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1、 . . . 第一章 综述1、概述随着科技的发展脚步越来越快时，模具的时代也随之降临。模具工业有“不衰亡工业”之称。现代工业产品的零件，广泛采用注塑成型、冷冲压、成型锻造、压铸成型等成型加工工艺来生产，而作为与冲压、铸造、锻造等金属成型机械与塑料、橡胶等非金属成型机械相配套的成型工具的各类模具，在其中起着非常重要的作用。采用模具进行加工，可实现无切屑加工，不仅可大大提高材料的利用率，而且能节约资源，也有利于提高产品的精度与批量化生成的能力。随着工业现代化与科学技术的发展，模具的应用越来越广泛，适应性也越来越强。特别在机械、汽车、电子、通信、家电等行业，模具已成为一种重要的基础工艺装备，其质量、
2、精度与寿命对其发展产生了很大的影响。总之，模具工业已成为衡量一个国家工业制造工艺水平的标志与独立的基础工业体系。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，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。2、国外发展现状2.1国外发展现状日本是世界第一大模具生产国。国有多家世界闻名的机床制造业厂家，加工模具的高速加工中心、电加工机床、龙门铣床、精密磨床、数控系统等全都具备世界级名牌。优秀的机床制造业为模具制造奠定了坚实的基础，如在电子超精密模具中，集成电路、微型电机模具精度已达1m ，处于世界领先地位。 IT 产业的产品更新很快，如手机开发制造周期为 2 个月，产
3、品试制期为 7 天，一般 7 套模具 150 兆 NC 数据，两天就完成编程，计算机设计与制造技术都非常先进。发达的汽车工业促进了模具的发展。丰田汽车公司有专业模具设计人员近 200 名，制造人员 1000 多名，每年研制开发约 10 种轿车的整车模具 2000 套，从车身设计到新车批产的整车模具设计制造周期为 1 年，标准单套模具制造周期不超过 4 个月，这样的规模与生产能力在世界上也称得上是最大的汽车模具厂之一。或许是专业化的缘故，丰田仅自行制造车身外覆盖件模具，其余 40% 由日本著名的荻原、宫津、富士等模具公司提供。日本模具专家曾强调模具加工五大要素：(1)设备；(2)CAD/CAM(
4、 刀具路径 )； (3)CNC 装置与伺服电机；(4) 加工条件与材料选择；(5) 技术人员能力。2.2我国模具市场发展现状8 0 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。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
5、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和等省发展得最为迅速。例如，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，成为国知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在，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达地区，现已有几千家。例如，的微研为一日本独资企业，
6、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。中国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步。目前，国已能生产精度达 2 微米的精密多工位级进模，工位数最多已达 160 个，寿命 1 2 亿次。在大型塑料模具方面，现在已能生产 48 英寸电视的塑壳模具、 6.5K 大容量洗衣机的塑料模具，以与汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，国已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具与塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面，国已能生产自动扶梯整体踏板压铸模与汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车模具方面，现已能制造新轿车的部分覆盖件模具。其他类型的
7、模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。第二章垫片冲裁模设计1、制件图零件名称：垫片生产批量：大批量制件精度：IT14级材料：Q235料厚：3mm零件图：2、冲裁件的工艺性分析2.1制件工艺性分析垫片是典型的钣金件，制件结构简单，具有良好的冲压工艺，用模具冲压经济。2.2拟定工艺方案A、用单工序模加工，即先落料后冲孔，分两道工序完成 优点：模具结构简单,制造方便。 缺点：多了一道工序，冲孔时落料件不好定位，最终制件精度较差。B、用复合模加工，即落料冲孔同时同工位进行，一道工序完成。 优点：工序少，操作方便，制件精度高； 缺点：模具结
8、构比较复杂。C、用级进模加工，冲孔落料同时而不同工序进行，一道工序完成。 优点：减少自动化操作，制件精度高；缺点：模具结构比较复杂。比较三种工艺方案，综合其优缺点采用第三种方案，即用落料复合模进行制件的加工。3、冲裁件的排样3.1搭边和料宽3.1.1料宽的确定B =（2.1）= = 式中 D条料宽度方向冲件的最大尺寸；a侧搭边值，mm,(取2.2)；条料宽度的单向（负向）偏差，mm,（取0.7）。3.1.2搭边值的确定如下图3.2排样方法排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。考虑到制件的质量和冲模寿命，本设计选用有废料排样法。3.3
9、材料的利用率冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。= (2.2)= =67.675%材料利用率满足要求，排样合理。4、冲裁模工作部分的设计查表得:=0.56=0.184.1落料时4.2冲孔时式中 、落料时凹凸模刃口尺寸，mm；、 冲孔时凹凸模刃口尺寸，mm；落料件的最大极限尺寸，mm；冲孔件的最小极限尺寸，mm；冲件的制造公差，mm；最小合理间隙，mm；、凸、凹模制造公差，mm；X磨损系数，（取0.5）。5、冲裁力、卸料力与推件力的计算5.1冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，
10、以适应冲裁的要求。F=KLt (2.3) =1.3222.943340 =295618.4 N =295.618N式中 F冲裁力； L冲件剪切周边长度，mm；初冲材料的抗剪强度（取340MPa）； t料厚，3mm； K系数，一般取1。5.2卸料力与推件力为了使冲裁过程连续，操作方便，就需把套在凸模上的材料卸下，把卡在凸模孔的冲件或废料退出。5.2.1卸料力=F （2.4） =0.035295.618=10.35N5.2.2推件力=F （2.5）=0.045295.6184 =13.3N5.3公称压力的确定P(1.11.3)（2.6）式中 压力机的公称压力N；冲裁时总冲压力 N。采用了弹性卸料装
11、置和下出料方式的总冲压力为：=F+ （2.7） =(295.6184+10.35+13.3) =319.2684NP(1.11.3) （2.8） =351.1952+415.0489N6、压力机的选择正确选择压力机，关系到设备的安全使用，冲压工艺的顺利实施与冲压件的质量，生产效力和模具寿命等一系列问题。在本设计中，由于冲裁件属于小型件，所以选用JD21-100开式机械压力机，如下图：表2.1 压力机主要参数公称压力（KN）1000滑块行程(mm)10120滑块行程次数（次/分钟）75最大闭合高度(mm)400闭合高度调节量(mm)85 滑块中心线至床身距离(mm)325立柱距离(mm)480工
12、作台尺寸(mm)前后600左右1000工作台孔尺寸（mm）前后300左右420工作台孔尺寸（mm）直径续表2.1垫板尺寸(mm)厚度100直径200模柄孔尺寸(mm)直径80深度380滑块底面尺寸(mm)前后380左右5007、零部件的选择与设计模具的工作零件、定位零件、压料和卸料零件、导向零件、连接和紧固零件、弹簧、橡胶等要首先按冷冲模国家标准选用，若无标准，可先选用再进行设计。对于小而长的冲头，壁厚较薄的凹模等还需要进行强度校核。设计计算确定了凹模的结构尺寸后，可根据凹模周界选用模架。模具的闭合高度、轮廓大小、压力中心应与选用设备相适应。7.1工作零件7.1.1凸模 采用圆形凸模C型，如下
13、图7.1.2凹模7.1.3凸凹模采用凸、凹模分开加工可使凸凹模自身具有互换性，便于模具成批制造，但需要较高的公差等级，才能保证合理的间隙，模具制造困难，加工成本高，一般不采用。凸凹模配合加工，对于冲制形状复杂或薄板制件的模具，其凸凹模往往采用配合加工法，此方法是先加工好凸模（凹模）作为基准，然后根据此基准件的实际尺寸，配做凹模(凸模)，使他们保持一定间隙，其公差不受凸、凹模间隙大小的限制，制造容易，并容易保证凸凹模的间隙。本设计采用分开加工法7.2定位零件7.2.1挡料销为了为避免消弱凹模强度，本设计采用钩型挡料销，如下图：7.2.2挡料销 材料采用T7，热处理硬度为4652HRC,粗糙度在1
14、.6m以下，装配时采用H7/S6配合。如下图：7.3导向零件导向零件有许多，如导板导向，则在模具上安装不便，而且阻挡操作者的视线，所以不采用；若采用滚株式导柱导套进行导向，则虽然导向精度高寿命长，但结构比较复杂，所以不采用，针对这次加工的产品精度要求不高采用滑动式导柱导套进行导向即可。而且模具在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本。设计参数如下： 导柱： d=40mm L=249导套: D=56mm L=878、卸料与出件装置卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作能继续进行。通常，把冲件或废料从凸模上卸下称为卸料，把冲件或废料从凹模中卸下称为出件。8.1卸料装置卸料装置有刚性和弹性两种形式。在本设计中采用弹性卸料板，工作可靠卸料力较大，适用于平整度要求不高或厚度大于0.8mm以上时采用。当料板仅起卸料作用
