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2020年4月19日
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目 录
第一章 引言……………………………………………………………………………2
1.1模具行业的状况…………………………………………………………… 2
1.2冲压工艺介绍……………………………………………………………… 2
1.3冲压工艺的种类…………………………………………………………… 3
1.4冲压行业阻力和障碍与突破……………………………………………… 4
第二章 齿轮螺栓垫片落料工艺设计……………………………………………… 7
2.1 齿轮螺栓垫片………………………………………………………………7
2.2冲压件工艺性分析………………………………………………………… 7
2.3冲裁工艺方案……………………………………………………………… 8
2.4刃口尺寸计算……………………………………………………………… 8
2.5排样计算……………………………………………………………………10
2.6冲压力计算…………………………………………………………………11
2.7压力中心计算………………………………………………………………12
2.8冲压设备的选用……………………………………………………………12
第三章 齿轮螺栓垫片模具设计…………………………………………………… 12
3.1模具零部件结构的确定……………………………………………………12
3.2模具装配图…………………………………………………………………15
3.3模具零件图…………………………………………………………………15
第四章 模具零件加工工艺………………………………………………………… 16
致谢……………………………………………………………………………………17
参考文献………………………………………………………………………………18

第一章 引言
1.1 模具行业的发展现状及市场前景
现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，中国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，中国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计， 国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近200个亿的出口），到 模具产值预计为600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到 的2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。 中国汽车产销量均突破400万辆，预计 产销量各突破500万辆，轿车产量将达到260万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。当前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。
1.2 冲压工艺介绍
冲压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，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。
全世界的钢材中，有60～70%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。
冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其它方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，能够冲压出孔、凸台等。
冷冲压件一般不再经切削加工，或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，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。
冲压是高效的生产方法，采用复合模，特别是多工位级进模，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。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。
1.3 冲压工艺的种类
冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，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。
冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。在实际生产中，常见与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。
模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。
模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。
冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。
在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。

1.4 冲压行业阻力和障碍与突破
阻力一：机械化、自动化程度低
美国680条冲压线中有70%为多工位压力机，日本国内250条生产线有32%为多工位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在中国的应用却为数不多；中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；封头成形设备简陋，手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的5~10倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在中国的推广应用；液压成形，特别是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。
突破点：加速技术改造
要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面，结合具体情况，采取新工艺，提高机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线，特别是大型多工位压力机方向发展。争取加大投资力度，加速冲压生产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。同时改造国内旧设备，使其发挥新的生产能力。
阻力二：生产集中度低
许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产集中度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞争力弱；摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于“优而不胜，劣而不汰”的状态；封头制造企业小而散，集中度仅39.2%。
突破点：走专业化道路
迅速改变当前“大而全”、“散乱差”的格局，尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。经过专业化道路，才能把冲压零部件做大做强，成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。
阻力三：冲压板材自给率不足，品种规格不配套
当前，中国汽车薄板只能满足60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金化镀锌板、超宽板(1650mm以上)等都依赖进口。
突破点：所用的材料应与行业协调发展
汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展，并改进冲压性能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用已势在必行。
阻力四：科技成果转化慢先进工艺推广慢
在中国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成生产力。先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢。技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小企业在这方面的差距更甚。当前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术，对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。
突破点：走产、学、研联合之路
中国与欧、美、日等相比，存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体，科研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。因此应围绕大型开发和产业化项目，以高校和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。
阻力五：大、精模具依赖进口
当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准化程度尚低，大约为40%~45%，而国际上一般在70%左右。
突破点：提升信息化、标准化水平
必须用信息化技术改造模具企业，发展重点在于大力推广CAD/CAM/CAE一体化技术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术(CAE)。加速中国模具标准化进程，提高精度和互换率。力争 模具标准件使用覆盖率达到60%， 达到70%以上基本满足市场需求。
阻力六：专业人才缺乏
业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要，特别是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大量外流。另外，众多合资公司由外方进行工程设计，掌握设计权、投资权，我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。
突破点：提高行业人员素质
这是一项迫在眉睫的任务，又是一项长期而系统的任务。振兴中国冲压行业需要大批高水平的科技人才，大批熟悉国内外市场、具有现代管理知识和能力的企业家，大批掌握先进技术、工艺的高级技能人才。要舍得花大力气，有计划、分层次地培养。

第二章 齿轮螺栓垫片的设计
2.1齿轮螺栓垫片
冲压技术要求：
生产批量：大批量
材料：Q235
材料厚度：1mm
工件简图：如图所示

图1 产品零件图
2.2冲压件工艺性分析
材料：Q235为普通碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能。
零件结构：零件结构简单对称，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件中有两圆孔，孔的最小尺寸为11mm，满足冲裁最小孔径≥mm的要求。另外，经计算孔距零件外形之间的最小孔边距为4.5mm，满足冲裁件最小孔边距≥mm的要求。因此该零件的结构满足冲裁的要求
尺寸精度：零件图上未标注公差的尺寸属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。查公差表2-3可得各尺寸公差为：
零件外形：720-0.3mm 170-0.16mm 270-0.16mm R100-0.12mm R10-0.12mm R1.50-0.18mm R2.50-0.18mm
孔内形：110+0.1 mm
孔心距：40±0.12mm
结论：适合冲裁。

2.3冲裁工艺方案
该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可提出的加工方案如下：
方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。
方案二：落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。
方案三：冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。
方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。
因此，比较三个方案采用方案二生产比较好。可是我们需要分两个工序完成，因此选用方案一。
2.4刃口尺寸计算
根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。
落料件尺寸的基本计算公式为

尺寸720-0.3mm，可查得凸、凹模最小间隙Zmin=0.120mm，最大间隙Zmax=0.180mm，凸模制造公差mm，凹模制造公差mm。将以上各值代入≤校验是否成立，经校验，不等式成立，因此可按上式计算工作零件刃口尺寸。
即

尺寸170-0.16mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm。将以上各值代入≤校验是否成立，经校验，不等式成立，因此可按上式计算工作零件刃口尺寸。
即

尺寸270-0.16mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm。将以上各值代入≤校验是否成立，经校验，不等式成立，因此可按上式计算工作零件刃口尺寸。
即

尺寸R100-0.12mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm。将以上各值代入≤校验是否成立，经校验，不等式成立，因此可按上式计算工作零件刃口尺寸。
即

尺寸R10-0.12mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm。将以上各值代入≤校验是否成立，经校验，不等式成立，因此可按上式计算工作零件刃口尺寸。
即

尺寸R1.50-0.18mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm。将以上各值代入≤校验是否成立，经校验，不等式成立，因此可按上式计算工作零件刃口尺寸。
即

尺寸R2.50-0.18mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm。将以上各值代入≤校验是否成立，经校验，不等式成立，因此可按上式计算工作零件刃口尺寸。
即

2.5排样计算
分析零件形状，应采用单直排的排样方式，零件可能的排样方式有图2所示两种。
a b
图2 零件可能的排样方法
比较方案a和方案b，方案b所裁条料宽度过窄，剪板时容易造成条料的变形和卷曲，因此应采用方案a。现选用4000mm×1000 mm的钢板，则需计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数。
（1）裁成宽78.4mm、长1000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为

（2）裁成宽78.4mm、长4000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为

比较以上两种裁剪方法，应采用第1种裁剪方式，即裁为宽81.4mm、长1000mm的条料。其具体排样图如图3所示。
图3 零件排样图
2.6冲压力计算
冲压力计算
可知冲裁力基本计算公式为

此例中零件的周长为256mm，材料厚度1mm，Q235钢的抗剪强度取350MPa，则冲裁该零件所需冲裁力为

模具采用弹性卸料装置和推件结构，因此所需卸料力和推件力为

则零件所需得冲压力为

初选设备为开式压力机J23—35。
2.7压力中心计算
因为零件外形为对称件，因此该零件的压力中心可近似认为就是零件外形中心线的交点。
2.8冲压设备的选用
根据冲压力的大小，选取开式双柱可倾压力机JH23—35，其中主要技术参数如下：
公称压力：350kN
滑块行程：80mm
最大闭合高度：280 mm
闭合高度调节量：60 mm
滑块中心线到床身距离：205mm
工作台尺寸：380 mm×610 mm
工作台孔尺寸：200 mm×290 mm
模柄孔尺寸：φ40 mm×85 mm
垫板厚度：60 mm
第三章 齿轮螺栓垫片模具设计
3.1模具零部件结构的确定
1．凹模
由凹模高度和壁厚的计算公式得，凹模高度，凹模壁。
因此，凹模的总长为（取160mm），凹模的宽度为。
凹模如图（1）
图（1）
2.凸模
如图

3.标准模架的选用
标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，因此应首先计算凹模周界的大小。模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，可查得模架规格为上模座160mm×125mm×35mm，下模座160mm×125mm×40mm，导柱25mm×150mm，导套25mm×85mm×33mm。

4.卸料装置中弹性元件的计算
模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下：
（1）确定橡胶的自由高度

由以上两个公式，取。
（2）确定橡胶的横截面积

查得矩形橡胶在预压量为10%~15%时的单位压力为0.6MPa，因此

（3）确定橡胶的平面尺寸
根据零件的形状特点，橡胶垫的外形应为矩形，中间开有矩形孔以避让凸模。结合零件的具体尺寸，橡胶垫中间的避让孔尺寸为82 mm×30mm，外形暂定一边长为160mm，则另一边长b为

（4）校核橡胶的自由高度
为满足橡胶垫的高径比要求，将橡胶垫分割成四块装入模具中，其最大外形尺寸为80mm，因此

橡胶垫的高径比在0.5~1.5之间，因此选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.85×40 mm =34mm。
3.其它零部件结构
凸模由凸模固定板固定，两者采用过渡配合关系。模柄采用凸缘式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格A40×85的模柄。
2.10.模具装配图
模具装配图见图纸
2.11.模具零件图
凸模、凹模图纸见

第三章 模具零件加工工艺
模具零件加工关键是工作零件、固定板和卸料板，若采用线切割加工技术，这些零件的加工变的简单，表7-2所列为圆孔直径11mm的凸模加工工艺，表7-3所列为凹模加工工艺过程。
表7-2凸模加工工艺
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
备圆柱料
2
热处理
退火
3
粗车
车外圆柱面，留单边余量0.5mm
4
热处理
调质，淬火硬度达58-62HRC
5
精磨
按图纸加工并达到图纸要求
6
钳工精修
全面达到图纸要求
7
检验
表7-3凹模加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
160×125×35
2
热处理
退火
3
刨
刨六面互为直角，留单边余量0.5mm
4
热处理
调质
5
磨平面
磨六面互为直角
6
钳工画线
划出各孔位线
7
线切割
加工各孔
8
热处理
按热处理，淬火硬度达58-62HRC
9
磨平面
精磨上下面
10
线切割
按图纸线切割工件轮廓至尺寸要求
11
钳工精修
全面达到图纸要求
12
检验
注：凸凹模为配作件，并同属板类零件
致谢
非常感谢王老师在我大学的最后学习阶段——课程设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿她们给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业论文，她们放弃了自己的休息时间，她们的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向她们表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是她们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于她们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向她们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！
经过这一阶段的努力，我的课程设计终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。
在本论文的写作过程中，我的导师王老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。
课程设计是一次再系统学习的过程，课程设计的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。我将铭记我曾是一名成贤学院学子，在今后的工作中把成贤学院的优良传统发扬光大。
感谢各位专家的批评指导。

参考文献
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