花键垫片冲压模具设计要点

花键垫片冲压模具设计 摘 要 本论文主要介绍了简单冲裁零件的模具设计过程，包括冲裁件的工艺分析,工艺方案。分析、选择和确定,以及确定模具总体结构方案。有关的工艺与设计计算排样设计与计算，计算压力中心，初选压力机,计算凸、凹模刃口尺寸及公差。根据所选择的工艺方案确定了模具总体的结构方案，采用级进模结构。根据理论计算的数据，使用AUTOCAD，ProE绘图软件绘制模局具图，包括模具中主要零部件的绘制。本论文中关于简单零件模具所有部件的设计过程可供制造使用。关键词： 级进模 模具设计 冲裁Mould Design Of Spline Filling Piece RammingPicking WantingThe present paper mainly introduced the simple blanking components mold design process, including blanking craft analysis, craft plan.Analysis, choice and determination, as well as determination mold overall structure plan.The related craft and the design calculation row of type design and the computation, the pressure rating center, the primary election press, calculates raised, the concave mold cutting edge size and the common difference.According to the craft plan which chooses had determined the mold overall structure plan, uses the level to enter the mold structure.According to the theoretical calculation data, uses the AUTOCAD, ProE cartography software to draw a pattern making bureau chart, including mold in main spare part plan.In the present paper may supply the manufacture use about the simple components mold all part design process.Key word: The level enters the mold Mold design Blanking目录1 引言51.1 冲压的作用、定义、分类及发展51.2 冲压模研究的现状61.3 冲压模的发展趋势81.4 本论文研究的内容和意义122 冲压工艺分析132.1 冲裁件工艺分析132.2 冲裁件的工艺方案162.2.1 单工序冲裁模162.2.2 级进模162.2.3 复合模172.2.4 三类模具的特点与选用172.3 模具总体结构的确定183 工艺与设计计算193.1 排样与搭边183.1.1 冲裁件的排样193.1.2 搭边与条料宽度的确定193.1.3 材料的利用率213.2 凸模与凹模及侧刃刃口尺寸的确定223.2.1 凸凹模间隙值的确定223.2.2 凸、凹模刃口尺寸计算依据和计算原则223.2.3 落料凹模刃口尺寸及凸模刃口尺寸233.2.4 侧刃刃口尺寸253.3 计算压力与压力中心253.3.1 冲裁力卸料力的计算253.3.2 压力机公称压力计算264 模具零部件的选用284.1 工作零件的设计284.1.1 凹模设计284.1.2 凸模设计294.2 定位零件设计304.2.1 侧刃304.2.2导料板304.3 卸料、推件零件设计314.3.1 卸料板314.3.2 卸料装置314.3.3 卸料橡皮的选用324.3.4 推件装置324.4 模架及零件324.4.1 模架324.4.2 模板324.4.3 上、下模座335 其他支撑零件345.1 模柄345.2 凸模固定板345.3 垫板345.4 紧固件346 压力机装模高度的校核366.1 压力机装模方式的选择366.2 压力机装模高度的校核377 模具总体设计387.1 零件尺寸及零件明细表387.2 总图设计397.3 非标准零件图设计407.3.1 冲孔凸模407.3.2 落料凸模407.3.3 凹模417.3.4 侧刃418 模具主要零件的CAD/CAM程序代码设计428.1 加工要求428.2 非标准零件的数控加工代码42论文小节49参考文献50致谢51 1 引言 1.1 冲压的作用、定义、分类及发展冲压是一种先进的金属加工方法，它具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、制品尺寸精度稳定、易于达到结构轻量化、操作简单、容易实现机械化与自动化等一系列优点，因而在市场越来越受到重视。冲压是在常温下，利用冲压模在压力机上对板料或热料施加压力，使其产生塑性变形或分离，以而获得所需零件的一种压力加工方法。冷冲压的基本工序包括分离工序和成形工序。分离工序：冲压工件与板料沿要求的轮廓线相互分离。成形工序：指坯料在不被坏的条件下发生塑性变形，获得所需形状，尺寸和精度的加工方法。冲压工艺的分类：1） 落料： 从材料上沿封闭轮廓分离出工件的工序。2） 冲孔： 从工件上沿封闭轮廓分离出废料，获得所需要的带孔零件的工序。3） 切断： 从材料上沿不封闭的轮廓分离出工件的工序。4） 冲槽、冲缺： 从工件外周边上分离出废料，获得工件需要的形状的工序。5） 切口： 从工件上沿敞开的轮廓局部分离材料，被分离的材料不在分离前的平面上的工序 6） 剖切： 将成形后的空心零件分离成两个或两个以上的工件的工序。7） 切边（修边）：将成形空心件的边缘分离，使之达到一定尺寸或形状要求的工件。8） 修整： 将工件的外缘（或内孔）冲切去少量材料，从而提高工件冲切面的垂直度和粗糙度的工序。冲压模的结构类型很多，按不同的特征可分类为如下： 按工序的性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、剖切模和切边模等。 按工序的组合方式可分为单工序的简单模、多个工序的连续模、复合模以及连续复合模。按上、下模的导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、滚珠导柱模、导筒模等。 按控制送料步距的方法可分为固定挡料销式、活动挡料销式、导正销式和侧刃式等。 按凸、凹模所用材料可分为钢质冲模、硬质合金冲模、锌基合金冲模、橡胶冲模和聚氨脂橡胶冲模等。 按凸、凹模的结构可分为正装模和倒装模。 按模具的卸料方法可分为刚性卸料模和弹性卸料模。此外，按送料、出件及排除废料的方法可为手动模、半自动模和自动模；按冲模的大小分为小型冲模、中型冲模和大型冲模；呆板模具的专业化程度可分为专用模、通用模、组合冲模和简易冲模等等。据我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元各类冲压模具的生产能力。1.2 冲压模研究的现状1.2.1 国内现状 一、冲压模具市场情况 我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高挡轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。 现将2004年我国冲压模具市场情况简介如下： 根据我国海关统计资料，2004年我国共进口冲压模具5.61亿美联社元，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中的中低档模具，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，具有一定的竟争力，因此其在国际市场前景很好，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；三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。 二、冲压模具水平状况 近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到12um，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5um的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 （1） 模具CAD/CAM技术状况 我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。 21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。其中部分骨干重点企业还具备个CAE能力。模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美国CV公司的CADSS，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 还引进了AutoCAD、CATIA 等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。 在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生产实践中得到成功应用，产生了良好的效益。 快速原型（RP）传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样样制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，它标志着RPM应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。 围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。 （2）模具设计与制造能力状况 在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。 虽然如此，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。这一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，都有较大差距。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基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。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。汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具的加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期.模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊技术也得到了应用。1.2.2 国外现状 21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。其中部分骨干重点企业还具备个CAE能力。模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美国CV公司的CADSS，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 还引进了AutoCAD、CATIA 等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。最近 ,国外一些大型钢铁企业开发出了汽车零部件液压成形加工工艺技术。这种技术的特点是：将车用钢板加工成管道形状，在管道外壁安装冲压模具，在管道里面加入液体物质 ,并对液体施加强大的压力;在内外夹攻之下，不用焊接，就加工成了汽车零部件所需要的不同形状和不同厚度的整体钢板，最大限度地减少了焊接的部件和焊缝，大幅度地降低了汽车零部件重量和汽车零部件生产成本。浦项制铁公司和韩国最大的钢铁企业已经决定：投资3750万美元，在其光阳钢铁厂建设一家汽车零部件液压成形加工厂。该厂将从国外进口加工工艺技术和设备，在2000年投产，年生产能力为100多万件车用零部件。1.3 冲压模的发展趋势一、近十多年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展，其特征是与高新技术结合，在方法和体系上开始发生很大变化。计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展。1、冲压技术发展的特征 冲压技术的真正发展，始于汽车的工业化生产。20世纪初，美国福特汽车的工业化生产大大推动了冲压技术的研究和发展。研究工作基本上在板料成形技术和成形性两方面同时展开，关键问题是破裂、起皱与回弹，涉及可成形性预估、成形方法的创新，以及成形过程的分析与控制。但在20世纪的大部分时间里，对冲压技术的掌握基本上是经验型的。分析工具是经典的成形力学理论，能求解的问题十分有限。研究的重点是板材冲压性能及成形力学，远不能满足汽车工业的需求。60年代是冲压技术发展的重要时期，各种新的成形技术相继出现。尤其是成形极限图（FLD）的提出，推动了板材性能、成形理论、成形工艺和质量控制的协调发展，成为冲压技术发展史上的一个里程碑。 由于80年代有限元方法及CAD技术的先期发展，使90年代以数值模拟仿真为中心的和计算机应用技术在冲压领域得以迅速发展并走向实用化，成为材料变形行为研究和工艺过程设计的有力工具。汽车冲压技术真正进入了分析阶段，传统的板成形技术开始从经验走向科学化。纵观上世纪的发展历程可见： （1）冲压性能的研究和改进是与冲压技术的发展相辅相承的。 （2）汽车、飞机等工业的飞速发展，以及能源因素都是冲压技术发展的主要2 冲压工艺分析 2.1 冲裁件工艺分析图2-1所示如图所示冲裁件，零件名称：花键垫片，材料为20，厚度为0.5mm，大批量生产。图2-1冲压零件图一、冲裁件结构工艺性该零件结构较简单，规则，形状对称，尺寸又不大。而此冲裁件材料为软钢，故悬壁和凹槽的宽度b1mm,t=0.5mm；凹槽宽度远大于厚度，凸出的悬壁的长度远大于厚度，适宜冲裁加工。冲裁件内外形的转角处应尽量避免尖角，应以圆弧过渡，减少热处理开裂，此零件连接处允许有R0.15的圆角过渡。冲裁件上的孔的尺寸受到凸模强度的限制，不能太小，冲孔的最小尺寸见表 1 2，冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离a(如图2-2)不能太小，否则模具强度不够或使冲裁件变形，一般取a2t(t为料厚)，但不得小于34mm