弹簧片的冲压模具设计毕业设计论文.doc

前 言冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。本次设计是参考了众多参考文献及专业资料的规范要求编写而成。本设计主要介绍片装弹簧冲压级进模。本设计共分4章，主要冲压工艺分析及工艺方案的确定，冲压工艺的计算及设计，冲模结构设计和模具的装配及试模等。另外，还附有毕业设计任务书、装配图、零件图。导师成良平老师曾在编写及内容安排提出不少有益的意见。在此，谨向尊敬的导师表示真诚的感谢和崇高的敬意！由于本人知识水平和能力的有限，在设计的过程中难免存在很多的纰漏和不足之处，恳请个各位老师的批评与指正。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。本课题就是将弹簧片作为设计模型，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。本设计对弹簧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。本课题通过对弹簧片的冲压模具设计，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：弹簧片 冲孔 弯曲 级进模设计绪 论模具工业作为一种新兴工业，它有节约原材料、节约能源、较高的生产效率，以及保证较高的加工精度等特点，在国民经济中越来越重要。模具技术成为衡量一个国家制造水平的重要依据之一，其中冲载模具在模具工业中举足轻重的地位。冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。本次毕业设计的目的是对所学知识的全面总结和运用，巩固和加深各种理论知识灵活运用。目标是通过这次毕业设计，可以很好的培养独立思考，独立工作的能力，为走上工作岗位从事技术工作打下良好的基础。此次毕业设计课题为片状弹簧片冲压级进模。首先对弹簧片的冲压工艺进行了分析，介绍了落料冲孔弯曲级进模模结构设计的要点，同时编制了落料冲孔弯曲级进模的制造工艺和装配工艺。目 录前 言. .1摘 要. .2绪 论. .3第一章 冲压工艺分析及工艺方案的确定.71.1 工艺分析. 71.2 工艺方案的确定. 71.3 模具结构形式的确定.9第二章 冲压工艺的计算及设计.112.1计算毛坯尺寸.112.2计算材料利用率.142.3计算冲压力.142.4设备类型的选择.162.5计算压力中心.162.6计算凸、凹模刃口尺寸.182.7凹模各孔口位置尺寸.192.8卸料板各孔口尺寸.222.9凸模固定板各孔口尺寸.232.10回弹值的确定.24第三章 冲模结构设计.263.1凹模设计.263.2凸模设计.263.3模具总体设计.273.4选择模架及确定其它冲模零件尺寸.283.5校核压力机安装尺寸.28第四章 模具装配和试模.294.1冲裁模装配的技术要求.294.2冲裁模试模的技术要求.304.3模具装配图.30致 谢.32参考文献.33设计题目： 片状弹簧冲压级进模冲压件如图0-1材料： 黄铜H68（半硬）生产批量： 20万件/年料厚：1mm图0-1片状弹簧片1 冲压工艺分析及工艺方案的确定1.1工艺分析该制件形状简单，尺寸较小，厚度适中，大批量，属普通冲压件，制件尺寸精度为IT14级。由制件图分析可知：（1）2-3.5 两孔壁距及周边距仅2.252.5 。（2）制件头部有15 的非对称弯曲，控制回弹是关键。（3）制件较小，从安全考虑要采用适当的取件方式。（4）有一定的批量，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。1.2工艺方案的确定根据制件工艺性分析，其基本工序有落料，冲孔和弯曲三种。按其先后顺序组合，可得如下五种方案：（1） 落料-弯曲-冲孔，单工序冲压（2） 落料-冲孔-弯曲，单工序冲压（3） 冲孔-切口-弯曲-落料，单件复合冲压（4） 冲孔-切口-弯曲-切断-落料，两件连冲复合（5） 冲孔-切口-弯曲-切断，两件连冲级进冲压表2-1 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IT13IT10级可达IT10IT8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0.26mm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（1），（2）属于单工序冲压，由于此制件生产批量较大，尺寸又较小，这两种方案生产率较低，操作也不安全，故不宜采用。方案（3），（4）属于复合式冲压，由于制件结构尺寸小，壁厚小，复合模装配较困难，强度也会受到影响，寿命不高，又因冲孔在前，落料在后，以凸模插入材料和凹模内进行落料，必然受到材料的切向流动压力，有可能使3.5，凸模纵向变形因此采用复合冲压，除解决了操作安全性和生产率等问题外，又有新的难题。因此使用价值不高也不采用。方案（5）属于级进冲压，既解决了方案（1），（2）的问题又不存在方案（3），（4）的难点，故此方案最为合适。1.3模具结构形式的确定因制件材料较薄，为保证制件平整，采用弹压卸料装置。它还可对冲孔小凸模起导向作用和保护作用。为方便操作和取件，选用双柱可倾压力机纵向送料，因制件薄而窄采用侧刃定位，生产率高，材料消耗也不大。综上所述，由冷冲模设计指导表4-2，4-7应选用弹压卸料纵向送料典型组合结构形式，对角导柱滑动导向模架。滑动对角导向模架中导柱与导套通过小间隙或无间隙滑动配合，因导柱、导套结构简单，加工与装配方便，故应用最广泛。滑动导向模架的导向零件都是安装在模具的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠，还有对角模架工作面的横向（左右方向）尺寸一般大于纵向（前后方向），在级进模冲压及大批量生产中用的很广泛。主视图俯视图2 冲压工艺计算及设计2.1计算毛坯尺寸相对弯曲半径为R/t=2/1=20.5式中R弯曲半径（mm） t料厚（mm）可见，制件属于圆角半径较大的弯曲件，应先求弯曲变形区中性层曲率半径（mm）=r+xt式中r零件的内弯曲半径 t材料厚度x中性层位移系数见冷冲压技术表4-5由冷冲压技术表4-5应变中性层位移系数x值查出x=0.38=（2+0.38x1）mm=2.38mm由圆角半径较大（r0.5t）的弯曲件毛料长度计算公式l=l+l；l=式中l弯曲件毛料展开长度（mm）l弯曲件各直线段长度之和（mm）l弯曲件各弯曲部分中性层展开长度之和（mm）由图1-2可知l=AB+BC；l=CE+EF 式中AB=20mmBG=36-20=16mmOD=2+1+2=3mmOC=4mmBO=16.56mmBC=BO-OC=16.56-4=12.56mm =arccos=36.87 =90-36.87=53.13 图2-1 几何关系图l=（20+12.56）mm=32.56mml=（+） =8.14mml=（32.56+8.14）mm=41mm画排样图因2-3.5mm的孔壁距较小，考虑到凹模强度，将两个孔分两步冲出，冲孔与切口工步之间留一空位工步，故该制件需六个工步完成。由参考文献1表2-9切断工序中工艺废料带的标准值，表2-10切口工序中工艺废料的标准值，表2-13条料宽度公差，表2-14侧刃裁切的条料的切口宽F 得F=1.5mm S=3.5mm =0.5mm C=3mm（考虑到凸模强度实取C=5mm）由侧刃条料宽度尺寸B（mm）的确定公式B=（L+1.5a+nF）-得条料宽度BB=（2l+C+2F） =（41x2+5+2x1.5）mm =90mm如图2-2所示，画排样图查表3-8，选板料规格为1500mmx600mmx1mm，每块可剪600mmx90mm规格条料16条，材料剪裁利用率达96%。图2-2 排样图2.2计算材料利用率=x100%式中A一个步矩内冲裁件的实际面积 B条料宽度 S步矩=100%=65%2.3计算冲压力完成本制件所需的冲压力由冲裁力，弯曲力及卸料力，推料力组成（1）冲裁力F（N）的计算公式F=KLt或F=Lt式中K系数，K=1.3 L冲裁周边长度（mm） 材料的抗剪强度（MPa） 材料的抗拉强度（MPa） t材料厚度（mm）由冷冲模设计指导表3-12得=343MPa(取350MPa)F=3501x3.5x3.14+2x（3.5+41x2）+2x（12+1.5）+2x8.5+5 =93.1kN(2)弯曲力F为有效控制回弹采用校正弯曲F=AP式中变形区投影面积（）单位面积校正力（MPa）查表-可取单位面积校正力P=60MPaF=2AP=2x8.5x39x60N=39.8kN（3）卸料力F 和推料力F 由计算公式F=KFF=KFn式中K，K系数。查冷冲压技术表3-19卸料力，推料力和顶件力的系数得K=K=0.05n卡在凹模直壁洞口内的制件（或废料）件数，一般卡35件，取n=5F=0.05x93.1kN=4.7kNF=5x0.05x93.1=23.3kNF= F+ F+F+ F =93.1+39.8+4.7+23.3 =160.9kN2.4 设备类型的选择设备类型的主要依据是所完成的冲压工序性质，生产批量，冲压件的尺寸及精度要求，现有设备条件等。中小型冲压件主要选用开式单柱（或双柱）的机械压力机；大中型冲压件多选用双柱闭式机械压力机。根据冲压工序可分别选用通用压力机，专用压力机（挤压压力机，精压机，双动拉深压力机）。大批量生产时，可选用高速压力机或多工位自动压力机；小批量生产尤其大型厚板零件的成型时，可采用液压机。摩擦压力机结构简单，造价低，在冲压时不会因为板料厚度波动等原因而引起设备或模具的损坏，因而在小批量生产中常用于弯曲，成型，校平，整形等工序。对板料冲裁，精密冲裁，应注意选择刚度和精度高的压力机；对于挤压，整形等工序应选择刚度好的压力机以提高冲压件尺寸精度。压力机技术参数选择主要依据冲压件尺寸，变形力大小及模具尺寸，并进行必要的校核。对于该制件查参考文献表1-8开式双柱可倾压力机（部分）参数，可初选压力机型号规格为J23-252.5计算压力中心该制件的图形规则，两件对排，左右对称，故采用解析法求压力中心较为方便。如图2-3所示 图2-3 计算压力中心因为左右对称所以X=0只需求Y根据合力矩定理有Y= =36.7mm37mm说明：计算中尺寸41.5比制件毛坯尺寸大0.5mm，目的是避免在切口工序时模具或条料的误差引起制件边缘毛刺的增大。2.6计算凸、凹模刃口尺寸本制件形状简单，可按分别加工法计算刃口尺寸查表，材料抗剪强度与间隙值的关系和规则形状（圆形，方形）冲裁凸，凹模的制造公差Z=0.12mm Z=0.20mm =0.02mm =0.02mm + =（0.02+0.02）mm=0.04mmZ- Z=（0.20-0.12）=0.08mm满足+Z- Z所以可用分注尺寸法计算公式及表3-7磨损系数，查出X=0.5（1） 冲孔3.5刃口尺寸d=（3.5+0.5x0.30）mm=3.65mmd=（3.65+0.12） mm=3.77mm（2） 切口和切断刃口尺寸由于在切口和切断口工序中，凸，凹模均只在三个方向与板料作用并使之分离，并由图2-3可知，尺寸C和S 既不是冲孔尺寸也不是落料尺寸，要正确控制C和S 两个尺寸才能间接保证制件外形尺寸，为使计算简便，直接取C和S值为凸模基本尺寸，间隙取在凹模上。a，切断刃口尺寸 d=5mm d=（5+0.12）mm=5.12mmb， 切口刃口尺寸 d=3.5mm d=（3.5+0.12）mm =3.62mm（3）侧刃尺寸侧刃为标准件，根据送料步矩和修边值查侧刃值表，按标准件侧刃尺寸。由参考文献表2-11侧面切口尺寸得侧刃宽度B=6mm，侧刃长度L=12mm间隙取在凹模上，故侧刃孔口尺寸为B=6.12mm L=12.12 mm2.7凹模各孔口位置尺寸由于该制件尺寸较多，包括两侧刃孔位置尺寸，四个小孔位置尺寸，两切口模孔位置及切断孔口位置尺寸。其基本尺寸可按排样图确定，其制造公差按参考文献表2-2冲裁件，精度应为IT9级，但该制件送进工步数较多，累积误差过大，会造成凸凹模间隙不均，影响冲裁质量和模具寿命，故而应将模具制造精度提高。考虑到加工经济性，在送料方向的尺寸按IT7级制造，其它位置尺寸按IT8IT9级制造，凸模固定板与凹模配制，并采用镶拼。如下图凹模孔口到凹模周界尺寸。凹模孔口具体尺寸如图2-4所示镶块弯曲镶块切断镶块图2-42.8卸料板各孔口尺寸卸料板各型孔应与凸模保持0.5Z间隙，这样有利于保护凸，凹模刃口不被“啃”伤，椐此原则确定具体尺寸。见图2-5图2-52.9凸模固定板各孔口尺寸凸模固定板各孔与凸模配合，通常按H7/n6或H7/m6选取，该制件选H7/n6配合，查冷冲模设计指导表3-19可得各型孔尺寸公差。如图2-6图2-62.10回弹值的确定与所有塑性变形一样，塑性变形时伴有弹性变形，当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失，使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具尺寸不一至，这种现象叫回弹。影响回弹的因素包括： 1， 材料的力学性能2， 变形程度3， 弯曲中心角4， 弯曲方式及弯曲模5， 工件的形状为了得到一定形状与尺寸精度的工件，应当确定回弹值。由于影响回弹的因素很多，用理论计算方法很复杂，而且也不准确。通常在设计及制造模具时，往往先根据经验数值和简单的计算来初步确定模具工作部分尺寸，然后在试模时进 行修正。由工艺分析可知，本制件弯曲回弹影响最大的部位是在15角处，相对弯曲半径R/t=25，卸载后弯曲件圆角半径的变化是很小的。此处属小圆角V形弯曲所以只考虑回弹值，由参考文献图4-15弯曲的回弹值可知15角处由于回弹可能小于15，但回弹值不会很大，所以弯曲凸凹模均可按制件基本尺寸标注，在试模后稍加修模即可。3 冲模结构设计3.1凹模设计因制件形状简单，虽有六个工步但总体尺寸并不大，选用整体式矩形凹模较为合理，因生产批量较大，由冷冲模设计指导表3-16选用Cr12MoV为凹模材料。a，确定凹模厚度H值由公式H= = =21mmb，确定凹模周界尺寸LxB由文献凹模孔壁厚的确定公式，凹模孔口轮廓线为直线时：W=1.5H，由图1-6和参考文献图3-13得W=1.5H =1.5x21mm =32mmL=150160mm B=130140mm由表4-43矩形凹模标准可查到较为靠近的凹模周界尺寸为160mmx140mmx20mm，据此值查表4-2可得典型组合160x140x140170（单位为mm）（GB2872.1-8）。凹模宽度140mm这个尺寸虽然不是优先选用参数但根据图2-5计算出B值与之最接近，而且当B=140mm时，压力中心与凹模几何中心重合，故选定此尺寸。3.2凸模设计（1）凸模的长度其长度主要根据模具结构，并考虑修磨，操作安全，装配等的需要来确定。此制件采用固定卸料版和导料板冲模，其长度L可按公式L=h1+h2+h3+h 计算：式中h1 固定板厚18；h2 导料板厚8；h3 板材厚度1；h 增加长度12.5L=18+8+1+12.5=39.5（2） 冲孔凸模所谓小孔，一般系指孔径小于被冲板料的厚度或直径小于1mm的圆孔和面积小于1 的异形孔。冲小孔的凸模强度和刚度差，容易弯曲和折断，所以需利用导板模或弹压卸料板对凸模进行保护与导向。3.3模具总体设计（1） 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。（2） 定位方式的选择因为模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步局采用定位销。而第一见的冲压位置使用始用导料板定位。（3） 卸料、出件方式的选择因为工件料厚为1mm，相对较薄，卸料力也比较小，故采用弹性卸料。又因为是级进模生产，所以采用下出件生产比较便于操作与提高生产效率。（4） 导向方式的选择 为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用中间导柱的导向方式。3.4选择模架及确定其它冲模零件尺寸由凹模周界尺寸及模架闭合高度在140170mm之间查表4-7选用对角导柱模架，标记为160x140x140170I（GB/T2851.1-90），其他冲模的零件的尺寸根据模架查冷冲模设计资料与指导。3.5校核压力机安装尺寸校核压力机安装尺寸要对冲模总体高度，模座闭合高度等有所查找。冲模总体结构尺寸必须与选用的压力机想适应即模具的总体平面尺寸应该与压力机工作台或垫板尺寸和滑块下平面尺寸想适应；模具的封闭高度应与压力机的装模高度或封闭高度相适应。冲模的封闭高度是指模具工作行程终了时上模座的上平面至下模座的下平面之间的距离。压力机的封闭高度是指滑块在下止点位置时，滑块的下平面至工作台上平面之间的距离。而压力机装模高度是指压力机滑块在下止点时，滑块下平面至垫板上平面之间的距离。封闭高度和装模高度相差一个垫板厚度。模座外形尺寸为250mmx230mm，闭合高度为160mm由于J23-25型压力机工作台尺寸为370mmx560mm，最大闭合高度为270mm，连杆调节长度为55mm 所以在工作台上需加一50100mm的垫板即可安装。4 模具装配和试模模具装配是按照模具的设计要求把模具零件连接或固定起来，达到装配的技术要求，并保证加工出合格的制件。对于冲裁模，即使模具零件的加工精度已经得到保证，但是在装配时如果不能保证冲裁间隙均匀，也会影响制件的质量和模具的使用寿命。因此，模具装配是模具制造过程的重要组成部分。4.1冲裁模装配的技术要求1）装配好的冲模，其闭合高度应符合设计要求；2）模柄（活动模柄除外）装入上模座后，其轴心线对上模座上平面的垂直度误差，在全长度范围内不大于0.05mm；3）导柱和导套装配后，其轴心线应分别垂直于下模座的底平面的上模座的上平面，其垂直度误差应符合模架分级技术指标的规定；4）上模座的上平面应和下模座的底平面平行，其平行度误差符合模架分级技术指标的规定；5）装入模架的每对导柱和导套的配合间隙值（或过盈量）应符合导柱、导套配合间隙的规定；6）装配好的模架，其上模座沿导柱上、下移动应平稳，无阻滞现象；7）装配好的导柱，其固定端面与上模座下平面应保留1-2mm的距离。选用B型导套时，装配后其固定端面应低于上模座上平面1-2mm；8）凸模和凹模的配合间隙应符合设计要求，沿整个刃口轮廓应均匀一致；9）定位装置要保证定位正确可靠；10）卸料及顶件装置活动灵活、正确，出料孔畅痛无阻以保证制件及废料不卡在冲模内；11）模具应在生产的条件下进行试验，冲出的制件应符合设计要求。由于模具制造属于单件小批生产，在装配工艺上多采用修配法和调整装配法来保证装配精度。4.2冲裁模试模的技术要求冲模装配完成后，在生产条件下试冲。通过试冲可以发现模具的设计和制造缺陷，找出产生的原因。对模具进行适当的调整和修理后在进行试冲，直到模具能正常工作，冲出合格的制件，模具的装配过程即告结束。上述装配过程可归纳为：模柄装配导套装配、导柱装配模架装配下模部分装配上模部分试模 4.3模具装配图图4-1就是片状弹簧片冲压级进模的装配图，在进行装配之前，要仔细研究设计图样，按照模具的结构及技术要求确实合理的装配顺序及装配方法，选择合理的检测方法及测量方法。图4-1致谢 自从来到安徽机电职业技术学院学习至今已经有三年了，毕业