模具设计与制造专业毕业论文--冲三垫圈冲孔—落料复合模设计

绪 论 模具作为提高生产率，减少材料和消耗，降低产品成本，提高产品质量和市场竞争力的重要手段，已越来越受到各工业部门的重视。目前世界上模具工业的年产值约为680亿美元。我国2004年模具产值为530亿元，模具出口4.91亿美元，同时还进口18.13亿美元。我国已成为世界上净出口模具最多的国家。但大型多工位级进模、精密冲压模具、大型多型腔精密注塑模、大型汽车覆盖件模具等虽已能生产，但总体技术水平不高，与国外先进国家相比，仍有很大差距。 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。到目前，中国约有模具生产厂家2万多家，从业人员有50多万人，全年模具产值高达450亿元人民币以上。 中国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性，东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区，其模具产值约占全国产值的三分之二以上。 而在模具制造领域中占有重要地位的冲压模具生产技术与工业发达国家相比还相当落后，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方面与工业发达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。 随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快等变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向计算机辅助设计、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造技术转变。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发 展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此

外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具 质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 未来冲压模具制造技术发展趋势：模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： (1) 全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 (2) 高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3) 模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、 (4) 电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型 电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加 工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领 域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得 到发展。 (5) 提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。 (6) 优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热

处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。 (7) 模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8) 模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 作为一名未来的模具设计师，这次冷冲模具的设计，就是我进行真实模具设计前的一次演练，是我对自己三年大学生活所学知识的一次综合性的运用；使我将所学的知识系统的连贯起来，在老师的指导下，进一步认识到自己的不足，进而加以巩固。这次设计使我对冲压模具的设计规程有了更加深入的了解，认识到了冲压模具在以后的社会生产领域中是多么的重要，这让我对自己所从事的工作充满了自豪感，对自己的以后的工作充满了希望和信心。我以后一定会尽自己最大的努力，在模具制造和设计的这一行业中做出最大的贡献，为我国的模具事业发展奉献自己微薄的力量。 由于资料收集不足，文字水平有限，在设计中难免有许多不尽人意之处，还恳请老师能够给予批评指导。

第1章 设计分析 工件名称：三垫圈 生产批量：大批量 材料：A3（Q235） 材料厚度：2mm 工件简图：如下图

1.1 冲压工件的工艺分析 由工件图看，此工件只有落料和冲孔两个工序，材料为A3（Q235）钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁，工件结构相对简单，孔边距远大于凸、凹模允许的最小壁厚，故可以考虑采用复合冲压工序。工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。

第2章 冲压工艺方案的确定 该工件包括，落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案： 方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产； 方案二：落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产； 方案三：冲孔—落料级进冲压，采用级进模生产。 方案一，模具机构简单，但需四道工序四副模具，生产效率较低，难以满足 零件的年产量要求；方案二，只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度同意保证，且生产率也高，尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，聚居制造并不困难；方案三，也只需一副模具，生产效率也高，但零件的冲压精度稍差，欲保证冲压件的行为精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造，安装较复合模复杂，通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采方案二为佳。

第3章 主要工艺参数计算 3.1 毛坯尺寸的计算 该工件简单，由图可知，该零件的毛坯直径D=90mm 3.2 排样及相关计算 该工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构简单，故采用有废料直排方式，由表2.26, ]1[得a=1.5mm a1=1.2mm 条料宽b=90+2a=93mm 条料进距s=90+a1=91.2mm

材料利用率%100/bsnA%10042sbD=75%

图3.2排样图 3.3 计算工序压力 该模具采用复合模，拟采用刚性卸料 3.3.1 冲裁力F=KLtb

式中F——冲裁力（N） L——工件外轮廓周长，L=D=282.7mm T——材料厚度，t=2mm b——材料的抗剪强度（MPa），由书末附录A1，]2[查得=310MPa 则F=1.3282.72310227.86KN

3.3.2 卸料力F卸=K卸F 式中K卸——卸料力系数，其值由表2—15 ，]2[查得K卸=0.04 则F卸=0.04227.86=9.11KN

3.3.3冲孔力的计算 F冲=1.3Lt 式中L——工件内轮廓周长（mm），L=D=3.1414.5=45.53mm 冲孔力F冲=1.345.532310=36.70KN

3.3.4 推件力计算 F推=nK推F冲 式中K推——推件力系数，其值由表2—15，]2[查得K推=0.05 n——卡在凹模内的工件数，n=3 推件力F推=30.0536.70=5505N 总冲压力F总=F+F卸+F冲+F推=（227.86+9.11+36.70+5.505）KN279.18KN 根据总冲压力F总=279.18KN，初选J23—40压力机

3.4 压力中心的确定及相关计算 计算压力中心时，先画出凹模型口图，如下图因工件对称于x、y轴，则xc=0,yc=0,压力中心C点即在坐标原点O。