垫圈冲压模具设计毕业论文.doc

垫圈冲压模具设计毕业论文目录前言1第1章 冲压的分类及发展31.1 冲压的分类31.1.1根据工艺性质分类31.1.2 根据供需组合程度分类31.1.3依产品的加工方法分类41.2 冲压的发展4第2章 冲压模具工艺分析及计算122.1设计任务书及产品图122.1.1设计任务122.1.2零件图132.2零件冲压加工工艺分析132.2.1零件的工艺性分析132.2.2冲裁件的精度与粗糙度142.2.3确定工艺方案142.3冲压模具总体结构设计152.4冲压模具工艺与设计计算162.5 压力中心的确定172.6 冲裁力的计算及初选压力机172.7 计算凸凹模刃口尺寸及公差20第3章 模具零件的设计233.1落料凹模的设计233.1.1凹模刃口的结构形式233.1.2凹模外形结构及固定方法233.1.3凹模外形尺寸的确定243.1.4凹模材料243.2 冲孔凸模的设计253.3凸凹模的设计26第4章模具总体设计及主要零部件的设计284.1模具的闭合高度284.2卸料弹簧的设计计算294.3设计和初选卸料及出件零件304.4模架的选择324.5模柄的选择334.6 垫板的设计334.7 上模固定板的设计334.8 下模固定板的设计354.9 上、下模座架构图364.10 导柱、导套的选择及结构图37第5章 模具其他零件尺寸的确定38结论39谢 辞41参考文献42外文资料翻译43前言随着科学技术的发展需要，模具已成为现代化不可缺少的工艺装备，模具设计是机械专业一个最重要的教学环节,是一门实践性很强的学科，是我们对所学知识的综合运用，通过对专业知识的综合运用，使学生对模具从设计到制造的过程有个基本上的了解，为以后的工作及进一步学习深造打下了坚实的基础。毕业设计的主要目的有两个：一是让学生掌握查阅查资料手册的能力，能够熟练的运用CAD进行模具设计。二是掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程。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。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下：(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，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）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。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，是技术密集形产品。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。冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造、铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。冲压模具-在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。冲压-是在室温下，利用安装在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，从所需零件的一种压力加工方法。 冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 第1章 冲压的分类及发展1.1 冲压的分类冲压模具的形式很多，冲模也依工作性质,模具构造,模具材料三方面来分类。一般可按以下几个主要特征分类：1.1.1根据工艺性质分类a.冲裁模 沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。b.弯曲模 使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。c.拉深模 是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。d.成形模 是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。1.1.2 根据供需组合程度分类a.单工序模 在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。b.复合模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。c.级进模（也称连续模） 在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。1.1.3依产品的加工方法分类依产品加工方法的不同，可将模具分成冲剪模具、弯曲模具、抽制模具、成形模具和压缩模具等五大类。a.冲剪模具：是以剪切作用完成工作的，常用的形式有剪断冲模、下料冲模、冲孔冲模、修边冲模、整缘冲模、拉孔冲模和冲切模具。b.弯曲模具：是将平整的毛胚弯成一个角度的形状，视零件的形状、精度及生产量的多寡，乃有多种不同形式的模具，如普通弯曲冲模、凸轮弯曲冲模、卷边冲模、圆弧弯曲冲模、折弯冲缝冲模与扭曲冲模等。c.抽制模具：抽制模具是将平面毛胚制成有底无缝容器。d.成形模具：指用各种局部变形的方法来改变毛胚的形状，其形式有凸张成形冲模、卷缘成形冲模、颈缩成形冲模、孔凸缘成形冲模、圆缘成形冲模。e.压缩模具：是利用强大的压力，使金属毛胚流动变形，成为所需的形状，其种类有挤制冲模、压花冲模、压印冲模、端压冲模。1.2 冲压的发展改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。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，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Mold flow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。 以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。冲压模具先进制造工艺及设备模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。随着科学技术的发展，计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正不断向传统制造技术渗透、交叉、融合，对其实施改造，形成先进制造技术。模具先进制造技术的发展主要体现在：（1）高速铣削加工普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数，高速铣削加工相对于普通铣削加工具有如下特点：a.高效 高速铣削的主轴转速一般为15000r/min40000r/min，最高可达100000r/min。在切削钢时，其切削速度约为400m/min，比传统的铣削加工高510倍；在加工模具型腔时与传统的加工方法(传统铣削、电火花成形加工等)相比其效率提高45倍。b.高精度 高速铣削加工精度一般为10m，有的精度还要高。c.高的表面质量 由于高速铣削时工件温升小（约为3C），故表面没有变质层及微裂纹，热变形也小。最好的表面粗糙度Ra小于1m，减少了后续磨削及抛光工作量。d.可加工高硬材料 可铣削(5054)HRC的钢材，铣削的最高硬度可达60HRC。鉴于高速加工具备上述优点，所以高速加工在模具制造中正得到广泛应用，并逐步替代部分磨削加工和电加工。（2）电火花铣削加工电火花铣削加工（又称为电火花创成加工）是电火花加工技术的重大发展，这是一种替代传统用成型电极加工模具型腔的新技术。像数控铣削加工一样，电火花铣削加工采用高速旋转的杆状电极对工件进行二维或三维轮廓加工，无需制造复杂、昂贵的成型电极。日本三菱公司最近推出的EDSCAN8E电火花创成加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花创成加工机床的水平。 （3）慢走丝线切割技术目前，数控慢走丝线切割技术发展水平已相当高，功能相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度。最大切割速度已达300mm2/min，加工精度可达到1.5m，加工表面粗糙度Ra0.10.2m。直径0.030.1mm细丝线切割技术的开发，可实现凹凸模的一次切割完成，并可进行0.04mm的窄槽及半径0.02mm内圆角的切割加工。锥度切割技术已能进行30以上锥度的精密加工。（4）磨削及抛光加工技术磨削及抛光加工由于精度高、表面质量好、表面粗糙度值低等特点，在精密模具加工中广泛应用。目前，精密模具制造广泛使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光机等先进设备和技术。（5）数控测量产品结构的复杂，必然导致模具零件形状的复杂。传统的几何检测手段已无法适应模具的生产。现代模具制造已广泛使用三坐标数控测量机进行模具零件的几何量的测量，模具加工过程的检测手段也取得了很大进展。三坐标数控测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施以及简便的操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。模具先进制造技术的应用改变了传统制模技术模具质量依赖于人为因素，不易控制的状况，使得模具质量依赖于物化因素，整体水平容易控制，模具再现能力强。模具新材料及热、表处理随着产品质量的提高，对模具质量和寿命要求越来越高。而提高模具质量和寿命最有效的办法就是开发和应用模具新材料及热、表处理新工艺,不断提高使用性能, 改善加工性能。（1）冲压模具材料制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。a.碳素工具钢在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。b.低合金工具钢低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。c. 高碳高铬工具钢常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2），它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。d. 高碳中铬工具钢 用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV 、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。e. 高速钢高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代号8-4-1）和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2（代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提高韧性开发的降碳降钒 高速钢 6W6Mo5 Cr4V（代号6W6或称低碳M2）。高速钢也需要改锻 ，以改善其碳化物分布。f. 基体钢在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代号LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代号012AL）等。 g. 硬质合金和钢结硬质合金 硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用含钴量较高的硬质合金。钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、 钼 、钨、钒等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相 ，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。 钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达 (68 73)HRC。h.新材料 冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320CrVMo13，等。 （2）热处理、表处理新工艺 为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热、表处理新技术，尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）以及盐浴渗金属（TD）的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。中国模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。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，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。未来冲压模具制造技术发展趋势模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。 达到这一要求急需发展如下几项：(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 (2)高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3)模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 (4)电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。(5)提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。(6)优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。(7)模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。第2章 冲压模具工艺分析及计算2.1设计任务书及产品图2.1.1设计任务学生姓名专业班级06机制本（2）指导 教师孙小捞课题类型工程 设计 主要研究内容1. 分析毕业设计题目参数和设计技术要求，查阅文献资料，开展调查研究。2. 分析设计产品工艺方案，制定毕业设计题目设计方案，进行方案比较，优化设计方案，撰写开题报告。3. 装配图结构设计，整机的运动参数计算，相关零部件结构参数选择、校核及尺寸计算。4. 根据装配图，进行各个零件结构设计，绘出全部零件结构设计图纸，5. 查阅和专业相关的英文资料，并按要求翻译成中文。6. 按照要求的毕业设计所明书内容、格式及要求，撰写毕业设计说明书。主要技术指标1. 学生独立完成模具设计加工工艺方案分析，制定模具结构设计方案。2. 完成一张零号图纸的模具装配图设计，要求结构合理，视图表达正确，标注合理完整，图纸符合国家标准。3. 会出全部零件图纸，要求尺寸完整，公差及表面粗糙度标注合理、正确，图纸符合制图标准。4. 设计说明书内容完整，正确，排版格式符合学校要求外文资料译文字数符合要求，译文正确。2.1.2零件图图2-1为设计零件图，确定工艺方案并设计出制造其所需要的模具。图2-1 垫圈材料 45 厚度 2生产批量 中批量2.2零件冲压加工工艺分析2.2.1零件的工艺性分析冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。良好的冲裁工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求 。对冲压件的工艺分析主要由技术性和经济性两个方面考虑。技术性方面，由图11可以看出，该工件材料为45, 精度要求IT9-IT10级，属于中批量生产的零件,形状简单，关于中心几何对称，工件冲孔尺寸，孔与孔之间,孔与边缘之间距离较大,满足凸模强度和模具结构要求。因此符合冲压工艺的各项指标，所以就技术方面来说使用冲压方式是合理的。经济性方面，所谓经济性，就是用最小的耗费取得最大的经济效果，也就是生产中的“最小最大”原则。在冲压生产中，保证产品质量，完成产品数量，品种计划的前提下，产品成本越低，说明企业经济效果越好。本零件经过正确的排样，最大限度的节约材料，中批量生产，所以经济性良好。在生产中，冲压工艺性好坏直接影响到零件加工的难易程度。一般情况下，一个良好的冲压工艺，不仅可以节省昂贵的模具实验费用，缩短新产品的试制周期，而且可以逐步建立一套能紧密结合实际生产的先进设计方案。冲压生产的机械化和自动化可以在多工位压力机上采用自动送料，取件装置，进行机械化流水线生产，从而减小劳动强度和提高生产效率。总之，本零件采用冲压工艺基本合适，故使用冲压工艺。2.2.2冲裁件的精度与粗糙度冲裁件的经济公差等级不高于IT14级,一般落料公差等级最好低于IT10级,冲孔件公差等级最好低低于IT9级,由图1-1可得落料公差,冲孔公差分别为0.50,0.15.因此可用于一般精度的冲裁,普通冲裁可以达到要求.由于冲裁件没有断面粗糙度的要求,我们不必考虑。2.2.3确定工艺方案确定工艺方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压工序数、工序的组合和顺序等。根据冲裁件的生产批量、尺寸精度的高低、尺寸的大小、形状复杂程度、材料的厚薄、冲模制造条件与冲压设备条件等多方面的因素，拟订出以下三种预定方案。1.所需工序：(1)冲孔 (2)落料2.预定方案方案一： 落料模具+冲孔模具；方案二： 冲孔落料连续模具；方案三： 冲孔落料复合模。 综合分析以上三种方案，可以得到以下结论：方案一：该方案需要两个工序，两套模具。模具结构简明，易于制造。但模具数量较多,制造模具的周期过长，生产率低,所用费用也高,而且零件的精度难以保证。方案二：该方案两个工序，一套模具，加工连续性强，机械化强，生产效率高，有利于大批量生产。但是模具比较复杂，而且对零件中心孔的定位不易保证，适合厚度大于3mm以上的零件。 方案三：该方案所有工序一次复合成型。效率高，零件的精度易保证，平直度较好,生产率较高,模具易于加工。适合厚度小于或等于2mm的零件比较适合。综上分析，比较三个方案，方案三符合实际，而且结构简单，便于设计，所以选择方案三。2.3冲压模具总体结构设计1. 模具类型根据零件的冲裁工艺方案,采用复合模。2. 操作与定位方式零件中批量生产,安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式。采用固定导料销和活动导料销导向,控制条料送进方向。利用活动挡料销挡料定位,控制条料送进距离。 3. 卸料与出件方式卸料装置采用弹性卸料板，有敞开的工作空间，操作方便，生产效率高。在冲压过程中，弹性卸料板先接触毛坯，有预压作用，冲压后也可使冲压件平稳卸料。模具选用冲孔落料复合模，制件属于小中型零件，模具选用倒装形式。其主要优点是废料能直接从压力机台面落下，而冲裁件从上模推下，比较容易引出去，因此操作方便安全，生产效率比较高。4. 模架类型及精度采用级模架精度中间导柱模架。2.4冲压模具工艺与设计计算1. 排样设计及材料利用率（1）排样设计图1-2 排样图排样如图1-2所示:查表3-18，表3-19，表3-20，确定 搭边值 进料送距 S=D+a=162 条料宽度 （2）计算材料利用率:板料规格选用: 2mm1000mm2200mm一个零件的面积: 一块板可以冲裁工件的总数:材料利用率:材料利用率大于60%排样比较合理。2.5 压力中心的确定 模具的压力中心是指冲压力合力的作用点。模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。对于有模柄的冲模来说,必须使压力中心通过模柄的中心线。否则,冲压时滑块就会承受偏心载荷,导致滑块导轨和模具导向部分的不正常磨损,还会使合理间隙得不到保证,从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。所以,在模具设计中应使冲裁压力中心与冲床滑块中心相重合、保持冲裁工作间隙的稳定性，防止刃口局部迅速变钝、合理布置凹模型孔位置冲裁形状对称的冲裁件，其压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心。因本零件为严格的对称零件，故压力中心即为其几何中心。不需要另外计算。2.6 冲裁力的计算及初选压力机1. 冲裁力的计算冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必须的数据。冲裁力是指料板作用在凸模上的最大抗力。对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算：F=KLt式中 F冲裁力（N）；L冲裁件周厂（mm）；t板料厚度（mm）；材料的抗剪强度（Mpa）；K系数。是考虑的刃口钝化、间隙不均匀、材料力学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数。常取K=1.3。在一般情况下，材料的1.3，为计算方便，也可用下式计算冲裁力：F=Lt冲孔落料工序：材料45 查课本37页表2-3 取=600Mpa （1）冲裁落料力： （2）冲孔力： （3）落料卸料力： 查表1-1得： （4）冲孔推件力： 式中 n冲孔时卡在凹模内的废料数，查表取n=3表1-1卸料力、推件力系数表材料种类板料厚度/mmKK钢0.10.060.090.10.10.50.0450.070.0650.52.50.0250.060.0502.56.50.020.050.0456.50.150.040.025故总冲力为：2. 压力机的初选冲压设备的选择是冲压工艺及模具设计中的一项重要内容，它直接关系到冲压设备的安全使用、冲压工艺能否顺利实现和模具寿命、产品质量、生产效率、成本高低等重要问题。在中小型冲压件的生产中，主要选择开式压力机。因冲压力，而在实际选择设备时,为了设备安全起见,常取1.21.3左右的安全系数,故 压力机的公称压力F应为所计算的冲压工艺力的1.21.3倍，即：根据以上计算选用开式压力机JB21-160型，其参数如下： 公称力KN 1600模柄孔尺寸mm 80x80滑块行程mm 40 160 滑块中心至机身距离mm 375滑块行程次数min-1 42主电机功率KW 15最大封闭高度mm 330外型尺寸mm 1290x2175x3045工作台尺寸mm 1120x710机器重量kg 128002.7 计算凸凹模刃口尺寸及公差由于材料较厚,模具间隙较小,模具的间隙由配作保证,工艺比较简单,并且还可以放大基准件的制造公差,(一般可取冲件公差的1/4),使制造容易,因此采用配置加工为宜。在计算冲孔模刃口尺寸时,应以凸模为基准,凹模尺寸按凸模实际尺寸配置,保证双面间隙在0.380.42mm之间。在计算落料模刃口尺寸时，应以凹模为基准，凸模尺寸按凹模实际尺寸配置，保证双面间隙在0.380.42mm之间。查设计手册凸模制造精度采用IT6级，凹模制造精度采用IT7级1落料部分 查公差表得: =0.04mm,=0.025mm=0.04+0.025=0.065mm零件尺寸 D=160mm刃口尺寸mmmm由于，不满足间隙公差条件，应缩小提高制造精度才能保证间隙在合理范围。取故 2冲孔部分 （1）零件尺 d =50mm查公差表得 刃口尺寸mmmm由于，不满足间隙公差条件，应缩小提高制造精度才能保证间隙在合理范围。取故 （2） 零件尺寸 d=20mm查公差表得: 刃口尺寸:由于故计算结果满足间隙公差的要求。23第3章 模具零件的设计3.1落料凹模的设计3.1.1凹模刃口的结构形式（1）锥形刃口凹模，其特点是工件和废料更容易漏出，冲裁件不会留在凹模内；凹模磨损后的修磨量较小，修模后孔口尺寸略有增大；刃口强度较低。这种刃口的凹模一般用于形状简单、精度要求不高的冲裁件。（2）直筒形刃口凹模，其特点是刃口强度较高；修磨后刃口尺寸不变；磨损后的修模量较大；直壁内可能会积存冲裁件，增大冲裁力力和孔壁磨损。加工简单，应用比较普遍。在此选择直筒形刃口形式的凹模。3.1.2凹模外形结构及固定方法根据冲裁件的形状和尺寸，选择在外形为矩形的凹模板上加工出所需凹模刃口，凹模板直接用螺钉固定在模座上，如图3-1所示:图3-1 落料凹模3.1.3凹模外形尺寸的确定凹模外形尺寸应保证有足够的强度与刚度，冲裁时，凹模要承受一定的冲裁力合测向挤压力。（1）凹模厚度H的确定 （按经验公式） 其中 b最大型空的宽度尺寸，取160mm K为系数，考虑配料厚度t的影响，其值可查表2-1查表 k=0.2，则 H=32mm表3-1 系数K值0.512332000.10.120.150.180.22（2）凹模壁厚C的确定 则 C=45mm（3）凹模直径D的确定 则 D=250mm依据设计尺寸，按冲模标准确定凹模外形尺寸为：250 323.1.4凹模材料在冲压模具中，使用了各种金属材料和非金属材料，主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、低熔点合金、锌基合金、铝青铜、合成树脂、聚氨脂橡胶、塑料、层压桦木板等。 制造模具的材料，要求具有高硬度、高强度、高耐磨性、适当的韧性、高淬透性和热处理不变形(或少变形)及淬火时不易开裂等性能。 合理选取模具材料及实施正确的热处理工艺是保证模具寿命的关键。对用途不同的模具，应根据其工作状态、受力条件及被加工材料的性能、生产批量及生产率等因素综合考虑，并对上述要求的各项性能有所侧重，然后作出对钢种及热处理工艺的相应选择。 模具刃口要有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，所以应有较高的硬度与适当的韧性。形状简单的凸模常选用T8A、T10A等制造。并且凹模硬度应比冲头高2度左右。所以凹模材料选择T10A，热处理硬度达到6062HRC。3.2 冲孔凸模的设计1. 凸模的结构形式由于工件有5个需要加工的孔，其尺寸分别为50和20，所以应设计两种冲孔凸模。其机构如图3-2所示。2. 凸模长度计算凸模长度的确定主要根据模具结构、修磨、操作安全、装配等因素的需要。所以取长度L=65mm3. 凸模材料及其它要求在冲压模具中，使用了各种金属材料和非金属材料，主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、低熔点合金、锌基合金、铝青铜、合成树脂、聚氨脂橡胶、塑料、层压桦木板等。 制造模具的材料，要求具有高硬度、高强度、高耐磨性、适当的韧性、高淬透性和热处理不变形(或少变形)及淬火时不易开裂等性能。 合理选取模具材料及实施正确的热处理工艺是保证模具寿命的关键。对用途不同的模具，应根据其工作状态、受力条件及被加工材料的性能、生产批量及生产率等因素综合考虑，并对上述要求的各项性能有所侧重，然后作出对钢种及热处理工艺的相应选择。 模具刃口要有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，所以应有较高的硬度与适当的韧性。形状简单的凸模常选用T8A、T10A等制造。形状复杂，淬火变形大，特别是用线切割方法加工时，应选用合金工具钢（如Cr12、9Mn2v、CrWMn、Cr6MV等）制造。其热处理硬度为5862HRC。根据以上凸模材料选择T10A,热处理硬度达到5862HRC。凸模工作部分的表面粗糙度Ra=0.8m,固定部分Ra=3.2m。图3-2 冲孔凸模（大冲头）图3-3 冲孔凸模（小冲头）3.3凸凹模的设计凸凹模式复合冲裁中的一个特殊零件。其内形刃口其冲孔凹模作用，外形刃口其落料凸模作用。外形按一般凸模设计，内形按一般凹模设计。材料选择Cr12，热处理硬度达到6062HRC。凸凹模的最小壁厚为m=1.5t=1.52=3mm,而实际壁厚远大于3mm，故符合强度要求，凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制，并保证双面间隙为0.380.42mm。凸凹模结构如图3-3所示：图3-4 凸凹模52 第4章模具总体设计及主要零部件的设计4.1模具的闭合高度图4-1 装配图1-下模座;2，14，17-螺钉；3-下模固定板；4-凸凹模；5-卸料板；6-挡料销；7-落料凹模；8-推销；9，15，18-冲孔凸模；10-推块；11-推杆；12-模柄；16-垫板；19-上模座；20-上模固定板；21-导套；22-卸料板；23-弹簧；24-导柱；25-卸料螺钉；26-临时挡料销模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度。模具的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。压力机的装模是指滑块在下止点位置时，滑块低平面与压力机工作台上的垫板上平面之间的高度。由于压力机的连杆长度可以调节，因此，压力机的装模高度是可以调节的。当连杆调节到最短时，压力机的装模高度最大；当连杆调节到最长时，压力机的装模高度最小。所以模具的闭合高度应介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间，它们的关系为：H+10mmHH-5mm因为压力机的最大闭合高度为330mm,封闭高度调节量为120mm，有上述公式得：210mmH325mm另外，模具的其他外形结构尺寸也必须和压力机的参数相搭配：模具的模柄和滑块的模柄孔尺寸；模具长宽外形尺寸和压力机的滑块底面尺寸与工作台面尺寸；模具下模座下弹顶装置的平面尺寸和压力机工作台面孔的尺寸等。只有这样模具才能正确的安装与使用。4.2卸料弹簧的设计计算根据模具结构初定6根弹簧，每根弹簧分担的卸料力为：查表：序号为96100的弹簧，其最大负荷F=6350N即：FF1检验是否满足ss,计算得到表4-1数据表4-1弹簧计算结果序号自由高度S9516011545354396200142584856972401697158.566.5982801968471799932022397859310036025110994102注：s=t+1=2+1=3mm s=5mmS= s+ s+ s从表4-1中计算数据可以看出，序号95100的弹簧都满足ss，但选95号弹簧最适合，因为其它弹簧太长，会增加模具的高度。4.3设计和初选卸料及出件零件卸料以卸料板卸料,出件是以推件块顶出。卸料板在此仅起卸料作用,凸凹模与卸料板间的双边间隙一般取0.20.5mm,这里取0.5mm, 材料为Q275。其结构如图4-2所示。图4-2 卸料板推件块与卸料凹模配合为H8/f8，材料选择Q275。其结构如图4-3所示。图4-3 顶件块4.4模架的选择模架由上、下模座、模柄及导向装置（最常用的是导柱、导套）组成，上、下模座是模架的一部分。模座分带导柱和不带导柱两种，根据生产规模和产品要求确定是否采用带导柱的模座。模架是整幅模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄于压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台面上。上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。对生产批量大、要求模具寿命长、工件精度较高的冲模,一般采用导柱、导套和上、下模的精确导向。导柱、导套的结构形式有滑动和滚动两种。（1）滑动导柱、导套 滑动导柱、导套均为圆柱形。其加工方便，容易装配，是模具行业应用最广泛的导向装置。导柱、导套之间采用间隙配合，根据冲压工序性质、冲压件的精度以及材料厚度等来确定其配合间隙。(本次设计中导柱、导套的配合间隙为H7/n6)（2）滚珠导柱、导套 导柱、导套是一种无间隙、精度高、寿命长的导向装置，适用于高速冲模、精密冲裁模以及硬质合金模具 的冲压工作。经初步估算在此选用滑动导柱、导套；选择中间导柱圆形模架（315245290）该模架导向精度高运动平稳。上模座： 下模座： 导 柱： 导 套： 4.5模柄的选择大型模具通常是用螺钉、压板直接将上模座固定在滑块上。中、小型模具一般是通过模柄将上模座固定在压力机滑块上。常用的模柄形式有：（1）旋入式模柄 通过螺纹与上模座连接，模柄装卸方便，但与上模座的垂直度误差较大，主要用于中、小型有导柱的模具上。（2）压入式模柄 固定段与上模座孔采用H7/m6过渡配合，主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔的场合。（3）凸缘模柄 上模座的沉孔与凸缘为H7/m6配合，并用3个或4个内六角螺钉进行固定。（4）浮动模柄 选用浮动模柄的模具必须使用行程可调的压力机，以保证在工作过程中导柱与导套不脱离。（5）通用模柄 （6）槽型模柄综合以上选用凸缘模柄，材料为Q275，其结构形式如图4-4所示：4.6 垫板的设计垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力,以防止模座被挤压损伤,因此在与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板.垫板的厚度可取310mm,外型尺寸为直径为135mm的圆。4.7 上模固定板的设计根据落料凹模、冲孔凸模的形状尺寸以及所选模座的型号决定上模固定板的形状以及尺寸。材料选用Q275。其结构如图4-5所示： 图4-4 凸缘模柄图4-5 上模固定板4.8 下模固定板的设计根据凸凹模的形状尺寸，结合下模座的形状尺