固定架成型工艺分析与模具设计毕业设计正文.pdf

毕 业 设 计毕 业 设 计 固定架成型工艺分析与模具设计 学生姓名学生姓名：学号学号： 系系部：部： 专专业：业： 指导教师：指导教师： 二零一二 年 六 月 * 机械工程系 机械设计制造及其自动化 * 诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立 完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名：年月日 毕业设计任务书 设计题目：固定架成型工艺分析与模具设计 系部：机械工程系 专业：机械设计制造及其自动化学号： * 学生：*指导教师（含职称）： * 专业负责人：* 1设计的主要任务及目标 任务：模具装配图及零件图 设计说明书 电子资料一份 2设计的基本要求和内容 1）对给定工件进行工艺分析，确定工艺方案 2）进行冲压工艺计算 3）模具的总体设计 4）模具的主要工作零件的设计计算 5）编写设计说明书 3主要参考文献 1丁松聚.冷冲模设计，北京，机械工业出版社 2王孝培，冲压设计资料，北京，机械工业出版社 3牟林冲压工艺与模具设计M北京：中国林业出版社，2006 4杨玉英实用冲压工艺及模具设计手册M北京：机械工业出版社，2005 5张苇 冲压件模具 CAD 现状与发展J 轻型汽车技术， 2004,176(4): 14-16 6洪丽华,陈永禄.中国模具工业现状和模具技术发展趋势J.机电技术， 20072 : 96-99 7徐慧民模具制造工艺学M北京：北京理工大学出版社，2007 8闫伟光.冲压成形技术的发展趋势J.机械工人，2002 ,11 9周贤宾冲压技术的发展J机械工人，2002,1: 12-15 10模具工业 11李天佑，冲模图册，北京，机械工业出版社 4进度安排 设计各阶段名称起止日期 1 收集资料 完成文献综述1 周2 周 2 完成工艺计算 确定模具结构方案3 周9 周 3 中期检查9 周 4 绘制模具图10 周13 周 5 完善设计内容，完成设计说明书14 周15 周 6 准备答辩16 周17 周 太原工业学院毕业设计 固定架成型工艺分析与模具设计固定架成型工艺分析与模具设计 摘要摘要 本设计主要叙述了冲压模具的发展状况，说明了冲压模具的重要性，接着是对冲 压件的工艺分析，完成了工艺方案的确定。然后是弯曲工艺的设计和和计算，算出了 毛坯的展开尺寸，为后续工艺的设计提供了送料步距的依据，对零件排样图的设计， 完成了材料利用率的计算。之后进行了冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计 算，为选择冲压设备提供了依据。最后是对一些零部件的设计和选择。通过前面的设 计方案画出模具个零件图和装配图， 本次设计阐述了冲压模具的结构设计及工作过程。 本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品的质量和生产效率，降低劳动强度和生产成 本。 关键词：冲压；工艺；弯曲；模具结构关键词：冲压；工艺；弯曲；模具结构 Fixed frame stamping forming process analysis and mold design Abstract This design has designed a progressive die. At the beginning of a preamble, it described the stamping die development, explains the importance of stamping dies, and then stamping process is analyzed to determine the completion of the process plan. The second part is curved design and calculation process, arrive at the commencement of blank size, the design for the follow-up process provides the basis for feeding step distance. Then is the design of components layout diagram, complete the calculation of material utilization. Followed by a blanking technology and blanking force calculation part of the design and calculation of the Die for stamping device provided the basis for selection. Finally, teams of some parts of the design and selection. Draw the design on the front mold a part drawing and assembly drawing, the design described in this stamping die structure design and working process. The mold reliable, smooth running, improved product quality and production efficiency, reduce labor intensity and production costs. Keywords：stamping；technology；bending；Die structure 太原工业学院毕业设计 第 I 页 共 III 页 目录目录 ABSTRACT.- 1 - 前言.- 1 - 1概述.- 2 - 1.1我国冲压模具企业技术现状及发展趋势.- 2 - 1.1.1现状.- 2 - 1.1.2未来冲压模具制造技术发展趋势.- 3 - 1.2设计课题.- 4 - 1.3零件的工艺性分析.- 5 - 1.4工艺方案的确定.- 6 - 1.5模具结构形式的确定.- 6 - 2主要工艺设计与计算.- 7 - 2.1排样设计.- 7 - 2.1.1排样方法及搭边的设计.- 7 - 2.1.2材料利用率.- 7 - 2.2 弯曲工艺设计及计.- 8 - 2.2.1中性层位置计算.- 8 - 2.2.2弯曲工件的毛坯展开尺寸计算.- 8 - 2.2.3回弹现象的表征及模具相关尺寸修正.- 8 - 2.2.4弯曲凸、凹模设计.- 9 - 2.2.5弯曲力计算.- 10 - 2.3条料的宽度和导料板间距离计算.- 11 - 2.3.1条料宽度.- 11 - 2.3.2导料板间的距离.- 11 - 2.4步距.- 11 - 2.5冲裁工艺力的计算.- 11 - 2.5.1冲裁力的计算.- 12 - 2.5.2卸料力、推件力的计算.- 12 - 2.5.3压力机公称压力的确定.- 13 - 2.6压力中心的计算.- 13 - 2.7冲裁间隙及凸凹模刃口尺寸的计算.- 14 - 太原工业学院毕业设计 第 II 页 共 III 页 2.7.1冲裁间隙.- 14 - 2.7.2凸凹模刃口尺寸的计算.- 15 - 2.8闭模高度的计算.- 17 - 2.9压力机的选择.- 18 - 2.10闭模高度校核.- 18 - 3模具主要零部件的设计.- 19 - 3.1工作零件设计.- 19 - 3.1.1 凸模长度计算- 19 - 3.1.2冲孔凸模强度校核.- 19 - 3.1.3 凹模的设计.- 19 - 3.2连接与固定零件的设计.- 20 - 3.2.1固定板.- 20 - 3.2.2垫板.- 20 - 3.3定位零件设计.- 21 - 3.4卸料装置.- 21 - 3.5模架.- 21 - 4模具的经济性分析.- 21 - 5总结.- 23 - 附录 A：外文资料翻译译文- 26 - 1、系统化设计方法.- 26 - 1.4、矩阵设计法.- 28 - 4、智能化设计方法.- 29 - 5、各类设计方法评述及发展趋势.- 30 - 附录 B：外文资料翻译原文- 31 - INTRODUCTION.- 31 - 1.1 DESIGN ELEMENT METHOD.- 33 - 1.2 GRAPHICAL MODELING METHOD.- 33 - 1.3 “IDEA“ - “DESIGN“.- 33 - 1.4 MATRIX DESIGN:.- 35 - 1.5 BOND GRAPH:.- 35 - 2THE MODULAR DESIGN STRUCTURE:.- 35 - 太原工业学院毕业设计 第 III 页 共 III 页 3. THE CHARACTERISTICS OF KNOWLEDGE-BASED PRODUCT DESIGN:.- 37 - 4. INTELLIGENT DESIGN:.- 37 - 5. VARIOUS DESIGN REVIEW AND DEVELOPMENT TRENDS:.- 38 - 太原工业学院毕业设计 - 1 - 前言前言 随着现代化大工业的飞速发展，加上用模具加工成型产品具有生产效率高、产品 质量稳定、互换性好、材料利用率高、操作简单、安全性好、工人劳动强度低、适用 范围大、产品成本低等诸多优点，在电子、电器，仪表、仪器，航空、航天，汽车、 摩托车、船舶制造，家用电器，文化用品、娱乐用品，医疗器械，日常生活用品及各 种产品包装等生产行业中，均得到了非常广泛的应用。很多产品中，有很多组成零件 是用模具或经过模具制作出来的，其比例有的竟达到 80%以上。所以，模具已成为制 造业不可缺少的重要组成部分 模具生产因技术含量和精度要求高、生产数量少、制作难度大，所以，造价比较 高。这在一定程度上影响和加重了产品的成本费用。所以，模具主要适用与批量很大 的产品生产。 在欧美、日本等发达国家，模具工业得到迅速的发展，并成为一种独立的产业， 其模具生产的总产值有的已超过本国的机床制造业总产值。他们生产的模具大量出口 到发展中国家，得到丰厚的利润回报。制造大型、精密、复杂、长寿命模具，已成为 衡量一个国家机械加工水平的重要标志。 在世界模具工业飞速发展的影响和促进下，我国的模具工业也得到了快速发展。 模具的标准化、专业化和产业化取得了长足的进步，引进和研制先进的加工技术和设 备、模具新材料的多年来，我国大多是以生产企业自行设计、制作模具，为本企业产 品服务。模具制作水平的高低，在一定程度上代表了这些企业自身的机械加工水平。 但由于受多种因素的影响，技术水平和生产能力受到约束，发展缓慢，很多用于产品 生产的模具不得不从国外进口选用为模具制造的进步创造了良好的条件。 本毕业设计是固定架模具设计，涉及冲孔，弯曲，切断的级进模。条料放入模具 后，上模座随着滑块下行，进行冲孔，冲孔结束后，随着条料的前行，进行弯曲和切 断工序。 太原工业学院毕业设计 - 2 - 1概述 1.1我国冲压模具企业技术现状及发展趋势 1.1.1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、康家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 企业已有几千家。 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，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造水平高低的重要标志，并在很大程 度上决定企业的生存空间。 近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力量，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 等国际通用软件，个别厂家还引进了 Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、等 CAE 软 件，并成功用于模的设计中。 虽然中国模具工业在过去 10 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不够广泛等等，致使相当 一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。我国模具工业目前技术水平参差不 齐，悬殊较大。从总体上来讲，与发达工业国家及港台地区先进水平相比，还有较大 的差距。 在采用 CAD/CAM/CAE/CAPP 等技术设计与制造模具方面， 无论是应用的广泛性， 还是技术水平上都存在很大的差距。在应用 CAD 技术设计模具方面，仅有约 10%的模 具在设计中采用了 CAD，距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；在应用 CAE 进行模具 方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多还处于试用和动画游戏阶段；在应用 CAM 技术制造模具方面，一是缺乏先进适用的制造装备，二是现有的工艺设备（包括 近 10 多年来引进的先进设备）或因计算机制式（IBM 微机及其兼容机、HP 工作站等） 不同，或因字节差异、运算速度差异、抗电磁干扰能力差异等，联网率较低，只有 5% 太原工业学院毕业设计 - 3 - 左右的模具制造设备近年来才开展这项工作；在应用 CAPP 技术进行工艺规划方面，基 本上处于空白状态，需要进行大量的标准化基础工作；在模具共性工艺技术，如模具 快速成型技术、抛光技术、电铸成型技术、表面处理技术等方面的 CAD/CAM 技术应用 在我国才刚起步。计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的 积累。我国大部分模具厂、车间的模具加工设备陈旧，在役期长、精度差、效率低， 至今仍在使用普通的锻、车、铣、刨、钻、磨设备加工模具，热处理加工仍在使用盐 浴、箱式炉，操作凭工人的经验，设备简陋，能耗高。设备更新速度缓慢，技术改造， 技术进步力度不大。虽然近年来也引进了不少先进的模具加工设备，但过于分散，或 不配套，利用率一般仅有 25%左右，设备的一些先进功能也未能得到充分发挥。 缺乏技术素质较高的模具设计、制造工艺技术人员和技术工人，尤其缺乏知识面 宽、知识结构层次高的复合型人才。中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的 8%12%左右，且技术人员和技术工人的总体技术水平也较低。1980 年以前从业的技术 人员和技术工人知识老化， 知识结构不能适应现在的需要； 而 80 年代以后从业的人员， 专业知识、经验匮乏，动手能力差，不安心，不愿学技术。近年来人才外流不仅造成 人才数量与素质水平下降，而且人才结构也出现了新的断层，青黄不接，使得模具设 计、制造的技术水平难以提高 1.1.2未来冲压模具制造技术发展趋势 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/CAE 培训的技术服务的力度；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，使虚拟成为可能。 (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、热变形小的优点。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 太原工业学院毕业设计 - 4 - (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。 (5)提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到 30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。 (6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模 具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展 方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC 等)、等离子喷涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自 动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发 展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展 模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整 的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 1.2设计课题 工件简图：如图 1-1 所示 太原工业学院毕业设计 - 5 - 图 1-1 工件图 Fig.1-1 Work plans 工件名称：固定架； 生产批量：大批量生产； 材料：Q235； 厚度：t=3mm； 抗剪强度 )/(MPa ： 304-373； 抗拉强度 )/(MPa b ：432-461； 伸长率强度 %)/( ：21-25； 1.3零件的工艺性分析 从工件图分析，不能用铸造、焊接、车削等方法加工，采用模具冲压为最佳。冲 裁件的工艺性，是指冲裁件对冲压工艺的适度程度，即冲裁件的结构、形状、尺寸及 公差等技术要求是否符合冲裁加工的工艺要求。冲裁件工艺性优劣对冲裁件质量、模 具寿命和生产效率有很大影响。一般的讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简 太原工业学院毕业设计 - 6 - 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。当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因 素的影响。以上要求是确定冲压件的结构，形状，尺寸等对冲裁件工艺的实应性的主 要因素。根据这一要求对该零件进行工艺分析 此工件是固定架，所采用的材料为 Q235，有良好的冲压性能，料厚为 3mm，没有 悬 臂，没有违反冲裁件的工艺规定。抗剪强度 373MPa-304 ，抗拉 强度 MPa b 461-372 ，伸长率 %25-21 ，此种材料有足够的强度，适合于冲压生产。 工件的形状不复杂，外形为矩形。精度要求不高，整体上有 1 个冲孔、一处弯曲。未 标出零件尺寸公差，公差按 IT13 级选取。孔的直径为 20mm，不需要凸模护套。主要 工序有冲裁、弯曲，切断，不需要特殊处理。根据以上分析，此产品冲压工艺性较好。 该零件是大批量生产，故采用冲压模具进行生产可以取得良好的经济效益，可以降低 零件的生产成本。 1.4工艺方案的确定 根据制作的工艺性分析，其工序有落料、冲孔、弯曲。按其先后顺序组合，可得 以下三种方案： 方案一、落料冲孔弯曲，采用单工序模具生产。这种方案所用模具结构 简单，但需要三道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零 件大批量生产的需求。由于零件结构简单，为提高生产效率，应采用复合冲裁或级进 冲裁方式。 方案二、弯曲冲孔切断，采用复合模生产。这种方案虽然能在压力机一 次行程内完成多道工序，由于有三道工序，使模具设计过于复杂，强度不易保证。 方案三、冲孔弯曲切断，采用级进模生产。 这种方案生产效率高，适合 大批量生产，虽然它受送料误差的影响，尺寸精度要求低，但是由于工件本身精度要 求低，所以比较合适。 通过以上三种方案的分析比较，我觉得方案三各方面都比较适合，所以我决定以 方案三作为我的设计方案。 1.5模具结构形式的确定 a总体结构为级进模连续冲压。 b卸料装置采用弹性卸料装置，以便于制造与操作。 c为了使模具具有良好的导向精度，选择导柱、导套导向的模具结构。 太原工业学院毕业设计 - 7 - d定位装置采用双侧刃控制送料步距与定位。 2主要工艺设计与计算 2.1排样设计 排样图如图 2-1 所示： 图 2-1 排样图 Fig.2-1 Layout plan 2.1.1排样方法及搭边的设计 条料的排样方法为有废料直排的方式，侧搭边 a=3mm，工件间搭边 a1=2.5mm。 2.1.2材料利用率 材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比，值越大，材料利用 率就越高，它是衡量合理利用材料的经济性指标，也是购买原材料多少的依据。其计算可 用一个进距内冲裁件的实际面积与毛坯面积的百分比表示。钢板的材料利用率为 %81.82%100 4 .64694 23.53572 %100 BS A 式中：材料利用率； 太原工业学院毕业设计 - 8 - A一个步距内工件的实际面积 )( 2 mm ； S送料步距 )(mm ； B条料宽度 )(mm 。 2.2 弯曲工艺设计及计弯曲工艺设计及计 2.2.1中性层位置计算 0 = xtr =3+0.353=4.05 式中：x与变形程度有关的中性层位移系数，查得：x=0.35； r弯曲件的内圆角半径，mm； t弯曲板料厚度，mm。 2.2.2弯曲工件的毛坯展开尺寸计算弯曲工件的毛坯展开尺寸计算 根据冷冲压手册中的公式，查得： L=L1+L2+2 xtr =24+74+2 4.05=104.36mm，取整为 104.5 公式中字母含义见图 2-1。 图 2-2 Fig.2-2 2.2.3回弹现象的表征及模具相关尺寸修正 由于弯曲时内、外切向力方向相反，因而弹性回复方向也相反，即外区弹性缩短 太原工业学院毕业设计 - 9 - 而内区弹性伸长，这种反向的弹性回复加剧了工件形状和尺寸的改变，使弯曲件的形 状和尺寸与模具尺寸不一致，这种现象叫弯曲回弹(简称回弹)。 当相对弯曲半径 r/t0.06(不满足间隙公差条件)，由此可知，只有缩小 p 、 d ， 提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，此时可取 p =0.40.06=0.024mm； d =0.60.06=0.036mm 故d p =32.79 0 0.024 mm；d d=33.43 0.036 0 mm （3.5 0.18 0 ） d p =（3.5+0.750.18） 0 0.075 =3.635 0 0.048 mm；dd=（3.635+0.64） 0.12 0 =4.275 0.075 0 mm 校核：校核： p + d =0.1230.06(不满足间隙公差条件)，由此可知，只有缩小 p 、 d ，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，此时可取 p =0.40.06=0.024mm； d =0.60.06=0.036mm 故d p =3.635 0 0.024 mm；d d=4.275 0.036 0 mm 2 直径 20 的孔 （20 0.33 0 ） d p =（20+0.750.33） 0 0.13 =20.248 0 0.084 mm；dd=（20.248+0.64） 0.21 0 =20.888 0.13 0 mm 校核： p + d =0.2140.06(不满足间隙公差条件)，由此可知，只有缩小 p 、 d ， 提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，此时可取 p =0.40.06=0.024mm； d =0.60.06=0.036mm 故d p =20.248 0 0.024 mm；dd=20.888 0.036 0 mm 3 切口 （30.5 39. 0 0 ） d p =（30.5+0.750.39） 0 16. 0 =30.79 0 0.1 mm；dd=（30.79+0.64） 0.16 0 =31.43 0.16 0 mm 校核： p + d =0.260.06(不满足间隙公差条件)，由此可知，只有缩小 p 、 d ， 太原工业学院毕业设计 - 17 - 提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，此时可取 p =0.40.06=0.024mm； d =0.60.06=0.036mm 故d p =30.79 0 0.024 mm；d d=31.43 0.036 0 mm （2.5 0.14 0 ） d p =（2.5+0.750.14） 0 0.06 =2.605 0 0.04 mm；dd=（2.605+0.64） 0.10 0 =3.245 0.06 0 mm 校核： p + d =0.10.06(不满足间隙公差条件)，由此可知，只有缩小 p 、 d ，提 高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，此时可取 p =0.40.06=0.024mm； d =0.60.06=0.036mm 故d p =2.605 0 0.024 mm；d d=3.245 0.036 0 mm 4 切断 （74 0.46 0 ） d p =（74+0.750.46） 0 0.12 =74.345 0 0.12 mm；dd=（74.345+0.64） 0.19 0 =74.985 0.19 0 mm 校核： p + d =0.310.06(不满足间隙公差条件)，由此可知，只有缩小 p 、 d ， 提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，此时可取 p =0.40.06=0.024mm； d =0.60.06=0.036mm 故d p =74.345 0 0.024 mm；d d=74.985 0.036 0 mm （2.5 0.14 0 ） d p =（2.5+0.750.14） 0 0.06 =2.605 0 0.04 mm；dd=（2.605+0.64） 0.10 0 =3.245 0.06 0 mm 校核： p + d =0.10.06(不满足间隙公差条件)，由此可知，只有缩小 p 、 d ，提 高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，此时可取 p =0.40.06=0.024mm； d =0.60.06=0.036mm 故d p =2.605 0 0.024 mm；d d=3.245 0.036 0 mm 2.8闭模高度的计算 模具闭模高度 H闭=H上模+H垫+L+H+H下模-h2 =55+10+62+40+70-2=235mm 式中：H上模为上模座高度，mm； H垫为卸料板厚，mm； L 为凸模长度，mm； H 为凹模厚度，mm； 太原工业学院毕业设计 - 18 - H下模为下模座高度，mm； h2为凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm 2.9压力机的选择 根据 F总=F冲+F卸+F推+F弯=710.3KN，一般选用压力机的公称压力大于等于所需压力的 1.1 到 1.3 倍，初选开式压力机型号：JS31-110。其参数如下 公称压力/KN：1100 滑块行程/mm：110 行程次数/次/分：50 最大闭合高度/mm：350 最小闭合高度/mm：260 工作台尺寸/前后左右/mm：1070680 2.10闭模高度校核 前面由冲压力初选 1100KN 的压力机，最大闭合高度为 350mm，最小闭合高度 260mm。 而模具的闭合高度必须与压力机的闭合高度相适应，应介于压力机最大和最小闭合高度之 间，一般可按如下关系式确定，即： 510 1max1min HHHHH 式中：H模具闭合高度； min H 压力机最小闭合高度； max H 压力机最大闭合高度； 1 H 垫板厚度； 所以模具在安装时加上垫板可满足要求。经过综合分析所选压力机可以满足模具工作 要求。 太原工业学院毕业设计 - 19 - 3模具主要零部件的设计 3.1工作零件设计 3.1.1 凸模长度计算 L= 12 hhth =62mm 式中：h1凸模固定板厚度 )(mm ； h2卸料板厚度 )(mm ； t 材料厚度 )(mm ； h附加长度，它包括凸模固定板与卸料板之间的安全距离，凸模进入凹模的深度 以及凸模的休磨量 )(mm ； 3.1.2冲孔凸模强度校核冲孔凸模强度校核 对直径为 20mm 孔的圆形凸模压应力校核，凸模最小直径应该满足： min 4 3.84 t d 压 mm 经计算，凸模的直径为 20.248mm 大于 3.84mm，满足条件。 。 3.1.3 凹模的设计 (1)整体式凹模外形尺寸的确定 冲裁时凹模承受冲裁力和侧向挤压力的作用，由于凹模结构形式和固定方法不同，受 力情况又比较复杂，理论方法还不能确定凹模外形尺寸，通常根据冲裁的板料厚度和冲裁 件的轮廓尺寸，或凹模孔口刃避间距离，按经验公式来确定。 凹模厚度 ：H=Kb(15mm) H=0.24163.75=39.3mm 取 H=40mm 凹模壁厚：c=(1.52)H =6080 取 c=65mm 太原工业学院毕业设计 - 20 - 式中：b冲裁件的最大外形尺寸，(mm)； K系数，查得：取 K=0.24 算得： 凹模的总长度为 293.75mm 凹模的总宽度为 241.5mm 取标准值 31525040mm (2)凹模刃口形式 凹模刃口设计为直筒形式的。特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作不分尺寸 不变。但因废料（或制件）的聚集而增大了推间力和凹模的胀裂力，给凸凹模的强度都带 来了不利的影响，凹模洞孔轴线应与凹模顶面保持垂直，上下平面应保持平行。取凹模的 洞口高度 h=9mm 3.2连接与固定零件的设计 3.2.1固定板 将凸模按一定相对位置压入固定后，作为一个整体安装在上模座上。固定板外形尺寸 与凹模外形尺寸基本一致，厚度一般取凹模厚度的 0.60.8 倍。固定板的凸模安装孔与凸 模采用过渡配合 H7/m6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。 固定板的外形尺寸： 长为 315mmmm 宽为 250mm 厚为 20mm 3.2.2垫板 垫板可以起到将凸模承受的压力均布到模座上，避免凸模直接和模座接触，从而避免 压强过高而压塌模面。垫板的作用是直接承受和分散凸模传递的压力，以降低模座说承受 的单位压力，保护模座不被凸模断面压陷。且垫板必须热处理，旨在增加抗压强度。垫板 尺寸为： 长为 315mm 宽为 250mm 厚度为 10mm 太原工业学院毕业设计 - 21 - 3.3定位零件设计 板料在模具中必须有正确的位置，才能保证冲裁出外形完整的合格零件，板料在模具 送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与板料方向垂直的方向上的限位，保证条料沿 正确方向送进，称为送进导向；二是在送料方向上的限位，控制板料一次送进的距离（步 距）称为送料定距。本设计中，属于送进导向的定位零件为导料板；属于送料定距的定位 零件为侧刃。 导料板通过螺钉，销与凹模紧固连接在一起，厚度一般为条料厚度的 2 倍取 6mm。 3.4卸料装置 弹性卸料板不但能承担模具的卸料工作，而且还可以对放置在模具内的条料起压平和 压住的作用，保证平整和防止位置移动。同时由于与凸模的良好配合，加上冲切时凸模伸 出长度小，对凸模有较好的保护作用。由于板料较厚，卸料力比较大，弹性卸料板用 4 个 卸料螺钉定位，并设有 4 个卸料板弹簧。卸料板外形尺寸长为 325mm 宽度为 250mm，卸料 板厚度为 14mm。 3.5模架 模架包括上模座、下模座、导柱和导套。它是模具的基础，模具的工艺结构件通过紧 固件安装到模架上形成完整的模具。因为设计的工件尺寸较大，查不到标准模架，所以模 架为自制：选用的滑动对角导柱模架，对角导柱模架的特点是：导向装置都是安装在模具 的对角线上，滑动平稳，导向准确可靠。查表得：模架的精度等级定为级，上模座上平 面对下模座下平面的平行度的公差等级为 7 级，导柱轴心线对下模座下平面的垂直度的公 差等级为 6 级。 导柱、导套的布置：导柱，导套是用来保证上，下模正确的相对运动的。查表得：导 柱，导套配合后的间隙值为0.025mm，导柱，导套之间采用 H7/h6 的间隙配合，但必须小 于冲裁间隙。导柱和导套一般采用过盈配合 H7/r6 分别压入下模座和上模座的安装孔中。 ， 4模具的经济性分析 模具的经济性涉及到成本的高低供应是否充分，加工过程是否复杂、成品率的高低以 及同一产品中使用金属或钢材型号的多少等。在我国当前情况下，考虑以铁代钢和以铸代 锻还是符合经济性要求的，故选择一般弹钢和铸铁能满足要求的，就不要选用合金钢。对 一些只要求表面性能高的零件，可选用廉价钢种，然后进行表面强化处理来达到。另外， 在考虑材料经济性时，切记不宜单纯以单价来比较材料的好坏，而应以综合效益来评价材 太原工业学院毕业设计 - 22 - 料的经济性高低。 冷冲压的优点很多，冷冲压也称板料冲压，是塑性加工的一种基本方法。冷冲压有许 多优点，技术上 a在材料消耗不大的情况的前提下，制造出的零件重量轻、刚度好、精度高。由于 在冲压过程中材料的表面不受破坏，使得制件的表面质量较好，外观光滑美观。并且经过 塑性变形后，金属内部的组织得到改善，机械强度有所提高。 b在压力机的简单冲击作用下，一次工序即可完成由其他加工方法所不能或难以制 造完成的较复杂形状零件的加工。 c制件的精度较高，且能保证零件尺寸的均一性和互换性。不需进一步的机械加工 即可满足一般的装配和使用要求。 同样，在经济上更有其它加工方式不能比拟的优势： a原材料是冶金厂大量生产的廉价的轧制板材或带材。 b采用适当的冲压工艺后，可大量节约金属材料，可以实现少切屑和无切屑的加工 方法。材料利用率一般可达 75%-85%，因而制件成本相应的比较低。 c节约能源。冲压时可不需加热，也不像切削加工那样将金属切成碎屑而需要消耗 很大的能量。 d生产率高。每一分钟一台冲压设备可以生产零件从几件到几十件。目前的高速冲 床生产率则没分钟高达数百件甚至一千件以上。 e操作简单，便于组织生产。在大批量的生产中，易于实现机械化和自动化，进一 步提高劳动生产率。 模具的作用一方面是将压力机的作用力通过模具专递给金属板料，在其内部产生使之 变形的内力。当内力的作用达到一定的数值时，板料毛坯或毛坯的某个部分便会产生与内 力的作用性质相对应的变形，从而获得满足一定性能要求及符合所需尺寸及其形状的制 品；另一方面，通过模具的作用，可以保证上下模之间的正确导向，并使胚料稳固的压紧 与精确的定位，从而冲制出达到一定精度要求的冲件。 在生产实际中，模具应达到制造精度高，操作性能良好，使用寿命长，制造周期短， 模具成本低等要求。 太原工业学院毕业设计 - 23 - 5总结 毕业设计是对大学学习的一次综合检验，也是对专业知识的一次复习和巩固。我设计 的是钢板模具级进模，模具的工作过程是，从右向左送条料，用侧刃定距，第一次先是用 侧刃冲去部分板料，然后送料。第二步是冲所有的孔，开模后再送料。第三步是弯曲和切 断，开模后继续送料就可以把冲好的工件顶出凹模，拿出工件即可。模具一共三步，设计 好的模具配合相应的压力机工作，就能大大的提高生产效率。 在设计中，我查阅了很多与冷冲压模具相关的书籍，大致了解了这个行业的发展现状 和发展前景。通过这次毕业设计，培养和提高了我独立设计工作的能力，巩固和扩充了关 于冷冲压模具方面的知识，知识结构也从理论逐渐向实践升华、转变。我还掌握冷冲压模 具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺 性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规 范和标准，锻炼了我对冷冲压模具设计的能力和更深入地运用冷冲压模具的基本原理和方 法，也更加熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及电脑绘图技能。 太原工业学院毕业设计 - 24 - 致谢 通过几个月的努力，我终于完成了毕业设计。在此十分感谢我的指导教师：*老师。 在这次毕业设计中，经常会遇到很多难题，*老师都耐心地帮助我解决，并且给我指出 许多问题，给我提供一些建议和参考，让我顺利的完成了毕业设计，他的循循善诱的教导 和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。这种指导方式即解决了设计问题，更加的让我在设 计中学习到了很多知识，许多都是课本上学不到的知识，再次向赵老师表示感谢。 同时我还要感谢同学们的热心帮助，使得这次毕业设计得以顺利完成，并且让我获得 了很多真正的实战经验。在此，对关心和指导过我各位老师和帮助过我的同学表示衷心的 感谢! 由于本人的基础知识和设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多 指教，让我避免在未来的学习、工作中犯同样的错误，本人将万分感谢。 太原工业学院毕业设计 - 25 - 参考文献 1杨玉英主编.实用冲压工艺及模具设计手册M.北京:机械工业出版社,2004.7 2宛强主编.冲模设计及实例精解 M.北京:化学工业出版社,2008.3 3李奇涵主编.冲压成形工艺与模具设计 M.北京:科学出版社,2007 4钟翔山主编.冷冲模设计应知应会M.北京:机械工业出版社,2008.8 5王孝培主编.冲压手册（第二版） M.北京:机械工业出版社,2000.10 6王树勋、廖红宜主编.冷冲压工艺与模具设计M.北京:电子工业出版社,2009.6 7 薛啟翔主编.冲压模具设计结构图册M.北京:化学工业出版社,2005.4 8范有发主编.冲压与塑料成型设备M.北京:高等教育出版社,2001.7 9周开勤主编.机械零件手册M.北京:高等教育出版社,2001.7 10王孝培主编.实用冲压技术手册M.北京:机械工业出版社,2001.3 11韩正铜、王天煜主编.机械精度设计与检测M.徐州:中国矿业大学出版 社,2001.3 12许树勤、王文平主编.模具设计与制造M.北京:北京大学出版社,2005.11 13 John A.Waller.Press Tools and Presswork,1978 太原工业学院毕业设计 - 26 - 附录 A：外文资料翻译译文 机械产品方案的现代设计方法及发展趋势 摘要：根据目前国内外设计学者进行机械产品设计时的主要思维特点，将产品方案的 设计方法概括为系统化、结构模块化、基于产品特征知识和智能四种类型。指出四种方法 的特点及其相互间的有机联系，提出产品方案设计计算机实现的努力方向。 关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势 引引言言 科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换 代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟 不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规 划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计 却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外 设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案 设计计算机实现的发展趋势。根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的 主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。 1 1、系统化设计方法、系统化设计方法 系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个 设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结 合后，即可实现设计系统所需完成的任务。 系统化设计思想于 70 年代由德国学者 Pahl 和 Beitz 教授提出，他们以系统理论为基 础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思 想的基础上，制订出标准 VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。制定的机械产品方 案设计进程模式，基本上沿用了德国标准 VDI2221 的设计方式。除此之外，我国许多设计 学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代 表性的是： (1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制 等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息 合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。 太原工业学院毕业设计 - 27 - (2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过 程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生 命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。 (3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一 个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个 系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。 由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的 具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。 1.11.1、 设计元素法设计元素法 用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解” ，认 为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设 计学者采用了类似方法描述产品的原理解。 1.21.2、 图形建模法图形建模法 研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及 其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。 将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用 Nijssen 信息分析方法可以采用图 形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实 现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同 抽象层间信息关系的图形化建模。