(精品)管道与管道连接处的垫板 冲压模具精品(2013年优秀毕业设计)

1引言1.1我国模具行业发展现状现代模具行业是技术、资金密集型的行业。它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务。由于模具生产要采用一系列高新技术，如CAD/CAE/CAM/proe等技术、计算机网络技术、激光技术、逆向工程和并行工程、快速成型技术及敏捷制造技术、高速加工及超精加工技术等等，因此，模具工业已成为高新技术产业的一个重要组成部分，有人说，现代模具是高技术背景下的工艺密集型工业。模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，因此已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，6080的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。我国模具行业要进一步发展多功能复合模具，一套多功能模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务。通过这种多功能的模具生产出来的不再是成批零件，而是成批的组件，如触头与支座的组件、各种微小电机、电器及仪表的铁芯组件等。多色和多材质塑料成形模具也将有较快发展。这种模具缩短了产品的生产周期，今后在不同领域将得到发展和应用。1.2 现代模具设计技术在模具加工中的应用1.2.1 CAD技术计算机辅助设计（Computer Aided Design）简称CAD，是指以计算机作为主要技术手段，帮助人们处理各种信息，进行产品的设计与制造。随着现代模具技术的发展，CAD技术在模具的生产中将普遍采用，经过市场调查及其周密的研究，进行生产决策，下达生产计划及实施措施，紧接着模具开发设计者使用模CAD工作站，完成模具设计中的造型、计算、分析以及绘制工程图，而且可在设计阶段对产品性能进行评价，可使设计者从繁重的绘图中解放出来，能有更多的时间做创造性的工作。随着计算机技术的不断提高和计算机性能的不断完善，计算机在制造业中所承担的认为越来越多且越来越复杂和精细。计算机辅助技术在制造业内得到了广泛应用，极大地推动了制造业的发展。CAD是随着计算机、外围设备及其软件的发展而形成的一门新技术。经过最近20多年的发展，CAD技术在国外工业发达国家已被广泛应用于机械、电子、航空、航天、汽车、船舶、轻工业、建筑及工程建设等各个领域，成为提高产品与工程设计水平、降低消耗、缩短产品开发与工程建设周期、大幅度提高劳动生产率和产品质量的重要手段；CAD技术及其应用水平已经成为衡量一个国家的科技现代化和工业现代化的重要标志之一。1.2.2 Pro/E使用技术Pro/ENGINEER(简称Pro/E)，目前是世界上最普及的三维应用软件之一。它功能强大,广泛应用于电子、机械、工业设计、汽车、航空航天等行业，是一个全方位3D产品开发软件。其主要特点如下：1）3D实体模型。2）单一数据库及全相关性。3）以特征作为数据库的存取单位。4）参数化设计。其次，Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用，对现代模具的设计与制造起到相当大的作用。1.3 现代模具加工发展方向的研究1.3.1电火花铣削加工 先进制造技术的快速发展和制造业市场竞争的加剧对电火花成形加工技术提出了更高要求，同时也为电火花成形加工技术加工理论的研究和工艺开发、设备更新提供了新的动力。今后电火花成形加工的加工对象应主要面向传统切削加工不易实现的难加工材料、复杂型面等加工，其中精细加工、精密加工、窄槽加工、深腔加工等将成为发展重点。同时，还应注意与其它特种加工技术或传统切削加工技术的复合应用，充分发挥各种加工方法在难加工材料加工中的优势，取得联合增值效应。相对于切削加工技术而言，电火花成形加工技术仍是一门较年轻的技术，因此在今后的发展中，应借鉴切削加工技术发展过程中取得的经验与成果，根据电火花成形加工自身的技术特点，选用适当的加工理论、控制原理和工艺方法，并在己有成果的基础上不断完善、创新。电火花成形加工机床向数控化方向发展的趋势已不可逆转，但应注意不可盲目追求“大而全”，应以市场为导向，建立具有开放性的数控体系。总体而言，电火花成形加工技术今后的发展趋势应是高效率、高精度、低损耗、微细化、自动化、安全、环保等。 1.3.2慢走丝线切割技术 目前，数控慢走丝线切割技术发展水平已相当高，功能相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度。最大切割速度已达300mm2/min，加工精度可达到1.5m，加工表面粗糙度Ra0.10.2m。直径0.030.1mm细丝线切割技术的开发，可实现凹凸模的一次切割完成，并可进行0.04mm的窄槽及半径0.02mm内圆角的切割加工。锥度切割技术已能进行30以上锥度的精密加工。1.3.3磨削及抛光加工技术 磨削及抛光加工由于精度高、表面质量好、表面粗糙度值低等特点，在精密模具加工中广泛应用。目前，精密模具制造广泛使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光机等先进设备和技术。2 产品工件的冲压工艺规程制定如图2-1所示的产品工件图, 零件的材料为08钢板，料厚为2mm, 精度为IT13。需大批量生产。图2-1产品工件图2.1零件工艺分析冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。一般情况下，对冲裁件艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精要求。良好的冲裁工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。2.1.1零件的功用与经济性分析如上图所示：该零件是管道与管道连接处的垫板，主要功能是能让管道与管道能正确连接，且有防漏作用。从零件图及产品生产要求精度我们可知道，该零件的精度要求为IT13，因此所有的尺寸可控制在偏差0.14。其中两边10为螺栓固定孔且中心距为30，中心为25的孔为管道与产道的连接孔，是套在管道上面；工件的最长处是为10的倒圆角，因此工件最长距离为80；短边是以中心孔为中心的35两倒圆角。该零件属于大批量生产，零件外形简单对称，易于冲压成形，采用冲压加工经济性良好2.1.2冲压工艺性分析该零件是薄片对称简单零件，采用材料厚度t=2的08号的优质碳素结构钢,该材料的抗剪强度=260360MPa、搞拉强度= 330450Mpa、伸长率为=32%、屈服强度=200Mpa（具体参数见2表1.3部分常用金属板料的力学性能）冲裁件的最小圆角半径（设为）=5、最小孔距、孔边距（设为a）=52t(t为料厚)；且工件精度为IT13精度要求不是非常高。综上所述，冲裁工件的形状、尺寸、精度、均符合冲裁工艺要求，符合大批量生产，可进行生产。2.2冲压工艺方案的分析2.2.1工序性质确定此零件的成形工艺就是两个方面：冲孔、落料。这两部都属于简单的分离工序工件。有三个通孔，可作一次冲孔（三个孔同时冲）二次冲孔（两小孔先冲，在冲中间大孔）或做三次冲孔（依次冲孔）2.2.2 确定工艺方案该零件进行冲压加工的基本工序是冲孔、落料。两部骤都为分离工序因此工艺方案有如下几种。该零件的10孔与边距为：b2t(t为板料厚)；10与的孔距为：a2t(t为料厚)，因此不会因模具强度不够或使冲裁件变形。按上述分析可提出以下几种方案。方案一：采用单工序模具一步步冲孔，在落料。方案二：采用正装复合模具在压力机一次性完成冲孔、落料步骤。方案三：采用倒装复合模具在压力机一次行性完成冲孔、落料步骤。方案四：采用级进模具在压力机一次行程内先完成冲孔，再完成落料。分析和比较上述四种工艺方案，可以看出：方案一是采用单工序模具，压力机一次行程内只能完成一个工序，与方案二、三相比，其生产率较低，生产成本较高，不符合大批量生产的要求，因此不宜采用。方案四是级进模具，虽说生产率比方案一高，根据实际要求与方案二、三相比，没有方案二、三的生产率高，且每冲一次需把材料从定位钉上脱出后送至预定位置，操作也不方便。方案二与方案三同属复合模，在冲裁中，属生产率较高的冲裁模具，见表2-1得知道：序号正装倒装1对于薄冲件能达到平整要求不能达到平整要求2操作不方便，不安全，孔的废料由打棒打出操作方便，能装自动拨料装置，既能提高生产效率又能保证安全生产。孔的废料能过凹凸模的孔往下漏掉3废料不会在凹凸模孔内积聚，每次由打棒打出，可减少孔内废料的涨力，有利于凹凸模减小最小壁厚废料在凹凸模孔内积聚，凹凸模要求有较大的壁厚以增加强度4装凹模的面积较大，有利于复杂冲件用拼块结构如凹凸模较大，可直接将凹凸模固定在底座上省去固定板表2-1复合模正装与倒装比较由表2-1得知道：倒装复合模更符合冲裁件生产的要求。方案三其模具的综合性能及操作，既有利于提高生产率，又有利于降低生产成本。综上所述，采用方案三比较合适。3.冲裁工艺计算3.1凹、凸间隙值的确定凹凸模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命及冲裁力、卸料力、插件力等有较大影响，所以必须选择例题的间隙。本冲裁件零件为08号材料，厚度为2mm，且要求精度为IT13，则由1表2-9查得：；3.2凹凸模刃口尺寸的确定3.2.1确定凹凸模刃口尺寸的原则（1）.考虑落料和冲孔区别，落料件的尺寸取决凹模，因此落料模就先决定凹模尺寸（2）.考虑刃口的磨损对冲件尺寸的影响，刃口磨损的尺寸变大，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺寸，刃口磨损后尺寸减小，应取接近或等于冲件的最大极限尺寸。（3）.考虑冲件精度与模具的关系，在选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较冲件精度高23级。3.2.2凹、凸分别加工时的工件部分尺寸由表3-1可看出：落料件和凹模尺寸计算：根据公式得: ； ； 由1表2-13查得IT13的 X=0.75。公式 、为公件的基本尺寸。为凹模的制造公差 。为落料凹模的刃口尺寸（）。制件的制造公差（）。表3-1落料件、冲孔以及凹凸模尺寸示图（2）冲孔件和凸模尺寸计算： 公式 、分别为工件的基本尺寸为凸模的制造公差。为制造公差（）；、分别为凸模的刃口尺寸（mm）。3.3排样设计在冲压生产中，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降低成本的有效措施之一。3.3.1冲裁件的排样方案确定冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而根据排样的类型，又要分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种。根据本工件的形状、材料厚度及精度要求，具体排样方式如3-1图表示：图3-1 工件零件的排样方式根据材料的利用情况，排样方式分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。本设计中采用有废料排样。板料规格选用2（厚度）55（宽度）的卷料。由于坯料形状及尺寸大小，考虑操作方便，如图3-2采用斜排。3.3.2材料利用率衡量材料经济利用的指标是材料利用率。一个进距的材料利用率为：式中：A冲裁件（包括冲出小孔在内）（）；n一个进距内的冲件数目； B条料宽度（）； h进距（）3.3.3搭边排样时，冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。作用是补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证条料有一定刚度，便于送料。此外，还可保持条料有一定的刚度和强度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。图3-2制品件排样图搭边值要合理确定。如果搭边值过大，则材料利用率低。如果搭边值过小，虽然材料利用率高，但是过小则不能发挥搭边值的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时还会被拉入凹模和凸模间隙，损坏模具刃口，降低模具寿命。由1表2-18查得:=2.2、=2.5 。3.4冲裁工艺力的计算冲裁模设计时，为了合理地设计模具及选用设备，必须计算冲裁力。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力。以适应冲裁的要求。冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度和冲裁件分离的轮廓长度有关。本设计中采用平刃口冲裁，冲裁力的计算公式为：（1）冲裁力：式中：L冲裁件周边长度（mm）；t材料厚度（mm）；材料抗剪强度（MPa）；K系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。（2）卸料力：式中：卸料力（N）；卸料力系统（见1表220）；F冲裁力（N）。（3）推件力：式中： 推件力（N）；推件力系数（见1表2-20）；F冲裁力（N）；N梗塞在凹模内料的个数，h为凹模刃壁垂直部分高度（），t为料厚（）。N3.5模具压力中心的确定冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重要，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，提高模具及压力机寿命。由于零件的形状对称，因此其压力中心为零件的几何中心。3.6冲压设备的选择冲压设备选择时需注意以下几点：（1）、压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力。式中 所选压力机的吨位。冲裁定时的总力。（2）、根据模具结构选择压力机类型和行程（冲程）次数。复合模工件需从模具中间出件，选用可倾式压力机为最好（3）、根据模具尺寸大小、安装和进出料等情况选择压力机台面尺寸，如有推件时应考虑台面孔的大小使冲后有关零件能自由通过。（4）、选择压力机的闭合高度与模具是否世配。（5）、模柄直径、长度尺寸是否与压力机滑块模柄孔直径、深度尺寸相当。（6）、压力机滑块行程应该是拉深深度的22.5倍。（7）、压力机的行程次数应当保证有最高的生产效率。（8）、压力机应该使用方便和安全。根据上面计算由3中的表2-3查得出可选用J2340开式单点压力机为：J2340开式单点压力机参数技术规格参数值标称压力400KN标称压力行程7滑块行程：调节行程10 mm标程行程次数80次最大封闭高度300封闭高度调节量80滑块模柄孔规格70滑块中心到机身距离220工作台尺寸：前后420mm工作台尺寸：左右620mm工作台孔尺寸：左右300工作台孔尺寸：前后150工作台孔尺寸：直径2003.7冲模的闭合高度计算冲模的闭合高度是指滑块在下死点即模具在最低工作位置时，上模座上平面与下模座下平面之间的距离H。冲模的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。压力机的装模高度是指滑块在下死点位置时，滑块下端面至垫板上平面间的距离。当连杆调到最短时为压力机的最大装模高度；连杆调至最长时为最小装模高度。冲模的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间，其关系为如图示：所以闭合高度应为： 3.8冲模模架的型号与选择冲模模架标准是1991年5月1日由国家技术监督局批准颁布实施的。该标准是在原冷冲模国家标准基础上修订的新标准。其中，模加产品标准（GB/T 285137、GB/T214）共10个。3.8.1标准模架的选择根据国家标准，模架主要有两大类：一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导住模模架；另一类是由弹压导板、下模座、导柱、导套组成的导板模模架。模架及组成零件已经标准化，并对其规定了一定技术条件。由于此时进行冲裁时，为单件进行生产，故采用后侧导柱模架。此种模架运用比较广，两个导柱装在后侧，可以三面送料，操作方便。此模架的具体形式如下图3-3所示：图3-3后侧导柱模架根据闭合高度选取模架参数如下：凹模周界：L315凹模周界：B200最大闭合高度：H285最小闭合高度：H240上模座：(GB/T 2855.5)31520050下模座（GB/T 2855.6）31520060导柱（GB/T 2861.1）3523导套（GB/T 2861.6）35125484.冲裁模主要零部件的结构设计冲裁模零件及模架已有国家标准或部颁标准，模架产品标准（GB/T 2851.17GB/T2852.1 16）共10个，与标准模架相对应的标准零件（GB/T2855.1 14、GB/T2856.1 8、GB/T2861.1 16、）共38个。设计模具时应采用标准零件及其组合。4.1凸模设计由于冲件的形状和尺寸不同，冲模结构与加工以及装配工艺等实际条件亦不同，所以生产中使用的凸模结构形式很多。其截面形状有圆形和非圆形；刃口形状有平刃和斜刃等；结构有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等。凸模的的固定方法也很多，有台户固定、铆接、螺钉和销钉固定，粘结剂浇注法固定等。4.1.1凸模的结构设计根据冲裁部份的形状圆形，以及冲裁直径D=10可选取国家标准的圆形凸模。圆形凸模如下图4-1：该凸模为直通式凸模，该型式的凸模刚性较好，可用于直径的凸模。根据国际（GN2863.1281）的规定，凸模材料可用T10A、Cr6WV、9Mn2V、Cr12、Cr12MoV。刃口部份热处理硬度前两种材料为5860HRC，后三种为5862HRC，尾部回火至4050HRC。 图4-1凸模的结构形式4.1.2凸模的安装方式凸模的固定方式很多，根据凸模型状，直径大小，可将凸模压入固定板内，采用配合；以便安装方便、理修与更换。凸模的具体安装方式如下图4-2所示：图4-2凸模的固定方式4.1.3凸模的长度计算（1）凸模10长度计算：凸模的长度应根据冲模的具体结构确定。应留有修磨余量，并且模具的闭合状态下，卸料板至凸模固定板应留有避免压手的安全距离。本模具设计为倒装式复合模，因此凸模的长度按下式计算：式中： 凸模固定板厚度； 凹模的厚度；修磨余量，一般选取（0.51）。4.1.3.1凸模固定板的选用（1）凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廊尺寸除应保证凸模安装孔外，还要考虑螺钉与销钉孔的设置。基型式有圆形和矩形两程。厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍。H =(0.60.8)h=1221（约值为取值）式中 h凹模的厚度；H凸模固定板的厚度。4.1.3.2凹模厚度凹模的厚度由下面凹模设计计算得出：=15（约值为取值）（2）凸模25长度计算：倒装式复合模大小凸模长度需一致。因此凸模25长度为：L=33(该值为取值)4.1.4凸模的应力校验凸模一般不必进行强度校验，但对于特别细长的凸模断面尺寸小而板料厚度大时，则应进行强度校验。本模具凸模设计最小的凸模为D=10，刚性及强度足够，因此不进行校验。4.2凹模的结构设计凹模的外形很多，凹模的外形有圆形和板形；结构有整体式和镶拼式；刃口有平刃和斜刃。在实际生产中，由于冲裁件的形状和尺寸千变万化，因而大量使用外形为圆形或矩形的凹模，4.2.1凹模的结构设计本模具设计为倒装式复合模。其中凹凸模在下模，上模模座有一凹模和凸模，推料板套在凹模中，因此凹模的孔口形式为直孔式具体形式如下图4-3：图4-3凹模的结构形式4.2.2凹模的轮廓尺寸计算冲裁时凹模承受冲裁力和侧向挤压力的作用。由于凹模结构形式和固定方法不同，受力情况又比较复杂，目前尚不能用理论计算方法确定凹模轮廓尺寸。在生产中，通常根据冲裁的板料厚度和冲件的轮廓尺寸，或凹模孔口刃壁间距离来确定。凹模厚（高）度H：（不小于15）垂直于送料方向的凹模宽度B：(约值为取值)送料方向的凹模长度L：( 约值为取值)式中： 垂直送料方向凹模刃壁间最大距离；根据测量得=45.98；送料方向的凹模刃壁间最大距离；根据测量得=65送料方向的凹模刃壁至凹模边缘的最小距离。其值查4表3-26。=36K系数，考虑板料厚度的影响，其值见1表2-24系数K值4.2.3凹模的固定方式不同凹模厚度的紧固螺钉尺寸选用及许可承载能力不同,具体参考值见1表2-26。可选用螺钉直径为M5、M6的螺钉。则选用M6，材料为45号钢的螺钉，其螺钉的许用负载能力为3100N凹模螺钉和销钉固定在模座上,钉孔至刃口边及钉孔之间的距离要有足够的强度,其最小值可参考1表2-25，则选用最小距离为10的4.3凹凸模的结构设计在复合模中，凹凸模的内外缘为刃口。具体形式如下图4-4所示：图4-4凹凸模的结构形式4.3.1凹凸模的最小壁厚验校凹凸模的内外缘均匀为刃口，内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸。从强度考虑，壁厚受最小值限制。凹凸模的最小壁厚受冲模结构影响。对于倒装复合模，因孔内会积存废料，所以最小壁厚要大些。凹凸模的最小壁厚值，一般由经验数据决定。对于对黑色金属和硬材料的冲裁，一般倒装复合模的凹凸模最小壁厚取为工件厚度的1.5倍，但不小于0.7。倒装复合模的最小壁厚可见1表2-27可得最小壁厚a=4.9、最小直径为D=21。都符合凹凸模的要求，不进行校正。4.3.2凹凸模的高度计算倒装式凹凸模的高度可为：凹凸模的固定板+弹簧的自由高度+卸料板的厚度即：=9+7.2+9.5=25.780（约值为取值）式中： 凹凸模的固定板的厚度；弹簧自由总高度；卸料板的具体高度。4.3.2.1凹凸模固定板厚度计算凹凸模的固定板的厚度可根据凹模厚度来确定根据公式=H（60%80%）=1560%=920(约值为取值)式中： H为凹模厚度，依上可得为154.3.2.2弹簧选用在弹簧的选用中，在冲模的卸料装置中常用的弹簧是圆柱螺旋弹簧和碟形弹簧。由于本设计的推件力较高因此选用圆柱螺旋压缩弹簧。（1）、卸料弹簧的允许行程下的负荷： N（详细参考4表8-42）根据要求选用：=3000N。共六组弹簧因此，每组1个圆柱弹簧。详细参数见5如下：弹簧大径D40内径d20自由高度ho125压缩高度40定数8工作极限负荷Fj3137选用圆柱弹簧参数4.3.2.3卸料板厚度计算卸料板的具体高度可根据导料板的高充来计算，具体如下公式：h=H-(0.1 0.3)t=10-0.2=9.820式中：h卸料板；H导料板的高度；导料板厚度可选用1表3-28导料板的高度t板料厚度。4.4模柄的选用中、小型冲模通过模柄将上模固定在压力机的滑块上。常用的模柄形式有压入式模柄、旋入式模柄、凸缘模柄、浮动模柄。4.4.1模柄特点根据尺寸及工件精度要求，可选用浮动模柄，该模柄的凹球面模柄2与凸球面垫块3联接，装入压力机滑块后，允许模柄与模柄轴心线之间的偏离，可减少滑块误差对模具导向精度的影响。浮动模柄图如下：图4-4浮动模柄根据1表2-38中的浮动模柄（GB2862.681）中选取规格为如下：d50D95D1140H24凹球面模柄（代号1）5093凸球面垫块（代号2）9512.5锥面压圈（代号3）14022螺钉（代号4）M1030(数量4)浮动模柄参数浮动模柄选用时应注意：1件号4的螺钉数量：当D1100时为4件，D1100时为6件。2凹球面模柄与锥面压圈装配后应有不大于0.2的间隙。3上述零件装