垫片落料冲孔复合模的设计

摘要当今社会的进步和发展，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来。因此，模具的发展与人们的生活关系越来越紧密。我们利用模具加工各种的工件，以便来满足人们的需要，模具的发展给我们带来了新的生活，新的时代。因此这次我们的毕业设计要求设计一副模具以便检验自己所学模具有关方面的知识是否牢固。由于产品的材料和工艺特性不同，生产用的设备也各异，模具种类繁多，但用的最为广泛的大约有以下几种：冷冲压模、塑料成型模、锻造模、精密铸造模、粉末冶金模、橡胶成型模、玻璃成型模等。其中以冷冲压模、塑料模的技术要求和复杂程度较高。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。在本次毕业设计中利用计算机辅助设计（CAD）绘制模具主要工作零件图和模具的总装配图，运用了数控切削加工、数控线切割电加工等先进加工技术。是一次对所学知识的全面总结和运用，是巩固和加深各种理论知识灵活运用的实践过程。在这次设计中根据所给题目的要求，首先对冲压件进行了分析，分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求，再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，选择加工方案。根据对零件的综合分析，在这次设计中我设计的模具是倒装落料冲孔复合模，主要介绍的是冲裁工艺、冲裁模的结构与设计、冲裁模落料冲孔的工作原理等。希望能够灵活运用所学的专业知识和技能，圆满完成此次的毕业设计。目录前言.(3)摘要.(4)课题.(5)1冲裁工艺设计.(6)1.1冲裁件的工艺性分析.(7)1.2冲压方案的确定.(7)2冲裁排样设计.(7)2.1排样方案的确定.(8)2.2搭边的选取.(8)2.3送料步距、条料宽度及板料间距计算.(9)2.4排样图.(10)2.5冲裁力和压力中心的计算.(11)3刃口尺寸计算.(13)3.1冲孔刃口尺寸计算.(14)3.2落料刃口尺寸计算.(15)4冲裁模主要零部件的结构与设计.(16)4.1模具类型的选择.(18)4.2定位方式的选择.(18)4.2.1导料销的选择.(18)4.2.2挡料销的选择.（19)4.3卸料装置与推件装置的选择.(19)4.3.1卸料装置的选择.(19)4.4工作零件的设计.(20)4.4.1凹模的设计.(20)4.4.2凸凹模的设计.(21)4.4.3凸模的设计.(22)4.4.4模架及组成零件的设计.(24)5压力机的选取与校核.(25)5.1压力机的选择(25)5.2装模高度的校核.(26)前言在现在工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造，锻造，冲压，塑料，粉末冶金，陶瓷制品等生活生产行业中得到广泛应用。由于采用模具能提高生产效率、节约材料、降低成本，并且可以保证一定的加工质量要求，所以，汽车，飞机、拖拉机电器、仪表、玩具和日常用品等产品的零部件很多都采用模具加工。随着工业科学技术的，工业产品的品种和数量不断增加，产品的改性换代加快，对产品质量、外观不断提出新的要求，对模具质量的要求也越来越高。，如果模具设计及制造水平落后，产品质量低劣，制造周期长，必将影响产品的更新换代，使产品失去竞争能力，阻碍生产和经济的发展。因此，模具设计及制造技术在国民经济中的地位是显而易见的。冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力使其产生分离或塑性变形，从而获得所需的零件的一种压力加工方法。冷冲压在工业生产中应用十分广泛，其加工效率高，且操作方便，易于实现自动化；冲压时模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，一般不破坏冲压件的表面质量，而且寿命比较长，所以冲压件质量稳定，互换性好具有“一模一样”的特征；可以加工出尺寸范围比较大、形状复杂的零件，如小到钟表的秒针，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料冷变形硬化效应，冲压件强度和刚度均较高；冲压没有切屑废料的生成，材料的消耗小，且不需要其他的热设备，也是一种省料的加工方法；冲压件陈本较低；但是冲压一般使用的模具具有专用型，有时一个复杂的零件需要数套模具才能加工成型，且模具精度较高，技术要求高，是技术密集型产业，所以只有在冲压件生产批量较大杜锋情况下才能充分的体现从而获得较好的经济效益。课题：垫片落料冲孔复合模零件简图：如图所示工件名称：垫片挡片生产批量：大批量材料：10号钢厚度：3m1冲裁工艺设计1.1冲裁件的工艺性分析冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。冲裁件的工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大影响，在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。10号钢具有较高的强度和较好的冲压加工性能;该零件形状简单,但对孔边距接近凸凹模所允许的最小壁厚，如零件图所示，故可以考虑采用积存废料的复合冲压工序。1.2冲压工艺方案的确定该工件包括冲孔、落料两个基本工序，可以有以下三种方案：方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产；方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产；方案三：冲孔落料连续冲裁，采用级进模生产。三种方案比较见表1.1表1.1三种方案的比较模具种类比较项目单工序模复合模级进模冲件精度较低高一般生产效率较低较高高生产批量适合大、中、小批量适合大批量适合大批量模具复杂程度较易较复杂复杂模具成本较低较高高模具制作精度较低较高高模具制造周期较快较长长模具外形尺寸较小中等较大冲压设备能力较小中等较大工作条件一般较好好方案一模具结构简单，但需要两道工序，两副模具，生产率较低，难以满足该零件的年产量要求。方案二只需一套模具，冲压件的形位精度容易保证，且生产率也高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单，模具制造并不困难。方案三也只需要一副模具，生产率也高，但零件的冲压精度较差。欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造安装较复合模复杂，且成本高。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。2冲裁排样设计2.1排样方案的确定排样是指冲裁零件在条料、带料或板料上布置的方法。合理有效的排样有利于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计技术要求的工件。在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产重要的技术指标之一。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在大批量生产中，冲压件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效益更为突出。保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应等情况，以选择较为合理的排样方案。根据材料的合理利用情况，条料排样方法可以分为以下三种：（一）有废料排样：冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在搭边废料，冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。（二）少废料排样：只在冲件与冲件之间或冲件与条料之间留有搭边值，因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凹模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率高，冲模结构简单。（三）无废料排样：冲件与冲件之间或冲件与条料之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量较差，模具寿命较短，但材料利用率高。采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于模具单边受力，不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。综上分析，并考虑冲裁零件的形状、尺寸、材料，选取有废料排样。2.2搭边的选取排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刃”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。搭边值的大小与下列因素有关：材料的力学性能。硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。工件的形状与尺寸。尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。材料厚度。薄材料的搭边值应取的大一些。送料方式及挡料方式。用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。圆形件或圆角r2t矩形件或边长L50或r0.10.50.04500550.0650.080.52.50.040.050.0500.062.56.50.030.040.0400.05钢材料厚度m6.50.020.030.0250.03查表2.3Kx=0.045KD=0.003总冲压力Fz总冲压力是各种冲压工艺的总和，根据不同的模具结构计算，由于本模具采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模，则：Fz=F+Fx+Fd（2-6）=212.16+0.08212.16+10.07212.16=244KN2.5.2压力中心的计算模具的压力中心就是冲压力合力的作用点，为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。对于级进模以及轮廓形状复杂或多凸模的冲裁模，必须求出冲压力合力的作用点即压力中心。模具的压力中心应与模柄的轴线重合，否则会影响模具及压力机的精度和寿命。设直径为是10的圆心为中心坐标，则压力中心：X0=-（-128-1612-128-822+822）/（8+12+8+22+16+8）=-336/74=-4.54Y0=（-68+68+1722+2816+1722）/74=1196/74=16.16=(18011sin90)90=7.1X=cos=cos(180+53)=4.3Y=sin=sin(55+180)=-5.7故X=(-4.54*74+4.3*11+29.2*10*)/74+21=5.21Y=(16.16*74-5.7*11)/74+11=-7.13所以压力中心为(5.21,7.13)3、刃口尺寸计算因冲模加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两类：（1）按凸模与凹模图样分别加工法：它主要用于圆形或简单规则形状的工作,因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别加工。（2）按凸模与凹模配作法加工：常用于冲制复杂形状的冲模。这种加工方法的特点是模具的间隙有配置保证，工艺比较简单，不必校核的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。minaxZTA表3.1初始双面间隙、maxZin08、10、3509M2、Q235Q34540、5065Mn材料厚度/tmminZmaxinZmaxinZmaxinZmax小于0.5极小间隙0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.0480.0720.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0640.0920.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0920.90.0900.1260.0900.1260.0900.1260.0900.1261.00.0100.140.1000.1400.1000.1400.0900.1261.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.1320.2400.1700.2400.1700.2401.750.2200.3200.2200.3200.2200.3202.00.2460.3600.2600.3800.2600.380由表3.1确定初始双面间隙、的值：maxZinZmin=0.460mmZmax=0.640mm180.46.0.minax表3.2规则形状凸、凹模的制造偏差基本尺寸凸模偏差T凹模偏差A基本尺寸凸模偏差T凹模偏差0200.0200.0250.0301201801801600.0300.0400.045801200.0250.0351603601360500500300.0350.0400.0500.0500.0600.070由表3.1确定、的值：TA3.1冲孔刃口尺寸计算对于冲小孔转换为m10m36.01利用公式（3-1）inTxdDT（3-2）AZA0min其中磨损系数的选取查下表3.3x是工件的公差值表3.3磨损系数表工件精度IT10以上=1x工件精度IT11IT13=0.75x工件精度IT14=0.5因孔的公差等级为IT13级，所以查上表得=0.5x则=0minTxdT02.02.18365.1=AZA0in.048.04校核间隙：1.6.minax+=0.020+0.020=0.040508080125材料厚度thoH0hoH0hoH00.8686108130.81.561081210141.536-10-12-查上表得卸料板厚度mho101.下卸料采用弹簧作为弹性单元，弹簧的自由高度为：=（3.54）自由H工作s式中弹簧的自由高度（mm）;自由工作行程与模具修磨量和调整量（46mm）之和。工作s=（2.3+6）mm=8.3mm工作则=(3.54)8.3mm=29.0533.2mm自由H取=33mm。自由H弹簧的装配高度为：（0.850.9）=28.529.7mm自由4.3.2推件装置的选择推件装置主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种，一般刚性用的较多，它由打杆、推板、连接杆和推件块组成。其工作原理是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆与推件板，将凹模内的工件推出，其推件力大，工作可靠。图4.11002000.150.200.180.220.220.30，取15。凹模壁厚;凹模外形尺寸为2.134.0凹H30152HC。125凹模的刃口形式选用直筒式刃口。该凹模的厚度的全部为有效刃口高度，刃壁无斜度，刃磨后刃口尺寸不变，适用于制件或废料逆冲压方向推出的冲裁模如复合模、薄料落料模。其形状如图4.2图4.2凹模刃口4.4.2凸凹模的设计凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。凸、凹模的结构大到分为整体式和镶拼式的两种，镶拼式结构适合于大，中型和形状复杂，局部容易损坏的整体凸模式或凹模，而此处所需的凸凹模形状较简单，所以选用整体式来加工凸凹模。它的内外圆均为刃口，凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔无积存废料，胀力小，最小壁厚为材料厚度的1.5倍，即1.5。其结构如图4.3图4.3凸凹模4.4.3凸模的设计凸模的固定形式有：采用凸模固定板固定、与上模板直接固定和采用低溶点合金或环氧树脂浇注固定三种，各自的特点的比较如下表。表3.9固定形式的特点比较固定形式固定方法特点凸模固定板固定一般采用H7/m6过渡配合，圆形凸模则采用凸肩固定定位精度高，牢靠，但固定孔精度高，加工困难与上模板直接连接采用螺钉，销钉直接把凸模固定在上模板上适用于大型凸模的固定低熔点合金浇注固定或环氧树脂浇注固定使低熔点合金或氧树脂溶化，像粘结剂一样固定在凸模上适用于冲裁0.32的板m料由于本工件是大批量的生产，且内孔有一定的精度要求，模具采用的是复合模，则从上表的比较中可选低熔点合金浇注固定或环氧树脂浇注固定形式固定凸模，。冲孔凸模为圆形，采取台阶式凸模，它的强度刚性较好，装配修磨方便，与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6或H7/n7）制造，最大直径的作用是形式台肩，以便固定，保证工作时凸模不配拉出，材料选取,热处理硬度AT10为5862。其凸模长度计算公式：HRChtL21其中1凸模固定板厚度=h1h凹Hm4材料厚度1t推件块厚度182h增加长度，一般选取010mmL48184凸模的结构形式如图4.4图4.44.4.4模架及组成零件的设计该模架选用中间导柱方形模架，导向装置安装在模具的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠。由标准（GB/T2851.5-1990）中选取,从而确定以下材和尺寸：模架材料选取铸铁200HT模架上模板的长度为310、宽度230、厚度45。mm下模板的长度为310、宽度230、厚度55；最大高度为235、最小高度为190。模柄选取旋入式模柄，A40，JB/T7646.2；螺钉选用标准件内六角螺钉，规格为M8；螺钉M10；圆柱销M5导柱28180、32180，导套为11043，长度11043；应按6/5配合；柱间的距离170；Hhm材料为20钢。5压力机的选取及校核5.1压力机的选择由以上的设计、计算，确定压力机的规格尺寸如下：查表选取国产160开式可倾压力机其最大装模高度为300KNm最小装模高度为160m模柄孔尺寸为直径40，深度为60m工作台尺寸左右为450、前后300，工作台孔尺寸：左右220、前后110立柱间距离：220m床身最大可倾斜角3505.2装模高度的校核为了保证模具和压力机相适应，冲模的闭合高度应介于压力机的最大装H模高度和最小装模高度之间，其关系式为：maxHminH（5-1）m5101axin式中冲模的闭模高度;最大闭模高度;max最小闭模高度;inH垫板高度；1最大装模高度；max1最小装模高度。in1H则;140301minm85951ax凸凹模凸模垫板上模座下模座HH利用模具生产制品零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重要性条件。而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。冷冲模材料应具有的性能：冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的以下几点性能。1.应具有较高的变形抗力：主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。其中硬度是模具注意重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作零件热处理后的硬度在60HRC强度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。2.应具有较高的断裂抗主要抗力指标有材料的抗冲击性能抗压强度、抗弯强度断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性，也是作为防止断裂的一个重要依据。其基体中碳含量越高冲击韧性越高。故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性。3.应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，需要在硬度高的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物相同硬度下，提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用有刮痕凹槽等4.应具有较好的冷、热加工工艺性：钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。总上所述：凸、凹模采用工作部分局部淬火材料也用淬，硬度HRC6258火变形小的模具钢。12Cr6模具的装配与检测6.1模具的装配复合模是指在冲床一次行程中冲制产品两道或两道以上工序的冲模，这种模具结构复杂，装配要求高，但由于模具生产率高，各内、外型面间的相对位置精度高，故广泛应用于精密零件的加工。本模具为落料冲孔复合模其装配一般按下面的步骤进行：装配旋入式模柄，垂直上模座端面，装后同磨大端面齐平。将凸模装入凸模固定板，保持与固定板端面垂直，同磨端面平齐将凸凹模装在固定板上，并保持与固定板端面垂直，同磨端面齐平。确定凸凹模固定板在下模座上的位置，用平行夹板夹紧，作凸凹模固定板上的螺孔和下模座上的螺钉过孔，并保持孔位置一致。划下模板漏料孔线，加工漏料孔，按凸凹模的孔每边加大约1。m按凹模上的孔引作凸模固定板和上模座的螺钉过孔。将带凸模的固定板装在上模板上，螺钉不要拧得过紧，进行试装合模，使导柱缓慢进入导套，如果凸模与凸凹模的孔对的不太正，可轻轻敲打凸模固定板，利用螺钉过孔的间隙进行调整，直至间隙均匀。此时用划针在上模板上划出凸模固定板位置。6.2模具的检测冲模装配前，应该对零、组件进行检查、复查的内容有:（1）冲裁模的刃口部分应锋利,拉伸模的弯曲的工作型面应过度圆滑,表面粗糟度应符合要求;（2）工作热处理后的实际硬度值是否符合要求,如有碳化合物偏析要求应技术要求的规定;（3）外行的非工作锐边是否已经倒角或导圆;（4）零件不应有沙眼、缩空、裂纹、磨削退火或机械损伤;（5）可卸导柱的椎面与趁套上椎孔的吻合长度面积应不小于80%。总结这次的毕业设计是大学三年中的最后一个环节，是对三年的学习生活中所学的知识一个汇总和概括，使我们每个人都能总合运用所学的知识进行设计。就我个人而言，通过这次毕业设计，使我学习到了许多知识，对模具的设计与制造有了极为深刻的认识，是一次由理论向实践的飞跃，让我感慨颇深，主要体会有以下几点：1、扎实的基础课，专业课是模具设计的基础。由于以前所学的课程难免有些理解不深，遗忘等，而本次设计又或多或少的用到了这些知识，从而迫使我再次回顾以前的课程，并加深了对这些课程的理解，如机械制图中的各种线型的特点应用，材料力学中的应力校核，热处理中各种材料与热处理性能，公差配合与测量技术中公差的正确选用，模具