机架框冲压模具设计论文(本科毕业设计).doc

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1、本科毕业论文本科毕业论文 摘要摘要 在激烈的市场竞争中,产品投入市场的快慢往往是成败的关键。模 具是高质量、高效率的生产工具,其开发周期占整个产品开发周期很大 的比重,能否缩短开发周期就成为了产品成败的关键,而在工业工程应用 日益广泛的今天,缩短模具开发的周期就成为一种必然趋势。 本次毕业设计的任务是设计一套机架框冷冲模具。一方面，通过利 用各种国家标准和力学分析设计出一套实用性强的模具；另一方面，通 过利用 Pro/E、CAD 等电脑软件技术来缩短产品开发周期。这样可以加 快产品整个流程进度，占领消费者心智市场，为以后同产品之间的价格 竞争积累资源。 关键词关键词：机架框冷冲模具 落料模 冲

2、孔模 弯曲模 凸模 凹模 落料力 冲孔力 卸料力 弯曲力 顶件力 本科毕业论文本科毕业论文 AbstractAbstract In the fierce market competition, product speed to market is often the key to success. Mold is high quality, high efficiency of production, The development cycle takes large share of the whole product development cycle ，shorten the produ

3、ct development cycle or not has become the key to success，but used widely in industrial engineering today, to shorten the development cycle of mold has become an inevitable trend. The content of this graduation project is to design a set of the cold die to make the rack frame. On the one hand, throu

4、gh the use of national standards and mechanical analysis to design a practical mold; On the other hand, through the use of CAD, Pro/E and other computer software technology to shorten the product development cycle. This can accelerate the progress of the entire process, ocupied the consumer mind mar

5、ket, and accumulate resources for the subsequent price competition between the same products . KeKeywordsywords: Die for Rack frame Blanking die Piercing die Bending die Protruding die Concave die Blanking force Punching force Unloading force Bending force Top pieces force 本科毕业论文本科毕业论文 本科毕业论文本科毕业论文

6、目录 第一章 前言1 1.1 选题的目的 1 1.2 题目的意义 1 第二章 冲压的基本知识2 2.1 冲压的基本工序 2 2.2 冲压加工的特点及应用 4 2.2.1 冲压加工的特点.4 2.2.2 冲压加工的应用.4 2.3 冲压模具 5 2.3.1 冲模的要求5 2.3.2 冲模的种类5 2.3.3 冲模结构组成5 2.3.4 国内外现状综述6 第三章 冲裁工艺及模具设计8 3.1 冲裁 .8 3.1.1 冲裁过程分析.8 3.1.2 影响冲裁件断面质量的因素.9 3.2 冲裁间隙 .10 3.2.1 间隙对冲裁的影响10 3.2.2 间隙值的确定12 3.3 凸模与凹模刃口尺寸的确定

7、.14 3.3.1 刃口尺寸计算原则14 3.3.2 刃口尺寸计算方法16 第四章 冲压工艺分析与方案论证.17 4.1 冲压工艺分析 17 4.2 冲压方案论证 18 第五章 落料模设计.19 5.1 落料模的工作原理 19 5.2 冲压工艺分析，确定冲压工艺方案 19 5.3 排样 19 5.4 进行必要的工艺计算 20 5.4.1 落料力.20 5.4.2 卸料力.21 5.4.3 推件力 .21 5.4.4 选择冲床时的总压力.22 本科毕业论文本科毕业论文 5.5 确定模具的压力中心 22 5.6 计算凸、凹模刃口尺寸 23 5.7 模具各主要零件设计 25 5.7.1 凹模的厚度、

8、壁厚及材料.25 5.7.2 垫板的采用与厚度.26 5.7.3 卸料橡胶的自由高度.27 5.7.4 上下模座的外形尺寸和厚度.28 5.7.5 上下模座的材料.28 5.7.6 模具的总体设计.28 5.8 选择冲压设备 30 第六章 冲孔模的设计.31 6.1 冲孔模的工作原理 31 6.2 冲压件的工艺分析 31 6.3 计算冲压力 31 6.3.1 冲孔力.31 6.3.2 冲孔时的卸料力.32 6.3.3 推件力计算.32 6.3.4 选择冲床时的总压力.32 6.4 确定模具压力中心 33 6.5 计算凸模、凹模设计尺寸 33 6.5.1 刃口尺寸33 6.5.2 冲孔位置公差3

9、5 6.6 模具总体设计主要零部件设计 36 6.6.1 模具主要零部件的设计.36 6.6.2 模具总体设计.39 6.6.3 模具的工作原理.39 6.7 凸模校核 40 6.7.1 圆形凸模的校核.41 6.7.2 非圆形凸模的强度校核.41 6.8 压力机的选择 42 第七章 弯曲模的设计.43 7.1 弯曲模的工作原理 43 7.2 弯曲件的工艺性 43 7.2.1 弯曲件的工艺性.43 7.2.2 弯曲件的弯曲圆角半径.43 7.2.3 弯曲件的孔与弯曲处的最小距离.43 7.2.4 弯曲件的精度.44 7.3 弯曲件工序的确定原则 44 本科毕业论文本科毕业论文 7.4 弯曲力的

10、计算 45 7.4.1 自由弯曲力的计算.45 7.4.2 顶件力和卸料力的计算.45 7.4.3 弯曲时压力机压力的确定.46 7.5 弯曲模工作部分的尺寸.46 7.5.1 凸凹模的圆角半径及凹模深度.46 7.5.2 弯曲模的间隙.48 7.5.3 压力机的选择.49 7.5.4 零件的选型.49 7.6 模具总体设计 50 第八章 结论.51 致 谢52 参考文献53 附录：54 外文资料和中文翻译 54 本科毕业论文本科毕业论文 第一章 前言 1.1 选题的目的 、通过调研目前市场上的各种冷冲模具，设计出性价比更高更合 理的冷冲模结构，更好的解决目前零件加工的问题。 2、树立正确的设

11、计思想，为以后在工作中遇到相关问题提供解决 依据，同时培养学生综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能， 提高分析解决实际问题的能力，领会基本理论和深化理论知识，检验学 生综合素质与实践能力。 3、接受工程师必须的综合训练，提高实际工作能力。如调查研究、 查阅文献和收集资料并进行分析的能力；制订设计或试验方案的能力； 设计、计算和 CAD 软件绘图能力；总结提高撰写论文的能力。 1.2 题目的意义 模具工业是国民经济的重要基础工业之一。作为工业生产中的基础 工艺装备，模具以其利用率高、耗能低、产品性能好、生产效率高和成 本低等显著特点在汽车、飞机、工程机械、动力机械、轻工、日用五金 等制造业

12、中作用极为重要,其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制 造业水平的重要标志。 选择该题目进行设计能让学生到材料成型加工的又一种重要方法 模具加工,由于它具有很强的实用性，因而对于毕业大学生将来从事 机械制造工作定会益处多多。 本科毕业论文本科毕业论文 第二章 冲压的基本知识 2.1 冲压的基本工序 冷冲压是机械中常见的一种金属加工方法。它是利用安装在压力机 上的冲模对板料施加压力，使其产生分离或变形，以获得一定的几何精 度的机械零件或制品，通常是在室温下进行加工的，所以称为冷冲压或 板料冲压。冷冲压可既可以加工金属材料，也可以加工非金属材料 1 。 冷冲压与金属切削加工相比有如下优点 3 ,

13、2 ： a.金属材料经冲压变形后，其强度和刚度都得到提高。它能使较薄 金属材料冲制成尺寸大、质量小、强度及刚度都较高的金属制件。尽管 越来越多的汽车零件被塑料件所代替，但迄今为止，汽车覆盖件主要仍 是冲压件，世界上各大汽车厂研制的新型汽车亦采用冲压件为覆盖件。 可以说冷冲压是一种不能用其他加工方法替代的加工方法。 b.冷冲压利用金属塑性，使金属材料在外力作用下发生塑性变形以 达到制件形状和尺寸要求。冷冲压既不同于锻压加工，不需要对金属材 料加热，也不同于常见的金属切削，它是一种节能、无切屑的加工方法。 由于在变形过程中未切断金属纤维，因而制件具有较合理的流线分布， 这也是冷冲压制件强度和刚度好

14、的重要原因之一。 c.冷冲压最重要的工艺装备是冷冲模，用冷冲模使金属材料变形， 因此，冲压件基本上保持了模具工作部分的形状和尺寸精度。由于制模 水平的提高，目前模具精度已达到微米级，制件精度可以达到 IT7IT6 级。 d.冷冲压生产操作简单，因而易实现机械化和自动化，生产率高。 如一条由 46 大型压力机组成的冲压生产线， 一分钟可以制造大尺寸 汽车覆盖件数十件。 本科毕业论文本科毕业论文 e.尽管制造冷冲模的技术要求高、难度大千上万乃至上亿个制件， 加之冲压生产率高，因而在大批量生产的条件下，冲压成本及低。 由于冲压件的形状、尺寸和精度要求不同，因此，冲压加工的方法 是多种多样的。根据材料

15、的变形特点及工厂现行的习惯，冲压的基本工 序可分为分离工序与塑性变形工序两大类 10 。 所谓分离工序，就是冲压过程中使冲压零件与板料沿一定的轮廓线 相互分离，并获得一定断面质量的冲压加工方法。 主要冲压工序的分类及特征可见下表 2.1。 表 2.1 主要冲压工序的分类 类别工序名称工序特征 切断用剪刀或模具切断板料，切断线不是封闭的 用模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为工件落料 冲孔用模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为废料 切口用模具将板料局部切开而不全分离,切口部分材料发生 弯曲 分 离 工 序 切边用模具将工件边缘多余的材料冲切下来 弯曲用模具使板料弯成一定角度或一定形状 拉深用模具将板

16、料压成任意形状的空心件 压肋用模具将板料局部拉伸成凸起和凹进的形状 翻边用模具将板料上的孔或外缘翻成直壁 缩口用模具对空心件口部加由外向内的径向压力,使局部直 径缩小 变 形 工 序 胀形用模具对空心件加向外的径向力,使局部直径扩张 本科毕业论文本科毕业论文 2.2 冲压加工的特点及应用 2.2.1 冲压加工的特点 冲压加工不需要加热，也不像金属切削加工时切掉大量的碎屑，因 而它是一种节能省材的加工方法；很多冲压制件所用的毛坯是冶金厂大 量生产的轧制钢板和钢带，原材料来源途径广且价格低；冲压件的质且 主要靠模具保证，容易获得质量好且稳定的冲压制品。和其他加工方法 相比，冲压加工概括起来有如下特

17、点： (1)在设备和模具的作用下能得到其他加工方法不易得到的形状复 杂、精度一致的制件。 (2)操作简便，生产效率高，适合批量生产，易于实现机械化和自 动化。 (3)冲斥生产的材料利用率高，模具寿命较长，故而极大地降低了 冲压件的生产成本。 (4)冲压件的尺寸稳定、精度高、互换性好。 但是，冲压加丁在生产中也有其局限性。一方面，在冲压加工时产 生振动和噪声；另一方面，冲压加工所使用的模具往往具有专一性，有 时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具精度高，导致模具 制造费用较高，只有在大批且生产时，冲压加工的优越性才能得到充分 体现。 2.2.2 冲压加工的应用 由于冲压加工具有效率高、成

18、本低、质且稳定等一系列优点，因此 在汽车、拖拉机、电机、电器、国防工业以及日常生活用品等行业得到 了广泛应用，如在飞机、导弹、各种枪弹的生产中，冲压件占有相当大 本科毕业论文本科毕业论文 的比例。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，冲压加 工将起到越来超重要的作用。 2.3 冲压模具 2.3.1 冲模的要求 冲压模具（简称冲模）是对金属板材进行冲压加工以获得合格产品 的工具 4 。在冲压加工过程中，冲模的凸模与凹模直接接触被加工材料 并相对作用使其产生塑性变形达到预期的零件。因此对冲模的要求：冲 模应该具有足够的强度，刚度和相应的形状尺寸精度；冲模主要零件应 具有足够的耐磨性和使用

19、寿命；冲模的结构应该确保操作安全，方便， 便于管理和维修；冲模应有使材料方便送进，工件方便取出，定位可靠 的装置，以保证生产的工件质量稳定；为使冲模上下运动准确，需要有 导向装置；冲模零件的加工和装配应该尽可能简单，尽量采用标准件， 以缩短模具的制造周期，降低成本；冲模应具有与压力机连接的部位， 以适应安装和管理的需要。 2 2.3.2 冲模的种类 从工艺性质分为冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模等； 从工序组合分为单工序模、复合模、连续模等； 从材料送进方式分为手动送料模、半自动送料模、自动送料模等； 从适用范围分为通用模和专用模等； 从导向方式分为无导向模、板式导向模、滑动导向模等。 2.3.

20、3 冲模结构组成 冲模结构由五部分组成，即工作零件，辅助装置，导向装置，支撑 零件，紧固零件。 本科毕业论文本科毕业论文 a.工作零件：冲模的工作零件是凸模和凹模，在复合模中还有凸凹 模。它们成对互相配合，完成对坯料的成形。他们的形状尺寸，尺寸精 度，固定方法决定着冲模的性能，模具成本及使用寿命。 b.辅助装置：辅助装置是协助凸模，凹模完成工艺成形不可缺少的 装置。 c.导向装置：它是保证上模，下模准确运动的装置，要求工作可靠， 导向精度好，有一定的互换性。 d.支承零件：在上模座和下模座上安装着凸模，凹模及其它所有的 零件。它们和压力机连接，传递并承受着工作压力。 e.紧固零件：中大型模具大

21、多采用沉头螺栓和销作可卸式连接。模 具的连接可靠，拆卸方便也是冲模设计的一个基本要求。 2.3.4 国内外现状综述 模具朝着标准化、系列化、专业化和商品化的方向发展。世界主 4 要工业国模具标准化生产程度达 80%，模具厂只需设计制造模具工作零 件，大部分模具零件均从模具标准厂购买，使生产率大幅度提高。模具 制造厂专业程度越来越高，分工越来越细，而规模变小。如目前有模架 厂、顶杆厂、热处理厂，甚至某些模具厂仅专业化生产某类产品的冲裁 模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。 冷冲压朝着使用 CAD/CAM 技术方向发展 6 。自 80 年代初，世界模 具行业采用 CNC 机床，

22、开发和研究冲摸 CAD/CAM 技术，使冲摸设计和制 造现代化。用计算机才用有限元模拟金属板料变形情况，可以预测某一 工艺方案对制件成形的可能性和将会发生的问题。计算机将结果显示在 终端上供设计人员选择修改，这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了 制模周期。采用 CAD/CAM/CAE 技术 ，可以使制模周期缩短 1/22/3， 本科毕业论文本科毕业论文 精度提高 12 级。目前用 CNC 机床加工的模具精度已达 m 级。世界 各主要工业国已广泛使用此技术，我国也正由实验研究转入实用。 随着市场经济的发展，商品竞争日趋激烈。为争夺市场，如何提高 冷冲压模具设计及制造质量和缩短周期，已成为冲压工程

23、技术人员所面 临的重大课题。除了采用简易模具技术，解决产品试制及小批量生产外， 目前国内外广泛应用成组技术进行组织产品工程设计、制造及生产 8 。 成组技术是将产品整体为研究对象，分析产品相似性，将形状结构、尺 寸、精度等相似的产品分类成组，从而引导产品设计及生产达到成本低、 周期短的目的。由于产品相似性使产品制造工艺也具有相似性，这就为 冷冲压模具设计应用成组技术创造了条件。典型组合模具不仅能适应小 批量生产要求，作到一模多用，只要更换个别工艺件就能组合成新模具 进行新的品种生产，从而为小批量生产开辟了新的途径。典型组合模也 具能适应中、大批量生产要求，工具制造部门可在、事先制造典型组合 模

24、具作为半成品库存，设计部门能在短期内补充设计所需工艺件，即可 在较短时间内制造组合成专用模具供中、大批量生产。 此外，用锌合金作为模具材料，设计简单，制造容易，不需要专门 的模具加工设备，省工、省料。模具用锌合金的性能，相当于低碳钢， 加工性质类似于青铜铸件。由于锌合金的独有的特点，必将在生产中广 泛应用，对提高冲压生产的工艺技术水平和经济效益，促进机电工业的 发展，将起积极作用 9 。 本科毕业论文本科毕业论文 第三章 冲裁工艺及模具设计 冲裁是利用模具使板料产生分离的一种冲压工序。从广义上讲，冲 裁是分离工序的总称，它包括落料、冲孔、切断、切口、修边等多种分 离工序。但一般来说，冲裁主要是

25、指落料和冲孔工序。在冲压工艺中， 冲裁的用途最为广泛，它既可以直接冲出所需形状的成品工件，又可以 为其他成形工序如拉深、弯曲、成形等制备毛坯。 3.1 冲裁 3.1.1 冲裁过程分析 冲裁加工过程中的受力与变形是比较复杂的，若要深入掌握冲裁工 艺，必须研究冲裁时板料分离的实质及影响冲裁过程的因素，从而达到 掌握冲裁过程、控制冲裁件质量的目的。冲裁过程分析主要是从力与变 形的角度出发，分析、研究冲裁过程。这对编制冲裁工艺、设计冲裁模、 控制冲裁件质量有着重要意义。 冲裁是分离工序，从凸模接触板料到板料相互分离的过程是在瞬间 完成的：当凸、凹模间隙正常时，冲裁变形过程大致可分为以下三个阶 段: 弹

26、性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段，如图 31 所示。 本科毕业论文本科毕业论文 图 3.1 冲裁变形过程 3.1.2 影响冲裁件断面质量的因素 在四个特征区中，光亮带剪切面的质量最佳。各区域部分在整个断 面上所占的比例，随材料的性能、厚度、冲裁间隙、刀口状态及摩擦等 条件的不同而变化。 1材料性能对断面质量的影响 对于塑性较好的杉料冲裁时裂 纹出现得较晚，因而材料被剪切的深度较大，所得到的断面光亮带所占 比例大，闯角带较宽，断裂带较窄。而塑性差的材料，当剪切开始不久， 材料便被拉裂，使断面光亮带所占比例小，圆角带较窄，有斜度的粗糙 断裂带所占的比例大。 2冲裁间隙对断面质量的影响 冲裁间

27、隙值的大小，影响上下裂 纹的会合，也影响变形应力的性质和大小。当间隙过小时，上下裂纹 延伸时互不重合，如图 32a 所示。两裂纹之间的材料，随着冲裁的进 行将被第二次剪切，在断面上形成第二光亮带，该光亮带中部有残留的 断裂带(夹层)。小间隙还会使庇力状态中的拉应力成分减小，挤压作用 增大，使材料塑性得到充分发挥，裂纹的产生受到抑制而推迟。所以， 断面光亮带宽度增加，圆角、毛刺、斜度、翘曲、拱弯等缺陷都有所减 小，制件质量较好。但断面的质量也有缺陷，如中部的夹层等。当间 隙过大时，上下裂纹延伸时仍然互不重合，如图 3.2c 所示。这是因为 变形材料应力状态中的拉应力成分增大，材料的弯曲和拉仲也增

28、大，容 易产生微裂纹，使塑性变形较早结束。所以，断面光亮带变窄，圆角带、 断裂带增宽，毛刺增多，拱弯、翘曲现象严重，并且拉裂产生的斜度增 大，有时断面会出现两个斜度，冲裁件质量下降。当间隙合适时，上 下裂纹延伸后能会合成一条线，如图 32b 所示。尽管断面也有斜度， 但零件比较平直，圆角、毛刺、斜度均不大，有较好的综合断面质量。 本科毕业论文本科毕业论文 3模具刃口状念对断面质量的影响 刃口状态对冲裁过程中的应 力状态有较大影响。当模具刃口磨损成园角时，挤压作用增大，冲裁件 的圆角和光亮带增大。但同时也使冲裁件的毛刺增大，凸模钝，落料件 上毛刺增大；凹模钝，冲孔件上毛刺增大。 图 3.2 间隙

29、大小对冲裁件断面质量的影响 1.断裂带 2.光亮带 3.圆角带 4.第二光亮带 3.2 冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁模中凸模与凹模刃口之间的间隙。凸模与凹模之 间每侧的间隙称为单面间隙，用 Z2 表示；两侧间隙之和称为双面间 隙，用 Z 表示，如图 33 所示。本章所讨论的间隙，如无特殊说明， 都是指双面间隙。 3.2.1 间隙对冲裁的影响 从上面的分析可知，凸模和凹模之间的间隙，对冲裁件断面质量有 极其重要的影响。此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、 冲裁力和冲栽件的尺寸精度。因此，冲栽间隙是冲裁模设计中一个非常 重要的工艺参数。 本科毕业论文本科毕业论文 1间隙对冲裁件尺寸精度的影

30、响 冲裁件的尺寸精度，是指冲裁 件的实际尺寸与设计的理想尺寸之间的差值。差值越小，则精度越高。 总的差值包括以下两个方面： (1)冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差。主要是指制件从凹模推 出(落料件)或从凸模上卸下(冲孔件)时，因材料所受的挤压、拉伸变形 等产生回弹面造成的。偏差值可能是正的，也可能是负的 c 影响这个偏 差值的因素食冲裁间隙、材料性质、工件的形状与尺寸等，其中主要因 素是冲栽间隙。 图 3.3 冲裁间隙 冲裁间隙过大时，材料所受拉伸作用增大。冲裁结束后，因材料的 弹性恢复，冲裁件尺寸向实体方向收缩，从而使落料件尺寸小于凹模尺 寸，冲孔尺寸(孔径)大于凸模尺寸(直径)。 冲裁间隙

31、过小时，材料受模具挤压的作用增大 c 冲裁结束后，因材 料的弹性恢复，使落料件尺寸增大，冲孔尺寸(孔径)减小。尺寸变化量 的大小与材料性质、厚度等因素有关。材料性质直接决定了其在冲裁过 程中的弹性变形量。软钢的弹性变形量较小，冲裁后其弹性恢复也相应 本科毕业论文本科毕业论文 较小，硬钢的弹性恢复量就比较大。 (2)模具本身的制造偏差。上述因素的影响，是在一定的模具制造 精度这个前提下讨论的。若模具刃口制造精度低，则冲裁件的制造精度 也就无法保证。所以，凸、凹模刃口的制造公差一定要按工件尺寸的精 度要求来决定。 2间隙对模具寿命的影响 模具寿命受各种因素的综合影响，冲 裁间隙是主要影响因素之一。

32、冲裁过程中，凸模与冲孔件孔的内侧面， 凹模与落料件的外侧面之间均有摩擦。间隙越小，摩按越严重，所以过 小的冲裁间隙对模具寿命极为不利。 较大的冲裁间隙可使模具与材料之间的摩擦减小，在一定程度上还 可以减小间隙分布不均匀的不利影响，从面提高模具寿命。 3冲裁间隙对冲裁工艺力的影响 随着间隙的增大，材料所受的 拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。通常冲裁力的降低 并不f分显著。试验结果表明当单面间隙介于材料厚度的 5 20范围内时，冲裁力的降低不超过 510。因此，在正常情况下， 冲裁间隙对冲裁力的影响不是很大。 冲裁间隙对卸料力、报件力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模 上卸下零件和从

33、凹模中推出零件都比较省力。当单边间隙达到厚度的 1525左右时，卸料力几乎为 0。但间隙太大，引起毛刺增加，反 而又使卸料力和推件力增加。 4 3.2.2 间隙值的确定 由以上分析可知，冲裁间隙对冲裁件精度、冲裁工艺力以及模具寿 命都有很大影响，但影响的规律各不相同。因此，并不存在一个绝对合 理的间隙值，能同时满足冲裁件断面质量最佳、尺寸精度最高、模具寿 本科毕业论文本科毕业论文 命最长、冲裁工艺力最小等各方面的要求。在实际生产中，通常选择一 个合适的间隙范围。只要模具间隙在这个范围之内，就可以满足使用要 求。这个范围的最小值称为最小合理间隙(Zmin)，最大值称为最大合理 间隙 Zmax)。

34、考虑到模具使用中的磨损，设计和制造新模具时要选择最 小合理间隙。 确定合理间隙值的方法有两种；理论确定法和经验确定法。 1理论确定法 理论确定法的主要依据是保证上下裂纹重合，且 正好相交于一条直线上，以获得良好的断面质量。图 34 所示为冲裁 过程中产生裂纹的瞬时状态，根据图中的几何关系可求得间隙 Z 值如下： Z=2(t-ho)tan=2t(1-ho/t)tan 式中 Z双面间隙值； t板料厚度； h0产生裂纹时凸模压人材料的深度； h0t产生裂纹时凸模压人材料的相对深度； 剪裂纹与垂线间的夹角。 图 3.4 冲裁过程中产生裂纹的瞬时状态 从上式可以看出，合理间隙值 Z 与板料厚度 t、相对

35、压入深度 本科毕业论文本科毕业论文 h0/t、剪裂纹方向(角度)等有关。面 h0/t 和 又与材料的性质有关， 因此影响间隙值的主要因素是材料的性质和材料厚度。不同材料的 h0/t 与 值见表 3.1。 表 3.1 h0/t 与 值 板料厚度增大，间隙值应相应增大。比值 h0/t 与材料的性质有关， 塑性好的材料光亮带占剪切断面的比例大，合理间隙值就取得小一些。 材料塑性差，厚度大，其相应的合理间隙值就要取得大一些。 3.3 凸模与凹模刃口尺寸的确定 凸模与凹模刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的重要因素。凸凹 模的合理间隙值也要靠刃口尺寸及其公差来保证。因此，在设计冲裁模 具时，正确计算凸模与

36、凹模的刃口尺寸及其公差是十分必要的。 3.3.1 刃口尺寸计算原则 在生产实践中，不难发现冲裁生产具有如下特点： (1)由于凸、凹模之间存在间隙，使冲出的孔或落下的制件都带有 锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺小等于凸模 尺寸。 (2)在测量与使用中，落料件以大端尺寸为基推，冲孔孔径以小端 尺寸为基准。 (3)冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模尺寸越磨 越小，凹模尺寸越磨越大，结果使凸、凹模之间的间隙逐渐增大。 本科毕业论文本科毕业论文 根据冲裁生产的特点，计算和确定凸、凹模刃口尺寸及其公差 时应遵循以下原则。 1、根据冲孔和落料的特点 落料件的尺寸决定于凹模尺寸

37、，故落 料模应以凹模为设计基准；先确定凹模的刃口尺寸，再据间隙值确定凸 模的刃口尺寸。冲孔时孔径的尺寸决定于凸模尺寸，所以冲孔模应以凸 模为设计基淮；先确定凸模的刃口尺寸，再按间隙值确定凹模的刃口尺 寸。 2、考虑凸模与凹模的磨损 凸、凹模在冲裁过程中必然会出现磨 损，凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小，凹模刃口尺寸磨损使落料尺寸 增大。为了保证冲裁件的尺寸精度，尽可能地提高模具寿命，设计落料 模时，凹模刃口的基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸。设 计冲孔模时，凸模刀口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。 这样就能保证凸、凹模磨损到一定秤度后仍能冲裁出合格的工件。不论 落料还是冲孔

38、，凸、凹模间隙都应选取合理间隙范围内的最小值。 3把握好刃口制造精度与工件精度的关系 凸、凹模刃口尺小精 度的选择，应以能保证工件的精度要求为前提，保证合理的凸、凹模间 隙值，从而保证模具的使用寿命。模具刃口制造精度与冲裁件精度的对 应关系见表 32。一般情况下，也可技工件公差的 14l3 选取。 对于圆形凸、凹模，由于制造容易，精度易保证，制造公差可按 IT6 IT7 级选取。 表 3.2 模具刃口制造精度与冲裁件精度的对应关系 本科毕业论文本科毕业论文 3.3.2 刃口尺寸计算方法 根据凸、凹模的加工工艺和测量方法的不同，凸模与凹模刃口部分 尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同。刃口尺寸的

39、计算方法分为下 面两种类型。 1凸模与凹模分别单独加工 这种加工方法，适用于圆形或矩形 等规则形状刃口的制造。加工模具时，凸模和凹模分别按图纸加工至尺 寸，并分别在图样上标注凸模和凹模的刃口尺寸和制造公差。为了保证 间隙值，应满足下列关系式： Tp+TdZmax-Zmin (3.3) 或取 Tp=.0.4(Zmax-Zmin) (3.4) Td=0.6(Zmax-Zmin) (3.5) 落料与冲孔时凸、凹模刃口尺寸、公差与冲裁件尺寸及其公差的关系如 图 35 所示。 图 3.5 冲模刃口尺寸的确定 本科毕业论文本科毕业论文 第四章 冲压工艺分析与方案论证 4.1 冲压工艺分析 图 4.1 零件

40、图 该零件为拖拉机机架框，如图 4.1 所示。上面有 2 个 15 的孔， 一个 11 的孔，一个 12 的孔以及两个 11125 的钣金槽。孔主要用 于接板的装配，故这几个孔的位置是需要保证的重点。另外钣金槽是用 于定位的，位置度也需要得到一定的保证。 a.该零件的厚度为 3 毫米。对于一般的冲压来说，它的厚度是过厚 了一点，所以在弯曲时若能有效地利用过弯曲和校正弯曲来控制回弹， 则可以得到形状和尺寸比较准确的零件； b.钣金槽边缘和所有的孔边缘至弯曲半径 R 的中心距离都大于材料 厚度的两倍（6 毫米） ，从而钣金槽边和所有的孔都位于变形区之外， 11 弯曲时不会引起它们变形，故钣金槽边和

41、所有的孔都可以在弯曲前冲出。 孔冲好后，也可作为弯曲时的定位。 本科毕业论文本科毕业论文 由图可知，该零件结构形状比较复杂，但并不对称。是由圆弧直线 组成，根据零件的具体情况，要完成全部的工序而生成该产品，需经过 以下三道工序，它们分别是：落料、冲孔和弯曲。 4.2 冲压方案论证 冲压该零件需要的基本工序有落料、冲孔、弯曲。由于工件结构不 算复杂，为了减少模具的制造难易程度，这里选择单工序简单模。具体 工序方案主要有有以下几种： 方案一：先落料、再弯曲、最后冲孔。工序较少且较集中，使用设 备较少，生产效率较高。在每道工序中都存在着一定的误差，这样零件 的精度很难保证。且冲孔模具的结构也比较复杂

42、。 方案二：先落料、再冲孔、最后弯曲。工序较少且较集中，使用设 备较少，生产效率较高。进行弯曲时有较好的定位。加工精度得到很好 的保证。模具结构较简单，制造成本较低，符合经济要求。 方案三：先落料、然后冲孔、再弯曲、最后再冲孔。工序复杂，生 产效率低，对于批量生产并不适易，在每道工序中都存在着一定的误差， 这样零件的精度很难保证。 方案四：先冲孔、再落料、最后弯曲。这种工序方案中，孔先冲出， 给后面的工序提供了很好的定位。提高了产品的位置精度。但是这样操 作不方便，就增加了工人的劳动强度，生产效率降低了。 综合考虑到零件的性能、产品质量、生产批量、生产效率使用设备、 模具制造的难易程度及寿命高

43、低、操作方便与安全等方面，经过以上的 方案比较，可知第二案比较好，所以选择方案二。 本科毕业论文本科毕业论文 第五章 落料模设计 5.1 落料模的工作原理 在冲压加工过程中，冲模的凸模与凹模直接接触被加工材料并对材 料施加压力，使材料沿轮廓线分离，从而得到预期的零件。 5.2 冲压工艺分析，确定冲压工艺方案 该零件形状简单，是由圆弧和直线组成的。冲裁件内外形所能达到 的经济精度为 IT13，孔中心与边缘距离尺寸公差相比较，可认为该零 件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。其它尺寸标注、生产批量等 情况，也均符合冲裁的工艺要求，根据文献 1，故决定采用单工序落料 模加工，且一次冲压成形。 5.3

44、 排样 在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭 边。根据文献9，10，采用斜排式的排样方式，如图 5-1 所示。 本科毕业论文本科毕业论文 图 5-1 零件图和排样图 由表 2-13 8 查得最小搭边 3a mm， 3 1 a mm； 通过 Pro/E 的区域分析的功能得到该零件的毛坯的面积：A =97235mm 2 ； 条料的宽度:b=3+88.3+233+3+3=330mm 进距：h=629.7+2 1 a =635.7mm； 根据公式： %100 bh nA （5-1） 计算得一个进距的材料利用率为： %93%100 7 . 635 3 . 330 972352 %1

45、00 bh nA 5.4 进行必要的工艺计算 该模具采用弹性卸料和下出件方式。Q235 的抗拉强度为 b=375460 MPa 。 5.4.1 落料力 根据文献11公式： b LtF 1 （5-2） 其中： 1 F 落料力(N)； b 抗拉强度(MPa)，取 b =400MPa； t材料厚度(MPa)，t=3mm； L零件的毛坯的周长(mm)。 通过 Pro/E 的面分析的功能得到该零件的毛坯的周长 L=1548mm 本科毕业论文本科毕业论文 故 b LtF 1 =(15483400)N=185810 3 N 5.4.2 卸料力 表 5.1 卸料力、推料力和顶料力系数 料厚（mm） K卸K推

46、K顶 0.1 0.60.09 0.10.14 0.10.50.040.07 0.0650.08 0.52.50.0250.06 0.050.06 2.56.00.0150.04 0.0250.05 钢 6.5 0.0150.04 0.0250.03 铝、铝合金0.030.080.030.07 紫铜、黄铜0.020.06 0.030.09 根据公式： 1 FKF 卸卸 （5-3） 其中：F1落料力(N)； K卸系数，取 K卸=0.04。 故 1 FKF 卸卸 =(0.04185810 3 )=74.3210 3 N 5.4.3 推件力 根据公式： （5-4） 1 FnKF 推推 其中：F 落料力

47、(N)； 1 本科毕业论文本科毕业论文 K系数， K=0.045； 推推 n卡在凹模洞口的工件(或废料)数目，。3 h n t 故=(30.045185810 )N=83.6110 N 1 FnKF 推推 33 5.4.4 选择冲床时的总压力 选择冲床时的总压力为： F 1总 =F1+F卸+F推=2016KN 5.5 确定模具的压力中心 按比例画出零件形状，选定坐标系 XOY，如图 5.2 所示。因零件不 对称，故 Xc，Yc 都需计算。根据文献11，将工件冲裁周边分成 L1，L2，L7 基本线段，求出各段的重心： L1=88.3 X1=0 Y1=188.85 L2=629.7 X2=242.

48、5 Y2=233 L3=122.047 X3=544.38 Y3=218.95 L4=83.93 X4=629.55 Y4=175.2 L5=99.85 X5=580.08 Y5=103.57 L6=88.13 X6=-600.36 Y6=17.26 L7=580.69 X7=-281.33 Y7=72.92 根据公式： C LiXi X Li （5- 5） 得 11223344556677 1234567 301.60C LXLXLXLXLXLXLX X L LLLLLL mm 本科毕业论文本科毕业论文 根据公式： C LiYi Y Li （5- 6） 得 133.22C LiYi Y Li mm 故 压力中心坐标值为（-301.60，133.22） Y X 图 5.2 压力中心图 5.6 计算凸、凹模刃口尺寸 落料时，落料件的尺寸是由凹模决定的，因此应以落料凹模作为设 计基准。 查文献8，由表 2-1 得间隙值 Zmin=0.46 Zmax=0.64mm 本科毕业论文本科毕业论文 由于凹模结构相对复杂，尺寸在生产过程中有变大和缩小，所以用 配合加工计算法来计算凹模。 第一类：凸模或凹模在磨损后会增大的尺寸； 第二类：凸模或凹模在磨损后会减小的尺寸； 第