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1、前言模具工业是国民经济的重要基础工业之一。近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。进入21世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，中国装备制造业在加入WTO以后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，这是各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。本论文应用所学专业理论课程和生产实际知识进行了冷冲压模具设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充
2、了冷冲压模具设计等课程所学的内容。通过本次设计，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本技能，懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了相应工程设计规范和标准，同时对相关的课程进行了全面的复习，使独立思考能力有了提高。本设计采用落料冲孔复合模，模具设计制造简便易行。落料冲裁效果好，能极大地提高生产效率。本设计主要工序包括：冲孔和落料。本设计分别论述了产品工艺分析，冲压方案的确定，工艺计算，模板及主要零件设计，模具装配等问题。本设计的内容是确定复合模内型和结构形式以及工艺性，绘制模具总图和主要工作零件图。第一章 冲压概述1
3、.1 冲压的概念1.1.1 冲压冲压加工是利用安装在压力机上的模具，对放置在模具内的板料施加变形力，使板料在模具内产生变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。由于冲压加工常在室温下进行，因此也称冷冲压。1.1.2 冲压特点及其应用冲压生产靠模具和压力机完成加工过程，与其他加工方法相比，在技术和经济方面有如下特点：（1）冲压件的尺寸精度由模具来保证，具有一模一样的特征，所以质量稳定，互换性好。（2）由于利用模具加工，所以可以获得其他加工方法所以不能或难以制造的壁薄、重量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件。（3）冲压加工一般不需要加热毛呸，也不像切削加工那样，大量切削金属，所以
4、它不但节能，而且节约金属。（4）普通压力机每分钟可以生产几十件冲压件，而高速冲压机每分钟可以生产几百甚至上千件。所以它是一种高效率的加工方法。由于冲压工艺具有上述突出的特点，因此在国民经济各个领域广泛应用。例如，航空航天、机械、电子信息、交通、兵器、日用电器及轻工等产业都有冲压加工。不但产业界广泛用到它，而且每一个人每天都直接与冲压产品发生联系。冲压可制造钟表以及仪器中的小型精密零件，也可制造汽车、拖拉机的大型覆盖件。冲压也存在一些缺点，主要表现在制造复杂、周期性长、制造费用高而且在加工时噪声、振动大等公害。这些问题并不完全是冲压工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备落后所造成的。随
5、着科学技术的进步，这些公害一定会得到解决。1.2 塑性变形的基本概念1.2.1 变形的基本外力破坏原子间原有的平衡状态，造成排列的畸变，引起金属形状和尺寸的变化1.2.2 塑性与变形抗力1.塑性指标塑性指标是衡量金属在一定条件下塑性高低的数量指标。它是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示，可借助于一些试验方法测定。常用的塑性指标有：拉伸试验所得的伸长率：=100断面收缩率： =100式中，Lo、Ao分别为拉伸试样原始标距长度（mm）和原始截面积（m）；Lk、Ak分别为试样断裂后标距间长度（mm）和断裂处最小截面积（m）。1.2.3 影响塑性与变形抗力的因素影响金属塑塑性和变形抗力的主要因素有两个
6、方面。其一是变形金属本身的晶格类型、化学成分和组织状态等内在因素；其二是变形时的外部条件，如变形温度、变形速度和变形的力学状态等。1.化学成分和组织对塑性和变形抗力的影响化学成分和组织对塑性和变形抗力的影响非常明显也很复杂。2.变形温度对塑性和变形抗力的影响变形温度对金属及合金的塑性有很大的影响。就多数金属及合金而言，随着温度的升高，塑性增加，变形抗力降低。3.变形速度对塑性和变形抗力的影响 变形速度大时，变形抗力提高，塑性下降。 在高变形速度下，温度上升，塑性增加，变形抗力下降1.3 冲压材料1.3.1 板料的力学性能与冲压成形性能之间的关系板料的冲压成形性能板料对各种冲压成形加工的适应能力
7、称为板料的冲压成形性能。具体地说，就是指能否用简便地工艺方法，高效率地用坯料生产出优质冲压件。冲压成形性能是个综合性的概念，它涉及到的因素很多，其中有两个主要方面：一方面是成形极限，希望尽可能减少成形工序；另一方面是要保证冲压件质量符合设计要求。1.3.2 常用冲压材料及其性能1.常用的冲压材料本论文中设计的模具材料为08F钢，厚度为0.8。冲压常用材料，多为各种规格的板料、带料等。冷冲压常用材料有： 黑色金属：普通碳素钢、优质碳素钢、碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢等。 有色金属：紫铜、无氧铜、黄铜、青铜、纯铝、硬铝等。 非金属材料：纸板、各种胶合板、塑料、橡胶等。性能：a.强度：金属材料在外
8、力作用下抵抗变形和断裂的能力。屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示，常用单位为MPa。b.屈服强度：金属试样在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号s表示，单位为MPa。一般的，材料达到屈服强度，就开始伴随着永久的塑性变形，因此其是非常重要的指标。c.抗拉强度：金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号b表示，单位为MPa。d.伸长率：金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与
9、原始标距长度的百分比，称为伸长率。用符号表示。伸长率反映了材料塑性的大小，伸长率越大，材料的塑性越大。e.应变强化指数n：钢材在拉伸中实际应力应变曲线的斜率。其物理意义是，n值高，表示材料在成形加工过程中变形容易传播到低变形区，而使应变分布较为均匀，减少局部变形集中现象，因此n值对拉延胀形非常重要。f.塑性应变比r值：r值表示钢板拉伸时，宽度方向与厚度方向应变比之比值。r值越大，表示钢板越不易在厚度方向变形（越不容易开裂），深冲性越好。1.4 冲压设备1.4.1 冲压设备的发展进入21世纪以来，中国锻压机床行业经过技术引进、合作生产及合资等多种方式的运作，快速地提升了我国冲压设备整体水平。近年
10、设计制造的许多产品，其技术性能指标已经接近或达到世界先进水平，在宜人性方面也取得了长足进步。但由于大家都在进步，所以国内产品与国外名牌产品的差距并无明显缩短。因此，我国冲压设备行业和企业需以战略的思路和有效的措施应对当前的机遇和挑战：1.转变经营理念，培育知名品牌2.分析技术上的差距，制定有效措施1.4.2 冲压设备的主要参数及结构分类1.主要参数：公称压力（吨位）、最大装模高度及调节量、行程、气垫压力、顶杆孔间距数量、工作台尺寸、滑块尺寸、导轨间距、电机功率、行程次数/MIN等等。2.冲压设备的结构分类冲压设备类型的选择主要是根据冲压工艺特点和生产率、安全操作等因素来确定的第二章 冲裁工艺和
11、冲裁模设2.1设计课题及设计任务书2.1.1 设计课题铁芯片落料、冲孔复合模2.1.2设计任务书图示冲裁件，材料为08F钢，厚度为0.8mm，生产批量为大批量生产。零件名称：铁心片 生产批量：大批量生产材料：08F钢材料厚度：t=0.8mm2.1.2冲压件工艺分析材料：该冲裁件的材料硅钢板，具有较好的可冲压性能。零件结构：该冲裁件结构简单，只有两个直径为7的孔，比较适合冲裁。尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。查公差表可得各尺寸公差为：零件外形：128mm 96mm 16mm 32mm 32mm 80mm 结论：适合冲裁。2.2 冲裁变形分析2.
12、2.1板料变形区力态分析无压边装置的模具对板料进行冲裁时的情形。凸模与凹模都具有与制件轮廓一样形状的锋利刃口，凸凹模之间存在一定间隙。当凸模下降至与板料接触时，板料就受到凸、凹模的作用力，其中：F1、F2 凸、凹模对板料的垂直作用力；F3、F4凸、凹模对板料的侧压力；F1、F2凸、凹模端面与板料间的摩擦力，其方向与间隙大小有关，一般从模具刃口指向外；F3、F4凸、凹模侧面与板料间的摩擦力2.2.2 冲裁时板料的变形过程冲裁变形过程。如果模具间隙正常，冲裁变形过程大致可分为如下三个阶段。1弹性变形阶段在凸模压力下，材料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形，凹模上的板料则向上翘曲，间隙越大，弯曲和上翘越严
13、重。同时，凸模稍许挤入板料上部，板料的下部则略挤入凹模洞口，但材料内的应力末超过材料的弹性极限。 2塑性变形阶段因板料发生弯曲，凸模沿宽度为b的环形带继续加压，当材料内的应力达到屈服强度时便开始进入塑性变形阶段。凸模挤入板料上部，同时板料下部挤入凹模洞口，形成光亮的塑性剪切面。随凸模挤入板料深度的增大，塑性变形程度增大，变形区材料硬化加剧，冲裁变形抗力不断增大，直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段便告终，此时冲裁变形抗力达到最大值。由于凸、凹模间存在有间隙，故在这个阶段中板料还伴随着弯曲和拉伸变形。间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。3断裂分离阶段材料内裂纹首先在凹模刃
14、口附近的侧面产生，紧接着才在凸模刃口附近的侧面产生。已形成的上下微裂纹随凸模继续压入沿最大切应力方向不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合时板料便被剪断分离。随后，凸模将分离的材料推人凹模洞口。2.2.3 冲裁件断面质量及其影响因素1冲裁件断面质量及其影响因素由于冲裁变形的特点，冲裁件的断面明显地分成四个特征区，即圆角带a、光亮带b、断裂带c与毛刺区d， 圆角带a ：该区域的形成是当凸模刃口压入材料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被拉入间隙的结果； 光亮带b ：该区域发生在塑形变形阶段，当刃口切入材料后，材料与凸、凹模切刃的侧表面挤压而形成的光亮垂直的断面。通常占全断面的1/2-1/3；
15、断裂带c ：该区域是在断裂阶段形成。是由刃口附近的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，其断面粗糙，具有金属本色，且略带有斜度。毛刺区d ：毛刺的形成是由于在塑性变形阶段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度时，刃口正面材料被压缩，刃尖部分是高静水压应力状态，使裂纹的起点不会在刃尖处发生，而是在模具侧面距刃尖不远的地方发生，在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺，裂纹的产生点和刃口尖的距离成为毛刺的高度。在普通冲裁中毛刺是不可避免的。2.材料的性能对断面质量的影响对于塑性较好的材料，冲裁时裂纹出现得较迟，因而材料剪切的深度较大，所以得到的光亮带所占有比例大，圆角和弯弯较大，断裂带较窄。而塑性差的材料，当剪切开始不久材料便被拉裂，光亮带所占比例小，圆角小，弯弯小，大部分是带有斜度的粗糙断裂带。3.模具冲裁间隙大小对断面质量的影响冲裁单面间隙是指凸模和凹模刃口横向尺寸的差值的一半，常称冲裁间隙，用c表示。间隙
