机械毕业设计（论文）-四孔方板垫片冲压模具设计【全套图纸】

垫片冲压模具设计说明书学 院： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 0901 姓 名： 指导老师： 完成日期： 2013.01. 摘 要本设计题目为垫片冲裁模，体现了典型冲裁模的设计要求、内容及方向，有一定的设计意义。通过对该模具的设计，加强了设计者对冲裁模设计基础知识的理解和运用，为设计更复杂的冲裁模具做好了铺垫。本设计采用了倒装式复合模成形垫片。成形原理可划分为两个阶段：首先，冲裁凸模与凸凹模先接触，实现对制件边缘轮廓的冲裁，得到长50，宽30，圆角为的毛胚件；而后凸模与凸凹模相接触，凸模与凸凹模配合冲出四个的圆孔，废料通过凸凹模孔向下漏掉。关键词： 落料冲孔复合模 凸凹模 凸模 凹模 压力机吨位 全套图纸，加153893706目录第一章概述51.1 课题背景及意义51.2 本课题及相关领域的国内外发展现状51.2.1国内模具的现状51.2.2国内模具的发展趋势61.2.3国外模具的现状和发展趋势61.3 垫片落料冲孔复合模具设计与制造方面71.3.1垫片落料冲孔复合模具设计的设计思路7第二章 落料冲孔复合模设计72.1 工艺性分析72.1.1工艺参数72.1.2材料简介72.2 排样设计82.2.1确定零件的排样方案82.2.2条料宽度、导料板间距离和材料利用率的计算82.3 冲压工艺方案的确定9第三章 模具结构形式的选择与确定93.1 模具的结构形式93.2 冲压力与压力中心的计算103.3 初选压力机113.4 压力中心的计算11第四章 模具主要零件设计114.1 工作零部件的设计与标准化124.1.1凸、凹模刃口尺寸的计算124.1.2工作零部件的设计与标准化134.2 定位装置的设计与标准化164.3 标准模架的选用174.4 卸料部件的设计与标准化204.4.1卸料版的设计204.4.2卸料螺钉的选用204.5 压力机的校核21垫片冲孔落料级进模总装图21结 束 语23致 谢23参 考 文 献24第一章 概述1.1 课题背景及意义冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或者冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。本次设计为冲压工艺与模具设计的课程设计，通过这次设计巩固这学期所学冲压工艺知识，并能够独立设计完成一些简单冲压件的模具设计，为我们以后的工作学习打下基础。1.2 本课题及相关领域的国内外发展现状1.2.1 国内模具的现状我国模具近年来发展很快，精冲模具技术在“十一五”期间取得了长足的进步，并在精冲工艺、材料、精冲压力机、模架、模具和润滑等方面取得了一系列的科研成果。金属材料从有色金属冲裁扩展到黑色金属的冲裁。低碳钢、低合金钢和不锈钢的冲裁厚度达到12mm；有色金属如铝合金和铜合金的冲裁厚度达到l8mm；随着模具材料和处理方法的进步以及被冲板材球化处理工艺的完善与普及，一些较硬的高碳钢、高合金钢以及其他低韧性的材料诸如镍基或钴基合金材料等也开始用于生产精冲零件。另外，自主开发的级进复合精冲模、传递模和模块化模具在国内精冲模具中的比例显著提高，特别是面向汽车传动系统的复杂零件的级进复合精冲模，基本实现国产化。针对精冲成形过程的有限元数值仿真技术、精冲模具结构优化技术、精冲模具智能设计与知识库技术等的研究、开发与应用，提升和充实了我国精冲模具的技术内涵。但是，目前精冲企业普遍规模小、资源分散、生产效率低、人才短缺且配套不全。虽然在精冲模具开发方面具备了一定的开发能力，但在复杂精冲模具，特别是精冲复合成形模具的开发方面仍缺乏经验，进口模具依然占有较大比重。目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。1.2.2 国内模具的发展趋势在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。 许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。 根据国内和国际模具市场的发展状况，有关专家预测，未来我国的模具经过行业结构调整后，将呈现十大发展趋势：一是模具日趋大型化;二是模具的精度将越来越高;三是多功能复合模具将进一步发展;四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高;五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展;六是模具标准化和模具标准件的应用将日渐广泛;七是快速经济模具的前景十分广阔;八是压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求;九是塑料模具的比例将不断增大;十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。1.2.3国外模具的现状和发展趋势目前，国外的模具铸造产业发展相当的迅速。首先，国外的模具铸造企业的人数一般不超过百人，大部分模具铸造厂人数在五十人一下，其人员结构安排的也非常合理。但是，国外的模具铸造产业对模具人员专业素质要求较高，要求其技术人员一专多能。其次，国外的模具铸造产业在技术水平上具有一定的实力，CAD/CAM/CAE技术的应用比较广泛，快速原型、逆向工程制造铸造模具使用也比较多，这些都成为国外模具铸造产业发展的优势。1.3 垫片落料冲孔复合模具设计与制造方面1.3.1 垫片落料冲孔复合模具设计的设计思路冲裁是冲压工艺的最基本工序之一，它是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。它包括落料、冲孔、切边、修边、切舌、剖切等工序，其中落料和冲孔是最常见的两种工序。冲裁在冲压加工中应用极广。它既可直接冲出成品零件，还可以对已成形的工件进行再加工。普通冲裁加工出来的制件的精度不高，一般情况下，冲裁件的尺寸精度应在IT12级以下，不宜高于IT10级。只有加强冲裁变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定冲裁工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冲裁变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。垫片是典型的冲压件，该模具工作过程很简单就是冲孔和落料，根据零件图的结构和尺寸精度以及材料的性能确定完成该冲件所需要的模具类型.因此，综合考虑各种因素后采用复合模。根据计算的结果和选用的标准模架，判断此次冲裁能不能采用标准的模架。为了保证制件的顺利加工和顺利取件，模具必须有足够高度。要改变模具的高度，只有从改变导柱和导套的高度,改变导柱和导套的高度的同时,还要注意保证导柱和导套的强度. 导柱和导套的高度可根据冲裁凸凹模与落料凹模工作配合长度决定设计时可能高度出现误差，应当边试冲边修改高度。第二章 落料冲孔复合模设计2.1工艺性分析2.1.1 工艺参数基本资料：工件名称:垫 片生产批量:大批量材 料: 10钢厚 度: 工件简图:见图1图1 垫片2.1.2材料简介图示零件材料为10钢，适合一般的冲压加工。该零件形状对称、简单，为长方形结构，结构相对比较简单，只有四个3.2的孔。此工件只有落料和冲孔两个工序，图示零件一般按IT14级取，尺寸精度较低，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证，其他尺寸标注、生产批量等情况，也符合冲裁的工艺要求，普通冲裁完全可以满足要求。由以上分析可知，图示零件具有比较好的冲压工艺性，适合冲压生产。2.2排样设计2.2.1 确定零件的排样方案设计模具时，首先要设计条料排样图。垫片零件外形是矩形只有冲孔，所以结构比较简单，只需要直排就可以。直排（图2所示）的排样方案材料的利用率已经很高。图2 排样图2.2.2 条料宽度、导料板间距离和材料利用率的计算查冲压工艺与模具设计表2.9得工件间搭边值为1.2mm，侧面搭边值为1.5mm条料宽度的计算：拟采用无侧压装置的送料方式。条料宽度(mm)条料宽度方向冲裁件的最大尺寸（mm）侧搭边值（mm）条料宽度的单向偏差(mm),查冲压工艺与模具设计表2.10得=0.10导料板与最宽条料之间的间隙(mm)，查冲压工艺与模具设计表2.12得=0.5代入数据计算得条料宽度为56.5。导料板间距离的计算：冲裁件面积送料步距 一个进距的材料利用率2.3 冲压工艺方案的确定该工件包括落料和冲孔两个基本工序，可有以下两种工艺方案：方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。方案二：落料冲孔复合冲压。采用复合模生产。方案一的模具结构简单，但需要两道工序两套模具，成本高而且生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案二只需要一副模具，工件的精度及生产效率都高，废料能直接从压力机落料孔落下，冲裁件从上模落下，比较容易取出这些排出件。故采用第二种方案比较好一些。 第三章 模具结构形式的选择与确定3.1模具的结构形式1）正倒装结构：根据上述分析，本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，为方便小孔废料和成形工件的落下，采用倒装结构，即冲孔凹模和落料凹模都安排在下模。2）送料方式：因是大批量生产，但工件简单，所以采用手动送料方式比较好，能够使模具制造简单。3）定位装置：本工件在级进模中尺寸是较小的，又是大批量生产，冲时第一个工位采用始用挡料销定位，第二个工位采用固定挡料销定位。送料时始用挡料销与固定挡料销作为粗定距，在凸凹模上安装一个导料销，依此作为条料送进的精确定距。4）导向方式：为了提高模具寿命和工作质量，便于安装调整，该复合模采用对角导柱模架。5）卸料方式：本模具采用倒装结构，工件留在凹模孔洞中，废料凸凹模孔洞中落下。3.2 冲压力与压力中心的计算 由工件结构和前面所定的冲压方案可知，本工件的冲裁力包括以下部分。 冲8.5mm与3.2mm孔的力F1、落外型料的力F2，向下推出8.5mm冲孔废料的力F3，向下推出工件的力F4。由刚性卸料板卸条料的废料的力不是压力机提供的，故不用计算在内。考虑到模具刃部被磨损、凸凹模间隙不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响，实际计算冲裁力时按下面公式：冲裁力的计算： 冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。 式中：F-冲裁力，N; L-冲裁件的周长，mm; t-材料厚度，mm； -材料抗剪强度，MPa; K-系数。考虑到凸模、凹模刃口磨损，模具间隙波动，材料力学性能变化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系数，常取K=1.3冲裁件总边长10钢的抗拉强度为冲裁力卸料力 推件力顶件力式中： -分别为卸料力、顶件力、推件力，N； -分别为卸料力系数、推件力系数、顶件力系数，其数值见表3-13； F-冲裁力，N; n-同时卡在凹模洞口的件数，h为刃口直壁高度，mm；t为厚度，mm。冲压工艺总力3.3初选压力机查冲压与塑料成型设备表2-1，初选开式压力机型号为JA2-10，该压力机公称压力为100KN，滑块行程为60mm，滑块行程次数为135次/min，最大封闭高度180mm，封闭高度50mm，工作台前后尺寸300mm，工作台左右尺寸360mm，工作台孔左右尺寸180，前后尺寸90，孔径，喉深130，模柄孔尺寸直径、深度60，最大倾斜角35，电动机功率1.5KW。3.4压力中心的计算 模具的压力中心就是冲压力合力的作用点，为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机的压力中心滑块中心线重合。否则冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨与模具的导向部分不正常的磨损，还会使合理的间隙得不到保证，从而影响制件的质量和降低模具的寿命，严重的可能损坏模具。 该模具的结构的制造压力中心与模柄中心线重合，故压力中心点就是几何对称点。若选用坐标系XOY，即。由以上计算可以得出模具的压力中心以便装模时与压力机滑块的中心线相重合。第四章 模具主要零件设计4.1 工作零部件的设计与标准化 4.1.1凸、凹模刃口尺寸的计算 由于制件结构简单精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸凹模。这时需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。由于零件未标注公差在此均按IT13级算。根据零件的结构特点，刃口尺寸采用配作法加工。工作零件刃口尺寸计算：在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法，根据工件结构特点，工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算。 查表3-2查得间隙尺寸 由表3-16 查凸、凹模制造偏差为 落料部分公差 ：冲孔部分公差： 满足加工时的要求由表3-15查得落料凸、凹模制造公差计算出相应尺寸冲孔凸、凹尺寸制造公差计算出相应尺寸 4.1.2工作零部件的设计与标准化 落料凸模结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计为直通式，采用线切割机床加工，2个M6的螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H7/m6,其总长L按公式计算: 式中: 凸模长度（mm） 凸模固定板厚度（mm） 卸料版厚度（mm） 材料厚度（mm） 增加长度（mm） 冲孔凸模由于所冲孔均为圆形，且不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。其中4个冲的圆形标准件B型。冲的孔的凸模结构如图4所示：图4 凸模凸模强度校核要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力，即对于圆形凸模 承压能力足够冲压材料抗剪强度（mm）,凸模材料的许用压应力（MPa）,440470MPa抗纵向弯曲力校核对于圆形凸模(有导向装置) 长度适宜。式中 凸模允许的最大自由长度（mm） 凸模最小直径（mm） 冲裁力（N） 凸模固定断面的压力式中 落料或冲孔的冲裁力（N） 上、下模板的接触面积（） 模板的许用压应力（MPa） 凹模凹模采用整体式凹模，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄重合。其轮廓尺寸计算如下：凹模高度凹壁厚度取凹模厚度为凹模宽度，凹模长度L取45mm，式中 b凹模刃口的最大尺寸（mm） K凹模厚度系数 取0.40故凹模轮廓尺寸为：凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取（1.72.0）dd为螺孔的距离 由于凹模厚度为10mm，查机械设计课程设计表15-6选用的螺钉固定在下模座。凹模上螺孔间距最小间距为15mm 最大间距50mm。螺孔到销孔的距离一般取，所以b应大于10.根据上述方法确定凹模外形尺寸须选用矩形凹模板4.2 定位装置的设计与标准化 （1） 挡料块的设计与标准化 挡料快标记： GB/T2866.1-81 材料：45钢 GB/699-88 热处理：硬度4348HRC 技术条件：按GB2870-81（2） 导料板的设计与标准化 导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模平齐，导料板与条料之间的间隙取1mm，这样就可确定导料板的宽度，导料板的厚度查表取68mm。导料板采用45钢制作，热处理硬度为4045HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。4.3 标准模架的选用由凹模周界可以选取标准模架，FM型。上模座标记：图7 上模座下模座标记：图8 下模导柱标记：图6 导柱导套标记：模柄标记：图9 模柄该模具的闭合高度：4.4 卸料部件的设计与标准化4.4.1 卸料版的设计 卸料版的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为12mm。在前面已经确定了采用弹性卸料版，设计卸料版为一整体板。 采用45钢制造，淬火硬度为4045HPC。4.4.2 卸料螺钉的选用 卸料版上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料版超出凸模断面1mm，有误差时通过在螺钉与卸料版之间安装垫片来调整。本模具采用螺钉固定，销钉定位：内六角螺钉标记：35钢螺钉标记：35钢圆柱销钉标记：35钢止动圆柱销标记：35钢4.5压力机的校核之前初选压力机JG23-16型压力机工作台尺寸为，最大闭合高度220mm，连杆调节长度为35mm，最大装模高度为145mm，而上面知道模具闭合高度为125mm，所以需在工作台上加一10mm20mm厚的垫板，即可安装。模柄孔尺寸为也与本副模具所选模柄尺寸相符。垫片冲孔落料级进模总装图前面各节已经设计好了垫片冲孔落料模各零件，根据之前的设计，垫片冲孔落料模的总装图如下：图10 总装图俯视图1下模座 2 凹模 3导料销 4导正销 5卸料版 6卸料螺钉 7凹模固定板 8垫板 9模柄 10上模座 11弹性橡胶体 12大孔凸模 13导套 14外形凸模 15小孔凸模 16导