齿轮螺栓垫片冲压工艺编制及模具设计.doc

常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系 别： 机电工程系 专 业： 模具设计与制造 班 号： 模具085 学 生 姓 名： 张荣荣 学 生 学 号： 0804100533 设计（论文）题目 齿轮螺栓垫片冲压工艺编制及 模具设计 指 导 教 师： 胡云 设 计 地 点： 常州信息职业技术学院 起 迄 日 期： 2010.6.218.21 毕业设计（论文）任务书专业 模具设计与制造 班级 模具085 姓名 张荣荣 一、课题名称： 齿轮螺栓垫片冲压工艺编制及模具设计 二、主要技术指标： 1、要求制件表面无明显毛刺，尺寸精度与形状满足制件图纸要求， 2、要求尽量采用一套模具完成 3、模具可以装在通用的冲压设备上 4、要求8000字左右 三、工作内容和要求： 1、进行零件工艺分析，制定工艺方案 2、工艺尺寸计算，设备选择，模具主要工作零件及其他零件设计 绘出全套装配图、零件图 （不加工的标准件不画） 3、对相关资料做整理、分析、研究和总结 4、完成论文电子稿。标题要简明有概括性，目录正确整齐，中、英文摘要和前言， 正文与参考文献及目录；排版格式及具体要求查看格式与要求。 四、主要参考文献：_1. 王效杰.产品设计M. 北京:高等教育出版社，2003_ 2. 冯炳尧.模具设计与制造简明手册M.上海：上海科学技术出版社，1998 3. 刘美华.产品设计原理M. 北京:北京大学教育出版社，2005 4. 隋明阳. 机械设计基础M.北京：机械工业出版社，2005 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日系 主 任（签名） 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目齿轮螺栓垫片冲压工艺编制及模具设计一、 选题的背景和意义：选题背景：垫片在日常生活中的应用十分广泛，特别是在机械加工和装配时各零部件之间的结合与装配需要垫片，例如，拖拉机上很多零部件结合部位都装有垫片,这些垫片对防止“三漏”(漏油、漏水、漏气)有良好的密封作用。在零部件之间结合时，受震动时不易脱落，可以防止工件间的摩擦而划伤工件表面，所以垫片是联接部件必备的，是装配中的一种重要元件。垫片作用大、用途广阔，很多厂家大量生产，市场前景非常广阔。选题意义：通过对垫片冲裁模的设计是融会多种知识的综合实践活动，能够锻炼和提高我们的知识应用能力及实践创新能力，结合本专业的所学及目前各企业对模具的需求日益增多，本着以“学以致用”为出发点，发挥本专业的专长，把所学的各门功课进行综合分析、运用通过各课程之间的联系，借助各类参考书，提高自己灵活运用手头资料的能力，也为以后的工作打下一定的基础。二、 课题研究的主要内容：1、冲裁弯曲工艺分析 7、凸凹模结构设计2、工艺方案确定 8、其他零件选择3、排样设计 9、模具闭合高度4、刃口尺寸计算 10、模具工作说明5、冲压力计算 11、装配图和零件图6、压力中心计算三、 主要研究（设计）方法论述：1、审图拟定设计方案2、方案论证3、设计计算，确定零件尺寸4、绘制装配图和零件图5、综合整理，完成毕业设计四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容2010.6.216.23市场调研、收集资料、设计定位2010.6.246.28初步构思，草拟图纸2010.6.297.10机构设计、外观造型2010.7.117.16工学设计，传动零件、棘轮的结构、尺寸、传动比等2010.7.177.24用UG软件进行装配、完成功能模拟2010.7.258.5撰写并完成设计报告初稿2010.8.68.12初稿审阅、修改2010.8.138.16整理、完成图样和产品设计说明书2010.8.178.21定稿、打印2010.8.228.24论文答辩五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日齿轮螺栓垫片冲压工艺编制及模具设计目 录 0.引言5 1.零件冲裁工艺性分析5 1.1冲裁结构性分析6 1.2工艺性分析及冲压方案确定6 1.3排样设计及计算7 2.主要工艺计算8 2.1工作零件刃口尺寸计算8 2.2冲裁间隙的确定9 2.3 冲压力和压力中心的计算10 2.4闭合高度计算与冲压机选择11 3.模具结构计11 3.1凸凹模结构设计12 3.2定位零件、卸料、出件方式的选择13 3.3其它模具零件结构尺寸列表14 3.4模具装配图14 4模具材料的选用15 5结束语16 6参考文献177附录18齿轮螺栓垫片冲压工艺编制及模具设计摘要：本设计是垫片级进模，在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上，查找相关资料，设计开展的主要内容是冲裁件的结构分析和工艺性分析、确定冲裁工艺方案、选择模具的结构形式、进行主要的工艺计算、确定模具的主要零部件的结构与尺寸、校核模具闭合高度及压力机有关参数、绘制模具总装图及零件图，撰写报告等。关键词：垫片；冲压方案；级进模The molding Design of the Gaskets Abstract:The design is progressive die pads, the analysis of blanking blanking pieces of deformation process and the quality of the basis of factors, find the relevant information, to engage in the main contents of the structure of blanking part analysis and process analysis to determine the blanking Technology program, select the structure of the form of mold, a major process, the die to determine the main components of the structure and size, height and check closed mold presses on the parameters, drawing die assembly diagram and parts drawing, writing reports and so on.Key Words：die pads；Technology program； Progressive Die0.引言垫片在生产过程中应用十分广泛，特别是在机械加工和装配时各零部件结合需要垫片，在零部件之间结合时，可以防止螺栓与螺母受震动而松脱的，同时也可以防止因为拧螺丝中的转动和压紧过程而损坏被紧固件，保护连接件的表面，防止螺栓螺母拧紧时划伤工件表面，所以垫片是装配中的一种重要元件，零件尺寸小，厚度薄冷冲模是现代工业的重要工艺设备，已经成为国民经济的重要基础工业之一。冷冲压的零件，具有表面质量好，重量轻，成本低的优点，冲压生产具有操作简单、速度快、效率高的特点。它是一种经济的加工方法，这是其他加工方法不能与之竞争的。1.零件冲裁工艺性分析 工件的工艺分析（如图1所示） 图1 1）：按（IT13级）保证尺寸精度要求2）：冲孔落料无毛刺，锐边3）：模具设计应方便装拆，维护方便1.1冲裁结构性分析1）形状：此工件有两个孔，是较简单的对称工件。2）尺寸：该工件尺寸完整。3）精度：该工件图没有标注精度要求，根据尺寸查询经济精度表得，孔精度为12级，其他为13级。4）材料：材料是Q235为优质碳素结构钢，具有良好的可冲压性能 抗剪强度310380Mpa 抗拉强度375-460mpa,伸长率为21-25%，屈服强度为235 Mpa. 该工件精度要求不高，生产批量为大批量。 1. 2 工艺性分析及冲压方案确定1. 2. 1工艺性分析1）该冲裁件结构复杂，分析满足普通冲裁要求，可采取冲孔，切废，落料，弯曲来完成。2）该工件有一个4.5mm的长臂，t=1mm，宽为621,所以该长臂不是悬臂,因此加工冲压程序时不需考虑会造成该长臂的断裂,变形等3）孔与孔，孔与边缘之间的距离也满足要求4）工件结构 如图1所示，该零件结构形状简单对称，零件可分为冲孔落料两部分，故考虑采用级进模冲压成形。综上分析，齿轮螺栓垫片冲压工艺编制与模具设计中需要着重解决好以下几个问题：1） 工艺方案和模具结构应保证能达到冲件所要求的高精度；2） 冲模结构应能冲出冲件的复杂外形；3） 冲裁模的强度和耐磨性应适应冲压材料强度高的特点。1. 2. 2可行性工艺方案方案一：单工序工艺 先冲直径为10的孔，然后进行落料，采用单工序模生产；方案二：级进工艺 落料冲孔连续冲压，先冲出孔，然后依次冲出外围轮廓，最后进行截断，采用级进模生产； 方案三：复合工艺 冲孔落料复合冲压，采用复合模生产。分析比较：1）单工序工艺：模具结构简单，制造成本较低，但制件内外形的位置精度难以得到保证，且所占用设备及工人较多，生产效率低。2）级进工序工艺：制件内外形位置精度较易得到保证，易于实现自动化生产，生产效率高，但模具结构较复杂，制造成本较高。3）复合工序工艺：制件内外形位置精度高，生产效率高，但模具结构复杂，制造困难。1. 2. 3工艺方案确定 选择方案2），因为该冲裁件需要冲孔和落料来完成，尺寸比较大，大批生产，提高生产效率。1. 2. 4 模具结构初步确定确定冲压工艺方案以后，应通过分析比较，选择合理的模具结构型式，使它尽可能满足以下要求：1） 能冲出符合技术要求的工件；2） 能提高生产效率；3） 模具制造和修模方便；4） 模具有足够的寿命；5） 模具易于安装调整，而且操作方便、安全。 该冲压件采用冲孔落料连续冲压的级进模。卸料方式为弹压卸料，出件方式为废料从凹模表面落下，工件从凹模表面推出，送料方式为横向自动送料，导向为滚动方式。在模具上装顶杆、定位销。模架选择后侧导向模架。1.3排样设计及计算1. 3. 1排样和板材方式的经济性分析排样是指冲件在条料，带料或板料上布置的方法。排样方法可分为有废料排样法和少、无废料排样法。根据零件的外形与尺寸来看，本零件最适合的排样方法为有废料排样发中的直排。排样时,冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边，它的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证条料有一定刚度,便于送材。搭边值取决于以下因素：材料的硬度和厚度；排样的形式；条料的送料方法(是否由于侧压板)；挡料装置的形式(包括挡料销,导料销和定距侧刃等形式)。1）搭边值的确定查冲压模具设计与制造P65表2.5.2，确定搭边值：两工件间的搭边：工件边缘搭边： 2）送料步距的确定送料步距 式中 平行于送件方向的冲件宽度步距为：1. 3. 2条料宽度的确定根据工件结构采用无侧压装置模具，因考虑到在送料过程中条料摆动量使侧面搭边值减少，为了补偿侧面搭边值减少，条料宽度应增加条料可能的摆动量。故按下式计算（冲压模具设计与制造P67公式2.5.5；2.5.6） 条料宽度 =式中 条料宽度方向冲裁件最大尺寸 侧搭边值 条料宽度的单向（负向）偏差，查冲压模具设计与制造P67表2.5.4 导料板与最宽条料之间的间隙，其最小值查冲压模具设计与制造P67表2.5.5得51. 3. 3材料利用率的计算一个步距内的材料利用率为：=689.9663/6527.1=39.2%1. 3. 4排样图根据设计计算确定后排样图如图2所示: 图2 排样图2.主要工艺计算2. 1冲裁间隙的确定 凸、凹模具之间的冲裁间隙是冲裁过程的重要工艺参数。它对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等都有较大的影响，因此确定冲裁间隙非常重要，但严格说来，不存在一个同时满足所有理想要求的合理间隙值。一般冲裁间隙选取根据经验值来选用。电子、电器行业对制件断面质量和尺寸精度要求较高，一般选用较小间隙值。查表模具设计与制造P70表2.3.3得Zmin=22%1mm=0.22mmZmax=24%1mm=0.24mm故合理间隙值的取值范围是0.22mm0.24mm。 2. 2冲压力和压力中心的计算2. 2 .1冲压力平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力（N）可按下式计算：式中： 冲裁力 系数（一般取1.3）冲裁件周长 材料厚度 材料抗剪强度但选择设备时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素，实际冲裁力可能增大，所以应取冲裁件周长材料厚度 材料抗剪强度故 查下表得 表1卸料力、顶件力、推件力系数材料及厚度/钢小于等于0.10.0650.0750.10.140.10.50.0450.0550.0650.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.05大于6.50.020.030.0250.03铝、铝合金0.0250.080.030.07紫铜、黄铜0.020.060.030.09卸料力、推件力、计算式为： 冲裁工艺总力 2. 2. 2压力中心 由于该工件结构对称，所以压力中心在零件中心上2. 3 工作零件刃口尺寸计算 由零件图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。外形由落料获得，由冲孔同时获得，查下表得： Zmin=0.24mm Zmax=0.22mm 则 由公差表查得：为IT13级，取 1) 冲孔：冲孔时以凸模为基准，配置凹模，凸模磨损后刃口尺寸变小。如图3所示。 图3冲孔刃口尺寸计算 B1=10 1=0.20 x=0.75 Ad1=(Amax-x) =(10-0.75*0.20) =9.852) 落料：落料时以凹模为基准，配置凸模，凹模磨损后刃口尺寸变小。如下图所示。图4落料刃口尺寸计算 B1=9 B2=64.42 B3=5 1=0.20 2=0.303=0.20 x=0.75 Bp1=(Bmin+x) =(9+0.75*0.20) =9.15 Bp2=(Bmin+x) =(64.42+0.75*0.3) =64.645 Bp3=(Bmin+x) =(5+0.75*0.2) =5.15图5落料刃口尺寸计算 B1=11.12 B2=9.2 B3=13.69 B4=6 B5=2.5 B6=6.51 B7=1.5 1, 2, 3, 4, 5,6,7,=0.20 Bp1=(Bmin+x) =(11.2+0.75*0.20) =11.35 Bp2=(Bmin+x) =(9.2+0.75*0.20) =9.35Bp3=(Bmin+x) =(13.69+0.75*0.20) =13.84 Bp4=(Bmin+x) =(6+0.75*0.20) =6.15 Bp5=(Bmin+x) =(2.5+0.75*0.20) =2.65 Bp6=(Bmin+x) =(6.51+0.75*0.20) =6.66 Bp7=(Bmin+x) =(1.5+0.75*0.20) =1.65 图6落料刃口尺寸计算B1=3.68 B2=2.5 B3=5.69 B4=8 B5=3 B6=3.76 B7=9.1 B8=37.05 1, 2, 3, 4, 5,6,7,=0.20 8=0.30 Bp1=(Bmin+x) =(3.68+0.75*0.20) =3.84 Bp2=(Bmin+x) =(2.5+0.75*0.20) =2.35Bp3=(Bmin+x) =(5.69+0.75*0.20) =5.84 Bp4=(Bmin+x) =(8+0.75*0.20) =8.15 Bp5=(Bmin+x) =(3+0.75*0.20) =3.15 Bp6=(Bmin+x) =(3.76+0.75*0.20) =3.91 Bp7=(Bmin+x) =(9.1+0.75*0.20) =9.25 Bp8=(Bmin+x) =(37.05+0.75*0.30) =37.2752.4闭合高度计算与冲压机选择2. 4. 1闭合高度 b=65 k=0.22 H=kb=14.3 C=2H=28.6 B=2C+b=93.6 查国家标准得: B=200 L=400 凸模垫板厚8mm 凸模固定板厚 15mm 卸料垫板厚12mm 卸料板厚20mm 凹模垫板厚15mm 上模座厚50mm 下模座厚50mm 凸模长86mm 凹模厚25mm 垫块厚50mm H=8+50+50+86+20+15+15+12+25+50=288mm 查国家标准得：闭合高度为200400 H在其范围内 查开式可倾压力机技术规格得：压力机最大闭合高度为300，闭合高度调节量80即范围200400，在其范围内，合适。 2. 4. 2冲压机选择 根据总冲压力F总=270KN，模具闭合高度，冲床工作台尺寸等，并结合现有设备，选用JS-25开式双柱可倾冲床，起主要工艺参数如下： 公称压力：400KN 滑块行程：100mm 最大封闭高度：300mm 最大装模高度：2200mm 连杆调节量：55mm 工作台尺寸（前后左右）：370560mm 垫板尺寸（厚度孔径）：50200mm 模柄空尺寸：4090mm 最大倾角： 模柄孔尺寸：直径 深度3.模具结构设计3. 1凸凹模结构设计3. 1. 1凸模1）冲孔凸模(如图7)：因小凸模在试冲过程中易断，模具寿命不能满足要求，采用台阶式凸模，把小凸模设计成台阶式凸模形式，台阶凸模强度刚性较好，装配方便，稳定也好。 外径：由前面刃口尺寸计算得：9.85mm凸模长度：L凸5+55+13+13=86mm式中：h1凸模固定板厚度 H2落料凹模厚度 t 板料厚度 图7冲孔凸模2）落料凸模：图8落料凸模1图9落料凸模2图10落料凸模3图11落料凸模43. 1. 2凹模：凹模厚度：H=kbH=0.22*60=13.2凹壁厚度： =37.550mm实取凹模壁厚：40mm凹模板宽度 =100+2*40=180mm实取凹模长度取则凹模轮廓尺寸为将凹模板作成簿型形式并凹模刃口形式选择：刃口强度较高，修模后刃口尺寸不变。 图12凹模3. 2定位零件、卸料、出件方式的选择（1）属于送进导向的定位零件有导料销、导料板、侧压板等；属于送料定距的定位零件有用挡料销、导正销、侧刃等；属于块料或工序件的定位零件有定位销、定位板等。选择定位方式及定位零件时应根据坯料形式、模具结构、冲件精度和生产率要求等。级进模常采用导正销与挡料销配合使用进行定位，挡料销起粗定位作用，导正销起精定位。因此挡料销的位置必须保证导正销在导正过程中条料少许活动的可能。导正销只用于级进模，其适用范围见冲压模具设计与制造表2.9.8。（2）卸料与出件装置作用是当冲模完成一次冲压后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。把冲件或废料从凸模上卸下来称为卸料。卸料装置按卸料的方式分为固定卸料、弹性卸料。固定卸料装置仅由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模上；弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成；弹性卸料装置可安装于上模或下模，依靠弹簧或橡胶的弹力来卸料，卸料力不太大但冲压时可兼起压料作用，故多用于冲裁料薄及平面度要求较高的冲件，故选择弹性卸料装置。（3）出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。我们通常把装在上模内的出件装置称为推件装置；把装在下模内的称为顶件装置。综合考虑该模具的结构和使用方便，以及工件料厚为1，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。3.3其它模具零件结构尺寸列表根据倒装复合级进点：凹模板尺寸并查标准JB/T-6743.1-94，确定其它模具模板尺寸列于下表：表2 模具零件结构尺寸序号名称长宽高材料数量1垫板2凹模固定板3卸料板45钢4凸模固定板3.4模具装配图 图13装配图4.模具材料的选用冷冲模用钢应具有的力学性能：a、应具有较高的变形抗力；b、应具有较高的断裂抗力；c、应具有较高的耐磨性及抗疲劳性能；d、应具有较高的冷热加工工艺性。冷冲模零件材料选用原则：要选择能满足模具工作要求的最佳综合性能的材料；a、要针对模具失效形式选用钢材；b、要根据制品的批量大小，以最低成本的选材原则选材；c、要根据冲模零件的作用选择材料；d、要根据冲模精度程度选择钢材。 综合各种材料进行比较及材料的用途查下表可选择为冷冲模工作零件所用的钢材。表3 冷冲模工作零件材料的选用零件名称使用条件选用材料 凸模，凹模形状简单，冲裁材料厚度小于等于3，中小批量生产的冲裁。T8、T8A、T10、T10A选择说明：在选择冲裁凸模、凹模材料时，应根据模具的工作条件和失效特点，量材而用。如形状简单、尺寸较小、受力较小的凸、凹模，只需要热处理工艺适当。性能可以满足使用，生产批量不大时，可选用碳素工具钢，这样可以降低成本；反之，就应该选用变形较小，耐磨性高的合金工具钢。对于大、中型冲裁模，其材料成本是模具总成本10%18%左右，