【冲压模具设计】双耳止动垫片冲孔落料冲裁模设计【10张CAD图纸】
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编号： 毕业设计 （论文）说明书 题 目： 双耳止动垫片冲孔 落料冲载模设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 职 称： 助教 题目类型 ： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2014 年 5 月 1 日I 摘 要 随着社会生产力的提高与发展，现如今模具制造中的冲压加工已经是一种非常成熟的金属加工方法。它具有操作简单、精度高、产品一致性好、生产效率高、材料利用率高和用于大批量生产等特点。本次毕业设计根据已经确定的冲载件即双耳止动垫片的尺寸进行冲载工艺的分析及设计，从而得到冲载工艺。根据已经确定好的冲载工艺进行凸凹模结构参 数的计算与设计，并根据文献资料最终确定级进模的凸凹模结构。根据设计好的凸凹模结构选择标准零件和模架，从而完成模具的设计并校核。完成模具设计后，用 件完成模具的三维模型并采用 件完成模具装配图的制图。本次毕业设计还 独立完成与专业相关 且 不少于 4万字符的指定英文资料翻译 。通过 本次毕业设计，我系统的学习和掌握了模具设计的知识和 制造加工工艺的编制技术。我采用了较好的设计思想和设计方法，成功的完成了双耳止动垫片冲孔落料级进模的毕业设计。 关键词： 设计；工艺分析；冲压模具；结构计算；级进模。 of is a It of of so on of in of of in of I do of of on of of ie to I to of of I G to to of is 00 of I of of of I 录 引言 . V 1 冲 载件的工艺性分析 . 载件 . 冲载件材料的选择 . 冲载件结构分析 . 冲载件尺寸精度 . 载模的选择 . 方案一 单工序模生产 . 方案二 复合模生产 . 方案三 级进模生产 . 冲载工艺设计 . 样方式的确定及计算 . 搭边值的确定 . 确定排料方向 . 计算送料步距 A . 计算料条宽度 B . 排样图 . 计算材料的利用率 . X 进模压力中心的建立 . 载力的计算 . 冲孔力 . 落料力 . 冲载力 . 卸料力、推件力和顶件力 . 压力机的选择 . 级进模设计 . 、凹刃口尺寸计算 . 冲孔时凸、凹模刃口尺寸的计算 . 对于落料时凸、凹模刃口尺寸的计算 . 、凹模外形尺寸计算及确定 . 冲孔及落料凸模外形尺寸计算及确定 . 冲孔及落料凸模外形尺寸计算及确定 . 级进模主要零件设计 . 进模模架的设计 . V 进模模柄的设计 . 进模垫板的设计 . 模固定板的设计 . 性卸料板设计 . 料板的设计 . 准圆柱销和内六角圆柱螺钉的选择 . 进模导柱和导套的选择 . 进模校核 . 级进模零件材料的选择 . 进模凸模选材 . 进模凹模选材 . 进模上、下模座选材 . 进模导柱和导套选材 . 进模其他零件的选材 . 级进模垫板、导料板和卸料板选材 . 级进模凸模固定板选材 . 级进模主要零部件的加工工艺 . 模加工工艺 . 圆形凸模加工工艺 . 非圆 形凸模加工工艺 . 级进模的 模和 图 . 结 . 辞 . 考文献 . 表 . 引言 随着我国经济快速发展的拉动和我国产业政策的正确引导下，模具行业得到了快速的发展。近年来，随着模具行业的结构调整，我国模具行业的模具产品向着更大型、更精密、更复杂和更经济快速方向发展。我国模具行业的 发展不仅为我国经济快速发展做出贡献还为世界制造业做出贡献。 现在，模具制造中的冷冲压加工已经是一种成熟的金属加工方法。因此，冷冲压模具的设计就很有必要。但是，冷冲压模具的设计尤其是对于相对复杂的冷冲压模具来说，设计时需要很强的想象力和创造力。对于模具设计者和制造者来说，模具设计理论、模具设计经验和模具设计创新是不可或缺的。为了设计出拥有自主知识产权、适合我国国情、具有较高水平的模具，设计者和制造者必须不断学习模具设计与制造的最新知识并且要敢于不断创新。我国现在已经拥有了大量的模具标准件，包括模具、导向件，推 杆等标准件，这为实现我国模具行业快速健康发展提供可能。同时，因为有较大产量模具标准件的存在，使得我们的模具设计的周期缩短并为设计出更精密更大型的模具提供可能。 结合我大学期间所学知识以及实践所得经验，本次设计就是在这样的背景下进行的。本次设计在为期十六周的时间里顺利完成。 冲载件 的工艺性分析 载件 由于此次设计的冲载件是双耳止动垫片，根据机械设计手册 1中冷冲压零件推荐用钢和钢铁材料的分类及技术条件的综合比较，可以选择本次毕业设计的双耳止动垫片的原材料为 304 不锈钢。 根据机械设计手册 1可知， 抗拉强度范围为 340520据设计经验，对 塑性材料：剪切应力极限 =( 抗拉极限 ；对 脆性材料：剪切应力极限 =(抗拉极限 。所以可以取材料的抗剪切值为。 由于本次设计的冲载件 结构 简单， 形状简单 ， 孔边距远大于凸凹模允许的最小壁厚，因此本次设计 可以考虑 采 用 多道 冲压工序 的冲载模 。 由于该冲载件的厚度为 S=该冲载件的所有尺寸都未标注公差，根据冲压工艺与模具设计 2中的表 3表 3合考虑，可以按 来确定该冲载件公差。它的 尺寸精度能满足一般的冲压 要求 。 根据互换性与测量技术 3中的表 3 各尺寸公差分别为： ； ； ； ； ； 。 其如图 1 1 冲载件尺寸所示。 结论： 冲载件的 尺寸精度能满足 这次 的冲压 要求， 所以该冲载 件可以冲裁。 1 1 冲载件尺寸 载模的选择 冲载模是冷冲压生产所采用的主要工艺设备。冲载模结构的标准性、先进性和合理性对冲载件的质量和精度、冲载加工的生产率及良品率和经济效益、模 具的使用寿命与操作安全性等都有着非常大的影响。由于本次设计的冲载件 包括冲孔 、 落料两个基本工序， 所以 可以有 三种冲载模具选择。 下 面，将对 三种 用不同冲压 工艺方案 进行冲载件生产的冲载模具进行对比以选择最合理的冲载模具。 单工序模生产 单工序模是在冲床一次冲载行程中只完成一个冲载工序的冲载模。结合本次设计的冲载件的工艺性，这种冲载工艺是 先 完成 冲孔 工序 ， 再下个工序完成 落料 。从而完成一个冲载件的生产。单工序模的 模具结构简单 、操作方便， 但需要两道工序两副模具，成本高且生产效率低，两次定位累计误差大，难 以满足大批量生产要求。 复合模生产 复合模可在压力机的一次冲载行程内，在模具的同一位置上完成两个或两个以上冲载工序的冲模。这种冲模在完成本次设计的冲载件生产时只 需要一副模具且生产效率也很高， 同时 容易实现自动化生产 和管理。虽然 此 冲载件的 所有尺寸 的 尺寸精度要求 较 高 ，但是复合模不存在送料定位误差问题， 只要在模具上设置导正销导正 就 可以保证冲载件的形状精度 ，所以可以考虑这个方案。 级进模生产 级进模又称跳步模，是在冲床的一次行程中，在模具的几个不同的工位上同时完成两个或两个 以上冲载工序的冲载模。它具有定位精度相对高，所以能生产出高精度冲载件。级进模的使用寿命长，具有良好的经济预期。级进模能满足这次的冲载件尺寸的精度要求以及模具设计和制造成本要求。 本次设计的双耳止动垫片冲孔落料模具设计的冲载件是大批量生产及该冲载件的尺寸精度要求高。综合考虑模具的生产成本、操作要求和模具的使用寿命， 所以 这次设计采 用级进模进行生产 ， 即选择方案三 。 冲载工艺设计 样方式的确定及计算 排样是指冲载件在条料、带料或板料上合理的布置方法。选择合理的排样和选择合适的搭边值可以有效的降低成 本，保证冲载件的质量及提高级进模寿命。所以必须要科学的选择搭边值和科学的选择排样方案，以保证冲载件的顺利生产。 确定 搭边的作用是要补偿定位误差和保证条料具有满足设计的强度和刚度，防止由于条料的宽度误差和送进步距误差等原因造成冲载出来的冲载件变成残缺废品。搭边保证了送料的顺利进行，从而保证了冲载件的质量。 由于本次设计将采用弹压卸料板和冲载件的 材料厚度 为 S=据冲压工艺与模具设计 2的表 3及设计经验，可以得出 工件间搭边值 ,侧面搭边值。 根据冲载件的外形结构及尺寸特点，综合考虑冲载时排料的科学性。有如下两种方案如图 2 1 排料方案所示。 图 料方案 由图 2 1 排料方向可知， 案 1 总面积 ； 方案 2 总面积 。 虽然大于，但是由图 知方案 1 的送料步距比方案 2 的送料步距少 9 虑到送料步距和级进模设计时的结构设计，综合考虑两种方案的可行性，最终决定选择方案 1 作为本次设计的方案。 根据方案 1 可得， 根据冲压工艺与模具设计 2中的表 3表 3得两孔 中心矩公差为，孔中心与边缘距离尺寸公差为， 条料宽度的单向（负向）公差 ，导料板于最宽条料之间的间隙。所以可求得： 取整后可得 ，则侧面搭边值为。 根据以上分析计算可得排样图如图 2 2 冲载件排样所示。 图 2 2 冲载件排样 X 根据机械设计手册 1中的轧制薄钢板品种（ 85），可以用 500*1000 的板料来做冲载件的条料。因此可以得到 A 和 B 两种方案。 A 方案：由 500/37=得 13 条条料；由 1000/25=40，可得每条条料上可冲载 得 40 个冲件。如图 案 A 所示。 图 2 3 方案 A B 方案：由 1000/37=得 27 条条料；由 500/25=得每条条料上可冲载得 20 个冲件。如图 2 4 方案 B 所示。 图 2 4 方案 B 因为， 一个步距内的材料利用率 为 一张板料 上 总的材料利用率的 为 n 一个步距内 冲裁件的总数目 ； A 冲载件面积（包括内形结构废料），单位； b 条料宽度，单位 XI h 步距，单位 一张板料上冲载件的总数目； L 板料长，单位 B 板料宽，单位 其中一个冲载件的面 积计算如图 2 5 面积计算所示。 图 2 5 面积计算 根据分割计算原理计算得冲载件的面积为 。 所以可以得出， 方案 A 总的材料利用率 为 方案 B 总的材料利用率 为 由于方案 B 总的材料利用率大于方案 A 的材料利用率，从而选择方案 B 来冲载制件。 进模压力中心的建立 冲压力合力的作用点叫做模具的压力中心。为了有效保证压力机和冲模能正常平稳地工作，冲模的压力中心通过模柄轴线与压力机滑块中心必须设计成重合。要不然，冲载过程中压力机滑块和冲模都将会承受偏心载荷使滑块导轨和冲模导向部分产生不正常磨损。同时合理 间隙也得不到保证，使得刃口迅速变钝，从而降低冲载件的质量和级进模的寿命甚至损坏级进模发生冲压事故。 这里我采用了解析法来确定冲压力的合力作用点。如图 2 6 模具冲压力中心所示。 具冲压力中心 （以上两个零件标注是为了更好的标清零件尺寸。现在将上图的左边坐标系里的左边图形记为C 图形 ,右边的图形记为 D 图形。） 由公式 可以分别求得 。 继而可以分别求出各个线段或弧段的中心的坐标（单位为 。 根据凸模冲载时压力的计算原理与复杂形状件冲载时的计算原理，先 求出各单一图形的压力中心到坐标轴的距离，并计算各单一图形轮廓的周长，然后根据基本公式求得级进模的压力中心。所以根据分好的图形标记，现在分别求 C 图形的压力中心和 D 图形的压力中心，然后再求总的级进模压力中心。 对于 C 图形有： 带入数据，求得 ； 入数据，求得 ； 同时可以求得 C 图形的总周长 对于 D 图形，其压力中心在圆心（ 0）上。其圆周长为 根据以上计算，现在求总的级进模压力中心 : 代入数据，求得 X= 代入数据，求得 Y= 以可以求得级进模的压力中心为（ 载力的计算 冲载力是选择压力机的主要依据，也是设计级进模所必须的数据。冲载工艺包括冲载力、卸料力、推件力、顶件力。在冲载过程中，冲载力的大小是不断变化的，冲载力是指板料作用在凸模上的最大抗力。下面分别冲载工艺中的各力。 孔力 根据冲孔力的计算公式 其中 F 为冲载力，单位 N； L 为冲载件的周长，单位 t 为材料厚度，单位 材料的抗剪强度，单位为 K 为系数，考虑到凸模、凸模刃口磨损，级进模间隙波动，材料力学性能变化及材料 厚度偏差等因素而增加的安全系数，一般取 K= 代入数据，求得 料力 根据落料力计算公式 得 冲载力 根据冲载力计算公式 得 料力、推件力和顶件力 由于卸料力、推件力和顶件力与材料的力学性能、材料厚度，冲件轮廓的形状、冲载间隙、润滑情况、凹模洞口形状等因素有关。在生产中，都是采用简单的经验公式来计算： 式中：分别为卸料力、顶件力和推件力，单位为 N；分别为卸料力系数、顶件力系数和推件力系数；为冲载力，单位为 N； n 为同时卡在凹模洞口的件数， n=h/t， h 为凹模刃口直壁高度，单位 t 为材料厚度，单位 中 n=6/。根据冲压工艺与模具设计 2中表 3得 h 取 6 根据冲压工艺与模具设计 【 2】中表 3得。从而代入数据可以分别求得： 本次设计采用弹性卸料装置和下出料方式的冲载工艺力，从而可以计算总的冲压力为 固有 力机的选择 根据冲压工艺力选择压力机时，一般应使所选压力机的吨位大于计算所得的值。再根据冲压工艺与模具设计【 2】中的表 2 1，开式压力机参数选择如表 2 1 所示。 表 2 1 开式压力机 公称压力/生公称压力时滑块距下死滑块行程/程次数（次/ 最大封闭高度/闭高度调节滑块中心到床工作台尺寸 /作台孔尺寸/定台和活动台位置 左右 前后 左右 前后 直径 最高 最低 的距离/倾式 量/距离/60 5 70 115 220 300 160 60 160 450 300 220 110 160 3 级进模设计 、凹刃口尺寸计算 由于冲载件的尺寸精度主要决定于凸 、凹模刃口尺寸及公差，级进模的合理间隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及公差来保证的。因此确定凸、凹模刃口尺寸及公差，是冲载模设计中的一项重要工作。由于冲载件的尺寸公差等级为 据设计原理及经验，可以选择级进模的制作精度等级为 本次设计中，冲孔件稍大于凸模尺寸，落料件稍小于凹模尺寸。由于凸、凹模的制造偏差和磨损均使间隙变大，故新级进模的初始间隙应该取最小合理间隙。本次采用的冲载件材料是 据国标 16743载间隙可得 : 最小合理间隙； 最大合理间隙。 固有 孔时 凸、凹模刃口尺寸的计算 根据冲压工艺与模具设计【 2】中的表 3 16 得： 凸模制造公差 ；凹模制造公差 固有； 故满足。 所以有 : 凸模尺寸 凹模尺寸 其中的值根据冲压工艺与模具设计 【 2】中的表 3 15 及的制件公差为 模刃口尺寸的计算 对于落料的外轮廓形状复杂，其基本尺寸最大为 以本次设计采用凸模凹模配作加工。这种加工一般是以凹模为基准件，然后根据基准件的实际尺寸按间隙要求配作凸模。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 第一章的零件的工艺分析及根据互换性与测量技术 3中的表 3以得到落料件的尺寸如图 3 1 凹模尺寸所示。 图 3 1 凹模尺寸 又因为凹模尺寸计算公式为： 其中，为凹模刃口尺寸，单位 A 为制件基本尺寸，单位为 凹模制造公差，取值为；为制件公差，单位为 因素，其值可根据冲压工艺与模具设计【 2】中的表 3 15 来取。 对图中 A 尺寸计算： 其中根据冲压工艺与模具设计 2中的表 3 15 取。图中 C 尺寸与 A 尺寸一样 ，所以有 。 对图中 B 尺寸的计算： 其中根据冲压工艺与模具设计【 2】中的表 3 15 取。图中 G 尺寸与 B 尺寸一样，所以有 。 对图中 D 尺寸的计算： 中根据冲压工艺与模具设计【 2】中的表 3 15 取。 对图中 E 尺寸的计算： 其中根据冲压工艺与模具设计【 2】中的表 3 15 取。 对图中 F 尺寸的计算： 其中根据冲压工艺与模具设计【 2】中的表 3 15 取。 所以根据以凹模为基准件，然后根据基准件的实际尺寸按间隙要求配作凸模的原则。以及根据设计与制造新模具时采用最小合理间隙的原则。凸模尺寸按凹模尺 寸配制，其双面间隙为 。因为非圆形凸模与凸模固定板的配合公差为 ,所以非圆形凸模的公差为（）。 、凹模外形尺寸计算及确定 凹模的外形一般有矩形与原形两种。凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度与刚度。凹模的厚度还应包括使用期内的修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定。 对于圆形凸模，本次设计的凸模将采用卸料板导向凸模，所以凸模的最大允许长度为： 代入数据可以求得 对于非圆形凸模，本次设计的凸模也将采用卸料板导向凸模。所以凸 模的最大允许长度为： 代入数据可以求得 式中为凸模最大允许长度，单位 E 为凸模材料弹性模量，对于钢材可取E=210000N/t 为冲载材料厚度，单位 冲件材料抗剪切强度，单位 N/。 J 为断面最小惯距，单位为。 由于凸模长度 式中为导料板厚，单位 卸料板厚，单位为 凸模固定板后，单位 般取 150 导料板厚度根据模具设计手册模具手册之四【 4】中的表 14 15 和模具标准用手册【 5】中的表 2 52 得。 综合考虑本次设计的级进模结构，此次 设计将采用弹压卸料板。因此，卸料板厚度根据模具设计手册模具手册之四【 4】中的表 14 10 和设计经验可得。 凸模固定板根据模具标准应用手册【 5】中表 2 22 可得。 所以可以得到 根据的数值以及模具装配和设计经验，选用标准凸模，可以取凸模的实际尺寸为。 圆形凸模的三维模型如图 3 1 圆形凸模所示。非圆形凸模的三维图如图 3 2 非圆形凸模所示。 图 3 1 圆形凸模 图 3 2 非圆形凸模 寸计算及确定 关于凹模壁厚，根据模具设计手册模具手册之四 4中的表 8 1，可得凹模中刃口与刃口之间的距离最小应大于为 以这次级进模设计中的刃口设计分部合理。 根模具设计手册模具手册之四 4中的表 14 5，得凹模厚壁为 228壁厚为 25： 凹模长 凹模宽 式中 b 为冲载件最大外形尺寸且 b=w 为壁厚且 w=25件宽 = 根据模具设计手册模具手册之四 4中的图 14 15，凹模厚度初选 22 这样可以得到凹模的初始外形尺寸为。这个尺寸还需要向国家标准靠拢。根据模设计手册模具手册之四 4中的表 14 6（表 14 6 摘自国标 81）可得： 根据已经确定的级进模的凹模的刃口尺寸数据和凸模的刃口尺寸数据以及级进模的凹模及凸模的外形尺寸数据，可以基本确定级进模关键的工作部分结构。再由此来设计和选取级进模的其他零件。凹模的二维模型如图 3 3 所示。 图 3 3 凹模二维图 4 级进模主要零件设计 进模模架的设计 本次级进模的设计采用横向 送料的方式进行送料。所以需要选择表面宽度足够的模架。所以可以考虑滑动导向模架中的对角导柱模架和后侧导柱模架。 对于对角导柱模架，在凹模面积的对角中心线上装有前、后导柱。它的有效工作区域在毛坯进料方向的导套之间。对角导柱模架受力平衡，上模座在导柱上平稳的运动。对于后侧导柱模架，它的两个导柱和两个导套分别安装在上、下模座的后侧。凹模面积是在导套前的有效区域。 于本次设计的冲载件的精度要求为 且设计的级进模将用于生产大量冲载件。考虑到冲载件的质量和级进模的使用寿命，本次设计将采用对角导柱模架（ 90）。 根据模具标准应用手册 5中表 3 5、表 3 15 表 3 16 以及根据 中计算得的，级进模对角导柱模架选择的数据如表 4 1 所示。 表 4 1 对角导柱模架上、下模座尺寸（单位 名称 凹模边界 厚度H S R ) ) L B 基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 上模座 100 100 25 110 110 180 160 145 145 35 32 35 下模座 100 100 30 110 110 180 160 145 145 35 20 22 选择好级进模模架之后 ,根据已经设计好的凹模来确定下模座冲孔废料和落料件下落通道。根据级进模本身的结构特点，确定下模座与凹模、导料和弹压卸料板的装配位置。为了使级进模装配合理以及级进模工作时工作平稳，本次设计下模座将采用四个圆柱销来定位和六个固定内六角圆柱螺钉固定连接。上模座将采用四个定位圆柱销和四个固定内六角圆柱螺钉固定连接。 同时在选择上、下模座后，根据本次设计采用的压力机，选择模柄。根据选择好的模柄尺寸以及由 确定的级进模压力中心，就可以确定模柄在上模座的位置。 这样就基本确定了上、下模座的基本尺寸和结构。 图 4 1 所示的就是级进模上模座三维图，图 4 2 所示的就是级进模下模座三维图。 图 4 1 级进模上模座 图 4 2 级进模下模座 进模模柄的设计 本次设计的级进模结构包含有模柄。现在常用的国家标准模柄结构形式有旋入式模柄、压入式模柄、凸缘模柄、槽型模柄、通用模柄和浮动模柄等。 旋入式模柄，顾名思义就是通过螺纹和螺纹孔来连接，旋入式模柄通过螺纹与 用旋入式模柄 时，为了防止发生松动，在模具设计时经常加入防转螺钉紧固。而且，旋入式模柄具有拆装方便优点。但是由于模柄轴线与上模座的垂直度较差，所以一般用在有导柱作为上、下模导向
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