模具设计毕业设计---对加工长孔圆垫片的冲压级进模进行设计

1、摘要 冲压模具是实现冲压工艺的主要工艺装备，它直接影响到机电产品的质 量、生产成本、更新周期及市场竞争能力。在国民经济中的重要地位，已越 来越受到重视。 此课题主要对加工长孔圆垫片的冲压级进模进行设计，借助 AutoCAD 根 据零件图的技术要求进行二维零件、 装配图绘制， 通过 UG 进行三维实体建模、 实体装配以及生成爆炸图。 长孔圆垫片的加工分为冲孔和落料两道工序。根据零件的尺寸、材料、 批量生产等要求，主要设计内容为长孔圆垫片的冲裁工艺性分析；工件的排 样与搭边计算；冲压力及冲压中心的计算；模具主要零件的结构设计；对部 件进行标准化的选用；对模具及主要零部件进行了详细的绘图。 目前，模

2、具零件大多已经标准化，设计时选用标准件，如模架，导柱、 导套、上下模座等给设计带来很大的便利。重点是对凸模和凹模工作部分尺 寸的计算，结构尺寸的设计。最后选择合适的压力机，保证必要的冲压力和 合适的模具闭合高度。明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程，巩固和 深化了所学知识。整个设计过程中结合所学专业知识，同时查阅了大量文献 资料，最终完成本次毕业设计。 关键词: 冲压工艺；级进模；设计 I AbstractAbstract Stamping die stamping process technology and equipment, it directly affects the quali

3、ty of the mechanical and electrical products, production costs, the update cycle and market competitiveness. An important position in the national economy, more and more attention. This subject, mainly on the processing of long hole circle gasket stamping progressive die design, with the help of Aut

4、oCAD According to the technical requirements of the part drawing two-dimensionalparts, assembly drawings, 3D solid modeling, entity through UG assembly and generate exploded diagram. Long hole circle gasket processing is divided into punching and blanking the two processes. According to the requirem

5、ents of part dimensions, materials, mass production, the main design elements of the long hole circle gasket blanking process analysis; nesting of the workpiece and take the side of computing; red pressure and stamping centric computing; mold parts of the structure design; the selection of standardi

6、zed components; a detailed drawing mold and parts. At present, the mold parts are mostly standardized, the design and selection criteria, such as mold, guide post, guide sleeve, the upper and lower mold base, etc. to design a great deal of convenience. Focus on the calculation on the part of the siz

7、e of the punch and die work, the design of the structure size. Finally, choose a suitable press, to ensure the necessary punch pressure and the mold shutheight. Clear design ideas, and to determine the metal forming process, consolidate and deepen the knowledge. Throughout the design process combine

8、d with professional knowledge, access to the large number of documents the careful guidance of the final completion of the graduation project. KeywordsKeywords：Stamping process；Progressive die； design II 目录 摘要.I Abstract.II 第 1 章绪论. 1 1.1课题的背景及意义. 1 1.2冷冲压模具在工业生产中的地位. 1 1.3国内外研究现状及发展趋势. 2 1.3.1计算模具闭

9、合高度. 2 1.3.2压力设备的选择. 3 第 2 章冲裁件的工艺分析. 6 2.1冲裁件的结构形状. 6 2.2冲裁件的工艺性. 6 2.3确定工艺方案. 7 第 3 章冲压工艺计算. 10 3.1冲裁件的的排样与搭边. 10 3.1.1条料宽度和导尺宽度. 10 3.1.2确定步距.10 3.1.3排样.11 3.2冲压力的计算. 11 3.3压力中心的计算. 14 3.4凸模凹模刃口尺寸及公差. 18 3.4.1凸模凹模间隙. 18 3.4.2凸模凹模刃口尺寸及公差.18 第 4 章模具主要零部件设计. 23 4.1凹模设计. 23 4.2凸模设计. 23 4.2.1冲孔圆形凸模. 2

10、3 4.2.2冲长形孔凸模 .24 4.2.3落料凸模. 24 4.2.4凸模的校核.25 III 第 5 章模具结构形式的选择. 27 5.1模具类型的选择. 27 5.2卸料装置. 27 5.3定位零件. 28 5.4模座的选择. 29 5.5凸模固定板的设计. 30 5.6垫板的设计. 32 5.7导向装置. 32 5.8模具闭合高度计算. 32 5.8.1计算模具闭合高度. 32 5.8.2压力设备的选择.32 5.8.3校核模具闭合高度 .33 5.9模柄的选择.34 第 6 章模具总装图. 35 6.1绘制模具总装图. 35 6.2模具三维爆炸图.36 6.3模具工作过程. 37

11、结论. 38 致谢. 39 参考文献. 40 IV ContentsContents AbstractAbstract.I Chapter 1Chapter 1PrefacePreface. 1 1.1The topic background and the significance. 1 1.2Cold stamping die in industrial production status. 1 1.3Research status and development trends. 2 1.3.1Calculation of mold shut height . 2 1.3.2The cho

12、ice of pressure equipment. 3 Chapter 2Chapter 2Blanking Process AnalysisBlanking Process Analysis . 6 2.1The Blanking structure shape. 6 2.2The Blanking process. 6 2.3To determine the process plan. 7 Chapter 3Chapter 3Stamping process calculationsStamping process calculations. 10 3.1Blanking the nes

13、ting and take the edge. 10 3.1.1The width of the strip and guide foot width. 10 3.1.2Determine the step .10 3.1.3Nesting.11 3.2Red pressure calculation . 11 3.3Calculation of center of pressure. 14 3.4Punch the die edge dimensions and tolerances . 18 3.4.1Punch the die gap . 18 3.4.2Punch the die ed

14、ge dimensions and tolerances .18 Chapter 4Chapter 4The main mold parts designThe main mold parts design. 23 4.1The die design . 23 4.2Punch design . 23 4.2.1Punching a circular punch. 23 4.2.2Red long shaped hole punch .24 4.2.3Blanking punch . 24 V 4.2.4Verification of the punch .25 Chapter 5Chapte

15、r 5The choice of the mold structureThe choice of the mold structure . 27 5.1The choice of the mold type. 27 5.2Tripper. 27 5.3Locate parts . 28 5.4The choice of the mold base. 29 5.5Design of the fixed plate of the punch . 30 5.6Pad design . 32 5.7Deflector. 32 5.8Mold closed height calculation . 32

16、 5.8.1Calculation of mold shut height . 32 5.8.2The choice of pressure equipment .32 5.8.3Check mold shut height .33 5.9Shank choice .34 Chapter 6Chapter 6Mold assembly diagramMold assembly diagram. 35 6.1Drawing die assembly map . 35 6.2Three-dimensional mold explosion Figure.36 6.3Die working proc

17、ess.37 ConclusionConclusion. 38 ThanksThanks. 39 ReferencesReferences . 40 VI 第一章绪论 1.1课题的背景及意义 冲压是通过模具使板料产生分离或塑性变形，从而获得所需制件的一种 加工方法。 冲压因高生产率、高精度、高材料利用率和低成本、低能耗，而且产品 一致性好，有利于装配互换等，因而在汽车、家电、机械、电子、通信、军 工、航天航空、轻工、建材等领域的产品制造中广泛应用。 随着模具工业的迅猛发展，模具设计与制造已成为一个行业，越来越引 起人民的重视，冲压模具目前居于九大类模具(冲压、锻造、铸造、精铸、压 铸、塑料、橡

18、胶、玻璃、陶瓷模具)之首，约占全部模具总量的 30%，因此设 计冲压模具有较大的现实意义。因此毕业设计选择设计冲压模具设计，主要 为加工长孔圆垫片的级进模设计。 长孔圆垫片不适于机加工，而且在要求大批量的情况下更难到达生产要 求。采用冷冲压制造该类零件，不仅可以大大提高生产效率，降低生产成本， 而且极大地提高了零件之间的互换性。 1.2冷冲压模具在工业生产中的地位 模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具 工业是国民经济的基础工业。 模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破 坏产品表面。用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板 或钢带为

19、坯料，且在生产中不需加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、 成本低且节约能源和原材料等一系列优点，是其他加工方法所不能比拟的。 使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造工业的 发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。 目前，工业生产中普遍采用模具成型工艺方法，以提高产品的生产率和 质量。一般压力机加工，一台普通压力机设备每分钟可以生产零件几件到几 十件，高速压力机的生产率以达到每分钟数百件甚至上千件。据不完全统计， 飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪表等产品，有 60%左右的零件是用模具 1 加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工业产品，有

20、90%左右的零件是用模具加工出来的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生 产基本上完全靠模具来进行。显而易见，模具作为一种专业的工艺装备，在 生产中的决定性作用和重要地位逐渐为人们所共识1。 1.3国内外研究现状及发展趋势 1.3.1模具的国内外研究现状 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 利用率低、制件尺寸精度稳定、操作简单、易于实现机械化和自动化等一系 列优点，因而在机电产品制造业中获得了广泛应用。冲压模具是保证实现冲 压工艺的主要工艺装备，它直接影响到机电产品的质量、生产成本、更新周 期及市场竞争能力。在国民经济中的重要地位，已越来越受到重视。 模具制造技术水平

21、的高低已成为衡量一个国家产品制造水平的标准。国 外将模具比喻为“金钥匙”、“进入富裕社会的原动力”等。从 20 世纪 80 年代开始，工业发达国家的模具工业，已从机床工业中分离出来，并发展成 为一个独立的工业部门， 而且其产值已超过机床工业产值。 我国从 20 世纪 80 年代以来十分重视模具工业。1989 年在国务院关于当前产品政策要点的决 定中，将模具列为机械工业产业技术改造序列的第一位。 据中国模具工业协会的统计数据，1995 年我国模具工业产值约为 145 亿 元，2001 年为 320 亿元，2002 年为 360 亿元，2003 年为 450 亿元，2004 年 为 530 亿元，

22、2005 年为 610 亿元，2006 年的销售额为 720 亿元。在 2001 年 至 2006 年的六年间，模具工业产值的年平均增长率为 18%。据不完全统计， 到 2006 年年底全国共有模具生产厂点约 6 万多家，大多为中小企业，从业人 员约 100 万人，产值 1 亿元以上的模具企业只有 40 多家，超过 3000 万元的 企业约为 200 多家。 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国内也能生产了。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。 表面粗糙度达到 Ra1.5

23、m 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 目前中国模具年生产总量仅次于日本、美国，位居世界第三，其中，冲 压模占模具总量的 40%以上，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上， 2 与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。在设计制造方法、 手段上已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车 模具国产化进程中前进了一大步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方 面，以国外相比还存在一定的差距。在2006 年第十一届中国国际模具展览中 亦展出了不少已达到国际水平的高质量、高效率、高寿命的大型、复杂、精 密模具，但与国外模具企业相比，

24、我国模具企业在生产设备水平与先进技术 应用，尤其在人员素质和人才培养方面，仍然有很大差异。 随着模具工业人才素养的不断提高，技术的不断创新以及各行各业对于 模具的重视，这对于加快我国模具技术发展、产品的创新，对于我国模具企 业走向世界、面向参与国际合作与竞争，都具有深远的战略意义和现实意义。 中国模具 CAD/CAM 技术从 20 世纪 80 年代起步，所有软件多为进口的 图形软件、数据库软件、NC 软件等，自主开发的软件缺乏通用性，商品化价 值不高，对许多引进的 CAD/CAM 系统缺乏二次开发，经济效益不显著。针 对上述情况，国家制定了许多相关的政策和措施。随着中国模具工业的迅速 发展，模

25、具行业产业结构有了很大改善，模具商业化水品大幅提高，中高档 模具占模具总量的比例也明显提高，模具进出口比例逐渐趋于合理化1。 1.3.2模具未来的发展趋势 模具未来的发展方向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：全面推广 CAD/CAM/CAE 技术、高速铣削加工、模具扫描及数字化系统、电火花铣削 加工、提高模具标准化程度、优质材料及先进表面处理技术、模具研磨抛光 将自动化、智能化、模具自动加工系统的发展。以上几项的实现将缩短新产 品的开发周期和产品的更新期，使得开发新产品达到“高质量、低成本、上 市快”的目标成为可能。 冲压模具发展

26、重点的选取应根据市场需求、 发展趋势和目前状况来确定。 现阶段应以汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模为冲压模具产 品发展重点。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。汽车覆盖件模具中发 展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具， 尤其是外覆盖件模具。 高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较 快的发展。多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高 寿命的级进模。精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其 精度。 3 冲压模具技术发展重点主要是朝信息化、高速化生产与高精发展。因此 从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CA

27、M 技术的应用，并持 续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具 CAD、CAM 技术应向宜人化、 集成化、 智能化和网络化方向发展， 并提高模具 CAD、 CAM 系统专用化程度。为了提高 CAD、CAE、CAM 技术的应用水平，建立完整 的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。从加工技术来 说，发展重点在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是发展高速铣 削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。高精度加工目前主要是发展模 具零件精度 1m 以下和表面粗糙度 Ra0.1m 的各种精密加工。提高模具标 准化程度，搞好标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。 模

28、具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。主要是为了提高冲 压模具的寿命。对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型 /模具 制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工 程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。 其他发展重点及展望的内涵十分丰富，其中专业化与标准化尤为重要。 由于历史和体制上的原因，我国模具专业化和标准化水平一直很低，其中冲 压模具的专业化比塑料模和压铸模更低。这在一定程度上妨碍了冲压模具的 发展，根据国内外模具专业化情况来看，专业化可以有多层意思： 1.模具生产于其他产品生产，专业生产模具外供； 2.按模具种类划分，专

29、门从事某一类模具生产； 3.在某一类模具中，按其服务对象或模具工艺及尺寸大小，选取该类模 具中的某种模具（例如汽车覆盖件模具、多工位级进模具、精冲模具等等） 进行专业化生产； 4.专业生产模具中的某一些零件（如模架、冲头、弹性元件等）供给模 具生产企业； 5.按工序开展专业化协作。例如目前社会上专门从事模具设计的公司、 专门进行型腔加工或电加工协作的企业、专门接受测量或热处理委托业务的 企业及专业从事抛光业务的企业等等，这种多层次的专业化促进了模具行业 的发展。但专业化的途仍旧遥远，必须加快进程才能适应形势。因此，这也 是发展重点2。 在信息化带动工业化发展的今天， 在经济全球化趋向日渐加速的

30、情况下， 我国冲压模具必须尽快提高水平。通过与发展，采取各种有效措施。在冲压 模具行业全体职工的共同努力奋斗之下，我国冲压模具也一定会不断提高水 4 平，逐渐缩小与世界先进水平的差距。“十一五”期间，在科学发展观指导 下，不断提高自主开发能力、重视创新、 、走新型工业化道，将速度效益型的 增长模式逐步转变到质量和水平效益型轨道上来，我国的冲压模具的水平也 必然会有一个质的飞跃。 5 第二章冲裁件的工艺分析 2.1冲裁件的结构形状 图 2-1工件图 名称：长孔圆垫片。 材料：10F。 材料厚度：2mm。 生产批量：大批量生产。 2.2冲裁件的工艺性 零件的冲压工艺性是指从冲压工艺的角度来衡量零件

31、的设计 （包括选材、 形状结构等）是否合理。即在满足零件使用要求的前提下，能否用最简单的、 最经济的冲压加工方法将零件制成。零件的工艺性好坏直接关系到其质量、 生产率、材料利用率和生产成本等。 如图 2-1 所示，零件为长孔圆垫片，材料为 10F，具有良好的冲压性能， 6 零件厚度 2mm，生产纲领为大批量生产。零件结构简单，结合工件实际尺寸， 零件内、外形所能达到的经济精度为 IT11级，要完成该制件的生产，需要 经过冲孔、 落料两道工序， 适合冲裁。 冲裁件的表面粗糙度数值一般在 12.5m 以下，具体数值见表 2-12。 表 2-1一般冲裁件剪切面的近似表面粗糙度 材料厚度 t/mm 表

32、面粗糙度 Ra/m 01 3.2 12 6.3 23 12.5 34 25 45 50 1 2.3确定工艺方案 该工件包括落料、冲孔两道工序，零件如图 1 所示，其加工的工艺方案 分为以下 3 种。 1.方案：采用单工序逐步加工。 (1)冲孔、落料单工序模。工序简图如图2-2所示。 冲孔落料 图 2-2 冲孔、落料单工序模 (2)落料、冲孔单工序模。工序简图如图2-3所示。 7 落料冲孔 图 2-3落料、冲孔单工序模 特点：由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便，但生产效率低， 工件精度低，不适合大批量生产。 2.方案：采用复合模加工成形。 工序简图如图 2-4所示。 图 2-4冲孔、落料复

33、合工序模 特点：生产效率高，工件精度高(IT9 级以下)，但凸凹模壁厚(工件内形与 外形之间、内形与内形之间的尺寸)受限。尺寸不能太小，否则影响模具强度。 8 3.第 3 种方案：采用级进模加工成形。 工序简图如图 2-5 所示。 落料 第3工位 空位 第2工位 冲孔 第1工位 图 2-5冲孔、落料级进模 特点：生产效率高，便于操作和实现生产自动化，但模具制造复杂，成 本高。 工艺方案的比较: 方案一，模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，两副模具，成本 相对较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工 序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以 满

34、足生产需要。故而不选此方案。所以不能选用方案一。由于工件中心孔与 其余 3 个内孔间距为 3mm， 由文献1表 2.23(凸凹模最小壁厚)知， 当材料厚 度为 2mm 时，最小壁厚需要 4.9mm，所以复合模受到壁厚的限制，不能选 用方案二。最终选用方案三，级进模加工。 9 第三章冲压工艺计算 3.1 冲裁件的的排样与搭边 3.1.1条料宽度和导尺宽度 根据工件工艺性，工件加工时采用导尺导正，无侧压装置。 条料宽度B：B0 D2(a)0 - 导尺间距离A：A B 2Z 式中A导尺间距离，mm； B条料宽度的基本尺寸，mm； D垂直于送料方向的最大尺寸，mm； a搭边值，mm； 条料宽度的单向极

35、限偏差，mm；=0.6mm4； Z条料与导尺间的最小间隙，mm；Z=0.5mm4。 B0 0 D2(a 20.6)0 ) - 522( -0.6 57.20 -0.6 mm A B 2Z57.20 -0.6 20.558.20 -0.6 mm 即，条料宽度B 57.20 -0.6 mm，导尺间距离A 58.20 -0.6 mm。 3.1.2确定步距 级进模送料步距S S D max a1 式中S送料步距，mm； D max 条料送料方向冲裁件最大尺寸，mm； a1搭边值，mm。 S 52 1.5 53.5mm 10 (3-1) (3-2) (3-3) 歩距S 53.5mm。 3.1.3排样 排样分为有搭边、少搭边和无