毕业设计(论文).doc

摘 要冲裁工艺在工业生产中应用广泛，冲压模具设计与制造技术是一项技术性和经验性都很强的工作。本次毕业设计根据毕业设计任务书提供的零件图纸要求,用Auto CAD进行设计分析。根据分析结果选择合理的冲压工艺和合理的模具结构，在此基础上优化零件结构和选择合适的零件材料。经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，采用冲孔落料工序，通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定压力机的型号。再分析对冲压件加工所需的模具类型，选择所需设计的模具类型。本文首先叙述了冲压模具的发展状况，模具在现代工业中的作用，和在整个国民经济中的地位。说明了冲压模具的重要性与本次设计的意义，接着是简单说明了模具设计的基本概念和模具设计的一般步骤、模具的分类、模具零件的分类、模具的结构形式、冲压的基本概念、冲压工艺基础理论、塑性力学基础理论。然后对冲压件进行工艺分析，完成了工艺方案的确定，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。再进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算，为选择冲压设备提供依据。其次对主要零部件的设计和标准件的选择，为本次模具零件图的绘制和模具的成形提供依据，以及为装配图各尺寸提供依据。通过前面的设计方案画出模具各零件图和装配图。 本次设计阐述了冲压倒装复合模的结构设计及工作过程。本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。 关键字：冲裁；落料冲孔；倒装复合模；模具结构18ABSTRACTApplication is broad according to cutting handicraft in the commercial run. That dies designs and makes a technology is one item technicality and all very strong job of experience. Originally, time, This graduation design based on the graduation design programme .Make use of the computer CAD software to assist design。Choose rational stamping handicraft and rational mould structure according to analysing result. The basis fixes the part material optimizing part structure and choosing rightly here. Look up a data through. First be going to carry out industrial analysis on the part , Industrial analysis and contrast pass. Adopt punched hole blank working procedure. Passing according to cutting a force , being equivalent to a force in being unloaded piece strenuously, and so on secretly schemes against, ascertain the press machine type. Again analysis stamps the type processing the required mould piece face to face. Choose the required mould type.Situation the main body of the book has been narrated first stamping development of mould. Mould effect in modern industry and position in drawing in entire national economy. Have explained the significance that dies significance and common process. The step having explained the design for die and mould basic concept and the design for die and mould sort simplely follow, the mould classification , mould part classification , the mould structure form , the basic concept stamping, stamp handicraft basic theory , engineering plasticity basic theory. And then carry out industrial analysis on stamping piece. Accomplish handicraft scheme ascertaining that. Arrange the master drawing design to the part. Be completed to material the utilization ratio calculation. Carry out the calculation according to cutting a force again and The design according to cutting the model job part secretly schemes against. Be that the equipment choosing stamping provides a basis. Secondary choice to main component and part design and standard piece. Drawing and the mould forming that time of mould part pursues provide a basis to. And, every dimension provides a basis to assembling picture. By the fact that the preceding design plan draws up a mould, every part pursues and assembles picture. Design the physical design and course of work having set forth the stamping upside down mounting compound model originally time. The mould function is reliable originally , operation is stable, have raised product quality and the efficacy , have reduced the intensity of labour and cost of production.Keywords: Stamping; Blanking and Punching; Compound die; Die structure1 绪 论1.1模具技术的历史与发展水平我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了温长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元各类冲压模具的生产能力。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。例如国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。 1.2模具在现代工业中的地位在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等生产行业中得到了广泛应用。由于采用模具进行生产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证一定的加工质量要求，所以，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常品等产品的零部件很多都采用模具进行加工。据国际技术协会统计，2000年产品零件粗加工的75 %，精加工的50 % 都由模具加工完成。1.3模具工业在国民经济中的地位 模具工业是“百业之母”，是工业产品的“效益放大器”。各国对模具的美誉很多，美国工业界认为：“模具工业是美国工业的基石”；日本模具协会认为：“模具是促进社会繁荣富裕的动力”；国际模具协会认为：“模具是金属加工业的帝王”。 模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。例如，冲压件和锻件是通过冲压或锻造方式使金属材料在模具内发生塑性变形而获得的：金属压铸件、粉末冶金零件以及塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成形的。据有关资料介绍，某些国家的模具总产值已超过了机床工业的总产值，其发展速度超过了机床、汽车、电子等工业。模具工业在这些国家已摆脱了从属地位而发展成为独立的行业，是国民经济的基础工业之一。2 冲压的定义和塑性力学基础2.1冲压的定义冷冲压也称板料冲压，是塑性加工的一种基本方法。一般是以金属板料为原材料（也有采用金属管料和非金属材料的），利用压力机上的模具作往复运动，再常温下对金属板料施加压力，使金属板料内部产生变形的应力。当应力的作用达到一定数值时，板料毛胚的某个部分便产生与应力的性质相对应的变形，使板料分离（或局部分离）或产生塑性变形，从而获得所需尺寸及形状的零件。2.2 塑性变形的基本概念 在金属材料中，原子之间作用着相当大的力，足以抵抗重力的作用，所以在没有其它外力作用的条件下，金属物体将保持自有的形状和尺寸。 （1）弹性变形-当物体受到外力作用之后，它的形状和尺寸将发生变化即变形，变形的实质就是原子间的距离产生变化。假如作用于物体的外力去除后，由外力引起的变形随之消失，物体能完全恢复自己的原始形状和尺寸，这样的变形称为弹性变形。 （2）塑性变形-如果作用于物体的外力去除后，物体并不能完全恢复自己的原始形状和尺寸，这样的变形称为塑性变形。塑性变形和弹性变形都是在变形体不破坏的条件下进行的（即连续性不破坏）通常用塑性表示材料塑性变形能力。 （3）塑性-指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性能力。金属的塑性不是固定不变的，影响它的因素很多，除了金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等内在因素之外，其外部因素变形方式（机械因素即应力状态与应变状态）、变形条件（物理因素即变形温度与变形速度）的影响也很大。衡量金属塑性高低的参数称为塑性指标（延伸率、断面收缩率）。（4）塑性指标-是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示，它可借助于各种实验方法测定。目前应用比较广泛的是拉伸试验，对应于拉伸试验的塑性指标，用延伸率和断面收缩率表示。 需要指出，各种试验方法都是相对于特定的受力状况和变形条件的，由此所测定的塑性指标，仅具有相对的比较意义。 （5）变形力-塑性变形时，使金属产生变形的外力称为变形力。 （6）变形抗力-金属抵抗变形的力称为变形抗力，它反映材料产生塑性变形的难易程度，一般用金属材料产生塑性变形的单位变形力表示其大小。3 模具设计过程3.1 冲压工艺分析3.1.1 材料该冲裁件的材料为Q235，有较好的可冲压性能。力学性能为：抗剪强度310-380MPa ,抗拉强度375-460MPa，屈服强度为235MPa，伸长率21%-25%，3.1.2零件结构 根据零件内、外形尺寸标注公差，按IT14确定工件尺寸的公差 。孔心距公差为IT11级，查公差表得：外形尺寸：直径25mm ； 内形尺寸：直径18mm 结论：适合冲裁3.2 工艺方案及模具结构类型3.2.1工艺方案（1）圆形平垫冲压工艺该零件包括落料、冲孔两道工序组成。可以采用以下三种工艺方案：方案一 先落料，后冲孔。 -先充25外圆的轮廓充18的内孔 采用单工序模生产。方案二 冲孔落料级进冲压。-采用级进模生产 。方案三 落料-冲孔复合工序 采用复合模具生产。（2）落料工序工艺的选择方案一的模具实单工序模，单工序模具冲压精度一般，对原材料的要求不高。生产通用性好，适用于中，小批量生产及大型件的大量生产。结构简单，制造周期短，价格低。模具有导向时安装与调整方便，设备较小。结构简单，但需两道工序、两副模具，成本高而且生产效率低，难以满足大批量的生产的要求。方案二只需一套模具，工件的精度和生产效率都很高，但是级进模的设计和制造难度大、周期长且制造成本高，材料的利用率也较低。方案三的精度和生产效率虽不如方案二的高，但都可以满足生产需要，最重要的是生产成本较低。综合所有因素，该工件采用方案三最好。3.3 毛坯尺寸的确定和排样3.3.1 毛坯尺寸的计算 工件简图 （单位：mm） 根据零件确定计算毛坯尺寸的公式：A = 3.14*(D/2) =3.14*25/4 = 490.63 (mm) (其中D = 25 ) 3.3.2 查表确定搭边值查表知：两工件的搭边 a=2.2工件边缘搭边 a1=1.8步距 S = D +a1 =25 +1.8 =26.8（mm） 3.3.3 条料宽度B = D+2*a = 25 + 2.2*2 = 29.4（mm） B0 = B + Z = 29.4 + 0.5 = 29.9（mm） 其中 ：D - 工件的外圆直径A - 一个冲裁件的面积B - 条料宽度S - 条料进距B0 - 导料板间距离Z - 导料板与条料间的最小距离3.3.4 排样图排样图如下图所示3.4 材料利用率3.4.1一个步距内的材料利用率= A /BS = 190.63/ （29.4 * 26.8） = 62.3 A - 一个步距内的冲裁件的实际面积B - 条料宽度S - 步距3.4.2 材料的总利用率查板材标准，宜选用30006000的钢板，每张钢板可剪裁2张条料（30003000）每张条料可冲10000个工件。总的材料利用率总=nA1/LB100% = 49.6 % 即每张板料的材料利用率为49.6 %总 总的材料利用率3.5冲压力与压力中心计算冲压力示意图3.5.1 冲压力分析(1)冲孔凸模将凸凹模内的冲孔废料推出故需要冲孔推件力(2)推件块将落料凹模内，冲孔凸模外的工件推出，故需要落料推件力和冲孔卸料力(3)弹压卸料装置将箍在凸凹模外的落料废料卸下故需要落料卸料力3.5.2冲压力计算(1) 落料力F落=KLtb=1.3 * 78.5 * 343 * 2 Mpa=70 KN b Q235为310-380MPa，取值343MpaK 系数取1.3；L 落料零件的周长78.5 mmt 零件的厚度 2 mm（2）冲孔力F冲=KLtb=1.3 * 2 * 56.5 * 343 = 30.8 KN L冲孔的周长56.5mm； 其他数据同上（3）落料卸料力 Fx落=KxF落=0.1 * 70 = 7 KN （3-7）Kx系数取0.1；F落落料力 70 KN（4）冲孔卸料力 Fx冲= KxF冲=0.1 * 30.8 =3.08 KN （3-8）F冲冲孔力 30.8KN；Kx系数取0.1（5） 推件力 F推 = Ft落 + Ft冲 = N* K推 * （F冲 + F落 ）= 2 * 0.045 *（70 +30.8）= 2.8 KN N =H /t =6/2 = 3 H - 凹模刃口直臂高度 K推 - 系数取0.045（7）公称压力 F总=F落+F冲+Fx落+Fx冲+F推 =15.9KN 3.6 压力中心由于本零件的加工在本工序中加工时是对称件压力中心在对称中心，所以不需要计算压力中心。3.7 工作零件刃口尺寸计算3.7.1落料部分以落料凹模为基准计算 落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制。3.7.2冲孔部分以冲孔凸模为基准计算冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，间隙取在凹模上，通过增加凹模刃口尺寸来取得间隙，即以落料凹模、冲孔凸模为基准 ，凸凹模按间隙值配制。3.7.3刃口尺寸计算冲裁间的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度。合理间隙数值也必须靠模具刃口的尺寸及公差来保证正确。确定刃口尺寸及其公差将会直接影响到冲裁生产的技术经济效果。因此它是设计冲裁模的主要任务之一。在计算刃口尺寸时，应按落料与冲孔两种情况分别考虑，其原则如下：（1） 落料时，应以凹模刃口尺寸为基准。凹模基本尺寸取落料尺寸公差范围内的较小尺寸。凸模的基本尺寸则是用凹模的基本尺寸减去最小的合理间隙。（2） 冲孔时，应以凸模尺寸为基准。凸模基本尺寸取冲件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。凹模的基本尺寸是用凸模的基本尺寸加上最小合理间隙。（3） 凸凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸凹模的加工方法来确定。既要保证冲裁间隙要求，并冲出合理的零件又要便于模具加工。（4） 根据工件的尺寸公差的要求确定模具刃口尺寸的公差等级。凸凹模配作加工时的计算方法：磨损系数冲件精度IT10IT11-IT13IT14X10.750.5落料时以凹模为基准，配作凸模；冲孔时以凸模为基准，配作凹模冲裁件的制造尺寸公差IT14；模具刃口尺寸的公差IT9冲裁模初始双面间隙：Zmin=0.246 Zmax=0.36（根据参考材料查表得）落料模具刃口尺寸的计算：以落料凹模为基准的刃口尺寸计算，落料时间隙取在凸模上。凸模和凹模的制造公差选择工件尺寸：=25 0-0.3 凹模尺寸：Dd=（D-x ） D工件的尺寸；2mm X磨损系数；查表5-1得0.5工件公差；0.3mm凸模凹模的制造公差；+0.06mm计算得：Dd= 24.85 0+0.06 凸模尺寸：Dp=（DdZmin）Dd凹模的尺寸；24.85mmZmin冲裁模初始双面间隙最小值；0.246mm凸凹模的制造公差；-0.04mm计算得：Dp=24.604 冲孔模具刃口尺寸的计算：以冲孔凸模为基准的刃口尺寸计算，冲孔时间隙取在凹模上。凸模和凹模的制造公差选择工件内孔的尺寸：d=11mm凸模尺寸： d工件的尺寸；18mmX磨损系数；查表5-1得0.5工件公差；0.3mm凸模凹模的制造公差；-0.04mm计算得：= 18.15 0-0.04 凹模尺寸：工件的尺寸 d = 18mmX磨损系数；查表5-1得0.5工件公差；0.3mm凸模凹模的制造公差；+0.06mmZmin冲裁模初始双面间隙最小值；0.246mm计算得：dd = 17.94 0+0.06综合以上计算得：落料模具刃口尺寸：凹模尺寸Dd= Dd= 24.85 0+0.06 凸模尺寸 Dp=24.604 冲孔模具刃口尺寸：凸模尺寸= 18.15 0-0.04 凹模尺寸dd = 17.94 0+0.063.8零件结构尺寸3.8.1落料凹模板尺寸 凹模的结构形式如上图所示在此设计中落料凹模和冲孔凹模的结构形式均为直筒式孔 口凹模。直筒式孔口凹模特点：制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。易积存冲件或废料，胀力大，推件力大， 孔壁磨损大，刃磨层较厚。冲裁刃口高度h（mm）料厚t0.5112244刃口高度h68810101214（1）落料凹模厚度：kb 其中0.28；b 凹模孔的最大宽度（b = 71.8）； 计算得：H = 20（2）落料凹模壁厚：（1.22）（1.22）202440 取25（3）落料凹模板边长120mm （4）落料凹模宽100mm（5）故确定凹模板外形为圆形直径为120mm（6）根据上表确定冲裁刃口高度 8mm h 10mm，在本设计中冲 裁刃口高度h=9mm。 材料：Cr 12 表面硬度 58 62 HRC3.8.2：凸凹模长度和结构设计L=h1+h2+h3=7+10+28=45 mm h1 凸凹模固定板厚度；7mmh2 弹性卸料版厚度； 10mmh3 弹性元件的厚度； 28mm凹模长度示意图如下图3.8.3 冲孔凸模尺寸凸模长度：L = h1 + h3 = 20 + 25 = 45 h1凸模固定板厚度；20mmh3凹模板厚； 25mm 冲孔凸模长度示意图如下图 凸模长度示意图材料：Cr12 表面硬度 58 62 HRC3.9 零件的强度校核其他零件均不属于细长杆强度足够，以只校核冲孔凸模的强度。3.9.1 凸模的承受能力校核：= p/A = 30800/3.14*182 =81.06Mpac = 520Mpa因为 ：c所以 ：凸模满足承受能力3.9.2 失稳弯曲应力校核：当凸模有导向时，其凸模的自由长度应满足以下要求L 其中：E为弹性模量。对于Cr钢其值2.20*MPa； P为冲孔时的冲裁力L 2 = 0.552 *2.2*105*1.84/3.14*30800 = 100.70mmL = 100.30mm该凸模的长度L=45mm而L=100.30mm45mm所以此凸模符合要求。3.10其他零件结构尺寸3.10.1 核导料板的设计 导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的间隙取0.5mm，这样就确定导料板的宽带，厚度按表选择。导料板采用45钢制作，热处理硬度为4045HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。在导料端安装有承料板。 3.10.2 卸料部件的设计 卸料板的设计。卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为10mm。卸料板采用Q235钢制造。 卸料螺钉的选用 。 卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M1010mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模断面1mm，有误差时应通过在螺钉和卸料板间安装垫片来实现。各板厚尺寸及规格见下表各种板厚及规格序号名称尺寸厚度材料数量1上垫板120*100845钢12凸模固定板120*10020Q23513卸料版120*10010Q23514凸凹模固定板120*10020Q23513.10.3 模柄模架结构的设计 模柄是作为上模与压力机滑块连接的的零件。对他的技术要求是：一要与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠。二是要与上模正确而可靠的连接。JB/T 7646.1 -2008 冲模模柄标准规定的冲模模柄有压入式模柄、旋入式模柄、凸缘模柄等几种。 压入式模柄与模孔采用过渡配合 H7/m6，并加螺钉以防止转动。这种模柄可较好的保证轴线与上模座的垂直度，适合中小冲模，在生产中比较常见。 选入式模柄通过螺纹与上模座连接，并通过螺丝防止松动。这种模具拆转方便，但模柄轴线与上模座的垂直度较差，多用于有导柱的中小型模具。 凸缘模具用3 4个螺钉紧固与上模座，模柄的凸缘与上模座的网窝采用H7/js6过渡配合，用于较大的模具。考虑到模具的结构，本次设计采用凸缘模柄比较的方便。3.10.4 模架结构的设计模架是上模座、下模座、导柱、和导套的组合体。根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质，模架可分为滚动导向模架和滑动到相爱那个模架两大类。选择模架结构要根据共建的受力变形特点配件的定位和出件的方式、材料送进方向、导柱的受力状态，以及操作是否方便等方面进行综合考虑。选择模架尺寸时耀从凹模的轮廓尺寸来考虑，一般在长度及宽度上模架都应比凹模大4060mm，模架的厚度一般等于凹模后的的11.5倍选择模架时还要注意模架和压力机的安装关系，在模架与压力机工作台的关系中，模座的狂度应比压力机功能工作台孔的孔径每边约大4050mm。另外，冲压模具的闭合高度应大于压力机的最小装模高度，小于压力机的最大装模高度等。考虑到以上的要求以及制件的精度、压力机的最大装模高度、滑块行程确定模具闭合高度为356mm，由此选择对角导柱的模架。对角模架的定位相对于其他几种模架的更加准确。由于所加工的零件的尺寸过大不能选择标准模架。根据模具架的结构的设计标准进行设计上模座，下模座以及其他标准件得选择。3.10.5 下模座的选择设计模座的设计准则：模座设计时应注意的问题设计时一般都按标准（GB/T2851.31990、GB/T2855.51990、GB/T2851.61990）选用模架或模座。在比使用标准的情况下，设计冲模模座时应注意以下几点。（1）模座的外形尺寸根据凹模的周界尺寸和安装要求来确定。对于圆形模座，其直径应比凹模的直径大3070mm。对于矩形模座，其长度应比凹模板长度大4070mm，而宽度可以等于或略大于凹模板宽度，但应考虑有足够位置来安装导柱、导套。模座的厚度一般取凹模板的1.0-1.5倍，根据受力情况，上模座厚度可比下模座厚度小5-10mm。对于大型非标准模座，还必须根据实际需要，按铸件工艺性要求和铸件结构设计规范进行设计。（2）所设计的模座必须与所选的压力机工作台和滑块的有关尺寸相适应，并进行必要的校核，如下模座尺寸应比压力机工作台孔或垫板孔尺寸每边大40-50mm等。（3）上、下模座的导柱与导套安装孔的位置尺寸必须一致，其孔距公差要求0.01mm以内。模座上、下面的平行度，以及导柱导套安装孔与模座上、下面的垂直度等要求符合标准中冲模模架零件技术条件的有关规定。（4）模座材料根据工艺力的大小和模座的重要性选用，一般的模座选用HT200或HT250，也可选用Q235或Q255，大型重要模座可选用ZG35或ZG45。该模具采用中间导柱模架，这种模架的导柱在模具中间位置，冲压时可防止偏心力矩而引起的模具歪斜，可以根据凹模周界尺寸来选择模架规格。两副导柱导套选用同一种规格的，导柱dl为32160、导套dlD为3211