窄条零件落料模设计.doc

宁波理工学院 毕业设计（论文）题 目 窄条零件落料模设计 姓 名 王国斌 学 号 3080611145 专业班级 08机制4班 指导教师 吴红兵 学 院 机电与能源工程学院 完成日期 2012 年 5 月 25 日 摘要落料模，是运用冲压设备将材料或工序件冲压成所需外轮廓坯料的模具，材料沿封闭轮廓被分离冲下成为产品，废料留在模板上。落料模主要用于生产制造各种形状的平板零件，广泛应用于汽车车身覆盖件制造、机械设备钣金料片加工、家电产品外壳生产等领域。 本文采用pro-e三维设计软件进行窄条零件落料模具的设计。按照落料模具的设计步骤,进行工艺分析，确定冲压工序和排样图，根据 计算规则计算出毛坯尺寸、凸模、凹模尺寸及冲压力等。计算完成后，按照零件计算结果绘制模具零部件三维图、工程图及模具装配图。通过上述过程最终完成窄条零件落料模具的设计。关键词：窄条零件；冲压；cad；单工序模abstractblanking die is stamping equipment, materials or processes of stamping into the mold of the desired outer contour billet materials to be separated along the closed contour washed down into products, the waste left in the template. blanking die is mainly used for manufacturing a variety of shapes of flat parts, widely used in automotive body panels manufacturing, machinery and equipment sheet metal blanks processing, home appliances, housing production and other fields. in this paper, three-dimensional design software pro-e sheet narrow parts blanking die design. narrow parts blanking die design in accordance with the steps for process analysis to determine the stamping process and layout plans, according to calculation rules to calculate the rough size, punch, die size and salt stress. calculations are complete, according to the results drawn mold parts part d plans, drawings and tooling drawings. sheet by the above process to finalize the design of narrow parts blanking die components.keywords: narrow parts；stamping；cad；single-process mode目 录摘 要abstract第1章 绪论.11.1国内模具cad/cam/cae技术发展的趋势.11.2 落料模具的发展方向.21.3 模具主要零件和安全要求.3 第2章 窄条零件工艺性分析和工艺方案的拟定.62.1 工件冲压工艺性分析62.2 窄条冲压工艺方案拟定72.3 模具总体设计82.3.1 模具类型的选择82.3.2 定位方式92.3.3 卸料方式92.3.4 确定送料方式102.3.5 确定导向方式113.3 模架12第3章 窄条零件工艺性计算133.1 排样133.2冲裁力计算143.3 卸料力和顶件力计算153.4 模具压力中心的确定163.5 冲压设备的选择16第4章 单工序模主要工作部分设计计算174.1模具主要工作部分结构尺寸计算174.1.1 冲孔落料刃口尺寸计算174.1.2 导向装置194.1.3 冲模结构特点和运动原理204.2设计并绘制模具总装图、选取标准件204.3 模具三维装配图21结论与展望22致谢23参考文献24第1章 绪论1.1 国内模具cad技术发展的趋势模具工业是国民经济的基础工业，模具生产的重要特点是生产效率高，材料利用率高，生产互换性好，非常适用于现代化大规模生产的企业，诸如汽车、航空、仪表、电子企业等。cad/cam 技术的迅猛发展，软件、硬件水平的进一步完善，为模具工业提供了强有力的技术支持，为企业的产品设计、制造和生产水平的发展带来了质的飞跃，已经成为现代企业信息化、集成化、网络化最优选择。1 标准化cad/cam 系统可建立标准零件数据库，非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在cad 设计中可以随时调用，并采用gt（成组技术）生产。非标准零件库中存放的零件，虽然与设计所需结构不尽相同，但利用系统自身的建模技术部可以方便地进行修改，从而加快设计过程，典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的，按用户要求对相似模具结构进行修改，即可生成所需结构。2 智能化cad/cam 系统智能化主要表现在专家系统思想的引入，通过虚拟专家来处理模具设计制造中的问题，专家系统具有数据模块知识库模块和控制模块，专家系统可以解决知识表示，特征统计，推理方法，概念设计等问题，具有启发性、灵活性等特点，整个系统具备人工智能（ai）理想的智能模具cad/cam 系统响应，自动产生设计方案，对方案进行最优评价和选择，并对模具设计制造提供全方位的过程响应和处理。3 集成化模具cad/cam 技术与gt、ce、cae、capp 等技术密切相连，组成一个有机的整体，其关键在于建立一个统一的全局模具产品数据模型，在产品开发，模具设计中，提供全部的信息，使信息共享，交换处理和反馈，它综合了计算机技术，系统集成技术，并行技术和管理技术，体现了系统化思想直至发展为cims。4 网络化随着模具工业的规模的提供，要做到资源信息共享、交换等，网络化设计的发展是必然的，将以微机为中心的智能工作站达成了分布式系统构成cad/cam/cae/capp微机局域网络，结构灵活，功能愈加强大，并件随着个域网internet/intranet/extranet 网的进一步拓展，系统提供了异地设计人员在同一时间对时间的概念，评价和修改，实现异地操作与数据交换。除此之外，快速成型技术（rp）、冲压柔性制造系统，虚拟制造（vm）和敏捷制造（am）等技术也是模具发展的新动向。我国的模具cad/cam 技术发展亦取得了不少成绩，但与国际水平仍有相当差距。首先是缺乏既懂模具设计又懂计算机技术的复合型人才。企业对于软件开发、决策分析、结构框架不够完善，还不能很好地根据企业自身发展、产品构造、生产规模、人员素质去进行相应的开发软件，或者购买专门软件。事实上企业应当在软件功能，发展后劲去正确定位，并兼顾经济效益。如对于一般中小型企业，产品结构单一，模具设计制造可考虑通用化软件如autocad 等，而对于一些大型企业，如汽车制造，可考虑功能强大的软件进行覆盖件的设计等或开发专业化软件。而pro/engineer 则以强大的参数化实体造型技术著称于世，企业在引入这些软件时，不必考虑一步到位，按最优性能定位。采用类比法，比较实用性和配套性。总之，企业发展离不开高新技术的支持。目的是产品质量高，周期短，成本低，加快模具cad/cam技术的推广，建立起一套软件开发、使用评价维护体系，形成区域规模优势，相互交流与协作，组成行业集团。尽快与国际水平接轨，参与国际竞争。1.2落料模具的发展方向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。 （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。 (2)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。 (3)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。 (4)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。 (5)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。 (6)模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。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。1.3主要零件及安全要求1工作零件 凸凹模是直接使坯料成形的工作零件，因此，它是模具上的关键零件。凸凹模不但精密而且复杂，它应满足如下要求： (1)应有足够的强度，不能在冲压过程中断裂或破坏； (2)对其材料及热处理应有适当要求，防止硬度太高而脆裂。 2定位零件 定位零件是确定坯件安装位置的零件，有定位销(板)、挡料销(板)、导正销、导料板、定距侧刀、侧压器等。设计定位零件时应考虑操作方便，不应有过定位，位置要便于观察，最好采用前推定位、外廓定位和导正销定位等。 3压料、卸料及出料零件 压料零件有压边圈、压料板等。压边圈可对拉延坯料加压边力，从而防止坯料在切向压力的作用下拱起而形成皱褶。压料板的作用是防止坯料移动和弹跳。顶出器、卸料板的作用是便于出件和清理废料。它们由弹簧、橡胶和设备上的气垫推杆支撑，可上下运动，顶出件设计时应具有足够的顶出力，运动要有限位。卸料板应尽量缩小闭合区域或在操作位置上铣出空手槽。暴露的卸料板的四周应设有防护板，防止手指伸人或异物进入，外露表面棱角应倒钝。 4导向零件 导柱和导套是应用最广泛的一种导向零件。其作用是保证凸凹模在冲压工作时有精确的配合间隙。因此，导柱、导套的间隙应小于冲裁间隙。导柱设在下模座，要保证在冲程下死点时，导柱的上端面在上模板顶面以上最少5至10毫米。导柱应安排在远离模块和压料板的部位，使操作者的手臂不用越过导柱送取料。 5支承及夹持零件 它包括上下模板、模柄、凸凹模固定板、垫板、限位器等；上下模板是冲模的基础零件；其他各种零件都分别安装固定在上面。模板的平面尺寸，尤其是前后方向应与制件相适应，过大或过小均不利于操作。 有些模具(落料、冲孔类模具)为了出件方便，需在模架下设垫板。这时垫板最好与模板之间用螺钉连接在一起，两垫板的厚度应绝对相等。垫板的间距以能出件为准，不要太大，以免模板断裂。 6紧固零件 它包括螺钉、螺母，弹簧、柱销、垫圈等一般都采用标准件。冲压模具的标准件用量较多，设计选用时应保证紧固和弹性顶出的需要，避免紧固件暴露在表面操作位置上，防止碰伤人手和妨碍操作。第2章 窄条零件工艺性分析和工艺方案拟定2.1 窄条零件工艺性分析：工件名称：窄条 生产批量：中小批量材料：10号钢，厚1.0mm 由于这些工件的形状简单，精度要求不高，所以取工件公差等级it13，满足一般冲裁精度要求。查互换性与技术测量取各工件的上下偏差。工件图如下图2.1所示图2.1 零件三维图2.2 垫圈冲压工艺方案确定冲模的典型结构有单工序模、复合模和级进模。完成这个窄条零件需要冲孔落料工序。其工艺方案分为以下三种。方案一：采用落料单工序模分别生产窄条零件。特点：由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便。单生产率低，适合小批量批量生产。方案二：冲孔落料复合冲裁。复合模生产。特点：生产率较高，工件精度高。但模具制造复杂，调整维修较麻烦。方案三：落料落料落料落料级进冲裁。级进模生产。特点：生产效率高，便于实现机械化、自动化，但模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低。根据窄条零件的设计要求，以及各方案的特点，决定采用第一方案。2.3 模具总体设计2.3.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，决定采用单工序模具来加工窄条零件。单工序模具在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模，所以大大的减少了周转时间，提高了生产率，工件的安装调整方便，工件质量比较稳定，模具寿命比较长，操作安全，从而保证了冲压件的位置精度。2.3.2 定位方式由于工件厚度小，直径也小，于是使采用安装在凹模上的定位销定位，生产效率高，送料方便。定位销孔的加工简单，对模具的强度无影响。 2.3.3 卸料方式采用安装于上模的卸料板以及打料装置和安装于下模的顶杆将工件从凹模中推出。卸料板通过橡胶弹簧的的作用将废料从上模推下，通过打杆打板作用到推杆将工件从上模推下，通过顶杠顶料板将工件冲下模顶出。2.3.4 确定送料方式由前向后手动或者机械自动送料。2.3.5 确定导向方式针对于本次加工的产品精度要求不高，带料规则，只需采用导料销导向就可以。2.4 模架若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料，若采用对角导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料，若采用后侧导柱模架，则可三方向送料。操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑，但受力不平衡，滑动不平稳。由于本工件需要的冲裁力不大，工作平稳，决定采用侧导柱模架。第三章 窄条零件工艺性计算冲裁件的工艺性是指设计冲裁件时应使工件的形状、结构适应冲裁工艺特点，使其易于加工。良好的冲裁工艺性应能满足材料消耗少、工序数目少、模具结构简单而寿命长、操作简单等要求。3.1 排样 查书冲压工艺及模具设计，确定搭边值a,b分别为0.8,0.5。搭边可以用于补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高模具寿命。条料宽度为23.5mm。排样图如下图3.1所示：图3.1 工件排样图3.2冲裁力的计算在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。此次加工的工件为垫圈，有四个落料冲裁力。1）落料冲裁力计算用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算： (3-1)式中f冲裁力； l冲裁周边长度；t材料厚度；材料抗剪强度；系数；系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取=1.3。的值查表为255-333pa,取=300mpa由于有四个零件，所以l1=57.5mm，l2=94.83mm，l3=131.88mm，l4=173.23mm=1.357.50.5300=11.2kn （3-2） =1.394.830.5300=18.5kn （3-3） =1.3131.880.5300=25.72kn （3-4） =1.3173.230.5300=37.16kn （3-5） 3.3 卸料力、推件力，顶件力的计算在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。从凸模上卸下板料的力称为卸料力；把落料件从凹模洞口沿冲裁方向推出的力称为推件力；逆着冲裁方向顶出来的力称为顶件力。一般按以下公式计算：卸料力 f x=kxf （3-6）推件力 f t=ktf （3-7）顶件力 fd=kdf （3-8）fx=kxf4 （3-9） =0.137.16n=3716n（kx为卸料力系数，其值查表5可得） f t=ktf （3-10） =0.1425.72kn=3600nfd=kdf （3-11）=0.065（18.5+25.72）kn=2874n所以总冲压力fz=f+fx+ f t +fd （3-12） =102770n初选压力机：j23-16表1 卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmkxktkd钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.030.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.093.4 模具压力中心的确定 模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机的滑块的中心线相重合。对于简单几何压力中心的位置确定方法有： 1） 对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形饿几何中心上。2） 冲裁直线段时，其压力中心位于直线段得中心。3） 冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置按下式计算：y=180rsina/a=rs/b由上可知，本模具的压力中心既为工件几何图形的中心点上3.5 冲压设备的选择冲压设备的选择是冲压工艺及模具设计中一项重要内容，它直接关系到冲压设备的安全使用、冲压工艺能否顺利实现和模具寿命、产品质量、生产效率、成本高低等重要问题。冲压设备的选用包括选择设备类型和确定设备规格两项内容。根据顶罩模具结构的特点，考虑冲裁过程中的安全问题，选择压力机的吨位时，总冲裁力f一般不超过压力机额定吨位的80 %，所以选用以下压力机：表 2 冲压设备参数表型号公称压力/kn滑块行程/mm行程次数/min-1最大闭合高度/mm工作台尺寸模柄尺寸电动机功率/kw前后左右直径深度jg23-404001008030015030040404第 4 章 单工序模主要工作部分结构设计计算4.1 模具主要工作部分结构尺寸计算冲裁件质量是指冲裁断面质量、尺寸精度和形状精神。冲裁断面应平直，光亮带应占有一定的比例，毛刺较小。影响冲裁件质量的因数很多，其中主要有凸、凹模间隙大小及其分布的均匀性、材料性质、刃口锋利程度、模具制造精度和冲裁条件等。其中冲裁模的凸、凹模之间的间隙对冲裁件的影响最大。（1）尺寸计算原则确定和计算凸、凹模刃口尺寸及其公差必须遵循以下原则：根据冲孔和落料的特点：落料件的尺寸决定于凹模尺寸，故落料模以凹模为设计基准，先确定凹模的刃口尺寸，再按间隙值确定凸模的刃口尺寸；冲孔时孔径的尺寸决定于凸模尺寸，故冲孔模以凸模为设计基准，先决定凸模的刃口尺寸，再按间隙值确定凹模的刃口尺寸。考虑凸、凹模的磨损：凸、凹模在冲裁过程中有磨损，凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小，凹模刃口尺寸磨损则使落料尺寸增大。为了保证冲裁件的尺寸精度要求，并尽可能提高模具的使用寿命，设计落料模时，凹模刃口的基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模刃口的基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。刃口制造精度与工件精度的关系：凸、凹模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证模具的一定使用寿命。对于圆形凸、凹模，由于制造容易，精度易保证，制造公差可按it6it7级选取。（2）尺寸计算方法根据凸、凹模的加工工艺和测量方法的不同，可将其刃口部分尺寸的计算方法与制造公差的标注方式分为两种类型：1）凸模与凹模分别加工：这种加工工艺适用于圆形及矩形等规则形状刃口的制造。在图样上分别标注凸模和凹模的刃口尺寸和制造公差，为了保证间隙值，应满足下列关系式。 （4-1）式中 凸模制造公差； 凹模制造公差。下面分别介绍冲孔和落料两种情况的尺寸计算方法。 冲孔 设工件的尺寸为d0+，根据刃口尺寸的计算原则，冲孔时应首先确定凸模的刃口尺寸在磨损后会减少，因此应使凸模的基本尺寸接近工件空的最大尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙zmin。凸模的制造取负偏差，凹模取正偏差，其计算如下式所示： （4-2）式中 、 冲孔凸、凹模尺寸（mm ）； 工件制造公差（mm）； x 因数。落料 设工件尺寸为，根据刃口尺寸的计算原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸。由于基准件凹模的刃口尺寸在磨损后会增大，因此应使凹模的基本尺寸接近工件轮廓的最小极限尺寸，再减少凸模尺寸以保证最小合理间隙值，仍然是凸模取负偏差，凹模取正偏差。其计算如下式所示： （4-3）式中 、 落料凹模基本尺寸（mm）。2)凸模与凹模配合加工：对于形状复杂、尺寸较多的冲裁件，为了保证凸凹模的间隙值，必须采用配合加工，此方法是先加工好其中的一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件。使它们保持一定的间隙。这种方法的特点是尺寸标注简单，只需在基准件上标注尺寸和公差，配制件仅标注基本尺寸和配制所留间隙。4.1.1 冲孔落料刃口尺寸计算冲孔模刃口尺寸计算查表得， ， 根据式（4-1）， 因为，故不符合凸模与凹模分开加工的条件，因此凸模与凹模应采用配合加工。查标准公差数值表，可得20mm的it11的极限偏差 = 0.11mm；由表3-12查磨损因数x = 0.75；根据式（4-2）可计算凸模刃口尺寸。d凸=d+x-凸0凹模刃口尺寸按凸模尺寸配制。落料模刃口尺寸计算根据式（4-1）， 因为，故不符合凸模与凹模分开加工的条件，因此凸模与凹模应采用配合加工， ，根据式（4-3）可计算凹模刃口尺寸。 凸模刃口尺寸按凸模尺寸配制。4.1.2 导向装置导向装置用于冲裁模上、下模之间的定位连接和运动导向。导向零件可以消除压力机滑块运动误差对模具运动精度的影响，保证凸、凹模间隙分布均匀，便于模具安装和调整，因而提高模具的使用寿命和冲裁件精度。常用的导向装置有导板式、导柱导套式、滚珠导向式。在我设计的复合模具上我使用的是导柱导套式。导柱导套式有很多优点，如装配简单，稳定性好，精度高。我设计的导柱、导套之间采用间隙配合，其配合精度为h7 / g6。图4.1 导向装置4.1.3 冲模结构特点及动作原理我设计的窄条零件冲压模具采用单工序摸的结构，单工序的特点就是具有复合形式的凸凹模，它既是落料凸模，又是冲孔凹模。根据工件的结构特点我采用顺装式的单工序模，就是将凸凹模放在上模座上。它的特点就是凸凹模孔内不积存废料。模具的运动原理：如附录中的装配图所示，我设计的单工序模具主要完成拉深、落料、冲孔、整形四个工序。模具的动作过程是：工作时，成形顶板在弹顶器、顶杆的作用下，处于最上位置拖住坯料。上模部分下降，利用凸凹模和成形顶板进行拉深和亚形。上模继续下降，推动成形板下降，此时由落料凹模、凸凹模进行落料，然后冲底孔。当成形顶板与固定板接触时，则进行整形。在成形顶板内装有6根顶杆。开模时可使工件抬起，便于取件。4.2设计并绘制模具总装图、选取标准件按已确定的模具形式及参数，从冷冲模标准中选取标准件。绘制模具装配图，见附图。4.3 模具装配图图4.2 主视图图4.3 俯视图总结与展望我所选的毕业设计题目是窄条零件落料模设计，这个题目对于我而言是一个全新的挑战。通过设计，让我对模具的设计和制作过程有了一定的了解。当然对一些制图软件如pro-e，autocad也有了更深的了解。在设计时，吴老师就着重讲了模具设计的一些步骤，我也按部就班的构思和计算。虽然进度一直很慢，但是通过自己设计，让我初步认识了模具是怎么设计的。曾经我厌学，班导师也很多次劝我好好学，我还记得那句话：“你在学校里连学习也做不好，出社会也什么事也做不好”。只怪自己没有听取班导的话，以至于学业一直没有重视，现在毕业设计画图，查资料，比起旁边的同学，自己真的慢了很多，专业知识不够扎实，绘图能力比较一般。经历了这次模具设计，初步了解到模具的设计方法、要求、可行性、材料等等的知识，对于以后如果从事模具设计这一方面，对自己而言这次磨具设计试一次很大的帮助。致谢本窄条零件设计的完成是在吴红兵导师细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时都是吴导师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了吴老师很多宝贵的时间和精力，在此向导师表示衷心地感