学位论文-—单耳止动说明书.doc

目录
1 冲压件工艺性分析.......................................3
1.1零件材料..............................................................3
1.2结构..................................................................3
1.3厚度..................................................................3
1.4生产批量..............................................................3
1.5零件尺寸及其精度......................................................3
2 确定工艺方案...........................................4
3 排样图的设计和计算.....................................6
3.1 排样图设计原则.......................................................7
3.2 排样图方式...........................................................7
3.3 材料利用率计算.......................................................8
4 冲裁力的计算..........................................10
4.1冲裁力...............................................................10
4.2 其它冲裁力的计算.....................................................11
5 选择压力设备..........................................12
6 工作零件刃口尺寸的计算................................13
6.1 凸凹模间隙..........................................................13
6.2 刃口加工方式选择.....................................................14
7 模具总体结构设计.......................................14
7.1 模具类型的选择.......................................................14
7.2 送料方式.............................................................15
7.3 卸料和出件方式.......................................................15
8 主要零部件设计.........................................16
8.1 工作零部件的设计......................................................17
8.2 模架的设计...........................................................19
8.3 导向零件的设计.......................................................21
8.4 定位零件的设计.......................................................22
8.5 卸料部件的设计.......................................................24
9 模具二维总装图........................................25
10 心得体会..............................................26

1 冲压件工艺性分析
此次冲压件为单耳止动垫片，规格为8mm,材料为Q235，经退火处理。
1.1零件材料：Q235。这种材料属于普通碳素结构钢，属于低碳钢。由于其铁素体含量多，故其塑性、韧性优良，力学性能较好，其抗剪强度τ为255-373Mpa，抗拉强度бb为432-461Mpa，屈服强度бs为253Mpa，伸长率δ为21-25%。
1.2结构：结构相对简单，有一个直径为8.76mm的孔，孔与边缘间的间距也满足冲压手册上的要求。
1.3厚度：t=0.5mm
1.4生产批量：大批量
1.5零件尺寸及其精度：如图1.1

图1.1
根据零件图，零件图上的尺寸未注公差，属自由尺寸，未标公差按IT13级，查《互换性与技术测量》P17查表2-1，查出了各尺寸的极限偏差数值。

获得各标准公差数值
A类尺寸
R4
R40—0.18
B
类尺寸
Φ8.76
Φ8.760—0.36
Φ22
Φ220—0.32
注：
摘自GB/T 1800.2-1998。
20
20+0.42 -0.42
8
R40—0.22
16
160—0.27

2 确定工艺方案
方案一：用二次工序进行冲压（见图1.2）

图1.2
工序1—用简单冲模冲孔
工序2 —用落料简单模落料
方案二：用复合模，将孔及外形一次冲出（见图1.3）

图1.3
方案三：用级进模在一次工序中将零件冲出（见图1.4）

图1.4
分析比较各方案的优缺点：
第一方案的特点：是模具结构简单，易于制造，缺点是生产效率低和冲裁件精度低，另外，各次工序所需的冲压力小，可解决冲压吨位不够的问题。
这个方案需要二次冲压工序，在落料工序中，要进行定位，操作不方便，多工序冲裁时，生产效率低，累积误差大，与本零件生产批量大和尺寸精度地，不相适合。
第二方案由于将各工序复合在一起，一次冲成能保证较高的生产率，而且操作比较安全。再者复合模冲裁时，零件精度主要决定于模具制造精度，当采用精度为IT10级以上复合模冲压本零件时，可保证零件所要求的各项精度指标。由于复合模进行冲裁时，弹性卸料板将毛坯压紧,再进行冲压，因此断面质量较高，工件平整，材料利用率高，由于复合模结构复杂，不易制造，成本较高。
第三方案：工件和冲孔废料都可由压力机台下排出。操作方便安全，生产效率高，易实现生产机械化和自动化，如果，同时采用弹性卸料装置，在冲压时，卸料板压住板料，所以冲裁件的平整度提高，适于一般精度的冲压工件。连续模材料利用率低，制造成本高，维修、维护困难，计算复杂，但此复合模成本低。
综合考虑，此零件的精度要求不高且形状简单，批量很大，在保证精度的情况下，应尽量降低成本，提高经济效益，所以选择方案二。

3.排样图的设计与计算

设计复合模首先要设计排样图。这是设计复合模的重要依据。排样的要求是切除废料，最后根据需要将零件从条料上分离下来。排样设计的内容包括：确定被冲工件在条料上的排列方式；确定条料载体的形式；确定条料宽度和步距尺寸，从而确定了材料利用率。排样图的好坏对模具设计的影响很大，需要设计出多种方案加以分析、比较、综合与归纳，以确定一个经济、技术效果相对较合理的方案，衡量排样设计的好坏主要是看其工作安排是否合理，能否保证冲件的质量并使冲压过程正常、稳定的进行，模具结构是否简单、制造维修是否方便，能否得到较高的材料利用率，是否符合制造和使用单位的习惯和实际条件等等。
3.1 排样图设计原则
（1） 先冲孔，后冲外形。
（2） 复杂型孔可分解为若干简单型孔，分步进行冲裁。
（3） 工序要分散，以确保凹模有足够的强度。所有的孔不应在同一工位上冲切，最好分开。布置在同一工位及相邻工位上的冲切轮廓（包括孔）的间距不应小于凹模最小壁厚。
（4） 尺寸与形状要求高的轮廓应布置在较后的工位上冲切。
（5） 有孔位精度要求的孔应在同一工位上冲，若无法安排在同一工位上时，可安排在相近的工位上冲。
（6） 孔精度有要求并与轮廓靠近，冲外轮廓时孔可能会变形，应先冲外形后冲孔。
（7） 外形薄弱部分的冲切应安排在较前的工位上。
（8） 轮廓周界较大的冲切工艺，尽量安排在中间工位，以使压力中心与模具几何中心重合。
3.2 排样图方式
此次单耳止动垫片复合模具的设计的排样方式初选竖排、横排和斜排。
3.3 材料利用率计算
3.3.1 竖排材料利用率计算
用UG计算冲裁件面积：A=333.40mm²

方案一：竖排

(1)设计假设每条带料冲10个冲件，n=10；
(2)冲裁件面积:A=333.40mm²；
(3)搭边值：a=1mm,a1=0.8mm;
(4)条料宽度：B=31+2×1=33mm
(5)条料长度：S=16+1=17，L=2a+9a1+10B1=169.2mm
(6)一个步距的材料利用率：η=A/BS=59.43%
(7)总的材料利用率：η1=59.71%
方案二：横排

(1)设计假设每条带料冲10个冲件，n=10；
(2)冲裁件面积:A=333.40mm²；
(3)搭边值：a=1mm,a1=0.8mm;
(4)条料宽度：B=16+2×1=19mm
(5)条料长度：S=20+0.8+11=31.8，L=2a+9a1+10(10+11)=319.2mm
(6)一个步距的材料利用率：η=A/BS=55.18%
(7)总的材料利用率：η1=54.97%
方案三：斜排

(1)设计假设每条带料冲10个冲件，n=10；
(2)冲裁件面积:A=333.40mm²；
(3)搭边值：a=1mm,a1=0.8mm;
(4)条料宽度：B=31.21+2×1=33.21mm
(5)条料长度：S=18.25，L=2a+9a1+10×19.51=204.3mm
(6)一个步距的材料利用率：η=A/BS=55.01%
(7)总的材料利用率：η1=49.14%
对4种排样方案比较：

排样方式
冲裁面积A（mm²）
步距S（mm）
调料宽度
（mm）
一个步距的材料利用率（%）
总材料利用率（%）
竖排
333.40
17
33
59.43
59.71
横排
333.40
31.8
19
55.18
54.97
斜排
333.40
18.25
33.21
55.01
49.14
三种排样方式相比，综合考虑材料的利用率，模具的设计，加工工艺等因素，采用竖排排样方式。
4 冲裁力的计算
冲压力是选择压力机的主要依据,也是设计模具所必需的数据。
4.1冲裁力
对于普通平刃口的冲裁,其冲裁力F=KLtτb

式中： —冲裁力（N）；
—冲裁件的周长（mm）；
—材料厚度；
τb —材料抗剪强度（MPa）
查《模具设计与制造简明手册》 P75页表1-4-19，得：τb=304～372MPa，取τb＝340Mpa。
UG计算的周长：L冲孔=27.51mm；L落料=84.34mm
⑴落料力：F冲孔=Ktτb L冲孔=1.3×27.51×0.5×340=6079.71N
⑵冲孔力：F落料=KtτbL落料=1.3×84.34×0.5×340=18639.14N
⑶冲裁力：F=F冲孔+F落料=24718.85N
4.2 其它冲压力的计算
查《冲压工艺及冲模设计》P47，因t=0.5mm，KX=0.05,KT=0.063
⑴卸料力：Fx=KxF=0.05×2594.79=1297.74N
⑵推出落料件的推件力：
FT1=n1KTF落料=1×0.063×18639.14=1174.27N
落料凹模内的工件数为1，故n1=1；
⑶推出冲孔废料的推件力:
FT2=n2KTF冲孔=5×0.063×6079.71=1915.11N
因t=0.5mm,故h=2.5mm,n2=h/t=5
⑷总冲裁力：F总=F+Fx+FT1+FT2=29105.97N
4.3 压力中心的计算

以冲孔圆心为原点，运Autocad2004对落料外形建立面域，再用massprop命令，即可得出X1为压力中心，坐标为（-2.9 0）

5 选择压力设备
考虑到开式可倾压力机机身为可倾式结构，倾斜时便于冲压件或废料从模具上滑下，可免去取件的步骤，有利于提高生产效率。并且开式的结构便于工人进行手动送料等操作，故选择可倾压力机。
由《模具设计与制造简明手册》表1-82查得J23-25开式可倾压力机的公称压力160k/N，满足使用要求。故选择J23-25开式可倾压力计机，主要参数如下：
项目
参数
公称压力
250KN
滑块行程
65mm
滑块行程次数
55次/min
最大封闭高度
270mm
封闭高度调节量
55mm
滑块中心线至床身距离
200mm
立柱距离
270mm
工作台尺寸
前后370mm；左右560mm
工作台孔尺寸
前后200mm；左右290mm直径260mm
模柄孔尺寸
直径40mm；深度60mm

6 工作零件刃口尺寸的计算
6.1 凸凹模间隙
冲裁件的材料为Q235,料厚s=0.5mm,查《冲压工艺及模具设计》p35，表3-4得Zmin=0.040mm，Zmax=0.060mm,Zmax-Zmin=0.02mm
6.2 刃口加工方式选择：选择凸模与凹模配合加工法
6.2.1 落料A类尺寸：
⑴L=20+0.42 -0.42mm，∆=0.84，查《冲压工艺及冲模设计》P37，表3-5，x=0.5
L凹=（Lmax-x∆）+∆/4 0=(20.42-0.5×0.84)0+0.21=200+0.21mm
⑵B=80 -0.22mm,∆=0.22,查《冲压工艺及冲模设计》P37，表3-5，x=0.75
B凹=（Bmax-x∆）+∆/4 0=（8-0.75×0.22）+0.22/4 0=7.84+0.06 0mm
⑶B1=160 -0.27mm,∆=0.27,查《冲压工艺及冲模设计》P37，表3-5，x=0.75
B1凹=(B1max-x∆)+∆/4 0=(16-0.75×0.27)+0.27/4 0=15.80+0.07 0mm
⑷D=220 -0.52mm.∆=0.52,查《冲压工艺及冲模设计》P37，表3-5,x=0.5
D凹=（Dmax-x∆)+∆/4 0=(22-0.5×0.52）+0.52/4 0=21.74+0.13 0mm
⑸r=40 -0.18mm,∆=0.18,查《冲压工艺及冲模设计》P37，表3-5，x=0.75
r凹=（rmax-x∆)+∆/4 0=(4-075×0.18)+0.18/4 0=3.87+0.05 0mm
落料用的凸模刃口尺寸，按凹模实际尺寸配置，并保证双面间隙
Zmax-Zmin，在凸模上之标注公称尺寸
6.2.2 冲孔B类尺寸
d=8.4+0.36 0mm，∆=0.36，查《冲压工艺及冲模设计》P37，表3-5,x=0.75
d凸=（dmin+x∆)0 -∆/4=(8.4+0.36×0.5)0 -0.36/4=8.580 -0.09mm
冲孔用的凹模尺寸，按凸模实际尺寸配置，保证双面间隙Zmax-Zmin，
在凸模上之标注公称尺寸

7 模具总体结构设计
7.1 模具类型的选择
复合模主要分为倒装复合模和正装复合模，其中倒装复合模结构简单，又可以利用压力机的打杆装置进行推件，并且冲孔废料可直接顺冲裁方向推出，效率较高，故确定采用倒装复合模进行生产。
7.2 送料方式
由于零件形状简单，价格低廉，而自行送料的成本较高，不符合生产实际的要求，故选定送料方式为手工送料。
7.2.1 导料方式
导料方式主要分为导料板与导料销，考虑到采用倒装复合模进行冲裁，并且要进行弹性卸料，所以导料板不符合要求。导料销分为固定式和弹顶式，由于导料销的布置位置离凹模刃口位置较远，所以选择导料方式为固定式导料销，并在凹模上开设避让孔。
7.2.2 挡料方式
考虑到采用倒装复合模进行冲裁，侧刃定距的方式不符合要求。由于导料方式采用导料销，为了便于加工，挡料方式选择固定挡料销。
7.3 卸料和出件方式
7.3.1 卸料装置
卸料装置主要可以分为（1）固定卸料装置 （2）弹压卸料装置
其中固定卸料装置的卸料力大，卸料可靠，适用于冲裁板料较厚(t>0.5mm)，平面度要求不高的场合；弹压卸料装置的卸料力小，但它既起卸料作用，又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平面度较高，适用于板料较薄的场合（t<1.5mm）。
综合考虑冲裁零件的要求，冲裁件尺寸较小，卸料力较小，弹压卸料装置完全能够满足卸料力的要求，并且由于选择倒装复合模进行生产，提高生产效率的同时，导致冲裁件的平直度受影响，故应选择弹压卸料装置，弥补其平直度。
7.3.2 出件方式
由于采用倒装复合模，卡在凸凹模内孔中的冲孔废料由下次冲裁时的凸模推出，不用布置推件装置。而对于卡在凹模内的成型件，必须布置推出装置进行推出。
8 主要零部件设计
8.1 工作零部件的设计
8.1.1 凹模的设计
(1) 凹模的基本类型：选择整体凹模，凹模与上模之间用螺钉锁紧，销钉定位。
(2) 凹模的孔口类型：凹模孔口的结构形式选定为全直壁型孔。
(3) 凹模尺寸：
①凹模厚度：查《冲压手册》第2版P66，采用经验法,H=kb(h≥15)，查表2-40，t=0.5mm,b=31＜50,k=0.3,H=0.3×31=9.3mm；考虑到凹模的强度和压力机的最小封闭高度，调整H=21mm）
②凹模壁厚：查《冲压手册》第2版P66，C=（1.5～2）H，C≥30～40mm,考虑到凹模上需要留有螺钉、圆柱销等的安装位置，取C=37mm
③凹模外形尺寸（L×B×H)
L=31+2C=105mm;B=16+2C=90m.调整凹模外形尺寸，考虑到凹模上需要留有螺钉、圆柱销、弹簧等的安装位置查《模具设计与制造简明手册》 P318 选用标准件:L×B×H=125mm×100mm×25mm
④与该凹模外形尺寸的匹配的各零件尺寸调整为：

尺寸（mm)
名称
数量
6
上垫板厚度
1
14
上固定板厚度
1
25
凹模厚度
1
12
卸料板厚度
1
16
下固定板厚度
1
6
下垫板厚度
1
M6×58
螺钉（下）
4
6×55
圆柱销（下）
4
6×42
卸料螺钉
4
设计选用
橡胶圈
1
M8×75
螺钉（上）
4
8×40
圆柱销（上）
4
6×70
圆柱销（上）
2

8.1.2 凸模的设计
⑴凸模的结构设计：设计为台阶式凸模。凸模的固定采用凸模固定板配合段定位，凸模固定板压紧的方式。
⑵凸模长度：L=14+25=39mm。
8.1.3 凸凹模的设计
⑴凸凹模最小壁厚校核
已知冲裁件的最小壁厚为3.625mm，查《冲压手册》第2版，t=0.5mm,最小壁厚a=1.6mm,所以凸凹模最小壁厚满足要求。。
⑵凸凹模结构形式与固定方式
选用凸缘式凸凹模，凸缘部分设计为矩形，由凸模固定板进行定位固定，凸凹模固定板与下模座间采用螺钉锁紧，销钉定位。
⑶凸凹模长度：h=16+12+0.5+11=39.5mm
⑷凸凹模的孔口形式：选定凸凹模孔口的结构形式为阶梯形直刃壁型孔，根据《冲模设计速查手册》，h=5-10mm，取刃口高度h=5mm

8.2 模架的设计
考虑到复合模对刚性与工作平稳度有较高要求,后侧导柱模架与对角导柱模架都符合生产的要求，从中选择后侧导柱模架。通过凹模尺寸B=100mm,L=125mm，适当的放大尺寸，选择模架的尺寸为B=160mm，L=160mm
⑴查《模具设计与制造简明手册》P279，选择后侧导柱模架具体规格见下表：

（单位：mm）
L
B
Hmax
Hmin
h1
h2
160
160
200
160
40
45

⑵查《冲压模具设计实用手册》P324，选择后侧导柱模架上模座的结构尺寸：
（单位：mm）
凹模周界
H
L1
S
A1
A2
R
d
L
B
40
170
170
110
195
42
42
160
160

⑶查《冲压模具设计实用手册》P324，选择后侧导柱模架下模座的结构尺寸：
（单位：mm)
凹模周界
H
L1
S
L2
A1
A2
R
d
h
L
B
45
170
170
270
110
195
42
28
35
160
160

8.3 导向零件的设计
8.3.1 导柱
查找《模具设计与制造简明手册》第二版P252表1-252，选用滑动导柱型式，选择A型，尺寸见下表：

（单位：mm)
d

L

基本尺寸
极限偏差
h5
h6
28mm
0 -0.009
0 -0.013
150mm
8.3.2 导套
查找《模具设计与制造简明手册》第二版P253表1-253，选择A型滑动导套，尺寸见下表：

(单位：mm)
d
D（r6）

L

基本尺寸
极限偏差

基本尺寸

极限偏差
H6
H7
28
+0.013
0
+0.021
0

42
+0.050
+0.034
85

8.4 定位零件的设计
8.4.1 活动挡料销
由于采用倒装复合模，查模具设计与制造简明手册》第二版P239表1-230，选用橡胶垫弹顶挡料销，尺寸见下表：

(单位：mm)
d
D
L

基本尺寸
极限偏差
4
-0.030
-0.045
6
14

8.4.2 导料部件的设计
查模具设计与制造简明手册》第二版P239表1-227，尺寸见下表：

(单位：mm)
D（h11）
d(m6)
h
L
基本尺寸
极限偏差
基本尺寸
极限偏差
12
0 -0.110
6
+0.015 +0.006
3
14

8.5 卸料部件的设计
8.5.1 卸料板的设计
8.5.2 卸料螺钉的设计
查模具设计与制造简明手册》第二版P249表1-245，选用圆柱头卸料螺钉，尺寸见下表：

(单位：mm)
d
L
d1
l
D
H
d2
6
37
M5
5
10
4
4
8.5.3 卸料橡胶的设计计算
表14 卸料橡胶的设计计算
项目
公式
结果
备注
卸料板工作行程
ΔHˊ=h+h+t
3
h为凸凹模进卸料板的高度1mm。
h为凸模冲裁后进入凹模的深度1m。
橡胶工作行程
H=ΔHˊ+h
7
h为凸模修模量，取4m。
橡胶自由高度

H自=+h修

24
L工—冲模的工作行程mm，对冲裁模而言，L工=t+1
h修磨—预留的修磨量。根据模具设计寿命一般取4~6mm。
橡胶预压缩量
L预=（0.1~0.15）H自
3mm

L预—橡胶的预压缩量

每个橡胶承受的载荷
F=F/4
500N
选4圆筒形橡胶
橡胶的横截面积

取860mm2，直径取24mm
F：每个所需的弹压力
q：约为0.26-2Mpa。
校核橡胶自由高度
0.5≤H/D
满足
橡胶的安装高度
H装=H自-L预
15

8.6 模柄的选用
查模具设计与制造简明手册》第二版P263表1-265，选用A型压入式模柄，尺寸见下表：

(单位：mm)
d(11)
H
h
h1
b
40
-0.080 -0.240
90
30
6
3
D(m6)
a
d1
d2

42
+0.025 +0.009
1
6
13

9 模具二维总装图

10 心得体会
近一个学期的课程设计不知不觉间接近了尾声了，这次设计可以顺利地进行并完成，主要要感谢的是邓沛然老师，在我的这设计中给与了极大的帮助和支持，无论是技术还是资料方面，他丰富的设计经验令我获益良多，他在百忙之中仍能够耐心地为我解答问题，使我少犯了许多设计方面的错误，在此我衷心的感谢他对于我这次课程设计所给与的帮助和支持，万分感谢！
由于此次设计所涉及到的是实际性的课题，对于我们这些缺乏实际设计生产经验的学生来说，的确存在很大的问题。但我并没有因此而退却，期间，我查阅了大量的标准、手册和参考书以及网上资源，还不时地向老师请教。幸得指导老师的孜孜讲解和分析，这才使得问题迎刃而解，也最终使这次设计可以走到今天这一步。
设计期间的工作量可是大大的出乎我的意料，不仅有庞大的计算、绘图工作，而且说明书的编写也是费时费力，我也因此而投入了大量的时间和精力。一份耕耘一份收获，由此换来的是知识面的进一步扩展和综合能力的进一步提高，也是对之前所学各方面学科知识的一次很好地总结与回顾。从动手能力的培养到全面的思考问题，从专业知识的巩固到计算机绘图能力的提高，我从中总结出了不少的经验，并初步建立起了对于整个模具设计过程环节的总体思路，这将会对我今后的发展和工作起到一定的帮助。此外，我也通过理论知识的大量扩充和实践经验的不断积累，将这三年所学与实际生产结合了起来，使自己的知识水平更上了一层楼。

28