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1、荆楚理工学院毕业论文目 录摘要.Abstract.1 绪论.1 1.1 中国冲压模具的发展现状和发展方向.1 1.1.1 课题背景.1 1.1.2 冲压模具的发展现状.2 1.1.3 中国冲压模具的发展方向.3 1.2 本次设计的主要方向内容及目的.52 冲压的工艺性分析.7 2.1 结构与尺寸.7 2.2 精度.7 2.3 材料.83 确定冲裁工艺方案.94 模具总体设计方案.10 4.1 模具类型.10 4.2 操作与定位方式.10 4.3 卸料与出件方式.105 工艺与设计.12 5.1 排样的设计与计算.12 5.2 计算冲压力与压力中心 初选压力机.12 5.3 计算凹凸模刃口尺寸及
2、公差.156 零件刃口尺寸的计算.167 模具的总体设计.17 7.1 模具类型的选择.17 7.2 固定方式的选择.17 7.3 卸料出件方式的选择.17 7.4 导向方式的选择.17 7.5 主要的零件设计.17 7.5.1 落料凸模.17 7.5.2 冲孔凸模与其强度校核.18 7.5.3 凹模.19 7.5.4 定位零件的设计.19 7.5.5 导料板的设计.20 7.5.6 卸料板的设计.20 7.5.7 卸料螺钉的选择.20 7.6 模架与其他零件的设计.20 7.7 凹凸模材料的选择.21 7.8 模具总装图.21 7.9 冲压设备选定与参数.22 7.10 模具零件加工工艺.2
3、28 结论与展望.24致谢.26参考文献.28摘 要随着CAD技术的发展，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、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中1。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；
4、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。标准模架库为用户可以根据产品确定模具设计方案后，可以直接利用现有的标准化的模具零部件快速完成模具的设计。这样设计人员会有更多的时间去研究模具的结构，从而加快了模具的设计过程，缩短了模具设计的研制周期，降低了生产成本，提高了系统的可维护性，减轻了模具设计人员的劳动，使设计人员从大量繁重和重复的计算工作中解脱出来，有更多的时间从事创造性的设计，从而提高了模具的设计效率、质量和水平。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。模具是冲压加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料及设备的“效益放大器”，模具工业又称为“工
5、业之母”，是国民经济的基础工业。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。 冲压加工在汽车、电子、电器、仪表、航空和航天产品及日用品生产中得到了广泛的应用。目前，我国工业发展迅速，产品更新换代很快。本次垫片模具设计课程设计题目虽然简单，但是设计过程还是得按规范要求一步一步去做。 在设计过程中锻炼了我们查阅资料、CAD制图、Pro/Engineer制图、Word文档编辑等多方面的能力。也培养了我们团队合作意识，我们即将面临毕业，这次课程设计也给了我们一次真枪实弹的演习，可以让我们在走向工作岗位之前较深层次的接触机械设计、模具设计和冲压模具。感谢学校给了我们这次演习的机会
6、，同时也感谢悉心指导我们的老师和一起“战斗”的同学们！关键词：CAD Pro/ENGINEER 冲压模 垫片AbstractWith the CAD technology, some domestic enterprises have popularized the two-dimensional mold CAD, and are starting to use UG, Pro / Engineer, I-DEAS, Euclid-IS and other international common software, individual manufacturers have also in
7、troduced Moldflow, C-Flow , DYNAFORM, Optris and MAGMASOFT other CAE software, and successfully applied to the stamping die design. The automotive panel die as the representative of a large stamping die manufacturing technology has made great progress, Dongfeng Motor Corporation mold factory, mold m
8、anufacturers such as FAW mold center is capable of producing part of the car cover mold. In addition, many research institutions and universities to carry out technology research and development of mold. After years of efforts, in the mold CAD / CAE / CAM technology has made significant progress; in
9、 improving the quality and reduce the mold design and manufacturing cycle, and other aspects of the mold to make a contribution. Standard mold base for the user to determine the mold design based on product, you can directly use the existing standard mold parts quickly mold design. This designer wil
10、l have more time to study the structure of the mold, thereby speeding up the mold design process and shorten the development cycle of mold design, reduced production costs and improve the maintainability of the system, reducing the mold designer Labor, the designers from the calculation of a large n
11、umber of heavy and repetitive work, freeing more time for creative design, mold design to improve the efficiency, quality and standards. Many die for enterprises to increase investment in technological progress, technological progress as a business development will be an important driving force.Stam
12、ping die is an important process equipment, raw materials and equipment, but it is also the efficiency amplifier, mold industry also known as mother of the industry is the basic industry of national economy.The level of mold production technology has become the measure of a countrys manufacturing in
13、dustry an important indicator of the level.Stamping in the automotive, electronics, appliances, instruments, aviation and aerospace products and daily necessities has been the production of a wide range of applications.At present, Chinas rapid industrial development, product upgrading soon.The gaske
14、t die design course design questions is simple, but the design still have to do it step by step according to specifications. In the design process of training our access to information, CAD drawings, Pro / Engineer Drawing, Word document editing, and many other capabilities. We also develop a sense
15、of teamwork, were due for school, the curriculum design also gives us a live ammunition exercise allows us to work in the deeper levels of exposure before the mechanical design, mold design and stamping dies. Thank the school has given us the opportunity to exercise, but also for the careful guidanc
16、e of our teachers and with the battle of the students!key words: CAD, Pro/ENGINEER, Stamping die, GasketVI荆楚理工学院毕业论文1 绪论1.1 中国冲压模具的发展现状和发展方向1.1.1 课题背景80年代以来，中国模具工业发展十分迅速。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力1。这些年来，中国模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展。目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企
17、业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一2。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。中国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，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，都得到了快速发展，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。汽车、摩托车行业的模具需求将国内模具市场的一半左右3。2006年汽车年产量728万辆4。汽车、摩托车行业的发展将会大大推动模具工业的高速增长，特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。例如，到2006年汽车行业将需要各种塑料件
18、47万吨，因此模具发展空间十分广阔5。家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量已超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了1000万台6。家用电器行业的发展对模具的需求量也将会很大。其他发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，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质量、效益和新产品的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视
19、为企业发展的重要动力7。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。目前，从事模具技术研究的机构和院校已达30余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过50余家8。其中，获得国家重点资助建设的有华中理工大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等9。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等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。1.1.2 冲压模具的发展现状模具是高新技术产业的一个
20、组成部分,是工业生产的重要基础装备,用模具生产的产品,其价值往往是模具价值的几十倍10。模具技术是一门技术综合性强的精密基础工艺装备技术,涉及新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用,是冶金、材料、计量、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、机加工、检测等诸多工种共同打造的系统工程。用模具生产制品具有高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度等特点,这是其他任何加工制造方法所不及的。目前,模具制造业已成为与高新技术产业互为依托的产业,模具工业技术水平的高低已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。对任何国家来说,制造产业是综合国力及技术水平的体现,而模具行业的发展是制造产业的基
21、础和关键。针对这种情况,国家出台了相应的政策,正积极发展模具制造产业。 中国冲压模具的发展现状改革开放带了我国的经济进入高速发展的时期，模具的市场的需求量也进一步的增加。模具行业也一直以15%左右的增速再发展。因此带来的模具工业企业的所有制成分的巨大变化，一些国有专业模具厂也如雨后春笋般的建立起来，同时也带来了以集体、独资、私营和合资等形式的快速发展。赋有“模具之乡”的浙江宁波和黄岩地区是现今我国规模最大的两个地方；广东地区也渐渐掀起了开建模具厂的浪潮；其中科龙、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资或是外商独资形式的模具企业现也有几千家11。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资
22、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、Optris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12。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
23、周期等方面做出了贡献。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。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
24、.1.3 中国冲压模具的发展方向 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
25、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”。13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“
26、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
27、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。我国冲压模具与发达国家企业之间的差距不小，因此要发挥整体
28、优势和综合竞争力，要加强统筹协调、完善合作机制，创造性地工作14。也需要加大对模具相关专业人才的综合素质培训投入。1.2本次设计的主要方向、内容及目的 冲压工艺在机电产品制造行业中应用广泛是众目共睹的，而冲模是实现冲压工艺的主要工艺装备，在模具制造行业中占有重要的地位。冲模技术的水平直接和生产率产品质量（尺寸公差和表面粗糙度等）、一次刃磨的寿命以及设计和制造模具的周期紧密相关。提高冲模技术水平有利于获得优质、高效、低耗、廉价的产品，技术经济效果显著，深受制造行业的重视。冲压-就是在温室下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模
29、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）。冲压加工的特点：由于冷冲压加工具有上述突出的优点，因此在批量生产中得到了广泛的应用，在现代工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业及民用工业生产中必不可少的加工方法。冲压成型加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属单间小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高（约占产品成本的10%30%）的特点。所以，只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成型的加工优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。 本次模具设计为圆形垫片，圆形垫片结构简单，尺寸较小，应用十分广泛
30、，可中大批量生产。垫片一般是冲裁件，材料为10号钢，精度等级根据用途而定，一般为IT11IT14级，图1-1即本次设计的垫片零件图。图1-1 垫片零件图 26荆楚理工学院毕业论文2 冲压的工艺性分析2.1 结构与尺寸图2-1 垫片零件尺寸图 如图2-1，该零件结构简单，尺寸较小，只有冲孔和落料两部分。工件为圆形直径为=40上偏差为0下偏差为-0.2，小孔直径为=8mm上偏差为0.1偏差为0，其中工件上的两孔圆心距离为20mm，孔与工件边缘的最小距离为6mm，其工件厚度为T=2mm，以上尺寸均符合b2t。由于冲裁件为圆形其R20=B/2适合落料。所以此工件适合冲裁加工。2.2 精度 由于没有特殊
31、要求，工件的尺寸全部为自由公差，记作IT14。这样利用普通冲裁方式便可以达到零件图样的要求。2.3 材料 10号钢，厚度为2mm带料，由冲压工艺与模具设计课本P359中付表查得，黑色金属的力学性能可查得牌号10钢的材料状态为退火状态，抗剪强度为255333/MPa，抗剪强度为294432b/MPa，断后身长率为29%，10号钢平均含碳量为万分之10，强度硬度不高，但塑性韧性都很好。由于此材料具有较高的弹性和良好的塑性故适合适合冲裁。3 确定冲裁工艺方案 方案一：先落料后冲孔。 采用单工序模具生产。 方案二：落料冲孔一起。 采用复合模具生产。 方案三：冲孔落料分开。 采用级进模具生产。 分析：
32、方案一模具结构简单，但要两种工序，两套模具。成本高而且生产率底，劳动强度大，难以满足30万件/年的大批量生产。故不能选用。 方案二只需要一套模具，工件的精度及生产来年较高，但工件厚度为2mm模具强度差，制造难度较大，且冲压后成品件留在模具内，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。 方案三只需要一套模具，生产效率高，操作方便，工件精度也满足要求。 通过三种方案比较分析，该件适宜用第三种方案，并使用顺装凸模。4 模具总体设计方案4.1 模具类型根据零件冲裁工艺方案，选用级进冲裁模具。4.2 操作与定位方式零件的生产批量以给定30万件/年，但尺寸不大，可用手工送料方式，就可以达到要求，这样
33、可以降低模具成本，由于考虑零件的尺寸较小，材料厚度较薄，为了便于操作和保证零件的精度要求，应采用导料板导向，考虑用挡料销和导正销的定位和定距的方式15。4.3 卸料与出件方式考虑零件的厚度较薄，采用弹性卸料的方式，为了便于操作和提高生产率。弹性卸料采用橡胶，其设计如下表，选用的四块橡胶的厚度必须一致，不然会导致受力不均匀，运动产生倾斜，影响模具的正常工作。 表4-1 卸料行程表项 目公 式 结 果 备 注卸料板工作行程hh=h1+t+h2 6mmh1为凸模凹进卸料板的高度 2mmh2为凸模冲裁后进入凹模的深度 2mm 橡胶的工作行程H1 H=h+h3 14mmh3为凸模修模量 取8mm橡胶自由
34、度 H2H2=4H 56mm橡胶的预压缩量H3H3=15%H2 8.4mm一般情况H3=10%15%H2每个橡胶承受的载荷F1F1=Fx/4 1745.5mmFx=6992 选用四个圆形筒件胶的外径DD=d+1.2(F1/P)*1.5 满足要求效核橡胶的自由高度H2 0.5H2/D=0.651.5橡胶的安装高度H4H4=H2-H3 47mm5 工艺与设计5.1 排样的设计与计算 考虑到材料利用率的问题，采用顶排的方式，由教课书，P63页式（212）查得剪板机下料的公差查得=0.6，式中横向塔边值与纵向塔边值可查表（210）得a=1.2 mm a1=1.5mm，哦、由公式：B=D+2（a1+）+
35、C1-，计算得条料的宽度为43mm步距为41.2mm。一个步距的材料的利用率为62.8%。可画图得： 图5-1 排样图5.2 计算冲压力与压力中心 初选压力机 冲裁力，由参考书冲压模具设计与制造P107式318得：F=KLtbF冲裁力 N；L冲件周边长度 mm；t材料厚度 mm；b材料抗剪强度 MPa；K考虑到模具的间隙不均匀，刃口的磨损，材料的力学性能与厚度的波动等诸多因素引入的修正系数，一般取K=1.3。可以得：F=1.3*175.84*2*0.8*335=122525.3卸料力Fx=KxF=0.045*122525.3=5513推件力Ft=NKtF=8/t*0.050*122525.3=
36、24505.1Kx和Kt可以由表17查得压力F1 F1=2F+Fx+Ft=275068.6N=275.068KN 参考模具设计与制造 P35式1-22 P（1.11.3）F =（1.11.3）*275.068KN =302.575357.588KN 根据冲压模具设计与制造P37表17可查得选取压力机的型号为JG23-40压力中心的计算：计算压力中心的时候，先画出凹模型口图（图5-2）根据压力中心的原理。该零件是对称的，用解析法求得模具的压力中心，计算如下：L1=1/4nd=L2=L3=L4 X1=X4*X2=X8 L5=8所以压力中心为（60，0）由计算知该工件冲裁力不大，符合条件。 图5-2
37、 凹模型口图5.3 计算凹凸模刃口尺寸及公差 由于材料薄模具间隙小，故凹凸模采用配作加工为宜。又依据排样图可知，凸模的加工较凹模困难，因此选用凹模作基本件制造，故不论冲孔落料，只计算凹模刃口尺寸及公差16。冲孔凸模刃口尺寸均属于磨损后，减少的尺寸，按式234计算即Bp=（bmin+X）图中未表注的尺寸的公差为IT14，查出公差值后的冲孔尺寸为：b1=8上偏差为0.1，下偏差为0；b2=8上偏差为0.1，下偏差为0；b3=40上偏差为0，下偏差为-0.2；由教课书P81表221查得IT14级时磨损补偿系数x=0.5由式Bp=（bmin+X）上偏差为0，下偏差为/4Bp1=（8+0.5*0.1）=
38、8.05上偏差为0.025，下偏差为0；Bp2=（8+0.5*0.1）=8.05上偏差为0.025，下偏差为0；Bp3=（40+0.5*0.2）=40.1上偏差为0，下偏差为-0.05；6 零件刃口尺寸的计算在确定工件零件刃口尺寸的计算方法前，首先要考虑工件零件的加工方法及模具装配的方法，结合模具的特点，工作零件的形状相对简单。17适宜采用线切割机床分别加工落料凸模，凹模，凸模固定板以及卸料板。这种加工方法，可以保证孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法落料来计算落料： 表 6-1 刃口尺寸计算尺寸分类尺寸转换 计算公式结果备注落料R40转换R40上下偏差分别为0和0.2（）Ra=39.49Rt=39.22表为刃口偏差系数取为工件公差值冲裁间隙允许最小值 R8 转换R8上下偏差分别为0.10和0Ra=7.93Rt=7.28冲孔8Dt=dmin+XDa=dt+Zmin/2Dt=8.07Da=8.4孔心距 20LA=L/8LA=207 模具的总体设计7.1模具类