毕业设计（论文）-三角形水阀垫片冲压模具设计.doc

四川理工学院毕业设计 论文 三角形水阀垫片冲压模具设计 学 生 学 号 10011022479 专 业 材料成型与控制工程 班 级 材控 2010 4 指导教师 四川理工学院机械工程学院 二 O 一四年六月 四四 川川 理理 工工 学学 院院 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 设计 论文 题目 水阀垫片冲压工艺及其模具设计 学院 机械学院 专业 材控 班级 10 级 4 班 学号 10011022479 学生 指导教师 接受任务时间 2014 03 03 教研室主任 签名 院长 签名 一一 毕业设计 论文 的主要内容及基本要求毕业设计 论文 的主要内容及基本要求 内容内容 水阀垫片冲压工艺及其模具设计 产品工件图见附图 生产批量 大批量 要求要求 要求有摘要 中 英文 目录 设计任务书 产品图及设计说明书 1 工件工艺性分析 1 根据工件图 分析其形状 尺寸 精度 断面质量 装配关系等要求 2 根据生产批量 决定模具的结构形式 选用材料 3 分析工件所用材料是否符合冲压工艺要求 2 确定合理的工艺方案 应有两个以上的工艺方案比较分析 1 根据工艺分析 确定基本的工序性质 如 落料 拉深 2 根据工艺计算 确定工序数目 3 根据生产批量和条件 材料 设备 工件精度 确定工序组合 如 复 合冲压工序或连续冲压工序 3 工艺计算 1 计算毛坯尺寸 合理排样 绘排样图 计算材料利用率 2 计算冲压力 如 冲裁力 弯曲力 拉伸力 卸料力 推件力 压边力 等以便确定压力机 3 计算压力中心 防止模具受偏心负荷 受损 4 计算并确定模具主要零件 凸模 凹模 凸模固定板 垫板等 外形尺 寸及弹性元件的自由高度 5 确定凸 凹模间隙 计算凸 凹模工作部分尺寸 6 确定级进模工位 定距方法 挡料方法等 4 模具总体结构设计 1 进行模具结构设计 确定结构件形式和标准 2 绘制模具总体结构草图 初步计算并确定模具闭合高度 概算模具外形 尺寸 5 选择冲压设备 根据工厂现有设备及要完成的冲压工序性质 冲压加工所需的变形力 变形功和 模具的闭合高度 轮廓尺寸等因素 选用压力机的型号 规格 6 模具图样设计 1 绘制模具总图 主视图 常取模具的工作位置 采用剖面画法 俯视图或仰视图 一般是将上模部分 或下模部分 拿掉 视图只反映模 具的下模俯视 或上模俯视 可见部分 侧视图和局部视图等 必要时画 制件图 常画在图样的右上角 要注明其材料 规格 制件本身的尺寸 公差 技术要求等 排样图 必须在制件图下面绘制 应标明料宽 步距 搭边值 技术要求及说明 一般在标题的上面写出该模具的冲压力 模具闭合高度 模具标记所选设备型号等其他要求 列出零件明细表 2 绘制非标准零件图 零号总装图一张 模具工作部分零件图 8 张 3 号图纸 要求总量达 到 1 张零号图纸 3 编写相应技术文件 毕业设计说明书一份 论文字数不少于 2 万字 用电脑打印 4 审核 按规定时间完成 上缴本课题设计资料进行审核 并答辩 二 指定查阅的主要参考文献及说明二 指定查阅的主要参考文献及说明 1 实用模具设计与制造手册 许发樾主编 机械工业出版社 2000 10 2 冲模设计手册 冲模设计手册 编写组编注 机械工业出版社 1999 06 3 实用冲压技术手册 王孝培主编 机械工业出版社 2001 03 4 冲压工艺与模具设计 姜奎华主编 机械工业出版社 1999 1 5 互换性与技术测量 廖念创等 计量出版社 1998 02 6 金属材料及热处理 上海工大史美堂主编 上海科技出版社 1980 07 7 冲模图册 李天佑主编 机械工业出版社 1995 10 三三 进度安排进度安排 步骤设计 论文 各阶段名称起止日期 1收集文献 提出体系架构需求 完成开题报 告 2014 03 03 2014 03 16 2确定设计方案 完成所有工艺计算 重点解 决关键疑难问题并分析 2014 03 17 2014 04 13 3撰写论文 完成装配图及零件图2014 04 14 2014 05 11 4校对 修改加工论文及图纸2014 05 12 2014 05 25 5毕业设计修改及提交 准备答辩2014 05 26 2014 06 01 6答辩及资料汇总2014 06 02 2014 06 21 四四 毕业设计附图毕业设计附图 名称 水阀垫片工件图 1 材料技术要求 1 厚度 1mm 2 材料 Q235 3 表面质量 平整 2 中批量生产 3 公差按照 IT14 产品图详见下图 1 1 图 1 1 水阀垫片工件图 I 摘 要 本文设计的题目是三角形水阀垫片的冲压模具设计 通过对零件的结构 尺寸 精度 材料等分析 确定模具冲压方案为倒装复合模 采用手工送料 后侧导柱导向 方式导向 导料销定位 固定导料销定距 采用弹性卸料方式卸料 利用推杆和推件 块构成的刚性推件装置卸料 设计的该模具可以满足使用要求 关键词 倒装复合模 弹性卸料 刚性推件方式 II ABSTRACT This article is designed punching blanking Progressive Die Die practical examples of relatively simple structure easy to use and reliable Stamping die mainly of sheet metal forming have been separated or parts of the processing methods Because the production of large quantities of mold manufacturing mold and stamping products to ensure dimensional accuracy and quality of products Die Design and Manufacture of the main mold design taking into account the work of the process can meet the requirements of design can be processed into qualified parts as well as subsequent maintenance and storage such as is reasonable In the design of the gasket hole accuracy is more important outside the outer fillet size precision not only have to consider so that the parts made to meet the job requirements but also to ensure his life the card order process non standard parts of the process of card processing technology Keywords Progressive Die Stamping Design 目 录 摘摘 要要 I ABSTRACTABSTRACT II 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 1 课题背景 1 1 2 我国模具工业和技术的发展方向 1 3 课题研究的意义 第第 2 2 章章 零件工艺性分析零件工艺性分析 2 2 1 工艺分析 2 2 2 冲裁工艺方案的确定 4 2 3 模具总体结构设计方案 5 2 3 1 模具类型的选择 5 2 3 2 操作与定位方式 5 2 3 3 模具总体结构设计方案 5 2 3 4 导向方式的选择 5 第第 3 3 章章 模具设计工艺计算模具设计工艺计算 6 3 1 排样 计算条料宽度及步距的确定 6 3 1 1 排样设计与计算 6 3 1 2 搭边值的确定 7 3 1 3 送料步距与条料宽度计算 8 3 1 4 计算材料利用率 9 第第 4 4 章章 冲压力的计算冲压力的计算 12 4 1 计算冲裁力的公式 12 4 1 1 冲孔力的的计算 12 冲 F 4 1 2 落料力的计算 12 落 F 4 1 3 卸料力和推件力的计算 13 4 1 4 总压力的计算 14 4 2 压力中心的确定和初选压力机 14 4 2 1 确定压力中心 14 4 2 2 初选压力机 15 第第 5 5 章章 凸模与凹模刃口尺寸的计算凸模与凹模刃口尺寸的计算 17 5 1 冲裁模刃口尺寸计算的基本原则 17 5 2 冲裁模刃口尺寸的方法 18 5 3 落料凸 凹模刃口尺寸磨损分析与计算 20 第第 6 6 章章 模具主要工作零部件设计模具主要工作零部件设计 24 6 1 凹模的设计 24 6 1 1 冲孔凸模的设计 26 6 1 2 校核冲孔凸模强度 27 6 1 3 凸凹模高度的确定 28 6 1 4 凸凹模内外刃口间壁厚校核 28 6 1 5 冲裁刃口高度 29 6 1 6 凸模与卸料板间隙选取 29 6 2 卸料装置的确定 30 6 2 1 卸料零件 30 6 2 2 卸料板的设计 30 6 2 3 卸料螺钉的选用 30 6 2 4 弹性元件的选用与计算 31 6 3 推件装置设计 32 6 3 1 定位方式的选择 33 6 4 模架及导柱导套的设计 34 6 4 1 上下模座的确定 34 6 4 2 导柱与导套的设计 35 6 4 3 模柄及尺寸确定 36 6 4 4 确定模具的闭合高度 37 6 5 其它螺钉长度选择标准 37 6 6 圆柱销尺寸选用标准 37 6 7 其它模具零件结构尺寸 37 6 8 冲压设备的选定 38 第第 7 7 章章 模具三维建模模具三维建模 39 7 1 三维装配模型 39 7 2 三维爆炸图 40 第第 8 8 章章 主要模具零件加工工艺过程的确定主要模具零件加工工艺过程的确定 42 8 1 工作零件加工工艺过程 42 8 1 1 落料凹模加工工艺过程 43 8 1 2 冲孔小凸模加工工艺过程 43 8 1 3 冲孔大凸模加工工艺过程 43 8 1 4 凸凹模加工工艺过程 43 8 2 其它模具零件的加工 44 8 2 1 凸模固定板加工工艺过程 45 8 2 3 卸料板加工工艺过程 45 8 2 4 上垫板加工工艺过程 46 8 2 5 上模座加工工艺过程 46 8 2 6 下模座加工工艺过程 46 8 3 模具的装配 46 第第 9 9 章章 结论结论 48 致致 谢谢 49 第 1 章 绪论 4 第 1 章 绪论 1 1 课题背景 近年许多模具企业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 一些国内模具企业已普及了二维 CAD 为适应模具产品 交货期短 精度 高 质量好 和 价格低 的服务要求 并陆续开始使用 UGNX4 0 CAXA Solidworks AutoCAD2007 Pro Engineer 等国际通用软件 个别 厂家还引进了 Moldflow C Flow DYNAFORM Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软 件 并成功应用于冲压模的设计中 UGNX4 0 和 Solidwork 是比较常用的三维机械设计软件 能满足中小型企业模具 设计需求 并能大大减少了设计师的工作量 节约了工作时间 提高了工作效率 使 设计师把更多的精力用在新产品的开发及创新上 1 2 我国模具工业和技术的发展方向 随着国际交往的日益增多和外资在中国模具行业的投入日渐增加 中国模具产业 已经与世界模具产业密不可分 中国模具在世界中的地位和影响越来越重要 我国模 具工业和技术的主要发展方向将主要集中在以下几个方面 1 模具结构日趋大型 精密 复杂 模具寿命日益提高 一方面由于成型 形 零件日趋大型化以及高效率生产所要求的一模多腔 如塑 封模已经达到一模几百腔 使模具日趋大型化 另一方面 随着零件微型化和模具结 构发展的要求 如多工位级进模工位数的增加 其步距精度的提高 模具精度由原来 的 5 m 提高到 2 3 m 今后有些模具加工精度公差更是要求在 1 m 以下 这必将促 进超精密加工的发展 2 CAD CAE CAM 技术在模具设计制造中的广泛应用 模具制造是设计的延续 推行模具设计与制造一体化可达到优化设计的要求 实 践证明 模具 CAD CAM CAE 技术是当今最合理的模具生产方式 即可用于建模 为 数控加工提供 NC 程序 也可针对不同的模具类型 以相应的基础理论 通过数值模 拟方法达到预测产品成型 形 过程的目的 改善模具结构 从 CAD CAE CAM 一体 四川理工学院毕业设计 论文 5 化的角度分析 其发展趋势是集成化 三维化 智能化和网络化 其核心理念是让用 户在统一的环境中实现 CAD CAE CAM 协同作业 以便充分发挥各单元的优势和攻效 3 快速经济制模技术的推广应用 快速模具制造及快速成型技术 RP 是在近两年内迅速发展起来的 并向着高精 度 更快捷的方向发展 与传统的模具技术相比 该技术具有制模周期短 成本低的 特点 是综合经济效益较显著的模具制造技术 近年来快速模具制造嫁接了先进的 RP 及 NC 技术 有效满足了一些高精度 高寿命模具的生产需求 具体新技术包括快速 原型制造技术 RPM 表面现象成形技术 浇铸成型制模技术 冷挤压及超塑成形制 模技术等 4 新技术在塑料模具中的推广应用 采用新型热流道技术是塑料模设计制造中的一大变革 可显著提高模具制造的生 产效率和质量 并能大幅度节省制件的原材料和节约能源 国外模具企业已有一半用 上了该项技术 有的企业甚至已达 80 以上 气体辅助注射成型也是塑料成型的一种 新工艺 它具有注射压力低 制品翘曲变形少 表面好 易于成型 壁厚差异可以较 大等优点 可在保证产品质量的前提下 大幅度降低成本 5 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率 模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期 还能提高模具的质 量和降低模具制造成本 模具标准件应进一步增加规格 品种 发展和完善销售网络 保证供货速度 为客户提供交货期短 精度高 生产工艺性好 使用寿命长 价格低 的优质模具标准件 6 开发优质模具材料和先进的表面处理技术 模具材料是模具工业的基础 当前 国外模具材料系列日趋完善与细化 系列化 程度已越来越高 中国是世界第一产钢大国 国内开发的高级优质模具钢品种虽然不 少 但推广应用不足 每年所需要约 70 万顿模具钢 有相当一部分需要进口 为了扭 转这种局面 应根据模具对使用性能的新要求 通过调整材料部分 或借助先进的工 艺方法和工艺手段 不断开发具有特殊使用性能的新型模具材料 7 高速铣削在模具加工中的推广应用 高速铣削具有工件温升低 切削力小 加工平稳 加工质量好 加工效率高 为 普通铣削加工的 5 10 倍 及可加工硬材料 60HRC 等诸多优点 是高精度型腔模 具的重要加工手段 国外近年来发展的高速铣削加工 主轴转速可达到 40000 100000r min 快速进给速度达到 30 40m min 换刀时间可提高到 1 3s 大 第 1 章 绪论 6 副度提高了加工效率 并可获得 Ra 10 m 的加工表面粗糙度 形状精度可达 10 m 高速铣削加工技术的发展 促进了模具加工的发展 特别是给汽车 家电行业中大型 腔模具制造方面注入了新的活力 8 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程 随着三坐标测量机 扫描仪等先进测量仪器的应用 现代检测技术正向高速度 高精度 高适应性 数字化 自动化方向发展 逆向工程 RE 又称反向工程或求反工程 通过对实物或零件进行扫描测量以及 各种先进的数据处理手段获得产品的几何信息 然后充分利用 CAD CAM 技术快速 准确地建立产品的数字几何模型 进行数据重构设计 最后经过适当的工程分析 结 构设计和 CAM 编程 就可以加工出产品模具 9 开发成形新工艺和模具 培养新理念和新模式 在成形工艺方面 主要有冲压模具功能复合化 超塑性成形 塑性精密成形技术 塑料模气体辅助注射技术及热流道技术 高压注射成形技术等 另外 随着先进制造 技术的不断发展和模具行业整体水平的提高 在模具行业出现了一些新的设计 生产 管理理念与模式 主要有 适应模具单件生产特点的柔性制造技术 创造最佳管理和 效益的团队精神 精益生产 提高快速应变能力的并行工程 虚拟制造及全球敏捷制 造 网络制造等新的生产哲理 广泛采用标准件的分工协作生产模式 适应可持续发 展和环保要求的绿色设计与制造等 此外 大力研发模具的抛光技术和模具制造设备 可进一步改善成型产品的表面质量 1 3 课题研究的意义 由于该冲压模具的设计包含了产品的工艺分析 模具的结构设计 零部件尺寸的 计算以及大量 CAD 制图任务等 可以让人更深入的了解整个设计过程 对即将跨入模 具行业我们 能完成一个像这样的课题 应该很不错了 这个课题不仅增加了我们对 模具设计整体的感性认识 并且充分的考验了我们所学的知识 如大量 CAD 制图技术 更重要的是通过整个设计 知道了我们该改善的地方 增加了我们进入这个行业的 信心 以便更好的适应这个行业 四川理工学院毕业设计 论文 7 第 2 章 零件工艺性分析 2 1 工艺分析 工件简图 如图 2 1 所示 图 2 1 零件图 零件名称 三角形水阀垫片 生产批量 中批量 材料 Q235 材料厚度 t 1 0mm 分析如下 1 材料 该冲裁件的材料 Q235 钢 具有较好的可冲压性能 适合冲裁 2 零件结构 该冲裁件结构相对简单 需要进行冲孔 落料两道基本工序 尺寸适 中有30mm 的孔 R5mm R7 mm 和 R23 mm 的圆弧和 3 个8mm 的孔 孔与孔 孔 与边缘之间的距离也满足要求 3 尺寸精度 零件图上的形状尺寸均未标注公差 属自由尺寸 尺寸精度较低 可按 IT14 级确定工件的公差 普通冲裁完全能满足冲裁要求 查公差表可得各尺寸公差为 零件外形 mm mm mm 0 300 0 5 0 360 0 7 0 520 0 23 零件内形 mm mm 360 0 0 8 620 0 0 30 第 1 章 绪论 8 孔心距 23mm 12 0 结论 经分析该制件可以进行冲裁 由于制件为大批量生产 应重视模具材料和结构的选择 保证模具的复杂程度 和 模具的寿命 表 2 1 普通结构碳素钢的成分 性能 s Mpa 5 Mpa 化学成分 钢材厚 度或直径 16mm 钢号等级 WC 不小于 b Mpa Q1950 06 0 1219533315 390 A Q215 B 0 19 0 1521531335 410 A0 14 0 22 B0 12 0 20 C 0 18 Q235 D 0 17 23526375 460 A Q255 B 0 18 0 2825524410 510 Q2750 28 0 3827520490 610 表 2 2 部分碳素钢抗剪性能 材料名称牌号材料状态 抗剪强度 Mpa Q195260 320 Q235310 380普通碳素钢 Q275 未退火 400 500 从表 3 1 表 3 2 中查出 Q235 抗剪强度 310 380Mpa 抗拉强度 375 460Mpa 伸 长 率 26 屈服强度 s 235Mpa 四川理工学院毕业设计 论文 9 分析其化学性能较好 此材料具有较高的弹性和良好的塑性 其冲裁加工性好 故选择 Q235 钢材料 根据以上分析 该零件的工艺性较好 可以冲裁加工 2 2 冲裁工艺方案的确定 该零件生产为冲孔 落料工序 由于零件结构较简单 精度较较高 采用装复合 模冲裁时 倒装复合模结构简单 又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件 卸件 可靠 便于操作 通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量和避 免模具强度不够的问题 该零件在冲裁时它包括冲孔和落料两道基本工序 可采用以下三种方案 1 先落料 再冲孔 采用单工序模生产 2 冲孔 落料复合冲压 采用复合模生产 3 冲孔 落料连续冲压 采用连续模生产 其三种方案的性能比较见表 2 3 比较项目单工序模级进模复合模 工件尺寸精 度 较低一般 IT11较高一般 IT9 工件形位公 差 工件不平整 同轴度 对称度 及位置度误差大 不太平整 有时要校平 同 轴度 对称度及 位置度误差大 工件平整 同 轴度 对称度及位 置度较小 冲压生产率 低 冲床一 次行程内只能完 成一个工序 高 冲床一 次行程内完成多 个工序 较高 冲床一 次行程可完成两个 以上工序 实现操作机 械化自动化的可 能性 较易 尤其 适合多共位冲床 上实现自动化 容易 尤其 适合于单机上实 现自动化 难 工作与废 料排除较复杂 只 能在单机上实现部 分机械化操作 对材料的要对条料要求对条料或宽对条料要求不 第 1 章 绪论 10 求不严 可用边角 料 度要求严格严 可用边角料 生产安全性安全性较差比较安全安全性较差 模具制造的 难易程度 较易 结构 简单 制造周期 短 价格低 形状简单件 比用复合模制造 难度低 形状复杂件 比用级进模的制造 难度低 应用 通用性好 使用中 小批量 生产和大型件大 批量生产 通用性好 适合于形状简单 尺寸不大 精度 要求不高件的大 批量生产 通用性差 适 合于形状复杂 尺 寸不大 精度要求 较高件的大批量生 产 综合表 2 3 分析 由于零件的结构简单 制造相对比较简单 操作也方便 为提 高生产率 综合以上三种方案分析采用第二种冲孔 落料倒装复合冲裁模作为冲裁工 艺方案 2 3 模具总体结构设计方案 2 3 1 模具类型的选择模具类型的选择 由冲压工艺分析可知 采用复合冲压 即模具类型为倒装复合模 2 3 2 操作与定位方式操作与定位方式 根据零件的生产批量小 但合理安排生产可用手工送料方式一能够达到批量要求 且能降低模具成本 因此采用手工送料的方式 考虑零件尺寸较小 材料厚度较薄 为了便于操作和保证零件精度 采用后侧导柱的导向方式 定位方式为导料销 同侧 2 个 定位 采用固定挡料销定距控制条料的送进步距 2 3 3 模具总体结构设计方案模具总体结构设计方案 由于冲裁件厚度为 1 0mm 相对较薄 卸料力不大 故采用弹性卸料装置由卸料 板 卸料螺钉和弹簧组成 出件方式为下出件方式 由推杆和推件块组成的刚性推件 四川理工学院毕业设计 论文 11 装置推出 冲孔的废料可通过凸凹模的内孔从冲床台面孔掉下 2 3 4 导向方式的选择导向方式的选择 为了提高模具寿命和工作质量 方便安装调整 该复合模采用后侧导柱的导向方 式 四川理工学院毕业设计 论文 12 第 3 章 模具设计工艺计算 3 1 排样 计算条料宽度及步距的确定 3 1 1 排样设计与计算排样设计与计算 排样合理与否不但影响材料的经济利用 还影响到制件的质量 模具的结构与寿 命 制件的生产率和模具的成本等技术 经济指标 因此 排样时应考虑如下原则 1 提高材料利用率 不影响制件使用性能前提下 还可适当改变制件形状 2 排样方法应使操作方便 劳动强度小且安全 3 模具结构简单 寿命高 4 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求 如图 3 1 排样图 根据材料经济利用程度 排样方法可以分为有废料 少废料和无废料排样三种 根据制件在条料上的布置形式 排样有可以分为直排 斜排 对排 混合排 多排等 多重形式 该零件厚度较薄 尺寸较小 3 个 R7 的圆弧位于整个圆的 120 的特点 考虑到 模具寿命要求不是很高 为了保证加工和设计计算方便 采用直排排样方法 这种排 样有很大的缺点就是材料利用率很低 如图 2 所示的排样方法 四川理工学院毕业设计 论文 13 3 1 2 搭边值的确定搭边值的确定 表 3 1 搭边 a 和 a1 数值 低碳钢 搭边是废料 从节省材料出发 搭边值应愈小愈好 但过小的搭边容易挤进凹模 增加刃口磨损 降低模具寿命 并且也影响冲裁件的剪切表面质量 一般来说 搭边 值是由经验确定的 考虑 1 材料的力学性能 塑性好的材料 搭边值要大 些 硬度高与强度大的材料 搭 边值小一些 2 材料的厚度 材料越厚 搭边值也越大 3 工件的形状和尺寸 工件外形越复杂 圆角半径越小 搭边值也越大 4 排样的形式对排的搭边值大于直排的搭边 5 运料及挡料方式用手工送料 有侧压板导向的搭边值可小一些 该制件是非圆形制件 根据尺寸从表 5 1 中查出 两制件之间的搭边值 a1 0 8 mm 侧搭边值 a 1 0 mm 由于该制件的材料是 Q235 钢 所以两制件之间的搭边值为 a1 0 8 1 1 2 0 8 0 96 mm 取 a1 0 8 mm 侧搭边值 a 1 0 1 1 2 1 0 1 2 mm 第 3 章 模具设计工艺计算 14 取 a 1 0 mm 3 1 3 送料步距与条料宽度计算送料步距与条料宽度计算 在排样方案和搭边值确定之后 就可以确定条料的宽度 进而确定导料板间的距 离 1 送料步距 A 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距 每个步距可冲出 一个或多个零件 送料步距公式由公式 5 1 计算 A D a1 3 1 式中 D 平行于送料方向的冲裁件宽度 a1 冲裁件之间搭边值 A D a1 53 8 0 8 54 6mm 2 计算条料宽度有三种情况需要考虑 有侧压装置时条料的宽度 无侧压装置时条料的宽度 有定距侧刃时条料的宽度 表 3 2 条料宽度偏差 mm 材料厚度 t mm条料宽度 B mm 0 5 0 5 1 1 2 20 0 050 080 10 20 30 0 080 100 15 30 50 0 100 150 20 根据模具设计要求和每次能保证顺利冲裁采用无侧压装置的模具 能使条料始终沿 着导料销 两个 送进 条料宽度 B 计算 条料是由板料剪裁下料而得 为保证送料顺利 规定其上偏差 为零 下偏差为负值 条料宽度由公式 5 2 计算 四川理工学院毕业设计 论文 15 B D 2a C 3 2 0 式中 D 冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸 a 冲裁件与条料侧边的搭边 C 条料与导料板之间的间隙 即条料的可能摆动量 经查表 5 2 和表 5 3 得 0 15mm C 0 5mm B D 2a C 0 53 8 2 1 0 5 0 0 15 56 30 0 15 mm 表 3 3 导料板与条料之间的最小间隙 Zmin mm 无 侧 压 装 置 条 料 宽 度 B mm材料厚度 t mm 100 以下100 以上 0 5 0 5 1 1 2 2 3 3 4 4 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 1 1 1 1 3 1 4 计算材料利用率计算材料利用率 定义 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率 它是衡量合 理利用材料的指标 一个步距内的材料利用率计算公式如下 3 3 100 BS A 式中 一个步距内冲裁件的实际面积 A 条料宽度 B 步距 S 第 3 章 模具设计工艺计算 16 由公式 3 3 得 100 BS A 36 100 6 54 3 56 79 1058 查板材标准 宜选的钢板 mmmm 1000500 横裁时的条料数为 n1 1000 B 1000 56 3 17 可冲 17 条 每条件数为 n2 500 a S 500 0 8 54 9 可冲 9 件 板料可冲总件数为 n n1 n2 17 9 153 件 横裁时一张板料的利用率由公式 5 3 计算得出 100 1 BS nA 总 式中 一张板料上冲裁件的总数目 n 一个冲裁件的实际面积 1 A 板料 或带料 条料 长度 L 板料 或带料 条料 宽度 B 由公式 3 3 得 100 1 LB nA 总 32 100 1000500 79 1058917 即一张板材的材料利用率为 32 纵裁时的条料数为 n1 500 56 3 四川理工学院毕业设计 论文 17 500 28 8 8 可冲 8 条 每条件数为 n2 1000 a S 1000 0 8 54 6 18 5 可冲 18 件 板料可冲总件数为 n n1 n2 8 18 144 件 纵裁时一张板料的利用率由公式 5 3 计算得出 100 1 BS nA 总 式中 一张板料上冲裁件的总数目 n 一个冲裁件的实际面积 1 A 板料 或带料 条料 长度 L 板料 或带料 条料 宽度 B 由公式 3 3 得 100 1 LB nA 总 5 30 100 1000500 79 1058818 即一张板材的材料利用率为 30 5 经分析计算板料横裁的利用率要高于竖裁 所以选用横裁 由于采用的是直排排 样方法在加上冲裁件的本身外形决定了材料利用率很低 第 3 章 模具设计工艺计算 18 四川理工学院毕业设计 论文 19 第 4 章 冲压力的计算 4 1 计算冲裁力的公式 计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机 设计模具和检验模具的强度 压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力 以适应冲裁的需求 普通平刃冲裁模 其总 冲裁力 FP按公式 4 1 计算 Fp KptL 6 1 式中 材料抗剪强度 见附表 MPa L 冲裁周边总长 mm t 材料厚度 mm 系数是考虑到冲裁模刃口的磨损 凸模与凹模间隙之波动 数值的变化或 P K 一般取 1 3 在此模具中取 1 3 当查不到抗剪强度 r 时 可以用抗拉强度 b 代 P K 替 而取 Kp 1 的近似计算法计算 的数值取决于材料的种类和坯料的原始状态 可在设计资料及有关手册中查 找 本设计的取值通过查表 3 2 确定 取 320 MPa 4 1 1 冲孔力冲孔力的的计算的的计算 冲 F 冲孔时的周边长度为 L1 3 2 d 2 d 3 2 3 14 4 2 3 14 15 169 56 mm 冲孔力由公式 6 1 计算 1tLKF P 冲 4 1 2 落料力落料力的计算的计算 落 F 冲裁落料周边总长为 L2 170 25mm N96 70536 32056 1690 13 1 第 4 章 冲压力的计算 20 落料力由公式 6 1 2tLKF P 落 N70824 32025 1700 13 1 总冲裁力 Fp 70536 96 70824 141360 96 冲 F 落 FN 4 1 3 卸料力和推件力的计算卸料力和推件力的计算 在冲模结束时 由于材料弹性回复 包括径向弹性回复和弹性翘曲的回复 及摩 擦的存在 将冲落部分材料强塞到凹模内 而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上 为使 冲裁工作继续进行 必须将紧箍在凸模上的料卸下 将凹模内的料推出 从凸模上卸 下箍着的料所需力称卸料力 将强塞到凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称推件 力 因此 需要有推件力和卸料力的作用 卸料力和推件力计算公式如下 卸料力 6 2 PQ KFF 推件力 6 3 PQ FnKF 11 式中 冲裁力 P FN 卸料力系数 其值为 0 02 0 06 薄料取大值 厚料取小值 K 推料力系数 其值为 0 03 0 07 薄料取大值 厚料取小值 1 K 梗塞在凹模内的制件或废料数量 nthn 直刃口部分的高 hmm 卸料力和推料力的系数通过查表 6 1 确定 卸料力系数取 K 0 05 推件力系数 取 0 055 1 K 梗塞在凹模内的制件或废料数量取 4n 由公式 6 2 得卸料力 PQ KFF 四川理工学院毕业设计 论文 21 N04 7068 96 14136005 0 由公式 6 3 得推料力 PQ FnKF 11 表 4 1 卸料力 推件力和顶件力系数 料厚 t mm 钢 0 1 0 1 0 5 0 5 0 25 2 5 6 5 6 5 0 065 0 075 0 045 0 055 0 04 0 05 0 03 0 04 0 02 0 03 0 1 0 063 0 055 0 045 0 025 0 14 0 08 0 06 0 05 0 03 铝 铝合金 纯铜 黄铜 0 025 0 08 0 02 0 06 0 03 0 07 0 03 0 09 4 1 4 总压力的计算总压力的计算 总压力等于该模具中所用压力之和 采用弹性卸料装置下出件的模具时的总压力 为 1QQ FFFFF 落冲总 N 53 179 41 3109904 06870824796 05367 故模具的总压力为 179 53N N41 31099 96 141360055 0 4 第 4 章 冲压力的计算 22 4 2 压力中心的确定和初选压力机 4 2 1 确定压力中心确定压力中心 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置 为了确保压力机和模具正 常工作 应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合 对于带有模柄的冲压模 压力中心应通过模柄的轴心线 否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷 使滑块和 导轨之间产生过大的磨损 模具导向零件加速磨损 降低模具和压力机的使用寿命 模具的压力中心 可安以下原则来确定 1 对称零件的单个冲裁件 冲模的压力中心为冲裁件的几何中心 2 工件形状相同且分布对称时 冲模的压力中心与零件的对称中心相重合 3 各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩 求出合力作用 点的坐标位置 0 0 x 0 y 0 即为所求模具的压力中心 其中 L1 L2 L3 LN分别为各冲裁周边长度 图 4 1 压力中心简图 四川理工学院毕业设计 论文 23 按比例画出零件形状 选定坐标系 XoY 因零件形状相同且分布位置对称 压力 中心中心与零件的对称中心相重合 即 所以该零件的压力中心在图0 0 0 0 形的几何中心 O 处 如图 6 1 所示 4 2 2 初选压力机初选压力机 表 8 压力机规格表 型号 JG21 14 J21 16 J21 G 20 J12 25 JA21 35 公称压力 吨1416202535 划块行程 mm5056306035 划块行程次数 次 min 10080 100 350 105130 最大闭合高度 mm 175200280312280 闭合高度调节 量 mm 4040505560 划块中心线至 床身距离 mm 130140150200205 前 后 185185280160210 215270 工作 台尺寸 mm 左 右 190190165 垫块厚度 mm4040755060 直 径 2525405060模柄 孔尺寸 mm 深 度 3040558080 根据冲压力的计算和压力中心的计算 选择开式固定压力机的型号为 J21G 20 如 图 6 2 所示 第 4 章 冲压力的计算 24 四川理工学院毕业设计 论文 25 第 5 章 凸模与凹模刃口尺寸的计算 5 1 冲裁模刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度 模具的合理间隙值也要靠模 具刃口尺寸及制造精度来保证 正确确定模具刃口尺寸及其制造公差 是设计冲裁模 主要任务之一 从生产实践中可以发现 1 由于凸 凹模之间存在间隙 使落下的料或冲出的孔都带有锥度 且落料件的 大端尺寸等于凹模尺寸 冲裁件的小端尺寸等于凸模尺寸 2 在测量与使用中 落料件是以大端尺寸为基准 冲孔孔径是以小端尺寸为基准 3 冲裁时 凸 凹模要与冲裁件或废料发生摩擦 凸模愈磨愈小 凹模愈磨愈大 结果使间隙磨摩愈大 由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时考虑下述原则 1 落料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 以凹模为准 间隙取在凸模上 设计冲孔模时 以凸模为基准 间隙取在凹模 上 2 考虑到冲裁中凸 凹模的磨损 设计落料模时 凹模基本尺寸应取尺寸公差 范围的较小尺寸 设计冲孔模时 凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大 尺寸 这样在凸 凹模磨损到一定程度的情况下 仍能冲出合格制件 凸 凹模的间 隙应取最小合理间隙值 3 确定冲模刃口制造公差时 应考虑制件的公差要求 如果对刃口精度要求过 高 即制造公差过小 会使模具制造困难 增加成本 延长生产周期 如果对刃口精 度要求过低 制造公差过大 则生产出来的制件可能不合格 会使模具的寿命降低 若制件没有标准公差 则对于非圆形件按国家标准 非配合尺寸的公差数值 IT14 级 处理 冲模则可按 IT11 级制造 对于圆形件 一般可按 IT7 IT9 级制造模具 冲压 件的尺寸公差应按 入体 原则标注为单向公差 落料件上偏差为零 下偏差为负 冲孔件上偏差为正 下偏差为零 生产中对普通冲裁件 凹模刃口尺寸制造公差按 IT7 第 5 章 凸模与凹模刃口尺寸的计算 26 级精度选取 凸模刃口尺寸公差按 IT6 级精度选取 若采用配合方法加工时 凹模或 凸模刃口尺寸的制造公差可按制件的尺寸精度提高三 四级取值 也可以按下表 5 1 选 取 表 5 1 冲裁模刃口制造精度与制件精度关系 板料厚度 t mm 制件精度 刃口制造精度 0 5 0 8 1 0 1 5 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 IT6 IT7 I T8 I T8 I T9 I T10 I T10 IT7 IT8 I T9 I T10 I T10 I T10 I T12 I T12 IT9 I T12 I T12 I T12 I T12 I T12 I T14 5 2 冲裁模刃口尺寸的方法 由于模具的加工方法不同 凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标 注也不同 刃口尺寸的计算方法可分为两种情况 分别为凸模与凹模分开加工的计算 方法和凸模与凹模配合加工计算方法 前者用于冲件厚度较大和尺寸精度要求不高的 模具 后者用于形状复杂或波板工件的模具 对于该工件厚度只有 1 0 mm 属于薄板零件 并且四个孔有位置公差要求 为 了保证冲裁凸 凹模间有一定的间隙值 必须采用配合加工 此方法是先做好其中一 件 凸模或凹模 作为基准件 然后以此基准件的实际尺寸来配合加工另 一件 使它 们之间保留一定的间隙值 因此 只在基准件上标注尺寸制造公差 另一件只标注公 称尺寸并注明配做所留的间隙值 这 p 与 d 就不再受间隙限制 根据经验 普通 模具的制造公差一般可取 4 精密模具的制造公差可选 4 6 m 这种方法不 仅容易保证凸 凹模间隙值很小 而且还可以放大基准件的制造公差 使制造更容易 在计算复杂形状的凸凹模工作部分的尺寸时 可以发现凸模和凹模磨损后 在一个凸 四川理工学院毕业设计 论文 27 模或凹模上会同时存在三种不同磨损性质的尺寸 这时需要区别对待 第一类 凸模或凹模磨损会增大的尺寸 第二类 凸模或凹模磨损或会减小的尺寸 第三类 凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸 经分析在此采用配合加工的方法计算凸凹模刃口尺寸 落料部分以落料凹模为基 准计算 料凸模按间隙值配制 冲孔部分以冲孔凸模为基准计算 冲孔凹模按间隙值配 制 既以落料凹模 冲孔凸模为基准 凸凹模按间隙值配制 计算公式如下 落料凹模 7 1 4 0max xDDd 冲孔凸模 7 2 0 4 min xddp 在同一工步中冲出制件两个以上孔时 凹模型孔中心距按下公式计算 d L Lmin 0 5 0 125 d L 式中 落料凹模基本尺寸 d Dmm 落料件最大极限尺寸 max Dmm 冲孔凸模基本尺寸 p dmm 冲孔件孔的最小极限尺寸 min dmm 同一工步中凹模孔心距基本尺寸 d Lmm 孔心距最小极限尺寸 min Lmm 制件公差 mm 磨损系数 是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带X 的中间尺寸 与工件制造精度有关 可查表 8 2 或按下列关系取值 当制件公差为 IT10 以上 取 1 X 当制件公差为 IT11 IT13 取 75 0 X 当制件公差为 IT14 者 取 5 0 X 第 5 章 凸模与凹模刃口尺寸的计算 28 表 5 2 磨损系数 X 非圆形圆形 10 750 50 750 5 材料厚 度 mmt 工件公差mm 1 0 16 0 17 0 35 0 36 0 16 0 16 1 2 0 20 0 21 0 41 0 42 0 20 0 20 2 4 0 24 0 25 0 49 0 054 0 30 0 31 0 59 0 601 3 3 6 50 0 30 0 400 35 0 500 45 0 60 50 1000 20 0 300 22 0 350 30 0 45 100 2000 15 0 200 18 0 220 22 0 30 表 6 2 矩形和圆形凹模外形尺寸 矩形凹模的长度和宽度 BL 矩形和 圆形凹模厚 度 h 圆形凹模直 径 d 5063 6363 10 12 14 16 18 20 63 四川理工学院毕业设计 论文 33 6380 8080 63100 80100 100100 80125 12 14 16 18 20 22 80 100 100125 125125 80 140 100 140 14 16 18 20 22 25 125 125 140 140 140 100160 125160 140 160 100200 125200 16 18 20 22 25 28 140 160160 140 200 160200 125200 140 250 16 20 22 25 28 32 160 凹模各尺寸计算公式如下 凹模厚度 9 1 KbH mm15 凹模边壁厚 9 2 Hc 25 1 mm4030 凹模板边长 9 3 cbL2 式中 b 冲裁件的最大外形尺寸 K 系数 考虑板料厚度的影响 查表 9 1 按上式计算后 选取的 H 值不应小于 15 20 mm 根据以上公式 9 1 则可计算落料凹模板的尺寸 1 凹模厚度 查表 9 1 得 K 0 30 根据公式 9 1 KbH mm15 16 84 5330 0 取凹模厚度 H 30 mm 第 6 章 模具主要工作零部件设计 34 2 凹模边壁厚的确定公式为 Hc 25 1 mm4030 18 25 1 27 36mm 取凹模壁厚 C 30mm 3 凹模长度的计算公式为 cbL2 53 84 2 30 113 84mm 凹模的长度要考虑导料销发挥的作用 保证送料粗定位精度 取标准取 L 125mm 由于制件似圆形把凹模设计成圆形根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的直径和 高度的尺寸 凹模直径 mmL84 11330284 53 凹模高度 H 20mm 即 mmHL2084 113 参照表 9 2 将上述尺寸设为标准尺寸为 mm20125 6 1 1 冲孔凸模的设计冲孔凸模的设计 冲孔小凸模采用 A 型圆凸模 按 GB T7653 1994 规定 直接用车床加工即可 可 以直接用 2 个 M8 的螺钉固定在垫板上 凸模与凸模固定板的配合按 H7 m6 冲孔大凸 模采用圆柱式 可以直接 1 个 M6 的螺钉固定在垫板上 凸模长度尺寸应根据模具的具 体结构确定 同时考虑凸模的修模量及固定板 与卸料板之间的安全距离等因素 采用弹压卸料板时 凸模的长度计算公式为 9 21 hhL 4 其中 凸模长度 L 凸模固定板厚度 1 h 四川理工学院毕业设计 论文 35 凹模厚度 2 h 其中凸模固定板的厚度 0 8 H凹 0 8 20 16 0mm 标准为 30mm 1 h 由 9