机械毕业设计（论文）-勺头臂连续模设计-冲压模具【全套图纸】

全全日日制制普普通通本本科科生生毕毕业业设设计计 勺头臂连续模设计勺头臂连续模设计 DESIGN OF CONTINUOUS DIE FOR SPOON BRACHIOCEPHALIC 学生姓名学生姓名： 学学 号：号： 200741914512 年级专业及班级：年级专业及班级：2007 级级机械机械设计设计制造及其自制造及其自动动 化化 (5)班班 指导老师及职称：指导老师及职称： 提交日期：20 11 年 5 月 目目 录录 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 摘要1 1 前言1 2 引言2 2.1 模具行业的发展现状及市场前景2 2.2 冲压工艺介绍2 2.3 冲压工艺的种类3 3 勺头臂的设计3 3.1 零件设计任务一勺头臂3 3.2 冲压工艺分析4 3.2.1 材料性能4 3.2.2 冲裁件的尺寸精度4 3.2.3 拉深工艺分析4 3.3 分析工艺方案及模具结构类型5 3.3.1 工艺方案分析5 3.3.2 模具结构类型的选定5 3.4 排样设计 6 3.4.1 排样方式6 3.4.2 搭边6 3.5 压力计算 6 3.5.1 冲裁力的计算6 3.2.2 卸料力的计算6 3.6 模具压力中心计算7 3.7 模具零件尺寸计算8 3.7.1 冲裁小凹模计算8 3.7.2 冲裁大凹模计算8 3.7.3 拉深的间隙计算8 3.8 模具结构尺寸计算9 3.8.1 冲裁凹模结构尺寸计算9 3.8.2 模架的选择10 3.8.3 卸料板结构设计和计算10 3.8.4 冲裁凸模结构尺寸计算和强度校核12 3.8.5 卸料螺钉设计13 3.8.6 导柱的选择和设计15 3.8.7 橡胶的选用和设计16 3.8.8 模块上螺栓、圆柱销位置尺寸计算16 3.8.9 紧固件尺寸计算17 3.8.10 定位零件尺寸计算18 3.8.11 模柄尺寸选用20 3.9 冲床选用21 3.9.1 冲压设备的选择依据21 3.9.2 压力机的选择21 3.9.3 压力机的安全技术措施21 4 模具零件的加工22 5 结束语23 参考资料24 致谢25 勺头臂连续模设计勺头臂连续模设计 学 生： 指导老师： 摘摘 要要：本文介绍了勺头臂的冷冲压模具设计，文章介绍了冷冲压模具设计的全过程。对 冷冲压模具的设计进行了全面的介绍和分析，并在此基础上进行了模具的设计，设计包括分析工 艺性、拟定零件的工艺方案及模具结构、排样裁板、计算工具压力选取压力机及确定压力中心、 确定模具结构和绘制模具总装草图，冲裁刃口尺寸及公差的计算、冲模刃口尺寸及公差的计算、 确定各主要的零件结构尺寸、设计并绘制总图和选取标准件、绘制出部分非标零件图等一系列的 工作。 关键词关键词：冷冲压;勺头臂;模具设计 Deign of Continuous Die For Spoon Brachiocephalic Author: Tutor: Abstract: The text expound the Spoon head arm of cold stamping mould design. It makes a detail introduction of stamping die. The design of the die include manufacturability analyzing, structure of the die, layout style, pressure calculating, center of pressure analyzing, ascertain the structure of the die, and draw the assembly drawing. Above all it is to draw a sketch, then design the size of the die. Drawing the assembly drawing when all size and structure is confirmed. keyword:cold stamping;Spoon head arm;molddesign. 1 前 言 冷冲模模具设计是为模具设计与制造专业学生在学完基础理论课、技术基础和专 业课的基础上，所设置的一个重要的实践性教学环节。其目的是：具体应用和巩固本 课程及有关修课的理论知识、生产知识，了解冲压模模具设计的一般设计方法和步骤； 培养设计能力，为以后进行设计工作打下基础；结合生产和使用等条件，独立地完成 模具总体结构及其零部件的设计。熟练掌握徒手测绘的能力和 AutoCAD 绘图软件的 应用能力，熟悉和运用参考文献、设计手册、了解有关国家（部颁）标准、规范等， 加强对模具设计的认识，培养独立分析问题和解决问题的能力。 由于个人设计水平有限，本设计定存在许多错误和不妥之处，请各位指导老师批 评和雅正，恳请老师不吝赐教，同学提出宝贵的意见和建议，在此表示衷心的感谢！ 2 2 引引 言言 2.1 模具行业的发展现状及市场前景 现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量 维持在 600 亿至 650 亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近 几年， 我国模具产业总产值保持 13%的年增长率（据不完全统计，2004 年国内模具 进口总值达到 600 多亿，同时，有近 200 个亿的出口） 。目前，中国 17000 多个模具 生产厂点，从业人数约 50 多万。 工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为 商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约 占 33%，压铸模具约占 6%，其它各类模具约占 11%。 2.2 冲压工艺介绍 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变 形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同 属塑性加 工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。 全世界的钢材中，有 6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车 的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢 片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中， 也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难 于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具， 工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面 状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上 完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产 效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 2.3 冲压工艺的种类 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁， 其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形 工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。 在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀 形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精 确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显 方向性； 均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能 试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。 模具制造成本和寿命则是影 响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲 压件的生产准备时间。 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位 级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准 备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生 产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。 冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位 机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模 装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、 数百件冲压件的情况下， 在短暂时间内完成送料、 冲压、 出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产 是一个非常重要的问题。 3 勺头臂的设计 3.1 零件设计任务一勺头臂 零件图如下图所示冲裁件，材料为 10 钢，厚度为 0.2mm， 大批量生产。 试制 定工件冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺规程. 零件名称:勺头臂 生产批量:大批量 材料: 10 钢 材料厚度：t=0.2mm 图 1 零件图 Figure 1 Parts 3.2 冲压件工艺分析： 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性， 即冲裁件的结构形状、尺寸 大小、精度等级等是否符合冲裁加工的工艺要求。良好的结构工艺性应保证材料消耗 少、工序数目少、模具结构简单而寿命高、产品质量稳定、操作简单等。 3.2.1 材料性能： 制件成型材料是 10 钢，具有良好的塑性； 3.2.2 冲裁件的尺寸精度： 该勺头臂图上所有未注公差尺寸，属自由尺寸，所以公差尺寸的极限偏差数值 按照 GB1800-79 IT7 级精度定工件公差，且零件尺寸为 A 类尺寸，查标准公差数值 表可得各尺寸公差为：mm mm 8 0 0.012 3 0 0.010 3.2.3 拉深工艺分析 该零件属于抛物线行件，H/d=0.53%,所以可一次性完成拉深。 3.3 分析工艺方案及模具结构类型 3.3.1 工艺方案分析 该冲裁件包括拉深、落料两个基本工序，可以采用以下 3 种工艺 方案： 方案、先落料，再拉深，采用单工序模生产。 该方案模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件 的加工，冲压 式存在累积送料误差，生产效率低，难以满足大批量生 产的需要。 方案、落料拉深复合冲压，采用复合模生产。 该方案只要一副模具，生产精度高，但需人工卸料取件，且拉深和落料模具边界 重合，模具加工难度很大，无法完成冲裁。 方案、拉深落料连续冲压，采用级进模生产。 该方案也只要一副模具， 生产效率高， 但送料精度影响制件精度， 需采用导 正销定位或侧刃定距，模具结构较复杂。 综上所述，由于该冲裁件结构简单，为了提高生产效率，应因采用级进冲裁方式。 3.3.2 模具结构类型的选定 （1）模具结构型式。在确定采用级进模后，工件由上面的凹模带上后，由推件 装置推出，再由压力机附上的接件装置接走，条料由下模的卸料装置脱出。这样操作 方便而且安全，能保证较高的生产率。 （2）定位装置。因为板料厚度 t=0.2mm,属于较小厚度的板材,且制件尺寸不大, 在送料方向由于受凸模和凹模的影响,固不能采用侧面两个固定挡料销定位导向,为了 使条料送料时有准确的位置,保证冲出合格的制件,同时考虑到零件生产批量多,且要求 模具结构尽量简单,所以采用侧刃定位。 (3)卸料装置。级进模冲裁时，条料将卡在凹模外缘，因此不需要在下模设置卸 料装置。在上模的弹性卸料装置一般有两种形式：一种是将弹性零件（如橡胶） ，装 设在卸料板与凸模固定板之间；另一种是将弹性零件装设在上模板下。由于该零件的 条料卸料力不大，故采用前一种结构，并且使用橡胶作为弹性零件。 (4)导向装置。采用对角二导柱式模架。 3.4 排样设计 合理的排样是提高材料利用率、降低成本、保证冲裁件质量及模具寿命的有效措 施。 3.4.1 排样方式 该冲压件的月生产批量为 2100 件,属于中等批量生产类型,因此 不考虑多排或一 模多件的方案。 排样方式采用直排。这种排样属于有废料排样，模具沿工件全部外 形进行冲裁， 工件周边都留有搭边。这种排样能保证冲裁件的质量， 冲裁模寿命也 长，但材料利用率低。 3.4.2 搭边 经查表冲裁金属材料的搭边值,确定冲裁金属材料的搭边值： 两工件间搭边距：a=1.5mm，实际取：a=1.5mm； 侧面搭边距：a1=2mm，实际取：a1=2mm； 条料宽度：B=（D+2a1+2b）=（8+22+21.5）=15mm; 歩距：S=3+1.5=4.5mm。 确定后排样图如图 2 所示： 图 2 排样 Figure 2 Layout 3.5 压力计算 3.5.1 冲裁力的计算 查表金属材料的力学性能知:10 钢的抗拉强度 b=400MPa，抗剪强度 =300MPa F 冲= F 拉深力+ F 落料力 3-1 F 拉深力=Ltbk6 查表知 k6=0.8 F 拉深力=120.24000.8=768N F 落料力=1.3FoL1t=220.2300=1320 N F 总冲力=F 落料力+F 拉深力 =768+1320=2088N 3.5.2 卸料力的计算 查表K 卸、K 推、K 顶之值 知 K 卸=0.050 卸料力： F 卸料力=K 卸F 总冲力=0.0502088105 N F= F 总冲力+F 卸料力=2088+105=2193N 3.6 模具压力中心的计算 第一次冲裁的工件是规则的几何图形，压力中心为其几何中心。 第二次冲裁的工件为不规则图形，绘出工件形状，把冲裁周边分成基本线段，并 选定坐标 系 xOy,如图 3 所示。 图 3 Figure 3 由于冲件 Y 方向对称，故压力中心 Y0=0mm X0=L1X1+L2X2+L3X3+L4X4+L5X5+L6X6/L1+L2+L3+L4+L5+L6 3-2 =4.7x1.5+5x5.5+3x8+5x5.5+4.7x1.5+3x0/1.5+5.5+8+5.5+1.5+0 =4.2mm 其中： L1=4.7mm x1=1.5mm L2=5mm x2=5.5mm L3=3mm x3= 8mm L4=5mm x4=5.5mm L5= 4.7mm x5=1.5mm L6=3mm x6=0mm 由以上计算可知，冲压件中心的坐标为（4.2，0） 。 3.7 模具工作零件尺寸计算 落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制，由于该工件的加工材 料很薄，为了保证凸凹模之间的间隙值必须采用配合加工。 3.7.1 冲裁小凹模计算： 查表磨损系数 x 知 x=0.75 工件只有宽度方向有冲裁冲裁，尺寸为 取=0.010 3 0 - 0.010 查表落料冲孔模刃口始用间隙知 Zmax=0.03mm Zmin=0.01mm 凹模尺寸如下： Ad=(A-x) =(3-0.750.010) =2.9925mm + 0.25 0 + 0.250.010 0 + 0.025 0 凸模宽度方向尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在 0.010.03 之间。 3.7.2 冲裁大凹模计算： 工件宽度方向有冲裁，尺寸为 3 取=0.010 0 0.010 查表磨损系数 x知 x=0.75 查表落料冲孔模刃口始用间隙知 Zmax=0.03 mm Zmin=0.01mm 凹模尺寸如下： Ad=(A-x) =(3-0.750.010) =2.9925mm + 0.25 0 + 0.250.010 0 + 0.025 0 工件长度方向尺寸为 8 取=0.012 0 0.012 查表磨损系数 x知 x=0.5 查表落料冲孔模刃口始用间隙知 Zmax=0.03mm Zmin=0.01mm 凹模尺寸如下： Ad=(A-x) 3- + 0.25 0 3 =(8-0.50.012) =7.994 + 0.250.012 0 + 0.030 0 凸模宽度方向尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在 0.010.03 之间。 3.7.3 拉深模的间隙计算： Z/2=tmax+ct 3-5 查表知 c=0.2 Z/2=0.2+0.2x0.2=0.24mm 3.8 模具结构尺寸计算 3.8.1 冲裁凹模结构尺寸计算： 用于冲孔落料的凹模，通常选用整体式结构。 （1）计算刃口尺寸。根据冲裁件形状和材料厚度分析，凹模采用洞口锥度 =1030，不易积存冲件或废料。 查表可知刃口高度 h6 如下图 4: 图 4 凹模刃口 Figure 4 Die Cutting Edge 凹模厚度 H= P-最大冲裁力 3 /10 H=5.11.25d 定位销孔 L1. 5d 对剪切刃口，其端面至孔边的距离 Lmin=15mm 孔间隔的最小尺寸: 经淬火的零件 a1. 5d 式中 d小直径的孔径 （2）螺孔、圆销孔常用的布排如下图 12： 图 12 螺孔、圆销孔 Figure 12 Screw, round pin hole 3.8.9 紧固件尺寸计算 (1).紧固螺钉采用光小六角头螺栓。规格尺寸如下图 13 图 13 光小六角头螺栓 Figure 13 Light hexagon head bolt 其中 L=45mm d=8mm T 形槽宽=10mm S=14mm D=20mm H=6mm r1.5 毫米的情况；为防止冲压时，操作者的手指误入冲模 危险区，可以在模具周围安装防护罩或安全栅栏。设置防护罩或安全栅栏时，应保证 操作者有足够的可见度；单面冲裁时，尽量将凸模的突起部分和平衡挡块安排在模具 的后面；在拉伸模与弯曲模中，压料板与下模座的空间必需用导板或角钢封闭起来； 使用各种专用的送料装置外，为了送进单个毛坯也可以采用溜槽，滑板等多种形式代 替手工操作；在带刚性卸料板的连续模中，临时挡料销的操作端应加长，并引到模座 的外廓尺寸之处，以免手接近危险区；一般在压力机上使用的模具，从下模座上平面 至上模座下平面或压力机滑块平面的最小间距不得小于 50 毫米；在可动部分等危险 处所，操作者容易因不慎而触手、或夹住某部分、或因弹簧一类飞散出来的危险部分， 都应保护起来，加上防护罩；容易产生夹手的危险的可能部分应留出空刀槽，或加上 防护罩；笨重的模具必须重装起重螺钉，以利搬运和安装；为了防止顶件器因损坏而 下落，应制成阶梯式结构，当由螺钉、铆接等方法制成时，应采用防松螺母等防落措 施。 4 模具零件的加工 普通零件的加工是按产品零件图要求全部加工完毕，再进行总装。而模具零件的 加工有些是不能按模具零件图全部加工完毕的，要待部件组装或整模组装时修配或配 钻，所以模具零件图上的形状和尺寸是否全部加工出来，还要根据模具加工的装配方 法而定。若以凸模凹模为基准装配时，零件图上的导柱孔在零件加工时就不加工，若 以四导柱导套作型腔，凸模相对位置控制基准时，则凹模及凸模固定板的导柱孔应与 凹模或凸模固定板的型孔在各板之上同时加工出来。 使用铣床加工一个零件时，必须先把零件的相关尺寸、材料、使用刀具、加工参 数确定下来，保证加工能顺利完成，同时，设计方面也要考虑到加工的难易程度，以 减少加工的困难，所以在加工前要慎重考虑各种细节。在买回来的模板里，要确定模 板的加工基准，哪些面是基准面，这一般在订购模板时会标明那几个面是经过打磨， 之后就是把加工基准定下来，当然事前必须准备好零件图，根据零件图来定位加工方 案，如果要用到数控编程，就必须把加工原点定出来。定好加工方案后，就可以开始 加工，先把台虎钳装夹到铣床导轨上微微夹紧，然后打表，在打表时要非常小心，当 表很靠近工件时，不能使用太快的进给速度，否则很容易碰坏仪表，在校平行度时， 最好先来回走几遍，观察大概偏向，然后使用木锤轻轻敲击虎钳，使其保持在很小的 偏差范围就行了，然后夹紧虎钳，把两个基准方向的平行度定好后，把工件装上放平 然后夹紧，就要把刀具装到铣床上，利用刀具找正工件坐标原点，在设置坐标原点时 要将刀具的半径算进去，这样才能使主轴对应工件原点，x-y 平面的坐标定下来后， 确定 z 方向上的原点，将 z 方向上的原点设在工件表面上，以方便编程。之后就是加 工，加工程序编好后必须进行一次模拟运行，察看刀具路线是否会超出铣床的工作行 程，防止出事故。如果程序没错，就可以传到数控铣床运行。不同刀具要使用不同转 速，钻孔要比铣槽的转速慢，进给速度要根据观察来手动调试，加工时要时刻观察走 刀情况，同时适当加冷却液及扫除铁屑，当程序完成后，刀具就会自动回原点， （若 发现有不正常的现象，必须马上停止。 ）若无异常现象即可继续做下一工序。 5 结束语 在自己的努力和指导老师的帮助之下，我们完成了毕业设计的任务，通过设计， 我对冷冲模设计过程有了更进一步的了解。设计不仅是对前面扬学知识检验，而且也 是对自己能力提高。主要收获和体会如下： 第一 .学到了产品设计的方法。 产品设计过程是创造性劳动的过程，产品的设 计应按科学程序进行，一般包括课题调研、拟定设计方案，总体设计，零部件设计、 技术资料整理、产品试制、改进设计等过程，一个产品须经过多次改进，才能完善和 成熟。 第二 提高了综合专业的能力。 以前课程设计所接触的课程知识比较窄。 这 次设计是把模具每个零件设计出来,需要比较全面的知识。 第三提高了收集资料和查阅手册能力。收集资料是做课业设计的前期准备工 作，只有广泛收集有用的资料才能设计出较好的产 。 第四、培养了严谨的科学作风。 在设计过程中每一个结构、 零件、 材料、尺 寸、公差都反映在图纸上，因此，在设计过程中必须要有高度的责任心，要有严肃认 真的工作态度。 总之，对我们机制班学生来说，经历了这次课业设计，为今后从事生产第一