模具设计与工艺计算

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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第22页 共22页 设计说明书摘 要分析了冲压件的结构和成形工艺，计算了毛坯尺寸和冲压力。为了提高弯曲件的生产效率，设计了集三工序为一体的落料弯曲冲孔复合模的结构，经过工艺分析、结构设计，论证了其可能性，保证了制品的质量。 在模具设计中,为了提高速度和效率,充分利用已经掌握的知识和资源。利用曲面设计功能快速求出曲面的面积。利用冲模设计手册软件版快速设计冲压模具,并对模具的强度进行检验。实践证明,确实提高了设计的速度和效率。本模具设计中,由于卸料力较大,采用了组合弹簧力较大的优点解决了这一问题。在模具结构中,用顶板做凸模的定位元件

2、,由于配合定位的距离小,容易造成凸模的折断,因而设计了凹模导向凸模,增强了凸模的强度。关键词：；冲孔；弯曲；落料 复合模；模具结构AbstractThe structure and processing property of bellowsoilconservator end cover fortransformers were analyzed. The blank dimensions and pressing force were calculated. The compound die of cut-tandem-punch combined with three procedure

3、s is designed in order to improve the production of end cover. The article proves its availability through technological analysis and structural design to guarantee products quality .In mold design, in order to improve pace and efficiency, fully utilize knowledge and resource that has already been g

4、rasped. Utilize Pro/E curved surface design function ask , produce area of curved surface fast , utilize the design manual software edition of the trimming die to design and press the mould fast, and the intensity to the mould is examined. Practice has proved , have really improved pace and efficien

5、cy designed. In this mold design, because of unload material to be strength relatively heavy, adopt , make up spring loud advantage solve this problem. In the mould structure, make the localization component of the protruding mould with the roof, the distance making a reservation is little because o

6、f cooperating, apt to cause protruding rupture of mould, design concave mould pour , to protruding mould , strengthen protruding intensity of mould.Key words: cut；tandem；punch；compound die；die structure 目 录摘 要1Abstract21 绪 论92 模具设计103 模具类型的确定124 冲裁间隙的选用145 工艺计算155.1 材料排样及材料利用率的计算155.1.1 材料排样的选用原则165

7、.1.2 确定板料规格和裁料方式176 计算冲压力187 模具压力中心的确定197.1 模具压力中心的确定198 计算凹凸模刃口尺寸209 冲裁及弯曲的部件及零件设计2210 压力设计的选择3011 模具经济以及技术上的分析31结 论32致 谢33参考书目341 绪 论作为一个即将毕业的模具工程专业的学生来说，年专业知识的学习，为以后从事冲压模具设计打下了良好的基础。同时在校时了解模具行业的发展趋势也是很有必要的,它有助于我们把握自己的学习方向，不断提高自己的专业素养。近年中国经济高速增长。各行各业高速发展，带动了模具市场的持续高速发展。模具市场中最大的板块是汽车。汽车工业经历了2002年和2

8、003年连续两年“井喷式”发展之后，2004年产量和销售量分别增长14.11%和15.5%，发展仍很快，模具市场中第二大板块是电子及信息产业。该产业今年来一直高速运营，年增长率达20%以上。中国的玩具、自行车、微波炉分别占全世界市场份额的70%、60%和50%。中国的影印机、个人电脑、电视机和空调器分别占全世界市场份额的2/3、2/5和1/3。冰箱也已占了20%。这些产品制造业都是模具的大用户。在此形势之下，中国的模具工业高速发展是必然所趋。 随着中国加入WTO，在机遇与挑战并存中，中国模具工业面临的形势是机遇大于挑战。因而，一方面是模具的进出口高速发展，另一方面是外资大量涌入中国的模具行业。

9、外资大量涌入中国模具行业产生两方面效应。一是外资不仅带来资金，也带来了技术与市场；二是外资企业在市场中处于优势地位，给国内民族工业带来了很大的竞争压力。这两方面效应都促使中国模具工业的快速发展，包括模具产品的数量、质量、品种和水平。近年来，国家产业政策也一直把模具列为支持的产品，把模具工业列为需要扶持的行业。正确的产业政策产生了正确的引导作用，也促进模具工业的快速发展和模具市场的繁荣昌盛。1.1 我国模具市场的发展趋势现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持

10、13%的年增长率（据不完全统计，2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近200个亿的出口），2005年模具产值超过600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。 模具的服务面非常广阔，因此模具的品种也十分繁杂。由于用户对产品质量和美观的要求，近年来随着塑料制品和压铸件使用越来越多，塑料模和压铸模的产量也一年大于一年，其在模具总量中的比例也在逐年提

11、高。2001年至2004年四年间，塑料模和压铸模在模具总量中的比例分别提高了约2个和约0.6个百分点。由于高速公路的快速发展，橡胶轮胎的子午化率不断提高，因而近年来子午线轮胎模具发展很快。广东揭阳和胶东半岛是子午线轮胎模具最为集中的地区，一些企业的子午线轮胎模具年销售额已超过1亿元，有的已超过2亿元，形成了一定的规模效应。 模具标准件是模具的基础，可缩短生产周期、降低成本和提高质量，因此近年来模具标准件使用覆盖率不断提高，产量也就不断增加。现在，年销售额亿元以上的模具标准件生产企业已有不少，最大的已超过10亿元。模具标准件的品种也不断增加，质量也进一步提高。但是由于生产模具标准件的门坎较低，因

12、而小规模的私营企业很多，其中有些企业生产条件十分简陋，原材料采购也不把关，过多地在成本和价格上打算盘，致使产品质量下降，既影响模具质量，又对市场造成冲击，在模具市场上发出了一些不协调的音符。 质量、周期、价格、服务，是模具销售的四大要素。在目前的模具市场中，周期越来越重要。模具材料不断涨价，工资不断上升，模具价格总体上却是不涨反降，因此模具生产企业利润空间被压缩。为了生存与发展，近年模具企业更加注重技术进步和管理改善。这些也都促进了模具市场的健康发展。由于中低档模具竞争加剧，中高档模具市场空间相对较大，因此，不断提高模具产品的技术含量，已是许多模具企业的共同目标。这样，大型、精密、复杂、长寿命

13、等技术含量高的中高档模具的发展速度自然也就快于模具行业的总体发展速度。从而促进了模具市场的产品和技术结构向着合理化方向发展，致使模具市场更加繁荣。广东省是我国目前的模具第一大省，以三资企业为主体的广东模具市场，目前约占我国模具产值的四成以上。以私营企业为主体的浙江省模具生产名列我国第二。江苏和上海，近年来模具生产发展相当快，市场份额正逐年增长。山东、安徽、福建、天津、辽宁近年的发展情况也比较好，而西部和中部地区的大多数省份，其发展速度就相对慢一些。总起来说，珠江三角洲和长江三角洲是我国模具市场发展最为集中的两大地区。2005年我国经济总体上仍保持着高速发展的走势，模具主要用户行业的发展速度大都

14、能达到15%以上。因此，2005年我国模具市场的增长率也在15%以上，也就是说，2005年我国模具的总产值超过600亿元人民币。用一句话来概括我国模具市场的近况，那就是“平稳向上，产需两旺”。“十一五”期间（20062010年）我国模具市场的发展速度可能比“十五”期间慢一些，但预计年平均增长率也会达到两位数，其最大可能是10%12%，这一预计速度应该说是比较保守的。在我国模具行业的“十一五”规划中，还有几个项目的具体发展目标如下：骨干企业基本实现信息化管理，通过ISO9000等质量管理体系认证；大型、精密、复杂等技术含量高的中高档模具的比例从目前的约30%提高到2010年的40%；国产模具国内

15、市场占有率目前不足80%，2010年时要达到85%以上；模具出口额2010年时以10亿美元为目标；模具标准件使用覆盖率从目前的45%提高到2010年时的60%、模具的商品化程度从目前的45%左右提高到2010年时的55%。1.2 模具技术的发展趋势1.2.1 模具产品发展将大型化精密化 模具产品成形零件的日渐大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔(如塑封模已达到一模几百腔)使模具日趋大型化。随着零件微型化，以及模具结构发展的要求(如多工位级进模工位数的增加，其步距精度的提高)精密模具精度已由原来的5m提高到23m，今后有些模具加工精度公差要求 在1m以下，这就要求发展超精加工。1.2.2 快

16、速经济模具的前景十分广阔 现在是多品种、少批量生产的时代，到下一个世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达75%以上。一方面是制品使用周期短，品种更新快，另一方面制品的花样变化频繁，均 要求模具的生产周期越快越好。因此，开发快速经济具越来越引起人们的重视。例如，研制 各种超塑性材料(环氧、聚脂等)制作或其中填充金属粉末、玻璃纤维等的简易模具；中、低 熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速 原型制造模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架、快换冲头等也将日益发展。另外，采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和提高。1.2.3 模

17、具标准件的应用将日渐广泛 使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种，发展和完善联销网，保证供货迅速。1.2.4 在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。现在，全面普及CAD/CAM/CAE技术已基本成熟。由于模具 CAD/CAM技术已发展成为一项比较成

18、熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为广大模具企业普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条件。随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发 和应用。 加大技术培训和技术服务的力度。应进一步扩大CAE技术的应用范围。对于已普及了模具CAD/CAM技术的一批以家电行业代表的企业来说，应积极做好模具CAD/CAM技术的深化应用工作，即开展企业信息化工程，可从CAPP,PDM，CIMS,VR逐步深化和提高。1.2.5 模具高速扫描及数字

19、化系统将发挥更大的作用 英国雷尼绍公司的模具扫描系统，已在我国200多家模具厂点得到应用，取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的的模型所需的诸多功能，大大缩短的研制制造周期。如RENSCAN200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， 用雷尼绍的SP2-1扫描测头实现快速数据采集，控制核心是雷尼绍TRACECUT软件，可自动生成各种不同数控系统的加工等程序及不同格式的CAD数据。用于模具制造业的“逆向工程”。该公司又推出了CYCLON高速扫描机，这是一台独立工作的专门用来扫描的设备，不占用加工机床的工作时间。其扫描速度最高可达3m/min，大大缩短了模具制造周

20、期，另外，其数据采集速度比RENSCAN200快，定时探针接触力小，因此可以用非常细的探针，用来扫描细小的模具和细微的特征表面 ，扩大模具生产的品种范围。由于模具扫描系统已在汽车、摩托车、定电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大作用。 1.2.6 模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展 模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。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，我国目前仍以手工研磨抛光为主，不仅效率低(约占整个模具制造周期的1/3)，且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工 向更高层次发展。因此，研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋

21、势。日本已研制了数控 研磨机，可实现三维曲面模具研磨抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了 数控研磨机，可实现三给曲面模具研磨抛光的自动化。另外，由于模具型腔形状复杂，任何 一种研磨抛光方法都有一定局限性。应注意发展特种研磨与抛光、如挤压衍磨、电化学抛光、超声抛光以及复合抛光工艺与装备，以提高模具表面质量。 1.2.7 模具自动加工系统的研制和发展 随着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统。这也是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有如下特征：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。 2 模

22、具设计1.1工件工艺性分析如右图1所示：工件为有凸缘形零件，且有一个孔。故可得知此工件为：落料弯曲冲孔所得，其加工工艺过程为：落料冲孔弯曲,各尺寸关系如图1所示，由图可知该零件需要两次加工成型，即:落料、冲孔，弯曲两套模具可保证零件制造。图112落料冲切模设计设计要点设计确定落料冲切结构时为充分保证制件的质量及尺寸的精度，应注意以下几点1） 落料应计算准确，且在模具结构上要留有安全余量，以便工件稍高时仍能适应。2） 凸模上必须设有出气孔，并注意出气孔不能被工件包住而失去作用。3） 有凸缘弯曲件的高度取决胜于上模行程，模具中要设计有限程器，以便于模具调整。4） 对称工件的模架要明显不对称，以防止

23、上、下模位置装错，非旋转工件的凸、凹模装配位置必须准确可行，发防松动后发生旋转，偏移而影响工件质量，甚至损坏模具。5） 对于形状复杂，需经过多次弯曲的零件，需先做弯曲模，经试压确定合适的毛坯形状和尺寸后再做落料模，并在弯曲模上按已定形的毛坯，设计安装定位装置。6） 弹性压料设备必须有限位器，防止压料力过大。7） 模具结构及材料要和制件批量相适应。8） 模架和模具零件，要尽是使用标准化。9） 放入和取出工件，必须方便安全。10） 该零件的材料为薄钢片D21，钢板厚度2mm，具有良好的冲裁性能。零件形状简单，对称，是由圆弧和直线组成。11） 对于冲三个小孔，冲复杂外形曲线，按照冲压手册一般冲孔模对

24、该材料（钢400MPa）可以冲压的最小的孔径为dt=0.5mm，因而小孔符合工艺要求。最小孔边距为b=3.5mmt，因而符合孔边距工艺要求，以上分析均符合冲裁工艺要求。12） 由表 1、2 查出冲裁件内外所能达到的经济精度为IT11，孔中心与边缘距离尺寸公差为0.6，对于孔心距公差为0.1，将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证，其他尺寸标准、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用冲孔落料复合冲裁模进行加工，且一次成形。13）14） 表1 冲裁件内外形所能达到的经济精度 基本尺寸/mm材料厚度t/mm33661010181850

25、01IT12IT13IT1112IT14IT12IT13IT1115） 表2 孔中心与边缘距离尺寸公差材料厚度t孔中心与边缘距离尺寸505012012022022036020.50.60.70.8240.60.70.81.013、落料凸模和凹模的间隙弯曲模间隙是指单面间隙，间隙的大小对弯曲力，弯曲件的质量，弯曲模的寿命都有影响，若c值大小，凸缘区变厚的材料通过间隙时，校正和变形的阻力增加，与模具表面间的摩擦，磨损严重，使弯曲力增加，需件变薄严重，甚至拉破，模具寿命降低。间隙小时得到的零件侧壁平直而光滑，质量较好，精度较高。间隙过大时，对毛坯的校直和挤压作用减小，弯曲力降低，模具的寿命提高，但零

26、件的质量变差，冲出的零件侧壁不直。因此弯曲模的间隙值也应合适，确定c时要考虑压边状况，弯曲次数和工件精度高。其原则是：即要考虑材料本身的公差，又要考虑板料的增厚现象，间隙一般都比毛坯厚度略大一些。不用压边圈时，考虑到起皱的可能性取间隙值为：C=（11.1）tmax有压边圈时，间隙数值也可按表4.6.3取值（冲压工艺与模具设计），此工件的弯曲间隙可取，C=1.1t=1.1mm1.4、落料凸模，凹模的尺寸及公差工件的尺寸精度由末次弯曲的凸、凹模的尺寸及公差决定，因此除最后一道弯曲模的尺寸公差需要考虑外，首次及中间各道次的模具尺寸公差和弯曲半成品的尺寸公差没有必要做严格限制。这是模具的尺寸只取等于毛

27、坯的过渡尺寸即可。此工件内形尺寸公差有要求，故以凸模为基准，先定凸模尺寸考虑到凸模基本不磨损，（其尺寸关系如图3所示）以及工件的回弹情况，凸模开始尺寸不要取得过大。其值为：Dp=（d+0.4）-p凸模尺寸为：Dd=（d+0.4+2C）+ d凸、凹模的制造公差p和d可根据工件的公差来选定。工件公差为TT13级以上时p和d可按TT68级取，工件公差在IT14级以下时，则p和d可按IT10级取：Dp=（20+0.40.2）0-0.021=20.080-0.021mmDd=（d+0.4+2c）0+d =（20+0.40.2+21.1）0+d=22.280+0.021mm弯曲凹凸模的设计如下：1.5、凹

28、模圆角半径rd弯曲时，材料在经过凹模圆角时不仅因为发生弯曲变形需要克服弯曲阻力，还要克服因相对流动引起的磨檫阻力，所以rd大小对拉伸工件的影响非常大。主要有以下影响：1）拉伸力的大小；2）拉伸件的质量；3）拉伸模的寿命。rd小时材料对凹模的压力增加，磨檫力增大，磨损加剧，使磨具的寿命降低。所以rd的值即不能太大，也不能太小。在生产上一般应尽量避免采用过小圆角半径，在保证工件质量的前提下尽量取大值，以满足模具寿命要求。通常可按经验公式计算：rd=式中D为毛坯直径或上道工序弯曲件直径；d为本道弯曲后的直径rd应大于或等于2t，若其值小于2t，一般很难拉出，只能靠弯曲后整形得到所需零件，故可取rd=

29、2.5mm1.6、凸模圆角半径rp凸模圆角半径对弯曲工序的影响没有凹模圆角半径大，但其值也必须合格，一般首次弯曲时凸模圆角半径为rp=（0.71.0）rd这里取rp =1.0rd=2.5mm凹模设计如下:1.7冲裁工艺及冲裁模具的设计1、凸模与凹模刃口尺寸的计算冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度。模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲裁模的主要任务之一。从生产实践可发现：由于凸凹模之间存在间隙，使落下的料或伸出的孔却带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸；在测量于使用中，落料件以大端尺寸为基准，冲孔件

30、以小端尺寸为基准。2、凸、凹模刃口尺寸的计算方法由于加工模具的方法不同，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，刃口尺寸的计算方法可分为以下两种情况：凹模与凸模分开加工，凸模和凹模配合加工，从此工件的结构上分析，选择凸模与凹模分开加工的制造方法：采用这种方法，凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸，要分别标注凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差（凸模p、凹模d），适用于圆形或简单形状的制件。为了保证初始间隙值小于最大合理间隙2Cmax，必须满足下列条件：或取： 也就是说，新制造模具应该是，否则制造的模具部隙已超过允许变动范围2Cmin2Cmax,影响模具的使作寿命。下面对落料和冲孔两咱情况分

31、别进行讨论。1） 落料高工件的尺寸为D-0，根据计算原则，落料时以凹模为设计基准。首先确定凹模尺寸，凹模的基本尺寸接近或等于制件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值2Cmin。名部分分配位置如图5（a）所示。其计算公式如下（3） (4)代入数据得校核；由此可知，只有缩小、，提高制造精度，才保证间隙在合理范围内，此时可取、，放得：2）冲孔设冲孔尺寸为，根居以上原则，冲孔时以凸模设计为基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸，凸模制造偏差为负偏差，凹模取正偏差，名部分分配位置如图5.b所示，其计算公式如下：冲孔设计部分如下所示：3)

32、凹模洞的类形常用凹模洞口的类形如图6所示： 图 6其中图a、b、c为直筒式刃的凹模，其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。但因废料（或制件的聚集而增大了推件力和凹模的胀裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。一般复合模上出件的冲裁模用图a、c型，下出件的冲裁模用图b或图a型，图d、e型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小，但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大（如300时，刃磨0.1mm时，其尺寸增大0.0017mm凹模锥角，后角和洞高度h，均随制件材料厚度增加而增大，一般取15302030 h=4-10mm综上所述及其对工件孔分析，选择B型凹模洞口，取h=6mm204）凹模的外形尺寸凹模的外形一般有矩形与圆形两种。凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度，刚度和修磨量，凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的本设计为冲压模具设计论文前部分,需要完整论文请联系作者:QQ1357199215第 22 页 共 22 页