客车车门垫板落料、冲孔级进模模具设计

摘 要 该论文 是对客车车门垫板零件冲孔、落料的级进模设计。进行零件的形状、尺寸、精度工艺分析 ，确定合理的工艺方案，确定工序数目。确定毛坯尺寸，合理排样，绘制排样图。计算冲孔力、切断力、卸料力、推件力、总冲压力，确定压力中心。计算主要结构零件的尺寸。确定凸、凹模结构，并绘制零件图，设计定位零件，压料 、卸料零部件。设计固定零件， 选择其他标准件 。最后用 别画出二维与三维装配图，三维图并生成爆炸图。 关键词 ： 客车车门垫板；落料；冲孔；级进模； of of of of of of of of AD to D D 目 录 第一章：前言 .二章：冲压制件的工艺设计 .艺性分析 .压工艺方案的确定 .三章：冲压模具的结构设计与计算 .模具的类型的选择 .卸料装置 .定位装置 .模架类型 .样图的设计及材料利用率的计算 .具工作零件刃口尺寸及公差的计算 .断凸模尺寸 .孔凸凹模尺寸 .作压力的计算和压力中心的确定 . 冲裁力的计算 . 冲裁间隙的计算 . 压力中心的计算 .压设备的选择与校核 .四章：典型零件结构设计与工艺规程制定 .工作零件的三维设计 .定位零件的三维 计 .卸料件的三维 计 .辅助结构零件的三维 计 .主要零部件设计 .具零件加工工艺分析及数控加工编程 .具装配图及爆炸图 .束语： . 辞 .考文献 .录 ： .017 届本科生毕业设计（论文）1 第一章：前言 冲压是金属加工行业重要的组成部分。就目前发展形势来说，我国冲压行业前景广阔，正在努力从制造强国向制造大国发展，而这一切都离不开冲压。 冲压是指借助外力的帮助，让原始材料改变其原有外形的过程，经过对外形、尺寸和功能的加工，获得所需要的各种零部件。冲压行业飞速发展的今天，很多零部件的加工制造都需要冲压作为基本生产工序。包括汽车、客车在内的越来越多的交通工具的零部件都需要冲压加工。欧美等国家在工业制造起步阶段，就对冷冲压模具格外重视，我国起步稍晚，但正在努力追赶国际大国的先进水平。虽然和发达国家仍有差距，还未持平，但基本所差无多。中国是制造大国，更是制造强国，在国力发展的同时，工业制造也不容落后。国力发展必须以工业发展作为最基本的后盾，而工业发展离不开冲压行业。冲压行业是模具行业的基本组成部分，越是基本越是离不开。要想富，先修路，要想强，就必须先发展工业。可见冲压行业在工业发展所占的重要性。 冲压制件结构相对简单，最重要的是配套模具的设计制造，模具设计的好坏，直接关系到冲压制品品质的高低。制造较高质量的模具是获得好制品的前提，模具精度高，制件的质量自然高，反之亦然。随着科技的进步，冲压行业可以在数字化的大背景下走的越来越远。设计者可以利用 、 软件进行设计仿真模拟，然后再进行加工，使得设计加工变得简单高效。大数据和云时代的到来，使得许多标准件可以直接提取数据，不必反复查阅数据，省去了许多查阅资料的时间。 近年来，高校在机械、模具等相关专业所投甚多，在校大学生可以在校园内，轻而易举的接触到机械加工行业，不必走出校园，许多高校都配备了先进的数控机床和加工中心，更有 验室等世界出名数控加工系统，学生可以简单高效的在校园内模拟出数控加工过程，然后在数控加工中心将所编写代码输入，进行仿真。简单明了，快捷高效。高校在行业投入的越多，学生走向社会时，会的就越多，学有所成，让毕业大学生再也不吃纸上谈兵，坐井观天只会空谈了。 冲压行业在现如今飞速发展的今天，已经变得越来越简单，越来越人性化，越来越多的企业进入冲压行业，间接地加快了冲压行业的发展。企业将收入投入到高校，进行企业人才培养，学生毕业后直接进入企业，使得学校和企业获得双赢。整合资源，全面推动行业发展，使得冲压行业越发欣欣向荣，朝气蓬勃，努力追赶世界大国脚步，实现中国制造和中国创造的全面发展。 本文通过叙述客车车门垫板级进模的设计流程，来映射冲压行业的基本设计加工制造流程。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）2 第二章：冲压制件的工艺设计 对冲压件的材料，形状，公差等级进行分析。如图 2示。 图 2裁件 材料： 厚度： 4 1由图 1 可见，该垫板材料是 普通的碳素钢，有较好的冲裁性能，通过一般冲压均能满足其尺寸精度要求。 2由图 1 可见，该垫板外形简单，规则，形状尺寸除了三处公差要求不是太高的尺寸外 ,其余全部是自由公差 。 3冲裁件的经济公差等级不高于 ,一般落料公差等级最好低于 ,冲孔件公差等级最好低于 ,因此可用于一般精度的冲裁 ,普通冲裁可以达到要求 不必考虑。 该零件包括落料、冲孔两个工序，可用以下三种工艺方案： 方案一：冲孔、落料采用单工序生产，先落料在冲孔。 方案二：冲孔 孔、落料一起完成。 方案三：冲孔 冲孔后落料。 分析方案： 方案一：模具结构简单，但需要两套模具，生产效率低，制造成本高。难以满足该零件的产量要求，所以不宜采用。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）3 方案二：冲压件的形位精度和尺寸精度易于保证且生产效率高，并且工件最小壁厚大于凸凹模许用的最小壁厚，模具强度也满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，但板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小一点。 方案三：生产效率较高，易于保正工件的平整度和精度，容易实现自动化，通用性较差，仅适合于中小型零件的大批量的生产。 结论：通过以上的 3 种方案的分析比较，对该垫板冲裁生产采用方案三为最佳。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）4 第三章：冲压模具的结构设计与计算 模具的类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。 卸料装置 条料的卸除 因采用级进模生产，故采用向下落料出件。 卸料方式 弹性卸料板有敞开的工作空间 ,操作方便 ,生产效率高 ,冲压前对毛坯有压紧作用 ,冲压后又使冲压件平稳卸料 ,从而制件较为平整 ,而且本模具所需的卸料力不大 ,适合用弹性卸料。 定位装置 送料形式 因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度 B 小于送料方向的凹模长度 L 故采用横向手动送料方式，即由右向左（或由左向右）送料既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。 定位零件 零件尺寸较大，厚度较薄，形状较为简单规范，采用定位销即可。 模架类型 料，导向精度较高；不能左右进料。 向精度高，前后左右都可以进料；取放工件不够方便。 向精度较高，前后左右都可以进料，取放工件方便，导柱阻力不对称。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）5 向精度较高，前后左右都可以进料；取放工件不够方便。 综上，结合本冲孔、落料级进模的特点，决定采用后侧导柱模架。 由于零件材料较薄，尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用导向精度较高的后侧导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用级模架精度。 具体排样图如图 3于采用无废排样方式，材料的利用率近似为 100，大大提高了材料的利用率。 图 3样 排样方式为：直排、无废料排样法 已给出： B=59 L=375具工作零件刃口尺寸及公差的计算 冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模刃口部分的尺寸。冲裁的合理间隙也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现和保证。正确地确定凸、凹模刃口部分尺寸是相当重要的。 确定凸、凹模刃口尺寸及制造公差时，需考虑下述原则。 1）落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸。因此，设计落料模时，应先决定凹模尺寸，用减少凸模尺寸来保证合理间隙；设计冲孔模时，应先决定凸模尺寸，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）6 2）考虑刃口的磨损对冲裁件尺寸的影响。凹模刃口磨损后尺寸变大，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲裁件的最小极限尺寸；凸模刃口磨损后尺寸减小，应取取接近或等于冲裁件的最大极限尺寸，这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，扔能冲出合格的零件。 3）考虑冲裁件的精度与模具精度间的关系。在选择模具制造公差时，既要保证冲裁件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较冲裁件精度高 2。 对于形状复杂或厚度较薄的冲裁件，为了保证凸、凹模之间一定的间隙值，必须采用配合加工。用该方法加工凸模或凹模时，在图纸上只需要标注作为基准件的凹模或冲孔凸模的尺寸和公差，对于配制的落料凸模或冲孔凹模只标注基本尺寸，并在图纸上注明要保证的间隙。这种加工方法的特点是模具间隙在配制中保证，因此不需要校核 p+ d 工基准件时可以适当放宽公差，使加工容易，且尺寸标注简单。 凸凹模配合加工时，对工件的形状进行分析后凹模尺寸全为 A 类尺寸则凹模尺寸按照以下公式进行计算 （ 3 d凹模刃口尺寸， 工件基本尺寸， 工件公差， X磨损系数。 为保证冲出合格冲件。冲裁件精度 上， X 取 1. 冲裁件精度 取 冲裁件精度 X 取 于本产品采用 精度，所以 X 取 =数据代入公式（ 1） 经计算得 = = = 4凸模尺寸按凹模尺寸配制，其双面间隙为 凸凹模配合加工时，对工件的形状进行分析后凹模尺寸全为 B 类尺寸则凸模尺寸按照以下公式进行计算 （ 3 025.)(d凹模刃口尺寸， 连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）7 A工件基本尺寸， 工件公差， X磨损系数。 为保证冲出合格冲件。冲裁件精度 上， X 取 1. 冲裁件精度 取 冲裁件精度 X 取 于本产品采用 精度，所以 X 取 =数据代入公式（ 2） = = 052.( = .= = 0013. 013.= = 2.)87( = = 9. 双面间隙为 裁力的计算 冲裁力 F 一般按下式计算： （ 3 式中： F冲裁力； L冲裁周边长度； t材料厚度； b材料抗剪强度； b 的值查冲压成型工艺与模具设计 ,取b=450）冲孔力计算 t b=4944450=889）切断力计算 t b=3754450=6753）卸料力计算 1+ 889+675)=）推件力计算 FT=2889+675)=连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）8 5）总压力计算 F 总 = 89+675+ 冲裁间隙的计算 冲裁模的凸凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙，其双面间隙用 Z 表示，单面间隙为 Z/2，从冲裁过程分析中可知，它对冲裁件断面的质量有极大的影响；此外，它还影响模具的寿命、冲裁力、推件力、顶件力和冲裁的尺寸精度，是一个非常重要的工艺参数。设计模具时一定要选择合理的间隙，才能使冲裁件断面质量较好，所需冲裁力较小，模具寿命较长。可用以下公式进行冲裁间隙的计算 Z/2=(t(1-b/t) （ 3 式中： Z/2单面间隙； t材料厚度； b光亮宽度，即产生裂纹时凸模挤入的深度； b/t产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度； 剪裂纹与垂线的夹角。 查冷冲压模具设计与制造表 b/t=60%， =5带入公式（ 4） ，计算得到 Z/2 。 力中心的计算 如图可知，图形虽然简单，但零件总体不对称，所以，按比例画出冲裁轮廓线两个孔、一个切断单边，并建立直角坐标系 图所示，计算各部分长度和各部分中心的坐标。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）9 图 3力中心 由公式： ./. 213210： 将数据带入公式 ， 故 75140215+130280+100305+25330/（ 375+214+20+130+5+100+25） =整为 193， 751480 375+214+280） =整为 38。 在考虑各因素后，取一定安全系数 右，所以必须选用 2500公称压力机，则根据所需要的总压力初选公称压力为 2500闭式压力机。 （参看冲压手册相关章节。 ） 表 3力机的主要参数 型号 称压力 /500 续表 3块行程 /15 压力行程 /成次数（次 / 20 最大装模高度 /90 闭合高度调节 /00 立柱间距离 /00 前后： 950 工作台尺寸 /右： 1000 厚度 ： 140 垫板尺寸 /径： 200 直径： 75 模柄孔尺寸 /度： 120 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）10 第四章：典型零件结构设计与工艺规程制定 工作零件的三维设计 工作零件包括冲孔凸模、落料凸模、凹模。首先根据工件的具体尺寸，绘制出工作零件的草图，然后根据设计出的大致尺寸进行三维 计，初步三维零件图绘制，图形绘制完后根据后续零件的设计可在命令界面上对已完成的零件进行修改，下图 4已修改完毕后的冲孔凸模、落料凸模以及凹模三维图： 图 4孔凸模 落料凸模及凹模三维图 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）11 定位零件的三维 计 定位零件的三维 计，定位零件就是一个其控制条料送进距离和保证送进方向的定位销。是标准件 位销 12，其零件实体如图 4 图 4位销 卸料件的三维 计 卸料零部件包括弹压卸料板和卸料橡胶。卸料板具有卸料和压料的双重作用。卸料板的设计在已经设计出零件的基础上得出具体尺寸。下图 4卸料板的三维实体图： 图 4料板 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）12 辅助结构零件的三维 计 导向零件的三维 计 首先是导向零件的三维 计，对于生产批量大，要求模具寿命高，工件精度较高的冷冲压模具，一般采用导柱、导套来保证上下模的精确导向。它们是标准零件，导柱 套 准件号为：导柱 20，导套5。它们的实体图如图 4示： 图 4柱和导套 固定零件的三维 计 接下来是固定零件的三维 计，包括上下模座三维 计和模柄三维 下模座已有国家标准，分别为 准件号为：上模座 58032065、下模座 58032065。它们的具体结构根据出料方式和已设计出的具体零部件进行设计修改。实体图如图 4示： 图 4模座和下模座 模柄的作用是将模具的上模座固定在压力机的滑块上，按 准选取，它的实体图如图 4示： 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）13 图 4柄 紧固零件及其他零件三维 计 最后是紧固及其他零件的三维 计，螺钉与销钉是用于模具零部件进行固定于定位的元件。通常两者选用相同的直径，按标准选取。螺钉选用内六角形为宜，设计时，应不少于 3 个螺钉，拧入被连接件的深度：铸铁为 2d；钢为 d 为螺钉直径 )，标准为： 钉设计为 2 个，压入连接件与被连接件的深度为直径的 2倍，标准为： 接件的销钉孔应同时钻、铰；卸料螺钉标准为 准为 20。螺纹用修饰命令表示。它们的实体图如图 4示： 图 固零件实体 图 4钉与销钉三维图 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）14 根据冲裁模具在冲裁过程中的功能需要，还需要设计出垫板、凸模固定板以及挡铁。其具体尺寸也是根据已经设计出和选好的一些零部件，配合其具体要求设计出具体尺寸结构。具体实体图如图 444示： 图 板 图 4板 图 4模固定板 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）15 图 4挡铁 主要零部件设计 凹模的设计 H=中 k=大孔 s=115。故， H=15= 如压力中心分析图所示冲裁左侧小孔和切断工序都在同一凹模上进行，所以凹模厚度应适当增加，取 H=40 凹模板宽度 B=s+（ H=375+100=475（这里 s 为切断刃口长） ，取整数B=480 凹模板长度 L=s1+60+55=整 L=120 故凹模尺寸为 480200 材料选用 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）16 凹模的固定方法采用螺钉、销钉直接固定在模座上。零件图如图 4 图 4模零件图 凸模的设计 1）冲孔凸模： 冲孔凸模的结构图如图 44 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）17 图 4模零件图 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）18 图 4模零件图 凸模结构基本类型采用整体式，凸模的基本结构形式为直通式两类。 凸模的固定方式采用固定板固定，采用台阶固定，凸模材料选用 凸模的长度凸模的尺寸根据凸模固定板尺寸 料板尺寸 料厚度 安装橡胶高度 h。所以凸模的尺寸为： L=30+20+4+28=82 2）落料凸模 长度：有关计算基本与冲孔凸模相同，材料也是选用 由于是直接固定在上模座上的，所以要加上垫板的厚度。如图 4 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）19 图 4断凸模零件图 3）凸模的校核： 冲孔力最大且孔的面积又比落料的面积小，故只需要对最小凸模进行强度和刚度校核。 a）强度校核 参照资料冷冲压模具设计与制造 公式 行计算的最小刃口承受的压应力 c=F/S=8891000/2285=475(小于许用应力 c（普通冲裁，模具钢的许用应力可以取 c=10001600 b）刚度校核 参照资料冷冲压模具设计与制造 公式 行计算。 计算得出其压杆失稳临界载荷 F= 2 2=0520823/12(2) 2=05大于 F 总 = 经计算凸模强度和刚度符合要求。 凸模固定板的设计 H 固 =（ H 凹 =1（ H 凹按安全厚度 算） ，取整数 H 固大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）20 =30料选用 45 钢。其零件图如图 4 图 4模固定板零件图 垫板的设计 是否采用垫板是通过计算判断模座是否能够承受承压面较小的凸模的压力。冲小矩形孔的凸模承压面的尺寸如图 4矩形凸模： 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）21 图 4模零件图 其承压力计算如下： =F/A=（ 22+85） 24450/（ 822） 查阅有关资料得铸铁 为 90140 以需要采用垫板，材料选用 45 钢。其厚度取 8 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）22 卸料橡胶的计算 工件材料厚度为 4裁时凸模进入凹模深度取 1虑模具维修时预留2刃磨量，再考虑开启时卸料板高出凸模 1总的工作行程 胶自由高度为 =2732自由度为 32 模具装配时橡胶的预压量 预压量为32 所以，模具中安装橡胶的空间高度尺寸为 28 该模具为采用手工送料的级进模，切断凸模面积较大可直接用螺钉与圆柱销固定，冲孔凸模则由固定板固定，凹模可直接用螺钉与圆柱销固定。切断凸模的外侧须有挡块以克服侧压力，挡块同时起定位作用。另外，横向的定位可在凹模上增设一个定位销。卸料装置采用弹性的，导向装置采用导柱导套。 从图中可初步计算出模具的闭合高度为： H=（ 65+8+65+40+82） 60据凹模的外形尺寸，确定下模座的外形尺寸为 58020 根据模具总压力 合高度为 260轮廓尺寸为 58020参数，可选用闭式单点压力机， 称压力 2500压力机的主要技术规格为： 最大冲压力： 2500块行程： 315称压力行程： 大闭合高度： 490作台尺寸： 950000块底面尺寸： 85050此，该设备满足模具的冲压力、闭合高度、外形轮廓尺寸等要求。 工作零件的加工工艺见加工工艺卡 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）23 表 4零件明细表 序号 代 号 名 称 数 量 材 料 热处理 1 模板 1 2 套 32（ 20 钢 渗碳 8 62 柱 32（ 20 钢 渗碳 58 62 5 内六角螺钉 4 45 钢 5 断凸模 1 6 60 6 圆柱销 35 钢 40 45 5 内六角螺钉 45 钢 40 45 1 模柄 1 9 1 卸料螺钉 45 钢 35 400 板 1 45 钢 35 401 模固定板 1 45 钢 12 料橡胶 1 橡胶 13 料板 1 14 模 1 8 625 6 圆柱销 35 钢 28 386 模板 1 17 孔凸模 1 6 608 孔凸模 1 6 609 5 内六角螺钉 45 钢 20 铁 1 45 钢 21 6 定位销 12 1 35 钢 28 38连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）24 模具总装配图是装配、安装及拆绘模具零件图的依据，能更清楚的表达模具的主要结构形状、工作原理、各零件之间的装配关系及固定连接方式。模具视图一般分为主视图和侧视图和俯视图三个，侧视图标明模具的闭合高度，装配图的右上角画出三维示意图，还应有标题栏、明细表等。 由以上设计得到下图的模具装配图。模具上模部分主要由模柄、上模座、垫板、凸模、凸模固定板、垫板、卸料橡胶、卸料板等组成。条料从右方送进，第一工位为冲孔，第二工位为落料，下模部分由下模座、凹模组成，有排废料斜口。 模具总装配图二维图及爆炸图如下图所示： 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）25 图 4具爆炸图 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）26 结束语： 模具生产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，它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。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。未来模具工业的发展将促进全社会的进步与发展。 毕业设计是高等学校学生在毕业前所进行的综合性设计或撰写的学位论文，是学生在校期间最后学习深化、提高和全面总结的综合训练。我的设计是对垫片冲裁模模具设计，包括对整套模具的结构设计与计算。首先是进行模具结构设计与相关计算，然后，完成对模具的三维建模和二维 析，最后将主要零部件与模具总装图用行了绘制。 在设计过程中，广泛的查阅冲压资料和一些实例来帮助我们能够顺利进行与参考。本着学习与提高的原则进行筛选、归纳和整理、紧紧围绕冲裁模结构主题进行讨论与设计，为了便于学习与掌握，还对冲裁设计进行了重要的论述。 这次设计的主要内容有：冲压模具的结构设计及冲压模具的相关尺寸的计算 ;模架的选择、压力机的选择及各个零部件的选择；这次的设计不仅用到了书上知识还要我们自己进行查资料课堂之外的知识学习最多的是进行国家标准手册的学习，从当中学习到许多书上学不到的知识更好的去积累知识。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）27 致 辞 四年的学习生活转眼即逝，四年学习生活中有快乐也有艰辛，自己也变得慢慢成熟，对过去四年日子里曾给予过我鼓励、帮助的朋友们我满怀感谢，从来不曾忘记，所经历的许多将让我更加珍惜将来的生活。 两个多月的毕业设计终于完成了，在这过程中有不一样的心情，有时出现一片豁然开朗的天空，有时陷入困难的漩涡中。在这首先要感谢老师对我的指导和督促，老师给我指出了正确的设