1、1毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化止动片冲裁模具设计一、选题的背景与意义随着中国工业的飞速发展，模具行业也显得越来越重要。现代模具工业有“不衰亡工业”之称，世界模具市场总体也供不应求。模具是大批生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定，且在加工过程中不破坏产品表面。用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料，切在生产中不需要加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点，是其他加工方法所不能比拟的。冲压工艺是靠压力机和模具对板材、带材、管材、和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而
2、获得所需形状和尺寸的工件的成形加工方法。冲压是高效的生产方式，采用复合模，其实是多工位的级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产，生产效率极高。止动片是机械设备上的止动零件，能有效地解决各零件之间的定位问题。目前，工业生产中普遍采用模具成形工艺方法，以提高产品的生产力和质量。此零件结构简单、尺寸小、精度要求较低，在大批量生产时，采用冲裁生产可以保证冲压产品尺寸精度，使产品质量稳定。且在生产过程中不需要加热，具有生产效率高、质量好、成本低且节约能源和原材料等一系列优点。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题1、研究的基本内容11止动片零件冲压工艺
3、的分析12止动片冲裁工艺设计13模具工作部分尺寸计算14模具结构及其它零件设计15模具主要零件加工工艺过程卡编制2、拟解决的主要问题221模具结构设计及模具零件加工工艺的制定；三、研究的方法与技术路线依据冲压模具设计方法和止动片冲裁件特性，理论与实践相结合，设计出一套冲裁模具。1依据课题查阅和收集相关资料；2了解冲裁件的特性，拟定的模具方案，并进行对比，确定最终冲裁模具的方案；3设计止动片冲裁工艺，在CATIA三维CAD软件上完成模具图和零件图；4编写模具主要零件的加工工艺。四、研究的总体安排与进度201011201102查找并阅读大量文献，确定研究方向；201012201101收集并整理数据
4、和资料，熟悉模具设计；201101201102设计一套止动片的冲裁模具，并在CATIA三维CAD软件中绘制出模具的三维和二维图纸，并编写主要零件的加工工艺；201102201103总结数据和资料，修改并完善论文；201103201104准备论文答辩。五、参考文献1刘振奇，刘腾芸冲裁模具结果设计的要点简介J科技信息，2010，53583602曹建刚，刑淑清冲裁模具设计中的应力分析J包头钢铁学院学报，1998，1732382403卢福新冲裁模具压力中心的确定J模具技术，2002，322244宋凯杰止动片冲孔落料符合模具设计J模具技术与机床，2010，435375李春泉止动件冲压工艺的改进J模具工业
5、,2001,523256任辉冲压模具精加工过程控制浅析J装备制造技术,2010,71611627李焕芳冷冲压模具的发展现状J中国高新技术企业,2010,15568李建平我国冷冲模发展现状及发展建议J电加工与模具,2010,1426309李奇涵基于CATIAV5的冲压模具参数化设计和应用J制造业信息化,2010,16668310陈炎嗣多工位级进模凸模微调机构的应用J模具制造,2010,5182111李忠明冲压工艺行业发展现状评述J内蒙古石油化工,2006,5868712金龙建扣件多工位级进模设计J模具制造,2010,7161813田光辉,李红旗编著模具设计与制造M北京大学出版社,2009,514
6、ONCORA,KNAMIKIWEARPERFORMANCEASSESSMENTOFALTERNATIVESTAMPINGDIEMATERIALSUTILIZINGANOVELTESTSYSTEMJWEAR,2009,2671123112915MFIRATCOMPUTERAIDEDANALYSISANDDESIGNOFSHEETMETALFORMINGPROCESSESPARTIIISTAMPINGDIEFACEDESIGNJMATERIALS工件边缘搭边A125M步距为H322M条料宽度HD2A1702X2575排样图如图2所示一个步距内的材料利用率按裁单件材料的利用率按下式计算,即100/B
7、HNA18式中A冲裁面积包括内形结构废料；N一个冲距内冲冲裁件数目；B条料宽度；H步距。图2排样图B702416802MMC3143030738/36005230SIN36930COS369147202MMABC1680147201827202MM18272075322100757查板材标准，宜选900MM1000MM的钢板，每张钢板可剪裁为12张条料75L000MM，每张条料可冲378个工件，则总为总NAL/BH19100900100021827378100767，即每张板料的材料利用率为767。35压力计算351冲压力落料力F总F113LT1319161235017437KN式中F1落料力
8、（N）；L工件外轮廓周长，L247024175386117519161MMT材料厚度；材料的搞剪强度（MPA），查得2350MPA。其中按非退火A3钢板计算冲孔力F冲F113LT1323141023505715KN其中D为冲孔直径，10314为两个孔圆周长之和。352卸料力F卸K卸F落式中K卸卸料力因数，其值由2表215查得K卸0055。则卸料力F卸0055191611054KN353推件力推件力计算按2式211F推NK推F冲式中K推推件力因数，其值由2表215查得推005；N卡在凹内的工件数。其中取凹模深度H6MM，因为工件厚度T2MM，所以KH/T6/23个，又因为要冲2个孔，所以N2K6
9、个推件力则为F推600555715201886KN354模具总压力F总F落F卸F压1743757151054188626092KN36压力中心的确定模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑快的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，减低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，的按下述原则确定（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件，多孔冲模，级进模的
10、压力中心可用解析法求出冲模压力中心。如图3所表示由于工件X方向对称，故压力中心X035MM其中1L24MMY112MM2L60MMY20MM3L24MMY312MM4L175MMY424MM5L3861MMY5RSINA/A2238MM其中R30,A5L/R3861/301287,876543218877665544332211YLLLLLLLLYLYLYLYLYLYLYLYL21图3A为弧度，转换度数为360（1287/628）738L6175MMY624MML7314MMY712MML8314MMY812MM计算时，忽略边缘4R2圆角。故Y1241MM由以上计算可知冲压件压力中心的坐标为（
11、35，1241）。37模具工作部分尺寸计算371模具材料的确定制造冲裁模具的材料有钢材、硬质合金、高分子材料等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部分材料的种类有碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢、硬质合金等等。考虑到模具结构并要保证模具寿命，此次模具设计材料选用工具钢（T8A）和碳素结构钢（45号钢）。45号钢属于中碳钢，是比较优质碳素结构用钢，硬度不高容易切削加工，模具中常用来做模板、导柱等，但一定要经过热处理，多在正火、调质状态下使用。T8A是碳素工具钢，淬火回火后可以有比较高的硬度和耐磨性，可以用形状简单的模子和冲头。由以上分析，上下垫板选用T8A，凹凸模固定板、空
12、心垫板、卸料板选用45号钢。22372模具零件热处理模具热处理是模具制造工程中的关键工艺之一，直接关系到模具的制造精度、力学性能、使用寿命和制造成本等，是保证模具质量和使用寿命的重要环节。模具在实际生产使用中表明，在模具的全部失效中，由于热处理不当而引起的失效概率最高。模具钢的热处理工艺是指模具钢在加热、冷却过程中，根据组织的转变规律制定的具体热处理、保温以及冷却的工艺参数。模具钢的常规热处理包括退货、正火、淬火和回火。凹模和凸模是在强压、连续使用以及有很大冲击的情况下工作的，并伴有温度的升高，工作条件非常恶劣。所以，对凹、凸模的材料要求有好的耐磨性、耐冲性、淬透性和切削性，硬度要大，热处理变
13、形要小，故热处理工艺为淬火工艺淬火温度在780820C，油冷，硬度在HRC61以上。回火工艺回火温度在150200C，空冷，硬度HRC5962。回火温度在200300C有回火脆性存在，应该避免在此温度范围内回火。冲模一般零件选45号钢，热处理工艺为淬火工艺淬火温度在800850C，水冷，硬度在HRC45以上。回火工艺回火温度在500600C，空冷，硬度HRC4850373刃口尺寸计算作落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制冲孔部分明中孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。对于孔10的凸凹模的制造公差由2表212查得凹0025MM,
14、凸0020MM由于凹凸ZMAXZMIN，故采用凸模与凹模配合加工方法。落料时，因外形轮廓较复杂，故模具按配合加工的方法制造，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下落料部分以落料凹模为基准计算，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸。零件图中落料部分的尺寸偏差如下7010MM240550MMR30050MM查4表212可知凸模和凹模最小间隙为ZMIN022MM凸模和凹模最大间隙为ZMAX026MM查4表217得因数X为23当050时，X05当050时，X075按4表2184/0MAXXAA025004/100956910507070DMM14004/55007323550502424DMM1
15、25004/500752950503030DMM落料部分相应的凸模尺寸按凹模尺寸配制，保证其双面间隙为022MM026MM在冲孔模具工作部分刃口中，冲10MM孔时，凸模外形为圆孔，故模具采用凸、凹模分开加工的方法制造，以冲孔凸模为基准计算,其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下对于孔10的凸凹模的制造公差由2表212查得凹0025MM,凸0020MM由于凹凸ZMAXZMIN，故采用凸模与凹模配合加工方法。因数由2表213查得，X05则D凸XDS040501000250MM21000250MMD凹按凸模尺寸配制，其双面间隙为004006MM计算孔心距两圆孔之间的位置公差为06MM查4表217得因数X为X
16、05查1表346知125050MINLLD故L40030506012506400075MM374落料凹模板尺寸确定凹模厚度HKB15MMHO2870196MM凹模边壁厚C152H152196294392MM实取C40MM凹模板边长LB2C7024024150MM查标准JB/T一7643194凹模板宽B125MM故确定凹模板外形为16012520MM，将凹模板作成薄型形式并加空心垫板后实取16012516MM375凸凹模尺寸确定凸凹模长度LHLH2H316101642MM其中H1凸凹模固定板厚度H2弹性卸料板厚度H3增加长度包括凸模进入凹棋深度，弹性元件安装高度等凸凹模内外刃口间壁厚校核根据冲裁
17、件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为7MM,据强度要求查1表296知，该壁厚为49MM即可，故该凸凹模侧壁强度足够376冲孔凸模尺寸确定凸模长度L凸H1H2H314101642MM其中HL凸模固定板厚H2卸料板厚H3凹模板厚凸模板强度效核该凸模长径比为L/D42/104210凸模强度校核该凸模不属于细长杆，强度足够377凸凹模强度校核（1）落料时凸凹模强度校核1）凹模的强度校核凹模的强度校核主要是校核它的厚度H。凹模在冲裁力的作用下会产生弯曲，如果凹模厚度不够，就会产生比较大的弯曲变形甚至断裂。凹模强度计算近似公式见1表224ABABHF/1/322式中F冲裁力，N；许用弯曲应力，MPA，对于淬火硬
18、度要求HRC62的T8等，取300500MPAH凹模厚度，MM，取H20MM25BA下模座长方孔的尺寸，MM40402故满足要求2）凸模板强度效核凸模工作时受到交变载荷的作用，冲裁时会受到轴向压缩作用，卸料时会受到轴向拉伸作用。由于冲裁时凸模刃口端面承受的轴向的压力远远大于卸料时受到的拉力，当用小凸模冲裁较厚或较硬的材料时，会有可能因受到的压应力超过模具材料的许用压应力而损坏。凸模正常工作条件是它的刃口端面承受的轴向压力不应超过模具材料的许用压应力即式中C凸模刃口端面所承受的压应力，MPA；F作用在凸模端面的总冲压力，NS凸模刃口端面的面积，MM2C模具钢的许用压应力，MPA；普通冲裁情况下模
19、具钢的许用压应力，当淬火硬度为HRC5862时，可取C100160MPA。C1134C故满足条件。（2）冲孔时凸凹模强度校核1）凹模的强度校核与上面一样，凹模的强度校核也主要是校核它的厚度H。凹模的强度计算近似公式见1表2240223/2151DDHF式中F冲裁力，N许用弯曲应力，MPA，对于淬火硬度要求HRC62的T8等，取300500MPA；H凹模厚度，MM，取20MM；D凹模直径，MM；0D下模座孔的直径，MM。24562）凸模的强度校核也与上面一样，凸模的正常工作条件是它的刃口端面承受的轴向压应力不应超过模具材料的许用压应力即CF/SC26C7106C故满足条件3）凸模板强度和刚度校核
20、该凸模长径比为L/D42/104210凸模强度校核该凸模不属于细长杆，强度足够38冲床选用冲压设备的选择依据1所选压力机的公称压力必须大于总冲压力，即F压F总2压力机的行程大小应适当。由于压力机的行程影响到模具的张开高度，因此对于冲裁，弯曲等模具，其行程不于过大，以免发生凸模与导板分离或滚珠导向装置脱开的不良后果。对于拉深模，压力机的行程至少应大于成品零件高度的两倍以上，以保证毛坯的放进和成行零件的取出。3所选压力机的最大高度应与冲模的闭合高度相适应。即满足冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间的要求。4压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余
21、地。但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时，对工作台的受里条件也是不利的。根据总冲压力F总26092KN,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,J2340开式双柱可倾冲床,并在工作台面上备制垫块。其主要工艺参数如下公称压力400KN滑块行程100MM行程次数80次分根据总冲压力F总26092KN,模具闭合高度,冲床工作、台面尺寸等,并结合现有设备,选用J2340开式双分最大闭合高度250MM连杆调节长度100MM工作台尺寸（前后左右）630MM420MM39其他模具零件结构尺寸根据倒装复合模形式特点凹模板尺寸并查标准JB/T7643194，确定其27它模具模板尺寸列于下表序号名称
22、长宽厚（MM）材料数量1上垫板1601258T8A12凸模固定板1601251545钢13空心垫板1601251645钢14卸料板1601251045钢15凸凹模固定板1601252045钢16下垫板1601258T8A14装配图41装配的闭合高度模具的闭合高度H是指滑块在下点也就是模具在最低位置时候，上模座表面与下模座表面之间的距离。模具的闭合高度必须和压力机的封闭高度相适应。压力机的封闭高度是指滑块在下止点的位置，滑块的下端面到压力机工作台的上表面之间的距离。压力机的调节螺杆可以上下调节，当连杆最短的时候，此距离为压力机的最大封闭高度MAXH；当连杆调至最长时，此距离是压力机的最小封闭高度
23、MINH。为了让模具正常工作，模具的闭合高度H应该介于压力机最短封闭高度MAXH与最小封闭高度MINH之间，就是满足如下条件MINH10MMHMAXH5MM式中5MM和10MM为装配时的安全余量。通过前面的计算，确定各模具的高度尺寸如下上模座H125MM下模座H230MM上垫板H38MM凸模固定板H415MM空心垫板H516MM卸料板H610MM凹凸模固定板H720MM下垫板H88MM橡胶层H914MM28将以上数据相加得到模具闭合高度为162MMMINH150MM，MAXH250MM，故满足需要条件。42装配图简图29上图显示的模具装配图的主视图，采用的是顺装复合冲裁模，凹模24装在下模。条
24、料由装在凹模24上的固定导料销12和固定挡料销14进行导料和挡料。弹压卸料板13上要钻让位孔。冲裁后箍在凹凸模10上的条料由卸料板13卸下。由顶板15和顶杆22组成的顶件装置，将冲入凹模24内的工件逆向顶出。由推杆8、打板2和打料杆1组成的打料装置，在回程将冲入凹凸模10的冲孔废料排除。凹模24下面加凹模垫板17，成为分体结构，比整体凹模容易加工。5工艺制作3051冲压工艺规程车间产品型别工艺规程零件名称止动件零件号（连封面共页）（另附对照页）工艺室主任车间主任主管工艺员总工艺师版次年月日批准车间工作程序型别材料毛料种类零件名称零件号第页A3板料止动件共5页工序号工序名称工作地页次设备名称设备
25、类别工作等级工时定额附注1切料剪床2冲裁开式双柱可倾冲床J23633去毛刺4检验游标卡尺等更改单号编号签字日期更改单号编号签字日期工艺员车间主任31车间检验图表型别零件名称零件号工序号第页止动件4共5页材料硬度A3项目号检验内容检验工具1各主要尺寸游标卡尺更改单号编号签字日期更改单号编号签字日期工艺员车间主任3252主要模具加工工艺过程521落料凹模加工工艺过程材料GR12硬度6064HRC序号工序号工序内容1备料锻件（退火状态）165130182粗铣铣六面到尺寸1603125317，注意两大平面与相邻邻侧面用标准角尺测量达基本垂直3平面磨磨光两大平面厚度达166，并磨两相邻侧面达四面垂直。垂
26、直度002/1004钳划线划出各孔径中心线并划出凹模洞口轮廓尺寸钻孔钻螺纹底孔，销钉底孔，凹模洞口穿线孔铰孔铰销钉孔到要求攻丝攻螺纹丝到要求5热处理淬火使硬度达6064HRC6平面磨磨光两大平面，使厚度达1637线切割割凹模洞口，并留001002研余量8钳研磨洞口内壁侧面达08UM配推件块到要求9钳用垫片层保证凸凹模与凹模间隙均匀后，凹模与上模座配作销钉孔10平磨磨凹模板上平面厚度达要求11钳总装配33522冲孔凸模加工工艺过程材料T1OA硬度5660HRC序号工序名称工序内容1备料锻件（退火状态）15552热处理退火，硬度达180220H3车一端面，打顶尖孔。车外圆至12；掉头车另一端面，长
27、度至尺寸50；打孔尖孔。双顶尖顶，车外圆尺寸114004，106004至要求，车尺寸50250至要求4检验检验5热处理淬火，硬度至5660HRC。6磨削磨削外圆尺寸110250，1020250至要求7线切削切除工作端面顶尖孔，长度尺寸至4210要求8磨削磨削端面至RA08UM9检验10钳工装配（钳修并装配，保证）34523凹凸模加工工艺过程材料GR12硬度6064HRC序号工序名称工序内容1备料锻件（退火状态）7540552粗铣铣六面见光3平磨磨高度两平面到尺寸514钳划线在长度方一侧线切割夹位6后，分中划凸模轮廓线并划两凹模洞口中线钻孔按凹模洞口中心钻线切割穿丝孔锪扩凹模落料沉孔到要求，钻螺
28、纹底孔并攻丝到要求5热处理淬火硬度达6064HRC6平磨磨高度到5047线切割割凸模及两凹模，并单边留001002研磨余量8钳研配研凸凹模并配入凸模固定板研各侧壁到08UM9平磨磨高度到要求10钳总装配356总结随着现代工业技术的进一步发展以及模具产业的飞速进步，对于大规模生产零件中如何节约成本、提高效率、保证精度使质量稳定有较高的要求。用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料，切在生产中不需要加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点，是其他加工方法所不能比拟的。本文中以零件止动片为例，此零件具体设计了该零件的冲裁模具设计过程，结构简
29、单、尺寸小、精度要求较低，在大批量生产时，采用冲裁生产可以保证冲压产品尺寸精度，使产品质量稳定。36参考文献1冲模设计手册编写组模具设计手册M北京机械工业出版社,19992模具实用技术丛书编委会冲模设计应用实例M北京机械工业出版社,19993王芳冷冲模具指导书M北京机械工业出版社,19984王以真实用扬器技术手册M北京国防工业出版社,20035王新华,袁联富冲模结构图册M北京机械工业出版社,20036廖念钉,古莹奄等互换性与技术测量M北京中国计量出版社,20017陈锦昌,刘就女等计算机工程制图M广州华南理工大学出版社,19998刘鸿文材料力学M北京高等教育出版社,19999王焕庭,李茅华、徐善
30、国工机械工程材料M大连大连理工大学出版社,200210党根茂,骆志斌等模具设计与制造M西安西安电子科技大学出版社,200111黄毅宏,李明辉模具制造工艺M北京机械工业出版社,199912刘振奇，刘腾芸冲裁模具结果设计的要点简介J科技信息，2010，535836013曹建刚，刑淑清冲裁模具设计中的应力分析J包头钢铁学院学报，1998，17323824014李春泉止动件冲压工艺的改进J模具工业,2001,5232515石其年提高冲裁模具使用寿命的途径与分析J模具,2006,5636616ONCORA,KNAMIKIWEARPERFORMANCEASSESSMENTOFALTERNATIVESTAMPINGDIEMATERIALSUTILIZINGANOVELTESTSYSTEMJWEAR,2009,2671123112917MFIRATCOMPUTERAIDEDANALYSISANDDESIGNOFSHEETMETALFORMINGPROCESSESPARTIIISTAMPINGDIEFACEDESIGNJMATERIALSDESIGN,2007,2813111320
