长垫板模具设计-毕业论文.doc

长垫板模具设计 指导老师：杨化娟
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一、前言
冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。
冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。
(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。
（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。
（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。
（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。
由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。
上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。
在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。
复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。
级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。
复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。
冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分
组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。
此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制，压力机的校核。

二、零件工艺分析
工件为图1所示的落料冲孔件，材料为Q235钢，材料厚度2mm，生产批量为大批量。工艺性分析内容如下：

图1 工件图

1.材料分析
Q235为普通碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能，能进行一般的冲压加工。市场上容易买到这种材料，价格适中。
2. 结构分析
零件结构简单对称，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件中部有一异形孔，孔的最小尺寸为6mm，满足冲裁最小孔径≥的要求。另外，经计算异形孔距零件外形之间的最小孔边距为5.5mm，满足冲裁件最小孔边距≥的要求。所以，该零件的结构满足冲裁的要求。
3. 精度分析：
零件上有4个尺寸标注了公差要求，由公差表查得其公差要求都属IT13，所以普通冲裁可以达到零件的精度要求。对于未注公差尺寸按IT13精度等级查补。
由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。
三、冲裁工艺方案的确定
零件为一落料冲孔件，可提出的加工方案如下：
方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。
方案二：落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。
方案三：冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。
方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。
所以，比较三个方案欲采用方案二生产。现对复合模中凸凹模壁厚进行校核，当材料厚度为2mm时，可查得凸凹模最小壁厚为4.9mm，现零件上的最小孔边距为5.5mm，所以可以采用复合模生产，即采用方案二。

四、相关工艺计算
1.刃口尺寸计算
根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用凸模与凹模配合制造法。
（1） 落料：以凹模为基准件，然后配做凸模。
1）凹模磨损后，尺寸()变大；计算公式：

由书，查表2-11得；代入公式得：

2）凹模磨损后，尺寸(C1)不变；计算公式：

（2）冲孔：以凹模为基准件，然后配做凸模。
1）凹模磨损后，尺寸()，()变小；
由书，查表2-11得、；
计公式：

2) 凹模磨损后，尺寸、不变；计算公式： 代入得

由表2-6查得
该零件凸模（凹模）刃口各部分尺寸按上述凹模（凸模）的相应尺寸配制，保证双面间隙。
2.排样计算
分析零件形状，应采用单直排的排样方式，零件可能的排样方式有图2所示两种。

比较方案a和方案b，方案b所裁条料宽度过窄，剪板时容易造成条料的变形和卷曲，所以应采用方案a。现选用4000mm×1000 mm的钢板，则需计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数。
（1）裁成宽81.4mm、长1000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为

（2）裁成宽81.4mm、长4000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为

比较以上两种裁剪方法，应采用第1种裁剪方式，即裁为宽81.4mm、长1000mm的条料。其具体排样图如图3所示。

3、 材料利用率

4.冲压力计算
可知冲裁力基本计算公式为

此例中零件的周长为216mm，材料厚度2mm，Q235钢的抗剪强度取350MPa，则冲裁该零件所需冲裁力为

模具采用弹性卸料装置和推件结构，所以所需卸料力和推件力为

则零件所需得冲压力为

初选设备为开式压力机J23—35。

5.压力中心计算
零件外形为对称件，中间的异形孔虽然左右不对称，但孔的尺寸很小，左右两边圆弧各自的压力中心距零件中心线的距离差距很小，所以该零件的压力中心可近似认为就是零件外形中心线的交点。

五、冲压设备的选用
根据冲压力的大小，选取开式双柱可倾压力机JH23—35，其主要技术参数如下：
公称压力：350kN
滑块行程：80mm
最大闭合高度：280 mm
闭合高度调节量：60 mm
滑块中心线到床身距离：205mm
工作台尺寸：380 mm×610 mm
工作台孔尺寸：200 mm×290 mm
模柄孔尺寸：φ50 mm×70 mm
垫板厚度：60 mm
六、模具零部件结构的确定
1.标准模架的选用
标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。由凹模高度和壁厚的计算公式得，凹模高度凹模壁厚。
所以，凹模的总长为（取160mm），凹模的宽度为 。
模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，可查得模架规格为上模座160mm×125mm×35mm，下模座160mm×125mm×40mm，导柱25mm×150mm，导套25mm×85mm×33mm。
2.卸料装置中弹性元件的计算
模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下：
（1）确定橡胶的自由高度

由以上两个公式，取。
（2）确定橡胶的横截面积

查得矩形橡胶在预压量为10%~15%时的单位压力为0.6MPa，所以
（3）确定橡胶的平面尺寸
根据零件的形状特点，橡胶垫的外形应为矩形，中间开有矩形孔以避让凸模。结合零件的具体尺寸，橡胶垫中间的避让孔尺寸为82 mm×25mm，外形暂定一边长为160mm，则另一边长b为

（4）校核橡胶的自由高度
为满足橡胶垫的高径比要求，将橡胶垫分割成四块装入模具中，其最大外形尺寸为80mm，所以

橡胶垫的高径比在0.5~1.5之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.85×40 mm =34mm。
3、其它标准件的选择的选择
a、圆柱头内六角卸料螺钉
材料：45，热处理硬度35-40HRC
技术条件：按GB/T 3098.3-2000的规定
b、圆柱销（GB/T119.2--2000）
材料为钢：A型（普通淬火），硬度为550~ 650HV30
标准：GB/T119.1-2000
c、顶杆
材料：45，热处理硬度43~48HRC
技术条件：按JB/T7653-1994的规定
d、顶板
材料：45，热处理硬度43~48HRC
技术条件：按JB/T7653-1994的规定
d、模柄
选用凸缘模柄：A40 JB/T7646.3
材料：Q235-A.F
技术条件：按 JB/T7653-1994的规定
e、固定挡料销
标准：A10 JB/T7649.10
材料：45，热处理硬度43~48HRC
技术条件:按 JB/T7653-1994的规定
七、模具装配图与零件图
装配图 ：A1图纸中
零件图 ：A3图纸中
八、设计心得体会
这次课程设计，总的来说可以用四个字归纳为“先苦后甜”从无，知到了解，感觉之前学的东西都只是半桶水。通过自学，我学会了如何将UG三维转化为二维，并在UG中进行尺寸标注，最后转化成CAD格式，打印出图。这一过程的成功，我的成就感由然而生，也体会了您之前说过的一句话，给个人都应该学会如何自学。
总的来说，这次课程设计有很多的不足。在装配图方面，自己最终决定手画，因为装配要在UG中安装成功，是件非常难的事情。不仅要将各个标准零件和非标准零件画出来，而且装配中各零件之间关系非常紧密，可能一点点小的错误就导致不成功。所以，我打算在明年毕业设计时，尝试用UG来完成装配，在那时时间也比较充足。不管怎样，这次收获还是蛮多，但是我会再接再厉，补充自己的不足。

九、参考文献
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