机械毕业设计（论文）-压缩机底板零件冲压成型模具设计（全套图纸三维） .pdf

1 1.前 言 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识 到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近年来许多模具企业因此加大了 用于技术进步的投资力度， 一些国内模具企业已普及了二维cad,并陆续开始使用ug、 pro/engineer、 l-deas 等国际通用软件，目前，以汽车覆盖件模具为代表的大型冲 压模具的制造技术已取得很大进步。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术 的研究和开发，在模具 cad/cae/can 技术方面取得了显著进步。而模具技术的发展 应该为适应模具产品“交货期短” 、 “精度高” 、 “质量好” 、 “价格低”的要求。 全套图纸，三维，加全套图纸，三维，加 153893706 由于本设计内容复杂，从设计方案的制定，零件的设计及选择，各类图形的绘 制，设计说明书的撰写等方面均为两人互相合作完成。图纸方面：凸模是是黄伟健 设计；凹模是有蓝琦设计。其它部分主要是在双方一起探讨下互相合作完成的。说 明书方面：模具方案 a、b 是有黄伟健提出，c 是有蓝琦提出，故选用最好的 b 方案。 凸模是是黄伟健设计；凹模是有蓝琦设计。在冲压设备的选用；定位装置制定方面 是有蓝琦负责，压力中心设计；冲裁间隙的分析、计算及其选取主要是有黄伟健负 责。 2.主要设计内容 2.1 零件特点和工艺分析 2.1.1 零件分析零件分析 2 本零件是结合压形、冲孔、翻边翻孔、切边成形的复杂零件。冲压件尺寸精度 高，尤其是四个安装卡位精度要求高，孔的位置公差要求一般，表面粗糙度一般， 互换性能好。具有强度高、刚性好的特点。 2.1.2 批量批量 该零件总生产数量为大批量生产。 2.1.3 工件及其冲压工艺性分析工件及其冲压工艺性分析 底板是薄板件，工件的四边上的四个安装孔的位置要求高，四个安装卡位的位 置是用来装配的，所以定位和形状的精度都很严格。其他的尺寸和表面粗糙度要求 一般。 图 2-1 产品图 2.1.3.1 零件形状和技术要求制定工序顺序零件形状和技术要求制定工序顺序 冲压该零件的基本工序顺序有压形、冲孔、翻边翻孔成形，其中成形、冲孔决 定了零件的总体形状和尺寸，因此工序十分重要。 凸模采用凸模，凹模采用成型冲头，周壁采用翻边模。 （图 2-2） 3 图 2-2 模具基本结构 2.1.3.2 材料性能材料性能 2 上模板： a3 上模： 45# 压料板： 45# 下模： 45# 下模固定板： a3 下模板： a3 支撑板： 45# 退料顶板： 45# 顶杆：45# 模脚： a3 导柱：滚珠导柱 35 2.2 难点、成型质量控制 难点在于控制四个安装卡位的位置和尺寸的控制。 2.3 难点处理 在制造过程中模具质量一定要严格控制，并要进行多次的试验。 4 2.4 零件制造方案制定 a 方案：采用压形、切边、冲孔、翻边翻孔成形。 其优点：工序分散、工件尺寸精度高，特别孔的定位尺寸精度高。 其缺点：工序分散，占用设备和人员比较多。 b 方案：采用压形、切边冲孔、翻边翻孔，冲孔成形。 其优点：工序分散、模具制造、装配简单。 其缺点：孔的定位一定要准确，否则孔的定位尺寸不能保证。 c 方案：采用落料、压形冲孔复合模、翻边翻孔成形。 其优点：工序集中，占用设备和人员少。 其缺点：模具制造、装配复杂、体积大、重量重、模具制造成本高。 综上所述：该零件只对周边四个孔的定位和安装卡位的尺寸要求高，其他的尺 寸精度要求一般是自由公差。 以上三种方案均能满足要求，但考虑到模具制造成本、体积大小、占用设备和 人员情况，工厂生产批量大，维修的方便和改造，以及工厂设备的实际情况，b 方 案最好，故选用。 建议在批量小时，工厂设备允许的情况下使用 c 方案，以提高生产效率。 2.5 冲压设备的选用 2.5.1 压力机类型的选择 加工小型拉深件， 多选用开式单柱机械压力机。 因为这种压力机的生产效率高， 能源消耗较低， 因此成本也较低。 对于大中型拉深件， 可选用闭式双柱机械压力机， 最好配备气垫装置。对于大量生产的较大拉深件，最好选用双动拉深压力机，以使 模具结构简单，调整方便，工艺稳定性也好。由于本模具的需要所以选用油压机。 2.5.2 压力机行程的确定 多数拉深模都采用逆出件方式，为了方便处件，压力机的行程必须大于工序件 高度的 2 倍。如果小型拉深模采用顺出件方式，拉入凹模内的工件可以从凹模下漏 出，则压力机的行程只要大于工序件高度与凹模深度之和就可以了。 5 2.5.3 冲裁力的计算 计算冲裁力的目的为了合理地选用和设计模具，冲床的吨位必须大于计算的冲 裁力，以适应冲裁的要求。 一般情况下，冲裁力按以下公式（式 2-1）计算： f=ltb=480kn=48 吨 (式 2-1) 其中：f=冲裁力（n） t=加工材料厚度（mm） l=冲裁轮廓的周长（mm） b=材料的抗剪强度（mpa） 其中：t=1.2，b=280 mpa，冲裁轮廓周长 1406 mm 2.5.4 卸料力的计算 采用固定卸料逆处件，凸模内设置一个压料板，冲裁时用这种卸料方式就可获 得很平整的工件。有些工厂对于要求平整的小型冲裁件，先采用顺出件式模具完成 冲裁加工，再用平板式的校平模进行校平。这样安排工序是不合理的，一方面由于 弹性变形的存在，用压平的方法不可能完全消除冲裁时产生的弯曲变形，因而得不 到很平整的工艺；另一方面对单个的小工序件进行再加工时不够安全，很容易压伤 手指。虽然在工艺规程中可以规定不允许徒手送取，要求使用镊子夹取工件，但是 连续多次夹取后，操作者就容易因手指感到疲乏而改为徒手操作，压伤手指的事故 仍可能发生。冲压技术工作者应当十分重视安全生产问题，在工艺设计时就注意消 除任何不安全的隐患。如果上述工件采用固定卸料逆出件式模具冲裁，省去校平工 序，既可满足工件对平面度的要求，又能保证安全生产。 因此，在设计过程中，压力的计算是一个必要的环节的。压力计算内容包括卸 料力、推件力、顶件力。影响卸料力、推件力和顶件力的因素很多，其中以冲裁间 隙、冲裁件的形状及尺寸影响较大，其次是材料的力学性能、板料厚度、搭边料的 宽度、润滑与粘附情况等。一般地讲，冲裁间隙较小时，材料与凸模的包紧力或与 凸模的张紧力都比较大，因此卸料力、推件力和顶件力也都比较大，随冲裁间隙的 增大，这些力都将减小。但当冲裁间隙过大时，由于冲裁时板料产生较大的弯曲变 形，反而使这些力增大。 由上述分析可见，影响卸料力、推件力和顶件力的因素很多， ，根本无法准确 6 计算。在生产中均采用下列经验公式计算： fq1 = k1 f (n) （式 2-2） fq2 = k2nf (n) （式 2-3） fq3 = k3f (n) （式 2-4） 式中 fq1、fq2、fq3 分别为卸料力、推件力、顶件力； k1、k2、k3、 分别为卸料力系数、推件力系数、顶件力系数，其值见 冲压工艺与模具设计 1表 1-7； n同时卡在凸模孔内的工件或废料片数，n=h/t,h 为凹模直刃高 度，t 为板厚； f-冲裁力（n） 。 计算结果如下： fq1 = 21.6kn , fq2 = 290kn , fq3 = 28.8kn 其中参数选择 k1=0.045、k2=0.05、k3=0.06、n=12、f=480kn 总冲压力为：f0=f+fq1+fq2+fq3=820.4kn （式 2-5） 2.5.5 额定压力的确定 4 确定压力机额定压力主要依据是总冲压力。在选择机械压力机进行拉深加工 时，特别应引起注意的是不能简单地按总从压力确定压力机的额定压力，以为只要 压力机的额定压力大与总冲压力就可选用，那很不合理的。从分析压力曲线图 1可 以看出这一点。 故在选择机械压力机用与拉深加工时，一般可按下式核算： 浅拉深时: f（0.70.8）f0 （式 2-6） 浅拉深时： f（0.50.6）f0 （式 2-7） 式中 f- 总冲压力； f0机械压力机额定压力。 根据以上经验公式可确定压力机的额定压力为 1000 kn。 根据以上原则选定压力设备为油压机，其相关参数如下： 公称压力 1000kn 公称力行程 10mm 滑块行程 150mm 7 工作滑块速度 快进 120 mm/s 工进 5 mm/s 回程 100 mm/s 2.6 定位装置 采用接触定位，用活动挡料销。 活动挡料销是一种可以伸缩的挡料销。采用弹簧顶挡料装置，使用可靠且耐用。 下模定位销分布如图（图 2-3） 图 2-3 下模定位销分布图 2.7 关于压力中心 模柄中心线要通过凹模板的中心。冲裁过程中心须使冲压力的合力作用线（压 力中心）与模柄中心线重合，否则将使冲模和压力机滑块承受侧向力，引起凸、凹 模间隙不均匀和导向零件加速磨损，甚至还会引起压力机导轨的磨损、影响压力机 精度。 图 2-4 压力中心示意图 2.8 冲裁间隙的选取 6 2.8.1 冲裁间隙对冲裁件质量的影响 1、冲裁间隙对断面质量的影响 冲裁件的断面质量主要指塌角的大小、光亮带占板料厚度的比例、剪切面的表 面粗糙度及断裂面的斜角大小等。 8 2、冲裁间隙对毛刺的影响 冲裁件的毛刺问题属于断面质量问题，但由于它十分重要，故在此单独讨论。 一般使用的冲裁件对尺寸精度没有过高的要求，毛刺高度便成为评定其质量的主要 指标。冲裁间隙是影响毛刺大小的主要因素，但材料不同时其影响程度却有较大差 别。 3、冲裁间隙对尺寸精度的影响 尺寸精度是指工件的实际尺寸与图样上标注的基本尺寸的差值所能达到的公 差等级。冲裁件的尺寸精度应包括两类：一是外形和内形的形状尺寸精度；二是孔 距、同心度、平面度等形位尺寸精度。前者主要受凸模和凹模刃口尺寸制造精度的 影响，也受冲裁间隙的影响。而后者的影响因素较多，与模具结构类型有关，还受 模具装配误差和定位误差的影响，板平面的平面度也受冲裁间隙的影响。 2.8.2 冲裁间隙值的确定 根据冲压工艺与模具设计 1 表 1-3 中所提供的参考依据选择可得，单面间 隙 c=3-7%，t=1.2mm,取 c=0.6mm。 2.8.3 定模具刃口尺寸及其制造公差设计原则 1、落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料 模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在 凹模上。 2、考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件尺寸 公差范围内较小的尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔的尺寸公差范 围较大的尺寸。这样，在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格零件。凸、 凹模间隙则取最小合理间隙值。 确定冲裁刃口制造公差时，应考虑制件的精度要求。如果对刃口精度要求过高， 会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果刃口精度要求过低，则生产出 来的零件可能不合格，或是使模具的寿命降低。若零件没有标注公差，则对于非圆 形件可按 it14 级精度来处理，冲模则可以按 it11 级精度制造. 2.9 模具工作部分尺寸选择 9 根据企业所提供的资料和经验，选用的各模板厚度如下： 表 2-1 模板厚度表 模板 厚度 上模板 50mm 上模 50mm 压料板 40mm 下模固定板 30mm 下模板 50mm 退料顶板 40mm 2.9.1 冲裁凸凹模的设计原则冲裁凸凹模的设计原则 1、凸模与凹模的圆角半径 凸模圆角半径 rp值与凹模圆角半径值对拉深时允许的变形程度有较大的影响， 而且 rd值的影响超过 rp值。因为当板料包满 rp区后，rp区对拉伸过程的影响就很小 了，而 rd区却影响拉深的全过程。被拉入凹模的板料不断流经 rd区，不仅受到摩擦 阻力，而且受到两次反复折弯所产生的弯曲阻力。如果 rd值过小，将使筒壁处承受 的拉应力 ma的峰值增大，也就增大了拉破的危险性。其结果将使允许的变形程度 降低，即必须取较大的拉深系数。 所以凹模圆角半径 5mm （ 冲压工艺与模具设计 1表 47） rp=（0.71.0）rd （式 2-8） rp=4 mm 经选择得到 rp=4 mm rd=5 mm 2、拉深凸模与凹模的结构 拉深凹模对拉深过程的影响比凸模大很多，结构形式也较多。本设计为普通直 壁凹模。 2.9.2 凸模结构设计 1、精确定位 10 凸模安装到固定板上以后，在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的 位移否则将造成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时可造成啃模。 2、防止拔出 回程时，卸料力对凸模产生拉伸作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔 出来。 3、防止转动 对于工作段截面为圆形的凸模，不存在防转问题。可是对于一些截面比较简单 的凸模，例如长圆形、半圆形、矩形等，为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工 容易，常常将凸模固定段简化为圆形。这时就必须保证凸模载工作过程中不发生转 动，否则将啃模。 故，本设计方案中采用了直通式凸模，由于该凸模截面形状非圆形沿全长是一样 的，便于成型加工。在安装方式上，可采用螺钉吊装固定凸模的方式。 2.9.2.1 凸模长度的确定 采用固定卸料方式的凸模长度，按以下公式技术计算： l=h1+h2+h3+h=140mm （式 2-9） 式中 h1凸模固定板厚度 （mm） h2固定卸料板厚度（mm） h3附加（高）长度，包括凸模的修模量，凸模进入凹模的深度，凸 模固定板与卸料板的安全距离等。一般取 h20mm。 2.9.2.2 强度校核 1、凸模抗压能力校核 凸模能正常工作，其最小截面承受的压应力必须小于凸模材料允许的压应力 ： 压应力计算公式： =f/a （式 2-10） 式中凸模最小截面的压应力 （mpa） f冲裁力 （n） a凸模材料许用应压力 （mpa） 11 2、凸模纵向抗剪能力校核 （式 2-11） 式中 j凸模最小截面惯性距 （mm） f冲裁力 （n） 根据计算，本模具冲裁力小，加工卸料板下端对各凸模的导向作用。均能满足 刚度和强度要求。 2.9.2.3 凹模设计 1、根据经验，选择矩形凹模板尺寸为： l=720 mm，b=320 mm 。 2、凹模板的厚度计算： 3 21 1 . 0*fkkh = （式 2-12） 式中 f 冲裁力（n） k2凹模材料修正系数，k2=1.3 k2凹模刃口周边长度修正系数，k2=1.6 (冲压工艺与模具设计 1 表 2-18) 2.9.2.4 凸模固定板 凸模固定板的外形与尺寸通常与凹模板相同，厚度为凹模板厚度的 0.81 倍。取 凸模固定板=40（取 1 倍） 。本设计用螺钉吊装的直通式凸模，要求型孔按凸模实际 尺寸配作成 m7/h6。 2.9.2.5 垫板 垫板的平面形状与尺寸与固定板相同，其厚度一般取 610mm 本凸模使用螺钉吊 装的直通式凸模， 为在垫板上加工吊装螺钉的沉孔可适当增加垫板的厚度， 取 10 mm。 2.9.2.6 模柄 采用压入式，固定段与上模座孔采用过盈配合。 f j lmax1200 12 2.10 导向机构 导柱导套滚动导向模架如图（图 2-5）, 在导柱与导套之间加多排钢珠，组成滚 动导向装置。 图 2-5 导柱导套滚动导向模架结构示意图 滚动导向的突出特点是:钢球与导柱、导套之间不但没有间隙，而且有 0.01 0.02mm 的过盈量，成为无间隙导向。因此其导向精度非常高。为了减小磨损，钢球 沿导柱与导套工作面的滚动轨迹应不重合。为此，钢球在保持圈内的排列，应横向 应当错开，纵向连线与导柱轴线成 8 角。 2.11 模架 本方案中的模架尺寸设定为：长 x 宽 x 高=950 x 330 x 80 2.12 卸料装置设计 采用分体式卸料板。卸料板只连接到凹模上，凹模再单独连接到上模座上，螺 钉一般要增加 46 个，销钉要增加 2 个。采用固定卸料装置，板料厚度不宜小于 0.3mm，而且不适于冲软铝板。 固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同， 其厚度可取凹模厚度的0.8倍， 板料厚度超过 3mm 时，可与凹模厚度一致。固定卸料板形孔与凸模的的单面间隙可 以取 0.20.5mm，厚料与硬料可取大值。 2.13 模具的工作过程 工作过程如下： 1、将条料放在下模定位板上，确定定位正确。 2、冲床滑块带动上模从最高点开始向下运动。 13 3、上模继续运动，导套进入导柱对上模导向起定位作用。 4、上模接触板料压紧。 5、冲床滑块继续运动，在接近下死点（闭模状态）时，凸模进入凹模内，成 形完成。 6、在冲床经过死点后，冲床滑块带动上模开始回升，凸模退回一段距离后， 此时固定卸料板向上退，已达到卸料。 7、冲床滑块带动上模继续上行，回到开模状态的最高点完成一次冲压过程。 8、再放进一个工件准备下一个冲压工序。 3、设备 根据 f=48 吨 fq1 = 21.6kn , fq2 = 290kn , fq3 = 28.8kn