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1、江阴职业技术学院毕业设计课 题：专 题：专 业：模具设计与制造（含CAD）学 生 姓 名：班 级：学 号：指 导 教 师：完 成 时 间：目录摘要第一章 绪 论1 1.1 课题研究目的和意义1 1.2 冲压模具行业发展现状及技术趋势2 1.2.1 中国冲压模具的发展现状2 1.2.2 中国冲压模具的发展方向3 1.2.3 我国模具CAD/CAM技术状况4 1.2.4 我国模具设计制造能力状况4 1.2.5 国外模具技术状况4 1.2.6 国外模具制造能力状况4 1.2.7 课题研究的主要内容5第二章 插座销冲压工艺分析及相关计算7 2.1 插座销的冲压工艺分析7 2.1.1 确定冲压工艺方案7
2、 2.1.2 模具结构形式的确定8 2.2 计算工作部分尺寸及毛坯尺寸和实用率8 2.2.1 计算毛坯尺寸9 2.2.2 材料利用率的计算9 2.2.3 凸凹模工作部分尺寸计算11 2.2.4 计算各工序的冲压力12 2.2.5 主要模具零件结构尺寸13 2.2.6 模架的选择14 2.2.7 模柄的选择15 2.2.8 模具闭合高度15 2.2.9 定位零件设计15 2.2.10 确定压力中心15 2.2.11 主要零件材料16第三章 绘制模具总装图及主要零件图17第四章 弯曲模的相关计算21 4.1 工艺性分析21 4.2 弯曲件展开尺寸计算21 4.3 弯曲力的计算22 4.4.1 凸、
3、凹模的圆角半径23 4.4.2 凹模深度23 4.4.3 凸、凹模间隙24 4.4.4 凸、凹模尺寸的确定24 4.5 压力中心的计算25 4.6 模具的总体设计25 4.6.1 模架的选择25 4.6.2 卸料方式的选择25 4.6.3 其他零件选择26 4.6.4 模具闭合高度26第五章 弯曲模具模具总装图及主要零件图26结论30参考文献31致谢32插座销冲压模具设计摘要工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压、拉伸等方法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之，模具是用来成型物品的工具，这种工具有各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变
4、来实现物品外形的加工。按所成型的材料的不同，模具可分为金属模具和非金属模具。金属模具又分为：铸造模具（有色金属压铸，钢铁铸造）、和锻造模具等；非金属模具也分为：塑料模具和无机非金属模具。而按照模具本身材料的不同，模具可分为：砂型模具，金属模具，真空模具，石蜡模具等等。其中，随着高分子塑料的快速发展，塑料模具与人们的生活密切相关。塑料模具一般可分为：注射成型模具，挤塑成型模具，气辅成型模具等等。关键词：冲压 模子 材料 模具Socket pin stamping die designAbstractIndustrial production of injection molding, blow
5、molding, extrusion by casting or forging, smelting, molding, stamping, stretching and other methods to obtain the required products in a variety of models and tools. In short, the mold is used to molding materials tools, this tool has a variety of different parts, the mold consists of different part
6、s. It is mainly through the molding material physical state changes to achieve the objects shape processing. According to the forming of different materials, mold can be divided into a metal mold and metal mold. Metal mold casting mold is divided into: ( non-ferrous metal casting, steel casting and
7、forging die ), etc.; non-metallic molds are also divided into: plastic mold and inorganic non metal mold. According to the mold itself with different materials, mold can be divided into : sand mold, metal mold, vacuum mold, wax mold and so on. Among them, along with the rapid development of high pol
8、ymer plastic, plastic mold is closely related with peoples lives. Plastic mold in general can be divided into: injection molding, extrusion molding, gas assisted injection molding mold and so on.Keywords: Stamping Mold material mold第一章 绪论1.1课题研究目的和意义通过对此课题的研究主要掌握机械工艺装备设计的一般方法及基本工序。巩固模具设计和模具制造工艺等专业理论
9、知识在生产中的应用；并灵活运用CAD绘图技术来进行模具设计，了解CAE技术在预防冲压件缺陷中的应用；懂得如何获得资料、查阅手册。培养自己综合运用理论知识去解决分析实际问题的能力，提高自己的创造力。一般插座销的冲压过程是比较典型的，对于该零件又需要在成形的插座销上进行冲孔及整形，加大了成形的难度，对于该零件从工序角度分析：该零件可采用落料、冲孔切边及切口弯曲多副双工序分别在多台冲床上冲制而成，由于这些多工序是连续进行冲压成形，再加上各工序间的对应定位误差较大，经常会产生各种成形缺陷，还有冲床台数、模具数量和操作人员较多，造成生产率低及成本高等缺点。为此，必需进行工艺更新，经研究分析及计算，采用冲
10、孔落料、曲二套模具来完成。它既能提高制件质量及生产率，又可减少设备投资和模具费用及降低制件成本。1.2冲压模具行业发展现状及技术趋势 1.2.1中国冲压模具的发展现状中国冲压模具的发展现状改革开放带了我国的经济进入高速发展的时期，模具的市场的需求量也进一步的增加。模具行业也一直以15%左右的增速再发展。因此带来的模具工业企业的所有制成分的巨大变化，一些国有专业模具厂也如雨后春笋般的建立起来，同时也带来了以集体、独资、私营和合资等形式的快速发展。赋有“模具之乡”的浙江宁波和黄岩地区是现今我国规模最大的两个地方；广东地区也渐渐掀起了开建模具厂的浪潮；其中科龙、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心
11、；中外合资或是外商独资形式的模具企业现也有几千家。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力
12、，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多
13、先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。1.2.2中国冲压模具的发展方向模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资
14、源的重新整合，使虚拟制造成为可能。(2)高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。(3)模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆
15、向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 (4)电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。(5)提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。(6)优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和
16、应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监
17、测控制系统。我国冲压模具与发达国家企业之间的差距不小，因此要发挥整体优势和综合竞争力，要加强统筹协调、完善合作机制，创造性地工作。也需要加大对模具相关专业人才的综合素质培训投入。1.2.3我国模具CAD/CAM技术状况我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统1。一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及
18、，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术2，其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术。多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产，且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域3。在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生产实践中得到成功应用，产生了良好的效益4。快速原型与传统的快速经济模具相结合，围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点
19、成型及激光冲击和电磁成型等技术5。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。1.2.4我国模具设计与制造能力状况现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距6。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前
20、进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。1.2.5国外模具技术状况在国际上，美国福特汽车公司在CAD/CAM技术方面处于领先地位。早在80年代初，福特公司就着手CAD/CAM系统的规划，
21、建成了以工作站为主体的环形网络系统8；1985年已经有一半以上的产品设计工作使用图形终端实现9；1986年新开发的TAURUS和SABLE轿车，大约70%的外板件采用CAD/CAM；90年代初全面实行产品开发的CAD/CAM，应用率可达100%10。福特公司1990年工作站已达2000台，以FGS工作站（约占70%）和CV工作台（约占18%）为主，其应用软件主要为自行开发的PDGS和CAD/CAM11。1993年以后，福特汽车公司对从设计到制作的各项工程踏踏实实地进行了改革，至今，已形成了从车型款式设计到车身组装的新车型开发的完整的CAD/CAE/CAM系统12。法国雷诺汽车公司应用Eucli
22、d软件作为CAD/CAM的主导软件13，目前已有95%的设计工作量用该软件完成，并开发出很多适合汽车工业需求的模块，如用于干涉检查的Megavision，用于钣金成形分析的OPTRIS等14。德国各大汽车公司普遍采用CATIA作为其CAD/CAM系统的主导软件13。1994年，德国大众集团决定用CATIA和Pro/Engineer作为其将来开发新车型的主导CAD系统15。1.2.6国外模具制造能力状况随着高新技术的发展，国外涌现出大量的制造工艺技术，（1）多轴连动加工；（2）精密电火花加工；（3）快速制模；（4）高速铣削加工。采用此技术不仅可以提高切削加工效率，还可以提高模具加工质量。其转数在
23、10000r/min以上，该技术已经在发达国家的模具制造中得到普遍应用了16。（5）研磨抛光最近开发出通过磁力和磁性磨粒子对模具表面进行技工的磁研磨技术，在实现抛光技术自动化方面迈出了一大步17。1.3 CAD软件介绍计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术是近年来工程技术领域中发展最迅速、最引人注目的一项高级技术，它已成为工业生产现代化的重要标志。它对加速工程和产品的开发、缩短产品设计制造周期、提高产品质量、降低成本、增强企业市场竞争能力与创新能力发挥着重要作用。它的应用及发展正引起一场产品工程设计与制造深刻的技术革命，并对产品结构、产业结构、企业结构、管理结构、生产方式以及人才知识结构方
24、面带来巨大影响18。本次毕业设计主要应用了AutoCAD和Pro/Engineer软件。主要应用AutoCAD进行模具装配图和零件图的绘制，用Pro/Engineer对零件实体建模。AutoCAD系列软件是美国Autodesk公司开发的系列图形设计软件，在机械图形设计领域应用非常广泛，也是最早进入国内市场的CAD软件之一，从最早的2.0版到以后的R13、R14、2000直到如今的2007版，AutoCAD的产品在国内的市场上走过了十几年的历程了，从最早期的DOS操作命令到现在的Windows窗口式的操作界面，是大家所最熟悉的CAD软件19。AutoCAD软件最早是针对二维设计绘图而开发的，随着
25、其产品的日益成熟，在二维绘图领域该软件已经比较的完善，而且随着产品设计的发展需要，越来越多的产品设计已经不在停留在二维的设计领域，正在越来越多的朝着三维的产品设计发展，因此在AutoCADR12，R13的版本中已经加入了三维设计的部分，而且随着版本的不断更新三维设计的部分也在越来越多的发展，由于该软件开发中的自身原因，使的该软件存在一些不足之处，比如，该软件在二维设计中无法做到参数化的全相关的尺寸处理；三维设计中的实体造型能力不足。但是由于该软件进入国内市场较早，价格较便宜，对使用的微机要求较低，使用比较简单，因此使用者还是比较多，该软件为中国的CAD软件发展还是起到了一定的贡献20。1.2.
26、7课题研究的主要内容冲压模具的设计在其生产、加工以及使用过程中尤为重要。特别是它的结构设计对加工、装配、工期、成本乃至冲压产品的质量及生产效率产生极大的影响。所以，此课题主要考虑以下几个方面的内容：u 广泛收集关于冲压模具设计的有关知识和先进技术，对收集的资料进行结构性的对比，选择合理的设计方案。u 熟悉冲压件（插座销）的图样和技术条件。u 分析冲压件（插座销）的工艺性，计算冲裁力和拉深力，为进行设计计算打好基础。u 合理的选择冲压设备，确定压力机参数。u 确定模具的具体结构以及模架的参数，绘制模具草图。u 绘制复合模具的装配图及主要零件图。u 零件图标注尺寸、公差及技术条件，并进行必要的强度
27、校核。第二章 插座销冲压工艺分析及冲孔落料相关计算2.1.1插座销工艺分析图2-1 插座销零件图该零件材料为Q235A，料厚2mm，零件尺寸精度为IT14级。由图示可见，该图形状简单，结构对称，公差尺寸为自由公差，通过一般的 冲压均能满足其尺寸精度要求。4孔边距外轮廓的距离远大于凹凸模允许的最小的壁厚，故可以直接考虑采用级进模的冲压工序，无需考虑凸凹模强度之忧。2.1.2确定冲压方案根据工艺性的分析其基本的工序有落料、冲孔和弯曲三种。按其先后 顺序组合，可得如下四种种方案：方案1：先落料再冲孔最后弯曲，单工序冲压生产。方案2：先冲孔再落料最后弯曲，单工序冲压生产。 方案3：先落料冲孔，再弯曲，
28、单复合冲压生产。方案4：先冲孔落料，再弯曲，单级进模冲压生产。方案1模具的结构简单，但需3到工序3套模具，生产效率比较低，很难保证零件的批量生产。方案2同样也需要3到方案3套模具，生产效率比较低，很难保证零件的批量生产。方案3只需2套模具，冲压件的行位精度和尺寸精度易于保证，且生产效率高。尽管模具的结构比较方案1方案2要复杂的多。但由于零件的几何形状简单对称，模具的制造并不困难 。方案4也是只需要2套模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度要比复合模的要高，且用导正销容易保证零件在模具中的位置，方便送料和取料。通过以上4种的方案的比较，方案4对该件的冲压生产为最佳。2.2计算模具工作部分尺寸及毛
29、坯尺寸和实用率2.2.1计算毛坯尺寸1）计算毛坯尺寸：工件展开后的尺寸由于r0.5t查得x=0.38由公式可得：L=li+i/180（ri+rt）=（68-4-82-4）+290/180（4+0.382）+（8+0.382）=44+14.9464+27.5064=86.4528（mm）宽度方向B=24（mm）工件的展开面积S=BL-2R=86.452824-22=2074.8672-25.12=2049.7472（mm）2.2.2材料利用率的计算排样1如图2.2图2.2材料的利用率= A0/A100% =2049.7472/2507.1312100%=81.756%式中 ：A0得到制件的总面积
30、（mm2）A一个步距的条料面积（LB）(mm) -材料的利用率 此排样的利用率为=81.756%T=（4+0.50.3）0-0.02mm=4.150-0.02mmdA=(dT+Zmin)0A=(4.15+0.246)00.02=4.39600.02mm2）落料凹模：DA=（Dmax-x）0A=（24-0.50.52）00.0mm2=23.7400.02mmDT=（DA-Zmin）-0T =（23.74-0.246）0-0.02mm2=23.49400.02mmDA=（Dmax-x）0A=（90.8528-0.50.87）00.0mm2=90.417800.02mmDT=（DA-Zmin）-0T
31、=（90.4178-0.246）0-0.02mm=90.17180-0.02mm2.2.4计算各工序的冲压力 冲压力由冲裁力、弯曲力、卸料力、推料力组成组成。不需要计算弯曲时的定料力和压料力。冲裁力F冲由冲孔力和落料力二部分组成。冲裁力F冲（N）计算公式： F冲=KLt0 或者F冲=Ltb式中：K系数，K=1.3；L冲裁周边长度(mm)；0材料的抗剪强度（Mpa）；b材料的抗拉强度（Mpa）；查文献得：b=400MPa式中，取=350MPa冲孔力F2:F2=21.3dt=21.33.1442350N= 22859.2N=22.8592KN卸料力F3:F3=K1F1=78.6720.05KN=
32、3.9336KN式中，卸料力系数K1=0.05。推料力F4：F4=nK2F2=30.05522.8592KN= 2.514512KN式中，推料力系数K2=0.055，n为卡在凹模内的冲孔废料的数目，取n=3.考虑到该工件比较厚，其平直度要求不高，重操作方便出发，采用冲孔落料级进模倒装结构及弹性卸料和下出料（冲孔废料）方式，则冲压总工艺力F为: F=F1+F2+F3+F4=78.672+22.8592+3.9336+2.514512= 107.979312KN 从满足冲压工艺力的要求看，可选用160KN开式双柱可倾压力机。注表2.4 开式双柱可倾压力机J23-16公称压力KN160滑块航程(mm)55最大闭合高度（mm）220闭合高度调节（mm）180连杆调节长度（mm）45模柄孔尺寸（mm）直径40深度60工作台尺寸（mm）前后300左右450垫板尺寸（mm）厚度40孔径210
