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半圆 缺口 垫片 冲压 模具设计 冲孔 复合 15 CAD 独家

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摘要本论文应用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次冲压模具设计工作的实际训练从而培养和提高了我的独立工作能力。本设计通过对垫片的复合模设计的工艺性分析，确定了正确的工艺方案。从而对模具设计方案，以及冲压设备作出了分析与选择。通过分析决定采用复合模形式，然后参考其他模具结构以及查手册和计算设计。当所有的参数计算完后，对模具的装配方案，对主要零件的设计和装配要求技术要求都进行了分析。在设计过程中除了设计说明书外，还包括模具的装配图，非标准零件的零件图。关键词：冲压模具；垫片；复合模；工艺；冲压设备AbstractIn this paper, the theory and practical knowledge of this major are applied to a practical training of stamping die design work, so as to cultivate and improve my ability to work independently. Through the analysis of the technological design of the compound die of the gasket, the design determines the correct process plan. Thus, the analysis and selection of mold design and stamping equipment are made. Through the analysis, it is decided to adopt the compound die form, and then refer to other die structures, as well as check manuals and calculation design. After all the parameters are calculated, the assembly scheme of the die, the design and assembly requirements of the main parts are analyzed. In the design process, besides the design specification, it also includes the assembly drawing of the mould and the part drawing of non-standard parts.Key words: stamping die; gasket; compound die; process; stamping equipment目 录摘要1Abstract2引 言4第一章、冲裁件的工艺性分析51.1.冲裁件的结构工艺性61.1.1.冲裁件的形状61.1.2.冲裁件的尺寸精度6第二章、制件冲压工艺方案的确定72.1.冲压工序的组合72.2.冲压顺序的安排7第三章、制件排样图的设计及材料利用率的计算83.1.制件排样图的设计83.2.材料利用率的计算10第四章、确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心114.1.冲压力114.1.1.冲裁力的计算114.1.2.卸料力、推件力及顶件力的计算114.2.压力中心的计算124.3.压力机的选用13第五章、凸、凹模刃口尺寸计算145.1.凸、凹模刃口尺寸计算原则145.2.凸、凹模刃口尺寸计算方法155.2.1.凸模和凹模分开加工155.2.2.凸模和凹模配合加工15第六章、模具整体结构形式设计17第七章、模具零件的结构设计187.1.落料凸模的设计187.2.落料凹模的设计187.3.冲头固定板的设计19第八章、模具的总装配21设计小结22致 谢23参考文献24引 言模具行业的发展现状及市场前景现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在700亿至850亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持15%的年增长率（据不完全统计，2005年国内模具进口总值达到700多亿，同时，有近250个亿的出口），到2007年模具产值预计为700亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2006年的2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2005年我国汽车产销量均突破550万辆，预计2007年产销量各突破700万辆，轿车产量将达到300万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志，就我国而言，经过了这几十年曲折的发展，模具行业也初具规模，从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步，但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。随着信息产业的不断发展，模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。现在模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究和应用。大大提搞了模具设计和制造的效率。减短了生产周期。采用模具CAD/CAM技术，还可提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新和开发上。尤其是pro/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展。数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化。电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。模具的标准化程度在国内外现在也比较明显。特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。其大大的提高了它们的互换性。加强了各个地区的合作。对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。第一章、冲裁件的工艺性分析冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。所谓冲裁工艺性好是指能用普通的冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。因此，冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求，对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大的影响。1.1.冲裁件的结构工艺性 1.1.1.冲裁件的形状图1.零件及尺寸此制件的形状较简单，且对称，有圆角过渡，便于模具的加工和减少冲压时在尖角处开裂的现象，同时也可以防止尖角部位刃口的过快磨损。1.1.2.冲裁件的尺寸精度冲裁件的精度主要以其尺寸精度、冲裁断面粗糙度、毛刺高度三个方面的指标来衡量，根据零件图上的尺寸标注及公差，可以判断属于尺寸精度为IT12IT14的经济级普通冲裁。第二章、制件冲压工艺方案的确定2.1.冲压工序的组合冲裁工序可以分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。冲裁方式根据下列因素确定：（1） 根据生产批量来确定 对于年产量需求100万件的该产品来说采用复合模或连续模较合适。（2） 根据冲裁件尺寸和精度等级来确定 复合冲裁所得到的冲裁件尺寸精度等级高，而连续冲裁比复合冲裁的冲裁件尺寸精度等级低。（3） 根据操作是否方便与安全来确定 复合冲裁其出件或清除废料较困难，工作安全性较差，连续冲裁较安全。综上所述分析，在满足冲裁件质量与生产率的要求下，选择复合冲裁方式，其模具寿命较长，生产率高，操作较方便和工作安全性高。2.2.冲压顺序的安排落料冲孔复合模第三章、制件排样图的设计及材料利用率的计算3.1.制件排样图的设计排样时需考虑如下原则：1.提高材料利用率（不影响冲件使用性能前提下，还可适当改变冲件的形状）2.合理排样方法使操作方便，劳动强度低且安全。3.模具结构简单、寿命长。4.保证冲件的质量和冲件对板料纤维方向的要求。搭边与料宽如下： 搭边 搭边值要合理确定，值过大，材料利用率低；值过小，搭边的强度与刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。因此，搭边的最小宽度大于塑性变形区的宽度，一般可取等于材料的厚度。搭边值的大小还与材料的力学性能、厚度、零件的形状与尺寸、排样的形式、送料及挡料方式、卸料方式等因素有关。搭边值一般由经验确定，根据所给材料厚度=1.0mm，圆形零件，确定搭边工作间a1为0.8mm, a为1.0mm。具体排样图如下：送料步距和条料宽度的确定送料步距 条料在模具上每次送进的距离成为送料步距。每次只冲一个零件的步距S的计算公式为 S=D+a1 (1) S=90+0.8=90.8mm式中 D平行于送料方向的冲裁宽度；a1冲裁之间的搭边值。采用导正销进行定距，步距精度经经验估算得到步距公差为正负0.023。条料宽度 条料宽度的确定原则：最小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。当用孔定距时，可按下式计算条料宽度 B-=(Dmax+2a)- =(100+21)-0.5=102-0.5mm式中 B条料的宽度（mm）；Dmax冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；a侧搭边值；条料宽度的单向（负向）公差；剪切条料宽度偏差=0.5, 因此B=102-0.5。3.2.材料利用率的计算一个步距内的材料利用率为=nF/Bs100% =17445.23/10290.8100%=80.39%式中 F一个步距内冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）；n一个步距内冲裁件数目；1B条料宽度（mm）；102mms步距（mm）；90.8mm第四章、确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心4.1.冲压力 冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。4.1.1.冲裁力的计算平刃口冲裁力可按下式计算 落料力计算F=KL (4-1) F=1.3309.811340=136936.02N =136.94KN式中 F冲裁力（N）；L冲裁件周边长度（mm）；材料抗剪强度（MPa）；10#钢抗剪强度为260-340MPa材料厚度；(mm)K系数，通常K=1.3； 冲孔力计算F=KL (4-2) F=1.3（3.1410+20+20）1340=31558.8N =31.56KN4.1.2.卸料力、推件力及顶件力的计算生产中常用下列公式计算 F卸=K卸F落 (4-3) =0.045136.94=6.16KN F退=K退F冲 (4-4) =0.0531.56=1.578KN 式中 F冲裁力； F卸、F顶分别为卸料系数和顶件系数综上所述，总的冲裁力为F总= F落+F冲+F卸+F顶=176.238KN4.2.压力中心的计算采用解析法求压力中心，求YG，XG，示意图如下：F1冲孔力 F1=Ltb，得F1=136.94KNF2落料力 F2=Ltb ,得F2=31.56KNY1F1到X轴的力臂 Y1=0X1F1到Y轴的力臂 Y1=0Y2F2到X轴的力臂 Y2=0X2F2到Y轴的力臂 Y2=0根据合力距定理：YG=（Y1F1+Y2F2）/（F1+F2）YGF冲压力到X轴的力臂；YG=0XG=（X1F1+X2F2）/（F1+F2）XGF冲压力到Y轴的力臂；XG=04.3.压力机的选用初步确定压力机的型号：F公称F总 因此选择压力机的型号为：J2325压力机 型号为J2325压力机的基本参数如：（表一）公称压力/KN250垫板尺寸/mm厚度50滑块行程/mm65滑块行程次数/（次/min）55模柄孔尺寸/mm直径40深度60最大封闭高度/mm270滑块底面积尺寸/mm封闭高度调节量55滑块中心线至床身距离/mm200床身最大可倾角30立柱距离/mm270工作台尺寸/mm前后370左右560工作台孔尺寸前后200左右290第五章、凸、凹模刃口尺寸计算5.1.凸、凹模刃口尺寸计算原则设计落料模先确定凹模刃口尺寸，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸，以凸模为基准，间隙取在凹模上。间隙是影响模具寿命的各种因素中占最主要的一个。冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间的均有磨檫，而且间隙越小，磨檫越严重。在实际生产中受到制造误差和装配精度的限制，凸模不可能绝对垂直于凹模平面，而且间隙也不会绝对均匀分布，合理的间隙均可使凸模、凹模侧面与材料间的磨檫减小，并缓减间隙不均匀的不利影响，从而提高模具的使用寿命。冲裁间隙对冲裁力的影响：虽然冲裁力随冲裁间隙的增大有一定程度的降低，但是当单边间隙介于材料厚度 5%20%范围时，冲裁力的降低并不明显（仅降低5%10%左右）。因此，在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不大。冲裁间隙对尺寸精度的影响：间隙对冲裁件尺寸精度的影响的规律，对于冲孔和落料是不同的，并且与材料轧制的纤维方向有关。通过分析可以看出，冲裁间隙对断面质量、模具寿命、冲裁力、斜料力、推件力、顶件力以及冲裁件尺寸精度的 影响规律均不相同。因此，并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量最佳，尺寸精度最佳，冲裁模具寿命最长，冲裁力、斜料力、推件力、顶件力最小等各个方面的要求。在冲压的实际生产过程中，间隙的选用主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个方面的主要因素。但许多研究结果表明，能够保证良好的冲裁件断面质量的间隙数值和可以获得较高的冲模寿命的间隙数值也是不一致的。一般说来，当对冲裁件断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值，而当对冲裁件的质量要求不是很高时，则应适当地加大间隙值以利于提高冲模的使用寿命。根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于零件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于冲孔件的最大极限尺寸。按冲件精度和模具可能磨损程度，凸、凹模磨损留量在公差范围内的0.5-1.0之间。磨损量用x表示，其中为冲件的公差值，x为磨损系数，其值在0.5-1.0之间，与冲件制造精度有关，可按下列关系选取：零件精度IT10以上，X=1；零件精度IT11-IT13，X=0.75；零件精度IT14，X=0.5。零件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差应按“入体”原则标注单向公差，即：落料件上偏差为零，只标注下偏差；冲孔件下偏差为零，只标注上偏差。如果零件公差是依双向偏差标注的，则应换算成单向标注。磨损后无变化的尺寸除外。5.2.凸、凹模刃口尺寸计算方法5.2.1.凸模和凹模分开加工 这种方法主要适用于圆形或简单刃口。设计时，需在图样上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。并且保证冲模的制造公差与冲裁间隙之间满足：d+pZmax-Zmin (5-1) 5.2.2.凸模和凹模配合加工 配合加工方法，就是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个，然后依此为基准再按最小合理间隙配做另一件。采用这种方法不仅容易保证冲裁间隙，而且还可以放大基准件的公差，不必检验d+pZmax-Zmin 。同时还能大大简化设计模具的绘图工作。目前，工厂对单件生产的模具或冲制复杂形状的模具，广泛采用配合加工的方法来设计制造。冲孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式计算：冲孔时凸模 dp=(dmin+X)+p 冲孔时凹模 Bh=(dmin+X+Zmin)-p落料时凹模 Dp=(Dmax-X)-p 落料时凸模 Ah=(Dmax-X-Zmin)+p孔心距 Lp=Lp 式中 Dp dp分别为落料和冲孔凸模的刃口尺寸（mm）；Dmax 为落料件的最大极限尺寸（mm）；dmin为冲孔件的最小极限尺寸（mm）；工件公差；p凸模制造公差，通常取p=/4；p刃口中心距对称偏差，通常取p=/8；Lp凸模中心距尺寸（mm）；L冲件中心距基本尺寸（mm）；Zmin最小冲裁间隙（mm）；本次设计取值Zmin=0.10落料凹模尺寸：Dp1=(Dmax-X)-/4 =100.25-0.50.5=100;Dp2=(Dmax-X)-/4 =90.25-0.50.5=90;落料凸模尺寸：Ah1=(Dp1-Zmin)+/4 =100-0.10=99.9; Ah2=(Dp2-Zmin)+/4 =90-0.10=89.9;冲孔凸模尺寸：dp1=(dmin+X)-/4 =4.95+0.50.1=5冲孔凹模尺寸：Bh1=(dp1+Zmin)-/4 =5+0.1=5.1，孔心距 Lp=Lp =200.01 第六章、模具整体结构形式设计 落料冲孔模结构形式： 倒装结构复合模，凹模在上，凸凹模在下，所冲废料直接从模板下面掉下去，能够有效提高生产效率。 第七章、模具零件的结构设计7.1.落料凸模的设计材料：Cr12Mov，硬度：5862HRC（如图），外形线割，与下模板采用螺钉和销钉固定。7.2.落料凹模的设计材料：Cr12Mov，硬度：5862HRC（如图），与上模板采用螺钉和销钉固定。7.3.冲头固定板的设计材料：45#，（如图），凸模孔与凸模过盈配合，采用台阶挂式结构，防止其脱落固定板第八章、模具的总装配1、确定装配基准件 应以冲孔凸模为装配基准件