垫片级进模设计.doc

第 1 页 垫片级进模毕业设计垫片级进模毕业设计 目录 摘要摘要 3 3 绪论绪论 4 4 第第 1 1 章章 冲裁件的工艺分析冲裁件的工艺分析 5 5 1 1 工件材料 5 1 2 工件结构形状 5 1 3 工件尺寸精度 5 第第 2 2 章章 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 6 6 第第 3 3 章章 模具结构形式的确定模具结构形式的确定 8 8 第第 4 4 章章 模具总体设计模具总体设计 9 9 4 1 模具类型的选择 9 4 2 操作方式 9 4 3 卸料 出件方式 9 4 3 1 卸料方式 9 4 3 2 出件方式 10 4 4 确定送料方式 10 4 5 确定导向方式 10 第第 5 5 章章 模具设计计算模具设计计算 1111 5 1 排样 计算条料宽度 确定步距 材料利用率 11 5 1 1 排样方式的选择 11 5 1 2 计算条料宽度 11 5 1 3 确定步距 13 5 1 4 计算材料利用率 14 5 2 冲压力的计算 15 5 2 1 冲裁力的计算 15 5 2 2 卸料力 顶件力的计算 16 5 3 压力中心的确定 17 5 4 模具刃口尺寸的计算 18 5 4 1 冲裁间隙分析 18 5 4 2 落料尺寸 20 5 4 3 冲孔尺寸 20 第第 6 6 章章 主要零部件设计主要零部件设计 2121 第 2 页 6 1 工作零部件的结构设计 21 6 1 1 凸模 21 6 1 2 落料凹模 21 6 2 卸料部件的设计 22 6 2 1 卸料板的设计 22 6 2 2 卸料螺钉的选用 23 6 3 模架以及其他零部件的选用 23 第第 7 7 章章 校核模具闭合高度及压力机有关参数校核模具闭合高度及压力机有关参数 2424 7 1 校核模具闭合高度 24 7 2 冲压设备的选定 24 第第 8 8 章章 设计并绘制模具总装图及选取标准件设计并绘制模具总装图及选取标准件 2525 第第 9 9 章章 绘制非标准件零件图绘制非标准件零件图 2626 9 1 落料凸模 26 9 2 卸料螺钉 26 9 3 圆形冲孔凸模 27 9 4 弧形冲孔凸模 27 9 5 导料板 28 9 6 侧刃 28 9 7 固定板 28 9 8 凹模版 29 9 9 卸料板 30 9 10 侧刃挡块 30 9 11 垫板 30 附录附录 3232 附录 1 冲压常用金属材料规格 32 附录 2 开式压力机规格及参数 33 总结总结 3434 致谢致谢 3535 参考文献参考文献 3636 本设计来自 我要毕业设计网本设计来自 我要毕业设计网 在毕业设计网注册后联系客服均可获赠您要求的毕业设计资料 客服客服 QQ 8191040 说明 本软件 论文系有偿阅读 使用 完整 CAD 图纸或源代码请联系客服购买 全国最全毕业设计 详细目录请加 QQ8191040 索取 第 3 页 摘要摘要 近年来 我国家电工业的高速发展对模具工业 尤其是冷冲模具提出了越来越 高的要求 2004 年 冷冲模具在整个模具行业中所占比例已大大上升 据有关专 家预测 在未来几年中 中国冷冲模具工业还将持续保持年均增长速度达到 15 左 右的较高速度的发展 冲压成型是金属成型的一种重要方法 它主要适用于材质较软的金属成型 可 以一次成型形状复杂的精密制件 本课题就是将石化 化工 电力等行业的法兰密 封结构中的垫片作为设计模型 将冷冲模具的相关知识作为依据 阐述冷冲模具的 设计过程 本设计对垫片进行的级进模设计 利用 Auto CAD 软件对制件进行设计绘图 明 确了设计思路 确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校 核 如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠 保证了与其他部件的配合 并绘 制了模具的装配图和零件图 本课题通过对垫片的冲压模具设计 巩固和深化了所学知识 取得了比较满意 的效果 达到了预期的设计意图 关键词 冲压模具 冲压成型 模具设计 第 4 页 绪论绪论 冲压模具在实际工业生产中应用广泛 在传统的工业生产中 工人生产的 劳动强度大 劳动量大 严重影响生产效率的提高 随着当今科技的发展 工 业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视 而被大量应用到工业生产中 来 冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中 冲压模具可以大大的提 高劳动生产效率 减轻工人负担 具有重要的技术进步意义和经济价值 模具 做为高效率的生产工具的一种 是工业生产中使用极为广泛与重要 的工艺装备 采用模具生产制品和零件 具有生产效率高 可实现高速大批量 的生产 节约原材料 实现无切屑加工 产品质量稳定 具有良好的互换性 操作简单 对操作人员没有很高的技术要求 利用模具批量生产的零件加工费 用低 所加工出的零件与制件可以一次成形 不需进行再加工 能制造出其它 加工工艺方法难以加工 形状比较复杂的零件制品 容易实现生产的自动化的 特点 研究和发展模具技术 对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义 模 具技术已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志之一 随着工业生产的迅 速发展 模具工业在国民经济中的地位日益提高 并在国民经济发展过程中发 挥越来越大的作用 设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量 生产率 具使用寿命 还 可以提高产品经济效益 在进行模具设计时 必须清楚零件的加工工艺 设计 出的零件要能加工 易加工 充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计 的前提 新的设计思路必然带来新的模具结构 第 5 页 第第 1 1 章章 冲裁件的工艺分析冲裁件的工艺分析 图 1 1 1 11 1 工件材料工件材料 由图 1 1 分析知 10 钢为优质碳素结构钢 具有良好的塑性性 焊接性以 及压力加工性 主要用于制作冲击件 紧固件 如垫片 垫圈等 适合冲裁加工 1 21 2 工件结构形状工件结构形状 工件结构形状相对简单 有四个圆孔 孔与边缘之间的距离满足要求 料厚为 2mm 满足许用壁厚要求 孔与孔之间 孔与边缘之间的壁厚 可以冲裁加工 1 31 3 工件尺寸精度工件尺寸精度 根据零件图上所注尺寸 工件要求不高 尺寸精度要求较低 采用 IT14 级精 度 普通冲裁完全可以满足要求 根据以上分析 该零件冲裁工艺性较好 综合评比适宜冲裁加工 第 6 页 第第 2 2 章章 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 方案一 先冲孔 后落料 单工序模生产 方案二 冲孔 落料复合冲压 复合模生产 方案三 冲孔 落料级进冲压 级进模生产 表表 2 12 1 各类模具结构及特点比较各类模具结构及特点比较 模具种类 比较项目 单工序模 无导向 有导 向 级进模复合模 零件公差等级低一般可达 IT13 IT10 级可达 IT10 IT8 级 零件特点 尺寸不 受限制 厚度不 受限制 中小型 尺寸厚 度较厚 小零件厚度 0 2 6mm 可加工复杂零件 如 宽度极小的异形件 形状与尺寸受模具结构 与强度限制 尺寸可以 较大 厚度可达 3mm 零件平面度低一般 中小型件不平直 高 质量制件需较平 由于压料冲件的同时得 到了较平 制件平直度 好且具有良好的剪切断 面 生产效率低较低 工序间自动送料 可 以自动排除制件 生 产效率高 冲件被顶到模具工作表 面上 必须手动或机械 排除 生产效率较低 安全性 不安全 需采取 安全措施 比较安全 不安全 需采取安全措 施 模具制造工作量 和成本 低 比无导向 的稍高 冲裁简单的零件时 比复合模低 冲裁较复杂零件时 比 级进模低 第 7 页 适用场合 料厚精度要求低 的小批量冲件的 生产 大批量小型冲压件的 生产 形状复杂 精度要求较 高 平直度要求高的中 小型制件的大批量生产 根据分析结合表分析 方案一模具结构简单 制造周期短 制造简单 但需要两副模具 成本高而生 产效率低 难以满足大批量生产的要求 方案二只需一副模具 制件精度和生产效率都较高 且工件最小壁厚大于凸凹 模许用最小壁厚模具强度也能满足要求 冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高 板料的定位精度比方案三低 模具轮廓尺寸较小 方案三只需一副模具 生产效率高 操作方便 精度也能满足要求 模具制造 工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低 通过对上述三种方案的分析比较 该工件的冲压生产采用方案三为佳 第 8 页 第第 3 3 章章 模具结构形式的确定模具结构形式的确定 级进模是指在条料的送料方向上 具有两个以上的工位 并在压力机的一次行 程中 在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模 级进模的定距 方式有两种 挡料销定距和侧刃定距 本模具采用侧刃定距 侧刃代替了挡料销控制条料送进距离 步距 侧刃是 特殊功用的凸模 其作用是在压力机每次冲压行程中 沿条料边缘切下一块长度等 于送料近距的料边 在条料送进过程中 切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住 送 进的距离即等于步距 第 9 页 第第 4 4 章章 模具总体设计模具总体设计 4 14 1 模具类型的选择模具类型的选择 由冲压工艺分析可知 采用级进模方式冲压 所以模具类型为级进模 4 2 操作方式操作方式 零件的生产批量为 10 万件 但合理安排生产可用手动送料方式 既能满足生 产要求 又可以降低生产成本 提高经济效益 4 34 3 卸料 出件方式卸料 出件方式 4 3 14 3 1 卸料方式卸料方式 刚性卸料与弹性卸料的比较 刚性卸料是采用固定卸料板结构 常用于较硬 较厚且精度要求不高的工件冲 裁后卸料 当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大 单边 间隙取 0 2 0 5 t 当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模 的配合间隙应该小于冲裁间隙 此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板 主要用 于卸料力较大 材料厚度大于 2mm 且模具结构为倒装的场合 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用 主要用于料厚小于或等于 2mm 的板料 由于有压料作用 冲件比较平整 卸料板与凸模之间的单边间隙选择 0 1 0 2 t 若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时 二者的配合间隙应小于冲裁间隙 常用 作落料模 冲孔模 正装复合模的卸料装置 工件平直度较高 料厚为 2mm 相对较薄 卸料力不大 由于弹压卸料模具比刚性卸料模 具方便 操作者可以看见条料在模具中的送进动态 且弹性卸料板对工件施加的是柔性力 不 会损伤工件表面 故可采用弹性卸料 第 10 页 4 3 24 3 2 出件方式出件方式 因采用级进模生产 故采用向下落料出件 4 44 4 确定送料方式确定送料方式 因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度 B 小于送料方向 的凹模长度 L 故采用横向送料方式 即由右向左 或由左向右 送料 4 54 5 确定导向方式确定导向方式 方案一 采用对角导柱模架 由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上 所以上模座在导柱上滑动平稳 常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模 复合 模 方案二 采用后侧导柱模架 由于前面和左 右不受限制 送料和操作比较方 便 因为导柱安装在后侧 工作时 偏心距会造成导套导柱单边磨损 严重影响模 具使用寿命 且不能使用浮动模柄 方案三 四导柱模架 具有导向平稳 导向准确可靠 刚性好等优点 常用于 冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件 以及大量生产用的自动冲压模架 方案四 中间导柱模架 导柱安装在模具的对称线上 导向平稳 准确 但只 能一个方向送料 根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式 为提高模具寿命和工件质 量 该级进模采用中间导柱的导向方式 即方案一最佳 第 11 页 第第 5 5 章章 模具设计计算模具设计计算 5 15 1 排样 计算条料宽度 确定步距 材料利用率排样 计算条料宽度 确定步距 材料利用率 5 1 15 1 1 排样方式的选择排样方式的选择 方案一 有废料排样 沿冲件外形冲裁 在冲件周边都留有搭边 冲件尺寸完 全由冲模来保证 因此冲件精度高 模具寿命高 但材料利用率低 方案二 少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响 冲件质量差 模具寿 命较方案一低 但材料利用率稍高 冲模结构简单 方案三 无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些 但材料利用率最高 通过上述三种方案的分析比较 综合考虑模具寿命和冲件质量 该冲件的排样 方式选择方案一为佳 考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最 佳 5 1 25 1 2 计算条料宽度计算条料宽度 搭边的作用是补偿定位误差 保持条料有一定的刚度 以保证零件质量和送料 方便 搭边过大 浪费材料 搭边过小 冲裁时容易翘曲或被拉断 不仅会增大冲 件毛刺 有时还有拉入凸 凹模间隙中损坏模具刃口 降低模具寿命 搭边值通常由表 4 所列搭边值和侧搭边值确定 根据零件形状 查表 4 工件之间搭边值 a 1 2mm 工件与侧边之间搭边值 a1 1 5mm 条料是有板料裁剪下料而得 为保证送料顺利 规定其上偏差为零 下 偏差为负值 B0 Dmax 2 a1 2b1 0 公式 5 1 式中 Dmax 条料宽度方向冲裁件的最大尺寸 a1 冲裁件之间的搭边值 第 12 页 b1 侧刃冲切得料边定距宽度 其值查表 6 可得 2 0mm 板料剪裁下的偏差 其值查表 5 可得 0 6mm B0 50 2 1 5 2 2 0 57 00 0 60mm 故条料宽度为 57 0mm 表表 5 15 1 搭边值和侧边值的数值搭边值和侧边值的数值 圆件及类似圆形制件 矩形或类似矩形制 件长度 50 矩形或类似矩形制件长度 50材料厚度 t mm 工件间 a侧边 a1 工件间 a侧边 a1工件间 a侧边 a1 0 251 01 21 21 51 5 2 51 8 2 6 0 25 0 5 0 81 01 01 21 2 2 21 5 2 5 0 5 1 0 0 81 01 01 21 5 2 51 8 2 6 1 1 5 1 01 31 21 51 8 2 82 2 3 2 1 5 2 0 1 21 51 51 82 0 3 02 4 3 4 2 0 2 5 1 51 91 82 22 2 3 22 7 3 7 表表 5 25 2 普通剪床用带料宽度偏差普通剪床用带料宽度偏差 mmmm 条料宽度 b mm 条料厚度 t mm 50 50 100 100 200 200 0 40 50 60 7 2 0 50 60 70 8 2 3 0 70 80 91 0 3 5 0 91 01 11 2 第 13 页 表表 5 35 3 侧刃冲切得料边定距宽度侧刃冲切得料边定距宽度 b b1 1 mmmm 条料宽度 b mm 条料厚度 t mm 金属材料非金属材料 1 51 52 0 1 5 2 5 2 03 0 1 5 2 5 2 54 0 5 1 35 1 3 确定步距确定步距 送料步距 S 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距 每个步距可冲一个 或多个零件 进距与排样方式有关 是决定侧刃长度的依据 条料宽度的确定与模 具的结构有关 进距确定的原则是 最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值 最 大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料 并有一定的间隙 级进模送料步距 S S Dmax a1 公式 5 2 Dmax零件横向最大尺寸 a1搭边 S 50 1 2 51 2mm 排样图如图 2 1 所示 图图 5 15 1 第 14 页 5 1 45 1 4 计算材料利用率计算材料利用率 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 用材料的重要指标 一个步距内的材料利用率 BS 100 公式 5 2 式中 A 一个步距内冲裁件的实际面积 B 条料宽度 S 步距 由此可之 值越大 材料的利用率就越高 废料越少 废料分为工艺废料 和结构废料 结构废料是由本身形状决定的 一般是固定不变的 工艺废料的多少 决定于搭边和余量的大小 也决定于排样的形式和冲压方式 因此 要提高材料利 用率 就要合理排样 减少工艺废料 排样合理与否不但影响材料的经济和利用 还影响到制件的质量 模具的的结 构和寿命 制件的生产率和模具的成本等指标 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的前提下 还可以适当改变制件的形 状 2 排样方法使应操作方便 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 一个步距内冲裁件的实际面积 A 252 72 3 22 3 222 34 360 182 34 360 1628 7mm2 所以一个步距内的材料利用率 BS 100 公式 5 2 1628 7 51 2 57 100 55 8 考虑料头 尾料和边角余料消耗 一张板材上的总利用率 总为 第 15 页 总 nA1 LB 100 公式 5 3 式中 n 一张板料上冲裁件的总数目 A1 一个冲裁件的实际面积 L 板料长度 B 板料宽度 查板材标准 见附录 1 宜选用 650mm 1300mm 的钢板 每张钢板可剪裁为 11 张条料 57mm 1300mm 每张条料可以冲 25 个工件 所以每张钢板的材料利 用率 总 nA1 LB 100 公式 5 2 25 1628 7 57 1300 100 54 9 根据计算结果知道选用直排材料利用率可达 54 9 满足要求 5 25 2 冲压力的计算冲压力的计算 5 2 15 2 1 冲裁力的计算冲裁力的计算 在冲裁过程中 冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的 通常说的冲裁 力是指冲裁力的最大值 它是选用压力机和设计模具重要依据之一 用平刃冲裁时 其冲裁力 一般按下式计算 F KLt b 公式 5 4 式中 F 冲裁力 L 冲裁周边长度 t 材料厚度 b 材料抗剪强度 系数 L 50 14 3 4 3 44 36 34 360 2 51 2 2 8 500 2mm 系数 是考虑到实际生产中 模具间隙值的波动和不均匀 刃口磨损 板料力 学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数 一般取 1 3 第 16 页 b的值查表 2 为 310 380 pa 取 b 380Mpa 所以 F KLt b 1 3 500 2 2 380 494197 6 5 2 25 2 2 卸料力 顶件力的计算卸料力 顶件力的计算 在冲裁结束时 由于材料的弹性回复 包括径向回复和弹性翘曲回复 及摩擦 的存在 将使冲落的材料梗塞在凹模内 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 将梗塞在凹模内的材料推出 从凸模上卸下箍着的料称卸料力 逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称为顶 件力 一般按以下公式计算 卸料力 F X KXF 公式 5 5 顶件力 FD KDF 公式 5 6 FX KXF 0 04 494197 6N 19767 9N KX KD为卸料力系数 其值查表 7 可得 FD KDF 0 06 494197 6N 29651 9N 所以总冲压力 FZ F FX FD 494197 6N 19767 9N 29651 9N 543617 4N 压力机公称压力应大于或等于冲压力 根据冲压力计算结果拟选压力机为 J23 63 第 17 页 表表 5 45 4 卸料力 推件力和顶件力系数卸料力 推件力和顶件力系数 料厚 t mmKXKTKD 钢 0 1 0 1 0 5 0 5 2 5 2 5 6 5 6 5 0 06 0 075 0 045 0 055 0 04 0 05 0 03 0 04 0 02 0 03 0 1 0 063 0 050 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 5 35 3 压力中心的确定压力中心的确定 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 应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合 否则 会使冲模和力 机滑块产生偏心载荷 使滑块和导轨之间产生过大的摩擦 模具导向零件加速磨损 降低模具和压力机的使用寿命 冲模的压力中心 可以按下述原则来确定 1 对称形状的单个冲裁件 冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心 2 工件形状相同且分布位置对称时 冲模的压力中心与零件的对称中心相重合 3 形状复杂的零件 多孔冲模 级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压 力中心 X0 L1x1 L2x2 Lnxn L1 L2 Ln 公式 5 7 Y0 L1y1 L2y2 Lnyn L1 L2 Ln 公式 5 8 用解析法计算压力中心时 先画出凹模形口图 如图 5 2 所示 在图中将 XOY 坐标系建立在建立在图示对称中心线上 将冲裁轮廓线按几何图形分解成 L1 L3共 3 组基本线段 注 由于图中 3 个圆弧形孔均以一个点为圆心的等分列阵排列 所 以其几何图形为一组 用解析法求得该模具压力中心的坐标 有关计算如表 7 所 示 由以上计算结果可以看出 该工件冲裁力不大 压力中心偏移坐标原点 O 较小 为了便于模具的加工和装配 模具压力中心依然选在坐标原点 第 18 页 图图 5 25 2 表表 5 55 5 压力中心的计算压力中心的计算 基本要素压力中心的坐标值 mm 基本要素长度 L mm XY L1 15700 L2 180 851 20 L3 4451 20 L4 102 451 20 L5 1676 8 合计 500 233 3 取 33 0 5 45 4 模具刃口尺寸的计算模具刃口尺寸的计算 5 4 15 4 1 冲裁间隙分析冲裁间隙分析 根据 JB Z271 86 规定 冲裁间隙是指凸 凹模刃口间隙的距离 用符号 C 表示 其值可为正也可为负 在普通冲裁模中均为正值 它对冲裁件的断面质量 有极其重要的影响 此外 冲裁间隙还影响模具寿命 卸料力 推件力 冲裁力和 冲裁件的尺寸精度 因此 冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工 艺参数 第 19 页 1 间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值 差值越小 则精 度越高 这个差值包括两方面的偏差 一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差 二是 模具本身的制造偏差 2 间隙对模具寿命的影响 模具寿命受各种因素的综合影响 间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数 之一 冲裁过程中 凸模与被冲的孔之间 凹模与落料件之间均有摩擦 而且间隙 越小 模具作用的压应力越大 摩擦也越严重 所以过小的间隙对模具寿命极为不 利 而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小 并延缓间隙由于受到制造和 装配精度的限制 出现间隙不均匀的不利影响 从而提高模具寿命 3 间隙对冲裁工艺力的影响 随着间隙的增大 材料所受的拉应力增大 材料容易断裂分离 因此冲裁力减 小 通常冲裁力的降低并不显著 当单边间隙在材料厚度的 5 20 左右时 冲裁力 的降低不超过 5 10 间隙对卸料力推料力的影响比较显著 间隙增大后 从凸模 里