模具设计与制造毕业论文总结

摘要：在冲压过程中，机械运动贯穿始终。各种冲压工艺的实现都有其基本运动机理，这种运动是与模具密切相关的，各种模具的结构设计和力学设计最终都是为了满足其能够实现特定运动的要求。设计的模具能否严格完成实现冲压工艺所需的运动，直接影响到冲压件的品质，所以在模具设计中应对机械运动进行控制。同时为了达到产品形状尺寸的要求，不能够拘泥或局限于各种工艺基本运动模式中，而应不断发展和创新，在模具设计中对机械运动灵活运用。摘要：在冲压过程中，机械运动贯穿始终。各种冲压工艺的实现都有其基本运动机理，这种运动是与模具密切相关的，各种模具的结构设计和力学设计最终都是为了满足其能够实现特定运动的要求。设计的模具能否严格完成实现冲压工艺所需的运动，直接影响到冲压件的品质，所以在模具设计中应对机械运动进行控制。同时为了达到产品形状尺寸的要求，不能够拘泥或局限于各种工艺基本运动模式中，而应不断发展和创新，在模具设计中对机械运动灵活运用。 关键词：冲压模具设计 机械运动 控制 灵活运用 1.引言 本论文是以冲压工艺学基本理论为依据，通过对各种冲压工艺基本运动的分析，提出了对冲压模具设计的要求。首先阐述冲压过程中，机械运动的基本概念，然后逐项分析了冲裁、弯曲、拉深工艺的基本运动机理，指出模具设计中应着重控制到的内容，并介绍了在模具设计中对机械运动灵活运用的方法和一些实例。最后总结了根据具体情况进行产品工艺运动分析的方法，并强调在模具设计中，对机械运动的控制和灵活运用对提高设计水平和保证冲压件品质的重要意义。 2.冲压过程中机械运动的概述 中国塑料模具网 冷冲压就是将各种不同规格的板料或坯料，利用模具和冲压设备（压力机，又名冲床）对其施加压力，使之产生变形或分离，获得一定形状、尺寸和性能的零件。一般生产都是采用立式冲床，因而决定了冲压过程的主运动是上下运动，另外，还有模具与板料和模具中各结构件之间的各种相互运动。 机械运动可分为滑动、转动和滚动等三种基本运动形式，在冲压过程中都存在，但是各种运动形式的特点不同，对冲压的影响也各不相同。 既然冲压过程存在如此多样的运动，在冲压模具设计中就应该对各种运动进行严格控制，以达到模具设计的要求；同时，在设计中还应当根据具体情况，灵活运用各种机械运动，以达到产品的要求。 冲压过程的主运动是上下运动，但是在模具中设计斜楔结构、转销结构、滚轴结构和旋切结构等，可以相应把主运动转化为水平运动、模具中的转动和模具中的滚动。在模具设计中这些特殊结构是比较复杂和困难，成本也较高，但是为了达到产品的形状、尺寸要求，却不失为一种有效的解决方法。 3.冲裁模具中机械运动的控制和运用 冲裁工艺的基本运动是卸料板先与板料接触并压牢，凸模下降至与板料接触并继续下降进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动导致板料分离，然后凸、凹模分开，卸料板把工件或废料从凸模上推落，完成冲裁运动。卸料板的运动是非常关键的，为了保证冲裁的质量，必须控制卸料板的运动，一定要让它先于凸模与板料接触，并且压料力要足够，否则冲裁件切断面质量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具寿命减少。 按通常的方法设计落料冲孔模具，往往冲压后工件与废料边难以分开。在不影响工件质量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增加一些凸出的限位块，以使落料冲孔运动完成后，凹模卸料板先把工件从凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把废料也从凸凹模上推落，这样一来，工件与废料也就自然分开了。 对于一些有局部凸起的较大的冲压件，可以在落料冲孔模的凹模卸料板上增加压型凸模，同时施加足够的弹簧力，以保证卸料板上压型凸模与板料接触时先使材料变形达到压型目的，再继续落料冲孔运动，往往可以减少一个工步的模具，降低成本。 有些冲孔模具的冲孔数量很多，需要很大冲压力，对冲压生产不利，甚至无足够吨位的冲床，有一个简单的方法，是采用不同长度的2～4批冲头，在冲压时让冲孔运动分时进行，可以有效地减小冲裁力。 对那些在弯曲面上有位置精度要求高的孔（例如对侧弯曲上两孔的同心度等）的冲压件，如果先冲孔再弯曲是很难达到孔位要求的，必须设计斜楔结构，在弯曲后再冲孔，利用水平方向的冲孔运动可以达到目的。对那些翻边、拉深高度要求较严需要做修边工序的，也可以采用类似的结构设计。 4.弯曲模具中机械运动的控制和运用 弯曲工艺的基本运动是卸料板先与板料接触并压死，凸模下降至与板料接触，并继续下降进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动，导致板料变形折弯，然后凸、凹模分开，弯曲凹模上的顶杆（或滑块）把弯曲边推出，完成弯曲运动。卸料板及顶杆的运动是非常关键的，为了保证弯曲的质量或生产效率，必须首先控制卸料板的运动，让它先于凸模与板料接触，并且压料力一定要足够，否则弯曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，应确保顶杆力足够，以使它顺利地把弯曲件推出，否则弯曲件变形，生产效率低。对于精度要求较高的弯曲件，应特别注意一点，最好在弯曲运动中，要有一个运动死点，即所有相关结构件能够碰死。 有些工件弯曲形状较奇特，或弯曲后不能按正常方式从凹模上脱落，这时，往往需要用到斜楔结构或转销结构，例如，采用斜楔结构，可以完成小于90度或回钩式弯曲，采用转销结构可以实现圆筒件一次成型。 值得一提的是，对于有些外壳件，如电脑软驱外壳，因其弯曲边较长，弯头与板料间的滑动，在弯曲时，很容易擦出毛屑，材料镀锌层脱落，频繁抛光弯曲冲头效果也不理想。通常的做法是把弯曲冲头镀钛，提高其光洁度和耐磨性；或者在弯曲冲头R角处嵌入滚轴，把弯头与板料的弯曲滑动转化为滚动，由于滚动比滑动的摩擦力小得多，所以不容易擦伤工件。

1.塑性变形体积不变条件，塑性变形时，物体体积的变化与平均应力成正比。 ，其产生的主应变图可能有三类：1.具有一个正应变及负应变；2.具有一个负应变和两个正应变；3.一个主应变为零，另两个应变之大小相等符号相反。2.冲裁是利用模具使板料产生分离的一种冲压工序，冲裁是最基本的冲压工序。冲裁是分离工序的总称，她包括落料、冲孔、切断、修边、切舌、弯曲等多种工序。一般来说，冲裁主要是指落料和冲孔工序。3.冲裁的变形过程：1.弹性变形阶段（变形区内部材料应力小于屈服应力 ）；2.塑性变形阶段（变形区内部材料应力大于屈服应力）；3.断裂分离阶段（变形区内部材料应力大于强度极限） 。4.冲裁断面可分为明显的四个部分：塌角、光亮、毛面和毛刺。5.冲裁件质量：指断面状况、尺寸精度和形状误差。在影响冲裁件质量的组成因素中，间隙时主要的因素之一。冲裁件的断面质量主要指塌角的大小、光面约占板厚的比例、毛面的斜角大小及毛刺等。间隙合适时，冲裁时上下刃口处所产生的剪切裂纹基本重合，这时光面约占板厚的1/2~1/3，切断面的塌角、毛刺和斜度均很小，完全基本满足一般冲裁件的要求。间隙过小时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向外错开一段距离；间隙过大时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向内错开一段距离，材料的弯曲与拉申增大，拉应力增大，塑性变形阶段较早结束，致使断面光面减小，塌角与斜度增大，形成厚而大的拉长毛刺，且难以去除，同时冲裁件的翘曲现象严重，影响生产的正常进行。（材料的相对厚度越大，弹性变形量越小，因而制件的精度也越高。冲裁件尺寸越小，形状越简单则精度越高。）凸凹模刃口尺寸计算的依据和计算准则：在冲裁件尺寸的测量和是使用中，都是以光面的尺寸为基准。落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的。故计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别进行，其原则如下：1.落料：落料件光面尺寸与凹模尺寸相等，故应与凹模尺寸为为基准（落料凹模基本尺寸应去工件尺寸公差范围内的较小尺寸。）；2.冲孔：工件光面的孔径与凸模尺寸相等，故应与凸模尺寸为基准。（因冲孔的尺寸会随凸模的磨损而减小，故冲孔凸模基本尺寸应去工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸）；3.孔心距：当工件上需要冲制多个孔时，孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证。4.冲模刃口制造公差：凸凹模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凹凸模间隙值，保证模具一定的使用寿命。5.工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。 7.冲裁件在条料、带料或板料的布置方法叫排样。冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫做材料的利用率，它是衡量合理利用材料的技术经济指标。8.冲裁所产生的废料可分为两类：一是结构废料，是由冲件的形状特点产生的；二是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边以及料头、料尾和边料而产生的废料，称为工艺废料。9.排样方法：有废料排样、少废料排样、无废料排样。10.搭边值的确定：排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫做搭边。搭边的有两个作用：一是补偿了定位误差和剪板误差，，确保冲出合格零件；二是可以增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率。11.冲模压力中心的确定：冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该压力机滑块的中心线。12.冲裁模具的分类：1.单工序模：无导向单工序冲裁模，导板式单工序冲裁模，导柱式单工序冲裁模；2.级进模是在压力机一次行程中，在模具的不同位置上同时完成数道冲压工序：固定挡料销和导正销定位的级进模，测刃定距的级进模；3.复合模是在压力机的一次行程中，在一副模具的统一位置上完成数道冲压工序：根据安装位置不同（凸模、凹模）正装式复合模、倒装式复合模；13. 模具强度对排样的要求：孔距小的冲件，其孔要分步冲出，工位之间凹模壁厚小的，应增设空步，外形复杂的冲件应分步冲出，以简化凸、凹模形状，增强其强度，便于加工和装配，测刃的位置应尽量避免导致凸凹模局部工件而损坏刃口。14.从正装式和倒装式复合模具结构分析中可以看出，两者各有优缺点。正装式较适用于冲制材料较软的或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。而倒装式不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推荐，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供有利条件，故应用十分广泛。，总之复合模生产效率高，冲裁件的内孔与外圆的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲裁的轮廓尺寸较小。但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。15.始用挡料装置：在级进模中为了解决首件定位问题，需要设置始用挡料装置。16.卸料装置：1.固定卸料装置；2.弹压卸料装置（卸料及压料作用，冲压质量较好，平直度较高，适用，质量要求要高的冲载和薄板）；3.废料切刀装置。17.弯曲：是将板料、棒料、型材或管料等弯曲一定形状和角度的零件的一种冲压成形工序。18.应变中性层：在缩短与伸长两变形区域之间，必有一层金属纤维变形前后长度保持不变。19.弯曲变形区内板料横断面形状变化分为：1.宽板弯曲时，横断面形状几乎不变，仍为矩形；2.窄板弯曲时，原矩形断面变成了扇形。生产中一般为宽板弯曲。20.r/t称为板料的相对弯曲半径，是表示板料弯曲变形程度的重要参数。相对弯曲半径越小，表示弯曲变形程度越大。21.板料塑性弯曲的变形特点：1.应变中性层位移的内移；2.变形区内板料的变薄和增长；3.变形区板料剖面的畸变、翘曲和破裂。22.最小弯曲半径：在保证弯曲件毛坯外表面纤维不发生破坏的条件下，工件所能弯曲成的内表面最小圆角半径，称为最小弯曲半径。生产中用它来表示材料弯曲时的成形极限。23.影响最小弯曲半径的因素：1.材料的力学性能；2.零件弯曲中心角的大小；3.板料的轧制方向与弯曲线夹角的关系；4.板料表面及冲裁断面的质量；5.材料的相对宽度；6.板料厚度24.回弹现象：回弹现象产生于弯曲变形结束后的卸载过程。25.影响回弹的因素：1.材料的力学性能；2.相对弯曲半径r/t；3.弯曲中心角；4.弯曲方式及校正力大小；5.工件形状；6.模具间隙。26.拉深：是利用模具将平面毛坯制成开口空心零件的一种冲压工艺方法。27.起皱和拉裂是影响拉深过程的两个主要因素：28.起皱：在拉深过程中，毛坯凸缘在切向压应力作用下，可能产生塑性失稳而拱起的现象。29.起皱的原因：毛坯凸缘的切向压应力过大，最大切向压应力产生在毛坯凸缘外缘处，所以起皱首先在外缘处开始。30.拉裂：影响摩擦阻力的因素有：1.压边力的影响；2.相对圆角半径的影响；3.润滑的影响；4.凸凹模间隙的影响；5.表面粗糙度的影响。31.拉深系数：是指每次拉深后圆筒形零件的直径与拉深前毛坯的直径之比，m表示。32.极限拉深系数：把材料既能拉深成形又不被拉断时的最小拉深系数。33.影响拉深系数的因素：1.材料力学性能的影响；2.材料相对厚度的影响；3.拉深次数的影响；4.压边力的影响；5.模具工作部分圆角半径及间隙的影响。34.塑料的分类：1.按照合成树脂的分子结构和受热时的行为分类：热塑性塑料、热固性塑料；2.按塑料应用范围分类：通用塑料、工程塑料、特种塑料。35.聚合物的热力学性能：聚合物的物理、力学性能与温度密切相关，当温度变化时，聚合物的受力行为发生变化，呈现出不同的力学状态，表现出分阶段的力学性能特点。在温度较低时（低于 温度时）曲线基本水平的，变形量很小。当温度上升时（ ）曲线开始急剧变化，很快趋于水平。如果温度继续上升，变化迅速发展，弹性模量很快下降，聚合物产生粘性流动，成为粘流态，此时变化是不可逆的物体成为液态。36.注射工艺过程，注射过程一般包括加料、塑化、注射、冷却和脱模。37.制品的后处理：塑料制品脱模后常需要进行适当的后处理（退火和调试），以便改善和提高制品的性能和尺寸的稳定性。38.压力：注射成型过程中的压力包括塑化压力与注射压力两种。塑化压力又称背压，是指注射机螺杆顶部的熔体在螺栓保持不后退时所产生的压力。注射压力：用以克服熔体从料筒流向型腔的流动阻力，提供充模速度及对熔体进行压实等。39.根据工艺的有关要求，应尽量使制品各部分的壁厚均匀，避免局部太厚与太薄，否则，成型后因收缩不均会使制品变形或产生缩孔、凹陷及填充不足等缺陷。P8340.注射模由动模与定模两大部分组成。41.根据模具中各个零件的不同功能，注射模可由以下七个系统和机构组成：1.成型零部件；2.浇注系统；3.导向与定位机构；4.脱模机构；5.侧向分型与抽心机构；6.温度调节系统；7.排气系统。42.按模具总体结构特征分类：1.单分型面注射模；2.双分型面注射模；3.带有侧向分型与抽心机构的注射模；4.带有活动成型零件的注射模；5.机动脱螺纹的注射模；6.无流道注射模。43.分型面：是模具上用于取出塑件和浇注系统冷凝料的可分离的接触面。44.选择分型面的原则：基本原则-分型面应选择在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺便脱模。还应考虑因素：1.分型面的选择应便于塑件脱模并简化模具结构；2.分型面的选择应考虑塑件的技术要求；3.分型面应尽量选择在不影响塑件外观的位置；4.分型面的选择应有利于排气；5.分型面的选择应便于模具零件的加工；6.分型面的选择应考虑注射机的技术参数。45.注射系统的组成及作用：浇注系统是指模具中塑料熔体由注射机喷嘴至型腔之间的进料通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密，轮廓清晰，表面光洁、尺寸精确的塑件。46.浇注系统的组成：主流道、分流道、浇口、冷料穴（它可以设置在主流道的末端，还可以设置在各分流道的转向处，甚至在型腔料流的末端）。47.流道设计：1.主流道一般设计成圆锥形，其锥角一般在2~4°内壁表面粗糙度为0.4~0.8um；2.为了保证主流道与注射机喷嘴紧密接触，防止料漏，一般主流道与喷嘴对接处作成球面凹坑，其半径 ，其最小直径 。凹坑深度取h=3~5mm；3.为减少熔体冲模时的压力损失和塑料损耗，应尽量缩短主流道的长度，一般主流道的长度控制在60mm内。48.凹模的结构设计： 凹模也可以称为型腔、凹模型腔，用以形成塑件的外形轮廓，按结构形式的不同可分为：整体式，整体嵌入式、镶拼组合式和瓣合式四种类型。49.凸模和型心的结构形式分为：整体式、整体嵌入式、镶拼组合式、活动式等。50.导向机构的作用：注射模导向与定位机构，主要用来保证动模和定模两大部分和模内其他零件之间的准确配合和可靠的分开，以避免模内各零件发生碰撞和干涉，并确保塑件的形状和尺寸精度。51.导向机构的设计：导向机构的作用：导向、定位、承受一定的侧压。导柱导向机构是利用导柱与导柱孔之间的间隙配合来保证模具的对合精度，导柱、导套组合形式。52.脱模机构的分类：1.推杆，推出塑件；2.推杆固定板，固定推杆；3.推板导套，为推板运动导向；4.推板导柱 为推板运动导向；5.拉料杆 使浇注系统凝料从模具中脱出；6.推板；7.支承钉；8.复位杆 使推板在顶出塑件后复位。53.脱模机构的设计原则：1.脱模机构运动的动力一般来自于注射机的推出机构，故脱模机构一般设置在注射模的动模内；2.脱模机构应使塑件在顶出过程中不会变形损坏；3.脱模机构应能保证塑件在顶出开模过程中留着设置有顶出机构的动模内；4.脱模机构应尽量简单可靠，有合适的推出距离；5.若塑件需留在动模内，脱模机构应设置在定模内。54.简单脱模机构的形式：推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、推块推出机构、联合推出机构、压缩空气推出机构。55.复位机构的设计：为了进行下一循环的成型，脱模推出机构在完成塑件的顶出动作后必须回到初始位置。常用的复位机构：弹簧复位（在推板与动模支承板之间安装压缩弹簧）和复位杆复位两种。顶出形式：推件板顶出、推杆顶出、推管顶出，一般需要设置复位机构。56.斜导柱抽芯机构分类：斜导柱在定模、滑块在动模，斜导柱和滑块同在定模，斜导柱在动模、滑块在定模，斜导柱和滑块同在动模。57.斜导柱的倾斜角：抽拨力Q一定时，倾斜角 减小，倾斜柱所受的弯曲力P也越小；但当导柱的有效工作长度一定时，若倾斜角 减小，抽心距S也将减少，这对抽心不利。故确定斜导柱的倾斜角 时，要兼顾抽心距以及斜导柱所受的弯曲力，通常采用15°~20°，一般不大于25°。58.压紧块的锲角 ，压紧块的锲角 通常比斜导柱倾斜角 大2°~3°。这样才能保证，模具一开模时压紧块就能和滑块脱开，否则，斜导柱将无法带动滑块作侧抽心动作。59.先复位装置设计：1.模具设计中的“干涉”现象，在侧向型芯和推杆垂直于开模方向的投影发生重合的情况下，合模时侧向型心芯可能与推杆发生碰撞，这种现象称为磨具设计中的“干涉”现象。 60.避免干涉措施：1.尽量避免把推杆布置在侧向型心在垂直于开模方向平面上的投影范围内。2.使推杆的推出距离小于活动型心最低面，如果结构不允许，应保证h-scot >0.5mm。当h只是略小于scot 时，可通过适当增大 角来避免干涉；3.当以上两点都不能实施时，可采用推杆先复位机构，优先使推杆复位，然后滑块才复位。61.比较常见的推杆先复位机构有：弹簧先复位机构、三角形滑块先复位机构、杠杆先复位机构和摆杆先复位机构。1-4说明：作图壁厚不均匀，易产生气泡使塑件变形，右图壁厚均匀，改善了成型工艺条件，有利于保证质量。5说明：平顶塑件，采用侧浇口进料时，为了避免平面上留有熔接痕，必须保证平面进料通畅，故a>b。6说明：壁厚不均匀塑件，可在易产生凹痕表面采用波纹形式或在壁厚处开工艺孔，以掩盖或消除凹痕。1说明：增设加强肋后，可提高塑件强度，改善料流状况。2.说明：采用加强肋，既不影响塑件强度，又可避免因壁厚不匀而产生缩孔。3说明：平板状塑件，加强肋应与料流方向平行，以免造成充模阻力过大和降低塑件韧性。4.说明：非平板状塑件，加强肋应交错排列，以免塑件产生翘曲变形。5说明：加强肋应设计的矮一些，与支撑面应有大于05mm的间隙。倒装式复合模1-打杆2-模3-推板 4-推杆 5-卸料螺钉 6-凸凹模 7-卸料板 8-落料凹模 9-顶件块 10-带肩顶杆 11-冲孔凸模 12-挡料销 13-导料销 正装式复合模1-导料销2-挡料销3-凹凸模 4-弹压卸料板 5-凹模 6-凸模 7-打杆 8-推板 9-推杆 10-推件板正装式复合模

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