毕业设计（论文）-刹车片冲压模具设计.doc

河 南 工 业 职 业 技 术 学 院Henan Polytechnic Institute毕业设计（论文）题 目刹车片冲压复合模 班 级模具1004姓 名彭扬 指导教师 蔡明杰 机械工程系2013届毕业生毕业设计任务书二O一二年三月姓名： 彭扬 专业： 模具设计与制造 班级： 模具1004 学号：0102100421设计题目： 刹车片冲压复合模 冲压件简图：冲压件主要技术要求： 材料：Q235 料厚：1mm 中批量生产指导老师（签名）： 2012年 月 日 前 言 冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。 目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。 本次设计是参考了众多参考文献及专业资料的规范要求编写而成。本设计主要介绍片装弹簧冲压级进模。本设计共分5章，主要包括材料工艺分析和成形性能、冲压工序特点和工艺计算、模具总体结构设计、模具主要零件结构设计及工艺性分析等。另外，还附有毕业设计任务书、论文评阅表、答辩小组成员表、部分模具零件冲压工艺过程卡、装配图、零件图。 导师XX曾在编写及内容安排提出不少有益的意见。在此，谨向尊敬的导师表示真诚的感谢和崇高的敬意！ 由于本人知识水平和能力的有限，在设计的过程中难免存在很多的纰漏和不足之处，恳请个各位老师的批评与指正。II刹车片冲裁模设计与制造摘 要 本套模具设计是冲裁模的模具装配图及加工制造的全过程，其设计思路是根据多个模具加工实例生产中总结出来。设计内容是从零件的工艺性分析开始的，根据工艺要求来确定设计的大体思路。其开始是确定该模具类型为冲孔、落料连续模，作工艺计算，计算出冲裁时的冲压力、卸料力、推件力、确定模具的压力中心、选择压力机和确定冲模的闭合高度，最后根据前面所计算出的内容确定模具的凸、凹模尺寸和形状。设计出挡料销、卸料板、推件装置、橡胶、导柱、导套和模柄等模具的主要零部件，从而完成整个模具的设计工作。 模具主要零部件结构设计是模具设计的主要内容，其内容包含了凹模结构设计、凸模结构设计、定位零件、弹性卸料装置、橡胶的选用、导柱与导套、模柄与模架的选取等重要零部件的设计加工方法和加工注意要点。这样更有利于加工人员的一线操作，使其通俗易懂加工方便。 本次设计不仅让我熟悉了课本所学的知识，而且让我做到所学的知识运用到实践当中，更让我了解了冲压模具设计的全过程和加工实践中应注意的要点。使我从毕业设计中更好理解了模具关键词：冲孔、落料、复合模26目 录前言I摘要I1 冲压工艺分析及工艺方案的确定41.1工艺分析41.2工艺方案的确定51.3模具结构形式的确定52 冲压工艺计算及设计62.1计算毛坯尺寸62.2计算材料利用率72.3计算压力中心72.4计算凸、凹模刃口尺寸82.5凹模各孔口位置尺寸92.6计算冲压力112.7 设备类型的选择123 冲模结构设计123.1凸模设计133.2凹模设计143.3模具总体设计183.4选择模架及确定其它冲模零件尺寸183.5校核压力机安装尺寸214 冲模零件加工工艺设计21结论21致谢22参考文献24绪论模具工业作为一种新兴工业，它有节约原材料、节约能源、较高的生产效率，以及保证较高的加工精度等特点，在国民经济中越来越重要。模具技术成为衡量一个国家制造水平的重要依据之一，其中冲载模具在模具工业中举足轻重的地位。冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。本次毕业设计的目的是对所学知识的全面总结和运用，巩固和加深各种理论知识灵活运用。目标是通过这次毕业设计，可以很好的培养独立思考，独立工作的能力，为走上工作岗位从事技术工作打下良好的基础。此次毕业设计课题为片装弹簧冲压级进模。首先对片装弹簧的冲压工艺进行了分析，介绍了片装弹簧冲压级进模结构设计的要点，同时编制了片装弹簧冲压级进模的制造工艺和装配工艺。 1 零件及冲压工艺分析1.1 零件工艺分析 本文所设计的冲裁零件是止动件，如图 该冲裁件的材料为厚度2mm的A3钢是普通碳素钢，具有较好的可冲压性能。该冲裁件的材料结构简单，并在转角两处有R2圆角，比较适合冲裁，零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件的尺寸公差。由工件图可见，该冲压件外形简单，精度要求不高，仅需要一次冲裁加工既可成型，冲压件为大批量生产，质量轻尺寸小，为简化模具制造过程降低生产成本，因而采用单工序。 该冲裁件属落料件，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作。 由表2.3.3查得：尺寸45mm，选x = 0.5；尺寸35mm，选x = 1；其余尺寸均选x = 0.75。 落料凹模的基本尺寸计算如下：磨损后增大的尺寸 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是44.79mm，34.75mm，11.75mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值。1.2 方案论证及计算 在冲压零件的成本中，材料的费用占有相当的比重（普通冲压占6080，多工位级进模依靠高产降低成本，但材料仍占相当比重），提高材料利用率是降低冲压零件成本的重要途径，而材料利用率的高低主要取决于冲压零件的排样。同时毛坯排样的结果又是后续的工步排样以及凹模、卸料板等模具零件设计的基础，因此毛坯排样是冲模设计的重要环节。由于工件在条料上的排布方式多种多样，工件几何形状复杂多样，仅仅凭借设计者的经验进行排样几乎不可能得到最佳的材料利用率。随着计算机技术的不断发展，许多学者对毛坯排样优化算法与系统开发进行了研究，提出了加密点逐步移动判定法水平平行线分割法、顶点算法、高度函数法、包络矩形法等各种算法。2 冲压工艺计算及设计 2.1 本文中设计到的冲裁件，排样设计通过查冲压模具设计与制造所得。首先确定两工件间的搭边值：a=2.2mm 工件边缘搭边：a=2.5mm 步距S=35+a=37.2mm 条料宽度B=（D+2a）=45+2*2.5=50mm 冲裁件面积A=1027.8 2.2一个步距的材料利用率=(A/BS)*100%=55.3% 查板材标准，宜选900mm*1000mm的钢板 每张板可剪材为18张条料（50mm*1000mm） 每张条料可冲483个工件。故每张板材的利 用率为： =(n*A/L*B)*100%=55.2% 排样图如右图2.3压力中心的计算 计算压力中心时,先画出凹模型口图,由于工件Y方向对称,故压力中心Xo=32.5Yo=(24.73*16.95+11.1*39.45+12*45+11.1*39.45+24.73*16.95)/(24.73+11.1+12+11.1+24.73)=26.84 mmL1=24.73mm Y1=16.95mmL2=11.1mm Y2=39.45mmL3=12mm Y3=45mm L4=11.1mm Y4=39.45mmL5=24.73mm Y5=16.95mm计算时忽略边缘2-R2圆角由以上计算可知冲压件压力中心坐标为(32.5,13.39)2.4 工作零件刃口尺寸计算 落料部分以落料凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配制基本尺寸及分类冲裁间隙磨损系数计算公式制造公差计算结果落料凹模Dmax = 65(上偏差为0，下偏差为-0.74) Zmin=0.246Zmax=0.36Zmax-Zmin=0.36-0.246=0.11mm制作精度为IT14级，故X=0.5Dd=(Dmax-x) /4Dd=64.63(上偏差为+0.185，下偏差为0)，相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在0.2460.36之间Dmax = 24（上偏差为0，下偏差为-0.52）Dd=23.74（上偏差为+0.13，下偏差为0） 同上Dmax = 30（上偏差为0，下偏差为-0.52）Dd=29.74（上偏差为+0.13，下偏差为0） 同上2.5 工作零件结构尺寸 落料凹模板尺寸凹模厚度：H=Kb(15mm) （查表2.9.5得K=0.28） H=0.28*65=18.2mm凹模边厚度：C(1.52)*H=(1.52)*18.2=(27.336.4)mm 实取C=27.3mm凹模板边长：L=b+2c =65+2*27.3 =119mm查标准GB/T6743.194：凹模板宽B=119mm故确定凹模板外形为：125*125*18(mm),将凹模板制作成薄型形式并加空心垫板后实取为：119*119*14（mm）(2)凸凹模尺寸：凸凹模长度：L=h+h+h=16+10+24=50(mm)其中：h增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等） h凸凹模固定板厚度 h弹性卸料板厚度凸凹模内外刃口间壁厚校核：根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为7mm，根据强度要求查冲压模具设计与制造知壁厚为4.9mm即可，故该凸凹模侧壁强度足够。2.6 选择冲压机该冲压件的排样设计完以后，我们要选择一定的冲压设备。冲压设备的选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量，模具寿命、生产效益及成本等一系列重要问题。在选择冲压设备时需要知道模具的总冲压力，下面就是冲压力的计算：项目分类项 目公 式结 果备 注冲压力冲裁力PP=KLt=1.3*215.96*2*450252.67KNL=215.96 =450mpa卸料力P卸P卸=KP=0.05*252.6712.63KN查表2.6.1 K=0.055推件力P推P推=nKP=6*0.055*252.6783.38KNn=h/t=8/1.2=6总冲压力P总P总=P+ P卸+ P推 =252.67+12.36+83.38348.41KN直接卸料 下出件 根据总冲压力P总=348.4KN，模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，并结合现有的设备，选用J23-63开式双柱可倾冲床，并在工作台面上制备垫板，其主要工艺参数如下：公称压力：630KN滑块行程：130mm行程次数：50次/分最大闭合高度：360mm连杆调节长度：80mm工作台尺寸（前后*左右）：480*7103模具总体设计选择模具类型模具类型选择由冲压工艺分析可知，该零件结构简单，知需一次冲裁即可成型。定位方式的选择因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料钉初定距，定位销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定的余量，可以靠操作工目测来定。卸料、出件方式的选择 因为工件厚为2毫米，相对较薄，卸料力也比较小，故可以采用弹性卸料。 3.1 凸模设计（1） 凸模的结构形式及固定方法 由于冲件的形状和尺寸不同，冲模的加工以及装配工艺等实际条件亦不同，所以在实际生产中使用的凸模结构形式很多。其截面形状有圆形和非圆形；刃口形状有平刃和斜刃等；结构有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等。凸模的固定方法有台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定；粘结剂浇注法固定等。所以凸模形状是非圆形，刃口形状是平刃，结构是整体式，凸模的固定方法是螺钉和销钉固定。（2） 凸模长度计算 凸模长度尺寸应根据模具的具体结构，并考虑修磨、固定板与卸料板之间的安全距离、装配等的需要来确定。 凸凹模长度：L=h+h+h=16+10+24=50(mm)其中：h增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等） h凸凹模固定板厚度 h弹性卸料板厚度(3) 凸模的强度校核 在一般情况下，凸模的强度和刚度是足够的，无须进行强度校核。但对特别细长的凸模或凸模的截面尺寸很小而冲裁的板料厚度较厚时，则必须进行承压能力和抗纵弯曲能力的校核。其目的是检查其凸模的危险断面尺寸和自由长度是否要求，以防止凸模纵向失稳和折断。凸模如图下：3.2 凹模设计(1) 凹模外形结构及其固定方法 凹模类型很多，凹模的外形有圆形和板形；结构有整体式和镶拼式；刃口也有平刃和斜刃。 凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证螺钉（或沉孔）间、螺孔与销孔间及螺孔、销孔与凹模刃壁间的距离不能太近，否则会影响模具寿命。所以凹模外形是板形，结构是整体式，刃口是平刃。（2） 凹模的刃口形式 凹模按结构分为整体式和镶拼式凹模。冲裁凹模的刃口形式有直筒形和锥形两种。选用刃口形式时，主要应根据冲裁件的形状、厚度、尺寸精度以及模具的具体结构来决定。（3） 凹模轮廓尺寸的确定 冲裁时凹模承受冲裁力和侧向挤压的作用。由于凹模结构形式及固定方法不同，受力情况又比较复杂，目前还不能理论方法确定凹模轮廓尺寸。 计算如下： H=15mm C=37mm 凹模如图下： 对与此次设计的冲裁模，加工工艺也是必须要了解的，下面举例落料凸模加工的工艺过程：工序号工序名称工序内容1备料 原料尺寸1000*900mm 分成条料尺900*70mm2热处理退火3粗加工毛胚刨6面保证尺寸4热处理调质5磨平面磨六面，互为直角6钳工划线画出各孔位置线7加工螺钉孔，安装孔按位置加工螺钉孔，销钉孔8热处理按热处理工艺，淬火回火达到5862HRC9磨平面精磨上下平面10线切割按图线切割，轮廓达到尺寸要求11钳工精修全面达到设计要求12检验3.4 模具的结构选择 一套模具，结构简单的不过几十个零部件组成。但是，我们绝不能小看它。在刚开始设计时，是选何种模具结构形式，是选正装模具结构（即凹模安装在下模座上）呢？还是倒（反）装模具结构（即凸模安装在下模座上）？是选单工序模具结构呢？还是选复合模具结构？这是摆在我们每个模具工作者面前的一个非常值得深入探讨的话题，这里面是大有文章可做的。1、 正装模具的结构特点正装模具的结构特点是凹模安装在下模座上。故无论是工件的落料、冲孔，还是其它一些工序，工件或废料能非常方便的落入冲床工作台上的废料孔中。因此在设计正装模具时，就不必考虑工件或废料的流向。因而使设计出的模具结构非常简单，非常实用。正装模具结构的优点（1）因模具结构简单，可缩短模具制造周期，有利于新产品的研制与开发。（2）使用及维修都较方便。（3）安装与调整凸、凹模间隙较方便（相对倒装模具而言）。（4）模具制造成本低，有利于提高企业的经济效益。（5）由于在整个拉伸过程中，始终存在着压边力，所以适用于非旋转体件的拉抻（参看五金科技，1997；6：4244）。正装模具结构的缺点（1）由于工件或废料在凹模孔内的积聚，增加了凹模孔内的小组涨力。因此凹必须增加壁厚，以提高强度。（2）由于工件或废料在凹模孔内的积聚，所以在一般情况下，凹模刃口就必须要加工落料斜度。在有些情况下，还要加工凹模刃口的反面孔（出料孔）。因而即延长了模具的制作周期，又加大了模具的加工费用。2、 倒装模具的结构特点倒装模具的结构特点是凸模安装在下模座上，故我们就必须采用弹压卸料装置将工件或废料从凸模上卸下。而它的凹模是安装在上模座上，因而就存在着如何将凹孔内的工件或废件从孔中排出的问题。倒装模是利用冲床上的打料装置，通过打料杆将工件或废料打下，在打料杆将工件或废料打下的一瞬间，利用压缩空气将工件或废料吹走，以免落到工件或坯料上，使模具损坏。另外需注意的一点就是，当冲床滑块处于死点时，卸料圈的上顶面，应比凸模高出约0.200.30mm。即必须将坯料压紧后，再进行冲裁。以免坯料或工件在冲裁时移动，达不到精度要求。 倒装模具结构的优点（1）由于采用弹压卸料装置，使冲制出的工件平整，表面质量好。（2）由于采用打料杆将工件或废料从凹模孔中打下，因而工件或废料不在凹模孔内积聚，可减少工件可废料对孔的涨力。从而可减少凹模的壁厚，使凹模的外形尺寸缩小，节约模具材料。（3）由于工件或废料不在凹模孔内积聚，可减少工件或废料对模刃口的磨损，减少凹模的刃磨次数，从而提高了凹模的使用寿命。（4）由于工件或废料不在凹模也内积聚，因此也就没有必要加工凹模的反面孔（出料孔）。可缩短模具制作周期，降低模具加工费用。（5）由于压边力只在平板坯料没有完全被拉入凹模前起作用，所以适用于旋转体体的拉伸。如图2中的圆筒形件（参看五金科技，1997；6：4244）。倒装模具结构的缺点（1）模具结构较复杂（相对正装模具而言）。（2）安装与调整凸凹模之间的间隙较困难（相对正装模而言）。（3）工件或废料的排除麻烦（最好使用压缩空气将其吹走） 在本课题中所设计的零件由于加精度要求不高，生产批量不大的工件，在很多生产企业都普遍存在。所以采用倒装式复合模具。如下图所示1.模柄 2.内六角螺钉 3.圆柱定位销 4.导套 5.导柱 6.上模座 7.上模垫板 8.上模 9.上模衬板 10.导套 11.导柱 12. 内六角螺钉 13.卸料板 14.下模 15.挡料钉 16.圆柱定位销 17. 内六角螺钉 18.下模座3.5校核压力机安装尺寸 校核压力机安装尺寸要对冲模总体高度，模座闭合高度等有所查找。 冲模总体结构尺寸必须与选用的压力机相适应即模具的总体平面尺寸应该与压力机工作台或垫板尺寸和滑块下平面尺寸相适应；模具的封闭高度应与压力机的装模高度或封闭高度相适应。 冲模的封闭高度是指模具工作行程终了时上模座的上平面至下模座的下平面之间的距离。 压力机的封闭高度是指滑块在下止点位置时，滑块的下平面至工作台上平面之间的距离。而压力机装模高度是指压力机滑块在下止点时，滑块下平面至垫板上平面之间的距离。封闭高度和装模高度相差一个垫板厚度。 总 结本冲模的特点 采用“有导向落料模”，具有结构简单，操作方便，安全，易于制造，装配和维修的特点，为了更好的完成冲压工作，并能保证尺寸精度及使用功能，又能提高材料的利用率，模具本身要符合设计要求，在保证设计方案可行的基础上，要保证制造成本等方面合理的可行。 本冲模存在的问题及改进方法“止动件落料模”在设计和制造过程中会遇到许多问题，其主要问题和解决方案如下：问题：凸凹模刃口尺寸的控制；解决方案：严格的刃口尺寸计算。问题：送料方向定位元件的选择；解决方案：采用圆柱定位销。问题：冲压力的大小；解决方案：严格的冲压力计算。问题：模具压力中心的确定；解决方案严格的模具压力中心的计算。致谢 时间飞逝而过，转眼间从开始搞毕业设计已经一个月了。论文停笔之际，心中感慨万千。文中有许多的不足和缺憾令我不能释怀。如果能够再深入一些、再完善一些，该多好!论文虽然结束，但学问永无止境，该课题才刚刚迈开第一步，还有待进一步的深入研究。 光阴似箭，转眼间就要告别这段令人难忘的美好时光。想想现在好象才刚刚从大一军训中过来，怎么一切都那么的快，就要面临毕业。心中有依恋、有遗憾，但更多的是庆幸和感激，因为三年来得到那么多师长和学友的无私教导和帮助 经过半月的紧张而又忙碌的搜集整理和半月的精心设计、计算、整体设计、修改、定稿，整整一个月的时间总算没有白费，我们的毕业设计作品终于有所成效了。在这次的毕业设计中，得到了我的指导导师张九强老师的悉心指教，而且得到其他几位老师的关心和帮助，在此一并谨致谢忱。 通过