毕业设计-垫片冲压模具设计.doc

三明学院物理与机电工程系2008级机械设计与制造机械综合设计论文设计题目： “垫片”冲压模具设计 专 业： 机械设计与制造 学 号： 姓 名： 指导老师： 日 期： 2010年1月10日 机械综合设计任务书垫片 材料：Q235钢，板料厚度t=2mm 生产批量：大批量 同学，请你根据图示制件，完成下列设计任务：1 零件的冲压工艺性分析2 相关的工艺计算3 总体模具设计4 模具的零部件设计5 绘制模具总装图1张（A1），凸模、凹模及其它非标准零件图35张（A4）6 设计说明书1份，20页左右（不少于5000字）设计要求：1 图纸可以手绘或CAD绘制，CAD绘制者必须交纸质图及电子版图2 设计必须认真仔细，允许讨论，但严禁抄袭、复制或复印3 装配图及零件图的绘制必须严格按标准进行，经指导老师审核后方可打印4 说明书必须按统一的格式撰写，要求设计和计算过程叙述详尽、术语规范、语句通顺，否则不予接收参考资料：冲压设计资料王孝培主编、冷冲模图册、冷冲模设计指导、中国模具设计大典，也可自行参考其它相关文献。摘要 冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔等。冲压模具（简称冲模）是冲压生产的主要工艺装备，其设计的合理与否对冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及模具的寿命有很大的影响。冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。 此次毕业设计零件为垫板，首先对垫板的冲压工艺进行了分析，通过分析比较，确定其冲压工艺方案及模具结构类型，并进行了必要的冲压工艺参数计算，完成了垫板落料冲孔复合模结构设计过程，包括模具工作零件、定位零件、卸料与推件装置的设计，标准模架和导向零件的选用。最后绘制出了本次设计的模具总装图及模具主要零件的零件图。 本文对落料冲孔复合模的设计过程进行了较为详细的说明，初步设计出给定冲压件的冲压模的结构及尺寸，简单垫片零件的冲压模具设计提供了一种较简单有效的思路。关键词： 工艺性分析 工艺方案确定 倒装复合模目 录第一章 绪论6 第二章 冲压件工艺性分析及工艺方案的确定8 2.1冲压件工艺分析8 2.2冲压工艺方案的确定8 2.2.1 模具结构形式的确定9 第三章 冲压工艺计算10 3.1.排样设计与计算10 3.1.1搭边值的确定10 3.1.2排样方案的选择10 3.2冲压力的计算12 3.2.1落料力12 3.2.2冲孔力12 3.2.3卸料力12 3.2.4推件力12 3.2.5压力机的初步选定13 3.3压力中心的确定13 3.4工作零件刃口尺寸计算14 3.4.1间隙值的确定14 3.4.2工作零件刃口尺寸的计算14 第四章 模具总体设计及部分零件设计16 4.1工作零件的结构设计16 4.1.1凸模的结构设计16 4.1.2凹模的结构设计16 4.1.3凸凹模的结构设计17 4.2卸料零件的设计18 4.3模架的选用20 4.4冲裁模闭合高度的校核21 4.5定位零件的设计21 4.6模柄的选用21 第五章 结束语22 致谢 参考文献第一章 绪论 冲压是在室温下，利用安装在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，从而获得所需零件的一种压力加工方法。而我们把在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺设备，称为冲压模具（俗称冲模）。冲模可根据工艺性质和工序组合程度分类，其中按照工艺性质可分为：冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模；根据工序组合又可分为单工序模、复合模、级进模。模具作为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具使用寿命，还可以提高产品经济效益。在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。 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。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（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。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。 模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。第二章 冲压件工艺性分析 2.1冲压件工艺性分析该材料形状简单，只有落料和冲孔两个工序。材料为Q235钢，具有良好的塑性和冲压性能，适合冲裁。由文献3表9-13查出，冲裁件内外形所能达到的精度为IT8IT10。工件结构形状相对简单，长方体形状的，并且存在尖角，其中还有两个大小相等，直径为的孔，孔中心与边缘之间的距离公差为0.08mm，可以冲裁。将以上精度与工件简图中标注的尺寸公差相比较，可认为该工件的精度要求能够在冲裁加工过程中得到保证，其他的尺寸标注等情况，也符合冲裁的工艺要求。2.2冲压工艺方案的确定 方案一：先冲孔，后落料。单工序模生产。方案二：冲孔落料复合冲压。复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲压。级进模生产。表2.1 各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模级进模复合模 无导向 有导向零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT10IT8级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产结合表2.1分析知：方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。方案二也只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三简单。通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲 压生产采用方案二为佳。2.2.1模具结构形式的确定正装式复合模适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距较小的冲裁件。倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件，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件卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，所以应用十分广泛。根据零件分析，制件的精度要求较低，孔边距较大，为提高经济效益和简化模具结构，适宜采用倒装复合模生产。根据以上分析确定该制件的生产采用倒装式复合模具生产。第三章 零件工艺计算3.1排样设计与计算 冲裁件在条料上的布置方法称为排样。排样设计包括选择排样方法、确定搭边值、计算条料宽度和送料步距，计算材料利用率，画排样图。3.1.1 搭边值的确定搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或影响送料工作。根据零件形状，查冲压模具设计与制造表2.5.2可知：工件之间搭边值a=2.0mm, 工件与侧边之间搭边值a1=2.2mm。3.1.2排样方案的选择根据对所给零件的分析，综合各方面因素，权衡利弊，采用直排有废料排样方式，这样可以保证冲件质量，提高模具寿命。可以补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度利于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。根据直排的排样方式，可以将排样分为横排和竖排。竖排排样图如图3-1所示：图3-1 竖排排样图1.计算冲压件的毛坯面积： A=（8060）-23.1482=4398 （3-1）2.条料宽度： B=(=(80+22.2)mm=84.4mm （3-2）3.进距： h=（60+2）mm=62mm （3-3)4.一个进距的材料利用率： (3-4)横排排样图如图3-2所示：图3-2 横排排样图1.计算冲压件的毛坯面积： A=（8060）-23.1482=4398 (3-5)2.条料宽度： B=(=(60+22.2) mm=64.4mm (3-6)3.步距： h=（80+2）mm=82mm (3-7)4.一个步距的材料利用率： (3-8)3.1.3 两种排样方案的比较及选择 通过两种方案的比较，方案一的材料利用率比方案二的材料利用率高，所以我们选择第一种竖排排样方案。3.2冲裁力的计算用平刃冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算： (3-9)式中：F冲裁力； L冲裁周边长度；t材料厚度；材料抗剪强度； K系数，系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数。3.2.1落料力： (3-10)3.2.2冲孔力： (3-11)3.2.3落料时的卸料力： (3-12)查表取，故3.2.4冲孔时的推件力： (3-13)查表取，故总压力： （3-14）3.2.5冲压设备的初步选定根据总压力查冲压模具课程设计指导与范例表9-9可选用：开式双柱可倾压力机JC23-35公称压力：350KN滑块行程：80mm最大闭合高度：280mm工作台尺寸：380mm610mm（前后左右）滑块中心到床身距离/mm：205mm模柄孔尺寸：50mm70mm（直径孔深）3.3冲裁压力中心的确定（1）按比例画出零件的轮廓形状，并确定坐标系，标注如图3-3所示。（2）分别画出坐标轴x, y图3-3 坐标图（3）计算出该冲裁件的压力中心：因为该工件是一个对称工件，故其压力中心为工件的中心。综上所述，冲裁件的压力中心坐标为（40 30）。3.4 工作零件刃口尺寸计算3.4.1间隙值的确定 由冲压模具设计与制造表2.3.3可得：间隙值，mm。3.4.2 凸凹模刃口尺寸的计算1.加工方法的确定在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。因该工作零件的形状相对较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算。2.冲孔部分对冲孔16采用凸凹模分开的加工方法，其凸凹模刃口部分尺寸分别按IT6和IT7制造，计算如下：由互换性与测量技术（第二版）表3-2可得凸凹模制造公差： 查冲压模具设计与制造P63可得磨损系数：x=1尺寸16： (3-15) (3-16)校核： 满足： （3-17） 的条件孔距： （3-18）3.落料部分对外轮廓的落料采用分开加工方法，其凸凹模刃口部分尺寸计算如下：由公差表查得80为IT10级，60为IT10级，故分别取，则其中：落料1（长）： （3-19） （3-20）校核： （3-21）即：0.0490.114（满足间隙公差）落料2（宽）： （3-22） （3-33）校核：0.030mm+0.019mm=0.049mm0.0114mm （满足间隙公差条件）第四章 模具总体设计及部分零件设计本设计使用复合冲模将凹模及凸模固定在上模上，是典型的倒装结构。两个导料销控制条料送进的导向，固定卸料板控制送料的进距。卸料采用弹性卸料装置，弹性卸料装置由卸料板、卸料板螺钉和弹簧组成。冲制的工件有推杆和推件块组成的刚性推件装置推出。冲孔的废料可通过凸凹模的内孔从压力机台面孔漏下。 4.1工作零件的结构设计4.1.1凹模的结构设计凹模的刃口形式，考虑到实际生产中的应用，所以采用刃口强度较高的凹模，即如图4-2所示的刃口形式。由凹模厚度H=kb，凹模壁厚c=（1.52）H可得：由冲压模具课程设计指导与范例表2.22可知：k=0.28 H=kb=0.2880=22.4mm (4-1)因为凹模的高度要为一个整数值，故取H=24mm c=1.5H=1.524mm=36mm (4-2)凹模宽度： B=b+2c=(60+236)mm=127.2mm (4-3)凹模长度： L=（80+236)mm=147.2mm (4-4)查冲压模具课程设计指导与范例表9-45，选模架规格LB:160mm125mm。所以最终确定凹模的宽度B=125mm，长度L=160mm。图4-2 凹模4.1.2凸模的结构设计冲16孔的圆形凸模，由于模具需要在凸模外面装推件块，因此设计成直立的形状。尺寸标注如图4-1所示。根据工件图样，工件中有2个孔，因此，要需设计2个凸模，为了方便固定，都采用阶梯式，长度为： L=凹模+（0.60.8）H+t+h=24+0.624+2+14.6=55 (4-5)凸模直径取27mm。图4-1 凸模4.1.3 凸凹模的结构设计本模具为复合冲裁模，因此除冲孔凸模和落料凹模外，必须还有一个凸凹模。凸凹模的结构简图如图4-3所示。校核该凸凹模的强度：按冲压模具设计与制造表2.9.6可得凸凹模的最小壁厚为4.9mm，而实际最小壁厚为16mm，故复合设计的强度要求。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制，并保证双面间隙为0.2460.360mm之间。凸凹模上的孔心距尺寸为42mm的公差，应比零件图所标精度高34级，通过上述凸凹模刃口尺寸的计算，可得：孔中心距尺寸公差为：420.002mm。凸凹模的高度为： (4-6)式中为卸料板厚度，取14mm，为凸凹模固定板厚度取20mm，t为材料的厚度取2mm，h为卸料板与固定板之间的安全高度，取14mm。图4-3 凸凹模 4.2卸料零件的设计计算（1） 根据分析，采用橡胶块卸料，用四块聚氨酯橡胶块卸料，每块橡胶分担的卸料力为： (4-7)则Fy=2625N（2） 考虑橡胶块的工作压缩量较大，取压缩率，并由表4-1差得单位压力的。按公式： A=Fy/Fq (4-8)式中：A-橡胶块的面积（mm）； Fy-橡胶块所受的压力（N）； Fq-橡胶块受压时的单位压力（MPa）。那么：A=2625/1.1mm2=2386.36mm2表4-1橡胶压缩率与单位压力橡胶压缩率（%）橡胶单位压力Fq（MPa）合成橡胶聚氨酯弹性体100.261.1150.50200.702.5251.06301.524.2352.105.6（3） 选取直径为16mm的卸料螺钉，查冲压模具课程设计指导与范例表9-40选取弹性体卸料螺钉孔的直径为d=16.5mm，则弹性体的外径D可按下式求得： (4-9)代入数据，计算得D=57.5mm。为了保证足够的卸料力，以获得平整的工件，需要加大压料力，故取D=60mm。（4）计算预压力 Fy=AFq (4-10)代入数据计算得Fy=2763.2N（5）求橡胶块的自由高度： （4-11）式中：工作行程 橡胶块的极限压缩率（%），对于硬度为邵氏7080A的聚氨酯橡胶，则应取35%，硬度越高，值越小，这里取=30% 橡胶块预压缩率，聚氨酯橡胶=10%那么：；查冲压模具课程设计指导与范例表9-36选H=50mm。橡胶块高度的校核：0.5H/D1.5；即0.550/601.5。经校核合格。（6）求极限压缩量： （4-12）则：=30%50mm=15mm（7）求预压缩量： （4-13）则：（8）橡胶块工作极限下的压缩量： 橡胶块预压下的高度： 工作行程的校核： （4-14） 即915-5=10，经校核合格。4.3模架的选用根据零件的结构及尺寸，我们模架选用中等精度，中、小尺寸冲压件的后侧导柱模架，从右向左送料，操作方便。由文献9查表可得：上模座：L/mmB/mmH/mm=16012535下模座：L/mmB/mmH/mm=16012540垫板厚度查表可取得412之间，所以我们取垫板厚度为12mm。凸模固定板的厚度：查冲压模具简明设计手册表15.57选H=20mm凹模的厚度已定为：24mm卸料板的厚度为：查冲压模具简明设计手册表15.28可得：14mm模具的闭合高度： =（35+12+20+24+14+2+40）mm=147mm (4-15)导柱：d/mmL/mm=25130导套：d/mmL/mmD/mm=2585334.4冲裁模闭合高度的校核：前面有冲压力初选350KN的压力机，最大闭合高度为280mm。校核： （4-16）其中h为垫板的厚度，H为模具的闭合高度，、分为压力机的最大、最小闭合高度。经校核不难发现所算的闭合高度满足上述式子要求。4.5定位零件的选用结合本套模具的具体结构，考虑到工件的形状，设置一个的活动挡料（起定距作用）和两个的活动导料销。挡料销和导料销的下面分别采用压缩弹簧，在开模时，弹簧恢复弹力把挡料销顶起，使它处于工作状态，旁边的导料销也一起工作。4.6 模柄冲模通过模柄将上模固定在冲床滑块上，在安装时应注意模柄直径和压力机模柄孔直径要一致。本设计采用压入式模柄结构，可以保证较高精度的同轴度和垂直度，其结构形势如下图：此模柄与上模座的连接，采用过度配合。查冲压模具课程设计指导与范例表9-41得模柄尺寸为：直径：50mm高度：70mm第五章 结束语通过这次模具设计，本人在多方面都有所提高。通过这次毕业设计，综合运用本专业所学课程的专业基础知识进行一次冷冲压模具设计工作的设计训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。更加提醒我们不断的加强专业知识是十分重要的。由于本人的设计能力有限，在设计过程中如有出现错误，恳请老师们多多指教,本人十分的乐意接受您们的批评与指正，本人将万分感谢。致 谢随着社会的发展，机械行业的模具专业在我国现代工业发展中成为一个越来越重要的分支。模具渗透着整个社会。不管在那个行业，都有模具的存在。日常生活中轻重工业，都离不开模具生产，模具就是为了得到所需要的产品。要什么样的产品，就可以生产什么样的模具，如（塑料模具 、冷冲压模具、压铸模、橡胶模 ）。而目前形势的需要，产品更新换代更快更易，所以模具行业的发展空间很大，有待我们去努力，去探索。模具生产过程是一个循序渐进的过程，生产模具过程中可能用到的的机器有很多种类，如（电火花成型机、数控线切割、车床、铣床、刨床、磨床、镗床等）。三年的学习，我对模具设计与制造有了深刻的认识。面临毕业期间，此次单独设计一个模具，让我了解了很多的模具结构、模具加工工艺、模具的用途。并且学到不少的书本上没有的知识，就拿塑料模来说，对于影响模具寿命的因素，主要是模具的加工精度和材料的刚度，还有模具的材料，模具生产批量，模具结构等。影响模具的产品质量的主要因素也是模具的制造精度。通过这次毕业设计，我从理论和实践上又更进一步的加深。模具结构设计的好坏直接影响产品质量和经济。中国面临世界的挑战，在模具行业这方面，我希望日后能在模具这一行有所贡献。在此感谢我的老师廖老师,她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；她循循善诱的教导和不拘一格的思路更给予我无尽的启迪。同时感谢对我帮助过的同学们。参考文献1互换性与测量技术第二版 陈于萍、高晓康编著；高等教育出版社，20052冲压模具设计结构图册第二版 薛啟翔编；化学工业出版社，20093冲压模具课程设计指导与范例林承全、胡绍平主编 ；化学工业出版，19924简明冲模设计手册王新华、陈登主编；机械工业出版社，20085金属材料及热处理王英杰，金升主编；北京机械工业出版社，20066 冲压模具简明机械设计手册第二版 郝滨海编著；化学工业出版社，20097实用冲压工艺及模具设计手册杨玉英主编；机械工业出版社，20048 冲压技术实用数据速查手册张正修主编；机械工业出版社，20089 冲压模具设计与制造刘建超，张宝忠主编；高等教育出版社，201010 模具设计大典- 23 -