自行车垫片的冲压模具设计（全套含CAD图纸）
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摘要这次毕业设计所选用的题目为自行车垫片的冲压模具设计，详细的论述了 08 钢垫片的整个设计过程。通过对这一零件的分析，巩固了我在大学这三年里来学到的所有知识，进一步加强了一些基础知识，为即将步入模具这一行业做充足的准备。这次毕业设计，它主要包含了各零件工艺性分析，方案的确定，结构形式和设计中所需要计算的尺寸都很清晰，另外，还涉及到了一些主要零件的工艺过程，如材料的选用，是否热处理，和一些加工方法等。还应用了三年来所学的 CAD 对各零件图和装配图进行详细的绘制。关键词：工艺分析；冲压；加工；复合模目 录前 言 .11 结构的工艺性分析 .21.1 材料、工件结构、尺寸精度 .21.2 钢板的裁剪 .21.3 冲压工艺方案的确定 .32 冲裁工艺设计 .42.1 材料利用率 .42.2 冲裁力及冲压力计算 .52.3 压力中心计算 .63 主要零件部的结构设计 .83.1 凸模的结构设计 .83.1.1 凸模的结构形式与固定方式 .83.1.2 凸模的长度计算 .93.2 凹模的结构设计 .93.2.1 凹模的轮廓尺寸 .93.2.2 凹模的外形结构与固定 .103.3 螺钉、销钉的定位 .113.4 导正销的确定 .113.5 卸料方式 .124 凸凹模刃口尺寸计算 .135 压力机与模架的选择 .155.1 压力机的选择 .155.2 模架的选择 .156 总结 .16致 谢 .17参考文献 .18附录 .190前 言模具是现代工业生产过程中重要组成部分，国民经济在每一个生产部门都越来越依赖于模具生产和加工。在生产的所有阶段,大规模生产,或产品开发阶段,越来越依赖于模具。中华民国的经济基础在于模具行业。各种各样的现代工业产品开发和生产效率的提高,很大程度上取决于模具及技术经济的发展水平。当今社会,模具设计已经成为一个国家必不可少的行业。冷冲压实际上就是利用安装在冲压模具材料上施加压力,从而使它分离或塑性变形,获得所需要零件的加工方法。冷冲压模具，它不仅能加工金属材料,还能可以加工非金属材料和复合材料。冲压模具是必要的材料加工成冲件的一种工艺设备,在冷冲压中至关重要的就是冲压模具,一般而言,冷冲压模具是必须要符合要求才能进行冲压的,再先进的冲压工艺一定要依靠相应的冲模来实现才行。本次设计的主要目的就是把三年来所学的理论知识结合起来，各方面知识都涉及到，自己独立去完成，从而巩固已学的知识。11 结构的工艺性分析1.1 材料、工件结构、尺寸精度材料：08 钢是一种非常软的碳素钢，强度和硬度都非常的低，但是它的韧性和塑性极高。具有时效敏感性，淬硬及淬透的性能非常低。大多数都轧制成高精度的薄板或冷轧钢带用来制造一些比较容易成型的零件。工件结构：本次设计的垫片形状过于简单并且还对称，各边尺寸都差不多，然而 08钢采用的是无导向凸模冲孔的最小尺寸为 d1t，厚度为 2mm,属于经济型冲孔。孔边距为 1.5mm，远远大于凸模和凹模允许的最小壁厚， 所以选用复合模冲压工序。尺寸精度：零件图上的两个尺寸都是自由公差，一般按 IT14 级确定工件的公差，普通的冲裁加工都能满足其尺寸精度要求。生产纲领：冲压加工适合大批量生产。结论：可以冲裁加工。1.2 钢板的裁剪查表 1-1 选用 6001200 的钢板表 1-1 冷轧钢板规格钢板宽度的最小和最大长度公称直径 600 650 700 （710） 750 800 850 900 950 0.200.250.350.400.45120025001300250014002500140025001500250015002500150025001500300015003000- - - - - - - - - - -1.41.51.61.71.82.01200300013003000140030001400300015003000150030001500300015003000150030002将 600mm1200mm 的钢板按图 1-1 裁剪，可以裁剪 38 张 12.5mm1200mm 的条料，每张条料可以冲裁（1200/44）27 个垫片毛坯。图 1-1 钢板剪裁样式1.3 冲压工艺方案的确定方案一：先冲两个小圆孔和一个方孔，再落料一个非圆形，采用单工序模生产加工。方案二：冲孔小圆、方孔和落料非圆形复合冲压，采用复合模生产加工。方案三：小圆、方孔一起冲孔和非圆形落料连续冲压，采用的是级进模生产加工。方案一需要两幅模具，模具结构简单，制造难度和成本都较低，生产效率较低，机床占用率高。方案二需要一副模具，尺寸精度和生产的效率比较高，但制造模具比较困难，而且冲压成品留在模具上给清理物料带来不便。方案三也只需要一副模具，但是它的生产效率很高，操作起来也很方便，在一套模具上完成冲裁，精度和成本都较高。通过对上述三种方案的分析比较，该垫片精度较高，比较适合采用精度相对较高、生产效率高的方案三。32 冲裁工艺设计2.1 材料利用率方案一：如图 2-1 所示图 2-1 排样图料宽：B=54.4mm 公差 0.74步距：S=22mma,a1 的塔边值：在排样时冲裁件的之间和冲裁件和条料两侧边之间留下的工艺废料。（查表最小搭边值）得 a=2.2mm ,a1=2mm材料利用率：=（A/BS）100%=（876.88/（54.422） ）100%73.3%此排样图一共冲压四次将得到一件产品，冲压第一次冲掉两个小孔，冲压第二、三次各得到半个方孔，第四次落料整个零件。4方案二：如图 2-2 所示图 2-2 排样图料宽：B=24.4mm 公差 0.52步距：S=51.5mma,a1 的塔边值：在排样时冲裁件之间和冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料。 （查表最小搭边值）得 a=2.2mm ,a1=1.5mm材料利用率：=(A/BS）100%=（876.88/（24.451.5） ）100%69.7%此排样图一共冲压三次将得到一个零件，冲压第一次冲掉两个小孔，冲压第二次冲掉两个小方孔，第三次落料整个零件。所以综合上述比较选取方案一2.2 冲裁力及冲压力计算查书得 08 钢的抗剪强度为b=333MPa，根据图 2-3 所示可计算得冲裁线长度 L=126.8mm，代入式：(冲裁力)F1=KLtb=1.312.5623002 19594（N）(冲裁力)F2= KLtb =1.3242300=9360（N） 图 2-3 冲裁线示意图5（冲裁力）F3= KLtb=1.3122.82300 =169464（N）所以总冲裁力 Fc=F1+F2+F3=198418（N）198(kN)取刃口高度为 6mm，代入式：（推件力）Ft=(6/1.5)0.05519843.5(kN)。由于采用刚性卸料，卸料力无需计算。至此可得，总冲压力为 Fz=Fc+Ft=198+43.5=241.5(kN)。2.3 压力中心计算 由图 2-4 坐标系可知，由于冲裁线左右对称，压力中心 C 点的坐标为 C（0，Cy） ，计算各段冲裁线长度及其冲裁力中心的 Y 轴坐标，可求得 Cy=3.8mm，如表 2-2 所示。由于压力中心偏离坐标系原点（几何中心）仅 3.8mm，为使零件加工、装配时找基准方便，可将几何中心作为压力中心。图 2-4 压力中心求解6表 2-2 压力中心求解冲裁线代号 冲裁线长度 冲裁力中心纵坐标坐标L1 62.8 1025/（3.1410）=7.96L2 24 10L3 2 -3L4 6 9L5 6 -9L6 2 -3L7 24 -10L0 126.8 Cy=（62.87.96+2410-23+69-69-23-2410）/126.8=3.873 主要零件部的结构设计3.1 凸模的结构设计3.1.1 凸模的结构形式与固定方式圆形凸模：圆形凸模的结构、尺寸都以标准化，如图 3-1 所示是本次设计所选用的圆形凸模及凸模的固定方式。因为台阶式的凸模容易修模，它的刚性和强度都比较好，可以计算就能得到它工作部分的尺寸。非圆形凸模：在现实生产当中，比较广泛使用的非圆形凸模一般有直通式和阶梯式两种。因加工方便所以本次选用阶梯式非圆形凸模。如图 3-2 所示是本次设计中两种非圆形凸模示意图。图8图 3-1 凸模样式 图 3-2 凸模样式3.1.2 凸模的长度计算凸模的最大自由长度，本次设计的圆形凸模最大的自由长度可以根据计算公式来确定。如图 3-3 中 d 代表凸模的最小直径，L 代表的是凸模的最大自由长度,F 代表凸模的冲裁力。所以根据公式可得圆形的凸模最大自由长度为：L270d/根号 F27016/根号 9796.843（mm）依次计算可得本次设计的凸模最大自由长度为 43mm。凸模的长度主要是依据模具的结构、之后的修模、操作的安全和装配等来确定的。本次设计采用卸料方式为弹压式，凸模长度 B 可按以下公式来计算：(B1:凸模固定板的厚度；B2:卸料板的厚度；b：预压后弹性元件的高度。B=B+B+b=35+13+15 =63mm图 3-3 凸模自由长度示意图93.2 凹模的结构设计3.2.1 凹模的轮廓尺寸矩形凹模板轮廓尺寸:长度（L） 、宽度（B） 、厚度（H） 。如图 3-4 为此次设计凹模板尺寸的平面图，根据经验公式确定，不能小于 15mm。(系数 K 值)H=KS（15）=0.4286=21mm取 25mm，又因为两边到外圆的边缘尺寸为凹模板的 1.52 倍，所以图中W、 W、W、 W4、都为 50mm，L= W+S + W=50+86+50=186mmB= W+ S+ W4 =50+50+50 = 150mm 图 3-4 凹模外形 3.2.2 凹模的外形结构与固定凹模的结构形式有很多种，可以从外形、结构、刃口形式将其分成圆形镶套式和板式、整体式和镶拼式、平刃和斜刃等好几种。在现实生产中，板式的凹模应用也十分广泛，它的外形一般分为矩形和圆形，通常在它的上面设计多个凹模孔，通过螺钉和销钉将其整体固定在下模座上，如图 3-5 所示是本次设计中凹模的固定方式。根据计算可以得到轮廓的尺寸，再结合固定板、垫板以及模座等一些零件部配套选用。10图中还描述了凹模刃口的结构方式，选用的是直壁形刃口形式，因为该刃口形式直壁下面扩大的部分可以使凹模加工起来简单。图 3-5 凹模形式113.3 螺钉、销钉的定位各种零件部上都有好多销孔、螺孔，最多的是凹模上，本次选用的凹模板它既要和下模座固定也要和导料板及卸料板固定，因此将会有很多销孔、螺孔以及几个凹模孔，它们之间的尺寸不能太近，是为了延长模具的使用寿命。见图 3-6 和图 3-7。图 3-6 螺孔布置示图 图 3-7 销孔布置示图表 3-1 螺孔、销孔布置尺寸 螺钉孔 M6 M8 M10 M12 M16 M20A 不淬火 10 12 14 16 20 25B 不淬火 7 8 9 10 12 13C 不淬火 3销钉孔 4 6 8 10 12 16D 不淬火 4 6 7 8 10 13本次设计中所选用的是 M12 螺钉和10 的销钉，因为各零件部比较厚，所以从安全等各方面考虑选用此型号，见表 3-1。3.4 导正销的确定导正是指条料的导向和工序定位时产生的定位误差，保证冲出的制件精度高。本次设计中选用的弹簧式装置，如图 3-8 所示。图 3-8 导正销样式12固定方式，如图 3-9 所示。图 3-9 固定方式3.5 卸料方式本次设计选用的卸料方式为弹性卸料，因为该卸料方式既可以卸料也可以压料，所以冲裁出来零件的质量比较高一点。弹性卸料主要是由卸料螺钉、弹性元件和卸料板组成，如图 3-10 所示。（1）卸料螺钉 （2）弹性元件 （3）卸料板图 3-10 弹性卸料方式134 凸凹模刃口尺寸计算本次设计中一共有两种凸模，圆形和非圆形凸模。两种方式，冲孔和落料。再按照IT14 级标准公差查各尺寸，孔类和轴类的凸、凹模刃口尺寸公差为: 凸 =0.02, 凹=0.03，孔间距的尺寸公差 C=0.02，又查表（冲裁模初始双面间隙 Z）得：Zmin=0.246,Zmin=0.360。 （单位：mm）冲孔圆形：冲件尺寸4，查表得入体原则的标注方式为 4+0.30,制件公差为 0.3，刃口磨损后凸模变小，刃口公差 T=0.02，再查表（刃口磨损系数 x）得 X=0.75。d 凸 =(dmin+x )0- 凸=(4+ x )0- 凸=（4+0.750.3） 0-0.02=4.2250-0.02D 凹 =（d T+ Zmin） +A O=(4.225+0.246)0.030=4.4710.030冲孔非圆形：冲件尺寸 4，查表得入体原则的标注方式为 4+0.30,制件公差=0.3，刃口磨损后凸模变小，刃口公差 T=0.02，再查表（刃口磨损系数 x）得 X=1。d 凸 =(dmin+x )0- 凸=(4+ x )0- 凸=（4+10.3） 0-0.02=4.30-0.02D 凹 =（d T+ Zmin） +A O=(4.3+0.246)0.030=4.5460.030冲孔非圆形：冲件尺寸 6，查表得入体原则的标注方式为 6+0.30,制件公差=0.3，刃口磨损后凸模变小，刃口公差 T=0.02，再查表（刃口磨损系数 x）得 X=1。d 凸 =(dmin+x )0- 凸=(6+ x )0- 凸=（6+10.3） 0-0.02=6.30-0.0214D 凹 =（d T+ Zmin） +A O=(6.3+0.246)0.030=6.5460.030落料圆形：冲件尺寸20，查表得入体原则的标注方式为 200-0.52,制件公差=0.52，刃口磨损后凹模变大，刃口公差 T=0.02，再查表（刃口磨损系数 x）得 X=0.5。 R 凹 =(Rmin-x)+A 0 =（20-0.50.52） + 0.030 =19.74+0.0150R 凸 =（ R 凹 - Zmin） 0-T=（19.74-0.246） 0-0,02=19.6170-0.01落料非圆形：冲件尺寸 20，查表得入体原则的标注方式为 200-0.52,制件公差=0.52，刃口磨损后凹模变大，刃口公差 T=0.02，再查表（刃口磨损系数 x）得X=0.5。R 凹 =(Rmin-x)+A 0 =（20-0.50.52） + 0.030 =19.74+0.0150R 凸 =（ R 凹 - Zmin） 0-T=（19.74-0.246） 0-0,02=19.6170-0.01落料非圆形：冲件尺寸 50，查表得入体原则的标注方式为 500-0.64,制件公差=0.64，刃口磨损后凹模变大，刃口公差 T=0.02，再查表（刃口磨损系数 x）得X=0.5。R 凹 =(Rmin-x)+A 0 =（50-0.50.64） + 0.030 =49.68+ 0.0150R 凸 =（ R 凹 - Zmin） 0-T=（49.68-0.246） 0-0,02=49.5570-0.0115165 压力机与模架的选择5.1 压力机的选择根据以上计算得到总冲压力 F=208kN,再参照常用压力机型号及参数表格，选用 J23-35 型号压力机。它的主要参数是：公称压力为：350kN，装模高度为：165220mm，垫板孔径为：150mm，台面尺寸为：380mm610mm，工作台孔的尺寸为：260mm,模柄的安装孔为：50mm70mm。5.2 模架的选择本次设计所选用的是四根导柱导套的模架，凹模的最大边界可取为 315200mm，上模座的厚度可取为 45mm，下模座的厚度可取为 55mm，闭合高度为 190230mm,如图 5-1所示。图 5-1 模架176 总结时光如流水飞逝，三个星期的毕业设计终于要接近尾声了，以前觉得做毕业设计就是对大学三年来所学知识的总结，然而通过这次毕业设计的完成发现自己的看法有点太过片面了。毕业设计实际上不仅是对三年来所学知识的理解、巩固和加强，而且更是对自己一种能力的提高，增强了所学对解决实际问题的能力，更让我明白了不懂就问做人要谦虚的这一道理，也增强了与他人的沟通能力。在这次毕业设计中，通过上网查阅资料、图书馆查书等，发现自己以前学的知识比较欠缺，还好有老师和同学的帮助下，顺利地完成了。总而言之，在整个设计中使我懂得了很多东西，相信会对今后的学习和工作有重要的影响，虽然这个设计不是很完美，但是在本次设计中所学到的知识和触及到的事情将会是最大
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