三垫圈一次成型复合模设计说明书4.doc

湖南涉外经济学院本科生毕业论文（设计）摘 要近年来，我国模具行业一直保持良好的发展势头，各个领域尤其是机械领域加大了对冲裁模的使用，因此冲压模具成型手段越来越多的得到了应用，所涉及的领域小到日常生活用品大到机械军工航空，特别是在机械军工领域更是充分得到体现。本文的主要内容为三垫圈一次成型复合模设计。首先通过对三垫圈尺寸的分析，得到三垫圈的排样方案，最大限度的利用条料，不造成损失，然后确定模具的工作方案及过程，然后分析部分零部件的设计要点。通过不断分析改进和修整，使设计达到要求，之后用AUTOCAD2007完成冲压模具非标准零件的零件图和模架的装配图。该零件采用单工序分步加工，不适合大批量生产，而且成本较高，加工的时间较长，生产效率较低，质量不高。本设计采用了复合模，能提高生产效率，降低生产成本，而且采用复合模能使质量稳定，模具寿命也较长。可以提高工作效率和产品质量，满足设计目的和技术要求。关键词：冲压工艺；模具设计；复合模；垫圈；Autocad2007ABSTRACTIn recent years, Chinas mold industry has maintained a good momentum of development in various fields, especially in machinery to increase che use of blanking die, stamping die forming means has been applied more and more involed in areas as small as everyday life, supplies to large mechanical militaryaviation, especially in the field of mechanical military is adequately reflected. The main content of this paper molding compound and die design for the three washers. First, the size of three washers, three washers nesting program, maximize the use of materials, losses, and then determine the program of work and process of the mold, and then analyze the design features of some parts. Through continuous analysis of improvement and dressing, designed to meet the requirements, after with Autocad2007 to complete the non-standard component graphs of stamping dies and mold assembil drawing. Single process step-by-step processing of parts ,not suitable for mass production, higher costs, longer processing time, production efficiency is low, not high quality. The design uses a composite modulus, increase productivity, reduce production costs, but to the composite mold enables stable quality, and longer die life. Can improve work efficiency and product quality to meet the design objectives and technical requirements. Keywords:stamping process; mold design; moldcompound; washers; Autocad200723湖南涉外经济学院本科生毕业论文（设计）目 录摘 要I目 录III第一章绪 论51.1毕业设计内容及研究目的、意义51.1.1本课题研究的主要内容51.1.2本课题研究的背景及意义51.2冲压模具研究现状和发展趋势6第二章垫圈工艺性分析及设计方案确定72.1设计参数72.1.1设计课题（制件图）72.1.3制件生产批量：大批量72.2零件的工艺分析72.2.1确定工艺方案7方案种类7方案的比较72.3模具结构形式的确定8第三章主要工艺参数的计算93.1排样方法的确定93.2确定搭边值93.3确定条料步距93.4条料利用率93.4.1画出排样图93.5冲裁力的计算103.5.1冲裁力F103.5.2卸料力103.5.3推件力103.5.4顶件力103.6压力机公称压力的确定113.7冲裁压力中心的确定11第四章 主要零件的设计及标准的选择124.1模具加工方法的确认124.1.1落料124.1.2冲孔134.2卸料装置的设计134.3模具总体结构设计144.3.1模具类型的选择144.3.2定位方式的选择144.3.3出件方式的选择144.3.4导柱、导套位置的确定144.4主要零部件的设计144.4.1工作零部件的结构设计144.4.2卸料板设计174.4.3卸料螺钉的选用174.4.4定位零件的设计174.4.5模架及其他零部件的设计174.4.6卸料板设计174.4.7固定板174.4.8模柄184.4.9垫板184.4.10 螺钉与销钉184.5模具总装图18第五章模具的装配195.1上模装配195.2下模装配19结 论 及 展 望20参 考 文 献21致 谢22附 录23第一章绪 论 1.1毕业设计内容及研究目的、意义1.1.1本课题研究的主要内容 （1）对绘制的零件进行工艺分析并确定工艺方案 （2）模具总体结构设计及相关工艺计算 （3）进行模具零部件的设计 （4）绘制模具装配图和非标准件的零件图 （5）拟定主要零件的加工工艺 （6）编写设计说明书1.1.2本课题研究的背景及意义模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备,具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点。 冷冲压是在常温下，利用冲模在压力机上对板料或坯料施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得零件所需的形状、尺寸的一种压力加工的方法。目前，工业生产中普遍采用模具成形工艺方法，以提高产品的生产率和质量。冷冲压技术的发展和模具技术的发展是相互促进，共同发展的。应该说，冷冲模具的研究和创新对于现代工业发展具有积极意义。其实，我国早在2000多年前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在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字。）各类冲压模具的生产能力。中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 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国内也能生产了。精度达1-2，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。 本课题要求对给定的零件（垫圈）进行冲压模设计，通过对零件进行详细的工艺分析确定零件的冲压工艺方案并制定部分零件的制造工艺。通过课题让我们能够掌握中等复杂程度零件的冲压模具设计和制造的一般方法，对零件冲压工艺方案的确定、工艺计算及模具设计有更深层次的认识，并学会对模具设计资料的检索与整合以及对已有资料的充分合理的使用。该实践性课题是对学生理论学习水平的实践和检验，可对以后从事类似的工作有一定的指导性和实践性意义。1.2冲压模具研究现状和发展趋势随着科学技术的不断进步，工业产品日益复杂与多样化，产品性能和质量也在不断提高，因而对冲压技术提出了更高的要求。冲压技术自身也在不断地创新和发展。随着计算机的深入使用，我国不少企业已经在尝试或开展计算机辅助冲压工艺设计CAPP系统已从工艺设计发展到工艺信息的管理，设计方法也从派生式、混合式、创成式三种CAPP系统并举的局面向智能化的混合式方向发展。即基于知识工程的KBE技术及信息管理技术综合应用到冲压件工艺设计中，建立智能优化的CAPP系统，并实现与CAD/CAE/CAM及管理的集成化，将是该领域未来的发展方向。伴随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。目前我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。 总的来说，中国目前的模具结构还需要进一步调整，增长方式也需要进一步转变，必须从大量的扩张逐渐转变到以质为先的轨道上来。只有这样，我国模具产品的质量与水平才能真正提升，才能拥有国际市场的竞争力，才能使模具产品的出口量的增长与质的提升相结合。21世纪的今天，中国凭借丰富且廉价的人力资源、庞大的市场及其他许多有利条件，已成为承接工业发达国家模具业转移的良好目的地。随着国际交往的日益增多和外资在中国模具行业的投入日益增多，中国模具已经于世界模具密不可分，中国模具在世界模具中的地位和影响也会越来越重要。 第二章垫圈工艺性分析及设计方案确定2.1设计参数2.1.1设计课题（制件图）图2.1.22.1.2制件选用制件选用的材料为Q235-A钢，料厚为5mm，制件的形状、尺寸、精度要求如制件图2.1.2。2.1.3制件生产批量：大批量2.2零件的工艺分析此工件有落料、冲孔等工序。因为复合模得到的冲裁件尺寸精度等级高，而且是冲孔落料同时进行，冲裁件较为平整。所以选择复合模。2.2.1确定工艺方案方案种类 该工件包括落料冲孔两个基本工序，可以有以下三种工艺方案。方案一：先冲最小的垫圈按直径大小一次冲裁，采用单工序模生产。方案二：三个垫圈级进冲裁，采用级进模生产。方案三：采用三个垫圈同时进行复合模的生产。方案的比较 各方案的特点及比较如下。 方案一：模具结构简单，制造方便，但需要三道工序，三副模具，成本相对较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产需要。故而不选此方案。方案二：级进模是一种多工位、效率高的加工方法。但级进模轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高，一般适用于大批量，小型冲压件。而本工件尺寸轮廓较大，采用此方案，势必会增大模具尺寸，是加工难度提高，因而也排出此方案。方案三：只需一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足要求，模具轮廓尺寸较小，模具的制造成本不高。故本方案用一次成型复合模的方法。2.3模具结构形式的确定复合模有两种形式，复合模有两种形式，正装式复合模和倒装式复合模。分析该工件成型后脱模方便性，使用倒装复合模其有两个垫圈留在上模，故使用倒装复合模。第三章主要工艺参数的计算3.1排样方法的确定根据工件的形状，确定采用无废料排样的方法不可能得到，但可以采用有废料的排样方法。经过多次排样计算决定采用直排，初画排样图如下图3.1所示图3.13.2确定搭边值 查（2）P24表2-15 ，去最小搭边值：工件间a=3,侧面。由于考虑到在冲压过程中必须在两边设置压边值，故取a=4，。3.3确定条料步距 步距：宽度：3.4条料利用率 查（1）式3-2 式中：一个工件的面积 一个步距的条料面积3.4.1画出排样图根据以上资料画出排样如图3.4.1所示图3.4.13.5冲裁力的计算3.5.1冲裁力F 查（2）P181表9-1 取材料的抗拉强度为400由式中：材料的抗拉强度L冲裁件的周长t材料厚度又因为所以3.5.2卸料力由 查（2）P26表2-17可知： 取则3.5.3推件力由 查（2）P26表2-17可知： 则3.5.4顶件力由 则3.6压力机公称压力的确定本模具采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁工艺，其工艺为：根据以上计算结果，冲压设备拟选JA21-160。公称压力：1600KN 滑块行程：160mm滑块行程次数：40次/min 最大封闭高度：450mm封闭高度调节量：130mm 滑块中心线至床身距离：380mm立柱距离：530m 工作台尺寸（前后左右）：710mm1120mm垫板尺寸：460mm 模柄尺寸（直径深度）：70mm80mm3.7冲裁压力中心的确定由于工件是对称图形，因此压力中心即为工件的几何中心。第四章 主要零件的设计及标准的选择4.1模具加工方法的确认4.1.1落料 1. 凹凸模1（1） 由（2）表2-7查得间隙极限尺寸， 由（1）表3-16查得凸凹模制造偏差为： （2） 落料部分公差 2、凹凸模2 （1）由（2）表2-7查得间隙极限尺寸， 由（1）表3-16查得凸凹模制造偏差为： （2）落料部分公差 3、凹凸模3 （1）由（2）表2-7查得间隙极限尺寸 ， 由（1）表3-16查得凸凹模制造偏差为： （2）落料部分公差 4.1.2冲孔 （1）冲孔 （2）冲孔的部分公差查表3-16 故结合模具及工件的形状特点，此模具制造只能分开加工。查（1）表3-15得，X=0.75尺寸计算见表4.1.2：表4.1.2单位：mm制件尺寸()凹模尺寸（凸模尺寸凹凸模1凹凸模1 凹凸模2凹凸模2 凹凸模3 凹凸模3 冲孔凸模4 冲孔凹模4 因此，凹凸模和冲孔凸、凹模的基本尺寸见附录。 4.2卸料装置的设计已知冲裁板厚t=5mm,冲裁卸料力,根据模具安装位置拟选用3个弹簧，每个弹簧的预压力为F0Fx/n=6.516KN 查（2）第9章表9-32圆柱螺旋压缩弹簧，初选弹簧规格为（时所选弹簧的工作极限负荷FjF顶）d=6mm，D=30mm，mm，Fj=1700N，hj=13.1mm，n=7，f=1.88mm，t=7.8mm（其中，d为材料直径，D为弹簧大径，Fj为工作极限符合，h0为自由高度，hj为工作极限负荷下变形量，n为有效圈数，t为节距）弹簧总压缩量为：4.3模具总体结构设计4.3.1模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，所以本套模具类型为复合模。4.3.2定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销；控制条料的送进步距采用弹簧弹顶的活动挡料销来定步距。而第一件的冲压位置因为条料有一定的余量，可以靠操作工人目测来确定。4.3.3出件方式的选择 根据模具冲裁的运动特点，该模具同时采用刚性出件和弹性（橡胶）方式。直径为45mm和直径为14.3mm的垫圈采用推件块卸料，直径为28.2mm的垫圈采用强力弹性橡胶卸料，既安全又可靠。见图4.3.3图4.3.34.3.4导柱、导套位置的确定 为了提高模具的寿命和工件质量，模具受力均匀，方便安装、调整、维修模具，该复合模采用中间导柱模架。4.4主要零部件的设计4.4.1工作零部件的结构设计a落料部分凹模 凹模采用整体凹模，安排凹模在模架上的位置时，要依据压力中心的数据，尽量保证压力中心与模板中心重合，其轮廓尺寸可按（2）第二章公式2-24和公式2-25计算: 凹模厚度b=45mm （查（2）P35 表2-22 得k=0.6） 凹模壁厚 C=（1.52）H=40.554mm 取凹模厚度=20mm，壁厚=50mm凹模直径 B=b+2c=45+250=145mm取凹模直径=160mm图4.4.1.1根据工件图样，在分析受力情况及保证壁厚强度的前提下，取凹模直径为160mm，所以凹模轮廓尺寸为，如图4.4.1.1 图4.4.1.2b、冲孔凸模 根据制件图样，工件中就一个孔，因此只需设计一支凸模。 长度=凹模+固定板+t=35+20+5=68mm，如图4.4.1.2 图4.4.1.3c、凹凸模3 根据图样及装配图，其长度=固定板+固定板+卸料板+弹簧压缩时固定板与卸料板的距离+合模时工件进入凹模的的距离=20+20+15+10+6=71mm，如图4.4.1.3图4.4.1.4d、凹凸模2 根据图样及装配图，其长度=固定板+凹模=20+20=40mm，如图4.4.1.44.4.2卸料板设计 卸料板的周界尺寸与凹模周界尺寸相同，厚度为15mm，材料为45 钢，淬火硬度为4045HR4.4.3卸料螺钉的选用 卸料板采用3个M8的螺钉固定，长度L=b1+b2+h1+h2+L1+L2=20+20+10+8+10+25=93mm（其中b1、b2为垫板厚度，h1为弹簧的安装高度，h2为卸料板工作行程，L1为拧入卸料板的厚度，L2为插入下模座厚度）。4.4.4定位零件的设计 结合本套模具的具体结构，考虑到工件的形状， 设置一个4的活动挡料销（起定距作用）和三个4的活动导料销。挡料销和导料销的下面均采用固定式。a、 卸料板设计 卸料板的周界尺寸与凹模周界尺寸相同，厚度为15mm，材料为45钢，淬火硬度为4045HRC。b、卸料螺钉的选用 卸料板采用3个M8的螺钉固定，长度L=b+h1+h2+a+L1+L2=8+25+20+20+10+9=92mm（其中h1为插入下模座的厚度，h2为固定板的厚度，b为卸料板工作行程，a为固定板厚度，L1为弹簧安装高度，L2为拧入上模座厚度）。4.4.5模架及其他零部件的设计 该模具采用后侧导模架，这种模架的导柱在模具的后侧。以凹模尺寸为依据，查表9-46选择模架规格如下。导柱：d（mm） L（mm）=28170（GB/T2861.1） 导套：d（mm）L（mm） D（mm） =2810038（GB/T2861.1）上模座厚度取40mm，下模座厚度取45mm，上垫板厚度取10mm，则该模具的闭合高度H=40+45+10+凸模固定板厚度+落料凸模固定板+卸料板厚度+5+10+凹模+凸凹模固定板+凹凸模固定板=40+45+10+20+20+15+5+10+20+20+20=220mm 式中5mm为弹簧压缩后卸料板与落料凸模固定板间的高度，5为材料厚度。可见该模具的闭合高度小于所选压力机JA21-160的最大装模高度450mm，因此该压力机能满足要求。4.4.6卸料板设计 卸料板的周界尺寸与凹模周界尺寸相同，厚度为15mm，材料为45 钢，淬火硬度为4045HRC。4.4.7固定板将凸模和凹模按一定相对位置压入固定板后，作为一个整体安装在上模座或下模座上,模具中最常见的是土木固定板，固定板分为圆形固定板和矩形固定板两种。主要用于固定小型的凸模和凹模。针对模具结构，我使用了4块固定板。固定板的厚度均取20mm，其平面尺寸与凹模、卸料板外形尺寸相同，但还是应考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板的凸模安装孔与凸模采用过度配合H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。固定板材料选用Q235，固定模厚度取25mm。4.4.8模柄中小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机滑块上。模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件。对它的基本要求是：一要与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠；二要与上模正确而可靠的连接。选择模柄时，现根据模柄大小、上模结构、模架类型及精度等确定模柄的结构类型，再根据压力机滑块上模柄孔尺寸确定模柄的尺寸规格，一般模柄直径应与模柄孔径相等，模柄长度应比模柄孔深度小5-10mm。本设计采用凸缘模柄，通过螺钉与上模座连接，与模座孔采用过度配合H7/n6，并加销钉以防止转动。由压力机型号知模柄孔的规格是7080。4.4.9垫板垫板厚度本设计采用10mm，选用材料为Q235，表面粗糙度Ra0.320.63。4.4.10 螺钉与销钉螺钉与销钉都是标准件，设计模具时按标准选择即可。螺钉一般选用内六角螺钉，销钉常用圆柱销。螺钉、销钉规格应根据冲压力的大小、凹模厚度等确定。本设计选择M8内六角螺钉9个，M10内六角螺钉3个，4销钉3个，3销钉3个。销钉的最小配合长度是销钉直径的两倍。 4.5模具总装图 通过以上设计，可以画出总装图。模具上模部分主要由上模座，垫板，冲孔凸模，冲孔凸模固定板，卸料板，凹凸模，凹凸模固定板、落料凹模等组成。下模由下模座板，凸凹模，凸凹模固定板等组成。出件是由打杆，推板，连接推杆，推件块组成的刚性推件装置，利用开模力取出工件。卸料是在开模时，弹簧恢复弹力，推动卸料板向下运动，从而推出条料。在这中间冲出的废料由漏料孔直接漏出。条料送进时利用固定挡料销定步距，侧边的两个导料销来定条料的宽度位置。操作时完成第一步后，条料会随着落料凸模向上抬起，卸料板卸料后由操作工往前移到刚冲过的料口里，再利用侧边的导料销继续下一个工件的冲裁。重复以上动作来完成所需工件的冲裁。第五章模具的装配根据本复合模的结构特点，先装上模较为合理，并调整好间隙，试冲，返修。具体过程如下。5.1上模装配 a. 仔细检查要装配的零件是否符合图纸要求，并作好划线、定位等准备。 b. 先将凸模与凸模固定板装配，再与凹模试配，调整和检查间隙。 c. 把已装好的凸模及上模垫板与上模座板连接，并再次检查间隙是否合理后，打入销钉及拧入螺丝。5.2下模装配a. 仔细检查要装配的零件是否符合图纸要求，并作好划线、定位等准备。b. 先将凹模放在下模座上，后将导料板和刚性卸料板依次放在其上，调整好间隙，以免发生干涉及零件的损坏。接着装入销钉，检查各间隙无误后，拧入紧固螺钉，并再次检查调整。c. 将经调整后的上下模按导柱、导套配合进行组装，检查间隙及其他装配合理后进行试冲。并根据试冲的结果作出相应的调整，直到生产出合格的制件。结 论 及 展 望通过这次毕业设计使我熟悉了冲压模具的整个过程，并且了解了在做冲压模具之前首先要对产品的结构形态，模具的结构形态，也就是要多产品的工艺性进行合理的分析，从而才能采取更合适的模具，节约成本的同时还能保证加工零件的精度要求。其次，考虑好产品的批量以及精度要求、材料的造价，最后完成产品的模具设计、模具装配图、零件图。本次毕业设计的成功完成是我个人的所有专业学术上的一次难忘的经历，因为通过本人的长时间的思考、设计以及老师多次细心的知道使我知道了一套合格的冲压模具设计的完成以及一套合格的图纸的完成都需要付出多少的心血和汗水，通过它可以说明一个人最基本的学习工作态度，我认为要立志成为一个模具行业的佼佼者首现要从每一个细节做起，做事要有坚韧不拔的毅力，有耐性、谦虚、谨慎这样才能成为一名出色的模具工程设计师。此次设计后，巩固了我的计算机绘图能力，以前用绘图软件，仅仅是知道一些简单的指令操作，通过这次大量的绘图，更加熟悉了机械制图中常用的指令操作方法，用简单快速的方法画出完整的零件图，同时也提高了手机资料和查阅图书的能力。收集资料是毕业设计的前期准备工作，资料是否全面、可靠，关系到整个设计的工程。查阅手册的设计过程中随时要做的事情，只有广泛收集有用的资料才能设计出比较好的产品。我相信在未来的工作学习中，一定会通过设计中的所有所用更好的完善自己。 参 考 文 献1 叶久新，王群 塑料成型工艺及模具设计M北京：机械工业出版社，20072 齐晓杰塑料成型工艺与模具设计M北京：机械工业出版社，20063 成大仙机械设计手册（第5版）M北京：化学工业出