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1、门窗紧固件模具设计 1序 言毕业设计是检验大学毕业生应用所学知识的能力的重要手段，可以说是我们在大学期间的“最后一次考试” 。作为一名行将毕业的模具专业的学生，我们通过这次全面的设计，将所学的理论知识运用于实践，独立完成模具设计及用 Pro/E 对典型模具进行三维造型。在此过程中，加深了对模具结构及相关的设计、制造、利用 Pro/E 等方面知识的理解。同时，毕业设计又具有联系理论和实际的纽带功能，在设计的过程中，我们初步尝试着将所学的知识联系起来。譬如，在设计中充分考虑到诸如零件制造难易程度和装配的可行性，前后几副模具的关联性等问题，而不是将他们相互孤立，努力做到知识的融会贯通。毕业设计强化了
2、我们做为一个模具从业者的基本功，为今后走上工作岗位打下了坚实的基础。在本次毕业设计中，我选择了金属冲压件的模具设计和用 Pro/E 软件设计典型模具零部件并装配成整体模型的全过程。第一次做一个完整过程的制件模具设计，由于所学有限，且无实际生产经验，所以设计中错误和不足在所难免，望各位老师、同学给予批评指正。冷冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状，尺寸和性能的零件加工方法，是一种先进的金属加工方法。由于冷冲压加工的零件形状，尺寸，精度要求，批量大小，原材料性能等的不同，其方法多种多样。但概括起来可分为分离工序和变形工序两大类。分离工序是将冲压件或毛
3、坯沿一定的轮廓相互分离；变形工序是在材料不产生破坏的情形下是毛坯产生塑性变形，成为所需形状及尺寸的制件。冷冲压可以分为五个基本工序：（1）冲裁 使板料实现分离的冲压工序。（2）弯曲 将金属材料沿弯曲线完成一定的角度和形状的冲压工序。（3）拉深 将平面板料变成各种开口空心件，或者将空心件的尺寸进一步改变的冲压工序.（4）成形 用各种不同性质的局部变形来改变毛坯形状的冲压工序。（5）立体压制 将金属材料体积重新分布的冲压工序。冷冲压与其他加工方法相比，有以下特点：a.用冷冲压加工方法可以得到形状复杂，用其他加工方法难以加工的工件，如薄壳零件等。b.冷冲压件的尺寸精度石油模具保证的，因为，尺寸稳定，
4、互换性好。c.材料利用率高，工件重量轻，刚性好，强度高，冲压过程耗能少，因此工件的成本比较低。d.操作简单，劳动强度低，易于实现机械化和自动化，生产率高。门窗紧固件模具设计 2e.冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，生产周期较长，成本高。因此，单件，小批量生产采用冲压工艺受到一定限制，冲压工亦多用于成批，大量生产的情况。近年来发展的简易冲模，组合冲模，锌基合金冲模等为单件，小批量生产采用冲压工艺创造了条件。由于冷冲压有许多突出的优点，在机械制造，电子电器等各行各业中，冷冲压都得到了广泛的应用。大到汽车的覆盖件，小到钟表及仪器仪表元件，大多是由冷冲压方法制成的。目前采用冷冲压工艺得到的冲压制品
5、，在现代汽车，拖拉机，电机电器，仪表仪器及各种电子产品和人们日常生活中，都占有十分重要的地位。据粗略统计，在汽车制造业中有 60%-70%的零件是采用冲压工艺制成的，冷冲压生产所占的劳动量为整个汽车行业劳动量的 25%-30%。在机电机仪表生产中有 60%-70%的零件是采用冷冲压工艺来完成的。在电子产品中，冲压件的数量约占零件总数的 85%以上。在飞机，导弹，各种枪支与炮弹的生产中冲压件所占的比例也相当大。因此研究和发展冷冲压技术，对发展我国国民经济和加速工业建设，尽快实现四个现代化具有重要意义。随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冷冲压技术也在不断革新和发展，主要表现在以下几个方面
6、：(1)工艺分析计算方法的现代化。例如，生产汽车覆盖件的冲压工艺，传统方法系根据已有的设计资料和设计者的经验，进行对比分析，确定工艺方案和有关参数，然后设计试验模具，进行试冲，经过反复试验和修改，才能转入批量生产。近几年来，国外（如美国福特汽车公司中心研究室）已开始采用有限变形的弹塑性有限元法，对覆盖件成形过程进行应力应变分析和计算机模拟，以预测某一工艺方案对零件的成型可能性和将会发生的问题，将结果显示在图形终端上，供设计人员进行修改和选择。这样，不仅可以节省昂贵的模具试验费用，缩短新产品的试制周期，而且可以逐步建立一套能紧密结合实际的先进设计方法，既促进了冷冲压工艺的发展，也将是塑性成型理论
7、逐步达到对生产实际的指导作用。(2)模具设计制造技术现代化。为了加快机电产品的更新换代，缩短工装设计，制造周期，许多工业先进国家正在大力发展模具计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）的研发，并在生产中开始应用。模具 CAD/CAM 技术应用较早的领域就是冷冲模。根据国外经验，采用这一技术，一般可提高模具设计制造效率 2-3 倍，模具生产周期可缩短，发展这一技术的最终目标，要达到模具 CAD/CAM 一体化，而模具图纸将只用于123:检验模具之用。采用模具 CAD/CAM 还可以提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，是设计者有可能把精力用于创新开发上。(3)冷冲压生产的机械化和自动化。
8、为了满足大量生产的需要，冲压设备已有弹弓为低速压力机发展到多工位高速自动压力机。一般中小形冷冲件即可在多工位压力机上生产，也可在高速压力机上采用多工位级进模加工，使冷冲压生产达到高度自动化。大型冲压件（如汽车覆盖件）可在多工位压力机上利用自动送料，取件装置，进行机门窗紧固件模具设计 3械化流水线生产，从而减轻劳动强度和提高生产率。(4)为了满足生产更新换代和生产批量小的发展趋势，发展了一批新的成型法工艺（如高能成型和旋压等） ，简易模具（如软模和低熔点合金模等） ，通用组合模具，数控冲压设备和冲压柔性制造系统（FMS）等。这样，就是冷冲压生产既适合大量生产，也同样适合于小批量生产。综上所述，冷
9、冲模是冲压加工中所用得最重要的工艺装备。没有先进的冷冲模具技术，先进的冷冲压工艺就无法实现。在现代化生产中，模具是生产各种工业产品的重要工艺装备,用模具进行各种材料的成型，可实现高速度的大批量生产，并能在大量生产条件下稳定的保证制件的质量，节约原材料。因此在现代工艺生产中，模具的应用日益广泛，是当代工业省的重要手段和工艺发展方向。许多现代工业的发展和技术水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水平。模具技术已成为衡量一个国家产品制造业水平的重要标志之一。模具成型具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、航空航天、仪器仪表、机械制造、家电、轻工日用品等工业部门得
10、到了极其广泛的应用。据统计，用模具制造出来的产品零件，在机电类占 6070，在仪表、照相机等电子工业中占 80以上，在自行车、洗衣机、电冰箱等轻工业产品中占 85以上。模具工业极大地促进了工业产品生产的发展和质量的提高，获的了巨大的经济效益。模具在生产加工过程中，主要有以下特点:(1) 模具是典型的单件生产的产品，故在生产工艺，管理方式，所制定的模具制造工艺过程都应具有独特的规律于其适应。(2) 模具生产一般都是按照与用户签订的提供模具的合同来安排生产计划的。(3) 模具在制造过程中，同一工序的加工往往内容较多，故生产效率一般较低。(4) 模具在加工中，某些工作部分的尺寸及位置，往往是经过试验
11、后来确定的。(5) 装配后的模具，均需经过试磨合调整，方能交付使用。(6) 模具生产周期一般较长，故成本较高。(7) 模具的加工与制造，对工人的技术等级要求较高。随着工业技术的发展，产品对模具的要求愈来愈高，传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品及时更新换代和提高质量的要求。因此对模具的设计与制造提出了以下几个要求：(1）合理选择模具材料,研究发展模具新材料。 根据模具的工作条件、生产批量以及材料本身的强韧性能来选择模具用材，应尽可能选用品质好的钢材。据有关资料介绍，模具的制造费较高，而材料费用一般仅是模具价格的 6%20%。对模具材料要进行质量检测，模块要符合供货协议要求，模块的化学成份要
12、符合国际上的有关规定。只有在确信模块合格的情况下，才能锻造。大型模块(100kg 以上)门窗紧固件模具设计 4采用电渣重熔钢 H13 时要确保内部质量，避免可能出现的成份偏析、杂质超标等内部缺陷。要采用超声波探伤等无损检测技术检查，确保每件锻件内部质量良好，避免可能出现的冶金缺陷，将废品及早剔除。(2)合理制定模具钢的锻造规范根据碳化物偏析对模具寿命的影响，必须限制碳化物的不均匀度，对精密模具和负荷大的细长凸模，必须选用韧性好强度高的模具钢，碳化物不均匀度应控制为不大于 3 级。Cr12 钢碳化物不均匀度 3 级要比 5 级耐用度提高 1 倍以上。如果碳化物偏析严重，可能引起过热、过烧、开裂、
13、崩刃、塌陷、拉断等早期失效现象。带状、网状、大颗粒和大块堆集的碳化物使制成的模具性能呈各向异性，横向的强度低，塑性也差。根据显微硬度测量结果，碳化物正常分布处为 740760HV，碳化物集中处为920940HV，碳化物稀少处为 610670HV，在碳化物稀少处易回火过度，使硬度和强度降低，碳化物富集区往往因回火不足，脆性大，而导致模具镦粗或断裂。通过锻造能有效改善工具钢的碳化物偏析，一般锻造后可降低碳化物偏析 2 级，最多为 3 级。最好采用轴向、径向反复镦拔(十字镦拔法)，它是将原材料镦粗后沿断面中两个相互垂直的方向反复镦拔，最后再沿轴向或横向锻成，重复一次这一过程就叫做双十字镦拔，重复多次
14、即为多次十字镦拔。 而对于直径小于或等于 50mm 的高合金钢，其碳化物不均匀性一般在 4 级以内，可满足一般模具使用要求。 (3）合理选择热处理工艺模具热处理包括锻造后的退火，粗加工以后高温回火或低温回火，精加工后的淬火与回火，电火花、线切割以后的去应力低温回火。只有冷热加工很好相互配合，才能保证良好的模具寿命。模具型腔大而壁薄时需要采用正常淬火温度的上限，以使残留奥氏体量增加，使模具不致胀大。快速加热法由于加热时间短，氧化脱碳倾向减少，晶粒细小，对碳素工具钢大型模具淬火变形小。对高速钢采用低淬、高回工艺比较好，淬火温度低，回火温度偏高，可大大提高韧性，尽管硬度有所降低，但对提高因折断或疲劳
15、破坏的模具寿命极为有效。通常 Cr12MoV 钢淬火加热温度为 1000，油冷，然后 220回火。如能在这种热处理以前先行热处理一次，即加热至 1100保温，油冷，700高温回火，则模具寿命能大幅度提高。我们在 70 年代初期对 3Cr2W8V 钢施行高淬、高回工艺热处理钢丝钳热锻模具也取得良好效果，寿命提高 2 倍多。采用低温氮碳共渗工艺，表面硬度可达 1200HV，也能大大提高模具寿命。低温电解渗硫可降低金属变形时的摩擦力，提高抗咬粘性能。使用 6W6Mo5Cr4V 钢制作冷挤压凸模，经低温氮碳共渗后，使用寿命平均提高 1 倍以上，再经低温电解渗硫处理可以进一步提高寿命 50%。模具淬火后
16、存在很大的残留应力，它往往引起模具变形甚至开裂。为了减少残留应力，模具淬火后应趁热进行回火，回火应充分，回火不充分易产生磨前裂纹。对碳素工具钢，200回火1h，残留应力能消除约 50%，回火 2h 残留应力能消除约 75%80%，而如果 500600回火 1h，则残留应力能消除达 90%。回火后一般为空冷，在回火冷却过程中，材料内部可能会出现新的拉应力，应缓冷到 100120以后再出炉，或在高温回火后再加一次低温回火。表面覆层硬化技术中的 PVD、CVD 近年来获得较大的进展，在 PVD 中常用的真空蒸镀、真空溅射镀和离子镀，其中离子镀层具有附着力强、浇镀性好，沉积速度快，无公害等优点。离子镀工艺可在模具表面镀上 TiC、TiN，其使用寿命可延长几倍到几十倍。离子镀是真空蒸膜与气体放电相结合的一种沉积技术。空心阴极放电法(HCD 法)是先用真空泵抽真空，再向真空泵通入反应气体，并使真空度保持在 10-510-2Pa 范围内，利用低压大电流 HCD 电子枪使蒸发的金属或化
