落冲复合模毕业论文.doc

摘 要模具生产的工艺水平及科技含量的高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力。当今社会的进步和发展，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来。因此，模具的发展与人们的生活关系越来越紧密。我们利用模具加工各种的工件，以便来满足人们的需要，模具的发展给我们带来了新的生活，新的时代。因此这次我们的毕业设计要求设计一个模具以便检验自己所学模具有关方面的知识是否牢固。由于产品的材料和工艺特性不同，生产用的设备也各异，模具种类繁多，但用的最为广泛的大约有以下几种：冷冲压模、塑料成型模、锻造模、精密铸造模、粉末冶金模、橡胶成型模、玻璃成型模、窑业制品模、食品糖果模、建材用模等。其中以冷冲压模、塑料模的技术要求和复杂程度较高。在这次设计中根据所给题目的要求，我首先对冲压件进行了分析，分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求，再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，选择了冲孔落料的方案。根据对零件的综合分析，在本人这次设计中我设计的模具是倒装冲孔落料复合模，主要介绍的是模具的冲孔落料，冲压生产中应用最广泛的工序之一。由于材料和厚度的原因，我采用的加工方法为：采用复合工序冲孔落料模进行加工。关键词： 垫片 冲压件 冲孔 落料 复合模 目 录一、工件的工艺性分析1（一）冲压件的工艺性分析1（二）冲裁工艺方案的确定1二、主要数据的计算2（一）排样方案的确定及计算2（二）冲压力的计算4（三）模具压力中心的确定6（四）模具刃口及公差的计算7三、模具结构及模具零件的设计9（一）模具类型的选择9（二）定位方式的选择10（三）卸料装置与推件装置的选取10（四）导向方式的选择11（五）工作零件的设计12四、闭合高度的计算17五、模具总装图18六、模具材料的选择18七、结论19八、参考文献19垫片倒装复合模设计一、工件的工艺性分析零件简图 ：如图1.1所示工件名称 ：垫片生产批量 ：大批量材 料 ：45钢板厚 度 ：5 （一）冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。此工件只有冲孔和落料两个基本工序，材料为45#钢，有较好的塑性，容易进行冷热加工，适合冲裁。工件结构比较复杂，尺寸全部为自由尺寸，作为普通冲裁，其经济精度一般在IT12IT14级，取落料精度为IT14级，冲孔精度为IT13级。（二）冲裁工艺方案的确定该工件包括冲孔、落料两个基本工序，可以有以下三种方案：方案一：先落料，后冲孔，需要两套模具，采用单工序模生产；方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产，需要一套模具；方案三：冲孔落料级进模，需要一套模具。三种方案比较见表1.1 模具种类比较项目单工序模复合模连续模冲件精度较低高一般生产效率较低较高高生产批量适合大、中、小批量适合大批量适合大批量模具复杂程度较易较复杂复杂模具成本较低较高高模具制作精度较低较高高模具制造周期较快较长长模具外形尺寸较小中等较大冲压设备能力较小中等较大工作条件一般较好好由于这样一个工件按单工序模具来加工，则需两个工序，模具制造费用大，生产效率低，且不容易保证尺寸精度，操作不便。所以方案一不合理。若采用模具级进则模具制造难度加大，工件的尺寸也不容易保证。生产效率也不高，所以方案三也不合理。而采用复合模制冲件时，由于这个工件的结构不太复杂而且轴对称，复合模的成本不是太高，制造的难度也不大，容易保证尺寸的精度，操作也方便，安全性好，生产效率高。所以综合考虑，采用方案二的复合模。二、 主要数据的计算（一）排样方案的确定及计算在冲压生产中，节约和减少废料具有重要的意义，在模具设计中，排样设计是一项极为重要的设计工作，排样的合理与否直接影响到材料的利用率、制件质量等，所以排样工作的好坏是左右冲裁经济效益的重要因素之一。提高材料利用率最主要的途径是合理排样使工艺废料尽量小，另外在满足工件使用要求的前提下，适当的改变工件的结构形状也可以提高材料的利用率。排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。搭边值的大小与下列因素有关：1.材料的力学性能。硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。2.工件的形状与尺寸。尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。3.材料厚度。薄材料的搭边值应取的大一些。4.送料方式及挡料方式。用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。常用的排样方法有三种：1.有废料排样2.少废料排样3.无废料排样少废料废料排样的缺点是工件质量差，模具寿命不高，综上所述排样如图2.1所示。表2.1 搭边值表料厚t圆形或圆角r2t的工件矩形件边长l50mm矩形件边长l50mm或圆角r2t间距a1侧边a间距a1侧边a间距a1侧边a2.53.0mm1.82.22.22.52.52.83.03.5mm2.22.52.52.82.83.23.54.0mm2.52.82.53.23.23.54.55.0mm3.03.53.54.04.04.55.012mm0.6t0.7t0.7t0.8t0.8t0.9t由表2.1 确定搭边值根据零件形状两式件间按圆形取搭边值=3，侧边取搭边值=3.5。条料的送料步距按下式：A=B+a式中：B为平行于送料方向工件的宽度 A为冲件之间的搭边值则送料步距：A=32+335mm条料宽度安下式： 其中为冲裁件宽度方向的最大尺寸；一般导料板与最宽条料之间的间隙取（0.10.5）t，所以可以去B0值为1mm所以条料宽度为39mm导料板之间的距离为39+1=40mm排料图如下：(二)冲压力的计算1.落料力材料的抗剪强度 可取480 2-3=1.34805100.53=313653.6N 其中 冲裁力 冲裁周边长度 材料厚度 材料抗剪强度 系数 2.冲孔力中心孔： =1.3480553.4=166608N3.冲裁时的推件力和卸料力及压力机的选择表2.3卸料力、推件力及顶件力系数冲裁材料纯铜、黄铜0.020.060.030.09铝、铝合金0.0250.080.030.07钢材料厚度0.10.060.0750.10.140.10.50.04500550.0650.080.52.50.040.050.0500.062.56.50.030.040.0400.056.50.020.030.0250.03查表2.3 K推=0.05；K卸=0.04序号1的凹模刃口形式，h=15mm,则 n=h/t=3个故 =3x0.05x166608=224991.2N （2-4）F推=0.05x313653.6=15682.68N则最大冲压力：F总=313653.6+166608+224991.2+15682.68720936N 查表选取国产100KN压力机其最大装模高度为400 最小装模高度为215模柄孔尺寸为直径60，深度为80工作台尺寸左右为800、前后600，厚度100滑块尺寸：左右400、前后270、（三）模具压力中心的确定对于级进模以及轮廓形状复杂或多凸模的冲裁模，必须求出冲压力合力的作用点即压力中心。模具的压力中心应与模柄的轴线重合，否则会影响模具及压力机的精度和寿命。一切对称冲裁件的压力中心，均位于其轮廓图形的几何中心点上。对于该工件，由工件形状可知压力中心位于圆心上。如上图1.1根据图形分析，因为工件图形对称， 所以该工件的压力中心为该工件的中心。 （四）冲模刃口尺寸及公差的计算因冲模加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两类：（1）按凸模与凹模图样分别加工法：它主要用于圆形或简单规则形状的工作,因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别加工。（2）按凸模与凹模配作法加工：常用于冲制复杂形状的冲模。这种加工方法的特点是模具的间隙有配置保证，工艺比较简单，不必校核的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。表2.4 初始双面间隙、材料厚度/08、10、3509M2、Q235Q34540、5065小于0.5极小间隙0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.0480.0720.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0640.0920.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0920.90.0900.1160.0900.1260.0900.1260.0900.1261.00.1800.1200.1000.1400.1000.1400.0900.1261.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.1320.2400.1700.2400.1700.2404.50.7201.0000.6800.9600.7801.0405.50.9401.2800.7801.1000.9801.320由表2.4 确定初始双面间隙、 的值，由于表中只规定了料厚4.5及5.5的初始双面间隙值，因此对于料厚5mm材料可取两种料厚的中间值： Zmin=0.88mm，Zmax=1.18mm Zmax-Zmin=1.18-0.88=0.3mm设凸、凹模的制造偏差值分别按公式： （2-6） （2-7）其中T、A分别是凸、凹模的制造公差。1. 冲孔部分取=0.04;=0.06冲中心孔对于冲中心孔17mm转换为17+0.27mm利用公式 （2-8） （2-9）其中 磨损系数的选取查下表2.5 是工件的公差值 表2.5磨损系数表工件精度IT10以上=1工件精度IT11IT13=0.75工件精度IT14=0.5因孔的公差等级为IT13级，所以查上表得=0.75 则Dt=（dmin+x）=17.2025-0.04取17.2-0.04mmDa=(Dt+Zmin) =18.08+0.06mm 2.落料部分对外轮廓的落料，由于形状较简单，故可以采用同样的计算方法，另外要注意的是，落料示意凹模定尺寸，因此，凹模尺寸应该等于工件尺寸，间隙放在凸模上。1. 落料部分取=0.04;()=0.06落料对于落料尺寸32mm转换为32+0.39mm利用公式 Da=(Dt+Zmin) =32.1+0.09mm （2-10） Dt=（dmin+x）=31.22-0.04 （2-11）其中 磨损系数的选取查下表2.5 是工件的公差值 表2.5磨损系数表工件精度IT10以上=1工件精度IT11IT13=0.75工件精度IT14=0.5因孔的公差等级为IT13级，所以查上表得=0.75 则Da=32.1+0.06mmDt=31.22-0.04mm 三、模具结构及模具零件的设计 （一）模具类型的选择由冲压工艺分析可知采用复合冲压，但复合模又可分为倒装复合模和正装复合模，其各自的特点如下表表3.1正装复合模与倒装复合模的比较序号正装倒装1对于薄冲件能达到平整要求不能达到平整要求2操作不方便、不安全，孔的废料又打棒打出操作方法能装自动拨料装置即能提高生产效率又能保证安全生产。孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉3装凹模的面积较大，有利于复杂重建用拼块结构如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板4废料不会在凸凹模孔内积聚，每次又打棒打出，可减少孔内废料的涨力，又利于凸凹模减小最小壁厚废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求又较大的壁厚以增加强度。该冲件属于普通冲裁，精度要求不高又属于大批量生产，采用倒装比正装操作方便简单，生产效率较高，因此选用倒装复合模。（二）定位方式的选择 定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置，条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与条料方向垂直方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进成为送进导向；二是在送料方向的限位，控制条料一次送进的距离（步距）。1.属于送料导向的定位零件又导料销，导料板、侧压板等。导料板及侧压板多用于级进模和单工序模中。导料销则多用于复合模和单工序模中。因此选导料销做为导向且位于条料的同侧，从右向左送料时导料销装在后侧。2.属于送料定距的定位零件有挡料销、导正销、侧刃等，导正销及侧刃多用于级进模和单工序模中。挡料销则多用于复合模和单工序模中。选取挡料销做定距定位零件。在模具闭合后不许挡料销的顶端高出材料因选取活动式弹顶挡料销。其挡料销的高度h查表得h=3表3.2挡料销高度所以挡料销高度h可以取4mm（三）卸料装置与推件装置的选取 常见的卸料零件又固定卸料板和弹压卸料板。前者式刚性结构主要起卸料作用，卸料力大，适用于冲材料厚度大于0.8的模具，后者是柔性结构，兼有压料和卸料两个作用。其卸料力的大小决定与所选用的弹性元件。主要用于冲制薄料和要求制件平整的冲模中，常用在倒装复合模中，因此选取弹压卸料板。弹压卸料板与凸模配合间隙值查表的=0.15表3.3弹压卸料板与凸模配合间隙值材料厚度0.50.511单面间隙0.050.10.15在自由状态下的弹压卸料板应高出凸模刃口0.30.5。卸料板的厚度查表3.4。表3.4卸料板的厚度材料厚度卸料板宽度 505080 80125hoH0hoH0hoH00.8686108130.81.561081210141.536-10-12-4.512-14-16-查上表得卸料板厚度应该大于12，可取Ho=20mm卸料弹簧选取4个圆钢丝弹簧，其规格为外径, 截面,自由高度,工作高度,节距。该弹簧的材料为65，淬硬4348.它的安装结构是套在卸料螺钉外面，卸料螺钉的直径按公式（3-1） 23 （3-1）其中为弹簧的内径 图3.1卸料螺钉计算得。 其卸料螺钉的结构形式如图3.1 推件装置选取刚性推件装置，它有打杆、推板、连接推杆和推件块组成。（四）导向方式的选择 为了工作方便，安装调整简单，该复合模采用后侧导柱。（五）工作零件的设计1.凹模外形尺寸的确定凹模厚度的确定： （3-2）为系数 为凹模刃口的最大尺寸()查表3.5选取系数=0.6表3.5凹模系数条料宽度材料厚度11336500.300.400.350.500.450.60501000.200.300.220.350.300.451002000.150.200.180.220.220.30H凹=32x0.6=19.2mm取20mm。凹模壁厚C=(1.5-2)H=40mm;凹模外形尺寸可以取为120x120mm。凹模的刃口形式选用直筒式刃口。该凹模的厚度的全部为有效刃口高度，刃壁无斜度，刃磨后刃口尺寸不变，适用于制件或废料逆冲压方向推出的冲裁模如复合模、薄料落料模。其形状如图3.2图3.2凹模刃口2.凹模结构形式的选择凹模的结构形式有整体式和组体式两种，两种结构形式的比较如下表3.6。表3.6凹模两种结构形式的比较结构形式制作方法固定方法特点整体式凹模其外形按毛坯和工件的形状制作采用螺钉和销钉直接固定在模板上制造简单，但工作部分与非工作部分都由优质钢制造，损坏后全部更换，浪费材料，成本高组合式凹模凹模工作部分与非工作部分开制造，非工作部分用普通钢制造，凹模以过渡配合压装在凹模固定板内采用螺钉和销钉把凹模固定板紧固在模板上节约贵重的模具材料，且当凹模损坏后是易维修更换，适用于冲制大、中型工件上的小孔由于工件是大批量的生产，而且整体尺寸较小，则根据上面的比较表可选用整体式的凹模结构。3.冲孔凹模选用凹模的刃口形式有直壁形、锥形和凸台式三种，这几种形式比较如表3.7。表3.7凹模刃口形式的比较刃口形式优点缺点直壁形刃口强度高且刃磨后孔中尺寸不随修磨而变化，制造方便孔内易积工件或废料，增大了凹模的胀力，推件力，孔壁易磨损锥形凹模加工容易，不易积存工件或废料，对孔壁摩擦力和压力小刃口强度较差且刃磨以后孔口尺寸随修磨变大凸台式可以用锤敲打凸台斜面以调整模具间隙，直到试出满意的冲件仅适用于冲0.3mm以下的软金属与非金属材料，凹模的硬度一般不高于HRC3538在本套复合模中，采用的是倒装的形式，而且凹模内有推件块，所以凹模内不会积存工件，而锥形的又不利于工件的推出和间化模具的结构，则根据上面的比较表选用直壁形的刃口形式，刃口无斜度有一定的高度，刃磨后刃口尺寸不变，但刃口后端漏料部分设计成带有一定斜度，凹模工作部分强度较好。如图3.3图3.3冲孔凹模刃口为刃口高度，为斜角，查表2.11得=8, =3 表3.8凹模刃口高度材料厚度t0.5240.512512.5262.563863104.凸模固定形式的选择凸模的固定形式有：采用凸模固定板固定、与上模板直接固定和采用低溶点合金或环氧树脂浇注固定三种，各自的特点的比较如下表。表3.9固定形式的特点比较固定形式固定方法特点凸模固定板固定一般采用H7/p6过渡配合，圆形凸模则采用凸肩固定定位精度高，牢靠，但固定孔精度高，加工困难与上模板直接连接采用螺钉，销钉直接把凸模固定在上模板上适用于大型凸模的固定低熔点合金浇注固定或环氧树脂浇注固定使低熔点合金或氧树脂溶化，像粘结剂一样固定在凸模上适用于冲裁0.32的板料由于本工件是大批量的生产，且内孔有一定的精度要求，模具采用的是复合模，则从上表的比较中可选用凸模固定板固定的形式固定凸模，而这里的固定板又是与落料凹模一体的，即凸模的凸肩与落料凹模的上端以H7/p6过渡配合。5.凸模结构尺寸 小孔凸模为圆形，采取台阶式凸模，它的强度刚性较好，修磨方便，与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6或H7/n7）制造，最大直径的作用形式是台肩，以便固定，保证工作时凸模不配拉出，材料选取Cr12MoV,热处理硬度为5862。其凸模长度计算公式： （3-3）其中1凸模固定板厚度 (0.60.8 )=0.8x20=16mm， 材料厚度 5 卸料板厚度20 增加长度，一般选取1020 L=16+5+20+14=55mm凸模的结构形式如图 3.4 6.凸凹模的选取 凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。凸、凹模的结构大到分为整体式和镶拼式的两种，镶拼式结构适合于大，中型和形状复杂，局部容易损坏的整体凸模式或凹模，而此处所需的凸凹模形状较简单，所以选用整体式来加工凸凹模。凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为倒装结构时，内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。其凸凹模最小壁厚见表3.10。表3.10凸凹模最小壁厚冲件材料材料厚度t0.50.60.81铝，铜0.6-0.80.8-1.0（1.0-1.2）t黄铜，低碳钢0.8-1.01.0-1.2（1.2-1.5）t硅钢，磷钢，中碳钢1.2-1.51.5-2.0（2.0-2.5）t查表计算选取最小壁厚10.0。该凸凹模高度取54mm。其凸模的结构如图3.6图3.6凸凹模7.模架及其他零件的设计该模架选用滑动导向后侧导柱模架，这种模架的导柱在模具的后侧位置，这种模架送料及操作都比较方便，可以纵横向送料。材料选取铸铁200。模架上模板的长度为200、宽度140、厚度35。 下模板的长度250、宽度170、厚度40；最大高度为190、最小高度为160。模柄选取压入式模柄，压入模柄部位应与安装孔成7/6配合，材料选取45钢，尺寸60x150mm。螺钉选用标准件内六角螺钉，规格为10;导柱的直径30，长度144；导套的直径为31 ，长144；应按6/5配合；柱间的距离150；材料为20钢；查表选取国产100KN压力机其最大装模高度为400 最小装模高度为215模柄孔尺寸为直径60，深度为80工作台尺寸左右为800、前后4600，厚度100滑块尺寸：左右400、前后270、四、闭模高度的计算为了保证模具和压力机相适应，冲模的闭合高度应介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间，其关系式为（41）： （4-1）式中 冲模的闭模高度; 最大闭模高度; 最小闭模高度; 垫板高度； 最大装模高度； 最小装模高度。则 Hmin-H1+10mm=125mm Hmax-H1-5mm=295mm =40+34+20+55+54-15=188 有上数可知,则所选则的压力机符合要求。五、模具总装图图5.1总装图1.下模座 2.内六角螺钉 3.导柱 4.弹簧 5.卸料板 6.活动挡料销 7. 内六角螺钉 8.导套 9.上模座 10.凸模固定板 11.顶件块 12.顶杆 13.推板 14.打杆 15.模柄16. 内六角螺钉 17.冲大孔凸模 18.垫板 19.小孔凸模 20.凹模 21.凸凹模 22.固定板 23.圆柱销 24.活动挡料销 25.卸料螺钉26.弹簧 27.凸模镶块工作原理：该模具为倒装复合摸，冲压时可自动送料，板料由卸料板5上的活动挡料销6挡料送进。 工作时上模下行，由凸凹模（21）、落料凹模（20）、冲孔凸模（17、19）完成落料冲孔，使工件成型，工作完成后上模上行，当滑块碰到上死点时，打杆和推板开始工作，将工件从凹模内推出落下，冲孔废料从工作台孔内直接落下。六、模具材料的选用利用模具生产制品零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的性能。1. 应具有较高的变形抗力：主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。其中硬度是模具注意重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作零件热