毕业设计（论文）-弯管垫片的模具设计（装配图） .doc

济源职业技术学院毕业设计济源职业技术学院装配图，联系153893706毕 业 设 计题目 弯管垫片的模具设计 系别 机电系 专业 模具设计与制造 班级 模具0401 姓名学号指导教师日期 2006年12月 设计任务书设计题目：弯管垫片模具的设计设计要求：1.冲裁、翻边工艺性分析的确定。2.有关计算及模具设计。3.节约材料及零件的精确度。4.提高加工零件的效率及模具使用寿命。设计进度：11月23日11月30日 查阅、收集资料 12月1日12月7日 主要设计计算12月8日12月14日 结构设计12月15日12月22日 模具的整体设计12月23日12月25日 校核、修改、提交论文 指导教师（签名）： 目 录摘要1前言21 工艺性分析和方案确定31.1工艺的分析31.2工艺的确定31.3毛胚形状，尺寸和下料方式的确定41.4工件的排样设计51.5排样和材料的利用率51.6冲模结构的确定52 各部分工艺力的计算72.1工艺力的计算72.2闭模高度：92.3冲裁设备的选择92.4压力机容许偏心载荷103 工件的尺寸计算123.1主工作部分尺寸计算123.2落料刃口尺寸计算123.3切边刃口尺寸计算134 翻边尺寸计算154.1翻边的工作部分尺寸计算154.2凸模承压能力的效核154.3抗纵向弯曲应力的效核165 弹性元件的计算206 主要零件的设计226.1定位零件的设计226.2卸料装置的设计226.3推件装置的设计247 导柱导套及模柄的选用277.1导柱导套的选用277.2模柄的选用277.3模架选择及模具的动作过程27结论28致谢29参考文献30摘要随着模具工业的迅猛的发展，模具设计与制造以成为一个行业，工业生产中普遍采用模具成型工艺方法，有效地保证了产品的生产率和质量，使操作技术简化，还能省料、节能，获得显著的经济效益。由于产品的材料和工艺特性不同，生产用的设备也各异，模具种类繁多，但用的最为广泛的大约有以下几种：冷冲压模、塑料成型模、锻造模、精密铸造模、粉末冶金模、橡胶成型模、玻璃成型模、窑业制品模、食品糖果模、建材用模等。其中以冷冲压模、塑料模的技术要求和复杂程度较高。我设计的弯管垫片模具，材料为黄铜h68，厚度t=1mm。传统的加工方法为落料、冲孔、翻边、修整。我的加工方法比较特别。由于材料和厚度的原因，我采用的加工方法为：落料、省去预制孔直接翻边、再利用翻边凸模与翻边凹模的间隙进行挤切修边。从而完成工件的加工。关键词：落料、冲孔、翻边、修边前言通过在洛拖一周和兴华模具厂六周的实习，使我认识到模具发展的广阔前景，由于模具技术的迅速发展，模具设计与制造已成为一个行业越来越引起人们的重视。我国模具行业发展比较落晚、技术比较落后。随着经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大、技术要求也越来越高。我国大部分模具是需要国外进口的，一些发达国家对我国技术的封锁，但是随着我国不断的改革开放和模具工业不断的发展，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和生产产品在很大程度上依赖于模具生产，特别是国防、汽车、轻工、电子、航工等行业尤为突出。例如，汽车的覆盖件：发动机、底部、构成驾驶室和薄板冲压成形的表面零件和内部零件。我国在模具产品开发设计方法手段落后、规模比较小以及管理的落后。从总体上看，自产自用占主导、商品化模具仅为13左右，国内模具生产仍供不应求，特别是精密、大型、复杂、长寿命模具。仍需依赖进口。 1 工艺性分析和方案确定1.1工艺的分析工件名称 ：弯管垫片生产批量 ： 大批量材 料 ：黄铜h68 厚度1mm图1 弯管垫片简图该零件是圆形的轴对称工件，总体上结构简单，主要尺寸是内径，外径，精度要求一般，无特别的尺寸要求，可取为it11级。材料厚度，翻边的高度为2mm，其工件的加工工艺性较好，即冲裁性较好，1.2工艺的确定方案一：采用单工序模具，即先落料后冲孔，再翻边，需两套模具。方案二：采用复合模具，即一次安成落料冲孔翻边工序，只需要一套模具。方案三：采用级进模具，即先冲孔落料在翻边，只需要一套模具。表1 三种模具特点比较 模具种类比较项目单工序模复合模连续模冲件精度较低高一般生产效率较低较高高生产批量适合大、中、小批量适合大批量适合大批量模具复杂程度较易较复杂复杂模具成本较低较高高模具制作精度较低较高高模具制造周期较快较长长模具外形尺寸较小中等较大冲压设备能力较小中等较大工作条件一般较好好由于这样一个工艺按单工序模具来加工，则需两个工序，即需要两套模具。两台设备，模具制造费用大，生产效率低，且不容易保证尺寸精度，操作不便，也不够安全，所以方案一不合理。若采用模具级进则模具制造难度加大。工件的尺寸也不容易保证。生产效率也不高，所以方案三也不合理。而采用复合模制冲件时，由于这个工件的结构不太复杂而且轴对称，复合模的成本不是太高，制造的难度也不大，容易保证尺寸的精度，操作也方便，安全性好，生产效率高，所以综合考虑，方案一比较合理。1.3毛胚形状，尺寸和下料方式的确定由于该工件是圆形的垫片，最大外径是落料的直径，且生产批量大，所以为了送料方便快速，坯料可以用条料，宽度应比工件的最大直径大两个单边搭边值，两冲裁件也应留一个最小的搭边值，以保证冲裁出完整的工件，避免残缺工件的产生。提高坯料的利用率，提高生产效率和工件质量。由于工件只须内孔翻边，则落料件的尺寸与工件的外径相等，查最小搭边值得出则调料宽度的尺寸计算还与条料送进时模具上有无侧压装置及是否有侧刃有关，本套模具中没有侧压和侧刃装置，则条料宽度的计算公式为: 条料宽度： 送进步距：1.4工件的排样设计图2 排样图 1.5排样和材料的利用率在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件形状尺寸和合理排样是年降低成本的有效措施之一。一般的冲裁时产生的废料分两种，一种是训孔的废料和材料尾部余料，这种废料的产生与排样无关，而只与零件的结构有关，称之为结构废料；另一种是料头、前、中、侧面的搭边，与搭边选用及工艺方法有关，称之为工艺废料。所以要提高材料的利用率就要合理排样，尽可能地减少工艺废料。由于工件的形状和结构的限制这里采用有废料排样的方法，排样时留有搭边值，其值在前面已经查出。那么材料的利用率按式： （1-1） -条料的材料利用率； n- 条料上冲件总数，此取n40； f1- 工件实际面积(mm); a- 条料长度(mm)此取a1021.5 mm; b- 条料宽度 (mm)此取b27 mm; 则： 1.6冲模结构的确定首先从上面我们已经确定这是一套复合模，分析这个冲件可知，它是一个简单的圆形且是轴向对称的冲件，而且最大直径可直接通过落料得到，内部需要同心冲孔和翻边，而内孔的冲裁又会产生废料，所以总体上应将落料的凹模固定在上模座上，而冲孔的凹模固定在下模座上，这样先完成落料，再随着模具的继续动作完成冲孔和翻边，而冲孔和翻边产生的废料可以通过与冲孔凹模相通的通孔直接排出模具外。又由于条料只有1mm，较薄，而且冲压件较小，质量要求一般，属于普通冲裁，所以可以用弹性卸料装置进行卸料，同时可以利用弹性装置来实现冲裁前凸凹模与卸料板的压力来完成压料动作，以保证工件的平整度。又由于毛坯以条料的形式送进模具，生产量又大，所以可用两个导料销和一个挡料销来完成条料送进时的正确定位和均匀正确的送料步距，同时由于冲件结构较简单，冲件又小，所以用手动送料即可。在上下模座的导向方式上，考虑到冲件的结构较简单，尺寸精度要求较一般，而且是大量的生产，应尽右能提高模具的使用寿命，可以用导柱和导套配合的形式来完成上下模正确的冲裁定位。表2 倒、顺装复合模的比较比较项目倒装复合模顺装复合模工作零件装配位置凸模在上模部分在下模部分凹模在上模部分在下模部分凸凹模在下模部分在上模部分出件方式采用顶杆、顶杆自上模（凹模）内推出，下落到模具工作面上采用弹顶器自下模（凹模）内顶出至模具工作面上冲裁件的平整度较差较好废料排除废料凸模内积聚到一定程度后，便从下模部分的漏料孔或排出槽排出废料不在凸凹模积聚。压力机回程时及从凸凹模内推出凸凹模的强度和寿命凸凹模承受的涨力太大，凸凹模的最小壁厚应严格控制，否则会涨裂受力情况比倒装复合模好，但凸凹模的内形尺寸易磨损增大，壁厚可比倒装的薄生产操作废料自漏料孔中排出，有利于清理模具的工作面，生产操作较安全废料自上而下击落，和工件一起汇聚在模具工作面上，对生产操作不利适应性冲裁件平整要求不高，凸凹模强度足够时采用。凸凹模尺寸较大时，可直接固定要下模上，不用固定板适用于薄料的生产，平整度要求较高，以及壁厚较小，强度较差的凸凹模2 各部分工艺力的计算2.1工艺力的计算（1）、落料力计算 按式（2-1）： （2-1） 式中 f落落料力（n）； l工件外轮廓周长（mm）； t材料厚度（mm），t=1mm； 材料抗剪强度（mpa）。由查表，。 则 （2）、卸料力 按式（2-2）： （2-2） 式中 k卸卸料力因数，其值由表2-15查得，。 则 （3）、翻边力 此模具翻边凸模的工作部分为圆锥形，且翻边时无预制孔。因此f=1.3f翻。 按式（2-3）翻边力为： （2-3）式中 翻边力； s材料的屈服强度，查表得，； d翻边直径（按中线计），； 毛坯预制孔直径 t材料厚度（mm）。无预制孔的翻边力比有预制孔的翻边力大倍，此处取1.3，则 （4）、切边力 按式（2-4）： （2-4） 式中 f切切边力（n）； l工件外轮廓周长（mm）； t材料厚度（mm），t=1mm； 材料抗剪强度（mpa）。由查表，=240mpa。 则 （5）、卸料力 按式（2-5）： （2-5） 式中k卸-卸料力因数，其值由表2-15查得，k卸=0.02。则 （6）、推件力 按式（2-6）： （2-6） 式中 k推推件力因数，其值由表2-15查得； n工件在凹模内的个数，取。则 当采用刚性卸料和下出件的模具（如刚性卸料的单工序模或级进模等）时： 当采用弹压卸料和下出件的模具（如弹压卸料的单工序模、级进模或上模刚性推料的倒装复合模等）时： 用倒装复合模冲裁时，与落料有关，与冲孔有关。当采用弹压卸料和上出件的模具（如上模弹压卸料、下模弹顶出件的单工序模或上模刚性推料的正装复合模等）时： 此时，与落料有关，单工序模的与落料力有关，正装复合模中与冲孔力及落料力都有关。而本零件则采用弹压卸料和上出件的模具，所以： 故总的冲裁力2.2闭模高度：式中 h冲模的闭模高度最大装模高度最小装模高度2.3冲裁设备的选择压力机的精度低，会造成模具寿命低，工件精度低等不良后果。压力机的精度分子负荷状态的静精度和负荷状态下的动精度两种。对冲压加工来说，实际需要的是动精度。平行度不好，弯曲加工时造成弯曲角的波动，拉深加工时造成压边力不均匀和凸、凹模间隙不均匀等后果。垂直度不好，需要长加工距离的弯曲拉深加工，在加工行程的各点造成凸、凹模中心错移。综合间隙过大会助长过冲现象发生，因此希望其为必要的最小限度。为安全起见，防止设备超载，可按公称压力的原则选取压力机。由于该工件属于小件，冲裁精度一般而且是大批量生产，在考虑压力机是应以机械压力机为主，而机械压力机加工速度比液压压力机快的多，高的生产效率是其绝对的优势，所以确定在机械压力机内选择。而冲裁的行程又比较短，所以又以曲柄结构有利。参照附录，可选取公称压力为100kn的单曲柄压力机j23-10，其技术参数为： 公称压力：250kn 滑块行程：65mm 最大封闭高度：270mm最大装模高度：220mm连杆调节长度：55mm滑块中心线至床身距离：200mm电动机功率：2.2kw最大倾斜角度：30工作台尺寸：前后370；左右560封闭高度调节量：55mm 工作台孔径： 模柄孔尺寸： 机床总质量： 2.4压力机容许偏心载荷压力机受偏心载荷时，不仅影响模具上下模正确的相对运动，降低模具的寿命，影响工件的质量。同时也对压力机的导向部件、曲柄强度等都有影响。因此，压力机在使用过程中，限定一定的偏心载荷和一定的偏心距，以保证压力机和模具的正常工作。压力机承受偏心载荷时，其受力状态对单曲柄和双曲柄结构是不同的。对于单曲柄，由于偏心载荷在滑块上形成旋转力矩，从而在导轨内产生支反力。 支反力： （2-7） 式中 f支反力 p偏心载荷（kn）； e偏心距（mm）； s二支反力间距离（mm）；显然，其偏心载荷的容许值由导向部位的结构和强度等决定冲裁功的验算为了使压力机的每次行程功不超过额定数值，从而保证压力机飞轮的转速及保证电动机不超载，必须进行冲裁功的验算:分析工件的结构及要求用途可知，易采用平刃冲裁：即 （2-8） a平刃冲裁功 (nm); p平刃冲裁时的总冲裁力 (n); t材料厚度 (mm); m系数，一般取值m=0.63则 防止电动机过载按下式计算： （2-9） n压力机电动机的额定功率 (kw); k电动机运行系数，通过查表可知k=1.5; a冲裁功(nm); 压力机总效率； t压力机实际工作周期时间 (s);则 所以可以有效防止电动机过载3 工件的尺寸计算3.1主工作部分尺寸计算模具的主要工作部分落料凹模、凸凹模、翻边凸模的总装图。3.2落料刃口尺寸计算落料模设计时，以落料凹模刃口尺寸与冲件尺寸基本一致，作为设计基准尺寸，凸、凹模间隙靠减小凸模刃口尺寸得到。由于模具在冲裁过程中不断被磨损，致使凹模刃口尺寸逐渐增大，故设计时，应选用接近或等于工件的最小极限尺寸作为凹模刃口尺寸。在选择凸、凹模刃口尺寸公差时，应依照冲件的精度要求，以经济合理为原则。一般模具精度应比冲件精度要求至少高两个级别。按表2-10查得冲裁模刃口双面间隙，。工件的未注公差尺寸按it14级计算，查书附录d1得落料件直径为。落料凸、凹模的制造公差由表2-12查得，。磨损因数由表2-13查得。校核：。则 落料凸、凹模采用配合加工方法按式 （3-1）式中凹模尺寸； a工件的基本尺寸（mm）; x磨损系数，当工件尺寸公差等级为it1113时 取x=0.75; 工件公差（mm）; d凹模制造公差 （mm）;则 凹模尺寸 （ 3-2）凸模的尺寸按凹模的尺寸配制，其双面间隙为。翻边凸模凸圆与落料凹模的配合部分采用压入式过盈配合，配合取h7/p6，则翻边凸模的凸圆部分的极限偏差查标准公差表得： 再查孔的基本偏差数值表得的基本偏差是下偏差： 则 翻边凸模与落料凹模配合部分的基本偏差为下偏差，则极限偏差分别为： 下偏差： 上偏差：3.3切边刃口尺寸计算冲压工件切边部分尺寸为,尺寸精度为级。切边间隙对切边质量和模具寿命影响较大，双边间隙z过小则模架导向精度高，模具寿命低；z过大则制件口部的毛刺大，取为宜。查表2-10得切边刃口双 面间隙，。查表 2-12得凸、凹模的制造公差。磨损因数由表2-13得。校核：则切边凸、凹模采用配合加工方法。按式 （3-3）式中凸模尺寸； b工件的基本尺寸（mm）; x磨损系数，当工件尺寸公差等级为it1113时 x=0.75; 工件公差（mm）; 凸模制造公差（mm）;则 凸模尺寸 （3-4）凹模的尺寸按凸模尺寸配制，其双面间隙为。4 翻边尺寸计算4.1翻边的工作部分尺寸计算 由于是内孔翻边且有尺寸精度要求，尺寸精度由凸模保证。故设计基准尺寸应以凸模为基准，凸、凹模间隙靠加大凹模刃口尺寸得到。凸模在工作过程中也会不断的磨损，故设计时，应选用接近或等于工件的最大极限尺寸作为凸模刃口的尺寸。为了避免弹性卸料和推件装置的行程过大，翻边凸模端部设计为圆锥形凸模，其锥角取90。推件块还有压边的作用，故翻边凸模不需要台肩。由于翻边凸模在下行中，还进行挤切修边，则翻边凸模的直径。翻边凸模凹模之间的单边间隙z/2可控制在，使直壁稍为变薄以保证竖边成为直边。则翻边凸、凹模的单边间隙翻边凹模尺寸 （4-1） 4.2凸模承压能力的效核要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力，即： （4-2）从而得出 对于圆形凸模 式中 凸模最小断面的压应力；凸模纵向总压力；凸模最小截面的直径； 圆形凸模最小截面的直径冲裁材料厚度；冲裁材料抗剪强度；凸模材料的许用压应力，对于t8a、t10a、cr12mov、gcr15等工具钢，淬火硬度为hrc5862时，可取凸模有特殊导向时，可取则满足要求，所以符合凸模设计要求。4.3抗纵向弯曲应力的效核（1）凸模冲裁时，可视为压杆。当凸模细长时，必须根据欧拉公式进行纵向弯曲应力的效核。无导向装置的凸模。对于一般形状的凸模：对于圆形凸模：（2）有导向装置的凸模。对于一般形状的凸模：对于圆形凸模：式中允许的凸模最大自由长度；冲裁力；凸模最小截面的惯性矩；凸模最小截面的直径。则取第二种中的第二个式子：满足要求，所以符合凸模的长度设计要求。（3）冲裁模零部件的设计主要包括工艺结构零部件（工作零件，定位零件，压料及出件的零件）的设计和辅助结构零件（导向零件，固定零件，紧固件及其它零件）的设计。凸凹模的结构大到分为整体式和镶拼式的两种，镶拼式结构适合于大，中型和形状复杂，局部容易损坏的整体凸模式或凹模，而此处所需的凸凹模形状较简单，所以选用整体式来加工凸凹模。为了满足凸凹模的强度要求，应满足凸凹模的最小壁厚即 m最小壁厚值（mm）; t材料的厚度（mm）;则 而工件内孔边缘与外边缘相差5mm，所以凸凹模强度满足要求模具主要结构中落料凹模、凸凹模、翻边凸模的工作尺寸分别如图所示 图1-3 凸凹模 图1-4 翻边凸模图1-5 落料凹模（5）模具的主要零件及垫板结构设计图1-6 垫板5 弹性元件的计算（1）卸料橡胶的计算 下卸料装置采用橡胶作为弹性元件。由式（1-4）计算橡胶的自由高度为：式中： s工作工作行程与模具修磨量或调整量之和。则 取橡胶的装配高度取。橡胶的断面面积，在模具装配时，根据模具空间大小确定。（2）、弹簧的设计计算推件块用于冲压件的上卸料，且兼作压料板，是使工件保持平整的关键零件，故选择弹簧时，其工作压力应再加大一些。根据结构初选为1根弹簧，卸料力。按预压力和模具结构的尺寸，由查表可选序号的弹簧，其负荷。检验是否满足。其中，查表及负荷一行程曲线可得下列有关数据：表3 弹簧高度表（）弹簧序号h h1s1=h预总工作+预+修磨（=6mm）453522.0138.518.5 464527.417.611.521.5475533.0221424486538.426.617.527.5497544.0312030508549.435.623.533.5故选取49号弹簧，外径，钢丝直径，自由状态下高度。弹簧装配高度。6 主要零件的设计6.1定位零件的设计定位零件分两类：一类是在送料方向垂直方向的定位，即送进导向，另一类是要送料方向上定位用来控制送料进距。在本套模具中，导料装置和挡料装置均采用销钉的形式，共三个，其中两个作为导料销压装在凸凹模的一侧另外一个作为挡料销压装在凸凹模上与送料方面一致的前方，其销头的高度为（t+1）mm,即2mm，具体形状及尺寸如下图：图1-7 挡料销 注：材料：45钢，热处理：硬度4348hrc6.2卸料装置的设计卸料板的型式较多，本套模具采用弹压卸料板的形式，它的作用是除了把板料从凸凹模上卸下外， 还起到压料和导向的作用。这里的卸料板与凸凹模相配的导向孔其尺寸公差及与凸模的配合要求，与被冲工件的材料厚度有关。冲件材料厚度在0.83 mm之间时配合为h6/h7.卸料板的厚度可以查表得出，此处取10 mm。卸料螺钉为内六角螺钉。卸料板的厚度查表取：厚度。卸料板孔与凸模的单边间隙查表取： 卸料板底面高出凸模底面的尺寸： 卸料板导向孔的高度 卸料螺钉孔直径处的最小值为： 模座材料为钢，卸料板与卸料螺钉的结构尺寸如下:图1-8 卸料板 图1-9 卸料丁注：卸料板材料取q235；淬火处理；硬度值为（5662）hrc卸料螺钉材料取45钢；热处理；硬度值（3540）hrc6.3推件装置的设计推件装置有钢性推件装置和弹性推件装置两种，在本套模具中采用弹性推件装置。推件块与凸模的配合不起导向作用，所以此处的单面间隙取（t为材料厚度）图1-10 推件块注：推件块材料为：45钢；热处理；硬度值为；（4348）hrc凸凹模固定板的设计：此处取45mm。图1-11 固定板垫板选用及计算模座承压面的压应力 不应超过许用压以应力： （6-1）式中 f冲裁力；承压面积；模座许用挤压应力；如果，则，必须加淬硬垫板。7 导柱导套及模柄的选用7.1导柱导套的选用（一） 在本套模具中，导柱导套使有标准件，由于冲件是一个对称的圆形件，为避免装错，两个导柱选用不同的直径。7.2模柄的选用（二）在模柄的选用 ，是根据设计的要求。本模具属于小形冲模，采用压入式标准核模柄，上模座与孔采用h7/m6的过渡配合，并加销钉防转。7.3模架选择及模具的动作过程该模具的结构简图如图6-26所示。主要由上、下模座落料凹模、凸凹翻边凹模、凸凹模固定板、卸料板、推件块等零件构成。根据落料凹模的外形尺寸及橡胶尺寸，参照有关标准，可选择i级精后侧导柱模架上模座： ht300下模座： ht300导 柱： 20钢导 套： 20钢落料凹模、凸凹模、翻边凸模的材料可采用cr12，热处理硬度为。凸凹模固定板、卸料板、推件块等的材料选用45钢。结论毕业设计是大学三年中的最后一个环节，也是对三年的学习生活中所学知识的一个汇总和概括，通过对三年学习的检验和模具设计的基本要求，对以后设计模具奠定扎实的基础， 通过对这次毕业设计,我从中受益非浅,使自己深深体会到了做一项设计不是想象的那么简单。自己亲自设计了这个弯管垫片的模具,从一开始的茫然到不断借鉴资料再到整个模具的设计完成，使自己学到了更多的知识，也使自己懂，做设计不仅要用到我在大学三年所学的东西，而且还运用了我们从未接触学习过的知识。设计一种模具并不是单一的依靠一门学科,模具,它需要的是多方面东西，是通过各个方面的知识积累、动手实践以及老师的指导和参考一些资料而做出来的，而绝非凭空想出来的；它是实实在在不掺一点水份的,只有自己掌握了各方面的知识才能更好的去制造去设计即将毕业的我，在以后的工作中难免会遇到一些问题或麻烦，这时就要靠自己以前所学的知识和积累的经验去解决这些问题和麻烦。随着科学技术的高度发达，那些质量优、性能好、效率高、能耗低、价格低廉的产品必将开发出来并淘汰那些老的生产技术或设备。因此，我们应该树立良好的设计思想，重视对自己进行模具设计能力的培养；善于利用各种信息资源，扩展知识面和能力；培养严谨、科学、创新与创业、艰苦奋斗