支架的翻边模具设计.doc

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1、 密级： JINGGANGSHAN UNIVERSITY本科毕业论文（设计）题 目 支架的翻边模具设计 学 院 机 电 工 程 学 院 专 业 材料成型与控制工程 班 级 机设1201 学 号 姓 名 水 银 春 指导教师 谢世坤教授 起讫时间 2014.112015.5 教 务 处 印 制目录摘要1第1章.前言31.1 研究目的、意义31.2 模具行业的现状31.3 冲压工艺概念及应用31.4 冲压行业的阻力与突破41.5 冲压的基本工序及模具分类51.6 总结5第2章.零件的工艺性分析及尺寸计算62.1 零件的工艺性分析62.1.1 零件结构分析62.12 零件的尺寸精度分析及确定62.2

2、 冲压工艺方案的确定62.3 冲裁排样设计72.3.1 毛坯尺寸的计算72.3.2 确定冲裁排样方案82.4 搭边的选取82.5 送料步距、条料的宽度以及板料间距的尺寸计算93.5.1 送料步距92.5.2 条料的宽度和板料间距的尺寸计算92.6 工件排样方案的确定以及材料利用率的计算102.6.1 工件排样102.6.2 材料利用率的计算102.7 各工序的确定112.8 冲裁力以及辅助力112.8.1 冲裁力112.8.2 卸料力以及推件力123.8.3 弯曲力的计算132.9 初选压力机142.10 压力中心的计算142.11 凸模、凹模的刃口尺寸计算152.11.1 冲孔刃口尺寸计算1

3、62.11.2 落料刃口尺寸计算18第3章.冲压模结构的选择19第4章.主要零件的设计204.1 成型零部件的设计204.1.1 冲孔凸模的设计204.1.2 凹模的设计214.1.3 弯曲模主要工作部分的尺寸计算234.2 固定零部件的设计234.2.1 凸模固定板234.2.2 凸模垫板244.3 定位零部件的设计244.4 卸料零部件的设计244.5 模架及其他零件的设计254.5.1 模柄的选用254.5.2 模架的选取以及主要零部件加工材料的确定254.6 模具主要零部件尺寸的确定264.7 模具的装模高度的校核26第5章.模具的总装配图及装配分析275.1 模具总装配图275.2

4、装配技术要求28第6章.设计小结29致谢30参考文献31摘要本次毕业设计是进行冲压模具设计，零件为某机器的支架零件，结构比较简单。该零件模具设计首先运用冲压成型的基本理论知识对进行该零件制造加工的基本工序进行分析，在零件工艺分析的基础上找到几种可行的工艺设计方案，确定主要以冲孔、落料、弯曲三道工序为主的冲压工艺方案,从实际生产出发，尽可能降低生产成本，确定最适合的冲裁工艺方案，然后确定零件的排样方案；计算冲裁力以及辅助力，根据总成压力初步选定压力机，确定零件的压力中心，还要对进行加工该零件的相关刃口尺寸要进行一定计算及校核，通过校核结果确定模具冲孔、落料以及弯曲的凸、凹模刃口尺寸，并确定冲裁模

5、的结构形式、固定方式、定位方式以及导向方式，从而进一步对主要工作零件（如凸模、凹模）、固定零件、卸料零件、定位零件、模架以及其他主要零件的尺寸大小及结构形式进行设计与选取，从而确定冲裁模具的整体结构形式，在冲压模确定完毕后根据所选压力机所允许的闭合高度对模具的装模高度进行校核，确认符合标准。最后用CAD绘制出该模具的装配图以及主要零部件的零件图，确定装配技术要求。关键词：零件；冲压工艺；模具设计；AbstractThis graduation design is mainly for stamping mold design, parts are from amachinebracket pa

6、rts, the structure is relatively simple.This parts mold design firstly analyzes the basic process of the parts processing and manufacturing with the basic theory of stamping forming, we can find several feasible technological schemes on the basis of the parts technology analysis, determined mainly b

7、y punching, blanking and bending process of stamping technology program, starting from the actual production, reducing the production cost as far as possible, to determine the best blanking process, then determine the layout scheme of the parts; according to preliminary selected press assembly press

8、ure, auxiliary force calculation of blanking force, and determine the pressure center of parts. in addition, to carry on the processing of the parts related to a certain size calculation and checking on the edge, by checking the results determine the mold punching and blanking and bending of convex

9、and concave die cutting edge dimension, and to determine the structure of die, fixed way, way of positioning and orientation, thus further selecting and designing the size and of structure of main work parts (such as punch and die), fixing parts, unloading parts, parts, mold and other major parts, t

10、o determine the overall structure of the stamping die. After the punch molds are surely examined, to check the height of mold loaded, according to the closing height allowed by selected pressure. Confirming that conforms to the standard. Finally, drawing the assembly drawing of the mold with CAD, an

11、d also as the parts drawing of main parts, to confirm the requirements of assembly technology.Keywords: Parts; Stamping process. Mold design;第1章.前言1.1 研究目的、意义本专业在大学期间学习了材料成型及控制工程专业的模具方向，在模具行业，冲压模具的设计制造具有很重要的地位，冲压模具制造的产品应用越来越广泛，其结构形式较为简单，模具设计难度适中，并且设计冲压模具所需要的内容全面，需要掌握较多的模具设计方面的专业知识。在模具设计的过程中，可以很好的锻炼我

12、们查询、应用资料的能力以及独立完成模具设计的能力，同时可以培养我们运用CAD绘图软件能力。1.2 模具行业的现状我们知道现代模具行业有“不衰亡工业”的美称，它很好的说明了模具行业的重要性以及它的未来发展之前景是良好的。当然这个不是空口白说的。经过调查，模具市场不管是在国内还是在世界上都是供不应求的状况，随着与国际接轨，国民已经认识到产品的质量，生产成本以及能够及时开发出新产品的重要性，而用模具来生产产品是整个环节中最能够实现这些因素的重要影响之一，所以国内模具产业任然有很不错的发展前途。目前日本的模具生产能力在世界上居第一位，每年都会有大量的模具出口，美国、德国等国都是世界上的模具生产大国之一

13、，在模具生产制造方面具有领先的技术，但随着模具市场的竞争日益剧增，日本、德国、美国等国家的人力成本远大于东南亚地区及中国，这些国家都在降低简单模具的生产率，在世界模具生产行业的占有率有所下降，当然他们在全世界的高端模具市场依然占据着不可或缺的重要地位。随着中国经济的迅速发展，虽然中国的制造业在过去的几十年中取得了重大的发展，但是与世界上的工业强国仍然有着比较大的距离。目前我们国内的模具生产厂家达到了上万家之多，这也使得在模具行业就业的人员达到了50多万，当然这些不都是全是核心技术人员，并且伴随中国经济发展越来越迅速，整个生产市场对加工模具的需求量也越来越大，中国日渐成为世界模具大国，对模具方面

14、的人才需求也会越来越多，模具行业所能吸纳的就业能力将会越来越大。目前模具总产值量已跃居世界第三，仅次于日本和美国1。在目前的模具生产中，冲压模具大约占到了整个模具行业市场份额的50%以上，其他模具整体才占到大约50%，冲压模具在整个模具行业具有压倒性的优势，所以本文主要进行设计研究冲压模具。1.3 冲压工艺概念及应用冲压是靠冲压设备和模具对板料有一定的压力，让其具有一定的变形力从而产生分离或变形工序，得到与我们所要求的结构形状和尺寸大小完全相一致的零件的零件生产法。冲压成型具有以下优点：1) 冲压加工的加工工艺过程不复杂，生产效率较高，且操作安全方便，现冲压加工多已为自动化加工；2)冲压可加工

15、出尺寸范围较大、形状较复杂的零件2；3)冲压加工材料的浪费率较小，当大批量生产时，冲压加工较其他加工方法成本比较低。但是，冲压加工所需要的模具是典型的技术密集产品，有时一个结构比较复杂的产品要好几套模具才能够完成加工，并且模具的加工制造精度不低，模具的生产成本较高。所以，冲压加工一般适合于大、中批量生产，这样才能得到比较好的经济收益。冲压加工的产品在我们日常生活及现代工业生产中已经越来越常见了，越来越多的工业部门采用冲压加工法来加工各种零件，很多以前用锻造、焊接以及铸造等零件加工生产方法制造的零件，现如今很多也让成本更低、质量更好的冲压产品所替代。1.4 冲压行业的阻力与突破1)生产装备不先进

16、，自动化生产程度低，生产集中度不高日本、德国、美国等国家冲压模具的生产都已进入机械化，自动化程度高，而中国由于很多生产企业都是中小企业，生产设备落后，自动化程度不高，市场竞争力不强，不能同国外企业相竞争，很多都是用手工操作的，安全性能不高，比较容易造成安全事故。要改变目前的这种现状，要加快企业的整合速度，将众多的中小企业合并成中大型企业，多引进国外的先进生产技术以及先进的设备，提高模具自动化生产程度，同时将国内的落后设备进行改造，使其发挥新的生产力，能够“走出去”，同国外的模具生产厂家相竞争。2)加工用材料自供率不足由于我国目前钢铁行业重要生产技术的不成熟以及外国势力对我国的技术封锁，很多高精

17、度产品所需要的原材料我国都不能生产，需要从国外进口，加重了零件的生产成本，严重影响了冲压行业的发展。想要突破这种限制，一方面要加快我国的钢铁生产水平，另一方面对要加工的产品所需要的原材料进行改善，多使用新型材料。3)产品不能创新，掌握行业真正核心工艺 的人才不足目前我国冲压行业生产的产品很多都是从国外引进的，能够对产品进行创新的人才不够，行业内掌握核心生产技术的从业人员不能与冲压行业的快速发展相适应，总是处于人才短缺的状态。要改变这种状态，要加大对我国创新人才的培养，从根本上入手，让中国从制造大国向创新大国发展，突破外国的技术封锁。4)企业管理混乱，对新技术的推广不重视，相关研究成果不能快速转

18、化为工业生产能力我国有部分冲压技术达到了国际先进水平，但很多时候由于企业管理者的不重视导致科研成果不能迅速转化为生产力，先进技术推广速度慢。要改变这种状况，首先要规范企业的管理，加大对先进技术的重视；其次企业与冲压技术处于前端的高校科研单位相联合，高校为企业提供技术支持，也能够使最新科研成果迅速转化为生产力。1.5 冲压的基本工序及模具分类由于可以用冲压生产的零件种类比较多，各种零件加工方法各不相同，我们按其加工性质将冲压加工工艺分为两大类,一类是对板料施之以压力，让其按我们的要求进行分离，得到形状和尺寸符合我们要求的零件的分离工序，一类是对材料施之以压力，让其获得足够的变形力但不要分离，只发

19、生塑性变形，从而得符合我们要求的工件的成型工艺。一般我们常说的冲孔、落料等几类工序属于分离工序，弯曲、拉伸等几类工序属于成形工序。冲压模具又有很多结构形式，按工序组合方式分为单工序模、复合模、级进模等3。1.6 总结本章主要通过对整个模具行业的发展现状以及冲压行业的介绍，明确了冲压行业发展到现在所遇到的阻力以及突破这些阻力的方法。第2章.零件的工艺性分析及尺寸计算工件图如图2.1所示，该零件为某一设备中的支撑零件，采用Q235材料，厚度为2 mm，生产批量为中批量生产。图2.1 零件图2.1 零件的工艺性分析2.1.1 零件结构分析图2.1所示，各个孔距离边缘距离比较远，而且Q235具有高的韧

20、性、塑性和焊接性能，良好的加工性能和压力，但强度低,具有良好的冲裁性能，适合冲裁，工件中间有折弯，在制作过程中，压弯成形工艺的质量是决定此零件品质的主要因素之一。初步分析该支架零件的冲压主要工序有落料、冲孔和弯曲三个工序。2.12 零件的尺寸精度分析及确定零件形状如图一所示，公差没有给出，该零件为支架，是没有特殊要求的支撑零件，对零件精度等级要求不高，精度等级确定为IT14级；Q235的力学性能：、MPa；2.2 冲压工艺方案的确定依据该支架零件的结构、尺寸及加工技术要求，我们可以选用以下几种加工方案。方案一：依次进行冲孔，落料，弯曲等三道工序，以单工序模生产;方案二：先进行落料和冲孔的复合冲

21、压，然后再弯曲的复合模生产；方案三：在一个模具上分别进行冲孔、落料、弯曲，以多个工位的连续模生产。三种冲压方案各自都有自己的优缺点，其主要比较见下列表格。表2.1 三种方案的比较模具种类比较项目简单模连续模复合模生产批量大、中、小批量大批量大批量生产效率低高较高模具的制造周期短长较长模具的复杂程度较易复杂较复杂模具的形状尺寸比较小比较大中等模具的制造精度低高较高冲压设备能力小较大中等模具的生产成本低高较高冲压件的精度低一般高方案一虽然模具结构比较简单，但需要模具数量多，造成生产成本较高，而且生产率较低，精确度不高，很难满足该零件的中批量生产的产量要求。方案二需要一套冲裁模具，虽然冲裁零件的效率

22、比方案一较高，并且工件的冲裁精度也要高，但该工件尺寸比较小，工件的各个成形部位很容易相互干扰而对工件的加工精度造成影响。方案三是采用一套模具生产，在一套模具内进行冲孔、落料、弯曲等多道工序，比复合模具有更高的生产效率，而且模具损耗较少，强度较高，具有较长的寿命，工人进行操作生产时按期按系数也比较好。操作安全。为此，在零件生产我们采用冲两圆孔、冲两端余料，空位、折弯、空位、载体切断的多工位级进模进行生产，可以在符合工件生产制造精度要求的前提下获得较高的收益。2.3 冲裁排样设计2.3.1 毛坯尺寸的计算工件弯曲过程中，依据弯曲零件的形状和结构的不同，工件毛坯展开尺寸的计算方法也是不相同的，当工件

23、弯曲角度为时，这类工件毛坯的展开长度是依据弯曲零件弯曲前后中间层的总长度是不会发生改变的，然后依据弯曲零件弯曲前、后体积不改变来进行计算。其毛坯长度L计算公式为： （2-1）式中a，b弯曲工件的直线部分，mm； r弯曲工件内弯曲半径，mm； t板料厚度，mm； X中性层的位移系数其中x由下表2.2确定表2.2 弯曲件中性层位移系数x值0.100.200.300.400.500.60x0.210.220.230.240.250.251.301.502.002.503.004.00x0.340.360.380.390.400.42查表2.2，当r/t=0.5时，x=0.25可知 =20+14+1.

24、57（1+0.25x2） =36 mm2.3.2 确定冲裁排样方案排样是冲裁件在条料、带料或或板料上布置的方法4。在冲压件的加工制造成本中，超过60%的是购买材料所需要的成本，因此高效率的利用材料，提高材料的经济利用率可以有效地减小零件的生产成本，获得较好的经济收益。合理的排样能减小材料的消耗率和提高零件的生产率，降低零件加工成本，从而可以获得与设计技术要求相符合的工件。因为该零件毛坯是结构比较简单的规则矩形，采用单直排会有较高的材料利用率，而且为了保证零件的尺寸精度，采用有废料排样，即最终采用有废料单直排的方案。2.4 搭边的选取排样时，为了补偿定位误差，保证冲压件冲压质量和进料方便，在零件

25、及零件之间以及零件的的四周要保留一定的工艺余料即搭边，合理的搭边值的不仅可以提高冲压件质量，也可以提高材料的利用率，降低生产成本，一般我们都会选取合理的最小搭边值，其通常可以由经验值确定，具体值可以查下表：表2.3 搭边值表板料厚度t/mm圆形件或圆角r2t矩形件或边长L50或r0.10.50.04500550.0650.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03查表2.7可得：卸料系数：Kx0.045推件系数：Kt=0.055顶件系数：Kd=0.06卸料力：推件力：顶件力：总冲压力是在进行冲裁需要的

26、冲压力与冲压完成后所需的卸料力、顶件力或推件力的总和，依据不一样的模具形式结构，总冲压力计算公式也各不相同，由于该模具具有卸料零件以及采用下出料方式的冲压模具，则：Fz=F+ Fx+ Ft (2-11)=+4204.8+5606.4 =148.467 KN3.8.3 弯曲力的计算该零件只有一个部位折弯，为U形弯曲，其弯曲力由下式计算： (2-11) =0.61.3222.02400/(1+2) =9.152KN式中折弯力，N； K安全系数，一般取K=1.3 b弯曲的宽度，mm； t弯曲的厚度，mm； 材料的抗拉强度（=400MPa）总成形力为：F=148.467+9.152=157.62 KN

27、2.9 初选压力机冲裁时冲裁压力机的公称压力应等于或大于总冲压力F，我们一般依据总成形压力的1.3倍来进行初步选择压力机，根据总成型力F=157.62KN，我们初步选择压力机的型号为J23-25型开式双柱可倾式压力机，其主要的规格工艺参数如下：表2.8 J23-25型压力机各参数值型号J23-425公称压力（kN）250滑块行程（mm）65滑块行程次数（min-1）55最大闭合高度（mm）270闭合高度调节量（mm）55滑块中心线至床身距离（mm）200立柱距离（mm）270工作台尺寸（mm）前 后370左 右560工作台孔尺寸（mm）前 后200左 右290垫板尺寸（mm）厚度50直径模柄孔

28、尺寸（mm）直径40深度60滑块底面尺寸（mm）前 后左 右床身最大可倾角（）352.10 压力中心的计算各个冲裁力的合力的作用点就是冲压工件的压力中心，对于有多个凸模的冲裁模，要使冲压模具和选用的压力机能够不发生故障正常的工作，就要让压力机的滑块的中间与冲压模具各个冲裁力的合力作用点相一致，即一定要求出冲压工件的压力中心。该模具是多工位级进模并且有多个凸模，要确定压力中心，首先是确定冲孔凸模、落料凸模，弯曲凸模等各个凸模合力的作用点，然后再计算出整个模具的压力中心，其主要按下列公式计算： (2-12) (2-13)其中的大小由下图确定，分别为冲裁件的轮廓长度。图2.4 凸模的压力中心由零件展

29、开尺寸可知，我们取X=2，y=2，则由此可知：X=8; X=X=20; X=30; X=38y=y=y=y=13； y=24L=L=22; L=18.84; L=L=36; L=37.68将以上数据分别带入公式(3-12)、(3-13)即可得：X=18.8；y=11.0所以压力中心为(18.8,11.0)2.11 凸模、凹模的刃口尺寸计算凸模、凹模的公差和刃口尺寸对冲压件的精度影响很大，确定凸模、凹模的公差和刃口尺寸是一项非常必要的工作。凸模、凹模的刃口尺寸确定方法，通常有两种：（1）按凸模与凹模分开制造加工法：它通常是用于形状比较规则且不复杂的零件,这一类零件的冲压凸、凹模加工相对来说比较容

30、易，并且易保证加工制造的精度。（2）按凸模与凹模配作法加工：一般用于冲压件结构形状比较复杂的冲裁模。由零件的工艺性分析可知，该零件是生产制造较容易的冲孔、落料及弯曲性支撑性零件，结构形状比较规则，凸模、凹模制造方便，应该使用凸模与凹模分别加工法计算凸模、凹模的刃口尺寸。外形由落料获得， 由同时冲孔获得，其合理间隙由研究和生产实际经验，由下表确定：表2.9 初始双面间隙、材料的厚度/08、10、35Q295、Q235Q34540、501.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.1320.2400.1700.2400.1700.2401.750.2200.3200.

31、2200.3200.2200.3202.00.2460.3600.2600.3800.2600.380通过查表2.9可以明确初始双面间隙、 的大小： 则，凸模、凹模分别按标准公差等级IT6和IT7生产。表2.10 规则形状凸、凹模的制造偏差基本尺寸/mm凸模偏差凹模偏差基本尺寸凸模偏差凹模偏差1818301830-0.0200.0200.0250.030120180180160-0.0300.0400.04580120-0.0250.035160360136500500800-0.035-0.040-0.0500.0500.0600.070由表2.10确定、的值：为-0.020mm；为0.02

32、0mm。2.11.1 冲孔刃口尺寸计算1)冲孔6mm因该孔的标准公差等级为IT14级，孔直径6mm转换成，查表3.10，取x=0.5、，即T=0.008 mm，其中必须保证初始间隙不大于最大的合理间隙，即 (2-14)（满足条件）所以可以利用公式 (2-15) (2-16)其中磨损系数的选取查下表2.11 是工件的公差值表2.11磨损系数x选取料厚/mm非圆形/圆形/X=1X=0.75X=0.5X=0.75X=0.510.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.500.240.24则 2)冲孔12 mm因该

33、孔的标准公差等级为IT14，孔12 mm转换成，查表3.11，取x=0.5， ，间隙校核 （满足条件）由公式（2-15)(2-16)得：3）孔据尺寸孔基本尺寸 L=36-6-8=22，查公差表，26.4转换为孔距尺寸2.11.2 落料刃口尺寸计算当以凹模为基准件时，凹模磨损后刃口部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸第一类尺寸6，落料刃口尺寸及公差通常用以下公式计算： （2-17）其中模具基准尺寸,; 工件极限尺寸,; 工件公差,;查常用标准公差表工件将尺寸22、36分别转化为、,查表3.10得：则由公式（2-17）得以此类推：第3章.冲压模结构的选择1) 冲压模的结构类型的选择由冲压件工艺性分析

34、可知该零件精度要求不高，生产批量为中批量生产，是采用进级模。2) 定位方式的选择该模具用的是条料，并且模具结构类型为级进模，所以为了保证条料正确的送进选用导料板进行方向定位，不使用测压装置，导料板位于条料的两侧；为了保证条料正确的送料步距使用固定挡料销，其第一件冲压件的初始定位使用初始挡料销进行定位。3) 卸料方式的选择由零件的工艺性分析可知，该零件加工板料厚度为2mm，相对来说比较薄，卸料力不是很大，而且还有弯曲工序，所以采用弹性卸料板来卸料，弹性卸料版还可以在卸料时还可以起压料的作用，冲压下来的废弃料通过模具下方专门设计的漏料孔落下。4) 导向方式的选择因为该零件的位置精度要求不高，所以可

35、以选用对角导柱模架，冲裁时导向比较准确，受力平稳。第4章.主要零件的设计4.1 成型零部件的设计4.1.1 冲孔凸模的设计从零件图可知，该模具有两种冲孔凸模，为圆形，采用平刃口凸模，它的结构简单，刚性较好，不易变形，装配修磨方便，用凸模固定板固定，按过渡配合（H7/m6）配合，以便固定。凸模材料一般选取Cr12,热处理硬度为5862HRC。凸模的高度计算按下列公式： （4-1）其中1凸模固定板厚度,，在此确定为20mm； 卸料板厚度，在此确定为20mm； 导料板的高度，在此确定为5mm； 增加长度，包括首次刃磨量以及凸模的修磨量，在此确定为20mm； 材料厚度，在此为2mm；则有公式（4-1）得L=20+20+20+5+2=67mm冲孔凸模的结构形式如图 (a)冲大孔凸模 (b