说明书共40页，字数18463 目录 摘要III Abstract IV 目录V 1绪论1 1.1冲压模具制造技术的现状及其发展方向1 1.1.1冲压模具的现状1 1.1.2冲压模具的发展方向1 1.2冲压及模具的概念、特点及应用2 1.2.1冲压的概念2 1.2.2冲压的特点2 1.2.3冲压加工的应用2 1.2.4冲压常用材料及选用3 1.2.5模具的概念及其作用和分类4 1.3冲压工序分类5 1.4冲压变形的理论基础5 1.4.1塑性变形、塑性与变形抗力的概念5 1.4.2塑性变形对金属组织和性能的影响6 1.4.3影响金属塑性及变形抗力的因素6 1.5冲压模具的设计流程及要点6 1.6本文研究的目的及其意义7 2冲压模具设计基础8 2.1零件的工艺分析8 2.2模具的总体工艺方案和结构设计8 3冲压工艺设计的计算10 3.1修边余量的确定10 3.2毛坯尺寸的计算10 3.3落料模排样设计11 3.4落料模冲裁间隙的计算12 3.5拉伸模拉深次数和单面间隙确定13 3.6凹凸模圆角半径及粗糙度的确定13 4落料和拉深模具设计15 4.1凹凸模尺寸的确定15 4.2落料模装配图及其零件图15 4.2.1落料模装配图15 4.2.2落料模零件的设计16 4.3拉深含义及计算19 4.4拉深模的装配图和零件设计21 4.4.1装备图的确定21 4.4.2零件设计21 5冲压力和压力中心25 5.1压力中心25 5.2落料模的冲裁工序力的压力中心25 5.3拉深模的拉深工序力和压力中心26 6结论和展望27 6.1结论27 6.2展望27 致谢28 参考文献29 附录30 1.2冲压及模具的概念、特点及应用 1.2.1冲压的概念 冲压成形是指在压力机上通过模具对板料（金属或非金属）加压，使其产生分离或发生塑性变形从而得到一定形状，达到尺寸和性能要求的零件加工方法。其属于塑性加工方法之一，又称之为冷冲压或者板料冲压。其模具设计是冲压工艺的核心内容。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将其材料批量加工成所需冲件的专用工具冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模批量冲压生产就很难以进行。 1.2.2冲压的特点 冲压成形那个是一种先进的加工方法，其优点有: (1)模具使用寿命长，生产成本低。 (2)可以获得其他加工方法所不能加工或者难以加工的形状复杂的零件。 (3)节约材料，一般冲压成形没有切屑碎料，通常情况下材料的650k一800k都可以充分利用到生产中，甚至加工大型零件的废料还可以被用来加工某些小型制件，故其成本低。 (4)冲压加工的生产效率高，具体操作方便，易于实现机械化与自动化，其对操作人员的技能要求不高。 (5)生产工件的尺寸较精确，其产品还具有高刚度，轻质量和低表面粗糙度等优点。 (6)冲压加工的能耗较低，由于冲压加工是不需要加热的所以具有节能的优点。 综上所述冲压的优点其实有很多，但其也有不足之处。比如由于模具设计成本高结构复杂，周期性长不益于工件的小批量生产。其冲压加工时噪音打振动大也是属于两种公害，还有操作的安全事故也时有发生，不过这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科技的进步这些问题也将会一一解决的。 1.2.3冲压加工的应用 综合冲压所具有的优越性其应用也是非常广泛的，列如汽车中、航天、航空、电子、交通、化工、医疗等等。其深入到制造业的方方面面。其范围还在伴随着越来越先进的冲压技术越来越大，几乎整个行业都可以看到其身影。在生活中我们每个人与冲压工件也是形影不离的，我们所用到手的手表里面有三分之二的都是冲压件就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。综述上一节对冲压特点的描述我们不防把冲压的应用归述为以下五点： (1）以拉深为主。现如今大部分主要集中在汽车厂、拖拉机厂、飞机制造厂等大型厂，独立的大型冲压拉深厂还很少见。汽车行业零部件类冲压，主要是指冲剪成形。这些企业有许多都在标准件厂，也有一些独立的冲压厂，目前一些汽车厂戒拖拉机厂的周围都有许多这样的小厂。 (2）电器元件的加工，电器件冲压件是一个新型产业，人们对电器的需求量越来越高，电器的发展也越来越好。 (3）家具冲压件。主要针对一些家具用品，如门、窗的弹簧、还有合页一些等等，这些家具冲压厂未来发展趋势也越来越大。全世界的钢材中，大部分是经过冲压来制成成品的。汽车的车身、油箱、散热器片、锅炉汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是通过冲压加工而成的的。仪器仪表、电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也是有大量冲压件的。 (4）冷冲压件一般加工再经切削加工，仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件。 (5）生产应用方面，冲压主要是按工艺分类，在现实生产中常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。在实际生产中，常用不冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 1.2.4冲压常用材料及选用 冲压生产中最常用的材料是金属材料（包括黑色金属和有色金属），但有时也用非金属材料。非金属材料只适宜于分离工序。 冲压用金属材料的供应状态一般是各种规格的板料和带料。板料的尺寸较大，可用于大型零件的冲压，也可将板料按排样尺寸剪裁成条料后用于中小型零件的冲压；带料（又称卷料）有各种规格的宽度，展开长度可达几十米，成卷状供应，适应于大批量生产的自动送料。材料厚度很小时也是做成带料供应。 对于厚度在4mm以下的轧制钢板，根据国家标准GB/T708一1991规定，钢板厚度的精度分为A（高级精度）、B（较高级精度）、C（普通精度）三级。对优质碳素结构冷轧薄钢板，根据国家标准GB/T710一1991规定，钢板的表面质量可分为Ⅰ（特别高级的精整表面）、Ⅱ（高级的精整表面）、Ⅲ（较高级的精整表面）、Ⅳ（普通的精整表面）四组，每组按拉深级别又分为Z（最深拉深）、S(深拉深)、P（普通拉深）三级。 冲压材料的选用要考虑冲压件的使用要求、冲压工艺要求及经济性等。一般情况按下列要求选用。 (1）按冲压件的要求合理选用材料，所选择的材料至少能在压力机上能正常使用，并能有一定的寿命。这样必须依靠所要完成的冲压件的条件，使所选材料能够满足强度，产量，寿命上的要求。 (2）按冲压工艺要求合理的选材，对于任何一种冲压件，要选择的材料必须要满足冲压工艺的要求，能够稳定地成形出不能开裂或起皱的合格产品，这是最基本同时也是最重要的选材要求。 (3)按经济性要求合理选材，所选材料应该在满足使用性能和冲压工艺要求的前提下，尽量使材料的价格低廉，来源要方便，经济性要好，以降低冲压件的成本。 1.2.5模具的概念及其作用和分类 一般在不知道模具这个概念时，每个人对其都有不同的概念，我们生活中接触到的不同的模具产品让我们对其非常的好奇，对模具具有一种神秘感，其实模具实质上就是一种工具，是我们生产中的一种装备工艺。模具也有简单复杂之分这主要归根于我们对产品的要求。模具制造企业中有各式各样的模具，如用于汽车变速箱的压铸模，生产塑料的注射模，生产不锈钢餐具的冲裁模，挤压模等等。 在我们的电子、汽车、电机、仪器、电器、仪表、家电和通信等产品中，其中大部分的零件都是依靠模具成型的。因为其用模具生产零件所表现出来的高精度、高复杂度、高一致性、高生产率、低消耗是其他加工方法所不能比拟的。用模具生产的零件的价值，往往是模具自身价值的几十倍，甚至上百倍，其利益也是巨大的。目前世界模具产品年产值约有600亿美元，日、美、德等工业发达的国家的模具工业产值早已经超过了其机床工业的产值。由1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。目前模具生产水平的高低还有技术的是否成熟已经用来衡量一个国家的产品制造能力高低的重要标志之一，在很大程度上甚至决定了综合国力的发展水平。 模具在现今生产中的作用，可以概括为四点。 (1)现如今的模具早已经成为高新技术的重要主成部分。列如：我们每天使用的计算机外壳还有他的许多元器件的制造必须有精密塑料模具和精密冲压模具；还有我们用的电话手机等等通信设备没有紧密模具的加工也是不行的。不仅仅电子产品如此，在航空领域也离不开精密模具技术的支持。可以说，现今许多高精度模具它本身就是高新技术产业组成的一部分。生产这些模具的企业已经被命名为“高新技术企业”。 (2)模具工业也是高新技术产业化的重要领域之一。模具制造技术水平和模具工业的技术的提高离不开高新技术的支持。CAD/CAM等等作图软件在模具成形中的应用和快速制造技术的应用对模具的设计成形制造技术有着重要的改革。数控精密、高效的加工设备对模具的开发和模具制造水平的提高有不可估量的作用。敏捷制造、并行工程和虚拟技术高速加工等先进制造技术在模具工业中的应用也要有电子信息等高新技术嫁接，从而这样来实现模具高新技术的产业化。 (3）模具工业作为装备工业的一个组成部分也是基础工艺装备，在装备工业中自然拥有其重要的地位。因为国民经济各产业部门中需要的装备的零件有很大一部分就是用模具做出来的。模具也用于大量电子部门，好像一个人，不仅仅要有聪明的脑袋和灵敏的系统，还要有坚强的躯干和灵巧的双手和双脚来支持其完成任务。机械工业制造的装备一旦与电子信息技术嫁接，就如虎添翼。 (4）模具工业地位的重要，还在于国民经济的五大支柱产业其相适应，以满足五大支柱产业快速发展的需要。机械设备、电子汽车工业需要大量的模具，特别是轿车上的各种大型零件、电子产品上的精密塑料模具和冲压模具，目前模具不管在质量还有数量上都还不能满足这些支柱产业发展的需要。 从广义上讲模具可以分为两类； (1）有腔型的模具，如冲裁模，注射模。其通常被叫为模具。 (2）无腔型的模具，如木模，仿型模。其被叫做模型。 有腔型的模具，是通过型腔制造出产品；没有型腔的模具，是通过仿型复制出产品，或通过它制造出型腔然后在制造出产品。 通常所讲的模具市值第一种即有型腔的模具，而把没有型腔的模具称之为模型。 一个有实质使用意义的模具，其重要的标志之一，就是具有“重复使用性”。 现实生活中，常根据模具的结构，产品的属性，生产工艺条件等等。从多方面对模具进行分类，如冲模、塑料模、压铸模等等。 1.3冲压工序分类 冷冲压加工的零件，由于其形状、尺寸、精度要求、生产批量、原材料性能等各不相同，因此生产中所采用的冷冲压工艺方法也是多种多样，概括起来分为两大类，即分离工序和成形工序。 分离工序是指板料在压力的作用下，其压力超过材料的抗剪强度，而沿一定的轮廓断裂成制件的工序，又称为冲裁。这段工序可以直接制造平板零件，也可以将已成形的工件从板料上切割下来，修边等等。 成形工序是指板料在压力的作用下，其应力超过屈服强度（未达到抗剪强度）而产生的塑性变形，从而获得一定形状和尺寸的制件的工序。其包括弯曲、拉伸、拉形、施压等环节。 工序顺序的安排可遵循下列原则： (1)对于带孔的或有缺口的冲裁件，如果选用单工序模冲裁，一般先落料、再冲孔或切口。使用级进模时，则应先冲孔或切口，再落料。若工件上同时存在直径不等的大小两孔，且相距又较近时，则应先冲大孔再冲小孔。 (2)对于带孔的弯曲件，孔位于弯曲变形区以外，可以先冲孔再弯曲。孔位于弯曲变形区附近或以内，必须先弯曲再冲孔。孔间距受弯曲回弹的影响时，也应先弯曲再冲孔。 (3)对于带孔的拉深件，一般先拉深，再冲孔。但当孔的位置在工件的底部时，且其孔径尺寸精度要求不高时，也可先冲孔再拉深。 (4)对于多角弯曲件，主要从材料变形和材料运动两方面安排弯曲的顺序。一般先弯外角后弯内角，可同时弯曲的弯角数决定于零件的允许变薄量。 (5)对于形状复杂的拉深件，为便于材料的变形流动，应先成形内部形状，再拉深外部形状。 (6)所有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序的影响，都应该在平板坯料上冲处。 1.4冲压变形的理论基础 1.4.1塑性变形、塑性与变形抗力的概念 塑性变形是指物体在外力作用下会产生变形，若外力去除以后，物体并不能完全恢复自己的原有形状和尺寸。 塑性是指物体具有塑性变形的能力称为塑性，塑性的好坏用塑性指标来评定。塑性指标是以材料开始破坏时的变形量表示，它可借助于各种试验方法测定。 变形抗力是指在一定的变形条件（加载状况、变形温度及速度）下，引起物体塑性变形的单位变形力。变形抗力反映了物体在外力作用下抵抗塑性变形的能力。 其中塑性和变形抗力是两个不同的概念，通常说某种材料的塑性好坏是指受力后临近破坏时的变形程度的强弱，而变形抗力是从力的角度反映塑性变形的难易大校如奥氏不锈钢允许的塑性变形程度大，说明它的塑性好，但其变形抗力也大，说明它需要较大的外力才能产生塑性变形。 1.4.2塑性变形对金属组织和性能的影响 金属受外力作用产生塑性变形后，不仅形状和尺寸发生变化，而且其内部组织和性能也将发生变化，这些变化可以归纳为以下四个方面： (1)形成了纤维组织； (2)形成了亚组织； (3)产生了内应力； (4)产生了加工硬化。 1.4.3影响金属塑性及变形抗力的因素 金属的塑性不是固定不变的，影响因素很多，主要有以下几个方面： (1)金属的成分和组织结构，一般来说，组成金属的元素越少(如纯金属和固体)、晶粒愈细孝组织分布愈均匀，则金属的塑性愈好。 (2)变形时的应力状态，金属变形时，压应力的成分愈多，金属愈不易破坏，其可塑性也就愈好。与此相反，拉应力则易于扩展材料的裂纹与缺陷，所以拉应力的成分愈大，愈不利于金属可塑性的发挥。 (3)变形温度，变形温度对金属的塑性有重大影响。就大多数金属而言，其总的趋势是：随着温度的升高，塑性增加，变形抗力降低（金属的软化）。 (4)变形速度，变形速度是指单位时间内应变的变化量，但在冲压生产中不便控制和计量，故以压力机滑块的移动速度来近似反映金属的变形速度。一般情况下：对于小型件的冲压，一般可以不考虑速度因素，只需考虑设备的类型、标称压力和功率等；对于大型复杂件，宜采用低速成形（如采用液压机或低速压力机冲压）。另外，对于加热成形工序，变形速度比较敏感的材料（如不锈钢、耐热合金、钛合金等），也宜低速成形。 (5)尺寸因素，同一种材料，在其他条件相同的情况下，尺寸越大，塑性越差。这是因为材料尺寸越大，组织和化学成分越不一致，杂质分布越不均匀，应力分布也不均匀。例如厚板冲裁时，产生剪裂纹时凸模挤入板料的深度与板料厚度的比值(称为相对挤入深度)比薄板冲裁时校 1.5冲压模具的设计流程及要点 （1）确定冲模类型及结构形式根据所确定的工艺方案和冲压件的形状特点、精度要求、生产批量、模具制造条件、操作方便及安全的要求，以及利用现有通用机械化、自动化装置的可能，选定冲模类型及结构草图。 （2）选择工件定位方式： 1)工件在模具中的定位主要考虑定位基准，上料方式，操作安全可靠等因素。 2)选择定位基准时应尽可能与设计基准重合，如果不重合，就需要根据尺寸链计算，重新分配公差，把设计尺寸换算成工艺尺寸。不过，这样将会使零件的加工精度要求提高。当零件是采用多工序分别在不同模具上冲压时，应尽量使各工序采用同一基准。 3)为使定位可靠，应选择精度高、冲压时不发生变形和移动的表面作为定位表面。 4)冲压件上能够用做定位的表面随零件的形状不同而不同，平板零件最好用相距较远的两孔定位，或者一个孔和外形定位。弯曲件可用孔或形体定位。拉深件可用外形、底面或切边后的凸缘定位。 （3）选择卸料方式 为了冲压后卡在凸模上、凸凹模上的制件或废料卸掉。将制件从凹模中推出来（凹模在上模）或顶出来（凹模在下模），以保证下次冲压正常进行。设计模具时，必须正确选择卸料方式和设计卸料装置。 在选用压料、卸料装置的形式时，应考虑操作方式，即板料送进和定位是手动操作还是自动化操作。出料方式是上出料，还是下出料。 压料、卸料装置根据冲压件平整度要求或料的厚薄来决定。一般情况对于冲裁较硬、较厚且精度要求不是非常高的工件，可选择刚性卸料方式。对于冲裁料厚度在1.5mm以下，且要求冲裁件比较平整的，可选择弹性卸料方式。对于弯曲、拉深等成形零件的卸料方式选择及卸料装置的设计，应考虑既不损坏成形部位，又能满足卸料要求的卸料装置。卸料装置设计的正确与否，直接影响工件的质量、生产效率和操作安全程度。 (4）进行必要的模具设计计算： 1)计算模具压力中心。 2)计算或估算模具各主要零件（凹模、凸模固定板、垫板、凸模）的外形尺寸，并确定标准模架以及卸料橡胶或弹簧的自由高度等。 3)确定凸、凹模的间隙，计算凸凹模工作部分尺寸。 （5）绘制模具总图和非标准零件图 根据上述分析，计算及方案论证后，绘制模具总装配图及零件图。 1.6本文研究的目的及其意义 综合运用和巩固机械设计相关课程的基本理论和专业知识，培养从事模具设计与机械设计的初步能力，为实际工作打下良好的基矗培养分析问题和解决问题的能力。经过该设计环节，应该能全面理解掌握冲压工艺，模具设计以及制造等相关机械设计的内容。掌握模具设计的基本方法以及步骤，还有模具零件所常用加工方法和工艺规程的编制，模具装配总工艺的制定。能够独立解决在制定冲压工艺中的规程，设计冲模的结构、编制模具零件加工工艺规程中出现的问题。会查阅技术文献和资料，以完成从事冲压技术工作的人员在模具设计与制作方面所必须具备的基本能力训练。培养认真负责、踏实细致的工作作风和严谨科学态度，强化质量意，识的时间观念，养成良好的职业习惯。工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，因此我们必须意识到，对模具设计的研究的目的和意义在于能够很好的认识模具工业在国民经济中的地位的重要性。 2冲压模具设计基础 2.1零件的工艺分析 冲压所用的材料，不仅要满足冲压件的使用要求，还应满足冲压工艺的要求和后续加工（如切削加工、电镀、焊接等）的要求。冲压工艺对材料的基本要求主要是： (1)具有良好的冲压成形性能，对于成形工序，为了有利于冲压变形和冲压件质量的提高，材料应具有良好的冲压成形性能，即应具有良好的塑性。对于分离工序，只要求材料有一定的塑性，而对材料的其他成形性能指标没有严格的要求。 (2)具有比较高的表面质量，材料的表面应光洁平整，无氧化皮、划伤、分层等缺陷。因为表面质量比较好的材料，成形时是不易破裂的，也不易擦伤模具的，冲件的质量也是不错的。 (3)材料厚度的公差应该符合国家标准的，因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，若材料的厚度公差太大，不仅直接影响冲件的质量，还可能导致模具或压力机的损坏。 冲压模具按加工要求的不同分为冲裁，拉深，弯曲和成形模。冲裁模，也称之为冲剪，就是将板料沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。 其中冲裁是冲压中最基本的冲压工艺，所有的冲压零件都要经过冲裁这一工序。而往往为了方便我们通常将冲裁工艺和其他工艺一起使用，使我们的零件一次性成型。所以冲裁模按工序组合一般可分为单工序冲裁模，连续冲裁模，复合冲裁模。 如图2.1此为本所需要讨论其模具制造的零件。