毕业论文（设计）：冲压模具垫片的设计.doc

天水师范学院毕业设计说明书第一部分 绪论一、冲压模具的发展冲压模具，是在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。冲压，是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。 冲压模具1是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，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。改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 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。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用Pro/E、PDX、UG NX、NX Progressive Die Design、I-DEAS、Euclid-IS、Logopress3、3DQuickPress等国际通用软件，个别厂家还引进了C-Flow、DYNAFORM、和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。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，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。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。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。 二、冲压模具的发展趋势 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”的要求服务。所以模具的未来发展趋势是： （1）全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 （2）高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 （3）模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 （4）电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 （5）提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。 （6）优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。 （7）模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 （8）模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。第二部分：设计程序一、确定冲压工艺方案和模具结构1、 工艺分析：（1）. 材料分析 对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料为10钢，属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证。 经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。 （2）. 结构分析 零件结构为简单对称圆形结构， 对冲裁加工较为有利。 零件有小孔， 孔的最小尺寸为 3.5mm，满足冲裁最小孔径 d min 1.0t = 1mm 的要求。所以，该零件的结构满足冲裁要求。 （3）. 精度分析： 零件上的尺寸均标注尺寸偏差，最大公差为0.52，反差表选定 IT14 零件尺寸为T10。 表3-2 常用尺寸的标准公差数值表（GB/T1800.31998）9基本尺寸公差IT01IT0IT1IT2IT3IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12大于至mmm30.30.50.81.2234610142540600.10360.40.611.52.545812183048750.126100.40.611.52.546915223658900.1510180.50.81.2235811182743701100.1818300.611.52.546913213352841300.2130500.611.52.54711162539621001600.2550800.81.2235812193046741201900.308012011.52.5461015223554871402200.351201801.223.55812182540631001602500.40180250234.571014202946721151852900.46（4）冲裁件断面质量 因为一般用普通冲裁方式冲1mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达12.53.2，毛刺允许高度为0.050.1mm；本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求，单要求孔及轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求，在冲裁后加修整工序，冲裁件断面的质量就可以保证。（5）产品材料分析 对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料为10钢，属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。2、模具结构的设计复合冲裁模是在压力机滑块一次行程中、在模具同一工位同时完成冲孔和落料。倒装复合模的凸凹模型孔内积存冲孔废料，对孔壁形成较大的张力。因此倒装复合模最小壁厚b值不能太小，其值与板厚t有关。 顺装复合模的凸凹模型孔内不积存冲孔废料，每次冲孔废料均由打料装置逆冲入方向打出。因此顺装复合模的凸凹模壁厚允许比倒装复合模的小些。该设计要求先冲孔后落料的复合模设计，倒装式复合模比顺装式符合模的设计简单，所以选择倒装式复合模设计。二、工艺计算1、主要工作部分尺寸计算： 由冲压工艺与模具设计一书P56表2-4查的Zmin=0.100mm , Zmax=0.140mm（1）、落料刃口尺寸计算：的凸凹模的制造公差由表27（见冲压工艺与模具设计一书）查得 ， 。由于 ，故采用凸模与凹模配合加工方法，因数由表 26（见冲压工艺与模具设计一书P56）查得磨损系数：X=0.5 ，表2.61磨损系数X材料厚度tmm制 件 公 差 mm1122440.160.170.350.360.160.160.200.210.410.420.200.200.240.250.490.500.240.240.300.310.590.600.300.30磨损系数X非圆形X值圆形X值1.00.750.50.750.5则： 按凹模尺寸配制，其双面间隙为0.0200.030mm , 其工作部分结构尺寸如图所示： （2 ）、 冲孔刃口尺寸计算：a. 冲的刃口尺寸计算的凸凹模的制造公差由表27（见冲压工艺与模具设计P60）查得 ， .因数由表 26（见冲压工艺与模具设计一书P56）查得：磨损系数X=0.5 ，则：按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.1mm , 其工作部分结构尺寸如图所示： b. 冲的刃口尺寸计算 的凸凹模的制造公差由表27（见冲压工艺与模具设计P60）查得 ， .因数由表 26（见冲压工艺与模具设计一书P56）查得：磨损系数X=0.5 ，则：按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.1mm , 其工作部分结构尺寸如图所示：2、排样方法的确定：(1)、零件在板料、条料或带料上的布置方法，称为排样。一个较佳的排样方案必须兼顾冲压件的公差等级、冲压件的生产批量、模具结构和材料利用率等因素。该制件为冲压件，材料为10号钢板，料厚为1mm，其未标注公差等级为IT12，属一般冲裁模能达到的公差等级，不需要精冲或整修等特殊冲裁方式，所以由IT12决定采用有废料排样。因改制件生产批量为中批量，因此不考虑多排或一模多件的方案（该方案适合大批量生产，约几十万件以上），根据生产批量的特点，再结合该冲件的形状特点，以单排、一摸一件、复合模冲裁排样为首选且为手工送料，采用导料销导料、挡料销挡料。(2)、确定搭边值由表210 板料冲裁时的搭边值（见冲模工艺与模具设计一书P60）查得 冲裁件与冲裁件之间 a1=1.5mm，冲裁件与条料侧边之间 a=1.5 mm 表2.101搭边值经验数据表板料厚度t手 动 送 料自动送料圆形非圆形往复送料aa1aa1aa1aa111.51.521.5322.521221.52.523.52.532 (3)、送料步距A的确定A=D+a=34+1.5=35.5mm (2-25) (4）、条料宽度B的确定 采用无侧压装置的导料板之间的送料,由表2-12（见冲压工艺与模具设计P71查得：b=0.5 由表2-11查得=0.3 那么：条料的宽度： B=38.1mm 条料的步距： A=35.5mm（5)、冲裁单件材料的利用率计算：排样图如下所示： 3、工序压力的计算和压力机的选择（1）、冲裁力的计算 （2-1） 冲裁力（N）； L 工件外轮廓周长 L=； t 材料厚度 t=1mm； 材料抗剪强度（MPa） 由表2-12（见冲压工艺与模具设计一书P32）查得=260Mpa; 冲裁力则为：（2）、卸料力的计算： （2-4） 卸料力因数，由表2-3（见冲压工艺与模具设计一书）查得=0.05 （3）、顶件力的计算： （2-6） 顶件力因数， 由表23（见冲压工艺与模具设计一书）查得=0.06 =0.0636.085=3.7851KN表2.3料力、推件力和顶件力系数板料厚度tmmK卸K推K顶钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.060.090.040.070.0250.060.020.050.0150.04 0.01 0.065 0.05 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03铝、铝合金0.030.080.030.070.030.07纯铜、黄铜0.020.060.030.090.030.09（4）、总冲压力的计算： =36.085+1.80425+3.7851 =41.67435KN（5）、压力机的选择 参照适用冲压工艺及模具设计手册，由P总=41.67435KN可选公称压力为63KN系列的压力机，初选J23系列开式可倾压力机中的公称压力为63KN的压力机，其主要参数有： 公称压力 ： 63KN 滑块行程 ： 50mm公称压力时滑块离死点距离 ： 3.5mm 行程次数 ： 160mm 封闭高度调节量 ： 40mm 模柄孔尺寸 ： 3050（厚度）工作台尺寸 ： 左右： 315mm 前后： 200mm工作台孔尺寸 ： 左右： 150mm 前后： 70mm 直径： 110mm(6)、选压力中心该制件为标准圆形零件，所以它的压力中心在圆的圆心三、模架的选择 模架的选择依据是凹模周界尺寸和送料方式1、 凹模周界尺寸（AB）的计算 凹模的厚度H=Kb K-系数 b-冲裁件的最大外形尺寸 K由表7-6（见书冲压工艺与模具设计一书）查的K=0.35表7.61 系数K值 bmm板料厚度mm0.5123350501001002002000.30.20.150.10.350.220.180.120.420.280.20.150.50.350.240.180.60.420.30.22 所以 H=Kb=0.3534 =11.9mm壁厚C=（1.5-2）H=211.9=23.8mmA=b+2c=34+223.8=81.6mmB= b+2c=34+223.8=81.6mm则AB=81.681.6 选标准形式1001002、模架的选择参照模具标准化与原型结构设计一书中表3-5 冲模滑动导向模架的结构形式和规格，因为是纵向送料且是复合模所以中间导柱较适合，且中间导柱模架比后侧导柱模架工作时受力平衡、对称一些，所以选中间导柱模架。结构图如下： 3、导柱、导套的选择参照模具标准与原型结构设计一书中表3-9选择A型导柱：d=19-63 l=130-320 取d=20mm l=140mmA型导套：d=19-63 l=65-160 取d=40mm l=70mm导柱、导套的材料均为20钢，表面渗碳度为0.8-1.2mm，淬火硬度58-62HRC4、上模座的设计上模座的尺寸：26810030 GB2855.1181。 结构图如下：5、下模座的设计下模座的尺寸：26810030 GB2855.1281。 结构图如下：四、模具的总体设计参照模具标准化与原型结构设计一书中表3-25 圆形薄凹模式复合模典型结合的结构参数，根据凹模周界AB=10010011.9,、弹压卸料方式、纵向送料方式等可以得到各模具零件的标准外形尺寸HD如下：凹模： 10020 垫板1： 1008卸料版： 1008 垫板2： 1004固定板1：10012 螺钉1： M8 69 （3个）固定板2： 10014 螺钉2： M8 47 （3个）卸料螺钉 ：M8 45（3个） 圆柱销1： 845（2个）圆柱销2： 865（2个） 圆柱销3： 843（2个）挡料销4：410（3个） 孔距尺寸：76mm凸凹模长度：40mm 配用模架闭合高度：130-150五、非标准零件的设计1、凸模的设计(1)凸模长度的计算凸模选普通凸模TPT型中的直通式T2D型，冲的冲孔凸模，工作部分尺寸为，冲的冲孔凸模，工作部分尺寸为，凸模长度L=H1+H2 H1凸模固定板的高度 10020 H2凹模高度 12L=H1+H2=12+12=24mm凸模结构如下图: 凸模的材料为T8A或T10A,热处理硬度为58-60,对于小凸模材料也为T8A或T10A，材料都选T8A，热处理硬度为56-60，尾部回火40-50。（2）凸模强度（压应力）校核校核公式为 式中 凸模最小断面积，；凸模材料的许用压应力，查参考文献2知，（10001600）MPa，取1000 MPa。因为 MPa所以凸模强度校核符合要求。（3）凸模刚度（细长杆失稳）校核。校核公式 式中 凸模最大自由高度； E 凸模材料弹性模量，一般取MPa； 凸模最小断面惯性矩，圆形断面； 支承系数，无导板导向；安全系数，钢取23。 代入公式得 mm 所以凸模刚度符合要求2、凹模设计因为D=34，则选扩展型凹模，所用材料为T8A，热处理硬度为：6064HRC,凹模底面和型孔的孔壁表面粗糙度为Ra=0.8um，结构图如下： 3、凸凹模设计（1）凸凹模长度的确定凸凹模的长度有典型机构确定为40mm（2）凸凹模壁厚校核倒装复合模凸凹模最小壁厚（料厚mm）；本设计中所以凸凹模壁厚校核合格，按图设计的凸凹模符合要求。结构图如下：4、橡胶的设计 为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，其允许的最大压缩两不得超过摘要高度的45%，一般取自由高度的35%45%。橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10%15%。橡胶垫产生的力 式中 压力； 橡胶垫横截面积； 与橡胶垫压缩量有关的单位压力，如表5.1所示。表5.1 橡胶压缩量和单位压力 橡胶压缩量（%）单位压力（MPa）橡胶压缩量(%)单位压力(MPa)1015200.260.500.702530351.031.522.10取 ，则MPa 取压缩量为10%，预压缩量为5%，工作行程mm。 所以橡胶垫的自由高度为 mm，取18mm 预压缩量取为 4m。5、 卸料板的设计卸料板同样为圆形板，直径和凹模板一致，如图5.3所示，厚度为8mm。卸料板材料选Q235或（45）钢，不用热处理淬硬。取卸料板与凸凹模的双面间隙为0.10.3mm.6、 垫板的设计凸模垫板的作用是为了平均分布模板所受的压应力，如果凸模传递到模板上的压应力超过模板的许用压应力时，就应该使用凸模垫板。圆形凸模承压面的压应力压 =4P/D2 【 压】 P冲裁力（N） D圆凸模承压面的面积（m2）压 =4P/D2=187.5306.6MPa【 压】 【压】=88118MPa，【 压】由表2-62（书使用冲压工艺与模具设计手册）查的得。所以此模具必须使用垫板，垫板材料一般为T8或45钢经淬火后磨平，淬火硬度一般为4448HRC,选材料为45钢。结构图如下： 7、 凸凹模固定板的设计凸凹模固定板形状与凹模板一致，材料为Q235，淬火硬度无要求，结构如下图： 8、凸模固定板的设计凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸与凹模板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。凸模固定板为圆形，厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍，材料为Q235，厚度为12mm。结构图如下： 9、 推块的设计推块与凹模相配合，材料为45，淬硬4348（45钢）10、模柄的设计1）综合上面的计算可知，该模具属于中、小型模具，可以采用旋入式模柄。旋入式模柄的特点：适合中、小型模具，嵌旋入式配合精度高，工作平稳，装卸方便。2） 模柄材料采用Q255，无硬度要求。模柄结构图如下：11、活动挡料销的设计 活动挡料销根据模具的整体要求，查表10-41（书冷冲压模具设计精要P222） 查得到：d=4, D=10。材料为45钢，热处理要求为4348HRC。结构图如下： 12、推件板的设计 推件板的尺寸根据表1-72 冷冲模零件标准件 （见书冲压模具设计手册P52 ），由表得推件板（GB 2867.41981）D=20210，H=418，调整推件板的尺寸为厚度H=6mm，轮廓尺寸D=35,推件板与上模板采用间隙配合，材料为45钢或Q255，选取45钢为本模具中推件块的材料。结构图如下： 13、打杆的设计 打杆的尺寸根据表1-72 冷冲模零件标准件 （见书冲压模具设计手册P52 ），由表得推件板（GB 2867.11981）d=625，L=40280，材料为45钢，热处理硬度为4348HRC，调整打杆尺寸为d=6,L=65。结构图如下： 14、推杆的设计 打杆长度的计算H=H1+H2+H3 H1上垫板的厚度 H1=8mm H2凸模固定板的厚度 H2=12mm H3推件块得到凸模固定板的距离 H3=8mm 则H=8+12+8=28mm 取打杆的尺寸为6，材料为45钢，淬火硬度为4348。结构图如下： 六、模具材料的选择模具材料的选择参照下表 表1-34 工作零件凸凹模的常用材料及热处理零件名称选用材料编号热处理 硬度/HRC模具类型凸凹模工作状况凸模凹模冲裁模1形状简单冲裁厚度小于t3的凸模、凹模及凸凹模T8A、T10A淬火 58626064带台肩的快换凸、凹模9Mn2V、Cr6WV淬火 2形状复杂的凸模、凹模及凸凹模9CrSi、CrW Mn淬火58626062冲裁厚度小于t3的凸模、凹模及凸凹模9Mn2V、Cr12、Cr12MoV淬火形状复杂的镶块120Cr4、W2MoV淬火606262643要求耐用的凸、凹模Cr12MoV、120Cr4、W2MoV、GCr15、YG15-4冲裁薄材料用的凹模T8A-查表1-352 1-35 冲模一般零件的常用材料及热处理表零件名称选用材料牌号使用情况热处理/HRC上、下模板HT200、HT250一般负荷-ZG270-500、ZG310-570用于大型模具-QT400-18、ZG310-570用于滚珠式导柱模架-厚钢板加工而成45、Q255负载特大-模柄45浮动式模柄及球面垫块4248Q255压入式、旋入式、凸缘式-导柱、导套20大量生产6062T10A、9Mn2V单件生产5660GCr15、Cr12用于滚珠配合6264凸凹模固定板Q235、Q255-卸料版Q235、45-托料板Q235-导尺45-淬硬4548挡料销、定位销45-4348导正销T10A、9Mn2V一般用途5662Cr12、MoV高耐磨6062垫板45一般用途4348螺钉T8A、9Mn2V单位压力大5256销钉45、T7-头部淬硬4348推杆、顶杆45一般用途淬硬4348（45钢）Cr6WV、CrWMn重要用途淬硬5254（T）推板、顶板Q255一般用途-45重要用途4348拉深模压边圈T8A-5458定距侧刃、废料切刀T10A-5862侧刃定距T8A、T10A、9Mn2V-5660定位板45-4348T8-5254斜楔与滑块T8 、T10A-6062限位圈45-4348弹簧65Mn、60SiMnA淬硬4045七、模具装配图及工作原理 1、装配图1导柱 2下模座 3，18螺钉 4下垫板 5下料螺钉 6凸凹模固定板 7，23橡胶 8卸料板 9凹模 10导套 11上模座 12凸模固定板 13上垫板 14推件板 15模柄 16打杆 17冲孔凸模 19冲孔小凸模 20推件块