毕业设计（论文）-金属压圈复合模具设计.doc

编号：309342115 毕 业 论 文（设 计） 题 目: 金属压圈复合模具设计 系 别 ： 机电工程系 专 业 ： 模具设计与制造 班 级 ： 09级模具班 姓 名 ： XXX 成 绩 ： 指 导 教 师 ： XXXXXX 眉 山 职 业 技 术 学 院 2011年 11 月 25 日 毕业论文（设计）独创性声明本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中标明。本声明的法律后果由本人承担。 论文作者（签名）：XX 2011年11月25日 毕业论文（设计）使用授权声明本人愿意按照学校要求提交毕业论文（设计）的印刷本和电子版，同意学校保存毕业论文（设计）的印刷本和电子版，或采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布论文（设计）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定） 论文作者（签名）：XX 2011年11月25日 目 录摘要.4前言.2第一节冲压工艺方案分析.6第二节工艺计算及结构设计.7第三节冲裁力的计算及压力机选择.12第四节冲裁模主要零件的设计. . .16结束语.22致 谢.23参考文献.23 金属压圈复合模具设计 摘要 本设计进行了落料、冲孔连续模的设计，文中简要概述了冲压模具目前的发展状况和趋势，对产品进行了工艺分析和工艺方案的确定，按照冲压模具设计的一搬步骤，计算并设计了本套模具上的主要零部件。如：凸模、凹模、凸模固定板、垫板、凹模固定板、卸料板、导料板、挡料销、导正销等。模架采用标准模架，选用了合适的冲压设备。设计中对对工作零件和压力机规格均进行了必要的校核计算。冲孔凹模和落料凹模则采用整体固定板固定。落料凸模内装有导正销，保证了工件上孔和外形的相对位置准确，提高了加工精度。如此设计出的结构可确保模具工作运行可靠和冲压产品大批量生产的要求。关键词：冲压成型 落料 冲孔 前 言 加入WTO后，我国经济将从真正意义上溶入全球经济一体化，中国的市场将不再只属于中国企业。产品不仅仅是性能与价格的较量，从外观、实用行到环保，哪一点输给别人那只能堆放在仓库或贱卖，不会创造效益的企业只好关门。手抄式的靠机床和操作工来实现工程师设计产品化的老机械制造已成为历史，现代制造业驾驭着微电子和心材料，在加工中心与模具组成的流水线上精密的复制着工程师在计算机辅助下设计的从市场捕捉来的最新产品。进入21世纪，先进制造技术将全面担负起快速、精确的生产更多门类的产品，以保障和提高人类现代化生活的质量。 模具已不仅仅是人类用来浇铸钱币和内燃机壳的砂箱。今天，它凝聚了各类高技术，能快速精密的直接把材料成型、焊接、装配成零部件、组件或产品，期效率、精度、流线超微型化、节能、环保，以及产品的性能、外观等，都是传统工艺所无与伦比的。展望21世纪，无论电子、生物、材料、汽车、家电等哪个行业，不装备由计算机、模具和加工中心砌成的生产线，都不可能在制造业中担当支柱产业.模具是现代制造技术的重要装备，其水平标志着一个国家或企业的制造水平和生产能力。今后一段时间内，我国五大支柱产业的产品质量、批量化成本和包括产业更新在内的技术进步的关键是模具。现在全球模具总产值早已超过传统机械工业机床与工具类产值的总和。 该零件在汽车、机械、家电、飞机、火车等方面都有广泛的应用。该零件在生活中到处都可以看到，它具有使两个零件连在一起从而减少磨损。到处都可以买到，价格便宜，制造简单，方便等。 第一节冲裁工艺方案分析设计任务工件名称：压圈 生产批量：大批量材料：QSn4-4-2.5厚度：0.2图11 工件示意图（一）.冲压件的工艺性分析该零件形状简单、对称，是有圆弧和直线组成的。冲裁件内外形达到的经济精度为IT11IT14，此产品图样上要求公差等级为IT11级。将以上精度与零件的精度要求相比较，可以为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证，期尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺性要求，故决定采用冲压进行加工。（二）确定工艺方案及模具结构形式该工件所需的冲压工序包括落料、冲孔两个基本工序，可以拟定以下三种工艺方案：方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模分两次加工。方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模加工。方案三：落料冲孔级进冲压，采用级进模加工。方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足实际生产要求，而且工件的累积误差大，操作不方便。由于该工件大批量生产，所以方案二方案三更具优越性。落料冲孔复合模模具的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产效率高，尽管模具结构比较复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。落料冲孔级进模岁生产效率也高，但零件的冲裁精度稍差，欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设计导正销导正，顾模具制造安装较复合模复杂。通过上述三种方案的分析比较，该零件的冲压采用方案二的落料冲孔复合模较好。第二节 工艺计算及结构设计（一）模具设计计算1）合理间隙的选择表2-1常用金属材料的冲裁初始间隙（双面）材料 厚度低碳钢，铜，紫铜，铝中碳钢，杜拉铜高碳钢，不锈钢最小值z最小值z最小值z0.20.010+0.0100.012+0.0100.014+0.0100.30.0150.0180.0210.40.0200.0240.0280.50.0250.0300.0350.60.030+0.0200.036+0.0200.042+0.0200.70.0350.0420.049zmax=zminz，由表可知，此复合模的最小双面间隙为zmin=0.010mm，最大双面间隙为zmax=0.020mm。2）凹凸模制造方法及刃口尺寸的计算1. 凹凸模的制造方法凸、凹模的加工方法有两种：凸、凹模分开加工法和凸、凹模配合加工方法。 当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批量生产，但精度要求很高，制造困难，相应的会增加加工成本。凸、凹模配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简单，成本低。鉴于上述分析，就零件图所需的凸、凹模宜采用凸、凹模配合加工。2. 凹凸模刃口尺寸的计算模具刃口尺寸精度等级是影响冲裁件尺寸精度等级的主要因素，模具的合理间隙值也是靠模具刃口尺寸及其精度来保证的。因此，在确定凹、凸模工作部分尺寸及其制造精度时，必须主要考虑到冲裁变形规律、冲裁件精度等级、模具磨损和制造特点等。 (1)落料时，先确定凹模工作部分尺寸，其大小应取接近于或等于工件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，仍能冲出合格工件。凸模公称尺寸应比凹模公称尺寸小一个合理间隙值。(2)冲孔时，先确定凸模工作部分尺寸，其大小应取接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，仍能冲出合格工件。凹模公称尺寸应比凸模公称尺寸大一个合理间隙值。(3)对于落料件，一般标注单向负公差。假定工件的尺寸为D，工件公差为，则工件尺寸就是。冲孔件的公差一般为单向正公差，假定冲孔件的公称尺寸为d，工件公差为，则冲孔件公差为。若工件尺寸标注有正负公差，则应将正负偏差换成上述要求的等价的正公差或负公差，若工件没有标注公差，则工件公差按国家标准非配合尺寸的IT14级来处理。凹凸模配合加工，是指先加工凸模（或凹模），然后根据制好的凸模（或凹模）的实际尺寸，配做凹模（或凸模），在凹模（或凸模）上修出最小合理间隙值。其方法是把先加工出的凸模（或凹模）做为基准件，它的工作部分的尺寸作为基准尺寸，而与它配做的凹模（或凸模），只需在图纸上标明相应部分的凸模公称尺寸（或凹模公称尺寸），注明“尺寸按凸模（或凹模）配做，每边保证间隙”。这样基准件的制造公差p（或d）的大小就不在受凸、凹模间隙大小的限制，是模具制造容易。一般基准件的制造公差p（或d）=。a.落料落料时应以凹模为基准，在后配做凸模。落料凹模磨损后，刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三中情况。凹模磨损后增尺寸增大时，凹模尺寸按公式 计算，其中系数x按IT11精度等级取值x=0.75。 尺寸55在磨损后增大，=0.19mm，化为55.095= (55.0950.750.19) = 54.9525尺寸R10在磨损后增大，=0.09mm，化为10.045=(10.0450.750.09) = 9.9775b.冲孔落料时应以凸模为基准，然后配做凹模。落料凸模磨损后，刃口尺寸的变化有增、大减、小不、变三中情况。凸模磨损后尺寸减小时，凸模尺寸按公式计算，其中系数x按IT11精度等级取值x=0.75。尺寸35在磨损后减小，=0.16mm,化为34.92= (34.92+0.750.16) =35.04尺寸8在磨损后减小，=0.09mm,化为7.955=(7.955+0.750.09) =8.0225尺寸6在磨损后减小，=0.09mm,化为5.955=(5.955+0.750.09) =6.0225尺寸2在磨损后减小，=0.06mm,化为1.97=(1.97+0.750.06) =2.015凸模磨损后尺寸不变的有70，按计算(二).排样（1）.排样方法根据零件的形状特点，选用有废料排样方式排样，每次冲压过程冲出一个零件。排样方式与零件在板料上的排布如下图：（2）.搭边排样时工件与工件之间及工件与条料之间留下的余料称为搭边及侧搭边。搭边使工件沿整个周边封闭冲裁时补偿送料的误差，并将其在模具上定位，以保证冲裁出完整的工件。搭边还可以保持条料有一定的刚度和强度，便于送进模具内。搭边值要合理确定。塔边值过大，材料利用率低。搭边值过小，在冲裁中将会被拉断，造成送料困难，且使工件产生毛刺，有时还会拉入凸模和凹模间隙中，损坏模具刃口，降低模具寿命。表2-2 搭边值的经验值卸料板形式条料厚度搭边值aa1弹性卸料板0.251.52.51.82.60.250.51.22.21.52.50.51.01.52.51.82.61.01.51.82.82.23.21.52.02.03.02.43.4固定卸料板00.252.23.20.250.52.03.00.51.0 1.01.01.01.52.51.01.51.82.81.52.02.03.0搭边值一般由经验确定，如表2-2所示。根据表，可取a=1.8mm a1=2.5mm。（3）条料宽度排样方式与搭边值决定后，条料的宽度与进距也可以决定。条料宽度的确定与模具是否采用侧压装置或侧刃有关。本设计采用无侧压装置，其条料宽度的确定；条料在送进过程中可能沿导料板的一侧，也可能沿另一侧，条料导向面的变化将使侧搭边值减小，为保证最小侧搭边值，条料宽度应加大些：条料的宽度的计算： B= 式中 B条料的公称宽度，mmD垂直于送料方向的工件尺寸,mm a1侧搭边,mmb0条料与导料板间的间隙,见表2-3条料宽度的公差，见表2-3 表2-3剪切条料公差及导料板与条料间的间隙值（mm） 01.01.02.02.03.03.05.0b0b0b0b0500.40.10.50.20.70.40.90.6501000.50.60.81.01001500.60.20.70.30.90.51.10.71502200.70.81.01.2B=D+2(a+)+b0 =55+2(2.2+0.5)+0.1=60.5mm条料的宽度的公称尺寸为B=60.5mm。（4）.进距进距是每次将条料送入模具进行冲裁的距离，进距的计算与排样方式有关，进距是决定挡料销位置的依据。此工序为落料冲孔复合模，零件的进距A的计算公式为：AB + a 式中 B平行于送料方向工件的宽度；a冲裁件之间的搭边值。进距A=Ba=62.871.8=64.67mm第三节冲裁力的计算及压力机选择（一）. 冲裁力的计算 1）计算= = =18521.36N2)计算 =7983.85NP=+=18521.36+7983.85 =26505.21N27KN2.卸料力与推件力的计算冲裁结束后，由于弹性变形的恢复，会使工件卡紧在凸模或凹模上，必须施加外力，将其取下。卸料力：将紧箍在凸模上的料卸下所需的力推件力：将卡在凹模中的工件推出所需的力表2-4 卸料力、推件力的因数冲裁材料K卸K推K顶紫铜黄铜0.020.060.030.09铝、铝合金0.0250.080.030.07钢材 料厚 度mm0.10.10.50.52.52.56.56.50.060.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.100.0650.0500.0450.0250.140.080.060.050.03卸料力和推件力是由压力机和模具的卸料与推件装置获得的。在选择压力机吨位和设计模具时，要根据模具结构来考虑卸料力、推件力与顶件力的大小，并作必要的计算。影响这些力的因素较多，生产中，常用下列经验公式计算： 、 卸料因数、推件因数（其值见表2-4）；P 冲裁力， N ；n 卡在凹模孔内的工件数，nh/t(h为凹模刃口直高度，t为工件材料厚度)。卸料力=0.0427=1.08KN推件力=0.0527=1.35KN3.压力中心的确定冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。冲模压力中心的确定过程如下：1）按比例绘出凸模工作部分的外形；2）0任意选定坐标轴XY。坐标轴的选定应使计算简便；3）计算各图形轮廓周长：L1、 L2、 L3、 L4 Ln(代替冲裁力)，以及各图形重心坐标：(x1,y1)、 (x2,y2)、 (x3,y3)、 (x4,y4) (xn,yn)；4）根据“合力对某轴的力矩等于各分力对同轴力矩的和”的力学原理，得到冲模压力中心坐标计算公式为： 此外还可以利用CAD，PRO/E等绘图软件分析压力中心，经CAD分析可知，压力中心如图2-2所示：4.冲裁功的计算A0.5Pt 式中 A-成形的过程的功，NmP-成形工艺力和辅助工艺力之和,KNt-冲裁料厚度，mm P=P+P+=27+1.04+1.35=29.39kN30KN冲裁功A=0.5Pt=0.5300.2=3Nm（二）选择压力机冲压设备的正确选择及合理使用将决定冲压生产能否顺利进行，并与产品、模具寿命、生产效率、产品成本等密切相关。1.压力机的选择原理冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的形状、尺寸及精度要求等因素来决定的。冲压生产中常用的设备种类很多，选用设备时主要应考虑下述因素：(1).冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序，是否符合安全生产和环保的要求。(2).冲压设备的压力和功率是否满足应完成任务工序的要求。(3).冲压设备装模高度、工作台尺寸、行程等是否适合应完成工序所所使用的模具。(4).冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。2.选择压力机一般情况下所选压力机的标称压力大于或等于成型工艺力和辅助工艺力总和的1.3倍，对于工作行程小于标称压力行程的工序也可直按压力机的标称压力选择设备。因此压力机的标准压力必须大于冲裁力P=27KN。根据以上参数选用J23-6.3型开式压力机，其的部分技术参数如下表所示：表2-5 J23-6.3型开式压力机部分技术参数 公称压力/KN滑块行程/mm行程次数/（次/min）最大闭合高度/mm闭合高度调节量/mm633517017040工作台尺寸/mm模柄孔尺寸/mm电动机功率/kW前后左右直径深度0.752003103055由压力机的参数可知压力机的封闭高度Hmax=170mm Hmin=130mm模具的封闭高度： (Hmax-5)mm H (Hmin+10)mm (170-5)H(130+10)165H140 第四节.第四节. 冲裁模主要零件的设计(一).凹模设计1.凹模的刃口形式凹模的刃口形式有直壁刃口凹模(如图2-3a、b)和锥形刃口凹模（如图2-3c、d）。 图2-3 凹模的刃口形式a)型一般适用于非圆形工件。b)型适于圆形工件、需将工件或废料顶出的模具或复合冲裁模。锥形刃口凹模刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后有所增大，但一般对工件尺寸和凹模寿命影响不大。工件或废料很容易从凹模孔内落下，孔内不易积聚工件或废料，孔壁所受的摩擦力及胀裂力小，所以凹模的磨损及每次修磨量小。锥形刃口凹模适用于形状简单、公差等级要求不高、材料较薄的工件。冲孔落料复合模凹模采用直壁刃口形式（b）。图中凹模孔型参数如下表所示：表2-6 凹模空口主要参数材料厚度t/mm主要参数h/mm3501000.20.220.280.350.421002000.150.180.20.240.3板料的厚度t=0.2mm，取k=0.2，则凹模厚度：H=Kb=0.280.62=16.124mm 取H=17mm凹模壁厚C（1.52.0）H=25.535mm 取C=35mm则模具的外形尺寸为B=2C+b=70+55=125mmB=2C+b=70+80.62=150.62mm 取B=160mm选取冲压模具凹模尺寸为：160mm125mm17mm。 凹模固定螺钉的大小如下表所示：表2-8凹模厚度与螺钉的大小凹模厚度/mm1313191925253232螺孔大小/mmM4、M5M5、M6M6、M10M8、M10M10、M12根据表2-8选用M10内六角螺钉。（二）凹凸模设计凸模固定端与模座直接接触时，当单位压力超过模座材料的许用压力时，模座表面就会损伤，为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬垫板。通常凸模固定端面的压力超过8090MPa时（模座材料采用铸铁）或压力超过（80120MPa(模座材料为Q235)时需要加垫板。冲压过程中的凹凸模最小壁厚为a=5mm，查表2-10可知最小壁厚为3.8mm，a=50.2mm，因此凹凸模壁厚满足要求 表2-10凸凹模最小壁厚 (mm)料厚/mm0.40.60.80.91.01.21.5最小壁厚a/mm1.41.82.32.52.73.23.8最小直径D/mm151821（三）冲孔凸模的设计1.凸模长度的计算凸模的长度LH1+H2+H3 H1凹模的高度，mm;H2凸模固定板的高度,mm;H3增加长度,mm。L=10+17+12=39mm2.凸模强度的校核 一般情况下，凸模的强度是足够的，所以没必要作强度校验。又因本设计中的凸模直径大而长度短，故凸模强度不再校验。（四）定位零件的确定定位零件(装置)的作用是保证坯料的正确送进及在冲模中的正确位置。使用条料时，保证条料送进导向的零件有导料板、导料销等。导料销一般用两个，压装在凹模上的固定式，在卸料板上的为活动式。导料销多用于单工序模和复合模。挡料销是用来限制条料送进步距，抵住条料的搭边或工件轮廓的零件，起定位作用。挡料销分为固定挡料销和活动挡料销。为保证导料销与凹模刃口间的距离，导料销选用挡料销的形式。图2-5 固定挡料销结构尺寸查相关手册，取h=3mm，D=10mm，d=4mm，L=13mm。（五）卸料与推料装置1.卸料装置卸料装置的主要作用是把材料由凸模上卸下，有时也可作压料板，以防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模。卸料装置有刚性与弹性卸料板和废料切刀等形式。固定卸料板结构简单，但卸料力大。弹性卸料板卸料力小，一般用于材料厚度小于等于1.5mm的冲裁。卸料半选用弹性卸料板，弹性材料选择橡胶。卸料板的厚度值与凹模宽度有关，其值如下：表2-11卸料板厚度的选择 mm材料厚度t/mm卸料板宽度B/mm505080801251252002000.88101214160.81.51012141618则卸料板的厚度选择14mm。 2.推件装置与打料装置顶件装置则大多采用弹性的，通常由顶杆、顶件块和装在下模底下的弹顶件器等所组成。弹顶器的顶件力有弹簧或橡皮所产生，这种结构的顶件力容易调节，工作可靠，冲裁件的平直度高。但在操作中，弹簧或橡皮受到经常变化的压力，产生疲倦，弹性容易减弱。顶件装置采用弹簧顶件装置，顶件器在自由状态下高出凹模面0.20.5mm。打料装置由打、打板等组成，留在凹凸模中的冲孔废料由打杆推出（六）模座、导向零件1.模座模座选用中间导柱标准模座，上模座厚度H1=35mm，下模座厚度H2=40mm。2.导向零件导向零件是指上、下模的导向装置零件。对于生产量大要求模具寿命长、工件精度高的冲裁模，一般采用导向模具，以保证上、下模的精确导向。导向装置结构有滑动导柱导套结构和滚动导柱到套结构。滑动导柱导套结构是常用的结构，这种结构加工方便，易于标准化，但承受侧压力的能力差。滑动导柱导套结构四角、后侧、中间、对角导柱导套结构。后侧导柱模架可用于冲裁宽度大的条料，送料和操作比较方便，但由于导柱装在一侧，冲压时容易产生偏心力矩，影响模具寿命和工件质量，适用于中等复杂程度及公差等级要求一般的中、小型工件。中间和对角导柱模架不会引起偏斜，有利于延长模具寿命和改善工件质量。但条料宽度受导柱间距离的限制，因此常在复合或工件公差等级要求较高时采用。对角导柱模架长用于连续模。四导柱模架用于公差等级要求高的工件。（七）连接与固定零件1.模柄中小型冲模通过模柄将上模固定在压力机的滑快上，常用的形式有压入式、凸缘模柄、通用模柄、浮动模柄。压入式：与上模座孔为过渡配合：加销钉防止转动。凸缘模柄：用34各螺钉固定在上模座的窝孔内，多用于大型模具，有A、B、C三种型号。通用模柄：凸模直接装入模柄孔中，有螺钉压紧，便于更换凸模。浮动模柄：允许模柄少许倾斜，可以减少滑块误差对模具导向精度的影响采用压入式模柄，与模座的配合过度配合，B40100 JB/T7646.12.凸模垫板与固定板（1）.固定板 凸模固定板将凸模固定在上模座上，其轮廓尺寸要考虑凸模安装孔、螺钉和销钉孔的设置。用固定板将凸模固定在模座上，固定板孔与凸模采用过渡配合。压装后其端面磨平，以保证冲模的垂直度。凸凹模固定板：1601258 冲孔凸模固定板：1601258 （2）.螺钉与销钉 螺钉与销钉用于安装时的固定与定位。销钉一般用两个，螺钉的大小根据凹模厚度进行选择。总结这次的主要任务是金属压圈复合模具设计，首先是进行工艺方案的分析，从而确定工艺方案，然后进行工艺计算及结构的设计确定排样，计算凸模、凹模刃口部分尺寸，确定模具凸模、凹模