自行车脚踏垫圈的冲裁模设计

课题名称自行车脚踏垫圈的冲裁模设计姓名学号所在系班级指导老师摘要本文主要针对自行车脚踏垫圈的冲裁模进行设计，在对其首先进行冲孔和落料等成形工艺分析的基础上选择合适的模具类型级进模，其次根据零件尺寸确定排样方案，再进行模具总体结构并计算相关参数，接着对其相关零部件进行设计并绘制出非标准零件的零件图，最后在校核完压力机的基础上进行模具零部件的总装并绘制装配图。关键词冲裁模；垫圈；工艺方案分析前言本次毕业设计的选题主要是建立在本学期所开设的专业课冷冲压工艺与模具设计的学习的基础上进行的。接受毕业设计任务是碰巧冲压课讲到了凹模和凸模刃口尺寸的相关知识点，于是便以课后作业中的零件为例进行此次毕业设计，一方面通过此次毕业设计将以前所学的制图和公差配合等知识进行巩固，另一方面将正在学的冲压模的相关理论知识应用到实践中。最终知晓并学会冲压模设计的流程，从而提升个人职业素养。本次毕业设计主要是研究自行车脚踏垫圈的冲裁模的设计，通过此次毕业设计以达到举一反三的能力。现如今冲裁件的使用领域已不仅仅限于工业领域了，它正朝其他领域蔓延。然而每个冲裁件的生产和使用总是离不开冲裁模的设计和使用的，因此，冲裁模的研究和发展还有着很大的空间。此外，随着新技术的发展，冲压模具技术正逐步趋于标准化、规范化、智能化本文主要是通过查相关手册和理论计算的途径分六个阶段进行此次的设计任务的，最终在之前进行相关理论计算和零部件设计以及压力机校核的基础上绘制出模具的总装图。目录第1章冲压工艺方案的制定411工艺分析412工艺方案的选择513排样图设计5第2章模具总体结构设计和必要的工艺计算721模具总体结构设计7211模具类型的选择7212定位方式的选择7213卸料方式的选择7214导向方式的选择722必要的工艺计算7221计算冲压力7222计算模具压力中心8223初选冲压设备9224凸、凹模刃口尺寸的计算10第3章主要零部件的设计1331工作零件的设计13311凹模的设计13312凸模的设计1432卸料和出件零件的设计16321卸料零件的设计1633定位零件的设计16331送料方向的定位零件16332送料步距的定位零件1734模架及其他零部件的设计17341模架的选用17342模柄17343垫板17344凸模固定板17345紧固件18第4章压力机的校核1941公称压力1942工作台面的尺寸1943闭合高度19第5章模具总装图20总结21参考文献22致谢23第1章冲压工艺方案的制定11工艺分析图11垫圈如图所示垫圈冲裁件材料Q235钢；大批量生产；未注公差按IT14计算相关尺寸见图11图12垫圈零件图冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。主要应考虑以下几点1）冲裁件的形状和尺寸要求该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的。对于所冲孔MM，按参考文献2表12查得，一般冲孔模可冲9201压的最小孔径DT。该冲裁件厚度T2MM，因而MM孔符合工艺要求。901对于所冲孔MM，按参考文献2表12查得，一般冲孔模可冲压650的最小孔径DT。该冲裁件厚度T2MM，因而MM孔符合工艺要求。650一般情况，冲裁件的外形不能有尖角，应采用R05T的圆角过渡。本冲裁件T4MM,圆角R198和R8均大于05T,故该冲裁件符合要求。2）冲裁件的尺寸精度该冲裁件内外所能达到的经济精度等级为IT14级，将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该垫圈的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求。12工艺方案的选择该零件包括落料和冲孔两个基本工序，可采用以下三个工艺方案方案一先落料，后冲孔，采用单工序模加工单工序模的特点是模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足大批量生产的需要。方案二落料冲孔复合冲压，采用复合模加工复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。方案三冲孔落料连续冲压，采用级进模加工级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。比较方案一，方案二和方案三，比较方案一与方案二，对于所给零件，由于两小孔比较接近边缘，复合模冲裁零件时受到壁厚的限制，模具结构与强度方面相对较难实现和保证，所以根据零件性质采用级进模加工合适。13排样图设计排样图是级进模设计的关键，它具体反映了零件在整个冲压成形过程中，毛坯外形在条料上的截取方式及与相邻毛坯的关系，而且对材料的利用率、冲压加工的工艺性以及模具的结构和寿命等有着显著的影响。综合考虑零件的外形和材料的经济利用率确定采用斜排方案，如图12所示。由参考文献2表22确定搭边值，根据零件形状，两冲裁件按矩形取搭边值A2MM,侧边取搭边值2MM。A1步距S453424734MM，取整为48MM。条带宽度D2B010查参考文献2表23，取02，查参考文献2表24，取C05，则D2C0A1039622052441MM根据实际取料宽为45MM02导料板间的距离ABC4505455MM图13排样图第2章模具总体结构设计和必要的工艺计算21模具总体结构设计211模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进模。212定位方式的选择零件大批量生产,安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式。板料定位靠导料板和导正销完成，因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销定距。213卸料方式的选择考虑零件尺寸较大，厚度较大，采用固定卸料方式，为了便于操作，提高生产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。214导向方式的选择为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用对角导柱的导向方式。22必要的工艺计算221计算冲压力计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力F一般可以按下式计算FKLT式中材料抗剪强度MPA；T材料厚度MM；L冲裁周边总长MM；K系数；F冲裁力。式中K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般取K13该模具采用钢性卸料和下出料方式，根据零件图,用CAD可计算出冲裁件周边长为15466MM。根据参考文献2表12常用金属冲压板料的力学性能查出Q235钢的抗剪强度为310380MPA，令取310MPA总的冲压力包括1）落料时的冲裁力F1KLT131546623101247KN2）冲孔时的冲裁力中心孔LT213262310658KN2个小孔KLTF313922310456KN3）卸料力KF卸卸式中K卸料力系数；其值为002006F冲裁力KF卸004（1247658456）9444KN4）冲裁时的推件力推FNKT推式中F冲裁力推件力系数KTN同时卡在凹模内的冲裁件（或废料）数式中H凹模洞口的直刃壁高度TT板料厚度查参考文献2表27，0055，据凹模刃口形式，TH4MM，则2个THN4故NF推KT20055（1247658456）25971KN综上，最大冲压力推卸总3211247658456944425971272515KN222计算模具压力中心模具的压力中心，可安以下原则来确定1、对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。2、工件形状相同且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。3、各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置0，0（X0,Y0），即为所求模具的压力中心。XOL1X1L2X2LNXN/L1L2LNYOL1Y1L2Y2LNYN/L1L2LN图21压力中心图如图321，因冲件图形对称，故落料时的压力中心在O1点；F落冲孔时、的压力中心在O2点。设冲模压力中心离O1点的距F孔2孔离为X，则根据力矩平衡原理可得X48X落1孔2孔由此可得X2265MM223初选冲压设备常用曲柄压力机有开式和闭式两种开式曲柄压力机虽然刚度差，但它成本低，且有三个方向可以操作的优点，故广泛应用于中小型冲裁件、弯曲件、拉深件的生产中。闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能靠两个方向操作，适用于大中型件的生产。根据此冲裁件的冲压工艺性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求初步选用开式曲柄压力查教材表13初选压力机型号为J2340，其技术参数如下公称压力400KN滑块行程80MM行程次数45/90次/MIN最大闭合高度330MM连杆调节长度65MM工作台尺寸（前后左右460MM700MM电动机功率55KW模柄孔尺寸5070MM224凸、凹模刃口尺寸的计算由图可知，该零件是属于无特殊要求的一般冲孔，落料。其中，冲孔部分简单，采用凹、凸模分开加工的方法。落料部分因外轮廓形状较复杂，故采用配作加工的方法。1）冲孔部分查参考文献1表24可得0246MM；ZMIN0360MM。AX则0114MM。MMIN冲孔时265005查参考文献2表211可知磨损系数取05。据参考文献2表212可知0020；T0025A则DMIN0TT5602MM202ZIN0TAA425MM69025校核ATZMAXMIN00200025011400450114满足间隙公差条件冲2孔时9201将尺寸极限偏差转化为,01920110查参考文献2表211可知磨损系数取075。查参考文献2表212可知0020；0020TA则DMIN0TT175902MM102ZIN0TAA462MM902校核ATZMAXMIN00200201140040114满足间隙公差条件孔距L0125LD46012502460025MM2）落料部分因该冲裁件型状复杂故常采用凹、凸模配合加工的方法。该冲裁件属于落料件，选凹模为设计基准件，只需计算出落料凹模刃口尺寸和制造公差，凸模刃口尺寸由凹模的实际尺寸按间隙要求配作。因落料凹模磨损后制件尺寸将会增大，故按式计算落料凹模的基本尺寸。图中未A/40J注公差的尺寸按IT14计算,则，。8036R19052查参考文献1表24可得0246MM；0360MM。ZMINZMAX查参考文献2表211可知磨损系数取05。对应凹模基本尺寸计算如下8036RA/40J03685036/4MM720919052RA/40J52805/4MM013，尺寸极限偏差转换6205605/40AJ205/4MM015，尺寸极限偏差转换6390283902A/40J502/4MM70落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是782MM，1954MM，6225MM，397MM。不必标注公差，但要在技术要求中注明“凸模刃口尺寸与落料凹模刃口实际尺寸配制，保证间隙在02460360MM之间”。第3章主要零部件的设计31工作零件的设计311凹模的设计凹模采用整体式，各种冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。凹模的洞口类型采用直筒式刃口，其制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。凹模的外形结构及固定方法凹模的外形与工件外形类似，有矩形和圆形两种。参考教材和零件图样此凹模为圆形凹模，采用螺钉和销钉定位固定。凹模的外形尺寸凹模厚度H查参考文献1表210有K取028HB1K04239617MM凹模长度查参考文献1表211有C取30LDC21995423015954MM垂直于送料方向的凹模宽度BB254HB1396317906MMMM据上，凹模轮廓尺寸LBH1595490617,查参考文献3表413选择标准尺寸LBH16010018。零件图见图31。凹模技术要求凹模材料的选择一般与凸模一样，但热处理后的硬度应略高于凸模，凹模洞孔轴线应与凹模顶面保持垂直，上下平面应保持平行，模孔的表面要求粗糙度。048MRA图31落料凹模零件图312凸模的设计凸模结构形式及固定方法此零件凸模直径小于80采用台阶式B型圆凸模，直接用销钉和螺钉固定，与凸模固定板配合部分按过渡配合H7/M6或H7/N6制造。凸模长度的确定凸模长度LH321凸模固定板的厚度（MM），它取决于冲件的厚度T，H1一般在冲制T20008668101208156810121415381012141633定位零件的设计331送料方向的定位零件采用导料板定位，设在条料两侧，采用标准结构，与卸料板分开制造。查参考文献4表347可知导料板厚度为614，根据导料板间距455及凹模L160,可得导料板宽度100455/22725MM，查参考文献4表5245JB/T764851994选用标准导料板，其规格为导料板160326JB/T76485，材料为45号钢，调质2832HRC。332送料步距的定位零件采用挡料销和导正销定位。挡料销固定挡料销安装在凹模上以控制条料的进距，其制造简单，使用方便。其尺寸查参考文献4表5258可知规格为A6JB/T764910。材料为45号钢，热处理硬度4348HRC。导正销其工作时直接利用制件上冲出的孔导凸模正。安装在大孔凸模上，导正销直径的基本尺寸，其尺寸查参考文献4表ADD213127可知2A012，H2,则,参照26012561D参考文献4表5236（JB/T764721994）选用标准导正销，其规格为B型导正销32260156，材料为9MN2V，热处理5256HRC。34模架及其他零部件的设计341模架的选用根据参考文献4表512（GB/T285111990）,由凹模周界LB15954906及安装要求,选取凹模周界LB160100,闭合高度H160195；上模座16010040；下模座16010050，导柱25150,导套259038,342模柄由压力机的型号J2340。可查得模柄孔的直径为50,深度为70,由装配要求,模柄与模柄孔配合为H7/M6并加销钉防转,模柄长度比模柄孔深度小510MM,选用压入式模柄较合理，因考虑到模柄安装在上模座上，根据上模座厚度参照参考文献4表5224（JB/T764611994）选用标准模柄，其规格为模柄A50105JB/T764611994。材料为Q235AF。343垫板垫板的作用是直接承受和扩散凸、凹模传递的压力,以降低模板所受的单位压力，防止模板被挤压损伤。因此常在凸模固定板与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫凸模板。垫板的外形尺寸与凸模固定板相同,厚度可取48MM,这里设计时,由于压力较大,根据参考文献3表74选取规格为LBH1601008，材料位45号钢，淬火硬度4348HRC。344凸模固定板凸模固定板采用矩形板,厚度为24,根据JB/T764321994选取板的规格为LBH16010024，材料为45号钢。其零件图见图35。图35凸模固定板零件图345紧固件螺钉规格的选用卸料螺钉选用圆柱头内六角卸料螺钉，卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10MM卸料钉尾部应留有足够的行程空间，卸料螺钉拧紧后应使卸料板超出凹模端面1MM，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。查参考文献4表5264（JB/T765061994）其规格为M1060。固定凸模所用螺钉选用开槽圆柱头螺钉，查参考文献3表54（GB/T652000）其规格为M870，性能等级为48级，不经表面处理。销钉选用普通圆柱销，查参考文献3表511（GB/T11912000）其规格为8M670,材料为钢，不经淬火和表面处理。因各板厚均小于50MM,故可采用直通式销钉孔。第4章压力机的校核41公称压力根据公称压力的选取压力机型号为J2340，它的压力为400272515，所以压力得以校核。42工作台面的尺寸根据下模座LB125125,且每边留出60100即L1B1225225,而压力机的工作台面LB460700,故压力机的工作台面尺寸得以校核。43闭合高度模具的闭合高度H闭H上模H垫L凸H凹H下模H24085818502172MM可见该模具闭合高度小于所选压力机J2325的最大装模高度330MM可以使用。综上，压力机得以校核，可以使用。第5章模具总装图总结在大学的学习过程中，毕业设计是一个重要的环节。是我们整个大学阶段所学知识的一次综合运用，比起曾经的课程设计，它的任务量相对有点大。转眼，毕业设计就要结束了。当我快要完成时，仿佛经历了一次翻山越岭，登上了山巅，顿感心旷神怡，眼前豁然开朗。此次的毕业设计过程中，从最初的选题、开题到计算、绘图直到完成设计，期间查找资料、老师的指导与同学的交流，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。不仅从中更加理解了以前所学的知识而且学会了怎样将书本上的理论知识应用的实际情况中。这次毕业设计虽然时间紧而且有点累，但当