模具技术毕业设计垫片级进模具设计.doc

【摘要】
垫片在机器的各部位之间起着连接时的稳定、密封等作用。垫片的种类繁多、大小薄厚有别、材质各异，所起的作用又各有不同。按材质可分为非金属、半金属和金属垫片三种。在这篇论文中，垫片级进模设计为主要内容，其中包括冲压工艺分析，并确定模具，嵌套设计，计算中心冲压力和应力计算的类型，刀片尺寸计算，工作部件的工作部件结构尺寸，结构尺寸等模具配件，冲床选择。该毕业设计能够使我对于学校所学的专业知识有一个全面的复习和进一步的认识。同时锻炼了我自行设计这一方面的能力。
【关键词】：垫片；级进模；模具设计
目录
引言 1
一、冲裁件的结构工艺性分析 2
二、冲压工艺方案的选定 2
三、零件的排样设计 2
（一）搭边值、条料宽度与导料板间距离的确定 2
1.排样方式的确定。 2
2.搭边值得确定 3
3.条料宽度的确定 3
4.导料板间距离的确定 3
（二）材料利用率 4
四、模具总体设计 5
（一） 模具类型确定 5
（二）定位方式的选择 5
（三）卸料和出件装置 5
（四）导向方式的选择 5
五、冲裁力的计算 5
（一）计算冲裁力 5
（二）计算总冲裁力 6
六、模具压力中心的确定与计算 6
七、冲裁间隙的确定 7
八、凸模与凹模刃口尺寸的计算 7
（一）刃口尺寸的计算方法 7
1.凸模与凹模配合加工的方法计算落料凸凹模的刃口尺寸 7
九、主要零部件的设计 9
（一） 工作零件的结构设计 9
1.外形凸模的设计 9
2.内孔凸模的设计 9
3.凹模的设计 9
（二）导料板的设计 10
（三）卸料板的设计 10
（四） 定位零件的设计 10
1.零件的定位 10
2.固定挡料销的设计 10
3.导正销的设计 10
（五）模架及其他零件的设计 11
（六）模柄尺寸的确认 11
（七）其他螺钉与销钉的选择 12
十、压力机的选择 12
十一附图 12
（一） 附图一凹模 12
附图一凹模图 12
（二）附图二凸模 12
（三) 附图三装配总图 13
总结 14
参考文献 15
第 18 页
引言
现如今国内的冷冲压模具发展越来越来普遍，并逐渐对我国向模具制造业起到非常大的作用。模具，生产效率高，在工业生产中起到非常大作用。采用模具可以进行快速大批量生产；产品质量高；利用模具进行大批量生产的零件的加工费用便宜；能制造出比较复杂的零件；容易实现自动化生产等的特点。
冲压模具是冲压生产中起到必不可少的作用。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等都及模具密切相关。模具设计与制造技术水平大高低及国家模具制造业的强弱密切相关。
该毕业综合实践主要是对垫片的级进模进行设计，通过大学两年的学习，对模具的设计里的一些知识点也有了深刻的认识，但是对于自己独自对模具的设计来说，我们的知识还是远远不够，这一次的综合实践就是通过将书本上的学到的理论知识及实践相结合，使自己对所学的知识能够有进一步的认识。
对于该课题，我认为，应该有一个初步的设计流程，在遇到难题时通过网上或书本上查阅相关问题的解决方法。我认为最主要就是要有一个清晰的设计思路。然后再针对所遇到的一个个问题一一解决。
一、冲裁件的结构工艺性分析
1、由零件图1—1可知，该零件是由冲孔和落料两个部分组成，该零件外形简单且精度低。
图1-1 零件图
材料：45钢 t=1mm
2、该垫片的材料为45钢；45号钢为 优质碳素结构用钢  ，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。
3、尺寸精度：、 、 、,零件尺寸精度低，符合要求。
二、冲压工艺方案的选定
在冲床冲程一个步骤是指只有一个剪切冲头的过程的结束。模具组装并不复杂，但需要两种形式，即成本高，二是生产效率低，大量生产不符合这一要求。
复合模是指在完成多通道旅游模具冲压过程的工作。模具需要一双模板而已，准确性和生产力高的强度，但模具不佳，使零件加工更加困难。冲压完成后零件会卡在模具上，自行清理，这样不仅将会降低冲压速度而且操作繁琐。
级进模：是只需要在一个模具不同工艺多通道，高生产效率完成。它的制件和废料均无需人工自行清理，所以减少劳动力而且操作安全、方便，可以实现自动化生产。故选择级进模。
三、零件的排样设计
（一）搭边值、条料宽度及导料板间距离的确定
1.排样方式的确定。
排样方式可分为有废料、少废料、无废料。按照冲件排列方式的不用又可分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多排、及冲裁搭边六种。
直排：用于几何形状简单的冲件（如：方形、矩形、圆形）
斜排：用于T形、L形、S形、十字形等
直对排：用于T形、山形、梯形、半圆形的冲件
斜对排：用于材料利用率比直对排高的情况
混合排:用于两种以上冲件且冲件的厚薄程度以及材料都相同的
多排：用于大批生产中尺寸不大的冲件
冲裁搭边：大批生产中用于小的窄冲件
根据冲裁件的形状尺寸及排样遵循的原则所以采用下面的排样方式：
图 3-1冲裁件的排样方式(一)
2.搭边值得确定
零件及零件之间以及零件及条料侧边之间所留下的废料称为搭边。搭边主要是用来补偿定位误差和送料的误差，从而可以保证零件质量。
根据材料厚度及排样方式通过查冲压模具及设备确定a=0.8 b=1
图 3-2普通冲裁排样方式
3.条料宽度的确定
确定条料的宽度时不但保证冲裁时冲件周围应有一定的余量,而且条料要保证在导料板中能够送进的同时需要及导料板之间留有间隙。因此条料宽度的计算方式有以下几种：
一、用导料板导向且有侧压装置；
二、用导料板导向但无侧压装置；
三、用侧刃定距；
有侧压装置的模具的条料宽度的计算公式如下：。
条料宽度： B=(Dmax+2a) (3-1)
导料板之间距离 B0=B+Z=Dmax+2a+Z (3-2)
式中Dmax——条料宽度方向冲件的最大尺寸：
a——搭边值，见图3-2
△——条料宽度的单向偏差（负向）；（查冲压模具及设备）
Z——导料板及最宽条料之间的间隙
Dmax值为条料宽度方向冲件的最大尺寸，因此Dmax为50mm。
a取值为1mm (见图3-2)
△取值为0.5mm
所以带入公式B=(Dmax+2a)
==（mm）
4.导料板间距离的确定
通过3.1.3中对条料板宽度的确定，现在可以确定导料板间距。
导料板间距离由公式（3-2）得：B0=B+Z=Dmax+2a+Z
Z为导料板及条料之间的最小间隙等于5.0mm （查冲压模具及设备）
带入公式 B0=B+Z=Dmax+2a+Z
=50+2×1+5
=57mm
（二）材料利用率
零件的面积及所用板料面积的百分比称为材料的利用率（η表示）。这是一个重要的经济指标用来衡量材料的合理利用。
一个进距内的材料利用率η为：
η=A/Bs×100% (式3-3)
式中A——一个进距内冲裁件的实际面积（mm2）；
B——条料宽度（mm）；
s——进距（mm）；
一张板料上的总的材料利用率为：
η0=nA1 /BL×100% （3-4）
式中n——一张板料上冲裁件的总数目；
图3-3材料利用率计算
A1——一个冲裁件的实际面积（mm2）；
L——板料的长度（mm）；
B——板料的宽度（mm）
根据公式（3-3） η=A /Bs×100%算出一个进距内材料的利用率，则需算出A1、B、L等值。
A冲裁件的面积：
A1=50×18-（3×3×4-3.14×9）
=892.26mm2
B条料宽度：
B=18+2×1
=20mm
s进距：
s=50+0.8
=50.8mm
一个进距内材料利用率：
η=892.26/20×50.8×100%
=87.82%
η值越大,材料的利用率就越高.要提高材料的利用率,主要通过减少废料.所以需要采用合理的排样方法和合理裁板方法。
所选的板料规格：1×1000×2000.
以下为两种裁板方式：横排及纵排如图3-4（a）、(b)
图3-4 a（横排）、 b（纵排）
方案一：如图（a）所示使用横排
当使用横裁板时，所能够得到的条料最多为2000÷50=40个，由于间隙的原因所以最多也就只能够得到39个，而一个条料内最多能冲出52个零件，所以整张板料所能冲出的零件最多为39×52=2028个，则整张板的利用率：
η0=nA1 /BL×100% 公式（3-4）
=39×52×892.26/1000×2000×100%
=90.27%
方案二：如图（b）所示纵排：
当使用纵裁板时，所能得到的条料最多为1000÷50=20个，由于间隙的原因最多也就只能够得到19个，而一个条料内最多能冲出106个零件，所以整张板料所能冲出的零件最多为19×106=2014个，则整张板的利用率：
η0=nA1 /BL×100% 公式（3-4）
=19×106×892.26/1000×2000×100%
=89.85%
综合上述计算方案一利用率更高，故选用方案一整板的利用率为：90.27%
四、模具总体设计
（一） 模具类型确定
模具采用级进模。
（二）定位方式的选择
该模具为条料送进，且导料板和导料销作用相同,且导料板定位时操作更加方便,所以控制条料的送进方向采用导料板。采用始用挡料销初定距。导正销目的是消除送料时所产生的误差从而保证工件的相对位置的公差要求所以需要使用导正销来作精定距。
（三）卸料和出件装置
采用下出件的方式比较便于操作降低劳动力而且能够提高生产效率。
（四）导向方式的选择
模具采用四角导柱的导向方式。
五、冲裁力的计算
（一）计算冲裁力
冲裁过程中将板料冲穿的压力称为冲裁力。冲裁力许多因素影响（主要有材料的力学性能、厚度、冲件轮廓周长及冲裁间隙、刃口的锋利程度及表面粗糙度值等）。所以综合考虑平刃口模具的冲裁力按下面计算方式计算：
F=KLtτb （式5-1）
式中F——冲裁力（N）；
L——冲件周边长度（mm）；
t——材料的厚度（mm）；
τb——材料的抗剪强度（MPa）；
K——取K=1.3。
材料45钢的抗剪强度一般为抗拉强度的0.7-0.8倍，45钢的抗拉强度σb≈600MPa
所以τb=0.8σb=600*0.8=480MPa
（二）计算总冲裁力
由于冲裁模具采用刚性卸料装置和自然落料方式。
F ——总冲裁力；
F冲——冲孔时的冲裁力；
F落——落料时的冲裁力；
冲孔周长L1(mm)：
L1=2πD=2×3.14×10=62.8mm
落料周长L2(mm)：
L2=50+50+18+18-6×4+9×3.14=140.26mm
冲孔的冲裁力F冲=KL1tτb =1.3×62.8×1×480
=39187.2（N)
落料的冲裁力F落=KL2tτb= 1.3×140.26×1×480=87522.24（N)
总的冲裁力F=F冲+F落=39187.2+87522.24=126709.44（N)≈127(KN)
应选取的压力机的标称压力：
因此可选压力机型号J23-25。
六、模具压力中心的确定及计算
冲压力 合力的 中心称为 模具的压力 中心。相对于较小的模具来说，压力中心该在模柄的中心位置； 相对于较大的模具，压力中 心应该在压力机滑块中心线所允许的范围内。
图6—1 压力中心分析
计算公式：
所以：
所以计算得出模具压力中心的坐标（18.98,25）
七、冲裁间隙的确定
冲裁模中凸、凹模刃口之间的间隙称为冲裁间隙。其对冲裁模和冲裁件有着很大影响。间隙很小时，冲裁力较大，才容易断裂分离。为了减少模具的损耗，延长模具的使用年限，在保证零件的质量的情况下，最好选择比较大的间隙值。假如选择较小的间隙值，就必须得加大模具的硬度和提高模具的精确度，降低模具表面的粗糙程度，加润滑剂，用来减小摩擦。
通过查冲压模具及设备，得材料45钢的最小双面间隙Zmin=0.100mm ,最大双面间隙Zmax=0.140mm
八、凸模及凹模刃口尺寸的计算
（一）刃口尺寸的计算方法
凸、凹模刃口尺寸的计算及加工方法有关，基本可以分为两类：
1、凸、凹模分别加工时的计算法。
2、凸、凹模配作加工时的计算法。
而，该件应采用配作加工时的计算法。
（二）计算凸凹模刃口的尺寸
1.凸模及凹模配合加工的方法计算落料凸凹模的刃口尺寸
(1)当落料时以凹模位基准，配作凸模。凹模磨损后尺寸变大的有：
A1()、A2()
图8—1 落料凹模工作部分
刃口尺寸计算公式：Ad=
Ad ——落料凹模刃口尺寸；
A ——落料件的基本尺寸；
Amax ——落料件的极限尺寸；
——落料件的公差；
x ——磨损系数。
因圆弧R3及尺寸相切，所以不需要采用刃口尺寸计算公式计算，而直接取Ad2/2。查冲压模具及设备。
得X1=X2=1。所以:
Ad1=mm
Ad2=
查附表7—1得Zmin=0.100mm，Zmax=0.140mm，故落料凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配作，保证双面间隙值0.100~0.140mm。
图8—2 冲孔凸模
如图8—2 为制件冲孔的零件图，计算凸、凹模刃口尺寸。
当冲孔时以凸模为基准，配作凹模。凸模磨损后尺寸变小的有
刃口尺寸计算公式：
ap——冲孔凸模刃口尺寸；
a——冲孔件的基本尺寸；
——冲孔件的公差； x——磨损系数。
查冲压模具及设备得x=1.所以：
mm
查冲压模具及设备得Zmin=0.100mm，Zmax=0.140mm，故落料凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配作，保证双面间隙值0.100~0.140mm。
九、主要零部件的设计
（一） 工作零件的结构设计
1.外形凸模的设计
在生产使用中凸模的结构形式有整体式、护套式和镶拼式。因为零件的形状为非圆形，采用整体式中的直通式并且采用线切割加工凸模。该凸模直接用两个M8的固定（见图9—1凸模的固定）。凸模及固定板按H7/m6配合。外形凸模的高度是凸模固定板、卸料板、导料板的厚度的总和，外形凸模下部设置1个导正销，并将工件上的孔作为导正孔。
因为采用的是固定卸料，所以外形凸模长度为：
L=h1+h2+h3+h (式9—1）
图 9—1 凸模的固定
h1——凸模固定板厚度（mm)；得h1=20mm
h2——固定卸料板厚度(mm)；得h2=18
h3——导料板厚度(mm)；得h3=9mm
h——附加长度(mm),一般取h=15~20mm(取h=20)
所以：
L=20+18+9+20=67mm
2.内孔凸模的设计
因为内孔凸模是圆凸摸，仍然选用直通式凸模并且采用线切割加工。及凸模固定板采用H7/r6配合。凸模长度及外形凸模长度相等为67mm。凸模材料应选T10A，热处理58~60HRC，凸模及卸料板之间的间隙（查毕业设计手册）为0.035mm。内孔和外形凸模的材料选用T10A,工作部分热处理淬硬达到56~60HRC。
强度校核：d≥5.2t/=5.2×1×480/480=5.2而ap2=aD2-Zmin=9.9-0.1=9.8mm>5.2所以强度足够。
凸模最大自由长度校核：L≤90d2=90×9.92/=44.56所以凸模的工作部分长度不能超过44.56mm因此取40。
3.凹模的设计
凹模的结构形式有很多，按外形可分为标准圆凹模和板状凹模；按结构分为整体式和镶拼式；按刃口形式分为平刃和斜刃。而该零件的凹模采用整体凹模。凹模采用线切割机床加工。设计凹模需要确定凹模的轮廓尺寸L×B(长×宽）和厚度H。
凹模平面尺寸应按下面公式计算：
所以 L=50+0.8+2× 28
=106.8mm
B=(30+10+2×1)+2×28
=98mm
l——沿凹模长度方向刃口型孔的最大距离；
b——沿凹模宽度方向刃口型孔的最大距离；
c——凹模壁厚，查冲压模具及设备；
模具厚度的计算公式：
H=K1K2
所以H=1.3×1.25×=37.88mm
式中：F——冲裁力（N)
K1——凹模材料修正系数；
K2——刃口周边长度修正系数（查冲压模具及设备）
根据算得的凹模轮廓尺寸，选取标准轮廓尺寸L×B×H=250×250×40查表（9—4）
凹模的材料选用：T10A,工作部分热处理淬硬58~62HRC
（二）导料板的设计
导料板的作用是保证条料沿正确的方向送进，且采用导
料板定位时操作更方便。为使条料顺利通过，导料板的宽度
应略大于条料宽度，所以取导料板 图9-2导料板
宽度为20。该模具采用固定挡料销，所以导料板厚度为6~8取7mm。（查毕业设计手册）
导料板用螺钉固定在凹模上导料板用45钢制作，热处理硬度43~48HRC。导料板的入口设计成1处5°的斜角，长为20mm。（见图9-2）
（三）卸料板的设计
该模具的卸料板不但卸料作用，还对凸模起到导向的作用。卸料版为250×250。卸料板的厚度（查毕业设计手册）选择，卸料板厚度为10mm。卸料板材料45钢采用4个螺钉固定，热处理淬火硬度43~48HRC。
（四） 定位零件的设计
1.零件的定位
工作时，先用始采用挡料销进行初定位，当冲孔凸模在条料上冲出两孔后将条料移到固定挡料销处来粗定位，上模下行时导正销先导入条料上已冲出的孔进行精确定位，接而同时进行落料和冲孔。
2.固定挡料销的设计
固定部分的直径采用4mm，工作部分的直径采用12mm，这样既可以保证了凹模的强度且制造过程简单、使用方便。固定挡料销固定在凹模上采用45钢制造，热处理硬度43~48HRC。
3.导正销的设计
使用导正销的目的是消除误差，保证冲件的质量。导正销设置在落料凸模上，及挡料销配合使用。导正销由导入部分和导正部分两部分组成。导正部分的直径按下列公式计算：
d=dp-a
式中d——导正销导正部分的直径(mm)；
dp——导正孔的冲孔凸模直径(mm)；
a——导正销直径及冲孔凸模直径的差值（mm)，（查毕业设计手册）
所以：
d=10-0.06
=9.94mm
导正销的直线部分应为（0.5~1）t 等于1mm。导正销采用H7/r6的配合并用销钉固定在凸模上。
（五）模架及其他零件的设计
该模具采用上、下模座和导柱导套组成的四导柱模架。导柱、导套为圆柱形，其加工及装配方便，结构简单，可采用车床加工。导柱的长度应保证在闭合状态下，导柱上端面不能凸出上模座上端面和下模座下端面。导柱的下部及下模座导柱孔采用H7/r6的过盈配合,导套的外径及上模座导套孔采用R7/h5的过盈配合。导柱和导套采用H7/h6的间隙配合，导柱采用20钢导套采用20钢，渗碳淬火后硬度将达到58~62HRC。
导柱的直径、长度，按标准选取。
导柱：d/mm×L/mm为φ32×160；
导套：d/mm×L/mm×Dmm为φ32×105×45
模座的的尺寸L/mm×B/mm为160mm×98mm。
模座的厚度应是1.0~1.5倍凹模的厚度，因此上模座为60mm厚，上垫板为10mm厚，固定板为20mm厚，下模座为70mm厚。那么该模具的闭合高度为：
H闭=H上模+H垫+L+H+H下模-h2　　　　 　　
=（60+10+67+40+70-3）mm
=244（mm）
式中：
L——凸模长度，L=67
H——凹模厚度，H=40
h2——凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=3
又因为所选压力机J23—25的最大装模高度（270mm）大于244，所以可以使用。
（六）模柄尺寸的确认
模柄的作用是中、小型模具把上模固定在压力机滑块相连接并且将模具中心通过滑块的压力中心。
该模具采用压入式模柄，模柄尺寸是根据所选压力机模柄孔尺寸来确定，而所选压力机的模柄孔尺寸为40×60，所以模柄尺寸。
（七）其他螺钉及销钉的选择
冲模用到的紧固件主要是螺钉及安装销，其中螺钉用来连接固定而销钉用来定位。对于中、小型模具，螺钉的尺寸可根据凹模厚度参考表9-8选用。在同一组中螺钉的数量通常不能够少 于3个，并均匀布置在联接件的外缘。对于冲模而言螺钉常用内六角螺钉，这种螺钉紧固牢靠，且螺钉头埋在凹模内，使模具结构紧凑，外形美观。销钉的公称直径可取及螺钉大径相同或小一规格。销钉及销钉孔之间采用H7/m6或H7/n6配合。
螺丝的选用：M10×60mm的标准件。采用45钢，热处理淬火后的硬度达到43~48HRC。
销子的选用：φ10×70mm的标准件。采用45钢，热处理淬火后硬度达到43~48HRC（螺丝的选取见冲压模具及设备)
下模座以及凹模板统称为下模部分，采用用4个M10的六角螺丝和4个φ10的销子来进行固定。
十、压力机的选择
由前面已算出压力机的标称压力并选择压力机为J23-25开式双柱可倾式压力机。
十一附图
（一） 附图一凹模
附图一凹模图
（二）附图二凸模
图冲孔凸模
图落料凸模
（三) 附图三装配总图
附图三总的装配图
总结
通过本次毕业设计，通过学到的理论知识，结合亲手实践，论文的设计思路及排版等梁士红老师的指导下，独立地完成了这一次的毕业论文设计。在本次设计的过程中，通过自己亲手计算使得我对自己所学的知识有了进一步的深刻的认识。等到自己真正开始做时才知道以前所学的专业知识的重要性，并且懂得之前在学校所学的知识都是模具方面最基本的知识。此设计为以后学习打下了坚实的基础。
毕业论文历时约三个月，通过各部分的结构，形状分析，通过不断地分析 计算，确定本次毕业设计的工艺方案，然后是对排样方式的计算，直到绘制模具装配图，它几乎是花了近两个月。
在这其间不但进行了大量计算还在网上书上查阅了大量的资料，因此这次的毕业设计不仅复习并进一步了解了在学校所学的专业知识，还锻炼了自己其他各方面的能力。
总之通过本次毕业设计的锻炼，我比较深刻的认识和掌握了模具设计及制造的整个过程。在论文设计过程中遇到许许多多的问题，在此非常老师肖秀珍老师感谢的指导以及同学们对我的帮助，才能够使得此次毕业设计完成，对于毕业设计中的各种错误，恳请各位老师的批评指正。
参考文献
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[2]魏春雷.模具专业毕业设计手册.天津: 天津大学出版社,2010.1
[3]唐建生.工程材料及成型工艺 . 武汉: 武汉理工大学出版社，2011.8