落料冲孔翻遍复合模设计

1、模具设计课程设计说明书 班级： 05010903 姓名： 常剑 学号： 2009301233 指导老师：蒋建军 康永刚 时间： 2012年10月 目录第一章 概论3第二章 工件工艺性分析及方案确定8第三章 排样计算等11第四章 冲裁力及压力中心计算14第五章 主要工作部分尺寸计算16第六章 凸模、凹模及凸凹模的结构设计及校核19第七章 主要零部件设计24第一章 概论1.1引言 日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因

2、为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。 随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用愈来愈广泛，模具成形已成为当代工业生产的重要手段。1.2冲压模地位及我国冲压技术 1.2.1冲压模相关介绍 冷冲压:是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。 冲压可分为五个基本工序：冲裁、弯曲、拉深、成形和立体压制。 冲压模具:在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。 冲压模按照工序组合分

3、为三类：单工序模、复合模和级进模。 复合模与单工序模相比减少了冲压工艺，其结构紧凑，面积较小；冲出的制件精度高，工件表面较平直，特别是孔与制件的外形同步精度容易保证；适于冲薄料，可充分利用短料和边角余料；适合大批量生产，生产率高，所以得到广泛应用，但模具结构复杂，制造困难。 冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 1.2.2冲模在现代工业生产中的地位 在现代工业生产中，冲模约占模具工

4、业的50%，在国民经济各个部门，特别是汽车、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。据统计，利用冲模制造的零件，在飞机、汽车、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60%70%，在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占85%以上。在各种类型的汽车中，平均一个车型需要冲压模具2000套，其中大中型覆盖件模具300套。1.2.3我国冲压模具市场情况 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，但与国发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

5、命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，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。 据中国模具工业协会发布的统计材料，2004年我国冲压模具总产出约为220亿元，其中出口0.75亿美元,约合6.2亿元. 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

6、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看好,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。 我国冲模工业不能满足国内经济需要的原因主要有：1.专业化和标准化程度低。2.模具品种少，效率低，经济效益也差。3.制

7、造周期长，模具精度不高，制造技术较落后。4.模具寿命短，新材料使用量不到10%。4. 力量分散，管理落后。但改革开放以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，尤其是国民经济的高速发展，大大地提高了模具的商品化程度，推动了模具技术和模具工业的迅速发展，在CAD/CAM/CAE的运用、加工工艺手段、冲压件质量及模具性能方面，均已达到或接近国际水平。1.2.4 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12m，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

8、糙度达到Ra1.5m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年共同完成的精神模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

9、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各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

10、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

11、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

12、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

13、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。有代表性的是集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。这些都提高了模具面加工精度，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

14、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。1.2.5我国冲模今后发展趋势根据我国冲模技术的发展现状及存在的问题，今后应朝着如下几个方面发展：1.开发、发展精密、复杂、大型、长寿命模具。2.加速模具标准化和商品化，以提高模具质量，缩短模具制造周期。3.大力开发和推广应用模具CAD/CAM技术，提高模具制造过程的自动化程度。4.积极开发模具新品种、新工艺、新技术和新材料。5.发展模具加工成套设备，以满足高速发展的模

15、具工业需要。 1.3总结 冲压加工作为一个行业，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。近年来，冲压成型工艺有了很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的成形精度日趋精确，生产率有了极大的提高，正把冲压加工提高到高品质、新的发展水平。由于引入了计算机辅助工程（CAE）冲压成形已从原来对应力应变进行有限元分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化分析设计。计算机在模具领域，包括设计、制造、管理等领域发挥着越来越重要的作用。 23第二章 工件工艺性分析及方案确定2.1工件工艺性分析2.1.1

16、冲裁工艺性图2-1 零件图由零件简图2-1可见,该工件的加工涉及到落料、冲孔、翻边等工序成形。该零件形状简单且对称，适于冲裁加工。因零件图中未注明公差，一般保证精度为IT14，因为形状简单且对称，在此保证精度IT13。查实用冲压模具设计手册表126，得LY12的力学性能如下表：表2-1 LY12的性能抗剪强度275314MPa抗拉强度b392451MPa屈服点s333MPa伸长率10%LY12，其冲压性能较好，孔与外缘的壁厚较大，复合模中的凸凹模壁厚部分具有足够的强度。2.1.2翻边工艺性 翻边系数的计算：翻边后孔径：。翻遍高度：。翻边圆角半径：。板料的厚度：。预冲孔直径： 所以：翻边系数：查

17、中国模具大典表1.3-14，硬铝材料的极限翻边系数，所以该零件可以一次翻边完成。2.1.3弯曲工艺性零件的相对弯曲半径：查飞机钣金成形原理与工艺表4-1，硬铝材料且弯曲方向与纤维方向垂直时，弯曲角的最小相对弯曲半径。所以满足弯曲条件。总体看来：该零件满足冲裁工艺性，翻边工艺性和弯曲工艺性。2.2 工艺方案确定根据工件形状，初步确定采用的工序，分析有以下方案：方案一：一套落料、冲孔、翻边复合模和弯曲单工序模。方案二：一套落料、冲孔、翻边、弯曲复合模方案三：一套落料、冲孔、弯曲复合模和翻边单工序模。单工序模、连续模和复合模的相互比较见表2-2表2-2单工序模、连续模和复合模的性能比较 项目单工序模

18、连续模复合模工作情况尺寸精度精度较高可达IT1310级可达IT98级工件形状易加工简单件可加工复杂零件，如宽度极小的异形件、特殊形件形状与尺寸要受模具结构与强度的限制孔与外形的位置精度较高较差较高工件平整性推板上落料，平整较差，易弯曲推板上落料，平整工件尺寸一般不受限制宜较小零件可加工较大零件工件料厚一般不受限制0.66mm0.053mm工艺性能操作性能方便方便不方便，要手动进行卸料安全性比较安全比较安全不太安全生产率低，压力机一次行程只能完成一道工序，但在多工位压力机使用多副模具时，生产率高高，压力机一次行程内可完成多道工序较高，压力机一次行程内能完成两道以上工序条料宽度要求不严格要求严格要

19、求不严格模具制造结构简单，制造周期短结构复杂，制造和调整难度大结构复杂，制造难度大 具体分析：方案一：生产效率高，因为滑块下行一次既完成落料、冲孔和翻边等工序，不存在定位误差，同轴度高，因此冲压出来的制件精度也较高；但模具结构较复杂。 方案二：生产效率高，但由于是四个工序复合在一起，模具的设计难度很大，制造也复杂。方案三：和方案一中的弯曲翻边的顺序不同，这里应该考虑符合摸中弯曲件的定位问题还没，由于先冲裁再弯曲，这样模具会出现双层的结构，很难协调之间的运动关系，而冲裁和翻边的动作相似，可以用嵌套模具的方法实现。因此综合考虑采用方案一，再来确定采用正装复合模还是采用倒装复合模。第三章 排样及计算

20、材料利用率3.1确定排样方式采用有废料和少废料排样，排样图分别如图3-2和图3-3图3-2 有废料排样图3-3无废料排样少废料排样虽然材料利用率有所提高，但由于条料本身的宽度公差，以及条料导向与定位所产生的误差会直接影响冲裁件尺寸而使冲裁件的精度降低，也降低了模具寿命，结合各自的优缺点，综合考虑采用有废料排样法。3.2计算材料利用率1.零件展开尺寸计算：计算外形尺寸，按照弯曲件展开的方法，中性层长度保持不变。如下3-4零件展开图中所示：中性层曲率半径：当弯曲角度为时，按照已有公式求：毛坯长度：图3-4零件展开图2.计算制件的面积A由于零件展开之后形状复杂，这里只做简化的计算，同时由于零件毛坯是

21、中心对称的，只需要计算其中一块的面积。将图中所示的部分分为五个小区域，计算图示部分的面积为：所以毛坯的总面积：2.确定搭边a与a1的值查冷冲模设计表3-10搭边a与a1数值取a=2mm a1=2mm于是条料宽度:。进距: 。 第四章 冲裁力及压力中心计算4.1.落料力F落查冷冲模设计第54页，落料力F落公式为 (4-1)式中 F落落料力（N） L冲裁件周长(mm) t材料厚度(mm) 材料的抗剪强度（MPa） K系数，常取K=1.3冲裁件周长计算，采用3.3中的毛坯展开图进行简化：图中部分的周长为：。所以总长度：。 取。则 4.2卸料力F 卸查冷冲模设计表3-8卸料力、推件力和顶件力系数取 4

22、.3冲孔力F冲查冷冲模设计第54页，落料力F冲公式为 (4-3)式中 F冲落料力（N） L冲裁件周长(mm) t材料厚度(mm) 材料的抗剪强度（MPa） K系数，常取K=1.3这里 取于是4.4顶件力F顶 查冷冲模设计表3-8卸料力、推件力和顶件力系数取 (4-4) 4.5翻边力F翻查冷冲模设计，第216页，翻边力公式为 (4-5)其中 F翻翻边力(N) D翻边后中经(mm) d翻边预冲孔直径(mm) t材料厚度(mm)s 材料的屈服点(MPa) 这里，, , 于是：4.6总冲压力F总4.7计算压力中心计算压力中心的目的是使模柄轴线和压力机滑块的中心线重合，避免滑块受偏心载荷的影响而导致滑块

23、轨道和模具的不正常磨损，降低模具寿命甚至损坏模具。从制件的形状可以看出，该制件是回转体结构，形状对称，故模具压力中心就在圆心部位，即无须再来计算了。第五章 主要工作部分尺寸计算5.1落料刃口尺寸查冷冲模设计表3-3冲裁模初始双面间隙Z取Zmin=0.140mm Zmax=0.180mm对零件图中未注公差的尺寸，冲压件一般保证精度IT14，因制件形状简单且对称，在这里保证精度IT13。由于零件的形状复杂，为了保证凸、凹模间一定的隙值，必须采用配合加工，对于落料，先做凹模，并以它作为基准配做凸模。首先根据公差等级，定出落料毛坯的尺寸公差如图所示：1. 如图所示，凹模磨损以后变大的尺寸有：60.95

24、mm，78mm，R8mm，R5mm。其中R5mm为半磨损尺寸，为两个尺寸共同确定，不需要计算。刃口尺寸计算公式为；2.凹模磨损以后变小的尺寸有：R8mm。刃口尺寸计算公式为：3.凹模磨损以后不变的尺寸有：31mm，38.5mm，刃口尺寸计算公式为：4.凸模刃口尺寸确定，已知冲裁的合理间隙为Zmin=0.140mm Zmax=0.180mm，故凸模刃口尺寸按凹模相应部位的尺寸配制，保证双面最小间隙为0.140mm。5.2冲孔刃口尺寸冲孔部分：凹=+0.025mm 凸=-0.02mm |凹|+|凸|=0.025+0.02mm =0.045mmZmax Zmin=0.180-0.140=0.040m

25、m|凹|+|凸| Zmax Zmin因此在这里采用单配方法加工。对于采用分别加工时，应保证下述关系：对于冲孔，先做凸模，并以它作为基准配做凹模查互换性与测量技术基础表2-1查出其极限偏差为： 查冷冲模设计表3-5磨损系数 取X=0.75则 (5-3)冲孔凹模的尺寸按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.140.18mm5.3翻边工作刃口尺寸5.3.1翻边间隙 如图5-1，由于在翻边过程中，材料沿切向伸长，因此其端面的材料变薄非常严重，根据材料的统一变形情况，翻边凹模与翻边凸模之间的间隙应小于原来的材料厚度。 图5-1 翻边间隙查冲压工艺与冲模设计，翻边时凸凹模之间的单边间隙公式：得5.3.2翻边刃口尺

26、寸1. 翻边凸模的刃口尺寸计算查互换性与测量技术基础表2-4查出其极限偏差为： 查冷冲模设计表3-5磨损系数 取X=0.5则 (5-4)2.翻边凹模的刃口尺寸计算根据翻边间隙和翻边凸模的刃口尺寸来确定翻边凹模的刃口尺寸 (5-5)第六章 凸模、凹模及凸凹模的结构设计及校核6.1模具材料的选择从众多模具材料中选出9Mn2V钢，该模具钢是一种综合力学性能比碳素工具钢好的低合金工具钢，它具有较高的硬度和耐磨性，淬火时变形较小，淬透性很好。由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了钢的过热敏感性，同时碳化物较细小和分布较均匀。9Mn2V钢的化学成分和物理性能分别如表6-2和表6-3所示表6-2 9Mn

27、2V钢化学成分（GB/T 12992000）W%CSiMnVPS0.850.950.401.702.000.100.250.0300.030表6-3 临界温度临界点Ac1AcmAr1Ar3温度（近似值）/oC730760655690 表6-4 综合性能耐磨性耐冲击性淬火不变形性淬硬深度中等中等好浅红硬性脱碳敏感性切削加工性差较大较好所以这里不论是凸模、凹模还是凸凹模，材料都选用9Mn2V钢这里的落料凹模的热处理硬度为6062HRC6.2确定凹模外形尺寸确定凹模外形尺寸的方法有多种，通常都是根据零件的材料厚度和排样图所确定的凹模型孔壁间最大距离为依据，来求凹模的外形尺寸。凹模的刃口形式，考虑到本

28、例生产批量较大，所以采用刃口强度较高的凹模，故采用阶梯形直壁式。凹模的外形一般有矩形与圆形两种，凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度与刚度，凹模的厚度还应考虑修模量。凹模的外形尺寸一般根据冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定。1.查冷冲模设计，第101页，凹模厚度和壁厚公式为凹模厚度 H=Kb(15mm) (6-1)式中 K系数，考虑板料厚度的影响b冲裁件的最大外形尺寸凹模壁厚 C=(1.52)H(3040mm) (6-2) 查冷冲模设计，表4-3 系数K值 因 b=60.95 mm 取K=0.28故 H=0.2860.95 =17.07mm 保证了翻边高度8mm 和H15mm，最后取H=

29、18mmC=1.518=27mm 凹模形状简图如图6-2 图6-2 落料凹模2.凹模的强度校核，查中国模具设计大典，第三卷，表20.1-18 凹模强度计算公式式中 Hmin凹模的最小厚度（mm）F冲压力（N） wp许用弯曲应力（MPa） d、do凹模刃口与支承口尺寸（mm）这里F= F落=193334.96（N） wp= 500MPa d=78mm do=86mm而真实的凹模厚度为18mm，所以凹模的强度满足要求。6.3落料、翻边凸凹模外形尺寸1.落料、翻边凸凹模的高度落料、翻边凸凹模的高度满足翻边高度和凸、凹模之间安全距离外，还考虑翻边间隙，保证强度要求，即凸凹模壁厚大于最小壁厚。这里落料、翻边凸凹模的高度