1、中 南 大 学 毕 业 设 计（论文）- 1 -第一章 前言1.1 我国模具的现状与发展中国模具标准件发展现状由于中国模具标准化工作起步晚、进展慢，再加上过去“大而全” 、 “小而全” 、 “自产自配”等陈旧观念的影响，因此，中国模具标准件长期以来一直是品种规格少、生产规模小、流通不畅通。即使是目前生产较多的模架、导向件、推杆推管、弹性元件等，也是中低档产品多，中高档产品少。一些外资企业生产的高档模具标准件，由于价格昂贵而影响其推广应用。 模具标准件适合于社会化大批量专业化生产，但中国长期以来却一直是散、乱、差的局面。目前全国虽然已有销售点近百家，但大多数规模不大、库存不多、销售额小，即使是中
2、国模具工业协会标准件委员会模具标准件联合销售网内的 50 多家经营单位，也存在同样问题。个别单位计划开展网上销售和电子商务，但这工作起步不久，要形成规模尚待时日。中国模具标准件市场发展展望模具标准件是模具的重要组成部分，对缩短模具设计制造周期、降低模具生产成本、提高模具质量都具有十分重要的技术经济意义。国际模具及五金塑胶产业供应商协会副秘书长王金玲表示，模具标准件的专业化生产和商品化供应，极大地促进了模具工业的发展。广泛应用标准件可缩短设计制造周期达 25-40%；可节约由于使用者自制标准件所造成的社会工时，减少原材料及能源的浪费；可为模具 CAD/CAM 等现代技术的应用奠定基础；可显著提高
3、模具的制造精度和使用性能。通常采用专业化生产的标准件比自制标准件其配合精度和位置精度将至少提高一个数量级，并可保证互换性，提高模具的使用寿命，进而促进行业内部经济体制、经营机制以及产业结构和生产管理方面的改革，实现专业化和规模化生产，并带动模具标准件商品市场的形成与发展。可以说没有模具标准件的专业化和商品化，就没有模具工业的现代化。近年来随着我国模具工业的迅猛发展，模具零件的标准化、专业化和商品化工作，已具有较高的水平，取得了长足的进步。自 1983 年全国模具标准化技术委员会成立以来，组织专家对模具标准进行制定、修订和审查，共发布了 90 多项标准，其中冲模标准 22 项、塑料模标准 20
4、余项。这些标准的发布、实施，推动了模具行业的技术进步和发展，产生了很大的社会效益和经济效益。模标准件的研究、开发和生产正在全面深入展开，无论是产品类型、品种、规格，还是产品的技术性能和质量水平都有明显的提高。西安解放军 1001 模具标准件研究所开发研制含油导板和导套、球锁式快换凸模和固定板、斜楔装置和零部件、高档塑料模标准件；昆山精密模具导向件有限公司生产的精密导向件；广州东华模具推杆厂生产的氮化推杆；渭河工模具总厂生产的冲压模架；福州东方模具公司生产的独立导柱；深圳南方模具厂生产的注塑模架；上海克朗宁技术设备有限公司生产的热流道系列产品等等。其中有的已达到国内先进水平，有的正在接近或达到国
5、际水平，填补了国内空白。中国模具行业发展规划提出：模具标准件要扩大品种、提高精度，达到互换。其中主要品种，如模架、导向件、推杆、弹性元件等，要实现按经济规模大批量生产。2005 年模具标准件使用覆盖率达到 60%，2010 年达到 70%以上(其中大型模具 60%零件实现标准化)，基本满足市场需要，模架、导向件、推杆、推管、弹性元件、标准组件、小型标准件(如标准凸凹模、浇口套、定位圈、拉钩等)和热流道元件是发展重点。可见模具标准化及模具标准件方面之艰巨任务和美好前景。中国模具工业协会标准件委员会提出的模具标准化工作的指导思想是：标准化是基础。但是，必须清醒地看到，目前我国模具的标准化程度和应用
6、水平还比较低，乐观地估计不足30%，与国外工业发达国家(70-80%)相比，尚有较大的差距。现在生产销售厂家虽然逐年增加，但大多数是规模小、设备陈旧、工艺落后、成本高、效益低。只有普通中小型标准冲模模架和塑料模模架、导柱、导套、推杆、模具弹簧、气动元件等产品，商品化程度较高，可基本满足国内市场的中 南 大 学 毕 业 设 计（论文）- 2 -需求，并有部分出口。而那些技术含量高、结构先进、性能优异、质量上乘、更换便捷的具有个性化的产品，如球锁式快换凸模及固定板、固体润滑导板和导套、斜楔机构及其零部件，高档塑料模具标准件和氮气弹簧等在国内的生产厂家甚少，且由于资金缺乏，技改项目难以实施，生产效率
7、低，交货周期长，供需矛盾日益突出。因此，每年尚需从国外进口相当数量的模具标准件，其费用约占年模具进口额的 3-8%。国产模具标准件在技术标准、科技开发、产品质量等方面，还存在不少问题。诸如，产品标准混乱，功能元件少且技术含量低，适用性差；技改力度小、设备陈旧、工艺落后、专业化水平低、产品质量不稳定；专业人才缺乏，管理跟不上、生产效率低、交货周期长；生产销售网点分布不均，经营品种规格少，供应不足；某些单位为了争夺市场，不讲质量，以次充好，伪劣商品充斥市场。还有不计成本、盲目降价、扰乱市场的现象，是需要认真研究，亟待解决的。国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉指出，随着我国国民经济的快速发
8、展，模具市场的总趋势是平稳向上的。汽车、摩托车行业是模具的最大市场。家用电器、电子通信、建筑器材、仪器仪表、塑料橡胶等行业也有相当可观的模具市场。因此，模具标准件的应用必将日益广泛。在今后的市场经济中模具标准件必将成为一种十分活跃而又高速发展的产品。从长远发展的角度看，我国模具工业必将伴随着知识经济时代的来临而发生深刻的变革，模具结构的典型化、零部件的标准化、标准化的专业化生产和商品化供应，也是今后发展的必然趋势。因而深信模具标准件行业的发展前景是非常乐观而美好的。1.2 本次设计的意义本次设计是在大学期间的最后一次设计，也是对大学三年所学知识的检验，更是走上工作岗位前的一次练兵，因此，此次设
9、计的意义深远。此次设计完全采用电子文档和 AUTOCAD 绘图，因此这又是一次对 CAD 熟悉的过程，对毕业后直接操作 CAD 有很大的帮助。此次设计的为复合模具，在冷冲模中占有相当大的比重，所设计的落料拉深冲孔复合模也是比较复合模具中的典型。因此设计这一副模具可以对模具的设计有很深的理解，希望这次设计圆满顺利的完成。中 南 大 学 毕 业 设 计（论文）- 3 -第二章 冲裁工艺分析2.1.1 冲裁件的形状和尺寸图 2-1 工件图对冲压工艺性分析的分析：根据所设计的是电闸开关的连结电表与电线介媒，必须是导电性良好，有一定硬度，才能保证通电性能畅通；而且所设计是应用广泛，在现实生活中保证了用电
10、的安全，小到生活上、大到工厂及国家的用电的安全。据统计可以中批量生产，因此，所选是该工件材料 H62，查文献 1表 8-3，该铜种是纯铜。含铜量为 99.70%，具有良好的冲压、拉延和弯曲性能，易切削。该工件属于较典型的冲孔、落料、弯曲件，形状简单，所有尺寸公差等级均为 IT14，对工件厚度变化也没有作要求。2.1.2 冲裁工艺方案的确定在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上根据冲裁件的特点确定冲裁工艺方案。冲裁工序的组合冲裁工序可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁复合冲裁是在压机一次行程中，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的冲压工序；级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，
11、在压机一次行程中条料在冲模的不同工序位置上，分别完成工件所要求的工序。除最初几次冲程外，以后每次冲程都可以完成一个冲裁件。组合的冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，获得的制件精度等级高。冲裁组合方式的确定应根据下列因素决定。1生产批量一般来说，小批量与试制采用单工序冲裁，中批和大批量生产采用复合冲裁或级进冲裁。2工件尺寸公差等级复合冲裁所得到的工件尺寸公差等级高，因为它避免了多次冲压的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，工件较平整。级进冲裁所得到的工件尺寸公差等级较复合冲裁低，在级进冲裁中采用导正销结构，可提高冲裁件精度。中 南 大 学 毕 业 设 计（论文）- 4 -3对工件尺寸、形状的适应
12、性工件的尺寸较小时，考虑到单工序上料不方便和生产率低，常采用复合冲裁或级进冲裁。对于尺寸中等的工件，由于制造多副单工序模的费用比复合模昂贵，也宜采用复合冲裁。但工件上孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小时，不宜采用复合冲裁和单工序冲裁，宜采用级进冲裁。所以级进冲裁可以加工形状复杂、宽度很小等异形工件，且可冲裁的材料厚度比复合冲裁时要大，但级进冲裁受压机台面尺寸与工序数的限制，冲裁工件尺寸不宜太大。4模具制造、安装调整和成本对复杂形状的工件，采用复合冲裁比采用级进冲裁为宜。因模具制造、安装调整较易，成本较低。5操作方便与安全复合冲裁出件或清除废料较困难，工作安全性较差。级进冲裁较安全。综合上述分析
13、，对于一个工件，可以得出多种工艺方案。必须对这些方案进行比较，选取在满足工件质量与生产率的要求下，模具制造成本低、寿命长、操作方便又安全的工艺方案。该工件包括落料、拉深、冲孔三个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，再弯曲，后冲孔。采用单工序模生产。方案二：先冲孔落料，再弯曲，采用复合模具和弯曲模具生产。方案三：冲孔落料弯曲采用复合模生产。方案一，模具结构简单，但需三道工序两三副模具，生产效率低，难以满足该工件大批量生产的要求。方案二，先采用复合模具冲孔落料冲裁能够保证冲裁尺寸精度，适用范围广、效益高。再用弯曲模具弯曲，用孔定位能保证冲裁件的尺寸精度。方案三，对于初学者很多冲裁件尺寸
14、不能保证，模具结构复杂很多地方不能达到要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件若能一次冲裁，则其冲压生产采用方案二为佳。中 南 大 学 毕 业 设 计（论文）- 5 -第三章 主要设计计算3.1 毛坯尺寸计算1.1 弯曲件毛坯展开长度的计算：一般将 r0.5t 的弯曲称为有圆角半径的弯曲,r0.5t 的弯曲称为无圆角半径弯曲。根据：如图 2-5 工件图，所以 1.5 0.52l 固零件是有圆角弯曲，计算如下：有圆角半径的弯曲（r0.5t）有圆角半径的弯曲件，毛坯展开尺寸等于弯曲件直线部分长度与圆弧部分长度的总和。板材 L 形弯曲件，（弯曲角 90 度时）长度 L 的计算：LL ia i/180
15、0(ri iti) (3.3)式中 L为弯曲件毛坯总长度， （mm） ；Li为各段直线部分长度（mm） ；a为各段圆弧部分弯曲中心角；ri r为各段圆弧部分弯曲半径， （mm） ；i为各段圆弧部分中性层位移系数。各段直线部分长度的计算：L115-1.5-211.5（mm）L250-1.5-246.5（mm）毛坯展开尺寸：L11.5+46.5.5+90 0180 0（1.5+0.42 2）58+3.673862.6738(mm) 注： i 圆弧部分中性层位移系数查书冲压工艺与模具设计（第二版） 中表 3.3.3，弯曲 900 时系数 i ， i0.42。 3.2 弯曲工序压力计算3.2.1 自由
16、弯曲时的弯曲力的计算3.2.1.1 弯曲力的计算根据所设计的零件图，是形弯曲件弯曲力公式如：F 自0.6Kbt 2ab/r+t式中 F 自为冲压行程结束时的自由弯曲力， （N） ；b冲裁件宽度（mm） ；t材料厚度（mm） ；中 南 大 学 毕 业 设 计（论文）- 6 -r总裁件弯曲半径（mm） ；ab材料抗拉强度（MPa） ；K为安全系数。一般取系数 K=1.3形弯曲件弯曲力计算：F 自0.61.38（4） 2300/1.524608 /3.52139.43(N) 注：查冲压工艺与模具设计（第二版）书，冲压金属板料的力学性能表 1.4.1，选用硬材料材料抗拉强度为 300（MPa）3.2.
17、1.2 校正弯曲时的弯曲力V 形弯曲件弯曲公式：F 校qA式中 F 校 为校正弯曲时的弯曲力， （N） ；q为校正部分垂直投影面积，(mm) 2；A为单位面积上的校正力， （MPa） ；具体弯曲计算如下：L62.6738(mm)；取整数约为 63。A 638504(mm) 2F 校4050420160（N） 注：查冲压工艺与模具设计（第二版）书，校正弯曲时单位压力 q 值表 3.3.2，选用硬材料为黄铜、厚度 13 之间。选取最大的为 40（MPa）因为弯曲不需要顶件和压料力 FQ03.2.1.3 压力机吨位的确定自由弯曲时压力机吨位应为：F 压机F 自FQ (3.3.5)F 压机2139.4
18、3(N)由于校正力是发生在接近压力机下死点的位置，校正力的数值比自由弯曲力、顶件力和压料力大得多，故 F 自、FQ 值可忽略不计。则按校正弯曲力选择压力机的吨位，即：F 压机F 校 （3.3.6）F 压机20160(N)故 F 压机取用 23000(N)。3.3 弯曲模主要工作零件结构参数的确定 1.弯曲凸模和凹模的圆角半径（1）弯曲凸模的圆角半径 （rT）当弯曲件的相对弯曲半径 r/t58，且不小于 rmin/t 时，凸模的圆角半径一般等于弯曲件的圆角半径；中 南 大 学 毕 业 设 计（论文）- 7 -若弯曲件的圆角半径小于最小弯曲半径( rrmin )时，首次弯曲可先弯成较大的圆角半径，
19、然后采用整形工序进行整形，使其满足弯曲件圆角的要求；若弯曲件的相对弯曲半径较大（ r/t10） ，精度要求较高时，由于圆角半径的回弹大，凸模的圆角半径应根据回弹值作相应的修正。（2）凹模圆角半径凹模的圆角半径的大小对弯曲变形力和制件质量均有较大影响，同时还关系到凹模厚度的确定。凹模圆角半径过小，坯料拉入凹模的滑动阻力大，使制件表面易擦伤甚至出现压痕。凹模圆角半径过大，会影响坯料定位的准确性。凹模两边的圆角要求制造均匀一致，当两边圆角有差异时，毛坯两侧移动速度不一致，使其发生偏移。生产中常根据材料的厚度来选择凹模圆角半径：当 t2mm 时,ra(36)tt 24mm 时, ra(23)tt4mm
20、 时, ra2t弯曲模结构尺寸示意图：图 31 弯曲结构尺寸V 形弯曲凹模其底部圆角半径可依据弯曲变形区坯料变薄的特点取：ra（0.60.8）（rtt） ，或在底部开退刀槽。根据设计零件尺寸：rt1.5(mm) ra32 ra0.8(1.52)6(mm) 0.83.52.8(mm)h22(mm) L015(mm)注：查冲压工艺与模具设计（第二版） 书 h、L0 的值，表 3.4.1 弯曲 V 形件的凹模深度 L0中 南 大 学 毕 业 设 计（论文）- 8 -及底部最小厚度值 h 。3.4 零件冲裁模的凸模和凹模配制加工计算刃口尺寸 对于形状复杂或料薄的冲压件，为了保证冲裁凸、凹模间有一定的间
21、隙值，必须彩用配合加工。此方法是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个(基准件)，然后依此为基准再按最小合隙配作另一件。这种加工方法的特点是：（1）模具的冲裁间隙在配制中保证，不需受到dP d d2Zmax2Zmin 条件限制，加工基准件时可适当放宽公差，使工容易。根据经验，普通冲裁模具的制造偏差 dP 或 dd 一般可取4（ 为制件公差） 。（2）尺寸标注简单，只在基准件上标注尺寸和制造公差，配制件只标注公称基本尺寸并注明做所留的间隙值。但该方法制造的凸模、凹模是不能互换的。尺寸（凸凹模刃口尺寸） 。在计算复杂形状的凸模、凹模工作部分的尺寸时，其各部分尺寸在模具工件时磨损性质不同，一个凸模或
22、凹模会同时存在着三类不同磨损性质的尺寸： 凸模或凹模磨损会增大的尺寸； 凸模或凹模磨损后会减小的尺寸； 凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸。根据查冲模设计应用实例书，表 210 落料、冲孔模刃口始用间隙：冲裁模初始双面间隙 Zmax 0.34 Zmin0.30。未标公差的毛坯尺寸按照 IT14 级精度计算，也可查冲模设计应用实例书末附录 D1。根据冲模设计应用实例书中的附录查得零件各尺寸公差为：1500.43 62.6700.62 200.25 40+0.30 800.36图 31 要冲裁的零件图表 2.3.2 以冲孔凸模设计为基准的刃口尺寸计算工序性质 凹模刃口尺寸磨损情况 基准件凹模的尺寸(图
23、 2.3.4 b) 配制凸模的尺寸磨损后增大的尺寸 Aj(Amaxx) 00.25磨损后减小的尺寸 Bj (Bminx) 00.25 落料磨损后不变的尺寸 Cj( Cmin 0.5)0.125按凹模实际尺寸配制，保证双面合理间隙ZminZmax表 2.3.3 以冲孔凸模设计为基准的刃口尺寸计算工序性质 凸模刃口尺寸磨损情况 基准件凸模的尺寸(图 2.3.4 b) 配制凹模的尺寸中 南 大 学 毕 业 设 计（论文）- 9 -磨损后增大的尺寸 aj(amaxx) 00.25磨损后减小的尺寸 bj(bminx) 00.25 冲孔磨损后不变的尺寸 cj(cmin0.5)0.125按凸模实际尺寸配制，
24、保证双面合理间隙ZminZ max1.1 根据零件特点，先冲孔两个 40+0.30 的孔，该冲裁件属冲孔，凸模设计为基准件。是凸模刃口尺寸磨损变小的尺寸。由表 2.3.1 查得：其磨损系数为 x0.5。注：查冲压工艺与模具设计（第二版） 书bj(bminx) 00.25 （40.50.3） 00.25 0.34.15 00.075凸模刃口尺寸确定，查冲模设计应用实例书中表 210，冲裁合理间隙 Zmax0.34 Zmin 0.30，故：凸模刃口尺寸按凹模相应部位的尺寸配制，保证双面最小间隙为 Zmin0.30。1.2 根据零件的形状，后落料，以凹模设计为基准件。是凹模刃口尺寸磨损变大小的尺寸有
25、：5000.62 800.36 R4。其中 R4 为半磨损尺寸，制造偏差 d0.25/2 ；为保证圆弧 R4 与 800.36 尺寸相切，故 R4 不需用公式计算，直接取 Aj8 计算值的一半。由表 2.3.1 查得：其磨损系数为 x0.5。注：查冲压工艺与模具设计（第二版） 书Aj(Amaxx) 00.25Aj50(62.670.50.62) 00.250.6262.36 00.155Aj8(80.50.36) 00.250.367.82 00.09AR4 Aj8/2 7.85/2 00.09/2 3.91 00.045凸模刃口尺寸确定，查冲模设计应用实例书中表 210，冲裁合理间隙 Zma
26、x0.34 中 南 大 学 毕 业 设 计（论文）- 10 -Zmin0.30，故：凸模刃口尺寸按凹模相应部位的尺寸配制，保证双面最小间隙为 Zmin0.30。3.5 冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了合理地选用冲压设备、设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。若采用平刃冲裁模具，其冲裁力 FP 按下式计算：FPKPtL式中 为材料抗剪强度， （MPa） ；L为冲裁周边长总长，(mm)；t为材料厚度，(mm)；系数 KP是考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙的波动（数值的变化或分布不均） 、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，
27、一般取 1.3。当查不到材料抗剪强度 时，可用抗拉强度 ab 代替 ，此时 KP1。根据冲裁零件计算：FP1.32（862.6748/2）3001.3279.1730061752.6（N）卸料力 推料力和顶料力的计算；生产中常采用经验公式计算：卸料力： FQ KFP推料力： FQ 1 nK 1FP 顶料力： FQ 2K 2FP式中，FP冲裁力， （N） ；K卸料力系数，其值为 0.020.06（薄料取大值，厚料取小值） ；K1推料力系数，其值为 0.030.07（薄料取大值，厚料取小值） ；K2顶件力系数，其值为 0.040.08（薄料取大值，厚料取小值） ；n梗塞在凹模内的制件或废料数量，nh/t，h 为直刃口部分的高，(mm)；t 为材料厚，(mm)。料厚（mm） K卸 K推 K顶钢0.10.10.50.52.52.56.5 6.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.060.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝 铝合金紫铜 黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09
