毕业设计（论文）-锁紧板的冷冲模具设计.doc

毕业设计锁紧板的冷冲模设计 学生姓名：张秋 学号：112011432 系 部： 机械工程系 专 业：机械设计制造及其自动化 指导教师： 武晋国 二零一五 年 六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日 毕业设计任务书设计题目： 锁紧板冷冲模具设计 系部：机械工程系 专业：机械设计制造及其自动化 学号： 112011432 学生： 张 秋 指导教师（含职称）： 武晋国（高工） 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解机械加工过程中使用的专用模具设计、模具各零部件材料选择、性能参数确定、应力计算方法等机械加工方面的设计规范、计算方法及设计思想等，为学生在毕业后从事机械加工技术工作打好基础。2主要任务1）确定零件冲压所选用的设备类型，查找机床主轴的结构尺寸，确定模具与设备的连接方式；2）根据零件定位、加工需要设计冷冲模具，绘制该模具的装配图及各零部件的分解图；3）对设计过程和设计思路进行详细介绍，包含各零部件的材料选定、直径或厚度确定、热处理参数等进行分步骤详细阐述。4）完成设计说明书一本，内容包括冷冲模具装配图和零件图及设计说明。3主要参考资料1 冲模设计手册编写组.冲模设计手册.-北京:机械工业出版社,1999.6 2 丁松聚.冷冲模设计. - 机械工业出版社,2000.4. 3李维荣.五金手册. -2版.北京: 机械工业出版社,2002（2007.3重印）.4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1确定加工选用的设备类型，查找设备主轴结构，确定模具与设备连接方式2015年3月3日3月23日2设计冷冲模具，确定冷冲模具的总体结构3月24日4月13日3绘制模具及零部件结构，并进行强度和内力计算4月14日5月4日4完成模具的装配图及零件图绘制5月5日6月1日5完成毕业论文及答辩工作6月2日6月22日锁紧板的冷冲模具设计摘要：锁紧板的冷冲模具设计主要是模具的设计，需要对冲裁件进行工艺分析然后确定冲裁的工艺方案。需要进行必要的工艺计算主要包括:排样设计计算;冲压力计算,初步选择压力机吨位；计算模具的压力中心；凸、凹模的工作部分尺寸和确定制造公差；弹性元件的选用和计算。选择和确定模具的主要零件的部分尺寸和结构，设计出凹模，凸模和其他零件的结构和尺寸，并完成装配图。关键词：工艺分析，工艺计算，零件的结构和设计。Cold die design for locking plateAbstract：The cold drawing die design of the locking plate is mainly the design of the die, and the process analysis and the process plan of the blanking parts are needed. Need for necessary process calculation mainly includes: layout design and calculation; stamping force calculation, the initial choice of tonnage presses; the die pressure center calculation; convex and concave part of the size and determine manufacturing tolerances; elastic element selection and calculation. Select and determine the main parts of the mold parts size and structure, design a concave die, punch and other parts of the structure and size, and complete the assembly.Key words: process analysis, process calculation, structure and design of parts.I目 录一.冲压件工艺分析3二.冲压工艺方案的确定32.1工艺性质分析42.2 工序数量的确定42.3工序顺序的确定42.4方案确定4三.冲压工艺计算43.1坯料尺寸计算，排样方式，材料利用率53.2冲压工艺计算及设备的选择53.2.1冲裁力计算53.2.2压力机所需总压力53.2.3压力机的选择53.3弹性元件63.4凸，凹模工作部分公差6四.冲模零件的设计与计算74.1凸模74.1.1冲孔凸模74.1.2落料凸模84.2凹模104.3卸料板114.3.1卸料板尺寸确定114.3.2卸料螺钉确定124.4模架的选取124.5凸模压板164.6定位装置174.7起重螺栓174.8模具压力中心确定18五.装配图19六.主要模具零件的材料及其热处理20七.总结致谢21太原工业学院毕业设计前言 随着冲压工艺的广泛应用于国民经济中，再加上随着数控技术和机械CAD/CAM的发展，冷冲模的发展很迅速。它以生产率高、成本相对低廉被广泛应用。外国的冲压模发展水平相当高，无论是设计还是制造，都达到较高的水平。以精确的定位，合理的工艺，连续加工精度很高的薄臂零件。而国内模具行业的起步较晚，基本上以单模为主，因此，加工精度够高。 冷冲模的设计包括冲裁模设计、弯曲模设计、拉伸、胀形等模具的设计。冷冲模的设计也用到材料学、机械设计、工程材料、特种加工等方面的知识。因此它是一门综合性很强的学科。冷冲压工艺从20世纪20年代开始，金属制品、玩具和小五金等行业就使用冲床、压机等简易机械设备及相应的模具加工产品的毛坯或某些零部件，模具加工除使用少量简陋的通用设备外，以手工为主，故而模具的精度不高，损坏率大。随着产品生产大量使用冲压机床，60年代到70年代，冷冲模具已从原来单冲落料、单冲孔模具发展为落料、冲孔复合模。又由于冷冲模架标准件的出现，使模具设计结构形式多种，精度也由此提高。同时，随着热处理技术的进步和检测手段的完善，冷冲模具使用寿命提高57倍。近年来，由于成型磨削、电脉冲和线切割机等机床相继使用，又采用硬质合金为模具材料，冷冲模具的制作工艺有了新的发展。硬质合金冷冲模具的使用寿命从原来3.5万次跃增到150万次以上。目前各专业模具厂、模具车间小组已广泛使用线切割机加工制作冷冲模具。 随着国家制造业的飞速发展，制造行业对模具行业的要求越来越高，模具行业因此飞速发展，模具技术突飞猛进，作为生产制造行业的重要工艺装备，模具已经发展为一门重要的产业。二十世纪八十年代以来，中国模具业发展的很快，在近二十年来，行业产值以每年十五个百分点快速增长。2000年模具业总产值接近三百亿元。在模具产业的总产值中，冲压模具更是起了举足轻重的作用。 在冷冲模方面，代表现在模具技术水平的是汽车覆盖模具，我国东风汽车公司模具厂，第一汽车模具公司都能制造，其模具技术水平已达到世界先进水平。目前，国内已可制造具有自动冲切，叠压，铆合，计数，分组，转子铁心扭斜和安全保护等功能的铁心精密自动叠片多功能模具。生产电动机定、转子双回转叠片的硬质合金连续模的步距精度可达2m，寿命可以到达1亿次以上。用于生产集成电路引线框架的二十到三十工位的连续模，用于生产电子枪零件的硬质合金连续模和生产空调器散热片的连续模也达到较高的水平。 目前，从事模具技术研究的机构和院校已达到三十余家。华中科技大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等，在模具CAD/CAE/CAM技术、冷冲模和精冲模CAD软件、模具的电加工和数控加工技术、快速成形（RP）和快速制模技术、新型模具材料等方面都取得了显著的进步和多项成果。 国内相当多的模具企业普及了计算机绘图，应用各种CAD软件进行模具设计。第一汽车厂模具制造有限公司制造的大红旗左/右前翼板拉深模和发动机罩外板拉深模均采用CAD/CAM/CAE技术及高速铣削加工技术，模具精度高、质量好，基本已达到国际水平。 本次毕业设计意义是让同学通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解机械加工过程中使用的专用模具设计、模具各零部件材料选择、性能参数确定、应力计算方法等机械加工方面的设计规范、计算方法及设计思想等，为学生在毕业后从事机械加工技术工作打好基础。1）查阅相关资料文献，了解冷冲压加工工艺方法、种类和各种材料的力学性能。2）熟悉冷冲压所用机床的主轴结构、加工能力及加工范围。3）学会根据机床结构和零件加工要求设计合适的冷冲模具。4）通过联合冲压、落料模具的设计，熟悉冷冲模具的设计思路和设计方法。通过毕业设计，了解冷冲压加工、落料的变形原理及冷冲模具的设计方法和设计思路，使理论和实践相结合，提高我的动手能力。锁紧板是铁路货车转向架交叉支撑装置中的一个零件，起防止该装置转动和脱落的作用，每辆铁路货车上需要安装8个零件，相比较数量较多。其结构是中间一个圆孔，外形结构为不规则形状，通过常规的剪切下料方法不易实现，且钻孔时又需要配备钻模，从长远看来加工过程不经济。因此，本课题设计是通过设计组合冷冲模具，通过压机或冲床在常温状态下将板材通过先冲孔后落料的连贯过程实现零件的加工，可以简化生产过程，提高材料利用率，从而提高综合生产效率。通过本次毕业设计，学生要综合运用所学过的基础理论知识，并需深入了解和熟悉机械加工过程中使用的专用模具设计、模具各零部件材料选择、性能参数确定、应力计算方法等机械加工方面的设计规范、计算方法及设计思想等。并且可以进一步了解和熟悉冷冲压加工、落料的变形原理及冷冲模具的设计方法和设计思路，使理论和实践相结合，提高学生的动手能力，为学生在毕业后从事机械加工技术工作打好基础。一冲压件的工艺分析 1.零件材料：零件材料Q235A，是一般的碳素钢，任性塑性好，有一定的伸长率，有良好的焊接性能和一定的热加工性。Q235A一般在热轧的状态下使用，可用其轧制成钢板等。 2.工件结构：形状简单，结构不对称，有冲孔，落料件有尖角。孔间距远大于凸凹模允许的最小壁厚，达到了安全冲裁的要求。 3.尺寸精度：零件最大外形尺寸150mm，冲孔直径260.5mm，零件厚度5mm。冲孔粗糙度25，周边剪切粗糙度50。零件按照图纸所示的尺寸公差要求属于自由公差，均按IT9级确定零件的公差。 4.经济方面：从生产要求上来看零件的生产量较大属于大批量生产，用其他方式来生产则加工成本较高，使用冲压加工则能获得较好的经济效益。 5。结论：有上述几点分析结果来确定用冲裁模。二冲压工艺方案的制定 1工艺性质的分析 工序性质是冲压件所用到的工序种类。比如使材料产生分离的工序有冲孔、落料、切边等；让材料成型的工序有翻边、拉伸等。工序性质的确定主要取决于零件的结构形状，尺寸和精度要求。可以直接从零件图上直观的确定冲压工序的性质。如平板零件的冲压加工，通常采用冲孔，落料等冲裁工序。拉伸件的冲压加工一般采用冲孔，落料，拉边等工序。弯曲件的加工一般采用落料，弯曲等工序。 但在零件图给定的条件下，对零件图进行计算，分析比较后才能确定工序。对零件初步分析确定该零件需要落料，冲孔就可以完成图样标准。观察零件图效果图，初步确定是落料和冲孔工序得到最后的效果图。2. 工序数量的确定 工序数量是指冲压件的加工的过程中需要的工序数量的总和。工序数量主要根据要加工的零件的复杂程度，尺寸精度和零件材料有关。在具体生产过程中还需要考虑零件加工的批次和数量。在保证零件的加工精度的前提下，工序数量越少越好。根据所加工的零件形状简单，采用单工序模具完成。零件断面质量和尺寸精度要求并不高，所以无需采用精密冲裁工序。 由所给零件图的外形尺寸和精度可以看出，该工件包括落料和冲孔两个工序，且要求精度不算太高可以采用单工序模具，但是考虑到大量批量生产，成本和效率问题，还是采用复合模一次完成两道工序。3. 工序顺序的安排 工序顺序是指在冲压加工过程中各种工序的先后顺序。工序顺序一般根据所给零件的形状和尺寸精度所决定。而所给零件只有落料和冲孔。按照一般的思路先冲孔然后落料，但是在保证工件外形和孔的配对防止冲孔完成后落料是对冲孔造成变形，所以在复合模冲压时，应该先考虑先落料再冲孔。4. 方案确定 由图纸分析可知，该工件主要包括两道工序，落料和冲孔。 方案一：先落料后冲孔，采用单工序模生产。 方案二：先落料后冲孔复合模冲裁，采用复合生产。 方案三：冲孔落料连续冲裁，采用连续模生产。 方案一单工序模在冲床的一次行程内只能完成一道工序所以需要两套模具，模具生产较高，生产效率较低。方案二复合模能在同一部位上同时完成两道工序所以模具生产成本较低，而且复合模生产出来的工件精度高生产效率也搞，特别对冲裁孔和外形的位置精度更高，适用于产量较大的工件。方案三是连续模，结构复杂，精度不高，生产效率一般，制造困难，成本较高。 综上所述，选择方案二最佳。三、冲压工艺计算1.坯料尺寸计算，排样及排版方式，材料利用率计算（1）根据零件实际尺寸，求得冲裁件与冲裁件之间的距离a=4mm，冲裁件与条料侧边之间距离a1=4.5mm。（2送料步距A=D+a=154mm。查冷冲模设计表311得=1.5。条料宽度B=mm 排样图如下图：图1.1（3）材料利用率=100%82.8%2. 冲压工艺计算及设备的选择（1） 冲裁力计算 F=KLt K=1.3 L=510 查冷冲模设计表23 =304373 取=320 得F=1060800N (2)压力机所需总冲压力计算采用弹压卸料装置和下出件模具时：F总=F+F卸+F推采用弹压卸料装置和上出件模具时：F总=F+F卸+F顶采用刚性卸料装置和下出件模具时：F总=F+F推 因为工件较硬，较厚，结构简单，且精度要求不高，所以采用刚性卸料装置和下出件模具。 F总=F+F推=F+nK推F 查冷冲模设计表3-8 K推=0.045 n=1 F总=1108536N1109KN（3） 压力机的选择查冷冲模设计表13 压力机选择J23125 开式双柱可倾压力机 其参数为：标称压力：1250KN滑块行程:130mm行程次数：38次/min连杆调节长度：110mm最大装模高度：480mm工作台尺寸前后左右：7101080 mmmm模柄孔尺寸直径深度：6075mm电动机功率：10KW3弹性元件的计算因为采用刚性卸料装置所以弹性元件选用弹簧。一般选用圆柱形螺旋压缩弹簧。F卸=K卸F，查冷冲模设计表38，K卸=0.020.05F卸=21KN53KN 取F卸=53KN。（1） .根据模具结构和尺寸，可以确定模具的初选弹簧数目n，（n一般取24，个别情况也可以取6）。本次设计是一般的落料冲孔模，取n=4。（2） 每个弹簧的卸料载荷F=13.25KN。（3） 卸料时所需的最大压缩行程L=h+t+h+hh卸料板高出凸模端面的高度，一般为1mm。h凸模进入凹模的深度，一般为0.51mmh凸模的总修磨量，一般为410mmt冲裁件厚度mmL=10.5mm17mm弹簧的工作极限负荷F=22.1KN弹簧工作极限负荷下的形变量L=0.8所以选用弹簧外径D=8mm，弹簧线材直径d=1mm的I类弹簧。圆柱形螺旋压缩弹簧的安装结构如冲模设计手册表14.36序号1所示。4. 凸，凹模工作部分尺寸及公差的确定刃口工作部分的尺寸的计算是模具设计中的关键。复合模中，工作部分包括凸模，凹模，凸凹模。首先先要确定落料凹模的刃口尺寸，以凹模为基准制造凸凹模的外形尺寸，冲孔凸模的尺寸由凸模来确定。确定好工作部分尺寸对模具的使用寿命和冲裁件及其他零件的安装有重要的影响。由工件图可知，该工件属于一般冲孔落料件，工件外尺寸由落料获得，260.5由冲孔获得。取磨损系数X=0.5。查表可知，冲裁模初始双面间隙Z=1.000mm，Z=0.720mm。零件未标注公差的尺寸均按IT12级处理，按照模具的制造精度高于冲裁件34级的经验来说，模具按照IT9级制造。查冷冲模设计表3.6 凸模偏差=0.050，凹模偏差=+0.070|+|=0.050+0.070=0.120mmZ-Z=1.000-0.720=0.280mm0.120mm|+|Z-Z 所以采用分别加工法。落料时：D=（D-X）=（150-0.550）=125mm D=（D-Z）=（125-0.720）=124.280mm冲孔时：d=（d+X）=（25.5+0.525）=38mm d=（d+Z）=（38+0.720）=38.720mm四冲模零件的设计与计算1凸模（1） .冲孔凸模d=260.55=t 凸模强度按下式核算：=2/（1-0.5） t: 冲件材料厚度(mm)d:凸模或冲孔直径（mm）:冲裁件材料抗剪强度（MPa）:凸模刃口接触应力（MPa）: 凸模平均压应力（MPa）:凸模材料许用应力，对于常用合金模具钢，可取18002200MPa由工件图尺寸得=885MPa=18002200MPa所以冲孔凸模符合强度要求。带导向套的凸模最大长度l=E：凸模材料弹性模量，对于刚才可取E=2100000MPa.l120mm 取凸模长度为110mm凸模的结构形式 圆凸模采用阶梯式，采用固定板压入式固定。材料选用Cr12，硬度为HRC5862。查冲压模具简明设计手册表2.54选取圆凸模有关参数如下图：图1.2（2）落料凸模凸模强度按下式核算：=L：冲件轮廓周长（mm）t：冲件材料厚度（mm）：冲件材料抗剪强度（MPa）F：接触面积（mm）：凸模刃口接触应力（MPa）：凸模材料许用应压力，对于常用合金模具钢，可取18002200MPa=72918002200MPa所以强度符合。带导向套的凸模最大长度l=E：凸模材料弹性模量，对于刚才可取E=2100000MPa.P：冲裁力（NJ：断面最小惯矩（mm）l=170mm材料选用Cr12，硬度为HRC5862。查冲压模具简明设计手册表2.54选取异形凸模有关参数如下图：2.凹模 由H=Kb可以确定凹模的厚度查冷冲模设计表4.3，K=0.3 b是冲裁件最大外形尺寸=150mmH=Kb=0.3150=45mm凹模壁厚C=（1.52）HC=67.590mm凹模外边缘尺寸宽B=2C+b=285330mmL=2C+125=260305mm（1） B=285330mm，L=260305mm，H=45mm（2） 凹模外形尺寸选取340mm270mm35mm（3） 型孔位置，从排样图上被切位置获得（4） 型孔尺寸见下图凹模样图，由刃口尺寸获得（5） 刃口形式，采用直壁式，反面扩孔。（6） 材料及技术要求，材料选用Cr12，硬度HRC5862，表面粗糙度如下图所示图1.43.卸料板合理的卸料板结构形式是模具能否正常的重要环节之一。卸料板处了能卸料之外，在某些结构的模具中还起保护凸模的作用。（1） .卸料板尺寸计算：查冲模设计手册表14.10 固定卸料板厚度h=20mm。取卸料板厚度h=30mm查冲模设计手册表14.9，因为冲裁件料厚=5mm的大型零件，所以确定结构形式为悬臂式固定卸料板。（2） 确定卸料螺钉：确定卸料螺钉结构：查冲模设计手册表14.11序号1：标准卸料螺钉结构，凸模刃磨后须在卸料螺钉头下加垫圈调节。确定卸料螺钉尺寸：铸铁模座中：hd（mm） h=30mm，取d=18mmd=26mm绘制零件图如下图：图1.54. 模架的选取模架是由上下模座，模柄及导向装置（常用导柱，导套）组成。模架形式的确定：因为冲裁件的尺寸不大，且精度要求不算太高，所以选用中间导柱模架。两个导柱左右对称分布，受力均衡，所以导柱，导套磨损均衡。但是只能一个方向送料。 模架的规格查GB2853.2 导柱规格：60290 材料选用T8A 导柱图如下： 导套规格：8098100 材料选用T8A 导套图如下 图1.6上模板规格：40052050 材料选用45号钢 。 上模板图如下：图1.7下模座规格：560460120 下模座如下图所示：材料选用HT200 图1.75.凸模压板（1） 型孔位置与凹模型孔对应。（2） 外形尺寸参考凹模外形尺寸。（3） 压板的螺纹孔，销孔的直径和大小均可以从凹模图中查的。（4） 材料选用Q235A，不用淬火。（5） 凸模压板零件图如下图所示。图1.86.定位装置查冲模设计手册表14.28确定定位板结构形式。查表14.29可确定定位板的厚度。定位板厚度45mm6. 模具起重螺栓查冲模设计手册表14.42确定起重螺栓结构形式和尺寸。起重螺栓材料选用45号钢，硬度HRC3045。绘制起重螺栓图如下图：图1.9 7.模具压力中心确定由工件图可知，工件不对称，工件是一般的几何图形，可以将全部冲裁轮廓分为6个部分来确定压力中心。每部分的长度为l，l.l。如下图建立直角坐标系，各轮廓的重心位置分别为（x,y）,(x,y).(x,y),则可以求得压力中心的位置（x,y）。图1.10X=(lx+lx+.+lx)(l+l+.+l)=64.2Y=(ly+ly+.+ly)(l+l+.+l)=67.5所以模具压力中心在（64.2,67.5）上。5 锁紧板落料冲孔模装配图1. 上模板 2.凹模 3.退料板 4.GB7085螺钉M161105. GB7085螺钉M1660 6.落料凸模 7.冲孔凸模 8.凸模压板9. GB11986销A1680 10.GB11986销A16100 11.导柱12. 导套 13.下模座 14GB578086螺栓M1030 15.侧位定块16. GB578086螺栓M1040 17.后定位块 18.GB7085螺钉M167019. GB7085螺钉M1635 20.起重螺栓6 主要模具零件的材料及其热处理硬度1.冲裁模的凸模，凹模，凸凹模及其镶块 冲裁件厚度t3mm，且是高强度材料冲裁: 材料选用：Cr6WV，CrWMn,9CrSi 热处理硬度： 凸模：5456 凹模：5658 材料选用：65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）热处理硬度： 凸模：5658 凹模：5860 2. 上下模座 材料选用：HT400，ZG310-570,Q235,45号钢。 热处理硬度：（45）调质28323.模柄 （普通模柄） 材料选用：Q235 热处理硬度：43484. 导柱，导套 （滑动）材料选用：20 热处理硬度：（渗碳）5662 （滚动）材料选用：GCr15 热处理硬度：62665