冷冲压复合模具设计与三维造型

冷冲压复合模具设计与三维造型,冲压,复合,模具设计,三维,造型 扬州大学机械工程学院 毕业设计（论文）前期工作材料 学生姓名： 胡晔明 学号： 100007112 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目： 冷冲压复合模具设计 与三维造型 指导老师： 张剑锋 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备注 1 毕业设计（论文）选题、审题表 1 2 毕业设计（论文）任务书 1 3 毕业设计（论文）实习调研报告 1 4 毕业设计（论文）开题报告（含文献综述） 1 5 毕业设计（论文）外文资料翻译（含原文） 1 6 毕业设计（论文）中期检查表 1 2014年 2 月17 日 扬州大学机械工程学院 本科生毕业设计（论文）选题、审题表 学 院 机械学院 选题教师 姓名 张剑锋 专 业 机械设计制造及其自动化 专业技术职务 教授 申报课题名称 冷冲压复合模具设计与三维造型 课题性质 A B C D E 课题来源 A B C D √ √ 课题简介 根据冷冲压件，设计一套含拉深工序的复合模具。使学生初步学会借助设计资料设计冲压模具，掌握冲压模具的设计步骤，模具设计资料的使用。 设计（论文） 要 求 （包括应具备的条件） 该课题主要完成电机罩壳冷冲压加工工艺设计、模具结构设计、主要零件三维造型及虚拟装配。学生的要求：具有模具设计的基础知识及三维CAD软件应用。 课题预计 工作量大小 大 适中 小 课题预计 难易程度 难 一般 易 √ √ 所在专业审定意见： 负责人（签名）： 年 月 日 院主管领导意见： 签名： 年 月 日 说明：1、该表作为本科学生毕业设计（论文）课题申报时专用，由选题教师填写，经所在专业有关人员讨论，负责人签名后生效； 2、有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏打“” 课题一旦被学生选定，此表须放在“毕业设计（论文）资料袋”中存档。 扬州大学机械工程学院 毕业设计（论文）任务书 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 胡晔明 学号： 100007112 毕业（论文）题目： 冷冲压复合模具设计 与三维造型 起 迄 日 期： 2014.2.17～2012.5.16 设计（论文）地点： 指 导 老 师： 张剑锋 专业负责人： 发任务书日期： 2014年 2 月 17 日  毕业设计（论文）任务书 1．本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过该课题的毕业设计可以使学生掌握冲压模具设计的基本原理和方法，综合运用本专业所学的专业基础理论和专业知识分析和解决冲压工艺和模具设计中的问题，着重培养学生的工程设计能力（主要包括设计、计算，绘图及三维CAD软件应用能力）以及独立解决和分析问题的能力。 2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1）查阅文献资料15篇以上、翻译不少于五千印刷符的英文资料； 2）冷冲压零件的工艺分析及冲压工艺设计； 3）拉深复合模设计； 4）拉深复合模主要零件的设计； 5）完成模具零件三维造型及模拟装配 6）加工工艺及模具设计说明书。 毕业设计（论文）任务书 3．对本毕业设计（论文）课题成果的要求（包括毕业设计论文、图表、实物样品等）： 1）零件冲压工艺规程； 一套 2）拉深复合模装配图 一套 3）拉深模主要零件的零件图，零件三维图与模拟装配图； 一套 4）冲压工艺规程及模具结构设计说明书； 一份 5）翻译不少于5000印刷符的英文资料。 一份 4．主要参考文献： 1）《机械制造工艺装备设计手册》 李庆寿 宁夏人民出版社 2）《UG范例教程》 黄贵东 清华大学出版社 3）《PRO/ENGINEER 2001机械设计实例教程》 卫朝富 中国铁道出版社 4）《模具设计与制造简明手册》 冯炳尧 上海科学技术出版社 5）《机械制造工艺标准手册》 张纪真 机械工业出版社 6）《中国模具设计大典》 中国机械工程协会 江西科学技术出版社 7）《冲压模具结构与设计图解》 （日）太田哲 国防工业出版社 8）《冲模结构图册》 9）《冲压工艺学》 李硕本 机械工业出版社 10）汽车覆盖件冲压成形技术 崔令江 机械工业出版社 毕业设计（论文）任务书 5、本毕业设计（论文）课题工作进度计划 起止日期 工 作 内 容 2.17～3.2 3.3～3.23 3.24～4.13 4.14～4.27 4.28～5. 7 5.8～5.16 1）资料收集、翻译、撰写开题报告 2周 2）编制冷冲压零件的冲压工艺规程 3周 包括冲压件的工艺性分析，确定工序性质、工序数目、工序顺序及工序间半成品的尺寸，确定冲模结构形式，选定冲压设备，进行必要的工艺计算并对冲压设备进行校核等。 3）冲模总体设计 3周 绘制冲模（总体）草图，初步确定冲模外形尺寸。 4）完成装配总图 2周 5）主要零部件设计 1.5周 设计各零部件具体结构，绘零件图；并完成零件三维造型及模拟装配。 6）整理设计说明书。 1.5周 所在专业审核意见： 负责人： 年 月 日 学院意见： 院长： 年 月 日 扬州大学机械工程学院 毕业设计（论文）开题报告 学 生 姓 名： 胡晔明 学号： 100007112 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目： 冷冲压复合模具设计与三维造型 指 导 老 师： 张剑锋 2014年 月 日 毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文 献 综 述 模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备,具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点,被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。2005年中国模具工业产值达到610亿元,增长率保持在25%的高水平,行业的生产能力约占世界总量的10%,仅次于日本、美国而位列世界第三。我国冲压模具产品的质量和生产工艺水平,总体上比国际先进水平低许多,而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。 冷冲压是在常温下，利用冲模在压力机上对板料或坯料施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得零件所需的形状、尺寸的一种压力加工的方法。利用冲压模具生产可以保证产品的尺寸精度，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港胞或钢带为配料，且在生产中不需要加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和材料等一系列优点。而模具则是大批量生产同形产品的工具，是生产各种工业产品的重要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。目前，工业生产中普遍采用模具成形工艺方法，以提高产品的生产率和质量。冷冲压技术的发展和模具技术的发展是相互促进，共同发展的。应该说，冷冲模具的研究和创新对于现代工业发展具有积极意义。随着工业的迅速发展，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和质量提高的要求。三维CAD/CAM系统的成功应用，使得计算机不再仅仅是设计过程中的绘图工具，也是设计者进行空间思维的辅助工具。三维设计，已成为产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。 本课题以冷冲压过程设计案例，以Solidworks为工具，进行冲裁模、弯曲模和成形模的设计研究工作。以冷冲压技术结合先进的CAD/CAM技术，进而提高提高生产率、减轻劳动强度和缩短模具的设计制造周期，进行压力容器冲压模具设计。具备了如下优点： （1）冷冲压技术与其他加工方法相比具有：冷冲压操作工艺方便，便于组织生产，是一种高效低耗的加工方法，适合大批量生产。而且冲压出的零件制品一般不需要进一步机械加工，互换性好，在耗费不大的情况下能获得强度高、刚度大而重量轻的零件。 （2）课题结合模具CAD/CAM技术，产品的设计过程中直接由三维模型转为二维图，可大大缩短设计时间，提高设计效率和设计质量，且能够较好地完成研制设计任务。同传统的模具设计相比，它在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。 （3）随着计算机技术的发展，计算机不再仅仅是设计过程中的绘图工具，也是设计者进行空间思维的辅助工具。课题结合三维技术并且使计算机运用到了生产设计的实践中，有一定的创新性。 相关的最新成果及动态 从20世纪70年代至今，计算机逐渐进入了模具生产的设计、制造、管理等各个领域；辅助进行零件图形输入、毛胚展开、调料排样、确定模具尺寸和标准、绘制装配图和零件图、输出NC程序等工作，使得模具设计、加工精度与复杂性不断提高，模具制造周期不断缩短。当前国际上计算机（CAD）和计算机辅助制造（CAM）的发展趋势是：继续发展几何图形系统以满足复杂零件和模具的要求；在CAD和CAM的基础上建立生产集成系统（CIMS）；开展塑性成形模拟技术的研究，以提高工艺分析和模具CAD的理论水平和实用性；开发智能数据库和分布式数据库，开发专家系统和智能CAD等。 随着工业技术和科学技术的发展和快速适应工业产品更新换代和提高质量的要求，发达国家从20世纪50年代就开始了模具CAD/CAM技术的研究。如美国通用汽车公司早在20世纪50年代就将CAD/CAM技术应用于汽车覆盖件的设计与制造；20世纪70年代日本机械工程实验室和日本旭光学工业公司分别开发了连续模设计系统MEL和冲空弯曲模系统PENTAX；1982年，日立公司研制了冲裁模CAD系统。到20世纪80年代，模具CAD/CAM技术已广泛应用于冷冲模具的设计与制造。 冷冲压的加工工艺在我国的具有悠久的历史。半个世纪以来，我国的冷冲压工艺和其他生产工艺一样得到了迅速的发展。冷冲压加工的工艺和设备正在不断的发展（包括冲压模具技术的发展），把冷冲压技术提高到了新的水平。为适应冷冲压工艺水平的提高，我国对冲模的研制也在不断加强。但是总体上说，我国模具工业起步较晚、基础差，就总量来看，大型、精密、浮渣、长寿名命模具产需矛盾仍然十分突出。虽然在模具的制造方法、手段方面达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但是在制造的质量、精度、制造周期和成本方面和国外还存在一定的差距。我国模具CAD/CAM技术从20世纪80年代才起步，长期处于低水平重复开发阶段，许多软件依赖于进口，对许多引进的CAD/CAM系统缺乏二次开发。以下是我国近年来模具产值模具进出口情况表： 从表一我们可以看出模具行业的发展是迅速的，其产值正在一年比一年提高。从表二看出我国模具的进出口重量保持上升势头，由于在大型、精密、浮渣、长寿命模具缺乏的情况下，高技术的模具依赖于进口。所以研究和提高冷冲压模具，并把CAD/CAM技术运用于模具设计的实际中去对于我国模具发展的具有十分重要的意义。 目前冲压技术的发展方向： （1）精密冲裁：普通冲裁件断面粗糙、精度低，而精密冲裁可以使零件有光洁的断面和高的精度。目前已有的相当一部分过去用切割加工的零件改为精密冲裁，精密冲裁工件的厚度可达到2mm。因此，精密冲裁以无切屑加工代替了大量切削加工，从而大大降低了生产成本。 （2）应用先进工艺：气体、液体、橡胶、超塑性成型等先进工艺，对某些复杂零件的成型有明显的效果，要深入研究其变形机理，确定合理工艺参数，提高成型效能和实用性。 （3）冲压生产机械化、自动化：研制自动送、退料装置，多工位自动压力机，自动生产线，带自动保护的监视和检测装置等，这是提高劳动生产率、减轻劳动强度和保证操作安全的有效措施。 （4）模具标准化：不仅要有各种规格和精度的模架标准，还要发展典型模具结构和零部件的标准化工作，降低模具设计复杂程度，降低模具制造技术，缩短生产准备周期。 （5）发展模具的计算机辅助设计与辅助制造：计算机辅助设计，就是用电子计算机作为信息处理手段，进行最佳判断、计算，实现综合设计。计算机辅助制造，就是生产人员借助计算机对模具制造实行监督、控制和管理。将模具设计与制造联成一个统一的计算机控制系统，是向自动化发展的有效途径，对提高模具设计与制造质量、简化模具设计和生产管理将起巨大的作用。 参考文献 [1]李名尧. 模具 CAD/CAM[M].北京：机械工业出版社，2004，1 [2]徐炜炯.冷冲压技术问答（上册）[M].北京：机械工业出版社，1995，1 [3]华中科技大学.模具设计基础及模具CAD [M]. 北京：机械工业出版社，2005，1-2 [4]王秀凤等.冷冲压模具设计与制造[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2005，1-2 [5]李名尧. 模具 CAD/CAM[M].北京：机械工业出版社，2004，13 [6]表格来自中国轻工模具网.www.mouldscity.com [7]徐炜炯.冷冲压技术问答（上册）[M].北京：机械工业出版社，1995，1 [8]文群. 提高冷冲压模具寿命的措施 [N] .中国化工报.2007-4-4. [9]殷国富. Solidworks 2004模设计实例精解[M].北京：机械工业出版社，2005，1-2  毕业设计（论文）开题报告 2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 课题主要内容是研究冷冲压模具的设计，根据冷冲压过程设计其冷冲压模具。首先应该深入学习机械设计、机械CAD/CAM、冷冲压技术等相关在课题研究中需要掌握的理论知识，理论的掌握是实践的基础。同时应该对所设计的冷冲模具的对象结构和生产制造工艺进行全面的了解。再运用Solidworks对所涉及的压力容器进行三维实体的绘制，并利用Solidworks的工程图生成功能输出二维视图。这样利用三维软件就可以加速产品开发的进程，缩短了设计的周期，也确保了产品的质量。把计算机辅助设计运用到了压力容器设计的实际之中，这也是本课题的创新点之一。 冷冲模具是模具类别中应用最广泛的一种，通过模具对金属的直接加压使其产生塑性变形，金属材料分离，以获得一定尺寸和性能的金属零件。模具的设计过程是和生产实际分不开的。所以设计的方法是要在深入学习机械设计、机械CAD/CAM、冷冲压技术等相关在课题研究中需要掌握的理论知识，发挥Solidworks这一三维设计软件在模具设计与制造中的作用同时，并且与XXX厂产品的生产过程和工艺相结合，运用理论联系实际，实践推动理论的研究方法进行有效方法进行压力容器的冲裁模、弯曲模和成形模的设计工作。 模具设计者进行模具设计时，首先应该根据所收集到的设计资料，经过充分理解、研究、确定模具结构设想后，在允许的情况下调查使用单位和制造单位，征求其意见，摸清设备状况及技术情况以及加工能力，作出初步方案开始进行模具设计。 冷冲模具的一般设计路线为： （1) 分析整理技术资料，确定设计依据。 （2）确定工艺方案，决定模具结构形式。 （3）绘制模具草图，进行零部件设计及必要的工艺计算。 （4）进行冲模的总体设计。 （5）模具主要零件结构设计。 （6）选定冲压设备。 （7）绘制模具总图。 （8）绘制各非标准零件图 （9）编写设计计算说明书。 毕业设计（论文）开题报告 指导教师意见： 1．对“文献综述”的评语： 2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导老师： 年 月 日 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 扬州大学机械工程学院 毕业设计（论文）外文资料翻译 教 科 部： 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 胡晔明 学 号： 100007112 外 文 出 处： （用外文写） 指导老师评语 签 名： 年 月 日 注：请将该封面与附件装订成册。 扬州大学机械工程学院毕业设计（论文）中期检查表 学生姓名 胡晔明 学号 100007112 指导教师 张剑锋 选题情况 课题名称 冷冲压复合模具设计与三维造型 难易程度 偏难 适中 偏易 工 作 量 较大 合理 较小 符合规范化 的要求 任务书 有 无 开题报告 有 无 外文翻译质量 优 良 中 差 学习态度 出勤情况 好 一般 差 工作进度 快 按计划进行 慢 中期工作汇报及解答问题情况 优 良 中 差 中期成绩评定： 所在专业意见： 负责人 年 月 日 胡晔明 冷冲压复合模具设计与三维造型 冷冲压复合模具设计与三维造型 专 业：机械设计制造及其自动化 学 生： 胡晔明 指导老师： 张剑锋 完成日期： 2014年6月2日 42 扬州大学机械工程 中文摘要 本设计为一垫板的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成这篇毕业设计。 关键词：模具；冲裁件；凸模；凹模；凸凹模； Abstract The design for a plate of cold stamping die design, according to the size of the design components, materials, mass production, etc., the first part of the process of analysis to determine the blanking process planning and die structure of the program, and then through the process design calculations, determine the nesting and cutting board, calculate the pressure and pressure washed centers, primary presses, computing convex and concave Die Cutting Edge dimensions and tolerances, the final design selection of parts and components, to press for checking, drawing die assembly drawings, as well as Mold processing technology of the main parts to the preparation procedures. In which the structural design, primarily to the punch and die, punch and die, positioning parts, unloading and out of pieces of equipment, mold, pressing equipment, fasteners, etc. has been designed, for the selection of some components are standard parts , there is no in-depth design, and structural design, while some parts for the processing process analysis and ultimately to complete this graduation project. Key words: mold; stamping parts; punch; die; punch and die;  中文摘要 2 Abstract 3 第一章 绪论 5 1.1冲压磨具的意义 5 1.2冲压模具行业发展现状 5 1.3选题的目的与意义 6 第二章工艺分析 8 2.1可选方案 8 2.1.1冲压方案一： 8 2.1.2冲压方案二： 11 2.2方案分析 14 2.3方案对比 15 第三章 工艺计算 16 3.1落料工艺计算 16 3.1.1工艺性分析 16 3.1.2排样与搭边 16 3.1.3.冲压力计算 17 3.1.4.压力中心计算 17 3.1.5.冲裁间隙 17 3.1.6.凸、凹模刃口尺寸计算 18 3.2．拉深 19 3.2.1.拉深毛坯的确定 19 3.2.3.拉深工艺计算 19 3.2.4.确定各次拉深凸、凹模圆角半径及筒壁高度 20 3.2.5.凸、凹模间隙及刃口尺寸 22 3.2.6.压边力和拉深力的计算 23 3.2.7.拉深功的计算 23 3.3翻边 24 3.3.1翻边工艺简介 24 3.4．冲孔 26 3.4.1凸缘孔： 26 第四章 模具的结构与零件设计 28 4.1模具的结构 28 4.2模具的工作原理 28 4.3模具主要零件设计 29 4.3.1工作零件设计 29 4.3.2卸料装置 32 4.3.3模架 33 总 结 38 致谢 39 参 考 文 献 40 附录 41  第一章 绪论 1.1冲压磨具的意义 模具是工业生产的基础工艺装备。在飞机、汽车、发动机、电机、电器、电子、仪表和通信等产品中,60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗,是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为600亿美元。模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,因为模具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,并在很大程度上决定企业的生产空间。振兴和发展我国的模具工业,已经是人们的普遍共识。 美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，模具的产生使得整个工业社会向前迈进了一大步。模具制造技术有别于传统的机械制造技术，模具制造的精髓是“一模一样”。其制造的精度很高，后期所需的机加工比传统制造方法少很多。更为关键的是，模具制造的效率很高，产品的合格率高，这些都是现代工业社会所必须的。因此，模具工业很好的适应并改变了这个社会工业结构模具的产生是工业界的一场革命，目前在电子、汽车、电机、仪器仪表等工业产品中，大多数都依靠模具进行成型。模具成型具有高精度、高复杂性、高一致性以及高生产率、低消耗的特点，是其他价格制造方法无法比拟的。我国很重视模具的发展，目前模具刚也正向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能的方向发展。模具在很大程度上决定了产品的质量、效益和开发能力，因此进行模具知识的深入学习很有必要。 1.2冲压模具行业发展现状 一些工业发达国家的模具工业发展较快，据有关资料所载：有的国家模具的总产值已超过了机床工业的总产值。模具工业在这些国家以摆脱了产品的从属地位而发展为独立行业，是国民经济的基础工业之一。模具制造技术，特别是制造精密、负载、大型、长寿命模具技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。目前，国外模具生产中，采用了许多新工艺、新技术、新材料和先进设备，不仅有效地提高了模具制作质量，而且提高了模具制造的机械化、自动化程度。预计工业发达国家的模具工业还将有新的发展。 我国的模具工业，近三十年来也有较大发展，除了港、澳、台外，全国已有模具生产厂2000余家，从业人员60余万人，每年生产了百万套模具。其中，多工位级进模等复杂模具和长寿命硬质合金模具的生产及应用有了进一步扩大。此外，为了满足新产品试制和小批量生产的需要，我国模具行业也制造了多种结构简单、生产周期短、成本低的简单模具，如铁皮冲模、聚氨酯橡胶模、低熔点合金模和锌合金模具以及组合模具、可调冲孔模具等。特别是各种数控机床、电火花机床、线切割机床以及加工中心等先进设备使用的不断扩大，使模具品种不断增加，质量不断提高。特别是计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术应用的逐渐扩大，为模具工业的发展带来了新的生机。 尽管我国的模具工业这些年发展较快，且制造水平有了一定程度的提高，但与工业发达国家相比仍有较大差距，主要表现在模具品种少、精度差、寿命短和生产周期长等方面。由于制造技术落后，造成模具供不应求的状态，远不能满足国民经济发展的需要，严重影响了工业产品的更新速度和质量的提高。许多模具，特别是精密、复杂、大型的模具，由于国内不能制作，不得不从国外高价引进。为了改变这种局面，国家已采取了许多措施促进模具工业的发展，争取在较短时间内使模具生产基本适应各行业产品发展的需要，掌握生产精密，掌握生产精密、复杂、大型、高寿命模具的技术，并使模具及其零件标准化程度明显提高，降低生产成本，缩短制作周期，实现大批量生产，满足市场需要。 1.3选题的目的与意义 本课题为冷冲压磨具设计，模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经是衡量一个国家制作业水平高低的重要标志之一，而本题的研究将涉及一些二维及三维软件软件的应用，如Cad等，以及相关软件的应用 。在 独立思考、独立工作能力方面获得培养和提高。随着冲压制品在机械、电子、交通、国防、农业、等各个行业广泛应用，对冲压具的需求日益增加，塑料模在国民经济中的重要性也日益突出。同时本次毕业设计还设计流分析及数控加工。因此通过本次设计将对我所学的知识巩固及灵活运用所学知识来解决解决实际问题有着深远的意义。 第二章工艺分析 图2-1 零件图 由零件图可知，制造该零件，需要经落料、拉深、冲孔、翻边等一系列工艺方法的组合，因此方案也会很多。下面我将比较几种不同工艺方案的优劣，从而选出最佳方案。 2.1可选方案 2.1.1冲压方案一： （1） 落料拉深复合 图2-1零件拉深工艺图 （2）反拉深 图2-2零件反拉深工艺图 （3）再次拉伸 图2-3零件拉深工艺图 （4）切边 图2-4零件切边工艺图 （5）凸缘冲孔 图2-5零件凸缘冲孔工艺图 （6）翻边 图2-6零件翻边工艺图 2.1.2冲压方案二： （1）落料 2-7零件落料工艺图 （2） 拉深 2-8零件拉深工艺图 （3）再次拉伸 2-9零件拉深工艺图 （4） 拉深 2-10零件拉深工艺图 （5）切边 2-11零件切边工艺图 （6）翻边 2-12零件翻边工艺图 （7）凸缘冲孔 2-13零件凸缘冲孔工艺图 2.2方案分析 该零件所需的冲压工序为：落料，拉深，冲孔，修边。可拟定以下两套工艺方案： 方案一：：用复合模和简单摸具相结合，即用一套复合模完成落料和拉深，一套完成拉深冲孔，用一套简单摸具完成修边工序用一套简单摸具完成翻边。 方案二用简单的磨具，即为四套简单的摸具分别完成落料、拉深和冲孔修边翻边四个工序。 分析几套方案的优缺点： 方案一复合模简单模相结合的方案，将简单与复合模具的优点集中在一起很好的克服了简单模具生产精度低，操作困难，复合模的生产制造和修模困难的缺点，实现了高效率，高精度，简单操作的大量生产。 2.3方案对比 表2—1 方案对比表 对比 方案 方案一 方案二 工序数 6 7 经济性 经济 不经济 可行性 可行 不可行 能否满足设计要求 能 不能 因此，采用方案一进行模具设计。 第三章 工艺计算 3.1落料工艺计算 3.1.1工艺性分析 材料：20号钢 料厚：1.5mm 大批量生产。 外形最大尺寸：123mm 形状特点：简单、结构对称、精度要求不高，可以采用冲裁加工。 冲模类型：落料拉深复合模 冲模结构形式：倒装复合模 3.1.2排样与搭边 排样：零件形状简单且尺寸较大，采用直排 搭边值：查表得： ① 条料宽度：送料采用无侧压装置 由公式得： 得： （3—1） B=123+2(1.5+1)+1=130 式中：B—条料宽度的公称尺寸(mm) —条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸(mm) a—侧面搭边(mm) —条料宽度方向的单向偏差(mm)，值可查表 ② 导料板之间的距离： 3.1.3.冲压力计算 查表得，10号钢抗剪强度 ③ 冲裁力： （3—2） 式中F—冲裁力(N) L—冲裁件周边长度(mm) t—材料厚度(mm) —材料抗剪强度(MPa) 卸料力： （3—3） 顶料力： （3—4） 式中F—冲裁力 —卸料力系数，查表得 ④ —顶料力系数，查表得 3.1.4.压力中心计算 由于落料件为圆形，所以其压力中心为其几何中心，即圆心。 3.1.5.冲裁间隙 冲裁间隙指凸、凹模刃口间缝隙的距离。冲裁间隙是冲压工艺和模具设计中的重要参数，它直接影响冲裁件的质量、模具寿命和力能的消耗。 由相关表格查得：当料厚t=1.5mm时， 单面间隙： 3.1.6.凸、凹模刃口尺寸计算 因为落料件的形状为圆形，规则简单，所以采用分开加工法制造凸、凹模。 落料时，以凹模尺寸为基准进行刃口尺寸计算： 凹模： （3—5） 凸模： （3—6） 式中 、—落料凹模与凸模刃口尺寸(mm) D—落料件基本尺寸(mm) 、—凹模上极限偏差与凸模下极限偏差(mm) —冲裁件公差(mm) —凸、凹模最小初始单面间隙(mm) —磨损系数，与制造精度有关，可按下列关系选取: 冲裁件公差等级IT10以上时，；冲裁件公差等级IT11~IT13时，；冲裁件公差等级IT14以下时， 由零件图得:冲裁件公差等级为9级，所以所以 · 、的值可由相关表查得 ⑤ 3.2．拉深 3.2.1.拉深毛坯的确定 3.2.1.1确定拉伸毛坯形状和尺寸的方法 由于拉深件为带凸缘的筒形件，所以选择毛坯形状为圆形。 筒形件的拉深可以近似看成不变薄拉深，所以计算毛坯尺寸可采用等面积法。 3.2.1.2修边余量 由于流动条件和材料的各向异性，毛坯拉深后，工件边口不齐。一般拉深后都要修边，因此在计算毛坯尺寸时，必须把修边余量计入工件。 查表得：修边余量 ⑥ ⑥ 因拉深时毛坯会少许变薄，材料会向边缘延伸，所以修边余量取小，。 3.2.1.3拉深件毛坯尺寸的计算 用等面积法计算毛坯直径为：D=123mm。 3.2.2.判断是否采用压边圈 采用条件为： 满足条件 所以首次拉深采用压边圈。 3.2.3.拉深工艺计算 由公式可知，该筒形件为宽凸缘筒形件，其拉深工艺按照无凸缘筒形件拉深进行计算，在最后一次拉深时拉出凸缘并校平即可。 3.2.3.1判断能否一次拉深成形 总拉深系数 查表得，首次拉深极限系数 0.43 ⑦ 因为，所以不能一次拉深成形。 3.2.3.2初步确定拉深系数 计算毛坯相对厚度： 根据毛坯相对厚度查表4.23 ⑧ 因为第一次拉深时凹模圆角半径较大，所以查得拉深系数为： …… 根据拉深系数算出每次拉深的直接为： 因为第二次拉深后筒形件直径小于48.5mm，所以拉深次数为3次。 3.2.3.3调整拉深系数 极限拉深系数 实际拉深系数 各次拉深直径 拉深系数差值 +0.05 +0.074 +0.081 如上表所示，调整最后次拉深直径为标准直径，同时要保证调整前后拉深系数的差值为相近数值。 3.2.4.确定各次拉深凸、凹模圆角半径及筒壁高度 3.2.4.1圆角半径计算 根据零件图可以看出，最后一次拉深，即第三次拉深时，筒底的圆角半径为3mm。所以，第三次拉深时，凸模的圆角半径 凹模圆角半径可以与凸模相同，则。 根据筒底圆角半径从首次拉深到拉深结束越来越小的原则，取第一次拉深凸、凹模圆角半径分别为，取第二次拉深凸、凹模圆角半径分别为。 因此凸、凹模圆角半径为： 模具 拉深 首次拉深 第二次拉深 第三次拉深 凸模 r=3mm 凹模 R=3mm 3.2.4.2筒壁高度计算 首次拉深高度 （3—7） 式中D—毛坯直径(mm) —首次拉深工件直径(mm) —零件的凸缘直径(mm) rpi—首次拉深件凹模处圆角半径(mm) rdi—首次拉深件凸模处圆角半径(mm) 代入数据计算得，取30mm 所以首次拉深高度为30mm 第二次拉深高度即为产品的高度为 第三次拉深高度即为产品的最终高度， 所以三次拉深高度分别为： 3.2.5.凸、凹模间隙及刃口尺寸 3.2.5.1凸、凹模间隙 决定凸模和凹模单边间隙Z时，不仅要考虑材质和板厚，还要注意工件的尺寸精度和表面质量，尺寸精度高、表面粗糙度低时，模具的间隙应取得小一些，间隙值应与板料厚度相当。 用压边圈时： 式中—材料最大厚度 —凸、凹模单面间隙 —间隙系数，可由表查得数值 ⑨ 代入数值计算得： 最后一道拉深工序的间隙应根据零件的尺寸精度和表面质量要求来取，且与板料厚度相当。 当拉深黑色金属时： 则凸、凹模单面间隙为：首次拉深： 二次拉深： 3.2.5.2凸、凹模刃口尺寸 首次拉深：凸模 （3—9） 凹模 （3—10） 二次拉深：凸模 （3—11） 凹模 （3—12） 3.2.6.压边力和拉深力的计算 一般来说，拉深过程中的起皱是不允许的，必须采取措施防止或消除起皱缺陷。最常用的防止起皱的方法是采用合适的模具结构，如采用锥形凹模、设置压边圈等，本次设计采用压边圈的方法防止起皱。 由压边圈采用条件表格查出 ⑩ 首次拉深采用压边圈，第二次拉深不采用压边圈。 3.2.6.1压边力计 （3—13） 3.2.6.2拉深力计算 首次拉深： （3—14） 二次拉深： （3—15） 3.2.7.拉深功的计算 由于拉深成形的行程较长，消耗功较多，因此，对拉深成形出了计算拉深力，还需要校核压力机的电动机功率。 拉深功: （3—16） 式中 W—拉深功(J) h—凸模工作行程(mm) —最大拉深力(包含压料力)(N) C—系数，C=0.6~0.8 根据拉深功W计算压力机的电机功率，可以用下式计算： （3—17） （3—18） 式中 N—电机功率(kW) K—不平衡系数，K=1.2~1.4 —压力机效率，=0.6~0.8 —电机效率，=0.9~0.95 n—压力机每分钟行程数 若选用的拉深压力机的电动机功率小于上述计算值，则应另选更大功率的压力机。 3.3翻边 3.3.1翻边工艺简介 在坯料的平面部分或曲面部分上，利用模具的作用，使之沿封闭或不封闭的曲线边缘形成有一定角度的直壁或凸缘的成型方法称为翻边。 翻边是冲压工艺的一种。 翻边的种类很多，分类方法也不尽相同。其中按变形性质可以分为伸长型翻边和压缩型翻边。 翻边：是指在毛坯的平面部分或曲面部分的边缘，沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法 。 影响极限翻边系数的主要因素有： 翻边 (1)材料的塑性 材料的延伸率δ、应变硬化指数和各向异性系数越大，极限翻边系数就越小，有利于翻边。 (2)孔的加工方法 预制孔的加工方法决定了孔的边缘状况，孔的边缘无毛刺、撕裂、硬化层等缺陷时，极限翻边系数就越小，有利于翻边。目前，预制孔主要用冲孔或钻孔方法加工，数据显示，钻孔比一般冲孔的min小。采用常规冲孔方法生产效率高，特别适宜加工较大的孔，但会形成孔口表面的硬化层、毛刺、撕裂等缺陷，导致极限翻边系数变大。采取冲孔后进行热处理退火、修孔或沿与冲孔方向相反的方向进行翻孔使毛刺位于翻孔内侧等方法，能获得较低的极限翻边系数。用钻孔后去毛刺的方法，也能获得较低的极限翻边系数，但生产效率要低一些。 (3)预制孔的相对直径 预制孔的相对直径/越小，极限翻边系数越小，有利于翻边。这是因为同样的预制孔径，材料的厚度越大，厚度方向压应的允许绝对值增大，根据体积不变定律，所以翻边时变形区边缘将要开裂时的极限切向应变值增大，由可知，极限翻边系数就越小。 (4)凸模的形状 球形凸模的极限翻边系数比平底凸模的小。此外，抛物面、锥形面和较大圆角半径的凸模也比平底凸模的极限翻边系数小。因为在翻边变形时，球形或锥形凸模是凸模前端最先与预制孔口接触，在凹模口区产生的弯曲变形比平底凸模的小，更容易使孔口部产生塑变形。所以相同翻边孔径D和材料厚度t时，可以翻边的预制孔径更小，因而极限翻边系数就越小。 翻边的制造标准：MSS SP-43、ASME B16.9、GB/T12459等标准。材质有碳钢、不锈钢、合金钢等。 3.4．冲孔 3.4.1凸缘孔： 3.4.1.1.冲压力的计算 查表得，20号钢抗剪强度 冲裁力： （3—19） 式中F—冲裁力(N) L—冲裁件周边长度(mm) t—材料厚度(mm) —材料抗剪强度(MPa) 卸料力： （3—20） 顶料力： （3—21） 式中F—冲裁力 —卸料力系数，查表得 —顶料力系数，查表得 3.4.1.2.压力中心 端面孔整体成中心对称，所以压力中心为对称中心，即为圆心。 3.4.1.3.冲裁间隙 由相关表格查得：当料厚t=1.5mm时， 单面间隙： 3.4.1.4.刃口尺寸计算 因为冲孔的形状为圆形，规则简单，所以采用分开加工法制造凸、凹模。 冲孔时，以凸模尺寸为基准进行计算。 凸模： （3—22） 凹模： （3—23） 式中 、—冲孔凹模与凸模刃口尺寸(mm) d—冲孔件基本尺寸(mm) 、—凹模上极限偏差与凸模下极限偏差(mm) —冲裁件公差(mm) —凸、凹模最小初始单面间隙(mm) —磨损系数，与制造精度有关，可按下列关系选取: 冲裁件公差等级IT10以上时，；冲裁件公差等级IT11~IT13时，；冲裁件公差等级IT14以下时， 由零件图得:冲裁件公差等级为9级，所以、的值可由相关表查得。⑤ 第四章 模具的结构与零件设计 本设计采用了两套模具，分别为首次拉深的落料拉深复合模和第二次拉深的拉深模。后者较为简单，因此本节只介绍第一套模具的结构与零件组成。 4.1模具的结构 落料拉深复合模分为两种结构形式：正装式和倒装式。若凸凹模在上模部分则为正装复合模，凸凹模在下模部分则为倒装复合模。下面比较两种结构形式的优缺点： 序号 正装 倒装 1 对于薄工件能达到平整要求 不能达到平整要求 2 操作不便，不安全，孔的废料由打棒打出 操作方便，能装自动拨料装置，既能提高生产效率又能保证安全生产。孔的废料通过凸凹模的孔往下漏 3 废料不会再凸凹模孔内积聚，可减少孔内废料的涨力，有利于凸凹模减小最小壁厚 废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度 4 凹模的面积较大，有利于冲压复杂工件的结构 如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底板，不需固定板 因为本套模具不存在冲孔工艺，所以不需要考虑孔的废料问题。且正装可以保证更高的平整度，另外正装结构也比较简单，所以决定采用正装结构。 4.2模具的工作原理 如图所示为正装式落料拉深复合模，处在上模部分的工作零件既是落料凸模也是拉深凹模，即凸凹模。处在下模部分的工作零件为落料凹模、拉深凸模。 工作时，条料送进，由带导料板的固定卸料板导向，冲首件时，以目测定位。以后各次，则以挡料销定位。拉深压边力靠下部的弹件器的弹簧提供，通过四根顶杆和压边圈进行传递，冲压后把工件顶起。若工件被顶起后卡在凸凹模内，则由推件块推出。卸料靠固定卸料板进行。其中，落料凹模高于拉深凸模的距离应大于一个料厚，以保证先落料后拉深。 插图一张 图4—1 落料拉深复合模 4.3模具主要零件设计 4.3.1工作零件设计 4.3.1.1拉深凸模 凸模是直接与毛坯接触，使其发生变形从而得到所需形状的工作零件。拉深凸模与拉深凹模配合才能进行工作。 图4—2 拉深凸模零件图 4.3.1.2落料拉深上模 图4—3 落料拉深凸模零件图 4.3.1.3落料下模 图4—3 拉落料下模零件图 4.3.2卸料装置 卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模等等。 卸料板常用结构： （1）固定卸料板：用于厚料或硬材，卸料力大，使用安全。但送料操作受约束，常用于料厚大于0.5mm，平面度要求不高的工件。 （2）弹性卸料板：具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面度提高。 因为本套模具已有压料装置，且固定卸料板可以用于送料，所以采用固定卸料板。 图4—4 卸料板零件图 4.3.3模架 模架包括上模座、下模座、导柱和导套。根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质，模架可分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。本套模架采用滑动导向模架。滑动导向模架又有4中结构形式，即对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架和后侧导柱模架。 对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架的共同特点是：导向装置都安装在模架的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠。所以要求导向精确可靠的都采用这3种结构形式。对角导柱模架上、下模座的工作平面的横向尺寸L一般大于纵向尺寸B，常用于横向送料的级进模、纵向送料的单工序模或复合模；中间导柱模架只能纵向送料，一般用于单工序模或复合模；四导柱模架常用于精度要求较高或尺寸较大的生产及大批量生产用的自动模；后侧导柱模架的特点是导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便，但如果有偏心载荷，压力机导向又不准确，就会造成上模歪斜，导向装置和凸、凹模都容易磨损，从而影响模具寿命，故一般用于较小的冲模。 本套模具采用中间导柱式模架。 4.3.3.1模座 模座主要起支撑和固定的作用 模座是安装与固定工作零件、导向零件、顶出零件、紧固和定位零件，并与设备滑块、工作台相连接的重要部件，须有足够的强度和精度。模座一般是通用的，设计时根据设备的模具空间，再结合零件的形状合理确定结构。 图4—5 模座零件图 4.3.3.2导柱导套 导柱与导套结构有标准中选取，尺寸由模架中参数决定。 导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端与上模座顶面的距离不小于2mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5—2mm。导柱与导套之间的配合为H7/h6，导套与上模座之间的配合为H7/r6,导套与下模座之间的配合为H7/r6.导柱与导套材料为20钢，热处理硬度为HRC58—62. 图4—6 导柱零件图 图4—7 导套零件图 总 结 历经两个月的毕业设计即将结束，敬请各位老师对我的设计过程作最后检查。 在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，请教工厂中极具经验的模具设计人员和工人师傅以及各位老师有关模具方面的问题，是我第一次真正接触和我专业模具设计的课题，通过它可以让我更好的锻炼和巩固我在大学四年来所学的知识。特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。使我对冲压模具设计的各种成型方法，成型零件的设计，成型零件的加工工艺，主要工艺参数的计算，产品缺陷及其解决办法，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。模具在当今社会生活中运用得非常广泛，掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。 从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程，因为是第一次设计模具，时间和我的工作经验少的因素，从中也许有点不足和缺陷，还望老师和同学多多批评指导。我对模具的认识过程亦是如此。不过经过两个月的努力，我相信这次毕业设计一定能为四年的大学生涯划上一个圆满的句号，为将来的事业奠定坚实的基础。 在这次设计过程中得到了工厂设计人员和王老师等各位老师以及许多同学的帮助，特别是李老师的悉心指导，使我受益匪浅。在此，对关心和指导过我的各位老师和同学再次表示衷心的感谢。 设计者 胡晔明 致谢 光阴荏苒，美好的大学时光即将画上一个句号。回望过去，仿佛昨日。孜孜不倦的老师，善良可爱的同学，美丽幽静的校园，一直陪伴着我，见证了我的成长。 第一次独自离家求学，哭过、害怕过，正是因为有远方亲人的鼓励支持，身边老师同学的关心帮助，我才能快速的适应新的环境，顺利的完成学业。 历时半年之久的论文写作，终于结束了。从最初的选题、写开题报告，到后来的初稿、定稿， 并不是一帆风顺的。在这期间，有很多人给我帮助，给我建议。 首先，我要感谢指导老师对我的悉心指导。在我没能及时跟老师联系，讨论论文问题的时候，老师打电话提醒我，给我提出问题，让我及时改正。老师诲人不倦的精神，治学严谨的态度，让我无比钦佩。还要感谢大学期间遇到的其他老师，谢谢你们让我在学到知识的同时，也学到了如何做人，你们的言传身教将让我一生受用。 其次，感谢我的同学们。感谢你们在我的写作过程中帮我查阅文献资料，给我提出建议，帮我查阅错别字，还要感谢你们陪伴我度过了最美好的大学时光。 最后，我还要感谢我的亲人，谢谢你们在远方对我的关心、支持与鼓励，让背井离乡的我依然感受到温暖。 我始终相信，没有比人更高的山峰，没有比脚印更长的旅程！虽然大学生活即将结束，但学习是永无止境的。我将继续前行，去攀登知识的高峰，踏遍学问的大道，生命不息，奋斗不止。 参 考 文 献 1、《模具设计与制造》谢昱北主编 北京大学出版社， 2005. 2、《冲压成型技术》康俊远主编 北京理工大学出版社， 2008. 3、《冲压模具设计实用手册》郑家贤主编 机械工业出版社， 2005. 4、《冲压工艺与模具设计》钟毓斌主编 华北航天工业学院， 2005. 5、《实用冲压模具设计手册》郑可锽主编 北京宇航出版社， 1990. 6、《冷冲压模具图集》齐卫东主编 北京理工大学出版社，2007. 7、《机械制图》郭纪林 余贵英主编 大连理工大学出版社， 2005. 8、《互换性与技术测量韩进宏主编 机械工业出版社， 2006. 9、《模具制造工艺学》 胡彦辉主编 重庆大学出版社， 2006. 10、《机械设计手册》 成大先主编 北京化学工业出版社， 1994. 11、《金属学与热处理原理》刘北兴主编 哈尔滨工业大学出版社， 2005. 12、《成型工艺与模具设计》 鄂大辛主编 北京理工大学出版社， 2007 13、《冲木结构设计方法、要点及实例》 张正修主编 机械工业出版社， 2007 14、《冲模结构图册》 王新华主编 机械工业出版社， 2003 15、《冲压工艺与模具设计》 钟斌主编 机械工业出版社， 2000 附录 落料拉深复合模三维图： 第二次拉深模三维图：