1、河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书1连接片级进模设计第 1 章 绪论目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。1.1 国内模具的现状和发展趋势1.1.1 国内模具的现状我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003 年我国模具生产厂点约有 2万多家，从业人员约 50 多万人，2004 年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，20
2、04 年模具产值 530 亿元。进口模具 18.13 亿 美元，出口模具 4.91 亿美元，分别比 2003 年增长 18%、32.4%和 45.9%。进出口之比 2004年为 3.69:1，进出口相抵后的进净口达 13.2 亿美元，为净进口量较大的国家。在 2 万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有 20 多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。 近年来， 模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；“三资“及私营企业发展迅速；国企股份制改造
3、步伐加快等。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足:第一，体制不顺，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书2第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合 1 万美元，国外模
4、具工业发达国家大多是 1520 万美元，有的高达 2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和 CAD/CAM 应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企
5、业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占 45%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1.1.2 国内模具的发展趋势巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模
6、具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面: 1） 模具日趋大型化； 2）在模具设计制造中广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术； 3）模具扫描及数字化系统； 河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书34）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； 5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； 6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术； 7）模具的精度将越来越高； 8）模具研磨抛光将自动化、智能化； 9）研究和应
7、用模具的高速测量技术与逆向工程； 10）开发新的成形工艺和模具。1.2 国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650 亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总
8、产值的三分之一。 国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到 50%以上；国外模具企业的组织形式是“大而专“、“大而精“。2004 年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约 5000 家。2003 年德国模具产值达 48 亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有 90 家，这 90 家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的 90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平
9、均每年创造模具产值约合 1 万美元左右，而国外模具工业发达国家大多 1520 万美元， 有的达到 2530 万美元。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书4国外先进国家模具标准件使用覆盖率达 70%以上，而我国才达到 45从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。2、落后和差距主要表现在下列几方面（1）供不应求、产品结构不够合理。（2）企业组织结构都不够合理。（3） 工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低，技术结构、模具产品水平比国际水平低，而模具生产周期却要比国际水平长。（4）技术人才严重不足，经济效益欠佳
10、。（5）与国际水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。（6）专业化、标准化、商品化的程度低，协作差。在完成大学三年的课程学习、生产实习，我已经熟练地掌握了机械制图、塑料注塑模结构与设计、模具制造技术、模具设计与制造专业英语、冲压模具设计与制造、模具 CAD/CAM等专业基础课的知识，对模具设计与制造有了一个系统的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过在新飞电器集团公司、中国一拖（洛阳）、中信重型机械制造公司等地的生产实习，使我对模具特别是冲压模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构及工艺流程方面的知识，对于模具的制造工艺更是
11、实现了零的突破。在指导老师的指导和工厂师傅的讲解下，我亲手拆装了一些典型的模具，明确了模具的一般工作原理及加工工艺。同时，在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用各种相关的资料，与同学进行充分的讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中，将有一定的困难，在指导老师的悉心指导和自己的努力，相信我会圆满地完成这次毕业设计的任务。由于水平有限，且缺乏经验，设计中不妥之处恳请各位老师指正。1.3 设计目的及意义本设计题目为连接片，但对做毕业设计的毕业生有一定的设计意义，它概括了连接垫片零件的设计要求、内容及方向。通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者冲压模设计的基础，为设计更复杂
12、的冲压模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。本设计主要意义是在我们学习完模具设计与制造的所有专业课之后，总结条理以前我们所学的知识，使之成为一个系统的理论体系，以便于我们在以后的工作中河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书5使用。同时也让我们对模具的设计与制造有了初步的了解，掌握了查阅资料和使用工具书以及手册的能力。本设计的目的是在学生毕业前夕，将通过毕业设计的实践性环节，检测我们三年所学的知识并达到灵活使用的程度，对模具知识进行全面的总结和应用，提高综合的实战能力以及扩大模具领域的新知识。具体的要求是：1.系统总结，巩固过去所学的基础课和专业课知识。2.运用所学的知
13、识解决模具技术领域内的实际工程问题，以此进行综合知识的训练。3.通过某项具体工程设计和实验研究，达到多种综合能力的培养，掌握设计和科研的基本过程和基本方法。4.提高和运用与工程技术有关的人文科学，价值工程和技术经济的综合知识。1.4 冲压模的特点、要求冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。鉴于这些，模具设计要求应根据模具结构、模具材料、尺寸精度、形位精度、工作特性和使用寿命等项要求，综合考虑各方面的特点，不可片面追求生产效率、模具精度
14、和使用寿命必然导致成本的增加。第2章 冲裁工艺规程的编制2.1工艺分析、排样设计 2.1.1 冲压零件的工艺性分析图示零件材料为 10 号钢板，能够进行一般的冲压加工，市场上也容易得到这种材料，价格适中。外形落料的工艺性：连接片属于中等尺寸零件，料厚 3mm，外形复杂程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工艺获得。冲孔的工艺性：两个相同尺寸但是不对称的椭圆孔，尺寸精度要求一般，可采用冲孔。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书6此工件只有外形落料和冲孔两个工序。图示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸，按惯例取 IT14 级，符合一般级进冲压的经济精度要求，模具精度取
15、 IT9 级即可。由以上分析可知，图示零件具有比较好的冲压工艺性，适合冲压生产。2.1.2 排样样设计1、确定零件的排样方案设计模具时，条料的排样很重要。连接片零件具有形状简单有点类似矩形的称椭圆形特点，排列采用直排（图 2 所示）的排样方案可以提高材料的利用率，减少废料。为了降低模具的制造成本，采用连续的送料方式，即连续送料，连续冲压，条料完成第一遍冲两个相同椭圆的小孔后，再冲第二遍落料，在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。图 2： 条料的排样2、条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算查表取得搭边值为 2.5mm 和 2.8mm。条料宽度的计算：拟采用无侧压装置的送料方式，由 b- =D
16、+2a +c1 - 2D条料宽度方向冲裁件的最大尺寸a侧搭边值河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书7c1导料板与最宽条料之间的间隙,取值为 0.5mm代入数据计算，取得条料宽度为 58.6mm。导尺间距离的计算：由 s=D+2(a+c1),代入数据计算得导尺间距离为 59.6 mm。材料利用率的计算：根据一般的市场供应情况，原材料选用 1000 mm2000 mm3 mm 的冷轧薄钢板。每块可剪 2000mm 60 mm 规格条料 7 条，材料剪切利用率达 94.5%。由文献2 材料利用率通用计算公式 = %10BsnA式中 A一个冲裁件的面积，mm 2;n一个进
17、距内的冲裁件数量；B条料宽度，mm; s进距， mm得 = =78%1065349.27河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书82.2 工艺方案的确定2.2.1 工艺方案的确定连接片零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔，可拟订出以下三种工艺方案。方案一：用简单模分两次加工，即落料冲孔。方案二：冲孔落料复合模。方案三：冲孔落料级进模。 采用方案一，生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该工件为中批量生产，方案二和方案三更具有优越性。连接片零件内有两个相同的内椭圆的孔，外形类似矩形的椭圆边与条料边之间的距离为 3.5mm，大于此零件要求的最小壁厚（3.2mm） （1
18、） ，可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料连续模。复合模模具制造难度大，并且冲压后产品留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，因此选用级进模更为合理。第 3 章 冲压模结构设计及有关计算31 模具结构形式的选择与确定1）正倒装结构：根据上述分析，本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，为方便小孔废料和成形工件的落下，采用正装结构，即冲孔凹模和落料凹模都安排在下模。2）送料方式：因是小批量生产，采用手工送料方式。3）定位装置：本工件在级进模中尺寸是较大的，又是小批量生产，顺冲时第一个工河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书9位采用始用挡料销定位，第二个工位采用固定
19、挡料销定位。第一个工位设置一个始用挡料销定位，第二工位靠固定挡料销定位。送料时废料孔与固定挡料销作为粗定距，在大凸模上安装两个导正销，利用条料上椭圆的孔做导正销孔进行导正，依此作为条料送进的精确定距。3）导向方式：为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。由于已经采用了手工送料方式，为了提高开敞性和导向均匀性，采用对角导柱模架。4）卸料方式：本模具采用正装结构，冲孔废料和工件留在凹模孔洞中，为了简化模具结构，可以在下模座中开有通槽，使废料和工件从孔洞中落下。工件厚度为2.2mm，料厚比较厚，为了简化模具结构和达到可靠的卸料力，选用刚性卸料板来卸下条料废料。32 冲压力与压力中心的计算，初选
20、压力机3.2.1 冲裁工序总力的计算由工件结构和前面所定的冲压方案可知，本工件的冲裁力包括以下部分。冲连接片内的两个相同的椭圆孔，落外型料的力 P3，向下推出第一个冲孔废料的力P1，向下推出第一个孔废料的力 P2，向下推出工件的力 P4。由刚性卸料板卸条料的废料的力不是压力机提供的，故不用计算在内。考虑到模具刃部被磨损、凸凹模间隙不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响，实际计算冲裁力时按下面公式：P=KLt3式中 P冲裁力（kN）L冲裁件剪切周边长度（mm）t冲裁件材料厚度（mm）被冲材料的抗剪强度 (MPa)K系数，一般取 1.3。上式中抗剪强度 与材料种类和坯料的原始状态有关
21、，可在手册中查询。为方便计算，可取材料的 =0.8 b,故冲裁力表达式又可表示为： P=1.3LtLt b式中 b被冲材料抗拉强度(MPa)。查手册1表 87 得 10 钢的 b=335MPaP1=322.2335=23.7kN河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书10P2=322.2335=23.7kNP3=1302.2335=95.8kN推件力 Pt=nKtPKt推件力系数,由手册查得 Kt=0.055n同时卡在凹模的工件(或废料)数,其中n=h/th凹模刃部直壁洞口高度（mm） ，t料厚( mm)查手册2表 240 可得和 h=6mm,故 n=3P4=2 =2
22、.6kN05.73P5=2 =2.6kNP6=20.05595.8=10.5kN工序总力 P 总 =P1+P2+P3+P4+P5+P6=23.7+23.7+95.8+2.6+2.6+10.5=158.9kN3.2.2 初选压力机查文献4开式可倾压力机参数初选压力机型号为 JG23-30 和23-35，见表一。表 1：所选择压力机的相关参数型号公称压力/kN滑块行程/mm最大封闭高度 /mm工作台尺寸 /mm滑块底面尺寸 /mm可倾斜角/封闭高度调节量/mmJG23-30 300 75 200 500320 160200 25 50JC23-35 350 80 280 380610 190210 20 603.2.3 压力中心的计算模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机的中心滑块中心线重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨与模具的导向部分不正常的磨损，还会使合理的间隙得不着保证，从而影响制件的质量和降低模具的寿命，甚至损坏模具。
