T形件冲裁模设计及其模具加工工艺设计——毕业设计.doc

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1、河 北 工 业 大 学毕业设计说明书作 者： 学 号： 学 院： 材料科学与工程 专 业： 材料科学与工程 专业方向： 模具设计及制造 题 目： T形件冲裁模设计及其模具加工工艺设计 毕业设计中文摘要T形件冲裁模设计及其模具加工工艺设计摘要：本课题以UG软件为模具设计的基本工具，对T形件的冲裁模具进行计算机辅助设计，脱离了原始的手工设计方法，对培养现代化模具设计理念、增强设计水平具有重要帮助。在对T形件进行工艺分析的基础上，确定了该产品的冲压工序，对模具的结构、工艺参数、零部件和冲压设备等进行了设计、计算或选用，并采用UG软件进行模具零件图和装配图绘制，充分发挥了CAD/CAE技术在模具设计中

2、的优势，对该产品的实际生产具有一定的参考价值。关键词： T形件 冷冲模具 计算机辅助设计 冲裁毕业设计外文摘要Title Computer-aided design of cold stamping die for T-workpieces and the design of Processing Technology for the dieAbstractUsing UG softwares as basic tools for mold design, the cold stamping die of T-workpieces was designed by computer-aided

3、design (CAD) method, which overcame the disadvantage of original manual design methods and did good to develop modern mold design idea and enhance design level. On the basis of technological analysis for T-workpieces, the processe of blanking were determined and the mold structures, process paramete

4、rs, components and stamping equipments of the processes were designed, calculated or selected. Then UG software was used to design parts drawings and assembly drawings, in which the advantages of computer-aided design and computer-aided engineering in mold design were fully displayed. At the same ti

5、me, the results and methods had important reference value to the production of the product.Keywords： T-workpieces Cold stamping die Computer-aided design Blanking目 次1 引言 11.1 模具技术的现状 11.2 冲压模具技术发展趋势 21.3 本次毕业设计的主要工作 31.4 本次毕业设计的意义 32 模具设计 32.1 冲裁件的工艺分析 32.2 确定冲裁工艺方案 4 2.3 选择模具的结构形式 52.4 进行工艺计算 52.5

6、模具主要零部件的选用 102.6 验证压力机 162.7 模具图三维图绘制 163 模具材料的选用 173.1 凸、凹模材料的选用 173.2 模具材料的热处理工艺 22结论 24参考文献 25致谢 26附录A 凸凹模加工工艺过程 27附录B 冲孔凸模加工工艺过程 29附录C 落料凹模加工工艺过程 31附录D 模具数控加工程序 34附录E 模具二维图391 引言模具是以特定的结构形式通过一定方式使材料成型的一种工业产品，同时也是能成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工具1。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；日本称模具工业为“进入富裕社会的原动力”；德国给模具工业

7、冠之以“金属加工业中的帝王”称号；欧盟一些国家称“模具就是黄金”；新加坡则把模具工业作为“磁力工业”；中国模具权威称“模具是印钞机”。可见模具工业在世界各国经济发展中所具有的重要地位，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。1.1 模具技术的现状模具的主要类型有：冲模、锻模、塑料模、压铸模、粉末冶金模、玻璃模、橡胶模等。除部分板料冲压以外，上述各种模具都属于型腔模，因为它们一般都是依靠三维模具型腔使材料成形的。从起步到现在，我国模具工业经历了半个多世纪的发展，已有了较大的提高，与国外的差距正在进一步缩小。纵观我国的模具工业，既有高速发展的良好势头，又存在精度低、结构欠合理、寿命短

8、等一系列不足，无法满足整个工业迅速发展的迫切要求2。1.1.1 模具产业结构按照中国模具工业协会的划分，我国模具基本分为大类，其中，冲压模和塑料成型模两大类占主要部分。按产值计算，目前我国冲压模占50%左右，塑料成形模约占20%，拉丝模工具约占10%，而世界上发达主业国家和地区的塑料成形模比例一般占全部模具产值的40%以上3。模具产业有技术含量较高、投资较大、有订单没批量、模具的设计制造周期要求比较短等特征。总体来说，模具行业是一种技术密集、资金密集、附加值高，且根据订单生产但不能批量生产的行业4。1.1.2 模具的精度当代模具要求的精度比传统模具高出一个数量级。多工位级进模、精冲模、精密塑料

9、模的精度已达到0.003mm，甚至更高。多工位的级进模设计和制造技术已日趋成熟，在引进技术及设备情况下，部分企业的此类模具已达到或接近国外先进水平；照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具均已形成规模化生产；子午线轮胎橡胶活络模国产化率已大为提高。目前，模具超精密加工已达到纳米级精度2。1.1.3 模具C A D / C A M 模具CAD/CAE/CAM是以计算机软件的形式，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术对缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量所起的显著作用已成为模具界的共识5。模

10、具CAD/CAE/CAM技术的优越性主要表现在：提高模具质量、缩短模具设计制造周期、降低成本、增强市场竞争力、提高企业的管理水平等方面6。近年来，为了减轻重复劳动，提高工作效率，许多研究机构和设计生产部门都在各种CAD平台上利用其提供的二次开发接口进行二次开发。大多数的CAD 系统不含有标准件库，尤其是对特定行业的专用标准件库，不能满足设计人员的需求，因此相关的设计部门和科研机构采用不同的方法开发了行业内适用的标准件系统，很大程度上提高了设计效率7。1.1.4 氮气弹簧在冷冲模中的应用8随着模具朝着精密、高效、长寿命方向的迅速发展，原有的常规弹性元件存在着一定的缺点，不能满足这种形势的需要，不

11、能理想地解决各种冲压工艺的要求，往往影响冲压件质量，使模具结构变得比较复杂，影响模具在压力机上的更换时间。同时，常规弹性元件占有的模具空间太大，增加了模具制造成本。而氮气弹簧弹压力相对固定，一般不需要现场调整，受力点的移动方便，综合来看是一种理想的气体弹簧。1.1.5 模具标准件的应用模具标准件是模具的重要组成部分，是模具的基础构件。模具标准化程度和应用的水平是衡量现代模具整体技术水平的重要指标，也是模具工业发展中不可忽视的重要环节之一。目前，国内已有较大产量的模具标准件，其主要是模架、导向件、推杆、推管、弹性元件等。氮气弹簧、翅片冲孔凸凹模、热流道元件等主要还是依靠进口，应在现有的基础上提高

12、水平，形成标准并组织规模化生产4。1.2 冲压模具技术发展趋势目前，模具日趋大型化模具，模具的精度越来越高，多功能复合模具将进一步发展9，CADCAECAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展，模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展10。 以汽车覆盖件为代表的大型、复杂、精密冲压模具，采用CAD/CAM/CAE软件进行三维设计和模拟，减少试模时间和缩短周期11；借助高速、精密的加工设备加工生产，获得良好的尺寸精度和表面粗糙度；用新型的研磨或抛光方法代替传统的手工研磨抛光12；借助实验和有限元法（FEM）对冲裁件的冲裁过程及结果进行模拟和分析13等。1.3 本次毕业设计的主要工作本

13、次的毕业设计内容为T形件冲裁模设计及其模具加工工艺设计，主要是通过对给定的具体零件，结合所学知识，借助图书馆文献及网络平台，对工件进行合理分析，确定合理的模具结构，计算出合理的几何尺寸，选择适当的模具零部件，并最终用UG来进行三维造型，并绘制模具的装配图和各个主要成型零件图。然后撰写设计说明书，完成整个毕业设计的全部工作。1.4 本次毕业设计的意义通过本次毕业设计，我可以将平时自己所学的知识进行合理应用，并锻炼自己查阅文献的能力，通过完成一整套模具的设计，使自己对模具的设计过程有进一步的认识，包括各种参数和应力的计算，模具结构的确定，模具主要零部件的选用，UG三维造型和二维图绘制等等。这是一次

14、检验专业知识的实践，是一次检验个人能力的实践，这次毕业设计的成功会为我大学期间的专业课学习画上一个圆满的句号，也会为我将来的工作打下坚实的基础。2 模具设计2.1 冲裁件的工艺分析2.1.1 产品介绍 零件名称：T型件 材料：10钢 料厚：2.2mm 生产批量：大量 产品零件图如图所示2-1所示： 图2-1 零件图2.1.2 冲裁件的工艺分析制品为最大外型尺寸为120mm，中间带有26mm圆孔的T型零件，板料厚度为t=2.2mm。材料为10号钢, 其抗拉强度为b335Mpa，尺寸精度较低（未注公差IT14），各处宽度1.5t，零件外形对称，无尖角、凹陷或其他形状突变，系典型的板料冲压件，能用一

15、般的方法冲裁，冲裁工艺性能很好。2.2 确定冲裁工艺方案2.2.1 确定工艺方案的主要原则：a) 保证冲裁件质量 用复合模冲出的工件精度高于连续模，而连续模又高于单工序模。这是因为用单工序模冲压多工序的冲裁件时，要经过多次定位和变形，产生积累误差大，冲裁件精度低。复合模是在同一位置一次冲出，不存在定位误差。因此，对于精度较高的冲裁件宜用复合工序进行冲裁。b) 经济性原则在保证质量的前提下，应尽可能降低成本，提高经济效益。所以，对于中批大量的冲裁件，应尽量采用高效率的多工序模，而在试制与小批量生产时应尽可能采用单工序模于各种形式的建议模具。c) 安全性原则确定工艺方案时，也要考虑工人操作是否方便

16、、安全这个十分重要的问题。完成该工件需要冲孔、落料两道工序。2.2.2 工艺方案的确定本冲裁件的生产批量为大量，尺寸精度较低，尺寸较小，形状简单，材料较薄，冲模制造条件较好，冲压设备易选。根据以上分析，可用的冲裁方案有两种：连续模或复合模。若采用连续模，由于工件不是中心对称的，故最佳排样为对排，这样则需制作两个冲孔凸模，两个落料凹模，模具制造复杂。且工件具有中心孔，连续模在保证孔与外形的位置精度方面较差，不如复合模。若采用复合模，一是能保证孔与外形的位置精度，二是模具加工容易，三是冲裁时在推件板上落料，冲出件较平整，四是复合模最小壁厚满足（1.2-1.5t）的要求。综上所述，选择复合模。2.3

17、 选择模具的结构形式 采用中间导柱模架，其具有导向精度高、上模座在导柱上运动平稳的特点。毛坯定位方式采用固定导料销和弹性挡料销两种。由于板料厚度较薄，采用弹性卸料方式，推件板方式出件。2.4 进行工艺计算2.4.1 排样设计与计算 采用直排，对排。考虑到此件为大量生产，虽精度不是太高，但为保证模具寿命，避免模具单面受力而降低寿命，采用有废料排样，排样图如图2-2所示。 图2-2 排样图工件为总长l50mm中间带圆孔的矩形件，由冷冲模设计14表3-10查得工件间搭边a =2.2mm，侧面搭边a1=2.5mm；送料步距A=D+a=45+22=47.2mm，其中D为冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸；条

18、料宽度计算过程为： mm，其中为工件公差，由互换性与测量技术15表2-3查得=1.0mm，搭边各尺寸见图2-3所示。 图2-3 搭边值2.4.2 计算材料利用率： a) 选择板料 I）若采用500mm1500mm的板料纵裁（沿长边）时，能得到2块条料，每块条料能得到62件，共得到124件,横裁（沿短边）时，能得到8块条料，每块条料能得到20件，共得到160件。综上，采用500mm1500mm的板料最多能得到160件工件，平均为213.33件/。II）若采用900mm1800mm的板料纵裁时，能得到5块条料，每块条料能得到75件，共得到375件,横裁时，能得到10块条料，每块条料能得到37件，共

19、得到370件。综上，采用900mm1800mm的板料最多能得到375件工件，平均为231.5件/。III）若采用1000mm2000mm的板料纵裁时，能得到5块条料，每块条料能得到83件，共得到415件,横裁时，能得到11块条料，每块条料能得到41件，共得到451件。综上，采用1000mm2000mm的板料最多能得到451件工件，平均为225.5件/。经对比，采用900mm1800mm的板料，纵裁成条料。b) 计算材料利用率每个工件的面积为： 故材料利用率为：2.4.3 冲裁力的计算根据冷冲模设计14冲裁力计算公式为： 式（2-1）其中，K为系数，取K=1.3；t为板料厚度（mm），t=2.2

20、mm；L为冲裁件周长，L=316.24mm；为材料的抗剪强度，=280MPa；故F=。 卸料力公式为： F卸 = k卸F 式（2-2）由冷冲模设计14表3-8查得卸料力系数=0.04，故。 推件力公式为： F推 = nk推F 式（2-3）其中n为梗塞在凹模内的冲件数，这里取n=2；k推为推件力系数，由表3-8查得推件力系数为=0.05，故。从而可算得总的冲压力为。2.4.4 确定模具的压力中心计算复杂工件压力中心是利用合力对某轴之力矩等于各分力对同轴的力矩之和的力学原理求得。计算过程如下：1）选定坐标轴X和Y轴，如图2-4所示。 图2-4 计算压力中心坐标系2）将工件周边分成若干段直线和圆弧，

21、求出各段长度及压力中心的坐标尺寸，数值如下：l1l2l3l4l5l6l7l8l9X022447711077442222Y22.54538.7532.522.512.56.25022.5L(长度)454412.56631.46612.54481.643) 计算压力中心A的坐标位置对于Y轴，利用各处分力矩等于合力矩的原理，即可解得： 式（2-4）对于X轴，同理： 式（2-5）复合模相当于多凸模冲裁，冲孔的压力中心为孔的中心，坐标为对于落料来说，凸模周长为l0=321.4mm对于冲孔来说，凸模周长为l1=d=3.1426=81.64mm则总压力中心为：，2.4.5 选择压力机在冲裁时，压力机的吨位应

22、比计算的冲压力大30%左右，所以 式（2-6）式中，表示压力机能够提供的冲压力；表示冲裁过程所需的总的冲压力。由冷冲模设计14表1-3得选用J23-40型压力机可满足冲压力的要求，其主要技术参数见表2-1。 表2-1 J23-40型压力机的主要技术参数型号标称压力/kN滑块行程/mm行程次数/(次/min)连杆调节长度/mm最大装模高度/mm模柄孔尺寸直径深度/mmJ23-404008045/906533050702.4.6 计算凸、凹模工作部分尺寸，确定其制造公差a）注意事项冷冲模的冲裁间隙是重要的结构参数，对模具的冲裁质量、刃口的应力分布以及模具的磨损速度有很大的影响16，制造模具时常用分

23、别加工法和单配加工法来保证合理间隙。分别加工法是分别规定凸模和凹模的尺寸和公差，分别进行制造，用凸模和凹模的尺寸及制造公差来保证间隙要求。单配加工法是用凸模和凹模相互配合的方法来保证合理间隙。由冷冲模设计14表3-3得冲裁间隙Zmax=0.40mm，Zmin0.28mm，Zmax Zmin0.12mm。凸模和凹模的制造偏差，凸+凹0.16mm0.12 mm，故不满足分别加工时凸凹 ZmaxZmin的要求，故采用单配加工。b）尺寸计算先计算出凸凹模工作部分的尺寸，然后冲孔凸模以及落料凹模以一定的间隙与凸凹模进行单配加工。 式（2-7）其中Dmax为工件最大极限尺寸，；由冷冲模设计14表3-5查得

24、x=0.5，且mm，代入得冲孔凹模直径为。由冷冲模设计14表3-3查得冲裁模初始双面间隙为。 故冲孔凸模工作部分尺寸，以0.280.40mm的间隙与冲孔凹模配合。同理落料凸模尺寸计算过程如下：落料凹模的基本尺寸与凸模相同，保证以0.280.40mm的间隙与落料凸模配合。2.5 模具主要零部件的选用2.5.1 凸、凹模外形尺寸及材料选择 a）凸凹模外形的确定凸凹模中的冲孔凹模采用斜壁式凹模，如图2-5所示。 图2-5 凸凹模三维图 b）落料凹模的外形确定凹模厚度计算公式为： H=kb 式（2-8） 其中k为系数，由冷冲模设计14表4-3查得k=0.21；b为冲裁件的最大外形尺寸，b=120mm；

25、故凹模厚度H=0.21120=25.2mm；凹模最小壁厚c=2H=225.2=50.4mm。考虑到与下模座的匹配、安便以及整套模具的外观，将落料凹模做成315200mm的外形，如图2-6所示。 图2-6 落料凹模三维图c）冲孔凸模的外形确定选用台阶式圆形凸模，凸模长度L凸模固定板厚度+落料凹模厚度，其中，凸模固定板厚度为20mm，落料凹模厚度为25.2mm，根据凸模形状及尺寸采用UG建立了凸模的三维模型，如图2-7所示。 图2-7 冲孔凸模d）模具材料的选择凸凹模、落料凹模、冲孔凸模均采用CrWMn钢，CrWMn钢具有高淬透性，由于W形成碳化物，在淬火和低温回火后有较多过剩碳化物，具有较高的硬

26、度和耐磨性。CrWMn钢制成的刃具的崩刀现象较少，并能较好地保持刀刃形状和尺寸。CrWMn钢的耐磨性、热硬性、强硬型均优于碳素钢，是使用较为广泛的冷作模具钢17。2.5.2 模架选择在模具设计过程中模架质量的好坏至关重要，合理地选用模架可以提高模具使用寿命、保证产品精度。选用模架时，主要依据产品零件的尺寸、形状、材料、所用的机床性能、送料方式、生产批量等18。由表2-2可知，压力机最大装模高度为330mm、最小装模高度Hmin为HmaxM14（装模高度调节量）=275mm，而模具闭合高度应满足Hmin+10mmH模具Hmax-5mm14，即285mmH模具325mm。根据冲压模具设计19表5.

27、1-5选择凹模周界L=315mm，B=200mm，选择闭合高度H=245290mm的中间导柱模架，模架材料为HT 200。具体参数如表2-2所示，模架三维图如图2-8所示。表2-2 中间导柱模架的尺寸参数模架形式LBHhh1h2SRDD1中间导柱上模座31520050305065380555055中间导柱下模座31520065405065380553540图2-8 模架三维图2.5.3 导柱导套的选择根据冲压模具设计19表5.1-1，选择GB/T 2861.1的导柱两个，尺寸为35230和40230；选择GB/T 2861.6的导套两个，尺寸为3512548mm和4012548mm。导柱采用A

28、型导柱，导柱及导套采用滑动导向的形式，导柱、导套的配合关系采用H6/h5，导套与上模座配合采用H7/h6，导柱与下模座配合采用R7/h6。导套选择A型导套，三维图见图2-9，为了使导柱、导套润滑充分，在导套上开设有两个油槽。 图2-9 导套2.5.4 模柄形状及材料选择 模具需通过模柄固定在压力机滑块上，为避免与推件装置在位置上冲突，本冲压模具选用旋入式模柄，即模柄旋入上模座，不能发生相对运动。根据上模座厚度及初选的压力机，选用5070的JB/T 7646.2模柄，模柄各尺寸由冲压模具设计19表5.2-25确定，其三维图见图2-10所示。模柄的材料选用Q235-，热处理硬度为HRC 4348。

29、 图2-10 模柄2.5.5 垫板尺寸与材料确定 垫板装在固定板与模座之间，作用是防止冲裁时凸模及凸凹模压坏上下模座，上、下垫板厚度均取10mm，二者外型尺寸均为315200mm。由于落料时所需冲裁力不是太大，且垫板不是工作部分，故选垫板材料为45钢，热处理后硬度为HRC 4348。三维图如图2-11所示。图2-11 垫板三维图2.5.6 卸料板尺寸及材料选择本套模具为复合模，采用弹性卸料方式。弹性卸料方式有压料作用，冲裁件平整，广泛应用于复合模中。卸料板外形尺寸亦为315200mm，厚度20mm，卸料板材料选用45钢，热处理后硬度为HRC4348。卸料板三维图如图2-12所示。 图2-12

30、卸料板三维图 卸料装置如图2-13所示。 图2-13 卸料装置2.5.7 凸模固定板、凸凹模固定板尺寸及其材料的选择凸模固定板用于固定凸模，其外型尺寸为315200mm，厚度为20mm，固定凸模用的孔与凸模固定部分相适应，固定方法是将凸模压入凸模固定板内并采用H7/m6的配合关系。该凸模固定板材料选用45钢，热处理后硬度为HRC 4348。凸模固定板形状如图2-14所示。 图2-14 凸模固定板凸凹模固定板用于固定凸凹模，其外型尺寸为315200mm，厚度为32mm，固定凸凹模用的型孔与凸凹模固定部分相适应，固定方法是将凸凹模压入凸凹模固定板内并采用H7/m6的配合关系。该凸凹模固定板材料选用

31、45钢，热处理后硬度为HRC 4348。凸凹模固定板形状如图2-15所示。 图2-15 凸凹模固定板2.5.8 弹性挡料销 本复合模控制送料步距的装置为圆形弹性挡料销，其特点是可以伸缩，不必再在落料凹模上钻对应的孔来防止不能合模。由冲压模具设计19表5.2-51查得，选用d=10mm的弹性挡料销，其三维图如图2-16所示。 图2-16 弹性挡料销2.5.9 导料销 工件外形精度要求不高，导料采用两个d=14mm导料销进行导料，由冲压模具设计19表5.2-58查得导料销的尺寸，其三维图如图2-17所示。 图2-17 导料销 导料挡料装置如图2-18所示。 图2-18 导料挡料装置2.5.10 其余固定螺钉及销钉均由国家标准查得。2.6 验证压力机 从模柄尺寸、冲压力、凸模和凹模外形尺寸、模具闭合高度等方面进行验证，J23-25型压力机可满足该产品的冲压生产要求。2.7 模具图三维图绘制 用UG画出落料模具各零件的三维图，然后用UG的“装配”功能模块对各零件进行装配，使不同类零件显示不同颜色便于分辨各个零件，图2-19所示为合模状态下的模具三维图。