双孔垫片冲压模具的设计.doc

毕 业 设 计设计题目： 双孔垫片冲压模具的设计 系 部： 机电工程系 专业名称： 模具制造与设计 班 级： 09541 学 号： 24 姓 名： 吕军锋 指导教师： 朱正才 完成时间： 2012 年 4 月 25 日 摘要:日常生活中人们使用的很多用具是用冲压方法制造的，例如不锈钢饭缸，它就是用一块圆形金属板料在压床上利用模具对圆形板料加压而冲出来的。可以看出，冷冲压是一种在常温（冷态）下利用冲模在压床上对各种金属（或非金属）板料施加压力使其分离或者变形而得到一定形状零件的金属压力加工方法。本文主要围绕双孔垫片进行冲压件的工艺性分析；确定冲压工艺路线；进行相关的工艺计算；计算拉深力，确定压力机参数，选择合理的冲压设备；确定模具的具体结构，绘制草图；绘制模具的装配图及主要零件图；零件图标注尺寸、公差及技术条件，并进行必要的强度校核。关键词：冷冲压；模具；落料；冲孔。目 录第一章 绪 论.1第二章课题概况.3第三章 零件工艺分析.5 3.1 材料.6 3.2零件结构.6 3.3尺寸精度.6 3.4工艺方案及模具结构类型.7第四章 零件的排样设计.8第五章 冲压力与压力中心计算.9 5.1计算冲压力.10 5.2压力中心.11第六章 压力机的选择.11 6.1压力机的选择原则.12 6.2冲压设备规格的选择.12 6.3压力机的其它参数.12第七章 工作零件刃口尺寸计算.15第八章 工作零件结构尺寸.16 8.1落料凹模板尺寸.17 8.2落料凹模板的固定方式.18 8.3凸凹模尺寸计算.19 8.4凸凹模内外刃口间壁厚校核.19 8.5冲孔凹模洞口的类型.20 8.6凸凹模的固定方法和主要技术要求.20 8.7冲孔凸模尺寸计算.21 8.8凸模的固定方式.21 8.9标准模架和导向零件.21第九章 模具设计计算.23 9.1卸料弹簧选择.24 9.2设计和选用卸料与出件零件.25 9.3选择上、下模板及模柄.26 9.4垫板的结构设计.27 9.5闭合高度.28参考文献.29致 谢.30第一章 绪 论1.1 课题研究的目的和意义经过本次的课题研究主要掌握模具设计的方法及工序，巩固和加深对机械二维、三维的制图能力。设计过程中锻炼查阅文献和资料自我设计的能力，培养和提升我们的创新能力，增强我们独立思考问题和解决问题的能力。在对模具设备的结构设计和理论计算上，掌握模具设备的主要结构与性能、工艺适应性与技术参数。从而能根据成型的生产要求，模具结构等因素，经济、有效的使用设备，合理的选择工艺，正确的设计模具，保证成型生产能够经济、合理的进行，提高自身在成型工艺和模具方面的综合着机水平，提高自身解决实际问题的能力。模具制造是我国经济建设中的一项重要产业，起着振兴和发展我国模具工业的重要作用，正日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士的共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件,具备高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍,尤其是在冲压技术相对落后的中国，制造出优质的模具以及生产出高质量的冲压产品势在必行。1.2 国内外模具发展概况1.2.1 国外模具发展概况为了适应高速、自动、精密、一安全现代化生产的需要,工业先进国家发展的高效率、高精度、高寿命模具向多任务位、多型腔、多功能方向发展。在冲模方面:国外多任务位级进模多达50个工位。多次拉深成形工件发展了多任务位传递模。多次冷挤压工件也发展了多任务位传递模。多次弯曲工件发展了前几个冲裁工位用级进模接着用多向自动弯曲模。在级进模的基础上发展了多功能模具。目前，国外人汽车公司为了降低模具开发、制造成本，缩短生产周期，将除轿车外覆盖件之外的人部分轿车冲压件的模具都交由专业模具公司（如FontanaPietro.Kuka.Laepple.SchulerCartec.Ogi-hala-FujiTechniaca等等）设计和制造，这些公司都有很强的开发能力，并在某些零件的模具制造方面拥有独到的优势。但作为整车厂，考虑到新车型开发过程中的保密，对诸如翼子板、行李箱盖、车门、侧围、车顶、前盖等敏感零部件的模具，则都由自己的模具制造部门来设计和制造。1.2.2国内模具发展概况我国模具工业近年来发展很快。尤其近10年来，中国模具工业一直以每年15%左右的增长速度快速发展。虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，仍然供不应求近年来，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。精度达到12m，寿命2亿次左右的多任务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。加速发展模具工业的重要意义 模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、H用品等工业部门极其重要的工艺装备。没有模具,就没有高质量的产品。模具不是一般的工艺装备,而是技术密集型的产业,工业发达国家把模具作为机械制造方面的高科技产品来对待。他们认为：“模具是发展工业的一把钥匙”；“模具是一个企业的心脏”；“模具是富裕社会的一种动力”。从未来的发展机会来看，我国经济仍处于高速发展期，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这就为我国模具工业的高速发展提供了良好的条件与机遇。一方面是国内模具市场将继续高速发展，另一方面是国际上将模具制造逐渐向我国转移的趋势和跨国集团到我国进行模具的国际采购趋向也明显。因此，展望未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景美好，预计中国模具工业将在良好的市场环境下将继续得到高速发展。行业结构调整和产业升级过程中机会与风险并存，如何抓住机会、规避风险是模具企业需特别关注的。1） 专业化程度及分布状况我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。国外模具自产自配比例一般为30%，我国冲压模具自产自配比例为60%。这就对专业化产生了很多不利影响。现在，技术要求高、投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件模具、多任务位级进模和精冲模等。而一般冲模专业化程度就较低。由于自配比例高，所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多任务位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策。例如四川有较大的汽车覆盖件模具的能力，江苏有较强的精密冲模的能力，而模具的用户大都不在本地。2）模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多任务位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。1.3 课题研究的主要内容冲压模具的设计在其生产、加工以及使用过程中尤为重要。特别是它的结构设计，对加工、装配、工期、成本乃至冲压产品的质量及生产效率产生极大的影响。所以，此课题主要考虑以下几个方面的内容：n 分析冲压件的图样及技术条件。n 对冲压件进行工艺分析，为理论计算作准备。n 计算拉深力，确定压力机参数，选择合理的冲压设备。n 确定模具的具体结构，绘制草图。n 绘制模具的装配图及主要零件图。n 零件图标注尺寸、公差及技术条件，并进行必要的强度校核。n 根据开题的研究过程撰写毕业说明书。第二章课题概况 工件名称：双孔垫片(如图1-1所示)材 料：Q235 材料厚度：2mm生产批量：大批量 图1-1 双孔垫片零件图 第三章 零件工艺分析3.1材料 该冲裁件的材料A3钢是普通碳素钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。3.2零件结构该零件结构简单，在转角处有四个半径为2mm的圆角，并在对称中心线上有两个直径为10mm的圆孔。孔与孔，孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为7mm（直径为10mm的孔与最边缘的之间的尺寸）。由此可以看出该零件具有良好的冲压性能。3.3尺寸精度零件上所有未标公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。零件外形尺寸： 零件内形尺寸： 孔心距尺寸： 结论：适合冲裁3.4工艺方案及模具结构类型该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案： 1.先落料，再冲孔，采用单工序模生产。 2.落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。 3.冲孔-落料连续冲压，采用级进模生产。 方案一： 模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。方案二：只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。方案三：需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，作不方便。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方案为佳。工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为了便于操作，所以复合模结构采用倒装复合模及弹性卸料和定位钉定位方式。第四章 零件的排样设计由于该工件结构比较简单，无论采用一方案还是二方案都能满足要求。相比而言少废料排样比无废料排样材料利用率低，但无废料排样会加快模具的磨损，使模具寿命减少，并直接影响到工件的断面质量，所以采用少废料排样即一方案。查表1，确定搭边值：两工件间的搭边： a=2.2mm; 工件边缘搭边： b=2.5mm; 步距为： S=26.2mm;条料宽度： B=（D+2b）=65+22.5=70mm确定后排样图如下图4-1所示： 4-1 冲压件排样图一个进距内的材料利用率为 =100% 式中A冲裁件的面积（包括冲出的小孔在内）（mm2） n一个进距内冲件的数目 B条料宽度（mm） h进距(mm)A=65242251403mm2=100% =1403/7026.2=76.5%第五章 冲压力与压力中心计算5.1 计算冲压力冲压力的大小主要与材料的力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。 用平刃口冲裁时，冲裁力F（N）可按下式进行计算F=KLt式中：L冲裁件周边长度（mm）t材料厚度（mm）材料抗剪强度（MPa）K系数。考虑到模具刃口的磨损。模具间隙的波动，材料学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。一般情况下，材料的b=1.3,为方便计算，也可用下式计算冲裁力F（N）。 F=1.3Lt查手册得=450MPa （1）落料力 F落=1.3Lt=1.31782.0450=208.26KN 其中按非退火A3钢板计算。 （2）冲孔力 F冲=1.3 Lt=21.3210450=73.45KN其中：d为冲孔直径，2d为两个孔圆周长之和。 （3）卸料力K卸=0.05 F卸=K卸F落=0.05208.26=10.41KN（4）、推件力K推=0.055（查表2.52得1） F推=n K推F2该模具凹模刃口形式，查冲压手册取h=6mm，则n=h/t=6/2=3个，但因为有两个孔所以n=6 F推= n K推F2 =60.05536.725=12.12kN该套模具采用弹性卸料，下出件的卸料装置。总冲压力：F= F落+ F冲+ F卸+ F推 =208.26+73.45+10.41+12.12 =304.24KN5.2压力中心图5-1零件图 如上图5-1所示，该工件属于中心对称图形，所以压力中心在它的几何中心上，无需计算。第六章 压力机的选择6.1压力机的选择原则冲压设备的选择直接关系到设备的安全及生产效率，产品质量，模具寿命和生产成本等一系列重要问题。重压设备的选择主要包括设备的类型规格参数两方面的问题。冲压设备类型的选择主要根据所要完成冲压工序的性质，生产批量的大小，冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择冲压设备类型。1、对于中小型冲裁件，弯曲件或浅拉深件的常采用开式曲柄压力机。2、对于大中型对于大和精度要求高的冲压件，多采用闭式曲柄压力机。3、对于大型或较复杂的拉深件，常采用上传动的闭式双动拉深压力机。4、对于大批量生产或形状复杂，批量很大的中小形冲压件应优先选用自动高速压力机或者多工位自动压力机。5、对于批量小，材料厚的冲压件，常采用液压机。6、对于精冲零件最好选择专用的精冲压力机。6.2冲压设备规格的选择在选择冲压设备的类型后，应进一步根据冲压加工中所需的冲压力（包括卸料力，压料力等）变形功以及模具的结构形式或闭合高度，外形轮廓尺寸等选择冲压设备的规格。1、公称压力压力机的公称压力是指压力机滑块离下止点前木一特定距离，既压力机的曲轴旋转侄离下止点前某一角度时滑快上所容需的最大工作压力。一般情况下，压力机的工称压力应大于或等于冲压工艺的1.3倍在开式压力机上进行精密冲裁件时压力机的工称压力应大于冲压工艺的2倍。2、滑快行程压力机的滑快行程是指滑快从上止点到下止点所经过的距离压力机的行程的小应能保证毛胚或半成品的放入及成型零件的取出。3、闭合高度压力机的闭合高度是指滑快在下止点时，滑快底平面到工作台面之间的高度模具的闭合高度必须适合于压力机闭合高度范围的要求。他门之间的关系为。6.3压力机的其它参数1、压力机工作台的尺寸压力机工作台上垫板的平面尺寸应大于模具下模座的平面尺寸，并留有固定模具的充分余地，一般每边留50-70。2、压力机工作台孔的尺寸，模具底设置的漏料孔或弹顶装置尺寸必须小于压力机工作台孔的尺寸。3、压力机模柄孔尺寸模柄直径必须和压力机滑快内模柄安装用孔的直径相一致，模柄的高度应小于模柄安装用孔的深度。总上所述选择压力机为JG23-40。JG23-40参数如图6-1公称压力400KN滑快行程100mm行程次数80次/min最大闭合高度300mm最大装模高度220mm闭合高度调解量80mm立柱间距离300mm工作台尺寸前后150mm左右300mm垫板尺寸厚度80mm模柄孔尺寸直径50mm孔径20mm深度70mm电动机功率4KW第七章 工作零件刃口尺寸计算 落料部分以落料凹模为基准计算 ,落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙值配制。既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。刃口尺寸计算如下：由于工件图未注公差尺寸，均属于未注公差尺寸。在计算凸模与凹模尺寸时，冲压件未注公差尺寸的极限偏差数值通常按GB180079IT14级。根据工件图可将基本尺寸分为如下几类：落料凹模尺寸计算： 冲裁间隙： 磨损系数:制件精度为IT14,故x=0.5计算公式：凸模制造工差计算结果：相应凸模尺寸按凹模尺寸配做，保证双面间隙在0.2460.36之间。同上: 相应凸模尺寸按凹模尺寸配做，保证双面间隙在0.2460.36之间。圆角半径冲裁间隙： 磨损系数:制件精度为IT14,故x=0.5计算公式：凸模制造工差计算结果：相应凸模尺寸按凹模尺寸配做，保证双面间隙在0.1230.18之间。冲孔凸模尺寸计算：冲裁间隙： 磨损系数:制件精度为IT14,故x=0.5计算公式：凹模制造工差计算结果：相应凹模尺寸按凸模刃口尺寸配做，保证双面间隙在0.2460.36之间。孔心距的计算：冲裁间隙： 磨损系数:制件精度为IT14,故x=0.5计算公式：制造公差为：1/8=1/80.62=0.078mm第八章 工作零件结构尺寸8.1落料凹模板尺寸凹模厚度：H=kb（其计算结果大于或等于15mm）其中b冲压件最大外形尺寸；K系数，考虑板材厚度的应响 H=0.2865=18.2mm凹模壁厚：c=（1.52）H （其计算结果大于或等于3040mm） 实际取c=30mm凹模板边长：查标准GB/T67431-94：凹模板宽B125mm故确定凹模板外形为：12512518（mm）。将凹模板做成薄型形式并加空心垫板后实取为：12512514（mm） 图8-1落料凹模零件图8.2落料凹模板的固定方式凹模一般采用螺钉和销钉固定。螺钉和销钉的数量、规格及它们的位置应可根据凹模的大小，可在标准的典型组合中查得。位置可根据结构需要作适当调整。螺孔、销孔之间以及它们到模板边缘尺寸，应满足有关要求8.3凸凹模尺寸计算凸凹模长度计算：16102450mm其中：凸凹模固定板厚度 弹性卸料板厚度增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等） 8.4凸凹模内外刃口间壁厚校核根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为7mm，根据强度要求查冲压模具设计与制造可知，该壁厚为4.9mm即可，故该凸凹模侧壁强度足够。8.5冲孔凹模洞口的类型冲孔凹模的孔口形式通常有如图8-2所示的几种。图中a、e为 直壁形，刃口强度高，刃磨后空口尺寸不变，制造方便。但是在孔口 内 易于积存工件或废料，增大了凹模的胀力、推件力和孔壁的磨损； 磨损后每次的修磨量大，模具的总寿命较低。此外，凹模磨损后孔口可能成倒锥，使冲成的工件或废料反跳到凹模表面上，造成操作困难。直壁形孔口 凹模适用于冲裁精度较高、厚度较大的工件。对于上顶出工件（或废料）的模具也采用此种孔口形式。a适用于圆形或矩形工件；e适用于形状复杂的工件。b、c、d的孔口为锥形，孔口 内不 易于积存工件或废料，孔壁所受的胀力、摩擦力小，所以冲孔凹模的磨损及每次的饿刃磨量小。但刃口强度较低，且刃口的尺寸在修磨后略有增大。一般用于形状简单，精度要求不高和较薄的冲裁件。c适用于较复杂的冲裁加件；d用于冲裁薄料和凹模厚度较薄的情况。f为凸台式凹模，适用于冲裁软而薄的金属与非金属材料，这种材料一般不淬火或淬火强度不高（3538）HRC，可以用手锤敲打凸台斜面以调整模具间隙，直到试冲出满意的冲压件为止。 图8-2洞口而根据上述分析本模具采用 a 为合理。8.6凸凹模的固定方法和主要技术要求 凸凹模一般采用螺钉和销钉固定。螺钉和销钉的数量、规格及它们的位置应可根据凹模的大小，可在标准的典型组合中查得。位置可根据结构需要作适当调整。螺孔、销孔之间以及它们到模板边缘尺寸，应满足有关要求凹模洞孔轴线应与凹模顶面保持垂直，上下平面应保持平行。型孔的表面有粗糙度的要求 Ra0.80.4m。凹模材料选择与凸模一样，但热处理后的硬度应略高于凸模。因此，根据这些条件可知固定方式为整体式或着组合式直接连接。8.7冲孔凸模尺寸计算凸模长度计算：其中：凸模固定板厚空心垫板厚凹模板厚凸模强度校核：该凸模不属于细长杆，强度足够。凸模的零件图如下所示： 图8-3冲孔凸模零件图8.8凸模的固定方式 平面尺寸比较大的凸模，可以直接用销钉和螺栓固定。中、小型凸模多采用台肩、吊装或铆接固定。对于有的小凸模还可以采用粘接固定。对于大型冲模中冲小孔的易损凸模，可以采用快换凸模的固定方法，以便于修理与更换。而本设计在固定中采用了如图所示：凸模与凸模固定板压配，并借助与螺紧固定位在上模座上，适应与中小尺寸圆形凸模上。（刃口尺寸形状不对称时，凸模和凸模固定板之间应有防转制动）8.9标准模架和导向零件GBT285117(90)GBT28521(90)列出了各种不同结构和不同导向形式的标准模架，是由国家技术监督局批准并发布实施的标准，常用的导柱导套式模架，是由上、下模座和导向零件组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受冲压过程的全部载荷。模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。上、下模间的精确位置，由导柱、导套的导向来实现。 按导柱在模架上的固定位置不同，导柱模架的基本型式有如图8-4所示的四种。 (a) (b) (d) (c)图8-4模架图a)为后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导柱导套单边磨损，并且不能使用浮动模柄结构 。图b)为中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。图c)为对角导柱模架。由于导柱安装在模具中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模 (X轴为横向，Y轴为纵向) 图 d)为四导柱模架，具有滑动平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。根据以上特点选用a较为适合.模架选用的规格，根据凹模周界尺寸从标准手册中选取。经估算：L=125mm, B=125mm 闭合高度H=160300mm取H=140mm从 冲模设计资料查表得:模架规格是：125mm125mm160mm 导柱：22mm. 导套35mm第九章 模具设计计算9.1卸料弹簧选择根据卸料力10.41KN采用4个弹簧，此时每个弹簧负担的卸料力为2.6025KN的压力。 冲裁时卸料板的工作行程;考虑凸模的修模量;弹簧的预压缩量为；故弹簧总压缩量为：考虑卸料的可靠性，取弹簧在预压缩量为h1时就有2.6025KN的压力。初选弹簧钢丝直径d=2mm，弹簧中径;工作极限负荷;自由高度;工作极限负荷下变形量该弹簧在预压量时，卸压力达2.6KN,即故=（8.3+8.5=16.817.7mm）能满足要求。弹簧装配高度：根据凸凹模及弹簧、卸料螺钉等的布置，去卸料板的平面尺寸为125mm125mm,厚度为10mm。9.2设计和选用卸料与出件零件卸料以固定板卸料,出件是以凸模往下冲即可,因此不用设计出件零件.固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的0.81倍,所以卸料板的,卸料板在此仅起卸料作用,凸模与卸料板间的双边间隙一般取0.20.5mm,这里取0.5mm,根据表8-3,材料为45.由以上根据凸模和凹模可设计出卸料板如图9-1. 图9-1卸料板零件图9.3选择上、下模板及模柄采用GB2855.6-81后侧带导柱形式模板。根据最大轮廓尺寸95mm95mm选相近规格标准模板LB为125mm125mm，上模座板厚为30mm.下模座板厚为35mm。 模柄:由压力机的型号JG23-40.可查得模柄孔的直径为52mm,深度为65mm,由装配要求,模柄与模柄孔配合为H7/m6并加销钉防转,模柄长度比模柄孔深度小510mm,由于采用固定卸料，上模座回程时受力较大，因此选用压入式模柄较合理，所以根据GB2862.1-81得如图9-2。 模柄零件图9-29.4垫板的结构设计考虑推件装置在上模内挖窝，采用垫板加固，上垫板厚度取8mm,下垫板厚取6mm。结构图如下： 垫板零件图9-39.