汽车模具行业迅速进入世界先进行列，模具工业一定要承担起汽 车、轿车大型覆盖件模具的设计能力，为我国汽车行业快速进入世界先进行列 发挥应有的作用，除汽车行业之外家用电器，建筑材料、化工及仪表等行业对 模且也有大量需求。从模具技术发展来看，高精度、低成本、交货朋垣足今后 模具发展的一个趋势，模具的标准化加上和模具标准件的发展将会有力地促进 中国汽车工业的发展12。 1.3拟采用方案 针对上述问题，本设计拟采用如下方案进行设计: 1） 通过对比各种加工方案的优劣，初选定是否用冲压来制造该双金属片。 2） 对该零件加工工艺性进行分析，并初定加工方案与模具结构形式。初定 采用何种结构或措施来减少零件尖角对模具的磨损，增加模具寿命。 3） 对模具与零件参数进行工艺性计算、分析，确定模具间隙、排样形式与 搭边值、刃口尺寸以及模具冲裁力、压力中心进行计算。 4） 进行模具具体零部件的设计与选用，包括各零部件的结构形式、具体尺 寸、材料等进行确定。 5） 分析模具主要零部件尺寸精度与形位公差要求，根据现有加工方法，编 制模具主要零件的加工方案，并填写工艺流程卡。 成都理工大学毕业设计 - 12 - 第 2 章 工艺分析设计计算 2.1本设计零件作用与特点分析 本设计的零件是双金属片，其外观及尺寸如图1 所示。零件材料为主 动层为镍，被动层为镍铁合金，镍具有良好的机械强度和延展性，具有磁性和 良好的可塑性，容易成形加 工。料厚为 1.2mm，属薄料， 受纵向力易翘曲。 其次，从结构上来看， 是一个对称图形，外轮廓有 一个小于 90的尖角，易磨 损。内轮廓为两个不同直径 的圆组成的槽形孔，两个圆 半径分别 为 r1 和 r2.5。 图 2-1 零件图 最后，从尺寸标注中可知，该零件最大尺寸为 29.1mm,宽为 8mm，最小圆角 r1，内轮廓与外轮廓之间有形位公差要求，但要求不高。 2.2零件的工艺性分析 冲裁件的工艺性指冲裁件对冲压工艺的适应性，它包括冲裁件的结构工艺 性和精度两部分的内容，工艺性良好与否对冲裁件的质量、制造成本以及模具 寿命有很大的影响，在冲裁模 cad 系统中，计算机辅助判别冲裁件在形状结构 和精度方面的可形，同时也后续模具模块提供必要的信息。 1） 冲裁件结构工艺性判别 结构工艺性判别的实质是将工件图中的圆角半径、小孔尺寸、悬臂与凹槽 尺寸、孔边距、孔间距等几何特征量与相应的工艺参数极限值进行比较，从而 确定工件的形状的结构是否适应于冲裁加工。在 cad 系统中，一般采用自动判 别法、交互判别法、或将自动与交互相结合的综合判别法了来辅助判别。 2） 冲裁件精度的判别 成都理工大学毕业设计 - 13 - 冲裁件上标注的尺寸按精度判别要求可分为三类：轮廓尺寸、内孔与内孔 之间的尺寸以及内孔与外轮廓之间的尺寸。冲裁件的精度判别主要是对于这三 类尺寸进行下类分析： a.将尺寸的名义值和偏差值与标准公差表对照，逐一判定各尺寸的精度等 级。 b.将每一尺寸信息与数据库中的有关技术标准对照，判定该尺寸能否使用普 通精度模具进行加工。 而对于本零件： 1）材料 零件材料为镍与镍铁合金，具有良好的可冲压性能。 2）工件结构 如图所示，该零件结构形状简单对称，零件可分为冲孔落料 两部分，故考虑采用级进模先冲孔，后落料两次冲压成形。 3）零件外轮廓有两个尖角是本设计的一个难点，可采用镶块结构。 4）尺寸精度 零件尺寸属于 it13 级it14 级。 5）结论： 可以冲裁。 2.3 加工方案比较与确定 冲压模的优点在这样的对比下很快就显现出来了，首先它结构，加工方法 简单，效率高，工艺也很简单，操作更是没有任何难度，可以用不动脑子来形 容它的操作过程，基本上可以说正常情况下只要进行安全知识培训就可以了， 不用操作技能培训。最重要的，也是所有制造商最关心的，就是成本低，同时 也意味着利润的上升。 1 1） 冲压模方案种类 该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案： 方案一：采用单工序模生产。 方案二：采用复合模生产。 方案三：采用级进模生产。 2 2） 模具方案的比较 工艺方案选择的准则 为了实现工艺方案的计算机辅助选择，首先应总结出实际设计中常用的准则 主要有： 成都理工大学毕业设计 - 14 - 如果工件上的最小孔边、孔间距小于复合的凹凸模最小许用壁厚值，因不能 保证凹凸模强度，应考虑采用连续模或单工序模。 如果工件上的内孔与外形的相对位置精度要求较高，应尽可能采用复合模。 如果工件内、外形的毛刺要求同向，应采用复合模。 连续模和复合模的生产效率较高，单工序的模的生产效率较低但模具结构简 单。综合生产效率和模具制造两方面的因素，一般认为：大批量生产时尽量采 用连续模或复合模，小批量生产时采用单工序模。 当工件较厚（一般大于 5mm） 、外形尺寸较大（一般大于 250mm）时，不仅冲 压力大，而且模具尺寸大，不宜采用连续模。 如果与冲孔凸模安装位置发生干涉，不宜采用复合模。 当工件的平整度要求很高时，一般应采用正装复合模。 模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，两副模具，成本相对较高，生 产效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误 差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产需要。 复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的 定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。但复合模结构复杂，制造精 度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。只需 要一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸、制造相对 前面两种方案都有比较好，而且效率高。 级进模是一种多工位、效率高的一种加工方法。但级进模轮廓尺寸较大，制 造复杂，成本较高，一般适用于大批量，小型冲压件。且级进模把冲孔和落料 分两步在不同位置上进行，内轮廓与外轮廓之间的形位公差不易保证。 该零件属大批量生产，形状较复杂。工件精度要求不高，主要工序有冲三个 小孔，冲中心孔，落料。 根据以上准则，可以考虑用以下两个工艺方案 方案一、采用复合模加工。复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外 缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但复合模结构复杂，制造精度要 求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。 方案二、采用级进模加工。级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设 备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边 成都理工大学毕业设计 - 15 - 距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但 级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲 压件。且，由于级进模是在不同位置上完成相应的工序，则材料的定位精度直 接限制了所冲裁出的零件的形位公差。 3 3） 方案的确定 综上所述，比较方案一与方案二，对于所给零件，由于零件孔边距较小，最 小为 1.5mm，如采用复合模冲压，模具结构相对复杂，加工难度高，所以根据 零件性质故采用级进模加工。 2.4工艺与设计计算 2.4.1 冲裁模初始双边间隙 由文献3查得 max min 0.096 0.072 mm mm z z 2.4.2 凸凹模刃口尺寸确定 1） 落料刃口尺寸 由文献4查得冲压件自由公差后，落料基本尺寸有： 12 12 l=22.50.15=20.1=3.50.1 = 30.1=r40.1 mm r m m 、lm m 、l rm m 、rm m 查表知：零件制造工差最小的尺寸 r1对应的 maxminmaxmin maxmin 0.4()0.01;0.6()0.014 0.0240.168 dp dp zzzzmm mmzzmm 则 所以宜采用凸凹模分别加工法制造凸、凹模 查表知，其对应的 x 值如下： 12 12 0.1 0.75 lllx rrx 、 、 成都理工大学毕业设计 - 16 - 0.010.01 00 0.010.01 100 0.010.01 200 0.010.01 100 0.010.01 200 (22.65)22.35 (2.1)1.9 (3.6)3.4 (3.1)2.95 (4.1)3.95 d d d d d lxmm lxmm lxmm rxmm rxmm (2 1) (22) (23) (24) (25) 凹模刃口尺寸为： 00 min0.0140.014 00 1min0.0140.014 00 2min0.0140.014 00 1min0.0140.014 00 2min0.0140.014 (22.35)22.28 (1.9)1.83 (3.4)3.33 (2.95)2.88 (3.95)3.88 p p p p p lzmm lzmm lzmm rzmm rzmm (2 6) (2 7) (2 8) (2 9) (2 10) 2） 冲孔凸、凹模刃口尺寸确定 冲孔工序基本尺寸有： 12 22.50.15;h30.1;r10.1;r2.50.1lrr 同上，应采用凸、凹模分别加工法。 12 1 0.75 lhx rx 、 、r 则： 00 0.140.14 00 0.140.14 00 10.140.14 00 20.140.14 (22.35)22.65 (2.9)3.1 (0.9)1.05 (2.4)2.55 p p p p lxmm hxmm rxmm rxmm (2 11) (2 12) (2 13) (2 14) (2 15) 凸模刃口尺寸为： 成都理工大学毕业设计 - 17 - 0.10.1 min00 0.10.1 min00 0.10.1 1min00 0.10.1 2min00 (22.35)22.65 (2.9)3.1 (0.9)1.05 (2.4)2.55 p p p p lzmm hzmm rzmm rzmm (2 16) (2 17) (2 18) (2 19) (220) 2.4.3 搭边值确定 查文献3中表知，冲件之间搭边值为： 1 1.8 1.11.982mma 冲件与条料边间搭边为： 0 2 1.12.2mma 2.4.4 排样设计 排样拟采用以下两种方式，工件间及工件与调料边之间搭边值分别为 2mm 和 2.2mm,如图所示： 为使得进位与模具制造的简单与方便，零件与条料左右两边的搭边值调整 为 2.45mm,零件间的搭边值调整为 2mm。 条料宽度为 b29.1+2x2.4534mm， 步距 s=63mm 所以：实际条料搭边值分别为 2mm 和 2.45mm 图 2-2 排样图 成都理工大学毕业设计 - 18 - 100%36% 100%33% na bh na bh 材料利用率： 方案一： 方案二： (221) (222) 对比以上方案得知，采用方案一对称排列材料利用率更高，但是，也相应 的增加了模具制造与装配的难度，使得模具成本大大增加。方案二虽然材料利 用率略低于方案一，但模具结构相应简单，更适合生产，所以应该选择方案二。 2.4.5 冲裁工艺力计算 冲件材料镍与镍铁合金，切两种材料沿中性面排列，所以，应分别进行两种材 料的冲裁力计算： 125 13838 ; 23543 b n nt flt lllmm fn fn 孔外 镍层： 镍铁合金层： (223) (224) 查表知：kx=0.04,则 卸料力： t t 535 ; 942 tx n nt fnk f fn fn 镍层： 镍铁合金层： (225) 所以: nntntntt +f +f +f +f13838+23543+535+942 t ff fn 总 38860(226) 2.4.6 模具压力中心 由公式 成都理工大学毕业设计 - 19 - 1 12 23 3 0 143 1 12 23 3 0 143 x lx lx l x lll y ly ly l y lll (227) (228) 先分别求冲孔和落料的压力中心，再求二者的压力中心。 得：落料：x落=8.4, y落=5.3, l外=68.5mm 冲孔：x孔=21.2, y孔=12.2, l内=56.5mm 综上：在如图所示坐标系中： 0 0 16.1 9.2 x y 第 3 章 零部件设计与选用 3.13.1材料的选择 3.1.1冲裁件的选择：本冲裁件用的镍和镍铁合金。 3.1.2模具材料的选择： 制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、 钢结硬质合金 、锌基合金、低 熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢 材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高 碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、 钢结硬质 合金等等。 1） 碳素工具钢 在模具中应用较多的碳素工具钢为 t8a、t10a 等，优点为加工性能好，价 格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。 2） 低合金工具钢 低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工 具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。 用于制造模具的低合金钢有 crwmn、9mn2v、7crsimnmov(代号 ch-1)、 成都理工大学毕业设计 - 20 - 6crnisimnmov(代号 gd)等。 3） 高碳高铬工具钢 常用的高碳高铬工具钢有 cr12 和 cr12mov、cr12mo1v1（代号 d2），它们 具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具 钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重 ，必须进行反复镦拔 （轴向 镦、径向拔）改锻 ，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。 4） 高碳中铬工具钢 用于模具的高碳中铬工具钢有 cr4w2mov、cr6wv 、cr5mov 等，它们的含铬 量较低， 共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性 和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。 5） 高速钢 高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。 模具中常用的有 w18cr4v（代号 8-4-1）和含钨量较少的 w6mo5 cr4v2（代号 6-5-4-2，美国牌号为 m2）以及为提高韧性开发的降碳降钒高速钢 6w6mo5 cr4v（代号 6w6 或称低碳 m2）。 高速钢也需要改锻 ，以改善其碳化物分布 。 6） 基体钢 在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢 的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨 性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强 韧性冷作模具钢 ， 材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6cr4w3mo2vnb（代号 65nb）、 7cr7mo2v2si（代号 ld）、5cr4mo3simnval（代号 012al）等。 7） 硬质合金和钢结硬质合金 硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性 差。用作模具的硬质合金是 钨钴类 ，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可 选用 含钴量较低 的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用 含钴量较高 的硬 质合金。 钢结硬质合金 是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、 钼 、钨、钒 等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相 ，用粉末冶金方法烧结而成。 钢 成都理工大学毕业设计 - 21 - 结硬质合金 的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切 削、焊接、锻造和热处理。 钢结硬质合金 含有大量的碳化物，虽然硬度和耐 磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达 68 73hrc 对于薄板冲裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性和硬度，而对厚板 冲裁 模除了 要求具有高的耐磨性、抗压屈服点外，为防止模具断裂或崩刃 ， 还应具有高的断裂抗力、较高的抗弯强度和韧性。cr12 和 cr12mov 为高碳高 铬钢，耐磨性较高，淬火时变形很小，淬透性好，可用于大批量生产的模具， 如硅钢片冲裁模。但该类钢种存在碳化物不均匀性，易产生碳化物偏析，冲裁 时容易出现崩刃或断裂。其中， cr12 含碳量较高，碳化物分布不均比 cr12mov 严重，脆性更大一些。 简述一下 cr12 和 cr12mov 的热处理：cr12 型钢的热处理工艺选择取决于 模具的使用要求，当模具要求比较小的变形和一定韧性时，可采用低温淬火、 回火（ cr12 为 950980 淬火， 150200 回火； cr12mov 为 10201050 淬火， 180200 回火 ）。 若要提高模具的使用温度，改善其淬透性和红 硬性，可采用高温淬火、回火 （ cr12 为 10001100 淬火， 480500 回 火； cr12mov 为 11101140 淬火， 500520 回火 ）。 高铬钢在 275375 区域有回火脆性，应予避免 经上述材料分析，本冲压模凸模与凹模材料选用的是 t8a，并调质处理到 5862hrc. 3.2凸模 查文献1知，凸、凹模最小壁厚为 1.4mm 3.2.1 落料凸模部分 由于落料部分外形不是规则的圆形 或方形，所以，采用直通式，装配后铆 开磨平。经计算，外形部分的惯性矩为： i728.5mm4 图 3-1 落料凸模 则： 成都理工大学毕业设计 - 22 - max 45061 i lmm f （3-1） 3.2.2 冲孔凸模部分 外形不是规则的圆形或方形，所以，采用直通 式，装配后铆开磨平。 3.3凹模及凹模垫板 为方便顶件，且落料外形不规则，所以落料凹模同样采用直通式。 其中： 凹模厚度： （3-2）0.42912hkbxmm 所以： （3-3）(1.5 2)18 24chmm 20cmm取 综上可得，凹模周界为： 与送料方向垂直方向： bb+(2.54)h=63mm 送料方向： l16.5+2x2260.5mm 综合模座尺寸考虑，可设定凹模周界为： b63mm；l63mm. 为最后装配时与模架安装尺寸配合。并且方便卸料，节省模具材料，在凹模底 部设计一个开槽的凹模垫板，增加模具合模高度。 此凹模垫板厚度为： h=18mm. 3.4固定导料销、固定挡料销及始用挡料销 由于是薄板冲裁，且为级进模，所以，采用固定导料销与挡料销来定位零 件，其尺寸为： h=2mm; h=10mm; d=10; d=m4. 成都理工大学毕业设计 - 23 - 经计算得知，固定挡料销与始用挡料销在同一位置上，所以可以不用始用挡料 销。 3.5卸料装置 因为料厚只有 1.2mm,板料在冲裁过程中易发生翘曲，若用刚性卸料装置， 零件平直度得不到保证，所以宜用弹压卸料装置。 卸料板厚度： h1=0.6h=7mm 由于采用固定挡料销与导料销，所以，应在卸料板上开让位孔。 根据工件材料厚度为 1.2mm，冲裁时凸模进入凹模深度取 2mm，考虑模具 维修时刃磨留量 2mm，再考虑开启时卸料板高出凸凹模 2mm，则： 卸料板工作行程： h工作=1.2+2+2+1.87mm 所以，橡皮的自由厚度 ： h h=2328 0.250.3 mm 工作 自由 （3-4） 取 h自由=23mm 综上，模具安装时橡皮的高度为 h1=23mm. 3.6凸模固定板与垫板 (0.6 0.8)7.29.6, 9 hhmm hmm 取 （3-5） 查表知，铸铁的90140mpa b max 120 b f pmpa a 由于 ，所以，可以不加垫板。 综上，凸模高度为：凸模固定板厚度，卸料板厚度，橡胶安装厚度之和， 减去凸模高出卸料板的深度 2mm,即： h+h+h1-2=9+7+23-2=37mm （3-6） 3.7模柄的选用 采用文献1压入式模柄，方便放置推板空间。 其尺寸为： 0 123 25,20 1.5,19,68,20 2.5,1,18.5,6,7 dmm dmmm smm hmm hmm bmm cmm dmm dmdmm 成都理工大学毕业设计 - 24 - 3.8模架的选用 根据文献1，选用滑动式中间导柱模架 min 63 63 115,100 6161 lbmm mm hmm m ax 凹模周界： 闭合高度：h 上模座 ：63 63 20m m 下模座 ：63 63 25m m