毕业设计（论文）-过桥片冲压模设计.doc

铜陵学院毕业设计目 录摘 要Abstract第一章 绪论11.1 冲压的概念11.2 冲压的分类11.3 冲压技术的发展现状和趋势11.4 本次设计的目的和意义2第二章 分析冲压件的工艺性及工艺方案的制定32.1设计任务32.2零件工艺分析32.2.1零件材料分析32.2.2 零件结构形状分析32.2.3 零件的精度和粗糙度32.4.2 粗糙度的确定42.3 生产方案的确定42.4模具总体结构设计52.4.1 送料方式的确定52.4.2 卸料方式的确定52.4.3 出料方式的确定52.4.4 定位方式的确定52.4.5 导向方式的确定6第三章 冲压工艺设计与计算73.1 排样设计73.1.1 方案一：纵排样73.1.2 方案二 横排103.2压力中心的确定113.3 凸模与凹模刃口尺寸计算123.3.1 尺寸计算原则123.3.2 凸、凹模刃口尺寸计算133.4 冲压工艺力计算153.4.1 冲裁力的计算153.4.2 卸料力、推件力计算163.4.3 压力机公称压力的确定.173.5 冲压设备的选择18第四章 冲压模零件的结构设计194.1工作零件的确定194.1.1凸模的确定194.1.2凹模的的确定194.2定位零件的设计214.2.1导料板的设计214.2.2导正销的设计.224.3卸出料零件的设计214.3.1卸料零件214.3.2出料零件224.4导向零件224.5模架的选取224.6其他零件234.7弹性元件设计234.8模具闭合高度的校核24总 结25致 谢26参考文献27附 表28插图清单图2-1零件图.3图3-1冲裁件纵排排样图.7图3-2冲裁件横排排样图.10图3-3压力中心计算示意图.12图4-1滑动对角注模架.28表格清单表2-1 冲压件孔距公差. 4表2-2 冲裁件外形与内孔尺寸公差.4表2-3 一般冲裁件的剪断面粗糙度.4表3-1 一般冲裁件的剪断面粗糙度.8表3-2 条料宽度偏差.8表3-3 导料板与最宽条料件的最小间隙Z.9表3-4 磨损系数x.14表3-5 规则形状冲裁凸模、凹模的极限偏差.14表3-6 冲压常用黑色金属材料（部分）的力学性能.17表3-7 卸料力、推件力和顶件力系数.18表3-8 凹模孔口形式及主要参数.18表4-1系数K值.20表4-2 导正销与孔径的间隙.21表4-3分离式卸料板的厚度.21表4-4 卸料板空与凸模的单边间隙Z/2.24表4-5 紧固螺钉及导料板宽度.22表4-6 橡胶压缩量与单位压力值P.24过桥片冲压模设计摘 要本次过桥片的模设计针对冲压件的冲压工艺进行了分析，冲压工艺方案及模具的结构类型进行了确定，并进行了必要的冲压工艺参数计算和冲压模零件的选择。本次毕业设计主要从过桥片的工艺性分析，生产方案的制定，冲模类型的选择及结构形式的确定，排样设计，压力中心计算，刃口尺寸计算，刃口尺寸图的绘制及冲压设备选择设计各种模具零件等方面进行设计。本次毕业设计的是一个过桥片的设计，设计材料为Q275，厚度为3mm，中批量生产，采用先冲孔后落料级进模设计，有废横排样，搭边值为2.5mm,自动送料的方式，选择固定板卸料方式和下出料方式，选择对角导柱的导向方式，选取开式双柱固定台压力机，型号为JA21-100，公称力1000。本次设计长度方向上的落料模刃口尺寸分别为和，宽度方向上刃口尺寸为和冲孔尺寸为和。材料利用率为78.56%，压力中心为（0，-8.65），根据尺寸设计落料凹模、冲孔凸模和落料凸模。最后选择直径=9.65mm、高度=55mm、材料为T10A、为型的B型圆凸模和长度mm、宽度、mm、厚度mm、材料为T10A的矩形凹模板。在这里取6mm，材料采用45钢的垫板；本次设计主要采用导料板和导正销进行紧固定位；采用A型凸缘模柄，上模座的沉孔与凸缘为H7/m6配合，并用4个六角螺钉进行固定，材料为Q235；按标准选取后侧导柱模架并进行弹性元件设计。这次毕业设计对所学知识的全面总结和运用，是巩固和加深各种理论知识灵活运用的实践过程，在冲压模的设计过程中，在排样方式上选择了有废料排样。本次设计也发现了一些不足，在排样方式的选择上，虽然选择了有废料的排样方式，但是材料利用率没有少废料排样高，在实际成产中应结合前人经验尽量提高材料利用率，会更加的经济。关键词：过桥片；级进模；冲压工艺；冲孔；落料；冲裁第一章 绪论1.1 冲压的概念冲压加工是材料被安装在压力机上面的模具所施加的变形力作用下产生塑性变形或者分离，从而得到所要加工件的一种压力加工方法。由于这种加工方式一般都在室温下进行，因此也称冷冲压。1.2 冲压的分类根据冲压零件对尺寸、形状公差和批量的需求不同，所以生产所采用的冲压工序通常分为一下几类。按变形性质分类可分为分离工序、成型工序。按基本变形形式分可分为冲裁、弯曲、成形。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工在经济方面和技术方面都有许多独特的优点。主要表现如下。（1）冲压加工操作方便，生产效率高，机械化与自动化更易于实现。这是因为冲压是依靠冲压设备和冲模来实现加工，一般压力机的行程次数可达几十次每分钟，高速压力机可达数百次甚至千次每分钟以上，且每进行一次冲压就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的形状精度与尺寸，且一般对冲压件的表面质量保护较好，而且模具的寿命较长,所以冲压的互换性好，质量稳定。（3）冲压可加工出形状较复杂、尺寸范围大的零件，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压材料利用率高同时不需其它加热设备，因而是一种省料，节约成本的加工方法。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。1.3 冲压技术的发展现状和趋势近年来，对发展先进制模技术的重要性获得了前所未有的共识，冲压模具加工技术在深度和广度上都取得了很大的发展，特征是和高新技术结合，并在加工方法和体系上开始发生变化。计算机技术、现代测控技术、信息技术等先进技术开始向模具加工领域渗透，推动了先进模具加工技术的形成和发展。21世纪的冲压模具加工技术将以更快的速度持续发展，其发展方向将更加突出“精、省、静”的特点。模具加工技术的发展趋势如下： （1）冲压模具加工技术将更加数字化、科学化、可控化。科学化主要体现在对加工过程、产品质量、成本、效益的预测及可控程度。加工过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好的结合。人工智能技术和智能化控制将从简单形状零件的加工发展到复杂形状零件的加工，最终进入实用阶段。 （2）注重冲压模具加工全过程，最大程度实现多目标全局的综合性优化。优化将从传统的单一零件加工环节向模具制造全过程发展。 （3）冲压模具加工技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应将来多品种、小批量混流的生产模式和市场个性化、多样化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速反应能力。 （4）重视复合化加工技术的发展。以复合工艺为基础的先进加工技术不仅正在从粗加工向直接加工零件方向发展，也正从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。 （5）继续全力全面推广CAD/CAM/CAE技术。 CAD/CAM/CAE技术的应用给磨具制造技术带来新的发展动力。随着电脑软件的开发与应用，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已成熟，各企业将加大这些技术的培训与技术服务力度；进一步扩大 CAD/CAM/CAE技术的应用范围。现在数控编程人员已超过了现场操作人员数量，数控编程的工时费用超过了机床操作人员的操作费用，数控编程的工时费用，超过了机床工时费用的一半，这种高精度和无人化加工，使模具的质量有了很大的提高，生产周期也在很大程度上缩短。 （6）模具检测设备向高效、精密和多功能方向发展。大型、精密、复杂模具的发展，对检测设备的要求越来越高。现在精密模具的加工精度已经达到2-3um。目前，国内使用较多的有意大利、美国、日本等国家的高精度三坐标测量机，并且具有数字化的扫描功能。如东风汽车模具厂不仅拥有意大利三坐标测量机，还有数码摄影光学扫描仪，率先在国内采用数码摄影、光学扫描作为空间三维信息的获得手段，从而实现了从测量实物到建立数学模型到输出工程图纸到模具制造的整个过程，使得逆向工程技术的开发和应用取得了很大成功。随着中国汽车工业、航空航天工业等支柱产业的迅速的发展，我国的冲压行业在面临严峻挑战的同时也充满着无数的机遇。国民经济和国防建设事业将会在冲压工业发展下体现蓬勃生机。1.4 本课题设计的目的和意义 本次设计设计是过桥片冲压模设计，主要是设计过桥片的冲压工艺过程及冲压模零件的选择，通过冲压模设计熟悉并掌握简单冲压件的冲压工艺设计过以过桥片冲压优化设计有着重要意义本设计按照工艺要求，设计合格的产品模具，并建立模具数据库，为生产企业提供冲压加工数据，对类似产品的冲压工艺设计及模具设计可提供参考依据，对改善类似零件生产工艺具有重要的意义，另外，本设计能够促进模具企业的工艺的改善，提高模具企业效益，对地区模具的发展有重要意义。第二章 分析冲压件的工艺性及工艺方案的制定2.1设计任务零 件：过桥片如图2-1所示。材 料：Q275钢料 厚：3mm生产批量：中批量生产图2-1 零件图2.2零件工艺分析2.2.1零件材料分析由设计任务可知：材料为Q275钢，Q275钢为普通碳素结构钢，强度高、硬度很低，而塑性、韧性极高，具有良好的冷变形性和焊接性，Q275钢的塑性很好，其抗剪强度为392490MPa，屈服点为275MPa，可以用来制造冲压件。2.2.2 零件结构形状分析由零件图2-1可看出该零件结构简单，外形有直线和半圆组成，并在对称中心线上有两个直径为10mm的圆孔，孔与孔，孔与边缘分别为60mm，15mm远大于要求的冲孔最小尺寸1.3t=3.6mm的距离要求，最小壁厚为15mm（直径为10mm的圆孔与边缘之间的距离），该零件结构设计合理。2.2.3 零件的精度和粗糙度 1.精度的确定由于设计任务书没有给出精度要求，所以在精度选取上尽量满足经济的原则。冲裁件的精度一般不高于IT11级，最高可达IT8-IT10级，冲孔比落料的精度约高一级。IT14是一般冲裁件内外成形所能达到的经济精度，所以设计时可按照IT14级选取公差值。差附表I可知冲裁件的外尺寸为：mm。由于过桥片中有两个圆孔，要查表确定孔距的公差，冲压件的孔距公差如表2-1所示。 表2-1 冲压件孔距公差 (mm)精度等级孔距尺寸材料厚度1122446普通冲裁500.100.120.150.20501500.150.200.250.301503000.200.300.350.40精密冲裁500.010.020.030.04501500.020.030.040.051503000.040.050.060.08由于冲裁件的内部有两个圆孔，所以要查零件的外形及内孔的尺寸公差，如表2-3所示。 表2-2 冲裁件外形与内孔尺寸公差 （mm)材料厚度普通冲模高级冲模零件尺寸1010505015015030050或圆角r2t工件间a1侧边a工件间a1侧边a工件间a1侧边a0.25以下1.82.02.22.52.83.00.250.51.21.51.82.02.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.81.21.61.01.21.51.81.82.01.62.01.21.51.82.52.02.22.02.51.51.82.02.22.22.52.53.01.82.22.22.52.52.83.03.52.22.52.52.82.83.2注：表中所列搭边值适用于低碳钢，对于其它材料，应将表格中的数据乘以以下数值：中等硬度钢 0.9 铝 1.31.4 硬钢 0.8 非金属 1.52 硬黄铜 11.1 软黄铜、纯铜 1.2 硬铝 11.2 表3-1 一般冲裁件的剪断面粗糙度 (mm)由表3-1 可查得，由于选择的是自动送料，故搭边值取a=2.5mm，=2.2mm。3.1.1.2步距的确定 （3-1）式中：S步距， mm； R工件的外径， mm； a冲件之间的搭边值， mm。由上式得 3.1.1.3条料的规格1.条料宽度的确定：因为不选用侧压装置，考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少，条料宽度应增加一个条料可能的摆动量，故按下式计算： （3-2） 导料板间距离： （3-3）式中： 条料宽度，mm； 为冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm； 侧面搭边值，mm； 条料宽度偏差，mm，其值可查下列表3-2； 导料板与最宽条料之间的间隙，mm，其最小值见表3-3。 表3-2 条料宽度偏差 (mm)条料宽度B材料厚度t011223350500.40.50.70.9501000.50.60.81.01001500.60.70.91.11502200.70.81.01.22203000.80.91.11.3 表3-3 导料板与最宽条料件的最小间隙Z (mm)材料厚度t无侧压装置有侧压装置条料宽度B条料宽度B100以下100200200300100以下100以上00.50.50.51580.510.50.5158120.51158230.51158340.51158450.511582. 板料规格的选择查文献2，板料的规格选用：3mm1100mm2000mm。 3.1.1.4材料利用率的计算冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的技术经济指标。 每个钢板裁的条数： 每个条料所冲的个数： 材料利用率： （3-4）式中：材料利用率，%； n1、n2条料、冲件数量； A1、A2冲件、板料面积，mm2。根据冲裁件尺寸可知一个步距内冲裁件的实际面积为： mm2这里一个冲裁件的实际面积即等于一个步距内冲裁件的实际面积 mm2则一张板料上总的材料利用率为： 3.1.2 方案二 横排3.1.2.1搭边值的确定横排排样示意图如图3-2所示。图3-2 横排排样示意图 由表4-1可知，由于选择的是自动送料，故搭边值取a=2.8mm，mm。3.1.2.2步距的确定a1 （3-5） 式中：S步距，mm； R工件的外径，mm； 两圆孔之间的距离，mm； a冲件之间的搭边值，mm。则步距为： mm3.1.2.3条料的规格1.条料宽度的确定由表3-2可知材料宽度偏差mm，由表3-3可知导料板与条料最小间隙mm。条料宽度： mm 导料板间距：2.条料规格查文献2，板料的规格选用：3mm1100mm2000mm。3.1.2.4材料利用率的计算 每个钢板裁的条数： 每条所冲个数： 可知一个步距内的冲裁面积mm2 ，则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用率由式（3-4）计算得： 综上通过两个方案的比较，方案二的材料利用率比方案一大，而且考虑到零件的尺寸形状，凸、凹模具的设计与制造和经济效益，选用方案二，有废料横直排。3.2压力中心的确定冲压力合力的作用点称为冲模的压力中心。设计冲裁模时，应该使冲裁模的压力中心与压力机滑块的中心想重合，即冲裁模的模柄中心应该与冲裁模的压力中心一致，以保证冲裁模在压力机上正常、平衡地进行重制工作。若无法使压力中心与滑块中心线完全重合，则设计中考虑采取平衡偏心载荷的措施，但偏载力要控制在尽可能小的范围内，且偏心距离不应该超过冲裁模的模柄尺寸。冲裁形状对称时，其压力中心位于冲裁件轮廓图形的中心，如图3-3所示。坐标单位：mm图3-3压力中心计算示意图压力中心的计算公式为： (3-6) (3-7)式中，分别为每个孔的压力中心坐标，分别为各个孔的周长，为压力中心。因为冲裁件两圆孔关于y轴对称，所以 （3-8） 式中： 两圆孔的周长； 工件的周长； 圆孔中心到x轴的距离。所以得出工件的压力中心坐标是（0，-8.65）3.3 凸模与凹模刃口尺寸计算3.3.1 尺寸计算原则 在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，要考虑下述原则。 首先落料制件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，一凸模为基准，间隙取在凹模上。考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件范围内的较小尺寸，设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取工件的尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，凸、凹模虽磨损到一定程度，仍能冲出合格零件。其次由于凸、凹模均要与冲裁件或废料发生摩擦，从而导致模具磨损，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使模具间隙愈用愈大，因此在设计新模具是，凸、凹模间隙应取最小合理间隙值。确定凸、凹模制造公差时，应考虑到制件的精度要求。最后如果对凸、凹模刃口精度要求过高会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果精度要求过低，则生产出来的零件可能不合格，或使模具寿命下降。 因为零件没有标注公差，则公差数值按IT14精度处理，冲模则可按IT6IT7精度来制造模具。3.3.2 凸、凹模刃口尺寸计算冲压件空心距公差可得，孔心距为mm ，冲压件孔中心与边缘距离的公差，料厚t=3mm，可得工件的两圆端面的尺寸 mm，冲孔的直径标注分别为。且凹凸模均按IT7级加工制造,即采用普通冲裁模。凸模与凹模采用分别加工法，该法凹、凸模具有互换性，制造周期短，便于成批制造。（1）落料 设工件的尺寸为，根据计算原则，落料时以凹模为设计标准。首先确定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸；凹模尺寸减去最小合理间隙值即得到凸模尺寸。 （3-9） （3-10） （2）冲孔 设冲孔尺寸为，根据计算原则，冲孔时以凸模为设计基准。首先确定凸模尺寸，是凸模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最大极限尺寸；讲凹模尺寸增大最小合理间隙值即得到凹模尺寸。 （3-11） （3-12） 式中： 落料凹、凸模尺寸，mm； 落料件的最大极限尺寸，mm； 冲孔件的最小极限尺寸，mm； 冲裁件制造公差，mm； 最小初始双面公差，mm 凸、凹模的制造公差，mm，可查表3-4得出。 系数，为了避免冲裁件尺寸都偏向极限尺寸，应试冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸。的值在0.51之间，与冲裁件的精度等级有关，可查表。采用凸、凹模分开加工时，应在图样上分别标注凸、凹模刃口尺寸与制造公差，为了保证间隙值，应满足下列公式： （3-13） 如果验算不符合上式，出现的情况，当大得不多时，可适当调整以满足上述条件，这时凸、凹模的公差直接按公式和确定。 （3-14） （3-15） 表3-4 磨损系数x （mm)材料的厚度非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.440.5040.300.310.590.605000.0500.070 3.3.2.1落料由于t=3mm，结合式（3-9）（3-15）以及表3-4、表3-5及附表I、附表II进行相应计算。 1.mm 校核间隙： ， 故符合条件。 将已知和查表的数据代入公式，即得 .2.mm由表3-5可查出，；由表3-4可知，x=0.5。将数据分别代入式（3-9）、（3-10）可得：mmmm校核间隙：mm故符合条件。 3.3.2.2冲孔 冲直径孔 查表3-4，附表I、附表II得： 校核间隙： ，故符合条件。将已知和查表的数据代入公式(3-11)，(3-12)，即得： 3.3.3孔心距 由表2-2冲压件孔距公差查得，孔心距公差为。孔心距尺寸标注为，当工件上需要冲制多个孔时，孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证。由于凹、凸模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，故凹模孔心距的尺寸取在工件孔心距公差带的中点上，按双向对称标注偏差。 （3-16） 式中：凹模孔心距的尺寸，公差取工件公差的1/4，即 ； 工件孔心距的最小极限尺寸，mm； 冲裁件制造公差，mm。 由表2-2冲压件孔距公差查得，孔心距偏差为，故孔心距尺寸为：3.4 冲压工艺力计算3.4.1 冲裁力的计算冲裁时，凸模给材料施加压力，同时，材料也对凸模产生反作用力，通常我们把这种反作用力称为抗力。材料对凸模的最大抗力就是冲裁力，它是选择压力机和设计模具的重要依据之一，为了正确选择压力机和设计模具，就必须计算冲裁力。用一般平刃冲裁时，其冲裁力F一般按下列公式计算： （3-17） 式中 冲裁力，N； 冲裁周边长度，mm； 材料厚度，mm； 材料剪切强度，MPa； 安全系数。系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取。表3-6 冲压常用黑色金属材料（部分）的