毕业设计论文加强板的冲压工艺及模具设计

1、1 绪 论冲压模具在实际工业生产中应用广泛。在传统的工业生产中工人生产的劳动强度大、劳动量大,严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展,工业生产中模具的是用已经越来越引起人们的重视,我而被大量应用到工业生产中来。1.1 冲压模具行业发展现状及技术趋势改革开放以来，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；

2、中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。  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工业发展水平的重要标志 。    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、optri

3、s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。   虽然中国模具工业在过去十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

4、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。  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

5、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)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

6、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

7、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

8、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   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。  2落料冲孔级进模设计产批量：中批量工件名称：加强板工件简图:如图1-1所示材料：q215-a钢厚度：1.5mm图1-1 加强板2.1 冲压件工艺性分析此工件只有落料和冲孔两个工序，材料为q215-a钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构简单

9、，具有2个 的孔和一个的孔，孔与孔，孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为3.05mm.零件图上形状尺寸103mm,5.5mm,2-3.5mm,2-2450, 2.9mm,835mm,17mm均为自由公差可看作it14级，尺寸精度较低。孔心距的公差为0.2属于it11级精度，可以通过模具结构的正确性设计来实现。2.2 冲压工艺方案的确定该零件包括冲孔和落料两个基本工序，可以有三种工艺方案。方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产。方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合生产。方案三：冲孔落料级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足生产批量要

10、求。方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都高，但是工件的最小壁厚3.05mm接近凸凹模的许用最小壁厚3.8mm，见表2.9.6【6】模具强度较差制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便，方案三也只需要一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也高，通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生差采用该方案最佳。2.3主要设计计算2.3.1 排样方式的确定与计算设计级进模，首先要设计条件排样图。加强板的形状简单。由于零件外形尺寸为自由尺寸对精度要求不高，为了提高材料的利用率减少冲裁力，虽然这时会使零件外形尺寸公差等级降低但是经过筹兼顾，全面考虑。这里我

11、们采用无废料排样。如图12所示图21无废料排样查板材标准【2】宜选1250mm×1500mm的钢板，每张钢板可剪裁73张条料（17mm×1500mm）每张条料可冲14个工件。故每张钢板的利用率为 a1： 零件面积 a2: 钢板面积2.3.2 冲压力的计算该模具采用级进模，拟选用弹性卸料下出件。冲压力的相关计算如下： 由上式知 冲裁件面积a1： a11721.1665mm2 条料宽度 b17mm 步距s s103mm一个步距的材料利用率冲压力：冲裁力f： fklt式中： f冲裁力（kn） l冲裁件剪切周边长度（mm）t冲裁件材料厚度 被冲材料的抗剪强度（mpa）k系数，一般取

12、1.3.上式抗剪强度与材料种类和培料的原始状态有关，可在手册中产迅查询为方便计算，可取材料的0.8. 故冲裁力表达方式又可表示为：f1.3ltlt式中被冲裁材料抗拉强度（mpa）查手册【3】得q215钢的为334450mpa 取340mpa卸料力fx：fxkxfkx卸料力系数 见【1】表2.6.1 取kx0.4fx0.04×119515.444780.6176n推件力ft ftnktf kt推件力系数见【1】表2.6.1 取ft0.055 n同时卡在凹模内的冲裁件数n=h/t式中：h凹模洞口的直刃壁高度 t板料厚度n=h/t=8/1.5=6 查【1】表2.9.4 h6 取h8mm冲压

13、工艺总力fz:弹性卸料：下出料方式2.3.3 压力中心的确定及相关计算计算压力中心时，先画出凹模型腔图，如图1-3所示。图2-2 压力中心表一：压力中心坐标基本要素长度l/mm各基本要素压力中心的坐标值xyl114.172-1030l22.000-102.263-7.793l3101.586-50.5-8.5l417.00000l5=101.586-50.5-8.5l6=2.000-102.293-7.793l7=10.990-97.5-8.5l8=10.990-56.5-8.5l9=9.106-21.5-8.5合计269.432.4初选压力机若选用j23-16【2】 c点仍在压力机模柄孔投影

14、面积范围内，故满足要求。通过校核;选开式双柱可倾压力机j23-16【2】表1-82；公称压力:160kn滑块行程：55mm最大闭合高度：220mm闭合高度调整量：45mm立住距离：220mm滑块中心线至床身距离：160mm工作台尺寸（前后×左右）：300mm×450mm垫板尺寸：40mm模柄孔尺寸：40mm×60mm最大倾角斜度：503 模具的结构设计3.1工作零部件计算由于制件结构简单，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸凹模。这时需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差.冲孔时，间隙取在凹模上，则凸模尺寸：凹模尺寸： 孔心距： 上述中： da

15、, dt 落料凹，凸模尺寸 dt , da 冲孔凸，凹模尺寸 dmin冲孔件孔的最小极限尺寸 l，ld工件孔心距和凹模孔心距的公称尺寸工件制造公差zmin最小合理间隙x磨损系数凸，凹模的制造公差，可按it6it7级来选取。未注公差按it14级计算 x0.5查表2.33【1】 zmin=0.132mm zmax-0.240mmzmax-zmin=0.240mm-0.132mm=0.108mm制造公差按it14级取0.25，公差为0.3mm冲孔：校核：满足间隙公差条件孔心距：外形落料凸模，凹模刃口尺寸计算凹模磨损后会增大的尺寸第一类尺寸图3-1 落料凹模对于尺寸102mm，13mm, 2mm, 1

16、7mm 选x0.5 制造公差取it14. 102mm 0.87 ； 13mm =0.43 ;2mm =0.025 17mm =0.43落料凸模的基本尺寸与凹模相同分别为101.151mm, 16.8925mm, 1.875mm ,13.957mm , 1.875mm落料凹模，凸模刃口尺寸分别见图1-4，图1-5图3-2 凸模刃口3.2工件零部件的设计与标准化3.2.1落料凸模结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工。2个m8螺钉固定在垫板上（查【3】表1-210）与凸模定板的配合按h6/m5其总长按公式2.9.2查【1】得lh1+h2+t+h选弹性卸料板l凸模长度（m

17、m）h1凸模固定板厚度（mm）h1=(0.60.8)h 取h1=(0.60.8)h=13.217.6mm h1=16mmh凹模厚度h2卸料板厚度（mm）h2=(0.80.2)h=17.622mm 取h2=20mmt材料厚度h增加强度，它包括凸模的修模量，凸模进入凹模的深度（0.5mm1mm）；凸模固定板与卸料板之间的安全距离等一般取1020mml=h1+h2+t+h=16+20+1.5+16=53.5mm由于所冲的孔均为圆形，而且都不需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式。一方面加工简单另一方面有便于装配与更换选a型。查表【3】1-214冲2个3.5mm的圆形凸模结构如图1-6；冲2.9

18、mm的圆形凸模结构如图1-7；图3-3 冲孔凸模（一）图3-4冲孔凸模（二）3.2.2 凹模凹模采用整体式凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时要依据计算压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式2.9.3， 计算凹模厚度hh15mm k系数查【1】中表2.9.5 k=0.20 b1凹模孔的最大宽度,但不小于15mm凹模壁厚c c=(1.52)h h=0.2×103=20.6mm 取h=22mm c=(1.52)h=3344mm 凹模壁厚c=40mm凹模宽度b=b2+2c=17+2×40=97mm凹模长度l l=2b1+2c=2×103

19、+2×40=286mm (送料长度)凹模轮廓尺寸为286mm×97mm×22mm结构如图1-8图3-5凹模3.2.3 弹压卸料板弹压卸料板厚度h=14mm.由表2.30查得卸料板孔与凸模的单边间隙 z1/2=0.153.2.4 卸料螺钉的选用 卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为m10×10mm .卸料钉尾部应有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模1mm，有误差时，有误差时通过螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。图3-6卸料板3.2.5 卸料板橡胶设计卸料板橡胶设计计算表一。选用4块橡胶的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀，

20、影响模具的正常工作。表一 卸料板橡胶设计计算项目公式结果备注卸料板的工作行程hih=h1+h+h24.3mmh为凸模凹进卸料板的高度1mmh2凸模冲裁后进入凹模的深度橡胶的工作行程hihi=hi+9.2 mm为凸模修模量橡胶的自由高度=4 hi38mm取hi为高度的25%橡胶的预压缩量=15%5.7mm一般=（10%15%）每个橡胶承受的载荷f1f1=/41201 n选用4个圆筒形橡胶橡胶的外径dd=56.63 此为圆筒的内径，取d=13,p=0.5 mpa校核橡胶的高度0.5满足要求橡胶的安装高度h按=31.5聚氨酯橡胶：表847聚氨酯橡胶尺寸（冷冲压模具设计指导）也可选标准件：d=45 d

21、=13 h=40由表850查得内孔d与相应的卸料螺钉尺寸d=13配用螺钉d=12（gb2867.581）注螺钉长度l需视模具结构要求而定。3.2.6 定位装置的设计与标准化3.2.7 定位板板的设计与标准化 经查表【1】分析得导料板长度l=200mm，宽度b=32mm ，厚度h=6mm如图15。图3-7定位板3.2.8标准模架的选用由凹模周界可以选取标准模架。凹模周界286mm,b=97mm,闭合高度h1=220mm 上模座（gb/t28255.9） 286×97×35下模座（gb/t2855.10） 286×97×40导柱（gb/t.2861.1） d

22、/mm×l/mm d/mm×l/mm mm×150mm 28mm×150mm导套（gb/t2861.6） 导套d/mm×l/mm×d/mm 分别为25×85×33， 28×85×33上模座厚度h上模取45mm，上模座垫板厚度 h垫取8mm，固定板厚度取20mm，下模座厚度取40mm，那么该模具的闭合高度=+l+h+h下-h2=35+8+53.5+22+40-2=156.5mm式中：l凸模长度 l=53.5mm h凹模厚度，h=22mm h2凸模冲裁后进入凹模的深度h2=2mm.模柄与上模座的联接

23、采用压入式的结构如图17所示。d= 38 d=40 d1=48 h=35 h1=95图3-8 模柄4.1加强板冲孔落料连续模的装配根据级进模装配要点,选凹模作为装配基准,先装下模,在装下模,并调整间隙,试冲、返修。具体装配如下:（1）凸、凹模预配装配前仔细检查各凸模形状及尺寸以及凹模形孔,是否符合图纸要求精度、形状。将各凸模分别与相应的凹模孔相配,检查其间隙是否加工均匀。不适合者应重新修模或更换。（2）凸模装配以凹模孔定位,将各凸模分别压入凸模固定板的形孔中,并挤紧牢固。（3）装配下模在下模座上划中心线,按中心预装凹模、导料板。在下模座、导料板上,用已加工好的凹模分别确定其螺孔位置,并分别钻孔

24、,攻丝；将下模座、导料板、凹模、弹簧装在一起,并用螺钉紧固,打入销钉（4）装配上模在已装配好的下模上放等高垫铁,再在凹模中放入0.12mm的纸片,然后将凸模与固定板组合装入凹模；预装上模座,划出与凸模固定板相应螺孔、销孔位置并钻削螺孔、销孔；用螺钉将固定板组合、垫板、上模座连接在一起、但不要拧紧；将卸料板套装在以装入固定板的凸模上,装上橡胶和卸料螺钉,并调节橡胶的预压量,使预料板高出凸模下端约1mm；复查凸、凹模间隙并调整合适后,紧固螺钉;安装导正销、承料板;切纸检查,合适后打入销钉（5）试冲与调整装机试冲并根据试冲结果做相应调整 图3-9 模具总装图总结毕业设计作为三年大学学习中极为重要的一

25、部分，是衡量一个学生专业课水平的重要标志。毕业设计是我们所学课程的一次系统而深入的综合性的总复习，是一次理论联系实践的训练，也是我们步入工作前的一次检验。就我个人而言，通过这次毕业设计，使我学习到了许多知识，对模具的设计与制造有了极为深刻的认识，是一次由理论向实践的飞跃，回顾一个多月的设计生活，让我感慨颇深，主要体会有以下几点：(1) 扎实的基础课，专业课是模具设计的基础由于以前所学的课程难免有些理解不深，遗忘等，而本次设计又或多或少的用到了这些知识，从而迫使我认真扎实的学习了以前的课程，并加深了对这些课程的理解、真正有一种温故而知新的感觉，如机械制图中的各种线型的特点应用，材料力学中的应力校

26、核，热处理中各种材料与热处理性能，公差配合与测量技术中公差的正确选用，模具的加工与制造技术。塑料模具的设计与制造步骤，模具材料的正确选用等。(2) 理论与实践相结合的重要性以前的学习中，基本上是纯理论的学习，虽然有金工实习、毕业实习等实践的体味，但却停留在表面上，没有进行过真正的设计，从而使理论与实践严重脱节，而现在我们是在经历了金工实习、毕业实习后的一次真正的练兵。我认真回顾了以前所见所学的塑料模知识，在脑海里反复了思考了塑料模的步骤，然后开始到图书馆查资料作设计。在作设计的过程中，我才真正感觉到眼高手低的含义，同时也“窥一斑而知全豹”，自己的学习中的不足和薄弱环节暴露无遗，但是在老师们的帮

27、助下以及自己的努力下，我终于克服了重重困难，使设计得以顺利的进行。通过向老师们请教，我了解到设计要面向企业，面向市场的原则，毕业设计正是对实践能力的一次强有力的训练，是我们独立工作的前凑，将对我们以后的工作产生深远的影响。(3) 对模具设计中的安全性，经济性加深了认识在设计工作中，要不断对安全性进行分析，从操作者的角度进行设计，在设计中，需要考虑到模具的成本问题，经济效益是工业生产的前提，成本的高直接决定了产品的竞争力，故在设计中尽可能的选用标准件。(4) 电脑成为设计中重要的辅助工具由于工件形状复杂，在设计中计算塑件的体积出现了很大的难度，后经程老师指点迷津，通过pro/e绘图和计算才得以解

28、决。另外在绘零件和装配图时采用电脑也更方便快捷。采用电脑处理，精度高，方便快捷，在本次设计时，要求机械绘图，电子文档文本，从而对autocad的学习有了很大的进展，对word，wps等各种文字处理工具有了更为熟练的操作，而模具cad技术已成为该行业的发展趋势，电脑终将成为设计的必备工具，这对提高学生的综合素质着极为重要的现在意义。(5) 设计态度直接决定着设计质量毕业设计一般时间都足够，但足够的时间不一定都能设计出优秀的模具。这就除了能力水平的问题外，极为重要的一点便是态度问题，作为学生必须要态度谦虚、工作认真、勤学好问、实事求是，才能正确对待设计，才有可能取得设计的圆满成功。总之，通过毕业设计使我对模具的设计与制造有了更