空调垫片冲压成形工艺及模具设计（全套含CAD图纸）
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1绪 论目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，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的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、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。1 国内模具的现状和发展趋势1.1 国内模具的现状我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003 年我国模具生产厂点约有 2万多家，从业人员约 50 多万人，2004 年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004 年模具产值 530 亿元。进口模具 18.13 亿 美元，出口模具 4.91 亿美元，分别比 2003 年增长 18%、32.4%和 45.9%。进出口之比 2004年为 3.69:1，进出口相抵后的进净口达 13.2 亿美元，为净进口量较大的国家。在 2 万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有 20 多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。 近年来， 模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足:第一，体制不顺，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合 1 万美元，国外模具工业发达国家大多是 1520 万美元，有的高达 25302万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和 CAD/CAM 应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占 45%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1.2国内模具的发展趋势巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面: 1） 模具日趋大型化； 2）在模具设计制造中广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术； 3）模具扫描及数字化系统； 345674）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； 85）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； 6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术； 7）模具的精度将越来越高； 8）模具研磨抛光将自动化、智能化； 9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程； 10）开发新的成形工艺和模具。2国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，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着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650 亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。 国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到 50%以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004 年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约 5000 家。2003 年德国模具产值达 48 亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有 90 家，这 90 家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的 90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右，而国外模具工业发达国家大多 1520 万美元，有的达到 2530 万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达 70%以上，而我国才达到 45空调垫片倒装式复合冲裁模设计原始资料： 如图所示9材 料： 10 钢厚 度： 2.1mm 生产批量： 大批量制件图第一章 冲裁件工艺分析及排样1.1 冲裁件工艺分析10图示零件材料为 10 钢板，能够进行一般的冲压加工，市场上也容易得到这种材料，价格适中。该零件形状简单、结构对称，是由圆和直线组成的。由冲压设计资料中可查出，冲裁件内外形所能达到的经济精度为 IT12IT13，孔中心与边缘距离尺寸公差为。将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可知该零件的精度m6.0要求能够在冲裁加工中得到保证。其他尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求。由以上分析可知，图示零件具有比较好的冲压工艺性，适合冲压生产。1.2 排样设计模具时，条料的排样很重要。根据垫片零件的特点，可采用直对排的排样方案可以提高材料的利用率，减少废料，保证零件尺寸，如图 2-1 所示。由设计手册查得最小搭边值 a=3mm。计算冲压件毛坯面积220 345710645mS条料宽度： b73312进距： mh485一个进距的材料利用率为%831047352%102bhnS11图 2-1 排样图1.3 工艺方案的确定垫片零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔，可拟订出以下三种工艺方案。方案一：用简单模分两次加工，即落料冲孔，单工序模生产.方案二：冲孔落料复合冲压。采用冲孔落料复合模进行加工，且一次冲压成形。方案三：冲孔落料级进冲压。采用级进模进行加工。 采用方案一，生产率低，难以满足大，中批量生产要求。工件的累计误差大，操作不方便，由于该工件为大，中批量 生产，方案二和方案三更12具有优越性。垫片零件上 26 孔与壁之间的距离符合采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料连续模。连续模主要生产尺寸较大的工件，模具也较大。复合模模具制造难度虽然大，但其孔与孔之间的定位准确，容易保证位置精度。因此选用复合模更为合理。故决定采用冲孔落料复合冲裁模进行加工，且一次冲压成形。第二章 模具结构形式的选择与确定2.1 安装结构根据上述分析，本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，为方便小孔废料和成形工件的落下，采用倒装结构，即落料凹模和冲孔凸模都安排在上模座，凸凹模安排在下模座。2.2 送料方式因条料宽度不大，大、中批量生产，考虑到送料方便，且提高生产效率，可采用从右向左手动送料方式，考虑到制件的排样和模具的结构形式，条料还需调头再次冲裁。2.3 定位装置本工件在复合模中尺寸是较小的，但是大批量生产，冲裁时工位前端先采用固定挡料销定位，第二工位靠固定挡料销挡住已冲材料的后端。送料时固定挡料销控制其送料步距。旁边有两个导料销进行导向，保证条料沿给定方向运动。2.4 导向方式为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。考虑到送料方便，模具采用后侧导柱模架。2.5 卸料方式本模具采用倒装结构，卸料采用弹性卸料装置，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹簧组成。冲制的工件由推杆、推板、推销和推件块组成的刚性推件装置推出。冲孔的废料可通过凸凹模的内孔从冲床台面孔漏下。13第三章 冲压力与压力中心的计算3.1 计算冲压力该模具草用弹性卸料和下出料方式。落料力NLtPb 31 1023.42冲孔力tb 32 9.5.68落料时的卸料力1PKre查设计手册得：取 ，故05.reNr 33106.2. 冲孔时的推件力2PnKpu根据手册凹模刃口形式选择，取 h=5mm,则 n=h/t=5/2.2 2(个)。查表得 ，故05.puKNPpu 33109.5.05.2选择冲床时的总冲压力为kPpuretoal 4.28213.2 初选压力机初选开式双柱可倾压力机 J2340。 公称压力：400kN；滑块行程：100mm；最大闭合高度：330 ；m14封闭高度调节量：65 ；m工作台尺寸（前后 左右）： ；m7046尺寸（厚度 孔径）：65 220 ；孔尺寸（直径 深度）：50 70 ；倾斜角度： 033.3 确定模具压力中心按比例画出零件形状，选定坐标系 xOy，如下图所示。零件左右对称，即 ，故只需计算 。将工件冲裁周边分成 基本0x0y621,.l线段，求出各段长度及各段的重心位置：=45mm , =01l 1y=88mm , =22mm2 2=25mm , =44mm3l 3y15=132mm , =77mm4l 4y=31.4mm, =110+6.29=116.29mm5 5=81.64mm, =22mm6l 6ymlly27.46.6210 第四章 模具主要零件尺寸计算及机构设计4.1 计算凸、凹模刃口尺寸查表 得间隙值 。15338.0,26.maxinZ对冲孔 26mm 采用凸、凹模分开的加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：查表 得凸、凹模制造公差：173mdp03.,02.效核： 5.inmaxZ0.dp满足 的条件。minaxZdp查表 得因数 ，按式( )得：18375.0173mdpp 02.02.864.26 Zdd 025.025.0min 318. 对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用配合加工方法，其凸凹模刃口部分16尺寸算如下：当以凹模为基准件时，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此均属于 A 类尺寸。零件图中未标公差的尺寸，由冲压设计资料中查出其极限偏差： 036.087.1,2R查表 得因数 为：当 时， =0.5；当 0.50 时， =0.75，按式(18350.)得1040Ad凹模刃口尺寸(mm)dA零件的公差 (mm)md 14.007256.45.4d 14.003.54. md 2.00798.1207.4Rd 09.036.53.44.2 凸模、凹模、凸凹模的结构设计冲 26mm 孔的圆形凸模，由于模具需要在凸模外面装推件块，因此设计成直拄的形状。尺寸标注如图 4-1 所示。凹模的刃口形式，考虑到本例生产批量较大，所以采用刃口强度较高的凹模，即图 4-2 所示的刃口形式。凹模的外形尺寸，按式( )和式( )计算得：17418417H=Kb=0.24 120=29mm,C=1.5H=43mm。尺寸标注如图 5-2 所示。H凹模厚度(mm)C凹模壁厚(mm)K系数b冲裁件最大外形尺寸(mm)图 4-1 圆形凸模18图 4-2 凹模19图 4-3 凸凹模本模具为复合冲裁模，因此除冲孔凸模和落料凹模外，必然还有一个凸凹模。凸凹模的结构简图如图 4-3 所示。校核凸凹模的强度：按凸凹模的最小壁厚m=1.5t=3.3mm,而实际最小壁厚为 9mm，故符合强度要求。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制并保证双面间隙 0.260.38。凸凹模上孔中心与边缘距离尺寸 22mm的公差，应比零件图所标精度高 34 级，即定为 22 0.15mm。第五章 模具总体设计及主要零部件设计5.1 模具总体设计下图所示为本例的模具总图。该复合冲裁模将凹模及小凸模装在上模上，是典型的倒装结构。201上模座；2螺钉；3推杆；4模柄；5推板；6推销；7螺栓；8销钉；9垫板；10凸模固定板；11推件块；12导套；13凹模；14卸料板；15导柱；16凸凹模；17弹簧；18下模座；19螺钉；20销钉；21卸料螺钉；22挡料销；23凸模；24始用挡料销；25螺钉；26导料销；27小挡板；28垫圈空调垫片倒装复合模21本模具是一副冲孔落料倒装复合模，采用了后侧导柱模架，排样为直对排，用调头冲送料的方式。调头冲首件时，应先用手旋转始用挡料销 24，使销头抬起，起临时挡料作用，冲裁后松开始用挡料销 24 使之复位，以后可用固定挡料销。两个导料销控制条料送进的导向，固定挡料销控制送料的进距。卸料采用弹性卸料装置，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹簧组成。冲制的工件由推杆、推板、推销和推件块组成的刚性推件装置推出。冲孔的废料可通过凸凹模的内孔从冲床台面孔漏下。5.2 卸料弹簧的设计计算根据模具结构初定 6 根弹簧，每根弹簧分担的卸料力为：。NnPre103根据预压力 和模具结构尺寸，由冲压设计资料中选出序号pre66872 的弹簧，其最大工作负荷 NP10651效验是否满足 。查冲压设计资料及负荷一行程曲线，经计算可toalZHmax得一下数据： mHtrepw5,2.31由下表数据可见，序号 7072 的弹簧均满足 ，但选序号 70 的弹toalZax簧最合适，因为其他弹簧太长，会使模具高度增加。弹簧数据表序号 mH01 10maxHNPpre106repwpretoal HZ68 60 44.5 15.5 10.5 18.769 80 58.2 21.8 15 23.22270 120 85.7 34.3 23 31.271 160 113.2 46.8 30 38.272 200 140.5 59.5 40 48.270 号弹簧的规格为：外径：D=45mm ，钢丝直径： d=7.0mm，自由高度： =120mm0H装配高度： mHpre97231002 5.3 其他零部件设计模架选用中等精度，中、小尺寸冲压件的后侧导柱模架，从右向左送料，操作方便。模架的凹模周界取：L=250mm,B=250mm.上模座： mHBL50250下模座： 6导 柱： md3导 套： L48125垫板厚度取：12 上模板厚度：50凸模固定板厚度取：20 m凹模的厚度定为：29下模板厚度：65卸料板厚度取：14弹簧的外露高度： m356975安装弹簧上、下沉孔深度分别为：6 、35 ；23模柄选用凸缘式，标记为：C50 91 JB/T 7646.3模具的闭合高度：mHd 2.465142.90125模柄与上模座的联接的结构如图所示：凸缘式模柄始用挡料销的结构如图所示：5.4 模具总体零件一览表模具总体零件一览表序号 名称 件数 材料 备注1 上模座 1 HT200 25025050 GB/T2855.5242 内六角螺钉 3 35 钢 M1035 GB70853 推杆 1 45 钢4 模柄 1 Q235 C5091 JB/T 7646.35 推板 1 45 钢6 推销 6 45 钢7 螺栓 6 35 钢 M1290 GB 119868 圆柱销 2 35 钢 10100 GB 119869 垫板 1 45 钢10 凸模固定板 1 45 钢11 推件块 1 45 钢12 导套 2 20 ISO 9448-2 A351254813 凹模 1 T8A14 卸料板 1 45 钢15 导柱 2 20 ISO 9182-2 A3520016 凸凹模 1 T8A17 弹簧 6 45 钢 70 号18 下模座 1 HT200 25025065 GB/T2855.62519 螺钉 7 35 钢 M1085 GB708520 圆柱销 2 35 钢 10100 GB 1198621 卸料螺钉 6 35 钢 M12110 JB/T 7650.622 挡料销 1 45 钢 8mm，h=48mm, JB/T7649.109423 凸模 1 T8A24 始用挡料销 1 45 钢25 螺钉 1 35 钢26 导料销 2 45 钢27 小挡板 1 45 钢28 垫圈 1 45 钢第六章 冲压设备的选择根据以上计算，选用开式双柱可倾压力机 J2340。公称压力：400kN；滑块行程：100mm；最大闭合高度：330 ；m闭和高度调节量：65 ；工作台尺寸（前后 左右）： ；m7046尺寸（厚度 孔径）：65 220 ；26孔尺寸（直径 深度）：50 70 ；m倾斜角度： 03第七章 模具主要成形零件加工工艺规程的编制7.1 凸模的加工工艺规程由于凸模结构简单，制造方便，可采用一般机械加工。表 7-1 凸模的工艺路线工序号 工序名称 工序内容 设备1 下料 按尺寸 40mm55mm 锯下棒料锯床2 热处理 退火3 粗加工毛坯 铣(刨)两端面，磨圆柱面，保证尺寸铣(刨)床、磨床4 磨端面 磨两端面，保证尺寸与平行度 磨床5 磨圆柱面 磨圆柱面，尺寸至凸模大圆尺寸磨床6 钳工划线 划刃口轮廓线及台阶线7 台阶磨削 按线磨削，留单面余量 0.6mm 坐标磨床8 车退刀槽 按划线车退刀槽 车床9 磨型面 按线磨刃口型面，留单面余量 外圆坐标270.3mm 磨床10 钳工修正 保证表面平整，余量均匀11 热处理 淬火回火，保证 5862HRC12 磨端面 磨两端面，保证与型面垂直 磨床13 精磨型面 磨刃口型面达设计要求 外圆坐标磨床7.2 凹模的加工工艺规程表 7-2 凹模的工艺路线工序号 工序名称 工序内容 设备1 下料 将毛坯锻成平行六面体。尺寸为：210mm135mm35mm锻床2 热处理 退火3 铣(刨)平面铣(刨)各平面，厚度留磨削余量 0.6mm，侧面留磨削余量0.4mm铣(刨) 床4 磨平面磨上下平面，留磨削余量0.30.4mm；磨相临两侧面，保证垂直 磨床5 钳工划线 划出对称中心线，固定孔及销孔线286 型孔粗加工 在仿铣床上加工型孔，留单边加工余量 0.15mm 仿铣床7 阶梯孔加工 按图样磨阶梯孔，达尺寸要求 坐标磨床8 加工余孔 加工固定孔及销孔 钻床9 热处理 淬火回火，保证 5862HRC10 磨平面 磨上下面及基准面达要求 磨床11 型孔精加工 在坐标磨床上磨型孔，留研磨余量 0.01mm坐标磨床12 研磨型孔 钳工研磨型孔达规定技术要求7.3 凸凹模的加工工艺规程表 7-3 凸凹模的工艺路线工序号 工序名称 工序内容 设备1 下料 将毛坯锻成平行六面体。尺寸为：185mm100mm75mm锻床2 热处理 退火3 铣(刨)平面铣(刨)各平面，厚度留磨削余量 0.6mm，侧面留磨削余量0.4mm铣(刨) 床磨上下平面，留磨削余量0.30.4mm；磨相临两侧面，294 磨平面 保证垂直 磨床5 钳工划线 划出零件及刃口轮廓线，固定孔及销孔线6 外形轮廓加工 按划线加工外形轮廓面，达尺寸要求坐标磨床7 型面加工 按划线加工型面，留单边加工余量 0.15mm坐标磨床8 型孔加工 按划线加工型孔，留单边加工余量 0.15mm坐标磨床9 阶梯孔加工 按图样磨阶梯孔，达尺寸要求 坐标磨床10 加工余孔 加工固定孔及销孔 钻床11 热处理 淬火回火，保证 5862HRC12 磨平面 磨上下面及基准面达要求 磨床13 型面精加工 在坐标磨床上磨型面，留研磨余量 0.01mm坐标磨床14 型孔精加工 在坐标磨床上磨型孔，留研磨余量 0.01mm坐标磨床15 研磨型孔、型面钳工研磨型孔、型面达规定技术要求30总 结通过这次课程设计使我学到了许多知识，对一些原来一知半解的理论也有了清楚的认识。特别是原来所学的一些专业基础课：如机械制图、模具材料、公差配合与技术测量、塑料模具设计与制造等有了更深刻的理解，使制造的模具既能满足使用要求有不浪费材料，保证了工件的经济性，设计的合理性。通过冲压模手册、模具制造简明手册、模具标准应用手册等了解到许多原来未知的知识。由于能力有限，设计中难免有疏漏之处，恳请老师给予指正。
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