毕业设计（论文）-啤酒扳手的冲压模具设计（全套图纸）.pdf

设 计 （ 论 文 ）设 计 （ 论 文 ） 题题 目：目： 啤酒扳手的冲压模具设计 摘要 本次毕业设计的主要任务是，啤酒扳手的冲压模具设计。通过查阅相关资料文献，在 设计过程中首先要分析零件的材料和结构工艺性，再确定模具设计和加工方案，最后进行 相关零件的尺寸计算并运用 CAD 进行各个主要零件图的设计完成。从零件的排样、尺寸精 度及质量要求综合考虑，采用冲孔-落料同时进行的复合模生产。 关键词：工艺性；设计；复合模；模具设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 目 录 前 言 . 1 1 冲压件工艺分析 . 2 1.1 设计任务：设计啤酒扳手的冲裁模 . 2 1.2 零件工艺性分析 . 3 1.2.1 材料与结构分析 . 3 1.2.2 冲裁件的精度分析 . 3 1.2.3 断面粗糙度的分析 . 4 1.2.4 加工工艺方案的确定 . 4 2 冲压模具工艺设计计算 . 5 2.1 排样的设计与计算 . 5 2.1.1 冲裁件的排样设计 . 5 2.1.2 冲裁件的搭边 . 6 2.1.2 材料料宽的计算 . 6 2.1.3 材料利用率的计算 . 7 2.2 冲压力的模具计算 . 8 2.2.1 冲压力的计算 . 8 2.3 模具凸凹模刃口尺寸相关计算 . 9 2.3.1 凸凹模加工方法的确定 . 9 2.3.2 凸凹模刃口尺寸及公差计算 . 10 3 模具零部件设计 . 12 3.1 凸模的设计 . 12 3.1.1 凸模结构的确定 . 12 3.1.2 凸模的固定 . 12 3.1.3 凸模材料的选择 . 12 3.2 凹模的设计 . 12 3.2.1 凹模刃口结构的确定 . 12 3.3 凹模板的设计 . 13 3.4 上、下模座的设计 . 14 3.4.1 模座大小及材料的确定 . 14 3.5 凸模固定板的设计 . 14 3.6 导料板与卸料板的设计 . 15 4 模架的总体结构设计 . 16 4.1 冲裁件模架的选择 . 16 4.2 模具总体装配图 . 16 结论 . 17 致 谢 . 18 参考文献 . 19 1 前 言 随着我国工业化的飞速发展，模具设计与制造在发展空间上有了质的飞跃。改革开放 以来，在与国际的接触与交流中，我们对产品的质量和成本都有了更高的要求。近年来 许多企业都普及了 UG，以及二维 CAD 等软件的应用，可见模具在整个工业生产中占得地位 越来越重要。 我此次设计的啤酒扳手冲裁模采用的是复合模具生产。不仅能体现我所学的专业知 识， 同时也是对我大学三年学的所有专业内容的检验。 其中设计内容包括： 材料的选用 （45 号钢）、冲裁件的工艺分析（均是自由公差，适合一般精度的冲裁，普通冲裁即可得到）、 冲裁工艺方案的确定（采用冲孔落料复合模生产）、模具压力机的选择（压力机类型为 J23-25)等等。在对工件进行工艺排样时，在保证材料利用率的情况下，还要保证工件的 质量和尺寸精度，最终采用了材料利用率低的直排排样，这样模具结构不仅简单，工件质 量也高。 冲压模具生产，尤其是大批量生产在实际生活中应用非常的广泛。越来越多的工业生 产部门选择用冲压模具生产方法加工零部件，例如家用电器、各类汽车、电子类产品等等。 所以，作为新一代大学生，我们更应该努力学习专业知识，把自己所学的技能能为之所用， 为模具行业添一点力，为社会做一份贡献。 2 1 冲压件工艺分析 1.1 设计任务：设计啤酒扳手的冲裁模 图 1-1 啤酒扳手 图 1-2 啤酒扳手冲孔尺寸 3 材料：如图该冲裁件的材料是 45 钢； 料厚：t=2mm； 生产批量：适于批量生产； 未注公差：按 IT14 级确定工件公差。 1.2 零件工艺性分析 1.2.1 材料与结构分析 零件材料为 45 号钢（普通优质碳素结构钢）,这种材料的力学性能较好，具有较高的 强度和较好的切削加工性，它的抗剪强度不小于 600Mpa,伸长率为 16%；零件的结构简单， 没有复杂的结构， 外形轮廓对称， 并在转角处有圆角 R10.25t=0.5； 冲裁件上有小孔8mm， 按照表 1-3 所示得出，一般冲压模可冲压的最小孔径 d1.3t,t=2mm,所以8mm 孔满足冲 裁工艺要求；冲裁件的最大尺寸是 91mm,属于小型零件。按照零件的外形与结构特征，零 件对模具设计要求不高，且对模具冲压加工有利，比较适合冲裁。 无导向凸模冲孔的最小尺寸无导向凸模冲孔的最小尺寸 冲件材料冲件材料圆形孔（直径圆形孔（直径d）方形孔（孔宽方形孔（孔宽 b）矩形孔（孔宽矩形孔（孔宽b）长方形孔（孔宽长方形孔（孔宽b） 钢钢tb700MPa 1.5 t1.35t1.2t1.1t 钢钢tb400700MPa 1.3 t1.2t1.0t0.9t 钢钢tb700MPa 1.0 t0.9t0.8t0.7t 黄铜、铜黄铜、铜0.9 t0.8t0.7t0.6t 铝、锌铝、锌0.8 t0.7t0.6t0.5t 注：注：tb为抗剪强度；为抗剪强度；t 为料厚。为料厚。 表 1-3 最小冲孔尺寸 1.2.2 冲裁件的精度分析 该冲裁件的零件图上的内、外形尺寸均是自由公差，一般按照 IT14 级确定工件的尺 寸。材料厚度为 2mm,通过查表，各个尺寸公差都可以达到普通冲裁要求，所以可用于一般 的精度进行冲裁。 4 冲 裁 件 尺 寸 料厚 冲 裁 件 尺 寸 料厚 t/mm一般精度的冲裁件较高精度的冲裁件一般精度的冲裁件较高精度的冲裁件 1010505015015030010105050150150300 0.20.5 0.080.100.14 0.20 0. 0250.030.05 0.08 0.050.080.120.020.040.08 0.51 0.120.160.22 0.30 0.030.040.06 0.10 0.050.080.120.020.040.08 12 0.180.220.30 0.50 0.040.060.08 0.12 0.060.100.160.030.060.10 24 0.240.280.40 0.70 0.060.080.10 0.15 0.080.120.200.040.080.12 46 0.300.350.50 1.0 0.100.120.15 0.20 0.100.150.250.060.100.15 注：注：1.分子为外形尺寸公差，分母为内孔尺寸公差。分子为外形尺寸公差，分母为内孔尺寸公差。 表 1-4 冲裁件尺寸精度 1.2.3 断面粗糙度的分析 冲裁件没有具体的断面粗糙度，无特殊要求，所以可以不必考虑。 1.2.4 加工工艺方案的确定 通过对冲裁件的工艺性分析后， 该零件主要加工工序为： 先冲8mm 的孔， 再冲长 19mm， 宽 15mm，弧度 90 度，转角为 R1mm 的零件形状，最后进行零件整体落料，所以可以采用的 冲裁工艺方案有单工序冲裁和复合模冲裁。用单工序模加工，模具结构简单，但需要单独 设计8mm 的孔及其他具体尺寸的两套凸凹模模具，成本高，生产效率低，很难满足大批 量生产要求；选用复合模冲裁时，只需要一套满足凸凹模尺寸要求的模具设计，这样不仅 零件的尺寸精度较好，成本低，还能满足生产大批量的要求。综合上面的分析，即选择用 复合模进行对啤酒扳手的冲裁加工方法。 5 2 冲压模具工艺设计计算 2.1 排样的设计与计算 2.1.1 冲裁件的排样设计 啤酒扳手采用的材料是 45 号钢，考虑到零件在实际生活中的应用，也为了保证零件 的尺寸要求，因此采用有废料排样设计。图 2-1 是采用直排排样设计图，图 2-2 是直对排 排样设计图。 图 2-1 直排排样图 图 2-2 直对排排样图 6 2.1.2 冲裁件的搭边 通过查冷冲模设计与制造，得零件瓶酒扳手孔间距 a1=2.0mm, 孔边距 a=2.0mm。 最小搭边值最小搭边值 圆形或圆角圆形或圆角r2t的工件的工件矩形件边长矩形件边长 l50矩形件边长矩形件边长 l50 或圆角或圆角 r2t 材料厚度材料厚度 t/mm 工件间工件间a1侧边侧边a工件间工件间a1侧边侧边a工件间工件间a1侧边侧边a 0.25 1.82.02.22.52.83.0 0.250.5 1.21.51.82.02.22.5 0. 50.8 1.01.21.51.81.82.0 0.81.20.81.01.21.51.51.8 1.21.61.01.21.51.81.82.0 1.62.0 1.21.51.82.52.02.2 2.02.5 1.51.82.02.22.22.5 2.53.0 1.82.22.22.52.52.8 3.03.52.22.52.52.82.83.2 3.54.02.52.82.53.23.23.5 4.05.0 3.03.53.54.04.04.5 5.012 0.6t0.7t0.7t0.8t0.8t0.9t 注：表中数值适用于低碳钢，对于其它材料，应将表中数值乘以下列系数：中等硬度钢注：表中数值适用于低碳钢，对于其它材料，应将表中数值乘以下列系数：中等硬度钢 0.9，硬钢，硬钢 0.8，硬黄铜，硬黄铜 11.1，硬铝，硬铝 1 1.2，软黄铜、紫铜，软黄铜、紫铜 1.2，铝，铝 1.31.4，非金属材料，非金属材料 1.52。 表 2-3 最小搭边值 2.1.2 材料料宽的计算 根据查冷冲模设计与制造2-21 和 2-20 表，得出： 条料宽度偏差=0.8mm, 条 料与导料板之间的最小间隙 C=0.5mm。 该复合模具采用无侧压装置的送料方式： ?直排时板料的宽度: B1-=（Dmax+2a+c）-=(91+2*2.0+0.5)-=95.5-=95.5-0.8,步距 S1=42mm； ?直对排时板料的宽度: B2-=（Dmax+2a+c）-=(91+2*2.0+0.5)-=95.5-=95.5-0.8,步距 S2=31mm。 7 条料宽度偏差条料宽度偏差mm 条料宽度条料宽度 B材料厚度材料厚度 t 0.50.5112 200.050.080.10 20300.080.100.15 30500.100.150.20 表 2-4 条料宽度偏差 材料厚度材料厚度 t/mm 无侧压装置无侧压装置有侧压装置有侧压装置 条料宽度条料宽度 B/mm条料宽度条料宽度 B/mm 100100200200300100 1 15 0.5 0.5 0.5 1 1 1 5 5 8 8 表 2-5 条料与导料板之间的最小间隙 2.1.3 材料利用率的计算 一个步距内材料的利用率=A/BSX100%， 其中 A 是一个步距内冲裁件的实际面积；B 是条料的宽度；S 是一个步距的长度。 直排排样：1=（D2/4）/BS）100% =(2x15x15+64-32）+63x16-28*10/0.5x42x100% =63.19% 直对排排样：2=（D2/4）/BS）100% =(2x15x15+64-32）+63x16-28x10/0.5x31x100% =85.3% 通过以上计算的材料利用率，得知直对排排样材料余料少，利用率比较高，但是采用 这种排样进行冲裁时，零件最后一道工序是整体落料，两个凸模之间的间隙只有 2mm,这样 很难保证工件的形状和尺寸精度，所以综合零件的形状，尺寸和精度要求下，采用直排排 样更合适，这样不仅使模具的结构简单、合理，还能保证冲裁件的质量。 8 2.2 冲压力的模具计算 2.2.1 冲压力的计算 冲裁力公式：F= KLtb 式中 F-冲裁力（N） L-冲裁件周边长度（mm) t-材料厚度(mm) b-材料抗剪强度（MPa) 系数 K 是修正系数，一般情况下 K 取 1.3； 对于同一种材料，材料抗拉强度与抗剪强度的关系为 b1.3b，冲裁力也可用公 式：F = Ltb 啤酒扳手采用落料-冲孔复合冲裁模，材料按未经退火 45 号钢计算， b=600MPa。 查表 2-6，K 卸=0.04-0.05，K 推=0.055； 采用平刃口凸模和凹模冲裁时，冲裁力的计算公式为：F=1.3F0 Ltb (1)冲裁力: F 落料力= Ltb=3.14x35x2x600=131880(N) F 冲孔力=Ltb=3.14x12.5x2x600=47100(N) F 冲裁力=F 落料力+F 冲孔力=131880+47100=178980(N) (2)卸料力： F 卸料力=K 卸 F 落料力=0.05x131880=6594（N) (3)推件力： 凹模刃口直壁高度（图 2-7）h=10mm,则 n=h/t=5 F 推件力=nK 推 F 冲孔力=5x0.055x47100=12952.5(N) (4)总冲压力： F 总=F 冲裁力+F 卸料力+F 推件力=178980+6594+12952.5199（KN) 9 卸料力、推件力及顶件力的系数卸料力、推件力及顶件力的系数 冲 件 材 料冲 件 材 料KXKTKD 纯纯铜、黄铜铜、黄铜0.020.060.030.090.030.09 铝、铝铝、铝合合金金0.0250.080.030.070.030.07 0.10.0650.075 0.10.14 0.10.50.0450.055 0.0630.08 钢（料厚钢（料厚 t/mm）0.52.50.040.050.0550.06 2.56.50.030.040.0450.05 6.50.020.030.0250.03 表 2-6 冲件材料系数 图 2-7 凹模直壁刃口高度 根据以上的计算，得出模具的冲裁总压力为 199KN，查冷冲模设计与制造初选压 力机类型为 J23-25。 2.3 模具凸凹模刃口尺寸相关计算 2.3.1 凸凹模加工方法的确定 啤酒扳手的冲裁加工中，零件厚度 t=2mm,属于薄料，且由于模具间隙比较小，所以采 用凸、凹模配作法进行加工比较合适。在凸、凹模配作法设计过程中，冲8mm 的孔及长 19mm,宽 15mm，弧度 90 度近似梯形的零件形状时应以凸模尺寸为基准，；零件最后进行整 体落料时应以凹模尺寸为基准。 10 2.3.2 凸凹模刃口尺寸及公差计算 计算配合加工的凸模和凹模尺寸时，根据零件形状，落料件凹模磨损后有三种尺寸变 化，即增大、不变、增小，冲孔件也是遵守这三个规律。 第一种：凹模受损后，零件尺寸增大的是?400.3,?910.3，由表 2- 8 查得 X1=0.75， X2=0.75 根据冷冲模设计与制造公式 A 凹=（A- X）0+ d 得：A1 凹=（A- X）=(40- 0.75x0.3)=39.75 A2 凹=（A- X）=(91- 0.75x0.3)=90.775 第二种：凹模受损后，零件尺寸减小的是?=190.2，?=R40.5，由图表 2- 8 得 X1=1， X2=0.5 根据冷冲模设计与制造公式 B 凹=（BX）0+ d 得：B1 凹=（B+X）=19+1x0.2=19.2 B2 凹=（B+X）=4+0.5x0.5=4.25 第三种：凹模磨损后，尺寸没有受到影响的是：150.2 根据冷冲模设计与制造公式 C 凹=（C+0.5） d /2 得：C 凹=（C+0.5） d /2=（15+0.5x0.2)=15.1 通过查找冷冲模设计与制造， d 选设备制造公差。 11 材料 厚度 t 非圆形圆形 10.750.50.750.5 工件公差/mm 10.160.170.350.360.160.16 120.200.210.410.420.200.20 240.240.250.490.5040.300.310.590.600.300.30 表 2-8 磨损系数 12 3 模具零部件设计 3.1 凸模的设计 3.1.1 凸模结构的确定 图 3-1 凸模设计 该模具选用中型圆孔凸模，图 A 是冲8mm 孔的凸模，图 B 是冲近似梯形零件的凸模， 图 C 是对零件整体落料的凸模。 3.1.2 凸模的固定 安装在该凸模上的固定板厚度为 15mm,通过查冷冲模设计与制造确定凸模上的固 定板为 Q235，凸模与其固定板的固定方式用 M8 螺钉和10 销钉定位。 3.1.3 凸模材料的选择 根据查冷冲模设计与制造选出凸模的材料为 Cr12,热处理硬度是 5862HRC,因此 模具的寿命和耐磨性高。 3.2 凹模的设计 3.2.1 凹模刃口结构的确定 13 图 3-2 凹模设计 根据查冷冲压工艺及模具制造确定凹模刃口形式结构为圆孔凹模，根据材料厚度 t=2mm,选出直刃壁高度为 9mm。由图 3-2 可以看出，该模具凹模外形是圆形，8mm 孔的 凹模大小为12mm,近似梯形零件形状的凹模大小为26mm,最后整体落料的凹模尺寸为 总长 110mm,两边为42mm 的半圆；采用镶嵌式结构。 3.3 凹模板的设计 图 3- 3 凹模板设计 该模具凹模板的长度设计为 200mm，宽 170mm，高度为 30mm。查冷冲压工艺及模具 制造最后选用8 螺钉和10 定位销钉进行固定。 14 3.4 上、下模座的设计 3.4.1 模座大小及材料的确定 图 3-4 上模座设计 图 3-5 下模座设计 由图 3-3,3-4 看出，该上、下模座的设计长均为 340mm，宽 290mm，高度 35mm。上模 座与凸模固定板的外形尺寸长度大于 70mm,宽度大于 60mm，下模座与上模座一样。通过查 冷冲模设计与制造确定材料为 Q235。 3.5 凸模固定板的设计 图 3-6 凸模固定板设计 由图 3-6 看出，该凸模固定板的上为 200mm，宽是 170mm，高度为 20mm；用 M8 螺纹和 10mm 销钉进行定位；根据查冷冲模设计与制造确定凹模固定板选用 Q235 材料。 15 3.6 导料板与卸料板的设计 图 3-7 导料板与卸料板设计 由上图 3-7 得出卸料板的长度为 200mm，宽度 170mm，高度是 14mm，导料板的高度是 4mm，其长度和宽度与卸料板相同。导料板和卸料板采用一体式，模具通过刚性导料板进 行导料，同样也用刚性导料板进行卸料。通过查冷冲压工艺设计与模具设计选用卸料 板及导料板用 Q235 材料。 16 4 模架的总体结构设计 4.1 冲裁件模架的选择 啤酒扳手冲裁件模架有四大结构，分别是：上模座、下模座、导柱、导套；主要零部 件有：上模座、凸模固定板、凸模、导料板、卸料板、凹模板、挡料销、下模座。 4.2 模具总体装配图 图 4-1 模具装配图 如图 4-1 所示是啤酒扳手复合模具的总体装配图。 17 结论 这次毕业设计的题目是啤酒扳手的冲压模具设计，此次设计是对我们这三年来所学的 知识和技能的综合运用。 冲裁件的