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汽车开发周期从 40 个月缩短到 4 个月。 一、 1、模具在工业发展中的地位 采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列优点， 用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。 已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代经济的基础工业。现代工业品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平，因此模具工业对国民经济和社会发展将起越来越大的作用。 1989 年 3 月国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中，把模具列为机械 工业技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二位 (仅次于大型发电设备及相应的输变电设备 )，确立模具工业在国民经济中的重要地位。 1997 年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入了当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。经国务院批准，从 1997 年到 2000 年，对 80 多家国有专业模具厂实行增值税返还70%的优惠政策，以扶植模具工业的发展。所有这些，都充分体现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。目前全世界模具年产值约为 600 亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业 产值已超过机床工业，从 1997 年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。 模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。 据统计，在家电、玩具等轻工行业，近 90的零件是综筷具生产的；在飞机、汽车、农机和无线电行业，这个比例也超过 60。例如飞机制造业，某型战斗机模具使用量超过三万套，其中主机八千套、发动机二千套、辅机二万套。从产值看， 80 年代以来，美、日等工业发达国家模具行业的产值已超过机床行业，并又有继续增长的趋势。据国际生产技术协会预测，到 2000 年，产品尽件粗加工的 75%、精加工的 50将由模具完成；金属、塑料、陶瓷、橡胶、建材等工业制品大部分将由模具完成， 50以上的金属板材、 80以上的塑料都特通过模具转化成制品。 2、模具的历史发展 模具的出现可以追溯到几千年前的陶器和青铜器铸造，但其大规模使用却是随着现代工业的掘起而发展起来的。 19 世纪，随着军火工业 (枪炮的弹壳 )、钟表工业、无线电工业的发展，冲模得到广泛使用。二次大战后，随着世界经济的飞速发展，它又成了大量生产家用电器、汽车、电子仪器、照相机、钟表等零件的最佳方式。从世界范围看，当时美国的冲压技术走在前列 许多模具先进技术 ，如简易模具、高效率模具、高寿命模具和冲压自动化技术，大多起源于美国；而瑞士的精冲、德国的冷挤压技术，苏联对塑性加工的研究也处于世界先进行列。 50 年代，模具行业工作重点是根据订户的要求，制作能满足产品要求的模具。模具设计多凭经验，参考已有图纸和感性认识，对所设计模具零件的机能缺乏真切了解。从 1955 年到 1965年，是压力加工的探索和开发时代 对模具主要零部件的机能和受力状态进行了数学分桥，并把这些知识不断应用于现场实际，使得冲压技术在各方面有飞跃的发展。其结果是归纳出模具设计原则，并使得压力机械、冲压材料 、加工方法、梅具结构、模具材料、模具制造方法、自动化装置等领域面貌一新，并向实用化的方向推进，从而使冲压加工从仪能生产优良产品的第一阶段。 进入 70 年代向高速化、启动化、精密化、安全化发展的第二阶段。在这个过程中不断涌现各种高效率、商寿命、高精度助多功能自动校具。其代表是多达别多个工位的级进模和十几个工位的多工位传递模。在此基础上又发展出既有连续冲压工位又有多滑块成形工位的压力机 弯曲机。在此期间，日本站到了世界最前列 其模具加工精度进入了微米级，模具寿命，合金工具钢制造的模具达到了几千万次，硬质合金钢制 造的模具达到了几亿次 p 每分钟冲压次数，小型压力机通常为 200 至 300 次，最高为 1200 次至 1500 次。在此期间，为了适应产品更新快、用期短 (如汽车改型、玩具翻新等 )的需要，各种经济型模具，如锌落合金模具、聚氨酯橡胶模具、钢皮冲模等也得到了很大发展。 从 70 年代中期至今可以说是计算机辅助设计、辅助制造技术不断发展的时代。随着模具加工精度与复杂性不断提高，生产周期不断加快，模具业对设备和人员素质的要求也不断提高。依靠普通加工设备，凭经验和手艺越来越不能满足模具生产的需要。 90 年代以来，机械技术和电子技术紧密结合，发展了 床，如数控线切割机床、数控电火花机床、数控铣床、数控坐标磨床等。而采用电子计算机自动编程、控制的 床提高了数控机床的使用效率和范围。近年来又发展出由一台计算机以分时的方式直接管理和控制一群数控机床的 统。 随着计算机技术的发 展，计算机也逐步进入模具生产的各个领域，包括设计、制造、管理等。国际生产研究协会预测，到 2000 年，作为设计和制造之间联系手段的图纸将失去其主要作用。模具自动设计的最根本点是必须确立模具零件标准及设计标准。要摆脱过去以人的思考判断和实际经验为中心所组成的设计方法，就必须把过去的经验和思考方法，进行系列化、数值化、数式化，作为设计准则储存到计算机中。因为模具构成元件也干差万别，要搞出一个能适应各种零件的设计软件几乎不可能。但是有些产品的零件形状变化不大，模具结构有一定的规律，放可总结归纳，为自动设计提供软件。 如日本某公司的 统用于级进模设计与制造，其中包括零件图形输入、毛坯展开、条料排样、确定模板尺寸和标准、绘制装配图和零件图、输出 序 (为数控加工中心和线切割编程 )等，所用时间由手工的 20%、工时减少到 35 小时；从 80 年代初日本就将三维的 统用于汽车覆盖件模具。目前，在实体件的扫描输入，图线和数据输入，几何造形、显示、绘图、标注以及对数据的自动编程，产生效控机床控制系统的后置处理文件等方面已达到较高水平；计算机仿真 (术也取得了一定成果。在高层次上， 成的， 即数据是统一的，可以互相直接传输信息实现网络化。目前国外仅有少数厂家能够做到。 3、模具的发展趋势 （ 1）模具软件功能集成化 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国 司的系列化软件就包括了曲面 /实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体 术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测 量系统等。集成化程度较高的软件 另外 还包括： 。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模 统；北京北航海尔软件有限公司的 列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压模 统等。 （ 2）模具设计、分析及制造的三维化 传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的 析、 模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。 举个例子 如 软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。另外， 司的 司的 日立造船的 是 3D 专业注塑模设计软件，可进行交互式 3D 型腔、型芯设计、模架配置及典型结构设计。澳大利亚 司的三维真实感流动模拟软件 经受到用户广泛的好评和应用。国内有华中理工 大学研制的同类软件 向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。如 司的注塑模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产生材料明细表和供 工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。 （ 3）模具软件应用的网络化趋势 随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设 计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。美国在其 21 世纪制造企业战略中指出，到 2006 年要实现汽车工业敏捷生产 /虚拟工程方案，使汽车开发周期从 40个月缩短到 4个月。AA 二 、 si of in a of a a a of to a of is to of of a in or a it a a is be of (i) a is (is a of a of (it is to to or in is as a is to it as is to is to by it a In is by As in of it a a a is of is of is in A be to a It is on of of If is to go to or by or or in in 75410 be to in in to be be as 、 so on by in s as as in 990s, to so on 、 as , as a at % %, 3%, to be to of is to so in so so 000 00 ,380,000 of 、 of a as by of to a is by be to in 2% is in 80% 4. to 000 77,000,000 US in 50,000,000 2001 to ,112,000,000 US in 16,000,000 US is 、 to 000 77,000,000 US in 50,000,000 US 2001 to ,112,000,000 US in 616,000,000 In as or is a is in a of a of a at 50F to a to of 5 is a in 5 is in be in on or in is be to is a of is be in a in be a of of be by so to he to a be to is to by to be to be of a on no or on on is of in be it of A is to a to of at of be on of be a ti on is it is of of is to to a of is it is to it is a od to a is to of 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 业 设 计 说 明 书 题目： 四垫圈复合模设计 二级学院（直属学部）： 专业： 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师姓名： 职称： 评阅教师姓名： 职称： 2014 年 11月 常州工学院毕业设计 摘 要 冲压成型是金属成型的一种重要方法，它主要适用于材质较软的金属成型，可以一次成型形状复杂的精密制件。本课题就是将石化、化工、电力等行业的法兰密封结构中的垫圈作为设计模型，将冷冲模具的相关知识作为依据，阐述冷冲模具的设计过程。 本设计对指定工件进行的模具设计，利用 件对制件进行设计绘图。明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。并绘制了模 具的装配图和零件图。 本课题通过对工件的冲压模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。 关键词 ： 垫圈 模具设计 冲压 垫圈复合模设计 目 录 1 设计多垫圈复合模的出发点 . 1 2 多垫圈复合模冲压的工艺分析 . 2 3 冲 压工艺方案的制定 . 3 案的制定 . 3 要难题及解决方法 . 3 4 冲压工艺的计算 . 4 样计算 . 4 算各工序压力、选择压力机 . 5 合模的凸、凹模刃口计算 . 6 簧的选用和计算 . 8 5 选择压力机型号 . 9 6 主要零部件结构与尺寸 的选择和确定 . 10 7 绘制模具总装图 . 13 结 论 . 15 致 谢 . 16 参考文献 . 17 常州工学院毕业设计 1 1 设计多垫圈复合模的出发点 因冷冲压能得到形状较复杂的制件，且加工精度高，尺寸稳定，互换性好，在大量生产条件下，制件成本低，生产效率高，易于自动化。所以随着我国工业的现代化，冷冲压工艺正越来越多地被采用，并在使用中得到不断发展。 在冲压生产中，冲裁所使用的模具称为冲裁模。它是冲压生产中不可缺少的工艺设备，良好的模具结构是实现工艺方案的可靠保 证。 常用的冲裁模典型结构主要有单工序冲裁模、复合模、连续模。由这次毕业设计的题目多垫圈复合模可知需要设计一付加工垫圈的模具。垫圈常用于各种仪器仪表，更可起到防震、绝缘的作用，且年产量高。 考虑到单工序冲裁生产效率低、难以满足该零件的年产量要求，故考虑采用复合冲裁与连续冲裁。 复合冲裁是冲床在一次行程中，板料在冲模内经过一次定位，能够同时完成两种或两种以上不同工序的冲压过程。对于该零件采用复合模能保证冲压件的形位精度和尺寸精度，且生产效率也高。 连续冲裁是在一套冲模里，把同一个冲压件的几个工序排列成一定 顺序。加工时，冲床每次行程，条料在冲模里依次移动一个位置。在不同的位置（简称工位）上，分别进行工件所要求的不同工步（即连续冲压工序中每一单独的工序），除最初几次冲程外，以后每次冲程都可以完成一个冲压件。对于该零件采用连续冲裁虽能满足其生产效率，但零件的材料为橡胶，质软，采用连续冲裁难以保证冲压件的形位精度和尺寸精度，而且其模具制造、安装较复合模要复杂。 通过对单工序模、复合模、连续模的比较分析，决定采用复合模形式比较合适。 而这次毕业设计的任务是设计出一付能一次冲出多个垫圈的复合模，其主要是因为某厂生产的垫 圈用处广泛，规格繁多，每年的垫圈单件产量多在百万以上。由于厂家竞争激烈，产品面临着残酷的考验。为此，必须在内部通过优化加工工艺，提高材料利用率、生产效率等来降低成本。 首先，在指导老师的建议下，将各种垫圈的规格大小进行了分类比较。然后设想能否在单冲垫圈的基础上，一模同时冲压出多个各种规格的产品。以达到既能提高工作效率，又能提高材料的利用率。 在查阅了大量的文献资料后，初步掌握了模具的设计方法，由于时间仓促，水平有限，整个设计必然有许多不足之处，这有待于今后在工作、学习中的不断更正和改进。 四垫圈复合模设计 2 2 多垫圈复合模 冲压的工艺分析 （ 1） 材料： 该零件的材料为人造橡胶，厚度为 2产量百万以上。常用于各种仪表、仪器等。 （ 2） 尺寸精度： 因为材料性质，所取的凸凹模的间隙应偏小，故模具零件的加工精度较高。所以可以初定最大外圆尺寸 最小内孔尺寸 120+ （ 3） 冲压工艺性分析： 在排列出的各种规格垫圈中，在最不影响产品质量情况下及在符合产品所允许的公差范围里，选出厚度一样（均为 2材料相同的垫圈，将其内外结构、尺寸进行整理如图所示： 图 2垫圈的尺 寸 调整后的垫圈尺寸 从图中可以看出，尺寸经过调整后，垫圈的内外圈关系正好是相互套裁的。 垫圈甲（外径为 50）的孔径为垫圈乙（外径 36）的外径，垫圈乙的孔径为垫圈丙（外径 26）的外径，垫圈丙的孔径为垫圈丁（外径 16）的外径。这正符合一模同时冲压下四个垫圈的条件。从其普遍的垫圈性质和客户的要求来说，略作尺寸改动并不影响产品的使用，也不影响产品的质量。所以如果将原来的一次冲一模改进为一次冲出四模，不仅可使材料的利用率成倍的提高，生产效率更能大幅度地提高四倍。并节省了 人工、电耗等。经济效益十分可观。 常州工学院毕业设计 3 3 冲 压工艺方案的制定 冲压垫圈工序较简单，基本工序是冲孔、落料。 该厂原来都是以单垫圈形式开制的复合模，现在多以用多垫圈复合模。为了更清晰了解这两种复合模冲压成型产品的优劣性，下面列表将它们进行比较： 从上述列表中可以看出，多垫圈复合模在关键两项 材料利用率和生产效率的对比上遥遥领先于单垫圈复合模。从某种意义上来讲，该模具满足了单件产品需求量巨大的情况。同时使本厂的竞争力大大提高。 所以，采用多垫圈复合模冲制零件。 （ 1） 主要难题：由于该零件的结构简单，整个冲制过程并不存在什么问题。但是该复合模由多付凸凹模组合而成，所以如何将凸凹模中的产品一次卸出来成为一个主要难题。 （ 2） 解决方法：如下图所示是凸凹模与卸料板的关系。 1） 2） 图 3凹模与卸料板的关系 由图 1） 、 2） 中可看出，凸凹模是尾部相互固定组合而成。而卸料板也必须与其同步而行，一起动作，才能成功卸料。 所以，需要在组合凸凹模上以穿孔机穿孔，然后经由线切割割出腰圆长槽，用销子8将卸料圈串合起来。就能成功使卸料板、凸凹模成为一体在腰圆槽里上下同时动作，以达到一次将冲压的四片垫圈卸出来的目的。 比较项目 单垫圈复合模 多垫圈复合模 材料的利用率 K=31% K=61% 每一次冲得产品 1件 4件 产品质量 佳 佳 调整单件批量 容易 不易 模具开制成本估价 2000元 /付 4=8000元 8000元 /付 模具寿命 长 长 模 具维护 简单 较难 冲压操作 简单 简单 四垫圈复合模设计 4 4 冲压工艺的计算 模具设计，牵涉面广，要了解模具的加工工艺，不然设计出的模具无法加工就失败了。首先要确定凸凹模的间隙，冲裁模凸模的横断面一般都小于凹模孔。凸凹模之间应有适当的空隙，但间隙的大小牵涉范围很多。间隙过小 时，会使冲裁后的落料件尺寸增大，冲孔件尺寸缩小；间隙过大时，会使冲裁结束后的落料件尺寸缩小，冲孔件尺寸增大。 间隙大小还对模具寿命有影响。当间隙增大时，模具寿命有明显增长。 同时，间隙的大小还和工件平直、冲裁面毛刺大小等密切相关。 故应考虑垫片的产品性质，主要要求为：产品要平直、无毛刺。产品材料为人造橡胶，适宜选偏小间隙，查表后可确定其双边间隙为 其次，要计算凸、凹模的尺寸大小、冲裁件的排样方式和了解被加工零件的冲裁力、卸料力、推料力等，还要根据计算出来的冲压力选择压力机。了解该压力机的开闭合 高度，安装板的大小等，才能考虑模具的总厚度是多少并确定模架。根据冲压零件的材料、批量来定模具凸凹模的材料，淬火硬度等。 为了合理利用材料，并尽可能的节省材料，应对冲裁件进行合理地排样。 1、板料规格的确定：零件材料为人造橡胶，厚度为 2用 2500500 2、方案的确定： 方案一：采用单排法 1）查表得搭边值 a=2 B=D 2a=50 2 2=54）确定步距 s s=D 0 ）裁板条数 b/B=500/54=9条，余 14 每条冲零件个数 （ 500 ，余 35 每板冲零件总个数 n 总 = 9=81个 板料的利用率为 总 =n 总 ( 100% =81 (252 62)/500 500 100% =60% 方案二：采用多排。 1） 如图所示，根据相关几何知识可知 常州工学院毕业设计 5 B=D 2a =(50 1.5)50 2 2 =50 4 =）步距 s=D 0 ）裁板条数 b/B =500/条，余 7 每条冲零件个数 （ 500 ； 每板冲零件总个数 n 总 =20个 板料利用率为 总 =n 总 ( 100% =90 (252 62)/500 500 100% =由上述可知，采用单排的板料利用率为 60%，采用多排的板料利用率可提高到 66%。很明显，多排方式是能达到提高材料利用率的要求，所以采用多排方式。 择压力机 该产品只需冲孔、落料复合冲压一道工序，并根据复合模的结构能一次冲出四个垫圈。 已知产品材料为人造橡胶，厚度为 2表得 =50N/垫圈冲裁力 P 冲 =(50 36 26 16 12) 2 50 =57148N 人造橡胶的 K 卸 系数根据材料性质并查表得 K 卸 =垫圈卸料力 P 卸 =K 卸 P 冲 =57148 =垫圈复合模设计 6 同理得 ,K 顶 =垫圈顶料力 P 顶 =K 顶 P 冲 =57148 =垫圈复合模结构主要是采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁工艺力 ,故 P 总 =P 冲 P 卸 P 顶 =57148 103N =59现有规格选用 100力机比较适宜。但是考虑到模具结构，为了能满足模具最大封闭闭合高度，选用 160 模刃口计算 1、复合模的凸、凹模刃口计算 1）冲孔部分： 凸凹模中的凹模部分和冲孔凸模部分，可采用分开加工。 如图所示，该零件的材料为人造橡胶，厚度 t=2于一般的冲孔、落料件。120+双边间隙表得， 件精度 =1。按照模具制造精度高于冲裁件精度 3 4级的原则，设凸、凹模按 孔 120+表得 , 凸 = 凹 = d 凸 =(d )0 凸 =(121 d 凹 =(d 凹 =(121 +核： 凸 凹 凸 凹 =凸、凹模刃口尺寸可确定。 根据模具结构要求，可确定凸模以台 肩固定的方式固定。 因是采用弹性卸料板的小凸模，可确定凸模长度为： L= h 式中 L 凸模长度 凸模固定板厚度（ 20 卸料板厚度（ 15 常州工学院毕业设计 7 材料厚度（ 2 h 附加长度，它包括凸模的修模量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板之间的安全距离。一般取 h=15 20 故总长度 L=20 15 2 15=52确定的凸模长度为 52 详细凸模尺寸见零件图第 9页。 2）落料部分： 圆形落料凹模和凸凹模中的凸模部分，亦采用分开加工。 500 得。查表得， 凹 = 凸 = D 凹 =(D )0+凹 =(50 1+ 凸 =(D 凸 =(50 1 0 校核： 凸 凹 =以凸、凹模尺寸可确定。 该复合模的凹模刃口为直筒形，用螺钉固定在上模座上 ,因此它属于倒装复合模。 根据模具结构要求，确定凹模壁厚为 35实际尺寸可参 看零件图第 4页。 另外，因为该模具的四付凸凹模之间尺寸有互借关系，所以按其名义尺寸进行制造。 2、凸、凹模的设计 该模具为同时冲出四个垫圈的复合模。这四个垫圈的尺寸是相互套裁的。用复合模冲出四个垫圈（这四个垫圈尺寸按由大到小分别以甲、乙、丙、丁命名），理应在同一位置上要布置八套凸、凹模。由于其中有三个是套裁的，需要五付凸、凹模。这副模具进一步展示了复合模在同一位置布置多套凸、凹模的结构特点。 这副模具的凸、凹模的布置方法是：上模部分装有凸凹模 2（它的外切刃口是垫圈甲的冲孔凸模同时又是垫圈乙的落料凸模，它的内 刃口是垫圈乙的冲孔凹模同时又是垫圈丙的落料凹模）和垫圈甲的落料凹模 3、凸凹模 18（它的外切刃口是垫圈丙的冲孔凸模同时又是垫圈丁的落料凸模，它的内刃口是垫圈丁的冲孔凹模）。下模部分装有凸凹模 7（它的外切刃口是垫圈甲的落料凸模 ，它的内刃口是垫圈甲的冲孔凹模同时又是垫圈乙的落料凹模）和垫圈丁的冲孔凸模 11以及凸凹模 14（它的外切口是垫圈乙的冲孔凸模同时又是垫圈丙的落料凸模，它的内刃口是垫圈丙的冲孔凹模同时又是垫圈丁的落料凹模）。冲裁后，由上模推下的是垫圈甲、丙，还有垫圈丁的冲孔废料，由下模顶出（在下模座下装有弹 顶装置）的是垫圈乙和垫圈丁。关于其卸料方式已在上文中提及，就不再详细介绍。 四垫圈复合模设计 8 1）卸料力前面已算出，总卸料力 F 卸 =据模具结构估计拟选用 4个弹簧，计算每个弹簧担负卸料力约为 F 预 =F 卸 /n = =每个弹簧所承受的负荷力为 2）由装配结构尺寸，求得弹簧自由高度 模固定板厚度弹簧压缩量凸模自由高度 20 15=据 F 预 的大小，从圆柱螺旋压缩弹簧表中可初选弹簧规格为外径 D=16丝直径 d=由高度 0簧最大工作载荷下的总变形量 H 许 =效圈数n=大工作载荷 F 许 =292N。 3）求出弹簧的预压缩量： H 预 =F 预 H 许 /F 许 =92 =总压缩量为： H 总 =H 预 H 工作 H 修磨 =2 1 5 =压力 F 总 =F 预 H 总 / H 预 =）检查所选弹簧的性能要求，即 总压缩量 H 总 =大许可压缩量 H 许 =压力 F 总 =大工作负荷 F 许 =292N 说明所选弹簧合适 常州工学院毕业设计 9 最后选弹簧规格为： 1650 选择压力机型号 因为模具闭合高度： H 闭 =上模座厚下模座厚落料凹模厚冲孔凸模长度上垫板下垫板落料凹模与凸模的刃面高度差板料厚度 =40 45 52 52 10 10 1 2 =210据设备载荷情况和模具的闭合高度，可选用 压力机的最大装模高度为 220小装模高度为 160 模具闭合高度满足 10 H 闭 5，故认为合适。 四垫圈复合模设计 10 6 主要零部件结构与尺寸的选择和确定 虽然为了能简化模具设计制造工作，缩短周期，提高质量，节约材料，降低成本，应尽量采用标准件，但考虑到模具结构的特殊性和合理性，还是不得不对零件某些方面进行必要的修改以满足技术要求。 1）挡料销：限定条料或卷料送进距离的定位销件。考虑到该模具为带有弹性卸料板的倒装复合模，采用弹压式活动挡料销。此种挡料销装在弹压卸料板上，冲压时被压入卸料板孔内，上模回程时由弹簧、簧片将其顶起，以待下一次冲程时定位用。卸料板的挡料销孔和挡料销采用 H8/ 2）卸料装置：卸料装置的型式较多，它包括固定卸料板、活动卸料板、弹压卸料板和废料切刀等几种。本模具采用弹压卸料板作为卸料装置。卸料板一般采用 这里的卸料板宜用 45钢制造，热处理硬度为 28 30面粗糙度应达到 m。详细尺寸见零件图第 11 页。 3）模柄选择：中、小型冲模通过模柄将上模固定在压力机的滑块上。 由压力机型号可知模柄孔直 径为 40度为 60旋入式模柄，通过螺纹与上模座连接，为防止松动，常用防转螺钉紧固。选模柄规格为 90 1 旋入部分为 30为在复合模的上模座中要加工打板孔 15以旋入部分为 40架厚度） 15板孔深） =25模柄的旋入部分要在原有基础上再车去 5时模柄总长度 H=85际模柄规格为 85 常州工学院毕业设计 11 4）打料推杆尺寸：推杆直径根据打料力选 12 根据模具结构，推杆的长度为 L 杆 模柄总长 =85以 L 杆 =120 5）凸凹模固定板：根据模具的结构，取固定板厚度为 20凹模固定板上的凸凹模安装孔与凸凹模采用 M7/凹模压装后端面要与固定板一起磨平。固定板的上、下表面粗糙度为 m，另一非基准面可适当降低要求。固定板材料用 45钢制造，无需热处理淬硬。 6）垫板：垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，防止模座被局部压陷。该模具因为上下模座均分布着凸凹模，为降低模座所受的单位压力，均需加上垫板。垫板外形尺寸详见零件图第 2、 8页。其 厚度取 10板材料为 45钢，淬火硬度为 43 48板上、下表面应磨平，表面粗糙度为 m，以保证平行度要求。 7）模架的选取：常用的标准模架是由上托、底座、导柱、导套等零件组成。按导柱的数量、在模架上固定位置的不同，可分为十二种。一般采用两个导柱的模架。后侧导柱模架可用于冲裁宽度大的条料，送料及操作比较方便。但由于导柱装在一侧，冲压时容易产生偏心力矩，使模具偏斜，影响模具寿命与工件质量。因而适用于中等复杂程四垫圈复合模设计 12 度及公差等级要求一般的中、小型工件。中间导柱模架在冲压时不会因偏心距而引 起模具的偏斜，有利于延长寿命，至于其缺点为条料宽度受导柱间的距离的限制，在对本工件加工中并不重要，所以本模具采用中间导柱形式。 由凹模周界尺寸 D=502 3520 模架规格： 160 180 220） 1990冲模滑动导向模架 中间导柱圆形模架 8）螺钉：选 钉，其长度根据模具结构定。 9）圆柱销：选 8固定凹模，选 6连接卸料板，长度由模具结构定。 常州工学院毕业设计 13 7 绘制模具总装图 原理说明： 本模具 为多垫圈复合模。 该模具一次冲出四只橡胶垫圈，具有生产效率高和少废料的特点。 模具由凸模 11、凹模 3和凸凹模 2、 7、 14、 18等组成。 顶板 5、 12、圆销 6和弹压卸料板 13一起组成下顶件器，借弹簧 24之力将工件顶出。 顶板 15、 16、 17与圆销 4连在一起组成上顶件器，借打棒 20之力将工件和废料打下。 四垫圈复合模设计 14 常州工学院毕业设计 15 结 论 历时两个多月的毕业设计，其目的在于综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次设计工作的实际训练，从而培养和提高独立工作的能力，巩固和扩充课堂上所学到的知识，掌握一般设计的方法和步骤 等基本技能，进一步熟练计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准规范。 冲压模具是冷冲压工艺必不可少的工艺装备，冲压模具设计的好坏，水平的高低，将直接影响产品质量、成本、生产效率与操作者的安全。 复合模是冲压模具的一种，它对提高生产效率、降低成本、提高质量和实际冲压自动化等方面有着非常现实的意义。 这付多垫圈复合模的结构比较复杂，模具制造精度高，这对模具设计者来说，需要考虑的方面很多，尤其是模具各部分结构的设计。 在本次设计得到了指导老师的帮助和支持，特在此表示衷心的感谢！ 由于水平有限，此模具设计难免存在着 一些缺点和错误，敬请各位老师批评指教。 四垫圈复合模设计 16 致 谢 首先感谢学校及学院各位领导的悉心关怀和耐心指导，特别要感谢指导老师给我的指导，在设计和说明书的写作以及实物制作过程中，我始终得到他的悉心教导和认真指点，使得我的理论知识和动手操作能力都有了很大的提高与进步，对模具设计与制造的整个工艺流程也有了一个基本的掌握。在他身上，时刻体现着作为科研工作者所特有的严谨求实的教学风范，勇于探索的工作态度和求同思变、不断创新的治学理念。他不知疲倦的敬业精神和精益求精的治学要求，端正了我的学习态度，使我受益匪浅。 另外，还要 感谢和我同组的其他同学，他们在寻找资料，解答疑惑，实验操作、论文修改等方面，都给了我很大的帮助和借鉴。 最后，感谢所有给予我关心和支持的老师和同学使我能如期完成这次毕业设计。谢谢各位老师和同学！ 感谢学校对我这两年的培养和教导，感谢学院各位领导各位老师三年如一日的谆谆教导！ 常州工学院毕业设计 17 参考文献 1 中国纺织大学工程图学教研室等编 上海：上海科学技术出版社， 1997 2 储凯、许斌、李先民、李维民 重庆：重庆大学出版社， 1998 3 俞汉清、陈金德 北京 ：机械工业出版社， 4 姜奎华 北京：机械工业出版社， 5 模具实用技术丛书编委会 北京：机械工业出版社， 6 王卫卫 北京：机械工业出版社 7 中国机械工程学会、中国模具设计大典编委会 江西 ,江西科学技术出版社， 2003. 8 吴宗泽，罗圣国 北京：高等教育出版社， 1999 （ 2004重印） 9 中国模具工业协会标准委员会编 准件手册 海科学普及出版社， 1989. 10 国家标准总局 北京：中国标准出版社， 1989. 11 黄毅宏 北京：机械工业出版社， 2004. 12 李天佑 北京：机械工业出版社， 13 丁聚松 北京：机械工业出版社， 2002. 14 冯柄亮等 上海科技业出版社， 2002. 15 翁其金 北京：机械工业出版社， 1990. 16 赵孟栋主编 （第 2 版） 械工业出版社， 1997. 17 王孝培主编 北京：机械工业出版社， 1990. 18 肖景容，姜奎华主编 北京：机械工业出版社， 1990. 19, o. 1514,1959,142159 20 965 42. 业 设 计 说 明 书 题目： 四垫圈复合模设计 二级学院（直属学部）： 专业： 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师姓名： 职称： 评阅教师姓名： 职称： 2014 年 11月 常州工学院毕业设计 摘 要 冲压成型是金属成型的一种重要方法，它主要适用于材质较软的金属成型，可以一次成型形状复杂的精密制件。本课题就是将石化、化工、电力等行业的法兰密封结构中的垫圈作为设计模型，将冷冲模具的相关知识作为依据，阐述冷冲模具的设计过程。 本设计对指定工件进行的模具设计，利用 件对制件进行设计绘图。明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。并绘制了模 具的装配图和零件图。 本课题通过对工件的冲压模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。 关键词 ： 垫圈 模具设计 冲压 垫圈复合模设计 目 录 1 设计多垫圈复合模的出发点 . 1 2 多垫圈复合模冲压的工艺分析 . 2 3 冲 压工艺方案的制定 . 3 案的制定 . 3 要难题及解决方法 . 3 4 冲压工艺的计算 . 4 样计算 . 4 算各工序压力、选择压力机 . 5 合模的凸、凹模刃口计算 . 6 簧的选用和计算 . 8 5 选择压力机型号 . 9 6 主要零部件结构与尺寸 的选择和确定 . 10 7 绘制模具总装图 . 13 结 论 . 15 致 谢 . 16 参考文献 . 17 常州工学院毕业设计 1 1 设计多垫圈复合模的出发点 因冷冲压能得到形状较复杂的制件，且加工精度高，尺寸稳定，互换性好，在大量生产条件下，制件成本低，生产效率高，易于自动化。所以随着我国工业的现代化，冷冲压工艺正越来越多地被采用，并在使用中得到不断发展。 在冲压生产中，冲裁所使用的模具称为冲裁模。它是冲压生产中不可缺少的工艺设备，良好的模具结构是实现工艺方案的可靠保 证。 常用的冲裁模典型结构主要有单工序冲裁模、复合模、连续模。由这次毕业设计的题目多垫圈复合模可知需要设计一付加工垫圈的模具。垫圈常用于各种仪器仪表，更可起到防震、绝缘的作用，且年产量高。 考虑到单工序冲裁生产效率低、难以满足该零件的年产量要求，故考虑采用复合冲裁与连续冲裁。 复合冲裁是冲床在一次行程中，板料在冲模内经过一次定位，能够同时完成两种或两种以上不同工序的冲压过程。对于该零件采用复合模能保证冲压件的形位精度和尺寸精度，且生产效率也高。 连续冲裁是在一套冲模里，把同一个冲压件的几个工序排列成一定 顺序。加工时，冲床每次行程，条料在冲模里依次移动一个位置。在不同的位置（简称工位）上，分别进行工件所要求的不同工步（即连续冲压工序中每一单独的工序），除最初几次冲程外，以后每次冲程都可以完成一个冲压件。对于该零件采用连续冲裁虽能满足其生产效率，但零件的材料为橡胶，质软，采用连续冲裁难以保证冲压件的形位精度和尺寸精度，而且其模具制造、安装较复合模要复杂。 通过对单工序模、复合模、连续模的比较分析，决定采用复合模形式比较合适。 而这次毕业设计的任务是设计出一付能一次冲出多个垫圈的复合模，其主要是因为某厂生产的垫 圈用处广泛，规格繁多，每年的垫圈单件产量多在百万以上。由于厂家竞争激烈，产品面临着残酷的考验。为此，必须在内部通过优化加工工艺，提高材料利用率、生产效率等来降低成本。 首先，在指导老师的建议下，将各种垫圈的规格大小进行了分类比较。然后设想能否在单冲垫圈的基础上，一模同时冲压出多个各种规格的产品。以达到既能提高工作效率，又能提高材料的利用率。 在查阅了大量的文献资料后，初步掌握了模具的设计方法，由于时间仓促，水平有限，整个设计必然有许多不足之处，这有待于今后在工作、学习中的不断更正和改进。 四垫圈复合模设计 2 2 多垫圈复合模 冲压的工艺分析 （ 1） 材料： 该零件的材料为人造橡胶，厚度为 2产量百万以上。常用于各种仪表、仪器等。 （ 2） 尺寸精度： 因为材料性质，所取的凸凹模的间隙应偏小，故模具零件的加工精度较高。所以可以初定最大外圆尺寸 最小内孔尺寸 120+ （ 3） 冲压工艺性分析： 在排列出的各种规格垫圈中，在最不影响产品质量情况下及在符合产品所允许的公差范围里，选出厚度一样（均为 2材料相同的垫圈，将其内外结构、尺寸进行整理如图所示： 图 2垫圈的尺 寸 调整后的垫圈尺寸 从图中可以看出，尺寸经过调整后，垫圈的内外圈关系正好是相互套裁的。 垫圈甲（外径为 50）的孔径为垫圈乙（外径 36）的外径，垫圈乙的孔径为垫圈丙（外径 26）的外径，垫圈丙的孔径为垫圈丁（外径 16）的外径。这正符合一模同时冲压下四个垫圈的条件。从其普遍的垫圈性质和客户的要求来说，略作尺寸改动并不影响产品的使用，也不影响产品的质量。所以如果将原来的一次冲一模改进为一次冲出四模，不仅可使材料的利用率成倍的提高，生产效率更能大幅度地提高四倍。并节省了 人工、电耗等。经济效益十分可观。 常州工学院毕业设计 3 3 冲 压工艺方案的制定 冲压垫圈工序较简单，基本工序是冲孔、落料。 该厂原来都是以单垫圈形式开制的复合模，现在多以用多垫圈复合模。为了更清晰了解这两种复合模冲压成型产品的优劣性，下面列表将它们进行比较： 从上述列表中可以看出，多垫圈复合模在关键两项 材料利用率和生产效率的对比上遥遥领先于单垫圈复合模。从某种意义上来讲，该模具满足了单件产品需求量巨大的情况。同时使本厂的竞争力大大提高。 所以，采用多垫圈复合模冲制零件。 （ 1） 主要难题：由于该零件的结构简单，整个冲制过程并不存在什么问题。但是该复合模由多付凸凹模组合而成，所以如何将凸凹模中的产品一次卸出来成为一个主要难题。 （ 2） 解决方法：如下图所示是凸凹模与卸料板的关系。 1） 2） 图 3凹模与卸料板的关系 由图 1） 、 2） 中可看出，凸凹模是尾部相互固定组合而成。而卸料板也必须与其同步而行，一起动作，才能成功卸料。 所以，需要在组合凸凹模上以穿孔机穿孔，然后经由线切割割出腰圆长槽，用销子8将卸料圈串合起来。就能成功使卸料板、凸凹模成为一体在腰圆槽里上下同时动作，以达到一次将冲压的四片垫圈卸出来的目的。 比较项目 单垫圈复合模 多垫圈复合模 材料的利用率 K=31% K=61% 每一次冲得产品 1件 4件 产品质量 佳 佳 调整单件批量 容易 不易 模具开制成本估价 2000元 /付 4=8000元 8000元 /付 模具寿命 长 长 模 具维护 简单 较难 冲压操作 简单 简单 四垫圈复合模设计 4 4 冲压工艺的计算 模具设计，牵涉面广，要了解模具的加工工艺，不然设计出的模具无法加工就失败了。首先要确定凸凹模的间隙，冲裁模凸模的横断面一般都小于凹模孔。凸凹模之间应有适当的空隙，但间隙的大小牵涉范围很多。间隙过小 时，会使冲裁后的落料件尺寸增大，冲孔件尺寸缩小；间隙过大时，会使冲裁结束后的落料件尺寸缩小，冲孔件尺寸增大。 间隙大小还对模具寿命有影响。当间隙增大时，模具寿命有明显增长。 同时，间隙的大小还和工件平直、冲裁面毛刺大小等密切相关。 故应考虑垫片的产品性质，主要要求为：产品要平直、无毛刺。产品材料为人造橡胶，适宜选偏小间隙，查表后可确定其双边间隙为 其次，要计算凸、凹模的尺寸大小、冲裁件的排样方式和了解被加工零件的冲裁力、卸料力、推料力等，还要根据计算出来的冲压力选择压力机。了解该压力机的开闭合 高度，安装板的大小等，才能考虑模具的总厚度是多少并确定模架。根据冲压零件的材料、批量来定模具凸凹模的材料，淬火硬度等。 为了合理利用材料，并尽可能的节省材料，应对冲裁件进行合理地排样。 1、板料规格的确定：零件材料为人造橡胶，厚度为 2用 2500500 2、方案的确定： 方案一：采用单排法 1）查表得搭边值 a=2 B=D 2a=50 2 2=54）确定步距 s s=D 0 ）裁板条数 b/B=500/54=9条，余 14 每条冲零件个数 （ 500 ，余 35 每板冲零件总个数 n 总 = 9=81个 板料的利用率为 总 =n 总 ( 100% =81 (252 62)/500 500 100% =60% 方案二：采用多排。 1） 如图所示，根据相关几何知识可知 常州工学院毕业设计 5 B=D 2a =(50 1.5)50 2 2 =50 4 =）步距 s=D 0 ）裁板条数 b/B =500/条，余 7 每条冲零件个数 （ 500 ； 每板冲零件总个数 n 总 =20个 板料利用率为 总 =n 总 ( 100% =90 (252 62)/500 500 100% =由上述可知，采用单排的板料利用率为 60%，采用多排的板料利用率可提高到 66%。很明显，多排方式是能达到提高材料利用率的要求，所以采用多排方式。 择压力机 该产品只需冲孔、落料复合冲压一道工序，并根据复合模的结构能一次冲出四个垫圈。 已知产品材料为人造橡胶，厚度为 2表得 =50N/垫圈冲裁力 P 冲 =(50 36 26 16 12) 2 50 =57148N 人造橡胶的 K 卸 系数根据材料性质并查表得 K 卸 =垫圈卸料力 P 卸 =K 卸 P 冲 =57148 =垫圈复合模设计 6 同理得 ,K 顶 =垫圈顶料力 P 顶 =K 顶 P 冲 =57148 =垫圈复合模结构主要是采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁工艺力 ,故 P 总 =P 冲 P 卸 P 顶 =57148 103N =59现有规格选用 100力机比较适宜。但是考虑到模具结构，为了能满足模具最大封闭闭合高度，选用 160 模刃口计算 1、复合模的凸、凹模刃口计算 1）冲孔部分： 凸凹模中的凹模部分和冲孔凸模部分，可采用分开加工。 如图所示，该零件的材料为人造橡胶，厚度 t=2于一般的冲孔、落料件。120+双边间隙表得， 件精度 =1。按照模具制造精度高于冲裁件精度 3 4级的原则，设凸、凹模按 孔 120+表得 , 凸 = 凹 = d 凸 =(d )0 凸 =(121 d 凹 =(d 凹 =(121 +核： 凸 凹 凸 凹 =凸、凹模刃口尺寸可确定。 根据模具结构要求，可确定凸模以台 肩固定的方式固定。 因是采用弹性卸料板的小凸模，可确定凸模长度为： L= h 式中 L 凸模长度 凸模固定板厚度（ 20 卸料板厚度（ 15 常州工学院毕业设计 7 材料厚度（ 2 h 附加长度，它包括凸模的修模量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板之间的安全距离。一般取 h=15 20 故总长度 L=20 15 2 15=52确定的凸模长度为 52 详细凸模尺寸见零件图第 9页。 2）落料部分： 圆形落料凹模和凸凹模中的凸模部分，亦采用分开加工。 500 得。查表得， 凹 = 凸 = D 凹 =(D )0+凹 =(50 1+ 凸 =(D 凸 =(50 1 0 校核： 凸 凹 =以凸、凹模尺寸可确定。 该复合模的凹模刃口为直筒形，用螺钉固定在上模座上 ,因此它属于倒装复合模。 根据模具结构要求，确定凹模壁厚为 35实际尺寸可参 看零件图第 4页。 另外，因为该模具的四付凸凹模之间尺寸有互借关系，所以按其名义尺寸进行制造。 2、凸、凹模的设计 该模具为同时冲出四个垫圈的复合模。这四个垫圈的尺寸是相互套裁的。用复合模冲出四个垫圈（这四个垫圈尺寸按由大到小分别以甲、乙、丙、丁命名），理应在同一位置上要布置八套凸、凹模。由于其中有三个是套裁的，需要五付凸、凹模。这副模具进一步展示了复合模在同一位置布置多套凸、凹模的结构特点。 这副模具的凸、凹模的布置方法是：上模部分装有凸凹模 2（它的外切刃口是垫圈甲的冲孔凸模同时又是垫圈乙的落料凸模，它的内 刃口是垫圈乙的冲孔凹模同时又是垫圈丙的落料凹模）和垫圈甲的落料凹模 3、凸凹模 18（它的外切刃口是垫圈丙的冲孔凸模同时又是垫圈丁的落料凸模，它的内刃口是垫圈丁的冲孔凹模）。下模部分装有凸凹模 7（它的外切刃口是垫圈甲的落料凸模 ，它的内刃口是垫圈甲的冲孔凹模同时又是垫圈乙的落料凹模）和垫圈丁的冲孔凸模 11以及凸凹模 14（它的外切口是垫圈乙的冲孔凸模同时又是垫圈丙的落料凸模，它的内刃口是垫圈丙的冲孔凹模同时又是垫圈丁的落料凹模）。冲裁后，由上模推下的是垫圈甲、丙，还有垫圈丁的冲孔废料，由下模顶出（在下模座下装有弹 顶装置）的是垫圈乙和垫圈丁。关于其卸料方式已在上文中提及，就不再详细介绍。 四垫圈复合模设计 8 1）卸料力前面已算出，总卸料力 F 卸 =据模具结构估计拟选用 4个弹簧，计算每个弹簧担负卸料力约为 F 预 =F 卸 /n = =每个弹簧所承受的负荷力为 2）由装配结构尺寸，求得弹簧自由高度 模固定板厚度弹簧压缩量凸模自由高度 20 15=据 F 预 的大小，从圆柱螺旋压缩弹簧表中可初选弹簧规格为外径 D=16丝直径 d=由高度 0簧最大工作载荷下的总变形量 H 许 =效圈数n=大工作载荷 F 许 =292N。 3）求出弹簧的预压缩量： H 预 =F 预 H 许 /F 许 =92 =总压缩量为： H 总 =H 预 H 工作 H 修磨 =2 1 5 =压力 F 总 =F 预 H 总 / H 预 =）检查所选弹簧的性能要求，即 总压缩量 H 总 =大许可压缩量 H 许 =压力 F 总 =大工作负荷 F 许 =292N 说明所选弹簧合适 常州工学院毕业设计 9 最后选弹簧规格为： 1650 选择压力机型号 因为模具闭合高度： H 闭 =上模座厚下模座厚落料凹模厚冲孔凸模长度上垫板下垫板落料凹模与凸模的刃面高度差板料厚度 =40 45 52 52 10 10 1 2 =210据设备载荷情况和模具的闭合高度，可选用 压力机的最大装模高度为 220小装模高度为 160 模具闭合高度满足 10 H 闭 5，故认为合适。 四垫圈复合模设计 10 6 主要零部件结构与尺寸的选择和确定 虽然为了能简化模具设计制造工作，缩短周期，提高质量，节约材料，降低成本，应尽量采用标准件，但考虑到模具结构的特殊性和合理性，还是不得不对零件某些方面进行必要的修改以满足技术要求。 1）挡料销：限定条料或卷料送进距离的定位销件。考虑到该模具为带有弹性卸料板的倒装复合模，采用弹压式活动挡料销。此种挡料销装在弹压卸料板上，冲压时被压入卸料板孔内，上模回程时由弹簧、簧片将其顶起，以待下一次冲程时定位用。卸料板的挡料销孔和挡料销采用 H8/ 2）卸料装置：卸料装置的型式较多，它包括固定卸料板、活动卸料板、弹压卸料板和废料切刀等几种。本模具采用弹压卸料板作为卸料装置。卸料板一般采用 这里的卸料板宜用 45钢制造，热处理硬度为 28 30面粗糙度应达到 m。详细尺寸见零件图第 11 页。 3）模柄选择：中、小型冲模通过模柄将上模固定在压力机的滑块上。 由压力机型号可知模柄孔直 径为 40度为 60旋入式模柄，通过螺纹与上模座连接，为防止松动，常用防转螺钉紧固。选模柄规格为 90 1 旋入部分为 30为在复合模的上模座中要加工打板孔 15以旋入部分为 40架厚度） 15板孔深） =25模柄的旋入部分要在原有基础上再车去 5时模柄总长度 H=85际模柄规格为 85 常州工学院毕业设计 11 4）打料推杆尺寸：推杆直径根据打料力选 12 根据模具结构，推杆的长度为 L 杆 模柄总长 =85以 L 杆 =120 5）凸凹模固定板：根据模具的结构，取固定板厚度为 20凹模固定板上的凸凹模安装孔与凸凹模采用 M7/凹模压装
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