拉杆冲裁模具设计

0本课题拟采用先绘制出总体装配图再对各零部件进行拆分设计的方案。学生在查阅相关文献资料的基础上，需要独立完成的主要任务包括：1、对制品进行工艺性分析。2、进行相关分析计算。3、绘制模具装配图。4、拆分成型零部件零件图。5、撰写设计说明书。拉杆冲裁模具设计摘要：本文首先介绍了冲压、模具CAD技术及冲压模具。然后以拉杆为研究对象，对零件进行结构工艺和尺寸精度的分析，确定了工艺方案。合理选择间隙，然后计算凸、凹模刃口尺寸，设计模具的整体结构，计算冲裁力确定压力中心、选择压力机。在有关的设计及计算完成之后，应用二维设计软件AutoCAD建立模具各个零部件的二维模型，然后根据要求进行零件装配，并绘出零件图和装配图。关键词：拉杆冲裁模具设计引言在现代工业生产中，用各种压力成形机械和装在其上的专用成形工具，通过压力把金属或非金属材料制成所需形状的零件或制品，这种专用成形工具成为模具。模具是一种高效率的工艺设备，模具在工业生产中的应用日益广泛，模具工业的水平和发展状况已被认为是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。利用模具生产毛坯或零件与切削加工相比具有材料利用率高、能耗低、产品性能好、互换性好、生产效率高和成本低等显著优点[1]。按我国产品分类标准，模具产品共分为十大类：冲压模具、塑料模具、铸造模具、锻造模具、粉末冶金模具、橡胶模具、拉丝模具、无机材料或成型模具、模具标准件及其他模具。十大类产品中冲压模具和塑料模具占的比重最大，约占模具总量的80%以上。冲压模具的设计是否合理对冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等影响很大。因此，研究冲压模具的结构，提高冲压模具的各项技术指标，对冲压模具设计和冲压技术的发展十分必要[1]。拉杆冲裁模是典型的冲压模具，该零件的冲压内容包括对两个小圆孔的冲压和对一个不规则形状外形的落料冲压，包含冲压过程中的两类重要的工艺类型。通过对拉杆冲裁模进行设计有利于增强对基础模具设计思路的理解，有利于加深模具专业课知识、有利于综合所学专业课知识。从而形成一条线将我在大学的知识结构联系起来，有助于我将来从事机械行业能够利用所学专业知识来解决专业问题。11模具CAD技术概述及相关软件的选用CAD即计算机辅助设计(ComputerAidedDesign)是以计算机系统为支持,进行产品的方案设计、解析计算、判断优化、分析评估和详细设计的一门技术。模具CAD是现代模具技术的一个重要方面；模具CAD是人和计算机相结合、各尽所长的新型设计方法。人将设计方法转换成计算机可以处理的数学模型和解析这些模型的程序，并在程序运行过程中评价设计结果，控制设计过程；计算机发挥其分析计算和存储信息的能力完成设计各个环节的工作，包括设计构思、资料查询、计算分析、自动绘制零件图与装配图；还可模拟零件成形过程并对冲模过程进行动态分析，减少了试模、返修等工作。一些复杂形状零件成形模制前可以利用计算机在显示屏上形象地模拟成形过程中材料的变形与流动，显示温度场、压力场的分布，缩短了试模周期，增大了试模的一次成功率。采用模具CAD/CAM促进了设计制造一体化进程[2]。在模具CAD各类通用软件中，使用较多的一般是AutoCAD、Catia、UG、Pro/E、Cimatrom等，本次设计按实际情况及要求采用AutoCAD软件绘制相关的图形。2冲压模具概述2.1冲压模具在工业生产中，用各种压力成形机械（如压力机、塑料注射机、压铸机等）和装在其上的专用成形工具，通过压力把金属或非金属材料制成所需形状的零件或制品，这种专用成形工具统称为模具。模具是由机械零件构成，它与相应的压力成型机械相配合，具有直接改变金属或非金属材料的形状、尺寸、相对位置和性质，使之成形为合格制品或半成品零件。它是一种高效率的工艺装备。在工业生产中，用模具进行各种材料的成形，可实现高速度的大量生产，并能在大量生产条件下稳定地保证制件的质量。同时，具有节约原材料、制件成本低廉等一系列优点。因此。在现代工业生产中模具的应用日益广泛，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。模具工业的水平和发展状况已被认为是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。冲压加工简称冲压又称为冷冲压或板料冲压，是借助于常规或专用设备的动力，使板料在模具里直接得到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的生产技术，它是塑性成形的加工方法之一。冲压是一项应用广泛、量大面广的金属压力加工工艺，也是机电产品制造也尤其是电子与仪表行业以及其他各金属加工业普遍使用的少无切削废料排样的金属加工方法之一。实施冲压工艺的主要工具及手段，就是用各种不同类型的冲模在压力机上对金属或非金属板、条、棒、块料以及各种断面的型材，在常温或加热状态下，进行分离、变形等冲压加工，获得一定形状和尺寸的零件或毛坯件。冲压工艺已突破常规的毛皮加工范2围，不仅能直接从原材料冲制出能与机械加工媲美的成品零件，还可以沉孔、攻丝及铆接，更为重要的是，冲压加工能完成其它工艺方法所无法完成的形状复杂的工件。而其所使用的成型工具称为冷冲压模具，简称冲模。冲模设计的是否合理对冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等影响很大[2]。因此，研究冲压模具的结构，提高冲压模具的各项技术指标，对冲压模具设计和冲压技术的发展是十分必要的[3]。2.2冲压加工特点随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，模具已成为当代工业生产的重要手段，冲压生产和模具工业得到了世界各国的高度重视。由于冲压加工具有节材、节能和生产率高等突出特点，决定了冲压产品成本低廉，效益较好，因而冲压生产在制造行业中占有重要地位。冲压生产主要是利用冲压设备和模具实现对金属材料（板材）的加工过程。所以冲压加工有如下特点[4]：（1）生产率高、容易实现机械化和自动化，特别适合于成批大量生产；（2）冲压零件表面光洁，尺寸精度稳定，互换性好，成本低廉；（3）在低耗材的情况下，可以获得强度高、刚度大、而重量小的零件；（4）可得到其他加工方法难以加工或无法加工的复杂形状零件。3零件工艺性分析图1零件图表1零件设计相关要求零件名称生产批量材料厚度拉杆大批量08钢t=0.5mm表208钢金属板料的力学性能[4]材料名称牌号材料状态抗剪强度MPa/抗拉强度伸长率屈服强度3MPab/%/10MPas/优质碳素结构钢08已退火360~260450~33032200拉杆冲裁模为平面零件落料冲孔的一道复合工序，零件要求在金属板上一次性冲出满足形状尺寸的工件。该冲裁件形状简单，但却不对称。现对该工件进行工艺性分析：（1）、冲裁件的悬臂和凹槽宽度a不应小于板料厚度t的两倍，即ta2；（2）、冲裁件上孔与孔、孔与边缘的距离b、1b不应过小，一般tb5.1，tb1；（3）、为防止冲裁时凸模折断或弯曲，冲裁时孔径不能太小。冲孔最小直径与孔的形状、板料力学性能、板料厚度有关，见表1所示；（4）、冲裁件的尺寸精度。金属冲裁件的内、外形的经济精度不高于IT11级，见表二所示。一般落料精度最好低于IT10级，冲孔精度最好低于IT9级。（5）、冲裁件的外形或内孔应避免尖角，各直线或曲线的连接处应当有适当的圆角转接，转接半径r的最小值可以根据材料、转角角度来确定，见下表[5]。表3冲裁件转接圆角r（mm）材料转接圆角r(090)低碳钢0.3t由上表可以计算出冲裁件转接圆角半径为0.15mm。图2冲裁件狭槽尺寸、孔边距和孔间距要求表4一般冲孔模可冲压的最小孔径（t为材料厚度，mm）4材料MPa400钢td0.1经分析知：tdtbtbtbtata225.225.14.17.02.56.22.36.121121121据以上数据显示此次冲裁件的各项尺寸满足冲裁工艺要求[6]。4排样方式的设计4.1搭边冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间留下的工艺余料称为搭边。搭边的作用是：避免因送料误差发生零件缺角、缺边或尺寸超差；使凸、凹模刃口受力均衡，提高模具使用寿命及冲裁件断面质量；此外利用搭边还可以实现模具的自动送料。冲裁时，搭边过大，会造成材料浪费，搭边太小，则起不到搭边应有的作用，过小的搭边还会导致板料被拉进凸、凹模间隙，加剧模具的磨损，甚至会损坏模具刃口。搭边的合理数值主要取决于冲裁件的板料厚度、材料性质、外廓形状及尺寸大小等。一般说来，材料硬时，搭边值可取小些；材料软或脆性材料时，搭边值应取大些；板料厚度大，需要的搭边值大；冲裁件的形状复杂，尺寸大，过渡圆角半径小，需要的搭边值大；手工送料或有侧压板导料时，搭边值可取小些。搭边值通常由经验确定，表四列出了此次冲裁时用到的最小搭边值[7]。表5最小工艺搭边值（mm）材料厚度55.0~25.0工作间距1a边距a1.82.04.2送料步距与条料宽度4.2.1送料步距A：模具没冲裁一次，条料在模具上前进的距离称为送料步距。当单个步距内只冲裁一个零件时，送料步距的大小等于条料上两个零件对应点之间的距离，如表三所示；1aDA式中：A——送料步距，mm;D——平行于送料方向的冲裁件宽度，mm；1a——冲裁件之间的搭边值，mm。则：mmaDA98.178.118.1614.2.2条料宽度B：冲裁前通常需按要求将板料裁剪为适当宽度的条料。为保证送料顺利，不因条料过宽而发生卡死现象，条料的下料公差规定为负偏差。相关数据计算：00)2(balB式中：B——条料宽度，mm；l——冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸，mm；a——冲裁件与条料侧边之间的搭边，mm；——条料下料时的下偏差值，见表五，mm；0b——条料与导料板之间的间隙，见表六，mm。则：mmbalB05.005.0008.10)5.00.223.6()2(表6条料下料宽度偏差表（mm）材料厚度/tmm条料宽度150100~50200~100400~2000.50.50.51.0表7条料与导料板之间的间隙0b材料厚度/tmm无侧压装置有侧压装置1条料宽度100200~100300~2001001000.50.61.05.08.064.2.3材料利用率材料利用率是冲压工艺中一个重要的经济技术指标。其计算可用一个步距内冲裁件的实际面积与毛坯面积的百分比表示：%10001SS式中：1S——一个步距内冲裁件实际面积，mm2；1S——一个步距内所需毛坯面积，mm2。则：%6.24%100424.278616.67%10001SS4.2.4送料方式自动送料装置的作用：送料装置是冲压自动化的主要组成部分。在通用压力机上采用自动送料装置进行自动或半自动生产，一般可使生产效率提高2～3倍。在高效自动冲压设备上配以相应的自动检测装置及送料装置等，其生产率可提高4～5倍，甚至更高。所以，冲压加工过程实行自动化是提高生产效率和保障安全生产的根本途径[8]。拉杆冲裁模的冲裁件的生产纲领是大批量生产，采用半自动送料和自动送料设计的送料装置会使模具很复杂，为了降低成本，满足加工需要，故选择手工送料方式进行送料。图3排样图5冲裁模刃口尺寸的设计5.1冲裁间隙的作用冲裁模凸、凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙，用Z表示，又称双面间隙（单面间隙用2/Z表示）。1间隙对冲裁过程的影响（1）间隙对冲裁件质量的影响一般说来，冲裁间隙小，冲裁件断面质量就高；间隙过大，板料的弯曲、拉伸严重，断7面产生撕裂，光亮带减小，圆角带与断裂斜度增加，毛刺较大。另外，冲裁间隙过大时，冲裁件尺寸及形状也不易保证，零件精度较低。（2）间隙对冲裁力的影响冲裁间隙小，所需的冲裁力大；冲裁间隙大，材料容易分离，所需的冲裁力就小，但过大的冲裁间隙会导致毛刺过大，造成卸料力、推件力等迅速增加，反而对减小冲裁力不利。（3）间隙对模具寿命的影响增大模具间隙，有利于减小模具磨损，避免凹模刃口胀裂，提高模具的使用寿命[6]。5.2合理冲裁间隙的确定（1）经验确定法生产中常用下述经验公式计算合理间隙Z的数值。ctZ式中：t——材料厚度，mm；c——系数，与材料性能及厚度有关，当mmt3时，%12~%6c