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1、-机械毕业设计（论文）-限位板冲压成形工艺与模具设计厚度6（全套图纸）-第 16 页1 绪 论 目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。1.1 国内模具的现状和发展趋势1.1.1 国内模具的现状我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值
2、530亿元。进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。全套图纸，加153893706在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业发展
3、迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足: 第一，体制不顺，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是1520万美元，有的高达2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过
4、去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。 第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45
5、%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1.1.2 国内模具的发展趋势 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发
6、展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面: 1） 模具日趋大型化； 2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术； 3）模具扫描及数字化系统； 4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； 5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；7）模具的精度将越来越高； 8）模具研磨抛光将自动化、智能化； 9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；10）开发新的成形工艺和模具。1.2 国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品
7、中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并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。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织-德国机械制造
8、商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多1520万美元，有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到451.3 限位板落料级进模具设计与制造方面1.3.1 限位板
9、冲孔落料级进模具设计的设计思路冲裁是冲压工艺的最基本工序之一，它是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。它包括落料、冲孔、切边、修边、切舌、剖切等工序，其中落料和冲孔是最常见的两种工序。冲裁在冲压加工中应用极广。它既可直接冲出成品零件，还可以对已成形的工件进行再加工。普通冲裁加工出来的制件的精度不高，一般情况下，冲裁件的尺寸精度应在IT12级以下，不宜高于IT10级。只有加强冲裁变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定冲裁工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冲裁变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。限位板是典型的冲压件，
10、该模具工作过程很简单就是冲孔和落料，根据零件图的结构和尺寸精度以及材料的性能确定完成该冲件所需要的模具类型.因此，综合考虑各种因素后采用复合模。根据计算的结果和选用的标准模架，判断此次冲裁能不能采用标准的模架。为了保证制件的顺利加工和顺利取件，模具必须有足够高度。要改变模具的高度，只有从改变导柱和导套的高度,改变导柱和导套的高度的同时,还要注意保证导柱和导套的强度. 导柱和导套的高度可根据冲裁凸凹模与落料凹模工作配合长度决定设计时可能高度出现误差，应当边试冲边修改高度。1.3.2 限位板模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间10天；2.确定加工方案，所用时间5天；3.模具
11、的设计，所用时间30天；4模具的调试所用时间5天2 冲压件工艺分析设计内容：工件名称：限位板 生产批量：大批量 材料：A3厚度：6mm工件简图：如下图图（1）所示 A3钢是普通质量碳钢，在生产过程中不需要特别控制质量要求，并且具有良好的冲压性能，因此适合限位板的大量生产。图示零件结构简单，形状对称，是由圆、圆弧和直线段组成的。根据冲裁件尺寸查有关数据，得出其外形所能达到的经济精度为IT11IT13，中间孔中心与边缘距离尺寸公差为0.5mm。将以上精度与零件的精度要求相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证，其他尺寸标注，生产批量等情况也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用冲压方式进行
12、加工。该冲裁件拐角处的圆角半径为R4，冲裁件所要求的最小圆角半径为，故冲裁半径能够满足要求。3 工艺方案的确定3.1 方案的拟定该零件的生产工序落料、冲孔，完成此工序可由一下三种方案：方案一：采用单工序模分两次加工，先进行冲孔，然后落料完成零件的生产过程。方案二：采用冲孔、落料复合模具。方案三：采用冲孔、落料级进模具。3.2 方案比较方案一模具结构简单，制造方便，但应用于生产时需要两道工序、两副模具完成降低了生产效率。并且生产出的工件累计误差较大，操作时不方便。由于该零件为大批量生产，相比较而言，方案二和方案三更具有优越性。查有关数据，零件所要求的最小模具壁厚大于10mm，由零件图可知，冲孔部
13、分的孔中心与外缘之间的最小距离是7mm，小于复合模具的最小壁厚，模具的强度不能达到要求；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，因此不可以采用冲孔、落料复合模。从中考虑冲孔、落料级进模具，级进模是由单副模具完成冲孔、落料生产，生产效率高，操作方便，但欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销进行导正。3.3 方案选定通过对上述三种方案的综合分析比较，该零件的冲压生产工艺采用方案方案三级进模具为最佳。4 必要的工艺计算4.1 排样设计4.1.1 排样方案拟定考虑到生产成本等因素，在设计复合模具之前，首先要设计板料的排样图。由零件图可知，该零件的外形具有T形
14、特点，排样设计可以为直排、直对排的排样方案。4.1.2 排样方案比较 根据市场上提供的材料，原材料选用610002000的A3钢板。根据冲裁件的外型尺寸查冲压工艺与模具设计表2.9得：搭边值为2mm和1.5mm。直排时材料的利用率：直排时的排样图如图（2）所示 图（2）排样一条料的宽度：B= 75 + 25 = 85（mm）计算步距：S =74 + 4 = 78（mm）材料利用率的计算：根据一般市场供应情况，为提高材料利用率选择适当规格的原材料。一个步距的材料利用率：计算冲压件毛坯面积计算时可以将冲裁件分为三部分如图（3）所示 ：图（3）面积划分其中冲裁件中的圆孔冲下的废料属于结构废料，在生产
15、中不可以避免，计算时应包括在冲裁件总面积之内。分别计算三部分的面积：冲裁件的总面积为：利用公式计算一个步距材料利用率式中n一个步局里冲裁件的个数； A冲裁件毛坯面积（）； B条料宽度（mm）； S排样步距（mm）。直对排材料利用率：直对排时的排样图如图（4）所示：为了提高材料利用率，排样图中限位板顶部与限位板底部间距设计为2mm即可满足冲裁搭边要求。 图（4）排样二计算步距：S =244 + 24 = 96 (mm)条料宽度：B =75 + 25 + 2 + 18 = 105 （mm） 冲压件的毛坯面积为：3585 一个步距材料利用率： （其中n = 2）4.1.3、方案选定在考虑综合因素情况
16、下，选择适当的材料规格，减少在材料下料时的浪费，通过上面的计算比较直排与直对排单个步距的利用率，选择直对排为冲裁时的排样方案。4.2 计算凸、凹模工作部分的尺寸凸、凹模工作部分的尺寸影响到模具的间隙，而模具的间隙有直接影响的冲裁件的质量，合理的模具间隙不仅能够得到良好质量的冲裁件，而且能够延长模具的寿命。因此，凸、凹模工作部分尺寸的计算是非常重要的。该冲裁件所用的材料是A3，板料的厚度是6mm，由此查冲压工艺与模具设计表2.4得到模具初始时的双面间隙：=1.44mm =1.08mm4.2.1 冲孔凸、凹刃口尺寸的计算由于冲裁件中的孔在图形上的精度相对要求较高，采用配作法制作凸、凹模。其刃口尺寸
17、计算如下：查冲压工艺与模具设计表2.6得冲孔时的磨损系数：x=0.75按照公式计算式中A凸模最大尺寸（mm）； X冲孔时磨损系数； 冲裁件的磨损系数； 凸模制造偏差（mm），一般取=/4。冲孔凹模尺寸与凸模的基本尺寸相同为30.15mm，不必标注公差。但在技术要求里需注明，凹模实际刃口尺寸与凸模配制，保证最小双面合理间隙值=1.08mm。4.2.2 外形落料凸、凹模刃口尺寸计算按照IT14级査取冲裁件中未标注的尺寸公差：查冲压工艺与模具设计表2.6得磨损系数为：当0.50时，x= 0.5；当0.50时，x= 0.75.落料时凸、凹模计算公式为：落料时以落料凹模为基模，所以应为凹模尺寸。将数据代
18、入以上公式得：落料凸模尺寸与凹模相配作，基本尺寸相同分别为21.68、52.63、17.68、55.63、3.78，不必标注公差。在落料凸模的零件图中技术要求要注明，凸模的实际尺寸与落料凹模配制，保证最小双面间隙值为=1.08mm。4.3 冲压力的计算4.3.1冲孔力、落料力的计算落料力和冲孔力计算公式如下：式中 L冲裁周边长度； t材料厚度； 材料的抗拉强度。查有关数据，A3的抗拉强度为450MPa。落料力的计算：落料件的外形是由三个半圆与若干直线段组成，其周边长度为： =260.2（mm）冲裁件的板料厚度为6mm。所以冲孔力的计算：所以4.3.2冲孔、落料时的推件力、卸料力计算冲孔时，由于
19、冲下的废料卡在凹模洞中，将废料顺着冲裁方向从凹模洞中推出，需要压力机为其传递一定大小的力，计算公式如下：式中n同时卡在凹模内的冲裁件个数，； 推件力系数； 冲孔力。冲孔凹模壁取直筒形凹模刃口形式，由冲压工艺与模具设计表2.21查得，h=12mm，则。查表2.7得=0.045。所以落料时可以将落料凹模设计成斜壁式凹模，不必计算落料时的卸料力。4.3.3 总的冲压力计算：冲裁时，总的冲压力为以上计算已经得出各个力的大小，将数据带入上面公式得，979.9（KN）一般在冲裁工作中，为了保证压力机能够提供足够的压力，通常所选用的压力机的吨位要比实际计算出的冲压力要大30%左右，即：=979.91.3=1
20、273.9（KN）4.4 压力中心的计算由于冲压件外形不是中心对称图形，所以需要找出其压力中心，并在冲裁时候使模柄轴线与压力机滑块中心线保持重合，这样才能保证滑块不会承受偏心载荷；否则，会导致滑块导轨和模具导向部分不正常磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响之间质量和降低模具寿命甚至损坏模具。采用解析法求模具的压力中心坐标。按照一定的比例画出工件图形，如图（5）所示。以限位板底边上中点为原点，建立xoy坐标系，如图中所示。 图（5） 压力中心坐标系冲裁件的外形是由圆、圆弧和直线段组成，将其周边分成、七个基本线段，如图中所示。 图中尺寸为图（1）中所给出的数据。求各个线段的中心位置：从工件图形
21、中可以看出，工件为左右对称图形。所以，压力中心在x方向的坐标为：=0；在y轴方向上，冲裁件左右对称，求算线段压力中心坐标时主要是求出圆弧、的坐标、，利用公式： 计算式中R圆弧半径（mm）； 圆弧中心角的一半； b圆弧对应弦长（mm）； L弧长（mm）。将相关的数据带入上面公式，得：=5.73 =3.6 =69最终求得各个基本线段长度和重心在y轴方向上的坐标为： =56mm =0； =56.55mm =-0.174； =4mm =10.8； =12.56mm =12； =62mm =10.8。 =69.12mm =69 =94.25mm =55压力中心在y轴方向上的坐标利用下面的公式计算得出：将
22、以上数据代入公式得： =29即如图建立的坐标系，工件的压力中心坐标为（0，29）。5 模具的总体设计通过以上的分析，此零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，选用级进模具，为方便小孔废料和成形工件的落下，采用正装结构，即冲孔凹模和落料凹模都安排在下模。因是大批量生产，但工件简单，所以采用手动从右往左送料方式比较好，能够使模具制造简单。本工件在生产过程中是大批量生产，冲时第一个工位采用始用挡料销定位，第二个工位采用固定挡料销定位。送料时始用挡料销与固定挡料销作为粗定距，为保证冲裁件的尺寸精度，需要在凸模上安装一个导正销，利用条料上先冲下的30mm的孔做导正销孔进行导正，依此作为条料送进的精确定距。由于
23、板料厚度较厚，不需要采用压料装置。模具采用正装结构，冲孔废料和工件留在凹模孔洞中，为了简化模具结构，可以在下模座中开有通槽，使废料和工件从孔洞中落下。工件厚度为6 mm，料厚比较厚，为了简化模具结构和达到可靠的卸料力，选用刚性卸料板来卸下条料废料。为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套、导向，由于该零件导向尺寸较小，且精度要求不是太高，所以宜采用后侧导柱模架。模具的动作过程如下：模具工作时，条料由导料板导向，人工送入工作台面，采用始用挡料销手动进行首次定位。上模部分随压力机滑块下行，进行冲裁，导柱、导套对上下模的运动起到可靠的导向，完成30mm的冲孔动作，落料凸模进行一次空行程。始用挡料销在
24、弹簧作用下回到原来位置，上模回程，等待下一次冲裁。上模回程后，条料由导料板导向继续送进，固定挡料销对条料进行初定位。上模下行，第一次冲出的30mm的孔作为导正孔与导正销配合对板料进行精确定位。冲孔凸模与落料凸模同时完成冲裁，冲裁件与冲孔废料分别从落料凹模冲孔凹模的凹模洞中落下，落料件的废料由固定卸料板卸下。上模回程，准备下一次的冲裁。在冲裁过程中，始用挡料销只在首次冲裁时使用，以后各次冲裁时都由固定挡料销控制送料步距作为初定位，导正销进行精确定位进行冲裁。6 模具主要零部件的结构设计6.1 凸模、凹模的结构设计6.1.1冲孔凸模的结构设计。冲裁件中的孔为圆形结构，为了方便凸模的加工和工作过程中
25、的凸模替换，将凸模设计成阶梯形状，根据JB/T5826标准选择凸模。冲孔凸模的结构与尺寸如图（6）所示： 图（6）冲孔凸模6.1.2 落料凸模的结构设计落料件外形较冲孔复杂，是一个不规则的轮廓，考虑选用直通式凸模，但由于直通式凸模不便于固定，在凸模的端面加工时留出一个高为5mm的凸台用于凸模的固定。模具工作时，冲孔凸模与落料凸模同时进行冲裁，将它们设计为同等长度。该凸模要与导正销配合对板料精确定位，因此在凸模R22mm圆弧中心处钻出一个26mm的通孔。由于落料时是以凹模为基刃，凸模的尺寸按照落料凹模尺寸进行配作，要求的不是过于严格，其结构如图（7）所示： 图（7）落料凸模6.1.3 凹模板的设
26、计如将冲孔凹模与落料凹模分别设计制造，在满足最小壁厚的前提下，会使模具结构尺寸大大增加，制造不方便，并且增加了模具制造时的经济成本。所以考虑将两个凹模设计在同一个板料上作为一个整体。落料凹模刃口处加工成斜壁式，冲孔凹模刃口处为直臂式。计算凹模板的外形尺寸，以便后面的模架选择。根据冲裁件的排样图查冲压工艺与模具设计表2.22得，凹模板的厚度系数为：k=0.35所以，凹模板的高度H= kb =0.3575 = 26.25（mm） 凹模板的厚度C= 1.5H =1.526.25 = 39.4（mm）凹模板外形尺寸的确定：凹模外形长度L=96+37+15+239.4 = 226.8（mm）凹模外形宽度B=75+239.4 = 153.8（mm）依据计算数据，将凹模整体尺寸标准化31520028凹模结构及尺寸如图（8）所示： 图（8）凹模板6.1.4 导正销的设计