工艺花瓶的冲模设计毕业设计.docx

摘要本次设计的题目是工艺花瓶的冲模设计,体现了冲压零件的设计要求、内容及设计方向,是一次很有意义的设计.在本次设计中主要针对级进模进行设计。首先对冲裁件进行了结构分析,依次确定模具的类型、结构,接着确定模具的冲裁力和相关尺寸参数的计算,以及标准件的选用,最后运用autocad软件进行零件图和装配图的绘制。本次模具设计并不复杂主要采用理论与实践相结合的方式，运用所学理论知识，以及几次课程设计的经验，基于 cad 软件作图以及所学的模具知识，再阅读大量相关文献资料，教材及新闻背景资料，在辅导老师的指导和帮助下完成本次毕业设计。冲压件是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。实践证明，模具的设计光靠理论知识远远不够，还要有实际的经验才能设计出更合理的模具。所以我在此写下此论文。关键字： 工艺花瓶 ; 级进模 ; autocad软件abstractthe topic of this design is the punching die design craft vase, embodies the design requirements of stamping parts, content and design direction, is a very meaningful design. in this design is aimed at progressive die design. first hedge cutting structure analyses, in turn determine the type, structure of the mould, then determine the mould size parameters of the cutting force and the related calculation, and the choice of standard parts, by using the software of autocad drawing parts drawing and assembly drawing. the design of the mould is not complex mainly adopts the way of combining theory and practice of learning theory knowledge, experience and a few course design, drawing and learned knowledge of mold based on cad software, and then read a large number of relevant literature, teaching material and news background, under the guidance of tutor and help to complete the graduation design.stamping is the use of installed in stamping device (press) on the mold to put pressure on the material to produce a separation or plastic deformation, a processing method to obtain the required parts. practice proved that mould design theory knowledge alone is not enough, must have the practical experience to design a more reasonable mould. so i am writing this thesis.key words: progressive die process vase autocad software目录引言1第一章工艺花瓶的工艺设计31.1工艺花瓶的轴测图及三视图31.2工艺花瓶的工艺分析41.3工艺花瓶的工艺方案选择41.4凸、凹模刃口尺寸计算5第二章相关参数设计72.1 冲裁的排样72.2 各部分工艺力的计算92.3 弯曲力102.4 压力中心的确定122.5 压力机的选取12第三章冲裁模主要零部件设计133.1定位零件的选取133.2卸料零件设计143.3凸、凹模设计143.4 模架的确定18第四章结构零件的设计204.1固定板、垫板的设计204.2导向装置及模柄的设计204.3冲模过程及冲模安全20设计总结23参考文献24致谢2524引言我国模具行业的发展日益受到人们的重视和关注.在机械、电子、汽车、航空航天、电器、仪器仪表和通信等产品中%60%80的零部件都要依靠模具成行,用模具生产的制件具备了高精度、高一致性、高复杂程度、高生产率和低消耗.是其它加工不能比拟的。同时,模具生产技术水平的高低已经成为衡量一个国家产品的制造水平商标的重要标志,预计到2010年我国模具水平将进入亚洲先进水平的行列，在经过一个10年的努力，到2020年将基本达到国际水平,使我国不但成为模具生产大国，而且进入世界模具生产强国。级进模又称连续模或跳步模。它是在模具的工作部位将其分成若干个等距工位，在每个工位上安置了一定的冲压工序，在模具内或模具外设置了控制条料(卷料)按固定距离(步距)送进的机构，使条料沿模具逐工位依序冲压后，到最后工位从条料中便可冲出一个合格的制品零件来。在冷冲压生产中，这类模具称为级进模，工位多于5步的级进模称多工位级进模。采用级进模冲压在提高生产率、降低成本、提高质量和实现冲压自动化等方面有着非常现实的意义。它可以对各种冲压件进行冲裁、弯曲、拉伸、成形等加工。对一些形状特别复杂，或者孔边距较小的冲压件，若采用单工序模或复合模冲制有困难时，则可用级进模对冲压件采取分段的方法逐步冲出。在现代冲压技术中，发展级进模占有重要地位，特别是对大批量生产的冲压件尤其应当采用多工位的级进模。由于模具制造水平的提高，也为发展级进模创造了条件。目前，国内已可自行设计与制造出50多个工位的级进模，其制造精度已可达到微米级。级进模结构复杂，模具制造精度高，模具制造、调试和维修难度大，车间占地面积大，模具尺寸大。中间不能进行退火等软化处理，因此工件材料选用要适当。多工位级进模主要用于中小型复杂冲压件的大批量生产。近年来,模具工业都能以15%左右的增长速度快速发展,除了国有专业模具厂外,集体、合资、独资和私营业都在快速的发展。2005年我国模具产值为610亿人民币,2006年达到720个亿,平均每年以20%-25%的增长速度。标志冲模技术水平的多工位级进模和多功能模具,是我国在精密模具品种的重点发展方向。比较有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具,已经达到国际水平。但是总体和国外多工位级进模相比,在精度、使用寿命、模具结构和功能上,仍有一定的差距。这些差距主要表现在高档轿车和大型汽车覆盖模具及高精度冲模方面. 据中国模具工业协会发布的统计材料表示,2004年,我国我国冲压模具总产量为220亿元,其中出口为0.75亿美元,而根据我国海关统计资料,2004年我国冲压模具进口约为5.61亿美元。从上述统计可算出我国冲压模具市场总需求为260.4亿元,总供应约为213.8亿元,市场满足率为80%有几个具体情况还必须要表明,第一就是进口模具大部分是技术含量高的精密模具,而出口多为技术含量较低的模具。国外模具技术要比我国高。一些高新技术在国外企业中得到广泛应用1.3d设计已达到70-80%,2.pro/e、ug、cimatron等软件得到普遍应用。3.数控机床的普遍应用，保证模具两件的高加工精度和纸质量。4.cad技术逐渐成熟。5.普遍采用高速切削加工技术。6.普遍应用快速成型技术和快速制模技术。在现代化工业生产中，大多数的工业产品需要使用模具加工，模具工业已成为工业发展的基础。作为制造业基础的机械行业，据国际生产技术协会预测，21 世纪机械制造业零件，其粗加工的%75和精加工的%50都将依靠模具完成。因此模具行业已成为国民经济的重要基础工业。随着企业的发展，一个机械企业要想在竞争中立于不败之地。首先这个企业要有自己的加工后台。而此加工后台必须有自己的模具才能不依靠其他企业而生存，所以模具的设计与开发尤为显得重要，所以我据此写下此论文。第一章 工艺花瓶的工艺设计1.1工艺花瓶的轴测图及三视图随着模具行业的高速发展，冲压模具越来越多。各种冲压制件的倍出让生活变得更加美好。在家具摆设里，花瓶便出现了，它主要用来装饰。分析该工件如图2.1，结合图及加工要求可知：工艺花瓶的冲裁件结构并不是很复杂，适合冲压；所给的零件图并未有标注，没有公差的要求，精度并不是很高，可以按it14级来确定工艺花瓶的尺寸公差。图1.1工艺花瓶的轴测图图1.2主视图1.2工艺花瓶的工艺分析按照老师规定的要求，在结合所给零件及生活实际情况可知：（1） 材料：不锈钢，材料厚度:t=2毫米（2） 技术要求：外观光滑，没有毛刺（3） 生产批量：3-5pwcs由于给定的尺寸均未标注尺寸精度和位置精度，粗糙度也无要求。设计师一般按国家标准级公差it14来处理，可以查出这些尺寸的公差.材料为不锈钢，抗剪强度为=314-471mpa，抗拉强度为b=392-588mpa，屈服强度为s=412-490mpa，伸长率为=15%-21%，弹性模量为e=206，具有良好的冲压性能，适合冲裁。 由上图1.2可知工件是由一些圆孔和一个圆筒组成，由于每一个孔都均匀分布，且结构左右中心都对称；所以符合冲压模具的设计要求。加工起来并不是很难。由上面分析工件以及所学的知识可知，该工件工艺性较高，适合冲压加工。1.3工艺花瓶的工艺方案选择（1）工艺花瓶的设计由以上图可以知道工件的形状，并可以确定在模具上的加工步骤，分别为冲孔、弯曲、切边、切断的过程。而可以用来加工这些步骤的模具有：单工序模、复合模、级进模。它们各有各自的优缺点：单工序模：可以提高冲裁件的精度。缺点：不适合用在结构复杂的零件。复合模优点：生产效率较高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。缺点：结构复杂，成本高，不适合小批量生产。级进模优点：生产效率高，设备利用率高适合大批量的生产的零件。缺点：车间占地面积大，成本较高，不适合小批量生产。通过对单工序模、复合模、级进模的优缺点分析，工艺花瓶更适合与级进模加工，最后确定选择级进模来加工。1.4凸、凹模刃口尺寸计算尺寸计算原则由于凸、凹模之间存在一定间隙，所以冲裁件断面都有一定锥度，而在冲裁件尺寸测量和使用中大多数以光亮带尺寸为基准，并遵循以下原则：(1)不管落料还是冲孔，冲裁间隙均选用最小合理间隙值z(2)设计落料模先确定凸模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准。(3)设计冲孔模先确定凹模刃口尺寸，即以凸模刃口尺寸为基准。(4)选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理间隙值。一般冲模精度较工件精度高24级，如果工件无公差，可以根据图形零件精度it10级来处理。非圆形件，按国家标准it14级来处理(5)工件尺寸公差与冲模刃口制造偏差原则按“入体原则”处理。冲孔凸、凹模刃口尺寸计算：确定初始间隙，查4得：=0.246=0.360=0.75属于一般冲孔，所以凸、凹模按分别加工法制造。冲孔；查表4，+=+0.017mm,=-0.012mm。凸模刃口尺寸：=（d+） =（6+0.750.3） =6.225mm凹模刃口尺寸：=（+） =(6.09+0.246)=6.471mm校核+=+=0.029mm-=0.360-0.246=0.114mm满足+-要求。冲mm；查表4得，=0.017mm，=0.012mm。凸模刃口尺寸：=（d+） =（10+0.750.36） =10.27mm凹模刃口尺寸：=（+） =（10.07+0.246）=10.516mm校核+=+=0.029mm；-=0.360-0.246=0.114mm满足+-要求。通过上面计算，可以得到所需要的尺寸。第二章 相关参数设计2.1 冲裁的排样排样原则：（1） 提高材料利用率；（2） 使工人方便、安全、减轻劳动强度；（3） 模具结构简单，寿命大。排样方法：根据材料的合理利用，调料排样分以下几种；（1） 有废料排样：冲裁件精度高、寿命长，材料利用率高；（2） 少废料排样：材料利用率较高，冲裁结构简单；（3） 无废料排样：材料利用率高，但冲裁件质量和寿命较差；确定搭边值：搭边的合理值主要采取冲裁件的板料厚度、材料性质、外轮廓形状及尺寸大小等。由于已知材料厚为2.00mm，材料形状为矩形，查表6-7得：a=1.5mm；=1.2mm送料步距：a=d+a=50+1.5=51.5mm条料宽度：=（+2a）式中:d平行于送料方向的冲裁件宽度；a冲裁件之间搭边值；b调料宽度；条料宽度单向偏差，见表6-8，=0.9。=（300+1.52）=303有零件图可以算出：=2229.4+17948.6+（22+48.6）450.5=10934.7s=d+=300+1.2=301.2mm材料的利用率:=100%=100%=68.5%综上所述,材料排样图；在考虑到这次设计所用的是级进模，根据级进模的排样方法最终确定工艺花瓶采用有废料直排形式，其排样图如下图2.2所示。图2.2排样图2.2 各部分工艺力的计算（1）冲裁力对于普通平刃口的冲裁其冲裁力f按下式计算；f=klt式中：f冲裁力，n；l冲裁件周长，mm；t板料的厚度，mm；材料抗剪强度，mpa；k系数，常取k=1.3；由4得：=510mpa；l=（300+48.6）2=697.2mmf=697.221.351 =924487.2n=924.487kn卸料力：由=f查4得，=0.045；=0.05924.4872 =46.224kn顶尖力：由上式，取=0045则=f=0.045924.4872=41.6kn选择冲床时的总冲压力为：=f+=924.4872+46.224+41.6=1012.31kn2.3 弯曲力圆形件按直径可分为小圆形件和大圆形件两种，其尺寸大小不同弯曲方法也不相同。直径d5mm小圆形件；直径d20mm大圆形件；由图可知其弯曲件为大圆形件。弯曲中性层位置确定：=r+xt式中：曲率半径；t材料厚度，mm；x中性层位移系数，查表4-4；r弯曲件的内弯曲半径；则=24+20.50=25mm弯曲件展开尺寸计算：=78.5mm弯曲力计算：=ap式中：校正弯曲力；a校正部分投影面积；p单位面积校正力；由4得，p=100；=48.6300100=1458kn（1.21.3）取系数1.3，则=1.31458=1895.4kn凸凹模圆角半径：由于弯曲系数k较小，所以凸模圆角半径等于弯曲件的弯曲半径。在实际生活中，凹模圆角半径通常按板料的厚度和凹模的深度选取。当t0.5mm rd=(612)t当 t=0.52mm rd=(36)t由于材料厚2mm，所以凹模厚度：rd=5t=10mm凹模深度：查4得：h=27mm 凹模底部最小厚度l=25mm弯曲凸凹模的间隙确定： z=（t+kt)2 =4.52mm式中：z弯曲凸凹模间隙 t板料厚度基本尺寸 k弯曲间隙系数，查表4-10得：k=0.1弯曲凸凹模计算：本弯曲件标注的内形尺寸，模具工作部分尺寸的计算应按凸模为基准进行计算，设计弯曲凸模时应将弯曲件内形尺寸带入。凸模尺寸：l=(l+0.75） =（50+0.750.62） =50.47mm其中弯曲件尺寸l=50mm,未标注公差。依据弯曲件尺寸，按it14级精度选取，由4得出=0.62mm，按it9级选取=0.062mm。凹模尺寸计：以凹模实际尺寸为基准配做凹模，保证单边间隙zl=(+z)=(50.47+4.52)=54.99mm其中：凸凹模单边间隙z=t(1+n);按弯曲尺寸查表3.36得n=0.05z=t(1+n)=2(1+0.05）=2.1mm;按it9级精度选取=0.062mm经过弯曲获得半成品，为了能够满足要求，必须进行切边。切边分两次完成。因为一次冲切时，当余料快切完最后部分，常常由于废料不能很好的变形而成拉断状况，影响到断面的质量。经过以上的步骤，最后只需切断即可。2.4 压力中心的确定经过分析该工件的上下、左右对称。确定压力中心在工件的中心。为了使充分利用压力机且不易造成故障，压力中心必须和滑块中心重合，假如不重合产生偏离，则压力既不能把所有压力提供给模具就会产生偏心载荷。2.5 压力机的选取压力机的选择包括压力机的类型及规格，选择压力机首先考虑并且了解被冲压零件的一些特点。例如：生产批量、零件的几何形状及尺寸、精度要求、操作与出件方式等。最后进行最适合两者特点的组合来确定类型及规格。压力机的选取规则如下：（1） 压力机的公称压力必须大于模具所需的总压力。（2） 压力机的行程次数必须要达到生产率。（3） 压力机的各个需要参数如（最大装模高度、滑块的行程长度、工作台面尺寸等）必须要满足这次设计要求。通过老师的指导，以及设计要求、查表找相关资料最后确定压力机。型号:闭试单点压力机公称力：2000kn导轨间距：980mm 滑块行程长度:250mm最大装模高度:450mm工作台尺寸:900mm第三 章冲裁模主要零部件设计3.1定位零件的选取为了限定被冲材料的进给步距和正确的将工件安放在冲模上完成下一步冲压工序，必须采用各种形式的定位装置，用于冲模定位零件有导料销、挡料板、定位板、导向销、定距侧刃和侧压装置等。1） 导正销的设计导正销是为了保证冲裁件内孔与外缘相对精度，起到精确定位作用。导正销装在第二个工位上冲孔凸模的工作端面上，在落料前插入已冲好的孔中，使外缘与孔的相对位置对准，然后落料，消除送料和导向所造成的误差，起到精确定位的作用。根据工艺花瓶的设计要求，本次采用导正销的材料t8a；热处理硬度54hrc;如图3.1.2所示图3.1.1导正销2） 定位销的设计定位销是在模具中起到定位模架部分位子。可以使工件在级进模中正确加工。本次对工艺花瓶设计采用12毫米、长度为310毫米的定位销，便可以达到要求，材料45好刚；强度53hrc。如下图3.1.3所示图3.1.2定位销3.2卸料零件设计卸料装置是用于将调料从凸模上卸下的装置，一般分为：刚性卸料和弹性卸料两种。刚性卸料装置：结构简单、用于较厚且精度要求不高的工件冲裁。优点：卸料力大。缺点：加工完成后部分位置不平整。弹性卸料装置：通常用于冲裁厚度小于1.5毫米板料。硬度小、精度高。优点：冲裁件较为平整。缺点：卸料力小。结合上述即对工艺花瓶的要求，本次设计采用弹性卸料装置。弹压式卸料板是活动卸料板的一种。它既起到卸料作用又起到压料作用，由于在工作前对板料有预压作用，所得冲裁零件的质量比较好，平直度较高。因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁采用。根据不同结构的模具情况，卸料板可安装在上模或下模，卸料力由弹簧或橡皮来获得，有时也利用压力机工作台下面的气垫来得到。3.3凸、凹模设计1. 凸模的长度确定：l=+h式中：l冲裁凸模的长度；凸模固定板的厚度；卸料板的厚度；导尺的厚度；h附加长度，一般取1520mm；以上参数：=1520mm；取=20mm；查4得，=18mm；=8mm；h=16mm；所以l=20+18+8+16=62mm凸模承受能力的校核：对凸模最小断面上的承受能力进行计算时，必须使冲裁力p小于或等于危险断面说允许的最大压力，则：=dtd4t式中：凸模内的压应力（mpa）；p冲裁力（n）；a凸模的最小断面面积（）；被冲材料的抗剪强度（mpa）；d圆形凸模的直径；t板料厚度；凸模材料的许用应力，取决于材料、热处理和模具结构，取=520mpa。模具结构对于淬火钢其值可取许应力1.53倍，但=15002000mpa冲裁凸模所允许的最小相对直径（d/t)min之间值列于下表3.3：表3.3最小允许凸模相对直径材料抗剪强度最小相对直径低碳钢2600.50.7不锈钢5201.01.38中碳钢4300.821.15以上参数值：d=6mm=353mpat=2.00mm则d4t带入参数500058所以，符合要求，冲孔凸模如下图所示。图3.3.1冲孔凸模2.凹模的尺寸确定凹模的厚度：整体凹模的厚度h可以按冲裁力的大小进行计算，其经验公式为：h=式中：h凹模厚度；p冲裁力；冲裁轮廓长度修正系数；凹模材料修正系数。已知：p=924480n查表 4、2得：=1.25=1以上参数可得：h=56.5mmc=(1.52)h式中：c凹模壁厚，且c30mm。c=2h=113mm冲孔凹模如下图所示:图3.3.2冲孔凹模3.4 模架的确定模架包括上模座、下模座、模柄及导向装置（导柱、导套）组成1. 模架的基本要求：1) 应有足够的刚度和强度2) 应有足够的精度3) 上、下模之间的导向应精确模架的基本形式：后侧导柱模架、中间导柱模架、对角导柱模架、四导柱模架。选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上及宽度上都应比凹模大3040mm。模板厚度一般等于凹模厚度的11.5倍。模座的宽度应比压力机工作台孔的孔径每边应大4050mm。（1） 垂直于送料方向凹模宽度：b=s+(2.54)h式中：s送料步距；b凹模宽度；h凹模厚度；b=301.5+356.5 =471mm（2） 送料方向的的凹模长度：l=式中：凹模最大刃口尺寸；凹模刃口到侧边的距离；=（1.52）h=256.5=113mm。l=48.5+2113=274.5mm综上所述，查表确定模架为非标准模架，自己设计如下：图3.4图3.4模架简图第四章 结构零件的设计4.1固定板、垫板的设计（1）固定板的选用在冲裁模中，凸模、凸凹模、都是通过固定板结合后安装在模座上的。固定板的周界尺寸与凹模相同。其厚度应为凹模厚度的0.80.9倍。固定板的尺寸需要满足本次设计要求，同时要考虑卸料螺钉、导正销等。固定板一般选用q235制作，有时可用45号钢，本次设计用的是q235。（2）垫板的选用垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，所以降低模座所承受的单位压力，防止模座被压出凹坑，影响凸模的正常工作，其厚度一般取310毫米，材料一般选用t7、t8或45号钢。本次采用垫板厚度10毫米，材料选45号钢热处理采用45hrc就可以满足本次要求。4.2导向装置及模柄的设计（1）导向装置导向装置在模具加工过程中，主要用于定位和导向作用。从而保证零件的精度。本次设计选用导套和导柱来完成，且导套导柱必须要硬度高且耐磨性好，本次设计的导套导柱采用45号钢，热处理5792hrc。（2）模柄的设计模柄的形式很多，常有整体式模柄、压入式模柄、旋入式模柄、螺钉固定式模柄、浮动式模柄等结构形式。通过对零件和模具的设计要求来分析。以及好的的指导下，我本次采用压入式模柄，材料为q235。4.3冲模过程及冲模安全（1）模具冲模过程如图4-1所示，该模具是用挡料销和导正销定距的冲孔、弯曲、切边、切断级进模进行冲裁的。图4-11-下模座 2-卸料螺钉 3-凸模 4-橡胶圈 5-凸模固定板 6-垫板 7-上模座 8-模柄 9-凸模 10-导套 11-圆柱销 12-导柱 13-卸料板 14-螺钉 15-凹模固定板 16螺钉 17-卸料板 18-凸模 19-导正销（2）冲模安全冲模时，我们必须保证工人和机器的安全。通常机器出现故障会造成人身的安全。所以我们必须遵循以下原则：1）安装模具应该按照设计安装。2）操作人员一定要有操作空间，必须带好安全装备等。模具各部分的零件材料必须严格按照设计者来制造，同时要对模具进行定期检查。3）对于小型零件的冲压，模具结构应能防止冲压时操作人员的肢体进入模具的工作区内。4)模具尽量做到操作简单。模具结构应有利于送料、定位、初见、清理废料的作业。5）模具在冲压过程中不发生冲压件后的废料出料有飞溅现象，影响操作人甚至造成人身伤害。6）重量超过26kg的模具应有搬运起重设备，为模具搬运、安装的安全操作提供方便。7）操作者必须按照规章制度操作，同时不能疲劳操作。设计总结时光如梭，转眼间就要毕业，大学的生活也随之逝去，就要步入社会社会的我充满着各种迷茫和挑战。通过这次的毕业论文设计，让加深了大学4年所学的知识。让我更加有信心去面对一切