机械毕业设计（论文）-垫片零件冲压模具设计【全套图纸】 .pdf

i 摘 要 本次设计为垫片零件冲压模具设计，通过分析，发现工件有落料基本工序，需要设计 一个落料模来实现工件的落料。要求设计的模具设计浅显易懂，利用我们所学知识，可以 对我们们所学知识有个系统的学习和掌握，做到学以致用。 首先，对垫片做全面的研究。研究的内容有：结构的分析、所达到的精度、工序的安 排是否合理等。设计比较合适的排样方式，可以做到降低成本的效果；然后进行模具设计 整体的工艺计算和分析，选用合理的方案。工艺分析和计算的内容包括合理的方案的选择 和工序的安排组合，根据材料来计算模具所使用的冲压力，从而选择合适的压力机。模具 刃口的选择和计算，选择和是的凸凹模间隙可以提高模具的寿命；而且只有刃口的精度保 证了，我们工件的精度才能保证。 最后，根据我们计算出地凸凹模刃口尺寸数据和模具设计过程中的结构，尽量选用合 适的标准件，做到标准化，从而完成装配图以及主要零件的设计。最后在进行确定和校核 模具高度，选择合适的标准模架，进行压力机校核，以满足实际生产的需要。 关键词：落料模，冲压工艺，模具设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 ii i abstract this design is for intermediate frequency slag ladle stamping die design, through the analysis of the workpiece, found a blanking, drawing, punching the three basic processes, need to design a compound die for the production. requirement of die design simple design and easy to understand, use our knowledge, can we have the knowledge to have a system to learn and master, to learn in order to practise. first of all, do comprehensive research on intermediate frequency slag ladle. the contents of the study are: structure analysis, the accuracy, process arrangement is reasonable. designlayout is more appropriate, can reduce the cost effect; then the process calculation of mold design and analysis of overall, reasonable selection scheme. process analysis and calculationincludes the selection and reasonable process scheme of arrangement, to calculate the impactpressure using the mold according to the material, so as to choose the right machine.selection and calculation of cutting edge, and is the clearance between punch and die cangreatly improve the service life of die; and only precision blade ensures precision parts, we can guarantee. finally, we calculate the structure size according to the data and the mold design process ofpunch and die cutting edge in, try to use the standard parts, achieve the standardization,design to complete the assembly drawing and the main parts of the. finally, in determining and checking the mould height, ii choose a suitable standard mold, to press check, to meet the needs of the actual production. key words ： blanking die, stamping process, mold design , punching blanking i 目目 录录 摘 要 i abstract i 1 冲压基础知识 .1 2 工艺分析 3 2.1 工件的材料 3 2.2 工件的结构和尺寸精度分析 3 3 工艺计算 4 3.1 排样及材料的利用率 4 3.11 排样的选用原则 4 3.12 材料利用率的计算 4 3.2 落料力、卸料力、推件力的计算 .6 3.2.1 冲裁力的计算 .6 3.2.2 卸料力的计算 .7 3.23 顶件力的计算 7 3.2.4 总冲裁力的计算 7 3.3 冲压设备的选择 .8 3.4 模具刃口的尺寸和公差的确定 9 3.4.1 冲裁间隙的确定 .9 3.4.2 凸、凹模刃口尺寸计算 .9 4 主要零部件设计 11 4.1 凹模设计 . 11 4.2 凸模的设计 . 14 4.4 卸料橡胶的设计 15 4.5 卸料板的设计 16 4.6 固定板的设计 17 4.7 上下模座、模柄的选用 18 5 冲压设备的校核与选定 20 ii 5.1 冲压设备的校核 20 5.2 冲压设备的选用 20 设计总结 21 致谢 . 22 参考文献 23 1 1 冲压基础知识冲压基础知识 近年来，冲压成形工艺有了很多新的进展，特别是精密冲裁新技 术迅速变化，形成，剪切，复合材料成形，超塑性成形，成形和电磁 成形的柔性模具，冲压精度越来越精确，生产效率大大提高，冲裁工 艺提高到一个新的高质量发展水平。在过去几年的精冲的主要城市是 一个精密冲裁，平坦的部分，现在，除了精冲是精密的弯曲，拉深， 冲压等，可以三维精密复杂零件的成形。过去的精密冲裁只能对厚度 达到五到八毫米以下的中板或薄板进行加工，而现在即使厚度达 25 毫米 的厚板的精密冲裁，也可以完成，甚至是b 900mpa 的高强度 合金材料，也已经设计出来了专门的设计进行精冲 1。 冲压模具（简称模具）冲压金属板上获得合格产品的工具。冲压 过程中，凸模与物料的直接接触的凹模模具加工的塑性变形来实现所 需的部分的相对重要性。因此，对模具：模具应有足够的强度，刚度 和形状和尺寸精度；主要零件的冲压模具应具有足够的耐磨性和使用 寿命；模具的结构应保证操作安全，方便，易于管理和维修；模具应 便于工件材料，方便，可靠的定位装置，为保证工件质量稳定生产； 对模具的动作准确，需要导向装置；加工装配模具零件应尽可能的简 单，尽可能使用标准件，缩短模具制造周期，降低成本；模具应按连 接部件，以满足需求安装和管理 2。 由于 cae 技术的引入并且日趋成熟，冲裁成形已从原来的应力应 变的有限元分析和计算机仿真和分析过程的逐步发展，为了实现冲裁 工艺的优化设计。在辅助设计落料毛坯设计的时候，使用计算机辅助 技术可以优化布局或拉深件毛坯设计。 2 此外，冲压成形性和成形极限，开发冲压工件艰难的判断和预测 技术的形成，是由冲压从原来的经验形成明显的阶段，实验分析阶段 开始冲的科学理论，计算机的发展趋势计算机辅助冲压成形工程与智 能。 随着生活的要求提高，产品的要求也不停的发展，更新换代的速 度很快，而且大多生产批量很小（如高能和旋转成型） ，简易特殊模 具（如软模式和低熔点合金模具） ，通用组合模具，数控冲压设备等。 在以上出现的方式中，不但能满足小批量生产，同时大批量也能够满 足。而且随着发展坯料的性能也在不断的提高，为了提高性能和效果 的形成，如高强度钢板的开发，应用于汽车覆盖件的生产，以减轻重 量，提高结构的强度。 3 2 工艺分析工艺分析 2.1 工件的材料工件的材料 工件图如图 2- 1 所示：材料为纸胶板，厚度为 1.0mm。 图 2-1 工件图 2.2 工件的结构和尺寸精度分析工件的结构和尺寸精度分析 对课题应解决的主要问题，该零件形状简单、对称，是由圆弧组 成的。由表查出冲裁件内外形所能达到的经济精度为 it12- it13。 将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的 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，零件有落料工序，本次设计主要设计 落料模。 4 3 工艺计算工艺计算 3.1 排样及材料的利用率排样及材料的利用率 3.11 排样的选用原则排样的选用原则 由于产量大，材料利用率是一项很重要的经济指标，要提高材料 利用率就必须减小废料面积，条料在冲裁过程中翻动要少，使工人操 作方便、安全，减轻劳动强度，排样应保证冲裁件的质量，无论是采 用有废料或少、 无废料的排样， 根据冲裁件在条料上的不同布置方法， 排样方法有直排、斜排、对排、多排等多种形式的排列方式，可以根 据不同的冲裁件形状加以选出用。现工件外形为圆形，采用有废料的 直排法，比较方便、合理。 搭边起补偿条料的剪裁误差，送料步距误差以及补偿于条料与导 料板之间有间隙所造成的送料歪斜误差的作用。使凸，凹模刃口双边 受力，受力平衡，合理间隙一易破坏，模具寿命与工件断面质量都能 提高。对于利用搭边自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，以保 证条料的连续送进。 搭边的合理数值主要决定于材料厚度、 材料种类、 冲裁件的大小以及冲裁件的轮廓形状等。一般板料愈厚，材料愈软以 及冲裁件尺寸愈大，形状愈复杂，则搭边值也应愈大。由查表得工件 间搭边值 a1=1.6mm、侧面 a=2.8mm。 3.12 材料利用率的计算材料利用率的计算 采用直排的排样方案，如图 4- 1 所示： 计算冲压件的毛坯面积(用 cad 自带的测量面积工具)： s=1120mm2 送料步距 a：送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应 5 点之间的距离，每次只冲 1 个零件的步距按式：ada1， a=18.6mm 条料宽度 b：b=85.65mm 图 4- 1 排样图 通常是以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率來表 示，按式： = 0 1 s s 100%= ab s1 100% 式中 1 s 一个步距内零件的实际面积 0 s 一个步距内所需毛坯面积 a 送料步距 b 条料宽度 6 带入数据可得： = ab s 100%= 2 1120 85.618.6 mm mmmm 100%70.3% 3.2 落料力、卸料力、推件力的计算落料力、卸料力、推件力的计算 计算冲裁力的目的是为了选用合理的压力机，设计模具以及检验模具 的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的 需求。一般可按下公式计算： bp ltf= 式中 fp- - - - - - - 冲裁力（n） ； l- - - - - - - - 冲裁周边长度（mm） ； t- - - - - - - - 冲裁料厚(mm)； b - - - - - - - - - - - - - - - 抗拉强度（mpa） ； 3.2.1 冲裁力的计算冲裁力的计算 （1）冲裁力计算 按上式： bp ltf= 式中： f落落料力（n） ； l工件外轮廓周长（mm） ； t材料厚度（mm） ，t=1.0mm； b 抗 拉 强 度 （ mpa） 。 由 查 表 ， 纸 胶 板 的 抗 拉 强 度 200 b mpa =。 根据零件图可算轮廓长度约为 l=202mm 则 2021.020040.4fmmmmmpakn= 落 7 3.2.2 卸料力的计算卸料力的计算 卸 f =kx 落 f 式中 卸 f - - - - - - - - - - -卸料力（n） ； 落 f - - - - - - - - - - -落料力（n） kx - - - - - - 卸料系数，查冲压模具简明设计手册表， 取 k=0.045。 则： 卸 f = kx 落 f =0.04540.41.8（kn） 3.23 顶件力的计算顶件力的计算 f顶= k f 顶落 式中 f顶- - - - - - - - - - - - -顶件力（kn） ； k顶- - - - - - 顶件系数，查冲压模具简明设计手册表，其值 为 0.05； 则 f顶 = k f 顶落=0.0540.42(kn) 3.2.4 总冲裁力的计算总冲裁力的计算 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于各冲裁工艺力的总和 总 f = 落 f + 卸 f + f顶 式中：冲裁力 落 f =40.4kn， ，卸料力 卸 f =1.8kn，推件力 f顶=2.0n， 则: 总 f = 落 f + 卸 f + 顶 f =44.2kn 8 3.3 冲压设备的选择冲压设备的选择 参照设计手册选取公称压力为的压力机，按公称压力的 1.3 倍进 行选择，压力机型号为 j23-16。 表 3- 1 压力机技术参数 型号 j23- 10 j23- 16 j23- 25 j23- 35 j23- 40 公称压力/kn 100 160 250 350 400 滑块行程/mm 45 55 65 100 100 最大闭合高度 /mm 180 220 270 290 330 闭合高度调节 /mm 35 45 55 60 65 滑块中心线至 床身 距离/mm 130 160 200 200 250 滑块底 面尺寸 /mm 前后 150 180 220 220 260 左右 170 200 250 250 300 工作台板厚度 /mm 35 40 50 290 65 模柄孔 尺寸 /mm 直径 30 40 40 40 50 深度 35 60 60 60 70 9 3.4 模具刃口的尺寸和公差的确定模具刃口的尺寸和公差的确定 3.4.1 冲裁间隙的确定冲裁间隙的确定 间隙在冲裁模中指凸、凹模刃口间缝隙的距离，通常称为单边间 隙。考虑使用习惯，仍采用双边间隙作为间隙的定义。 对普通冲裁，间隙对冲裁力和卸料力有明显影响。特别对卸料力影响 显著。与此同时，间隙还影响冲裁件的尺寸和模具寿命。试验表明， 当间隙过小时， 落料件尺寸大于凹模尺寸， 冲孔件尺寸小于凸模尺寸； 间隙过大时，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔件大于凸模尺寸。在正 常使用情况下，间隙增大，模具寿命会明显提高。 3.4.2 凸、凹模刃口尺寸计算凸、凹模刃口尺寸计算 凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模 具的合理间隙值也靠凸凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确 定凸凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模具设计中的一项重要工作。 凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的计算，有两种计 算方法，第一种计算方式是凸模与凹模图样分别加工法计算；第二种 计算方法是凸模与凹模配作法。 该冲件尺寸采用第二种算法：凸模与凹模配作法。 （1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸- - - 第一类尺寸 a aj=(amax- x) 4 1 0 + （2）凸模或凹模磨损后会减小的尺寸- - - 第一类尺寸 b bj=(bmin+x) 0 4 1 （3）凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸- - - 第一类尺寸 c 10 cj=(cmin+ 2 1 ) 8 1 + 其中，x 为磨损系数。 查表得： 工件精度 it10 级以上 x=1 工件精度 it1- it13 x=0.75 工件精度 it14 x=0.5 因为本工件尺寸按 it14 级精度，x=0.5。 在所有的尺寸中， 属于 a 类尺寸的有： 0 0.74 80、 0 0.36 17、 0 0.36 10、 0 0.25 4 注：凸模或凹模磨损后将会增大的尺寸第一类尺寸 a。 凸模或凹模磨损后将会减小的尺寸第二类尺寸 b。 凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸 c。 具体计算如表 4- 2。 表 4- 2 工作零件刃口尺寸计算 尺寸类 型 公称尺寸 公式 计算后尺寸 备注 a 类 0 0.74 80 + = )4/1 ( 0 )max(xaaj 0.18 0 79.63 + 凸模配作，保 证双边间隙为 0.1- 0.12。 0 0.36 17 0.09 0 16.82+ 0 0.36 10 0.09 0 9.82+ 0 0.25 4 0.06 0 3.88+ 11 4 主要零部件设计主要零部件设计 虽然各类冲裁模的结构形式和复杂程度不同，但组成模具的零件 种类是基本相同的，根据它们在模具中的功用和特点，可以分为工艺 零件和结构零件两类。 设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件的定位、固定以及总 体装配方法，本套模具主要采用螺钉固定模具零件，销钉起零件的定 位作用，采用挡料销送进定距和导料销送进定位，无侧压装置。下面 就分别介绍各个零部件的设计方法。 4.1 凹模设计凹模设计 4.1.1 凹模外形的确定凹模外形的确定 凹模的外形一般有矩形和圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足 够的强度、刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚 度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的。 凹模各尺寸计算公式如下： 凹模边壁厚 h=kb1 （4- 1） 凹模边壁厚 c=(1.52)h （4- 2） 凹模板边长 l=b1+2c （4- 3） 凹模板边宽 b=b2+2c （4- 4） 式中：b1- 冲裁件的横向最大外形尺寸； b2- 冲裁件的纵向最大外形尺寸； k- 系数，考虑板料厚度的影响，查表4- 1。 表表 4- 1 系数系数 k 值值 材料料宽 s/mm 材料厚度 t/mm 1 13 36 12 50 0.300.40 0.350.50 0.450.60 50100 0.200.30 0.220.35 0.300.45 100200 0.150.20 0.180.22 0.220.30 200 0.100.15 0.120.18 0.150.22 查表4- 1得：k=0.3。 根据公式（4- 1）可计算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： h=kb1=0.380=24（mm） 根据公式（4- 2）可计算凹模边壁厚： c=1.5h=36（mm） 取凹模边壁厚为40mm。 取凹模厚度为30mm。 根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的长、宽的尺寸。 选用标准模板，即：lbh=160mm100mm30mm。凹模如图4- 1 所示： 13 图4- 1 凹模 4.1.2 凹模刃口结构形式的选择凹模刃口结构形式的选择 冲裁凹模刃口形式有直筒式和锥形两种，选用时主要根据冲件的 形状、厚度、尺寸精度以及模具结构来确定。由于本模具冲的零件尺 寸较大，所以采用刃口为直通式，该类型刃口强度高，修磨后刃口尺 寸不变。 4.1.3 凹模精度与材料的确定凹模精度与材料的确定 根据凹模作为工作零件，其精度要求较高，外形精度为 it11 级， 内型腔精度为 it7 级，表面粗糙度为 ra1.6um，上下平面的平行度为 0.04，材料选 cr12。 14 4.2 凸模的设计凸模的设计 4.2.1 凸模结构的确定凸模结构的确定 凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，另一类为整体式。整 体式中，根据加工方法的不同，又分为直通式和台阶式。因为该制件 形状不复杂，所以将落料模设计成台阶式凸模，台阶式凸模工作部分 和固定部分的形状做成一样，凸模与凸模固定板的配合按 h7/m6。 图4- 2 凸模 4.2.2 凸模材料的确定凸模材料的确定 该模具要求有较高的寿命和较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲 击力,所以凸模的材料应选 cr12，热处理 5862hrc。 15 4.2.3 凸模精度的确定凸模精度的确定 根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所以选用 it7 级，表 面粗糙度为 ra0.8um。 4.4 卸料橡胶的设计卸料橡胶的设计 表 4.2 卸料橡胶的设计计算 项目 公式 结果 备注 卸料板工作 行程 h=h1+h 2+t 4 h1为凸凹模进卸料板 的高度 1mm。 h 2为凸模冲裁后进入 凹模的深度 1m。 橡胶工作行 程 h 工=h+h修 8 h 修为凸模修模量，取 4m。 橡胶自由高 度 h自= 3.025.0 工 l +h 修 32 l 工冲模的工作 行程 mm，对冲裁模而 言，l工=t+1 h 修 磨预 留 的 修磨量。根据模具设计 寿命一般取 46mm。 橡胶预压缩 量 l预=（0.10.15） h自 4mm l 预橡胶的预压 缩量 16 每个橡胶承 受的载荷 f1=f 卸/4 1260n 选 4 圆筒形橡胶 橡胶的横截 面积 q f a= 取 2520mm2，直 径取 30mm f：每个所需的弹压力 q：约为 0.26- 0.5mpa。 校核橡胶自 由高度 0.5h自由/d 满足 橡胶的安装 高度 h装=h自- l预 25 4.5 卸料板的设计卸料板的设计 在冲压工艺分析中已经选择了弹性卸料装置，采用卸料板进行卸 料。卸料板不仅有卸料作用，还具有用凸凹模导向，对凸凹模起保护 作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相等。卸料板与凸凹模的 间隙值由表 4- 3 确定，取 0.1mm。 卸料板的厚度选为 15mm，卸料板与凹模的外形尺寸相同。根据 凹 模 的 尺 寸160mm100mm30mm ， 从 而 可 以 确 定 卸 料 板 的 尺 寸 160mm100mm15mm。 表表 4- 3 卸料板与凸凹模间隙值卸料板与凸凹模间隙值 材料厚度 t/mm 0.5 0.51 1 单边间隙 z/mm 0.05 0.1 0.15 17 图 4- 3 卸料板 4.6 固定板的设计固定板的设计 凸模固定板主要是固定凸模，保证凸模有足够的强度，使凸模与 落 料 凹模、 上模座、垫 板更 好的定位。凸模与凸模固定板 的配合按 h7/m6。 凸凹模固定板主要是固定凸凹模，保证凸凹模有足够的强度，使 凸凹模与下模座、下垫板更好的定位。凸凹模与凸凹模固定板的配合 按 h7/m6。 固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍。 则固定板的厚度： h固=（0.60.8）h凹 （4- 5） 式中： h固- 固定板厚度； h凹- 凹模厚度。 根据公式（5- 5）得凸模固定板和凸凹模固定板厚度都为： h固=（0.60.8）h凹 18 =（0.60.8）h凹 =（0.60.8）30 =1824（mm） 取厚度为20mm。 图 4- 3 固定板 4.7 上下模座、模柄的选用上下模座、模柄的选用 4.7.1 上下模座的选用上下模座的选用 本模具采用后侧导柱、导套来保证模具上、下模的精确导向。后 侧导柱、导套都是圆柱形的，其加工方便，装配容易。导柱的长度应 保证上模座最底位置时（闭合状态） ，导柱上端面与上模座顶面的距离 25mm。而下模座底面与导柱底面的距离为 15mm。导柱的下部与下模 座 导 柱 孔 采 用 h7/r6 的 过 盈 配 合 ,导 套 的 外 径 与 上 模 座 导 套 孔 采 用 19 h7/r6 的过盈配合。导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套 10mm 以上。导柱与导套之间采用 h7/r6 的间隙配合，导柱与导套均采 用 20 钢，热处理硬度渗碳深度 0.81.2mm，淬硬 5862hrc。 导柱的直径、长度，按标准选取。 导柱：a28h6160 gb/t2861.1 导套：a42h680 gb/t2861.6 模座的的尺寸 l/mmb/mm200mm160mm,上模座的厚度与下 模座厚度查标准分别为 35mm、45mm。 4.7.2 模柄的选用模柄的选用 模柄的作用是将上模座固定在冲床的滑块上。 常用的模柄形式有： （1）整体式模柄，模柄与上模座做成整体，用于小型模具。 （2）带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用 h7/n6 配合，可以 保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。 （3）带螺纹的旋入式模柄，与上模连接后，拧入防转螺钉紧固， 垂直度较差，主要用于小型模具。 （4）有凸缘的模柄，用螺钉、销钉与上模座紧固在一起，使用与 较大是模具。 （5）浮动式模柄，它由模柄、球面垫块和连接板组成，这种结构 可以通过球面垫块消除冲床导轨位差对冲模导向精度的影响，适用于 滚珠导柱、导套导向的紧密冲裁。 根据本模具结构，采用压入式模柄。在设计模柄时模柄长度不得 大于冲床滑块内模柄孔的深度，模柄直径应与模柄孔径一致。 20 5 冲压设备的校核与选定冲压设备的校核与选定 5.1 冲压设备的校核冲压设备的校核 该模具的闭合高度由以下零件高度相加之和求的。 该模具闭合高度： h 闭=h 上+h 下+h 垫+l+h- h （5- 1） 式中：l- 冲孔凸模长度； h- 凸凹模厚度； h- 冲孔凸模冲裁后进入凸凹模的深度 h=1mm。 根据公式（6- 1）得模具的闭合高度为： h 闭=h 上+h 下+h 垫+l+h- h =181（mm） 可见该模具的闭合高度在所选模具闭合高度之间，则该模架可以 使用，该模具的闭合高度小于所选压力机型号为 j23- 16 的最大装模高 度为 220mm，高度调节量为 50，添加垫板后可以使用。 5.2 冲压设备的选用冲压设备的选用 根据模具闭合高度、冲裁力等，压力机型号为 j23- 16，能满足各 项要求，因此选取 j23- 16 号压力机。 21 设计总结设计总结 本次设计的主要内容是垫片的二维图和落料模设计。在设计过