学士学位论文--拉钩的冷冲模设计-说明书.doc

嘉兴学院南湖学院（2010届）毕业论文（设计）题 目： 拉钩的冷冲模设计 姓名： 潘晓慧 专业： 机械设计制造及其自动化班级： 机械N061 学 号： 2006456790601 指导教师： 王殿梁 导师学科：材料加工工程导师职称： 副教授 嘉兴学院南湖学院教学事务管理中心年月日摘 要 首先分析了拉钩的冲压成形工艺，确定了拉钩的冲压成形工艺方案，采用连续冲压的方式。设计了模具的凸模，凹模及部分零部件，对拉钩进行冲压后，选择采用下顶出件顶出落料的方式。最终确定了模具的整体结构，再利用auto CAD绘制出装配图以及零件图。 关键词拉钩，连续模，压力中心The design of the Hook stamping dieABSTRACTFirstly analyzed the stamping process of the pull hook, determines the stamping process scheme of the pull hook, by way of stamping. Design the punch, cavity and parts and components. After stamping the pull hook, choose from a roof by next Chula materials. Determine the overall structure of the mould ultimately. Draw out the assembly and detail drawings by auto CAD.Keywords：Hook, progressive die, center of pressure 目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 课题意义11.1.1 模具工业的分类11.1.2 模具工业的地位11.1.3 我国模具工业的现状21.2 现代模具的发展前景21.3 课题研究方法与计划31.3.1 主要任务与目标41.3.2 主要内容与基本要求4第二章 冲裁件的工艺性分析52.1 冲裁件形状和尺寸52.2 冲裁件悬臂的最小尺寸52.3 自由凸模冲孔的最小尺寸52.4 冲裁件的精度与粗糙度62.5 排样72.5.1 排样方式72.5.2 材料的利用率82.6 搭边82.7 凸、凹模间隙82.8 凸、凹模刃口尺寸及公差92.8.1 冲裁模刃口尺寸计算的原则92.8.2 冲裁模凸模、凹模刃口尺寸计算92.9 冲裁力的计算公式102.9.1 冲裁力的计算102.9.2 顶件力合卸料力的计算112.9.3 总冲裁力计算112.10 压力中心的确定112.11 凸模设计122.11.1 圆形凸模的结构形式122.11.2 凸模的固定方法132.12 凹模设计132.12.1 凹模刃口形式132.12.2 凹模的外形尺寸132.12.3 凹模的固定方式142.13 卸料装置152.14 连接零件152.14.1 模柄152.14.2 模座16第三章 冲压模具的总体设计173.1 总装配图173.2冲压设备的选择183.3模具的工作过程19总结20参 考 文 献21V拉钩的冷冲模设计第一章 绪论1.1 课题意义1.1.1 模具工业的分类我国模具设计与制造技术的发展经历了手工作坊制造阶段、工业化生产阶段和现代化生产阶段。伴随着计算机技术的快速发展, 数字化、信息化CADCAE/CAM技术和数控加工机床已普遍采用, 模具产业正处于高速发展阶段。模具是制造业的重要基础工艺装备。模具总体上可分为两大类: 金属材料制件成形模具，如冲压模具、锻造模具、压铸模具、挤压模具、拉丝模具、粉末冶金模具等; 非金属材料制件成形模具, 如塑料注射模具、压铸模具、挤出模具, 橡胶制件、玻璃制件和陶瓷制件成形模具等。模具的具体分类方法很多, 如按模具结构形式分, 冲压模具可分为简单模、连续模和复合模, 注塑模具可分为单分型面和双分型面注塑模具等; 按工艺性质分, 冲压模具可分为冲孔模、落料模、拉深模、弯曲模，塑模具可分为压塑模、传递模、注射模等。其中冲压模具、塑料模具、铸造模具、锻压模具、橡胶模具、粉末冶金模具、拉丝模具、无机材料成形模具等是最主要的八大类, 用于制造业中的几乎所有产品的生产。71.1.2 模具工业的地位随着社会的发展和科技的进步， 模具行业越来越被重视，模具技术在国民经济各个部门都得到广泛的应用，它不仅与整个机械行业密切相关，而且与人们的生活密切相关。模具工业是国民经济的基础产业，模具工业的发展水平标志着一个国家的工业水平及产品开发的能力。模具是生产各种工业产品的重要基础工艺装备，国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑等都要求模具工业的发展与之相适应。模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、操作简单、生产过程易于实现机械化与自动化、生产成本低而获得广泛应用，利用模具可以加工出薄壁、重量轻、刚性好、形状复杂的零件；产品质量有模具保证，具有一模一样的的特点；这是其它加工制造业所无法完成的；模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、医疗器械、电子通信、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机等电子产品中占85%以上；在电冰箱、洗衣机、空调、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占90%以上；在子弹、枪支等兵器产品中占95%以上；在日用金属产品中占95%以上。可见，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。目前，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。21.1.3 我国模具工业的现状近年来，我国模具工业的迅速发展是大家有目共睹的，中国模具工业的现状大致可以从以下3个方面来讲：（1）模具的产值与出口量增长明显。从整体情况来看，我国已经步入模具工业大国之列，但是距模具强国还有相当差距。（2）模具制造水平不断提高。近几年，以大型、精密、复杂、长寿命模具为代表的、技术含量较高的中高档模具的比重进一步提高，现在中高档模具所占比重已经达到35% 以上。模具的设计和制造水平也有了很大的发展，很多先进的模具设计与制造技术在我国的模具企业中得到应用，如CAD/CAE/CAM 等计算机辅助技术、高速加工技术、热流道技术、气辅技术、逆向工程等新技术得到广泛应用，E R P、P D M 等信息化管理技术正得到积极推广，这些先进技术的应用和信息化管理的实施极大地提高了模具企业的生产效率，缩短了生产周期。（3）我国模具行业已经形成了自己的骨干队伍。目前，我国约有模具生产厂点3 万余家，从业人员100余万人，在各个模具行业的骨干企业队伍中也涌现出了本行业的龙头企业。他们的生产装备先进，生产达到了一定规模，技术水平较高，而且产品具有自己的特点。10目前，中国约有模具生产厂2万余家，从业人员50多万人，全年模具产值达450亿元人民币以上。近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度；塑料模和压铸模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快。随着经济体制改革的不断深入，“三资”及民营企业的发展很快。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2/3以上。51.2 现代模具的发展前景为了制造高精度、长寿命、高效的复杂腔结构的现代模具，需解决以下个方面的问题：（1）模具材料及其表面处理技术。模具工业要上水平，材料应用是关键。因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。在模具材料方面常用的冷作模具钢有CrWMn、Cr12、Cr12MoV 和W6Mo5Cr4V2，新型冷作模具钢有65Nb、O12Al、CG-2、LD、GD、GM等；常用新型热作模具钢有美国H 1 3、瑞典QRO 80M、QRO 90SUPREME 等；常用塑料模具用钢有预硬钢(P20、SM1 B30)、时效硬化型钢(P21、PMS、SM2、日本NAK55等)、热处理硬化型钢(MnCrWV、日本S-STAR、瑞典胜百S-136 等)、粉末模具钢(日本DEX40 等);多工位精度冲模硬质合金(YG20、YG25 等)以及钢结构硬质合金( T L M W 5 0 、GW50 等)。在模具表面处理方面，主要趋势是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗(如TD 法)发展；由一般扩散向CVD 、P V D、P C V D、离入渗入、离子注入等方向发展;可采用的镀膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAN、CrN、Cr7C3、W2C 等，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，激光强化、辉光离子氮化技术也日益受到重视。（2）提高设计制造技术水平。当代模具的设计与制造已广泛采用计算机辅助设计与制造( C A D /CAM)，设计过程程序化和自动化，使用程序模拟成形过程，采用交互式设计方法，发挥人和计算机的各自特长。数据库和计算机网络技术使设计人员拥有大量资料和信息。设计与制造之间的直接信息传输便于设计的反复修改。（3）专业化生产及标准化。专业化生产是现代化工业生产的重要特征之一，工业先进国家模具专业化生产已达到75% 以上。标准化是实现模具专业化生产的基本前提，也是系统提高整个模具行业技术水平和经济效益的重要手段，这是机械制造业向深层次发展的必由之路。国外企业都极为重视模具的标准化，我国的模具标准化程度不足30%，而且标准品种少、质量低、交货期长，严重阻碍了模具的合理流向和效能的发挥，需尽快制订标准化规范Windows 用户界面。3目前, 国内模具市场不断扩大, 国际上将模具制造逐渐向我国转移的趋势和跨国集团到我国进行模具国际采购的趋向十分明显。因此,展望未来, 国际、国内模具市场总体发展前景美好。我国模具工业将会有一个继续高速发展的机遇期。只要我们把握这个机遇期, 中国模具工业不但会在量和质的方面继续有一个很大的提高, 而且一定会在行业结构、产品水平、开发创新能力、企业的体制与机制的方方面面取得较大进展。模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密检测和信息网络等诸多学科, 是一个综合性多学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速的方向发展, 模具产品的技术含量不断提高, 模具制造周期不断缩短, 模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展, 模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。71.3 课题研究方法与计划课题的主要内容是冲压模具的设计，所以我首先应该深入学习机械设计、机械CAD/CAM、冷冲压技术等相关知识。冲压模具是模具类别中应用最广泛的一种，通过模具对金属的直接加压使其产生塑性变形，从而金属材料分离，以此来获得一定尺寸和性能的金属零件。模具的设计过程是和实际生产分不开的。我们应该充分研究设计任务书，了解产品用途，并进行冲压件的工艺性及尺寸公差等级分析，对于一些冲压件结构不合理或工艺性不好的，必须征询指导教师的意见后进行改进。在初步明确设计要求的基础上，可按以下步骤进行冲压总体方案的论证。1.3.1 主要任务与目标图1-1为某电器元件拉钩。该零件的制造方法为冷冲压成型，本课题要求分析封盖冲压件的成形工艺，设计模具，画出模具装配图及所有零部件的工程图，写出毕业论文。 图1-1 挂钩1.3.2 主要内容与基本要求（1）分析垫片的冲压成形工艺。（2）模具设计。此零件厚度小，形状简单，要求设计的模具具有高精度和高成型效率。（3）打印图纸，写出毕业论文。（4）要求学生熟悉冷冲模具设计工艺，具有较强的机械设计能力。设计图纸的正确与否是评定本次设计水平的关键。第二章 冲裁件的工艺性分析2.1 冲裁件形状和尺寸工件名称：挂钩工件简图：如图1-1所示生产批量：大批量材料：Q235-A钢材料厚度：2mm2.2 冲裁件悬臂的最小尺寸 冲裁件的突出悬臂的宽度不宜太小，以免凸模折断如图2-1。 图2-1 冲裁件悬臂材料为Q235钢，所以悬臂的最小宽度B=(1.01.2)t图中B=10mm，t=2mm 故悬臂的最小宽度符合要求。2.3 自由凸模冲孔的最小尺寸冲孔时，孔的尺寸不宜过小，以免凸模折断。凸模如图2-2所示图2-2 冲孔凸模查表2-3，根据所选材料，d1.3t, 图中d=8mm，t=2mm，故自由凸模冲孔的最小尺寸符合要求。2.4 冲裁件的精度与粗糙度 冲裁件的精度选取为IT14级。确定冲裁件外形与内孔尺寸公差 图2-3 零件的分段材料厚度为2mm，对零件分段如图4所示，模具为普通冲裁模。查表2-6，确定冲裁件外形与内孔尺寸公差。表2-1 冲裁件的公差冲裁件外形零件尺寸公差a900.30b100.18c250.22d900.30e50.18f6.320.18g130.22h160.22i150.22j150.22k80.182.5 排样2.5.1 排样方式排样方式如图2-4所示 图2-4 零件的排样2.5.2 材料的利用率采用材料冲压多个零件的材料利用率的计算% （2-1）式中：材料利用率，%； 单个冲裁件的实际面积，； n该条料上所能冲制出的冲裁件个数； L条料的长度，mm； B条料的宽度，mm。=1269.04n=37 , L=1200mm ， B=107mm36.57%2.6 搭边选取搭边值要综合考虑以下因素。（1） 材料的力学性能 硬材料的搭边值可取小一些。软材料、脆性材料的搭边值要取大一些。（2） 制作的形状与尺寸 冲裁件的尺寸小或有尖凸的复杂形状，搭边值要取大一些。（3） 材料厚度 材料越厚，所取的搭边值相应越大。（4） 送料方式与挡料方式 若为手工送料，在有侧压板导向的情况下，搭边值可以适当取小一些。确定冲裁材料的搭边值根据表2-16，材料厚度12mm，由于是手动送料，冲裁件为非圆形，故取a=2.5mm，b=2mm。如图2-4所示。2.7 凸、凹模间隙 根据经验确定法，硬材料：t0.10.5mm，故取=0.08 =0.050则 =0.08282.1=22.568KN=0.050282.1=14.105KN2.9.3 总冲裁力计算 由于本模具采用的是弹性卸料和上出件方式，故冲裁力为：=P+ （2-9）代入数值计算得=318.773KN2.10 压力中心的确定冲模的压力中心确定的原则：（1） 对称形状的单件冲裁，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、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模的压力中心。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置()，即为所求模具的压力中心。因为冲裁力P与冲裁线段的长度L成正比，所以式中的各冲裁力，可以分别用各冲裁的周边长度， ，代替，即： （2-10） （2-11）代入数据，计算得=51.47，=24.83 如图2-5所示，为压力中心。图2-5 压力中心2.11 凸模设计2.11.1 圆形凸模的结构形式冲小孔的圆形凸模，直径d=8mm，圆形凸模如图2-6。非圆形凸模如图2-7。 图2-6 冲孔凸模 图2-7 零件凸模2.11.2 凸模的固定方法为保证凸模工作可靠和良好的稳定性，还要使凸模在更换或维修时拆装方便，所以采用机械固定法，如图2-8所示。1销；2螺钉；3垫板；4凸模；5凸模固定板 图2-8 上模座2.12 凹模设计2.12.1 凹模刃口形式 图2-9 凹模刃口形式凹模设计如图9所示，直壁型刃口的特点是：（1）刃口强度较高，修磨后尺寸不变；（2）凹模内积累废料或制作少，如果间隙小直壁部分磨损较快，加工简单；（3）用于冲裁形状复杂，精度要求高的中小型件。该结构便于装顶出装置。2.12.2 凹模的外形尺寸凹模外形如图2-10所示。图2-10 凹模外形根据凹模厚度公式：H=Kb （2-12）凹模壁厚为：C=(1.52)H （2-13）式中，b=102mm，查表2-39，K=0.20，代入式中，计算得H=20.2mm；C=30.3mm。对其进行圆整，取H=22mm，C=35mm。2.12.3 凹模的固定方式凹模的固定方式如图2-11所示：直接用螺钉，销固定凹模，坚固可靠，应用广泛。1螺钉；2销 图2-11下模座2.13 卸料装置模具采用弹性卸料装置，结构如图2-12所示： 图2-12卸料装置 采用弹性卸料装置，弹压卸料板兼有压料和卸料两大作用，它可在冲压开始时起压料作用，结束后起卸料作用，其弹力由弹簧获得。2.14 连接零件2.14.1 模柄模柄是将上模安装在压力机滑块上的一个重要零件，因此设计模具时应根据需要去选择结构形式合适的模柄。模具所选用的模柄如图2-13所示 图2-13 模柄模柄为压入式模柄，中小型冲裁模通常使用压入式结构，模柄采用过渡配合H7/m6或H7/n6，将模柄压入上模座，加有骑缝销防止转动，这种模柄的优点是易于保证与上模座的垂直度要求。2.14.2 模座模具的上下模座用来安装整个模具的全部零部件，构成模具的总体，并传递冲压力。因此模座要有足够的强度和刚度，上下模座配以导向装置就称为模架。上模座如图2-14所示 图2-14 上模座下模座如图2-15所示 图2-15 下模座 模座采用铸钢ZG270材料。第三章 冲压模具的总体设计3.1 总装配图经过以上设计，绘出如图3-1的总装配图。 图3-1 总装配图图中，1上模板，2弹簧，3销，4导柱，5螺钉，6垫板，7固定板，8凸模，9螺栓，10卸料板，11凹模，12销，13下模板，14顶件器，15顶杆，16螺母，17托板，18橡胶，19螺钉，20导柱，21导套，22螺钉，23挡料板。 根据计算所得确定模架的尺寸规格，具体规格如表3-1所示表3-1模架尺寸规格 模架尺寸规格上模座L/mm B/mm H/mm =26020730下模座L/mm B/mm H/mm =26020735导 柱d/mm L/mm =2837导 套d/mm L/mm D/mm =285535垫板厚度取值6.25mm凸模固定板厚度取18.75mm凹模的厚度已定为 22mm 卸料板厚度取15mm 3.2冲压设备的选择 根据设计出的模具的总体结构，选取合适的冲压设备。由计算所得的冲裁力，查表，选取开式双柱可倾压力机JC23-35。压力机的具体规格见表3-2。表3-2冲压设备的规格冲压设备的选择及规格压力机的选用开式双柱可倾压力机 JC23-35公称压力350kN滑块行程80mm最大闭合高度280mm连杆调节量60mm工作台尺寸 ( 前后 mm 左右 mm)380610 垫板尺寸 ( 厚度 mm 孔径 mm)60150 模柄孔尺寸 ( 直径 mm 深度 mm)5070 最大倾斜角度203.3模具的工作过程模具的工作过程为：板料先在冲孔的位置冲孔，然后孔套在定位销上，对零件进行冲裁，采用弹性卸料装置进行卸料，然后由下顶出装置将落料顶出。这样的模具能够对所加工的零件进行较为准确的定位，进而加工出所需的零件。总结此次设计的是挂钩冷冲压模具，对板料进行连续冲裁，首先先对零件冲孔，在对板料进行定位后落料，这样来冲压出一个完整的零件来，再用顶出装置将成型的零件顶出，完成整个加工过程通过本次的毕业设计，使我对模具的设计过程有了清楚的了解，从模具的工艺分析，到各个部分的设计，尺寸的确定，再到最后的总体设计，一步步走来，通过查阅资料，使我学到了很多，也对自己所学到的专业知识有了更进一步的掌握。通过对装配图，零件图的绘制，也使我对Auto CAD软件的使用更熟练了。在对模具进行设计后，绘制出装配图也使我对模具的具体结构，以及模具的具体工作情况有了清楚的了解。在对模具设计的整个过程中，通过阅读书籍，以及导师对我的指导，才使得我能够完成整个的模具设计，才有了最终的设计结果，在此感谢导师对我的细心的指导。参 考 文 献1刘国胜.黄石理工学院学报 Journal of Huangshi Institute of Technology，2007，012蒋桂芝.模具技术在国民经济中的地位J.机电产品开发与创新，2009，053洪慎章.现代模具技术的现状及发展趋势J.航空制造技，.2006，064袁崇磷.模具标准件的发展趋势及需要解决的问题J.模具制造.2006，065曹延安.中国模具工业现状J.现代零部件，2009，036洪慎章.现代模具技术的现状及发展趋势J.航空制造技术,，2006 年第 6 期.7周永泰.中国模具工业的现状与发展J.行业展望，2007，128机械工程师. Mechanical Engineer，2006，119林承全. 论冲压模具设计制造与模具寿命的关系J. 模具制造，2008，0910 1. K. S. Lee, J. Y. H, Fuh, Y. F. Zhang, A. Y. C. Nee and Z. Li,“IMOLD: an intelligent plastic injection mold design and assembly system”, Proceedings of the 4th International Conference On Die and Mould Technology, pp. 3037, Malaysia, 46 June 1997.11 A. Y. C. Nee and M. W. Fu, “Determination of optimal parting directions in plastic injection mold design”, Annals CIRP, 46(1),pp. 429432, 1997.21