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1、北华大学学士学位论文目 录第一章 绪论11.1 课题来源和本课题研究的目的和意义11.1.1 课题来源11.1.2选题的目的11.1.3课题的意义11.2 冲压技术的发展现状11.3 课题研究的理论依据31.3.1剪切区力态分析31.3.2冲裁过程31.3.3剪切断面分析31.3.4模具间隙41.3.5 板料的弯曲41.4 课题研究的主要内容6第二章 连续模设计72.1冲压模具的分类和结构型式72.2冲压模具设计的步骤和内容82.3 零件的工艺性分析92.4 冲压工艺方案的拟定102.4.1 选定设计方案102.4.2 工序的先后安排112.4.3 毛坯尺寸的计算112.4.4 排样图设计及材
2、料的利用率122.5拟定模具的总体结构132.6 主要的计算132.6.1 冲孔力，侧刃冲裁力，落料力和切断力的计算132.6.2 弯曲力的计算142.6.3 总冲裁力的计算142.6.4 模具压力中心的确定152.7 压力机的选定162.7.1冲压设备的选择原则162.7.2冲压设备规格的选择162.8 模具成型零件设计172.8.1 冲孔凸凹模的设计172.8.2 落料凸凹模设计182.8.3 切断凸凹模设计212.8.4 弯曲凸凹模的设计222.9 级进模结构零件的设计262.9.1橡胶垫的选择262.9.2 模架的确定272.10 其它零件的设计272.10.1固定板272.10.2
3、导料板282.10.3 挡料块282.10.4 垫板292.10.5 螺钉与销钉292.10.6 导向零件302.10.7 固定零件302.11 模具的总装图的绘制31第三章 主要零件的模拟加工34结论37致谢38参考文献39- II -第一章 绪论1.1 课题来源和本课题研究的目的和意义1.1.1 课题来源本课题为弹簧钢片的冲压模设计，源于生产实践。1.1.2选题的目的冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计和制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量
4、、效益和新产品的开发能力。本课题旨在锻炼毕业生的思维，熟练掌握和运用大学四年所学知识，能够进行独立的设计作业。 针对题目使学生得到机械原理、机械零件设计、机械制造技术基础及模具设计与制造的综合训练。针对题目使学生获得冲压工艺规程、模具设计与制造加工基础知识，工艺参数及加工设备的选取，计算机辅助绘图及资料、手册的查阅。 培养学生综合运用所学知识分析问题和解决实际问题的能力、探求真理的创新精神和创新能力并受到工程设计与科学理论结合的初步训练等方面的能力。1.1.3课题的意义模具是制造业的重要基础工艺装备，工业产品大批量生产和新产品开发都离不开模具，用模具生产制件所达到的(四高二低)高精度，高复杂程
5、度，高一致性，高生产率和低耗能、低耗材，使模具工业在制造业中的地位越来越重要。模具品种繁多，共有10大类，包括冲压、塑料、橡胶、铸造、锻压等，用于制造业中几乎所有产品的生产，可见模具的服务范围已包括国民经济的许多方面，现在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，没有高水平的模具就没有高水平的产品已成为共识。因而，设计制造出高质量的模具已势在必行。1.2 冲压技术的发展现状目前，我国冲压及模具制造业已驶入发展的快车道。尤其是近几年，随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，推动了中国模具工业的发展。虽然我国模具总量已达到相当规模，模具水平也有很大的提
6、高，但与需求相比，还供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域，主要原因是中国在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，与国际平均水平和发达国家相比较仍有较大差距。80年代以来，中国模具工业发展十分迅速。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展。目前，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(表1)。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3
7、3%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。改革开放以来，中国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，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，都得到了快速发展，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入，例如科龙、美的、康佳和威力等集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业多集中于沿海工业发
8、达地区，现已有几千家。例如，江苏无锡的微研有限公司为一日本独资企业，员工有200余人，拥有精密数控模具加工设备60余台，1998年其模具产值超过2亿元。模具被称为工业产品之母，所有工业产品莫不依赖模具才得以规模生产、快速扩张，被欧美等发达国家誉为“磁力工业”。由于模具对社会生产和国民经济的巨大推动作用和自身的高附加值，世界模具市场发展较快，当前全球模具工业的产值已经达到600亿-650亿美元，是机床工业产值的两倍。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。随着我国加入WTO，我国模具工业的发展将面临新的机
9、遇和挑战。我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，在我国工业化快速推进的同时，在国民经济中占有重要地位的模具工业也得到了迅速发展。统计显示，1996至2001年，我国模具制造业的产值年均增长14%到15%。2001年我国模具总产值就已突破30
10、0多亿元人民币，排名跃居世界第四位。虽然近几年来，我国模具工业的技术水平已取得了很大的进步，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备还很少，许多先进的技术如CAD/CAE/CAM技术的普及率还不高，特别是大型、精密、复杂和长寿命模具远远不能满足国民经济各行业的发展需要。因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。1.3 课题研究的理论依据冲压大致可分为分离工序与成形工序两个类。分离工序又可分为落料、冲孔切割等。成形工序则可分为弯曲、拉深、胀形、扩口、等。根据产品零件的形状
11、、尺寸精度和其他技术要求，可分别采用各种工序对板料毛坯进行加工。1.3.1剪切区力态分析当凸模下降至与板料接触时，板料就受到凸、凹模断面的作用力。由于凸、凹模端面的作用力。由于凸、凹模之间存在间隙，使凸、凹模施加于板料的力产生一个力矩M，其值等于凸、凹模作用的合力与稍大于间隙的力臂a的乘积。力矩使材料产生弯曲，故模具与板料仅在刃口附近的狭小区域内保持接触，接触面宽度约为板料厚度的0.20.4倍。因此，凸、凹模作用于板料的垂直压力呈不均匀分布，随着向模具刃口靠近而极具增大。冲才时，由于板料弯曲的影响，其剪切区的应力状态是复杂的，且与变形过程有关。1.3.2冲裁过程冲裁即是分离工序，冲裁即是分离工
12、序，工件受力时必须从弹、塑性变形开始，以断裂告终2。当凸模下降接触板料，板料即受到凸、凹模压力而产生弹性变形，由于力矩的存在，使板料产生弯曲，即从模具表面上翘起。随着凸模下压，模具刃口压入材料，内应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形，不同的凸模行程，其变形程度不同，且凹模刃口附近变形大于凸模刃口附近的变形。由此可知，塑性变形从刃口开始，随着切刃的深入，变形区向板料的深度方向发展、扩大，直到板料的整个厚度方向上塑性变形，板料的一部分相对另一部分移动。力矩将板料压向整个厚度方向上产生塑性变形，板料的一部分相对于另一部分移动。力矩将板料压向切刃的侧表面，故切刃相对于板料移动时，这些力将表面平压，在切
13、口表面上形成光亮带。当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，便产生微裂，裂纹产生后，沿着大剪应变速度方向发展，直至上、下裂纹会合，板料就完全分离。1.3.3剪切断面分析由于冲裁件的变形特点，使冲出的工件断面明显地分成三个特征区，即圆角带、光亮带、断裂带。要想提高冲裁件切断面的光洁度与尺寸精度，可通过增加光亮带的高度或采用整个工序来实现。增加光亮带高度的关键是延长塑性变形阶段，推迟裂纹的产生。这可以通过增加金属塑性和减少刃口附近的变形与应力集中来实现。1.3.4模具间隙模具间隙是指凸、凹模刃口之间缝隙的距离，用符号c表示，俗称单面间隙。而双面间隙用Z来表示。间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的极其重要的问题。凸、凹模间隙对冲裁件的质量、冲裁力、模具寿命都有很大影响。为此设计模具时一定要选择合理的间隙，便冲裁件的断面质量较好、所需冲裁力小，模具寿命高。但分别从质量、精度、冲裁力等方面的要求各自确定的合理间隙值不相同。生产过程中通常选择一个适当的范围和为合理的间隙。1.3.5 板料的弯曲弯曲是将平直的毛坯或半成品，用模具或其他工具弯曲成具有一定角度或一定形状制件的冲压方法。它可分为工具作直线运动的压弯和工具作旋转运动的卷弯及滚压三类。这里采用第一种方法。材料在U形或V形模中弯曲时受力情况,作用力与反作用力之间形成的弯矩，使
