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大小 垫圈 复合 设计 冲压 模具 24 CAD 图纸 PDF

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湖南科技大学毕业设计说明书湖南科技大学毕 业 论 文论文题目 冲大小垫圈复合模学科、专业 机 械 制 造 及 其 自 动 化 姓名 贺建平 指导老师及姓名 钱书琨 教 授 . 摘要：模具是制造业的重要工艺基础，在我国模具制造属于专用设备制造业。本设计是空气滤清器壳反拉深、冲孔复合模设计，冲模的结构性能直接反映了冲压技术水平的高低。选用材料时应考虑模具的工作特性，受力情况，冲压件材料性能，冲压件的精度，生产批量以及模具材料的加工工艺性能和工厂现有条件等因素。冲床的选用主要是确定冲床的类型和吨位。板料冷冲压加工是机械加工的一个重要组成部分。它应用十分广泛。但由于传统的加工存在着冲压工艺方案选择不合理、冲压间隙选择过大，压力机不相匹配等问题。本文就以空气滤清器壳反拉深、冲孔复合模设计主要介绍了冲压模具设计的全过程：1. 经工艺分析工艺计算，间隙值的选择，确定了该设计工艺流程及冲模结构形式。2. 同时对所设计的模具分别进行了分析说明，3. 对压力机做出了合理的选择，4. 整个过程采用AutoCAD软件绘制模具的二维装配图和个别零件图。 关键字：冲压模；空气滤清器壳；冲裁间隙；冲压工艺。Abstract: Board material cold to press , it processes to be machined one important component. It is very extensive that it employs . But because the choice with unreasonable choice and pressing the interval that traditional processing is pressing the craft scheme is too big, question of matching of the press. etc. This text presses The automobile rim falls the materal drawing compound mold with the main introduction of mold design to the clutch housing:1. Calculate by analysis , craft by craft, interval choice of value, confirm this design technological process and structural form of trimming die. 2. Analyzed separately to moulds designed that explain at the same time ,3. Having made the rational choice to the press,4. The whole course adopts AutoCAD software to draw the two-dimentional installation diagrams and specific part pictures of the mould . Key word: Press the mould ；automobile rim； the interval of blanking；press the craft。1一 序 言 冲压技术概述冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。12 冲压技术的发展趋势进入90年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局综合优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。重视复合化成形技术的发展。以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展，也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理论、失稳理论与极限变形程度等；应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压工艺方案，使塑性变形理论逐步起到对生产过程的直接指导作用。制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料替代。随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计和制造系统（CAD/CAM），发展高精度、高寿命模具和简易模具（软模、低熔点金模具等）制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统（FMS）、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术得到不断发展和应用，某些传统的冲压加工方法将被它们所取代，产品的冲压加工趋于更合理、更经济。. 1-3 一般人在参观现代人化的工厂时，都不大注意参观冲压车间，往往觉得冲压车间不过是通过许多发着噪声的庞大机器的组合体，从成卷的钢带上生产出一个个零件而已，他们更感兴趣的是那些常常被称为“自动化”的比较新的加工方法和生产制造工艺。 数控就是一个突出的例子。然而，数控对于现代化制造业的贡献及其应用的广泛程度与冲压技术相比，却是微不足道的，无论是在洗衣房，还是在厨房，冲压零件无处不在。如果没有冲床及其相关设备，如果没有压印金属零件的技术，汽车就会贵得使普通人根本买不起，罐头起子也不会象现在这样便宜。 冷冲压是一种金属压力加工方法，它是在常温下利用冲模在压床上对金属板料施加压力，使其分离或变形，从而得到一定形状零件的加工方法，它是建立在金属材料塑性基础上的一种工艺。 冷冲压技术是一种先进的金属加工方法，它有以下特点： 1 它是无屑加工； 2 所用设备是冲床； 3 所用的工具是各种形状的冲模； 4 所用的原料多为金属或非金属冷冲压与其他加工方法比较,在技术上、经济上有许多优点：在压床简单冲压下，能得到形状复杂的零件，而这些零件用其他的方法是不可能或者很难得到的。制得的零件一般不进一步加工，可直接用来装配，而且有一定精度，具有互换性。在耗料不大的情况下，能得到强度高、足够刚性而重量轻、外表光滑美观的零件。材料利用率高，一般为7085。生产率高，冲床冲一次一般可得一个零件，而冲床一分钟的行程少则几次，多则几百次。同时，毛坯和零件形状规则，便于实现机械化和自动化。冲压零件的质量主要靠冲模保证，所以操作方便，要求的工人技术等级不高，便于实现组织生产。在大量生产的条件下，产品的成本低。冷冲压的缺点是模具要求高、制造复杂、周期长、制造费昂贵，因而在小批量生产中受到限制。另外，冲压件的精度决定于模具精度，如零件的精度要求过高，用冷冲压生产就难以达到。 故可知，冷冲压制品所得零件具有表面质量好，质量轻，成本低的优点，是一种经济的加工方法。我们现在所达到的生活标准，在很大程度上应归功于金属冲压制品，冲压技术及工厂里与其有关的设备，仍然是我们的面包和黄油，是不可缺少的。 本说明书将着重介绍设计“冲压大小垫圈”的模具全过程，主要包括零件的结构分析及工艺性分析，模具类型及结构形式的选择以及与之相关的零件设计和计算分析。 二 设计任务及产品图课题名称：“冲压大小垫圈”的模具设计的主要内容 根据图纸所给的产品形状，经过计算和分析，确定适当的模具结构形式和制品成型的自动程度，设计一幅满足工艺条件和使用要求的模具。设计要求及任务根据相关资料，尽量设计出结构简单和标准化的模具。制品要求从一块板料上冲出三个大小不同的垫圈，且要求废料少，材料的利用率高。模具的公差等级为78。画出模具的装配图及非标准零件或标准件需加工的零件图。产品图（见图1、零件图上） 三 产品的工艺性分析由产品图可知，该产品为对称结构，且厚度均匀，而三个垫圈的结构尺寸有一定联系，即大垫圈的内径与小垫圈的外径相近，故完全可以从一块板料上制得。 从图1可知，该产品的公差等级为11级，且要求无刺边。 四 冲压零件的工艺方案拟定由零件的工艺特性及产品图可知，冲压该产品有两种工艺方案可供选择。 方案一：将产品从板料上由小到大冲压，即先冲最小垫圈的内径，再冲出小垫圈（也就是冲中型垫圈的内径），其次冲出中型垫圈，最后冲出大垫圈。方案二：一次完成三个垫圈的冲压 无论方案一还是方案二，都会使垫圈的内外径扩大或缩小，然而根据使用的要求，其垫圈的内径只能有适当扩大，而外径扩大和缩小一点点均可。五 模具类型及结构形式的选择 根据冲压零件的工艺方案可知，其模具的类型有两种供选择。 类型一：连续模 类型二：复合模 因连续模具有结构复杂和成本高，不适合设计要求，故应选复合摸其优点如下：（1）冲件精度比较高，不受送料误差影响，内外形相对位置零件一致（2）冲件表面叫平直。（3）适宜冲簿料件，也适宜冲脆性或软质材料。（4）可以用充分利用短材和边角材。冲模面积小。其初定结构如图2所示，显然这是一套倒装复合模。 六 排样及裁样的方法1、排样 根据材料的经济利用，同时又考虑冲裁件的质量，故采用少量废料排样，如图3所示。（总装配图上） 2、裁样的方法 板料的规格选用2mm 600mm 1200mm,为了操作方便，采用条料单排，由排样图可知搭边值a=1.5mm、a1=2mm,则送进距：A=D+a1=90+2=92(mm)： 条料宽度：B=D+2a=90+2 1.5=93(mm)I、纵裁法： n1=1200/93=12 n2=600/92=6则材料的利用率为=12( /4)614.526001200100=61.9 横裁法: n1 =1200/92=13 n2 =600/93=6则材料的利用率为: =13( /4) 614.526001200100=67.1由于横裁法的材料利用率高,故采用横裁法裁料。七 工序压力计算及压力机的选择 根据产品见图1表1-24得： =340373Mpa, 取=343Mpa1、冲裁力计算： F落=1.3 dt =1.33.14502343 =252022.68(N) F孔=1.3 dt =1.33.14502343 =140012.6(N) F孔=1.3 dt =1.33.14282343 =78407.056(N) 其相关数据见下表：公称压力：/KN800发生公称压力时滑块距下死点距离/mm9 滑块行程 /mm130最大封闭高度固定和可倾式 /mm380活动台位置最高 /mm480最低 /mm240封闭高度调节量 /mm100滑块中心到床身距离 /mm290 工作台尺寸左右800前后540工作台孔尺寸前后380左右210直径260立柱间距 /mm380活动台压力机滑块中心到床身紧固工作台平面距离/mm270模柄孔尺寸（直径深度） /mm6075工作台板厚度 /mm100垫板厚度 /mm100倾斜角（可倾式工作台压力机）30行程次数 次/分钟605、压力中心的确定由产品图可知，冲裁件对称，故其压力中心为其对称中心，即冲裁件垫 圈的圆心。 八 凸凹模刃口尺寸的计算在1附表15，查得相关参数见下表：基本尺寸极限偏差公差等级900-0.301250+0.1601128+0.10011 =8 九 模具零件的选用设计及必要计算 一工作零件凸模 1、凸模的构造及固定方法，由零件图可知，其外形为圆形，为增加凸模的强度与刚度而做成台阶式，同时为了使于其固定，且配合为H7/m6,并采用机械固定。2、凸模尺寸确定，根据1及本模具结构，可知其长度为凸模固定板的厚度h1、附加长度h2与推件厚度h3之和，则h11.5d=1.514.5=26.75取h1=h2通常取1520mm=h1+h2+h3=683、凸模强度校核由公式14-2） dmin4t/c(mm)式中dmin凸模最小直径c凸模材0料的许用应力（Mpa）,对一般工具钢，凸模淬火硬度HRC为5862时，取10001600Mpa,如有良好导向可取20003000Mpa。t-材料厚度-材料的抗剪强度（Mpa）查1表124，其=588（T10A） 故dmin4.7,而计算刃口尺寸大于dmin,所以凸模设计满足要求，其相关尺寸及结构见图4（零件图上第10页） 凹模 由于冲裁件的外形为圆形，另为了使在修模后刃口尺寸不变且刃口强度高，所以采用圆柱形洞口，根据经验公式（ H=kb=0.02890=25.2式中：b冲裁件最大外形尺寸（mm） k系数。见图2表220取H为33凹模的固定方法，采用螺钉固定其结构如图5所示（零件图第13页 凸凹模根据本模具结构冲裁特点，需采用三个凸凹模，从强度考虑，壁原受到最小的限制，由表221得选用本模具的经验数据，如下表：料厚最小壁厚最小直径D24.921 由零件尺寸可知，其凸凹模完全满足相应要求，为了便于固定，故做成台阶式，其相关尺寸，如图6、7、8所示。（零件图第14、15、22页） 二定位零件 冲模的定位零件是用来保证材料的正确送进及在模具中的正确定位由本模具是冲裁条料，故导向零件用导料销，保证进距的则用档料销定位。 导料销，为了保证板料准确到位，采用两个导料销，根据进料方向（从右向左）且导料销装在后侧，另外导料销为标准杆，按GB 286、11-8.1，可洗用A型，如图9所示。 档料销 由本模具结构，选用弹簧弹顶档料销，如图10所示，按GB 286.11-8.1，由5表1933得，相关数据，见下表：DDd1lL基本尺寸极限偏差10-0.040-0.0762182032其弹簧规格为：1.61230 卸料装置与推件装置 弹压卸料板1、卸料与凸凹模弹边间隙为:a=(0.10.2) t=0.20.4 取a=0.32、弹簧的选用与计算初定弹簧个数n=6,而P卸=11341 (N)则每个弹簧所要承受的力为:P0=11341/6=1890(N)查1表1139,则可知选用65Mn圆钢丝弹簧,其规格为24号,相关数据见下表:D(mm)D(mm)F2(mm)f(mm)H(mm)P2(N)40821.32.51953100则弹簧的欲压缩量Fb=P0F2/P2 =310021.3/3100=13Fw=1t=3(mm)取修磨量 Fg=5(mm)则弹簧实际所需最大压缩为:F1=F0+Fw+Fg=13+3+5 =21(mm)21.3(mm)所以所选弹簧基本满足要求3、卸料螺钉的选择由公式d= (摘自1P350)式中: P-冲载力 n-螺钉个数(一般取偶数) -极限强度取n=6,材料为45纲,则 =610Mpa,又P=511046(N)d=6.67按GB 2867.6-81, 查1表1114,得相关数据见下表:dd1ILDHD2D1D2Stbcc1rr110M8107015106.29.89.28521.20.50.5-1故卸料板的设计如图11所示。（零件图第21页）、推荐装置 由于本模是一次性冲三个垫圈，由于其结构可知，协定模均要推件装置，考虑使干预件块由带螺纹孔（便于今后修模和更换配件）的圆柱销立、连接，二推荐快由带螺纹孔（便于今后修模和更换配件）的圆柱销连结，二推件相关尺寸见图12，13。（2）顶板；其结构及尺寸见图142、弹件顶件装置（1）推件快：根据相关尺寸结构，其数是为1，基本尺寸见图15选用氨脂弹性，由推件力F推=6700N， 按GB2867.9-81，查1表147，相关数学，如图16所示。 四模架及导向装置I、模架由凹模外经尺寸（150）可知，模架的凹模周边为DO=160，按GB255.6-81,在6表194查表: 上模座16016045 下模座16016055由于模架的最大高度小于压力机的最小闭合度,故将上下模座适当加厚,其相关尺寸见图片17,18(零件图第6，18页) 、导向装置 1，倒柱：按GB2661.6-81,在1表1115查得, 2，倒套：按GB2881.6-81,现选用A型,采用低熔点合金固定。 五固定与支承零件I、 螺钉选用凸缘模柄，用3个螺钉固定在模座的窝孔内，按GB2862.3-81,在表1表1129查的相关数据,见图20(零件圈第8页) 、固定板与垫板1、 固定板:主要作用是在凹凸模固定在模板座上,其平面轮廓尺寸,除保证凹凸模按装外,还应考虑螺钉与销钉孔的位置,形式有圆形和矩形两种,一般取其厚度为凹模厚度的608,采用过渡配合(H7/m6),压装后端面要磨平,以保证冲模的垂直度。由于上述条件，现确定相关尺寸，见图21、22。2垫板：其作用是在直接承受和扩散改工作零件传递压力，保护模座，以免被压陷，其作用一般取412mm,现取H=10，故垫板的设计尺寸及结构，如图23（所示零件图P4。20）、紧固件1、 螺钉为了使于安装，本模具的螺钉选用圆柱头内六角螺钉，其规格按GB119-76，在1表1135查得相关数据如下表所示DDHS I L0 8 125 8 6 25 25 55 20 10 15 108 80 202、 圆注销按GB119-76，在表1138查得，数据见下表D C L 10 30 10 70 8 110六其他零件导筒 根据漏料孔及其他尺寸，设计如图24托板 由导筒及橡胶的尺寸，设计如图25顶杆 根据模柄内径及顶板尺寸，现设计相关尺寸，见图26螺母 按GB 53-76， 在1表1139查得dSDH243236.910名称材料热处理硬度上模座HT200HRC2832下模座HT200HRC2832凸模Cr12Mo淬火HRC6062凹模A3淬火HRC5860凸凹模Cr12Mo淬火HRC6062固定板45HRC4348卸料板HT200HRC4348导套20渗碳淬硬HRC5660导柱20渗碳淬硬HRC5660顶件板A3HRC4348螺钉A3头部淬硬HRC3540托板HT20弹簧65Mn顶杆45HRC4348顶板40垫板45淬硬HRC4348圆柱销45淬硬HRC4348固定导筒45HRC2832橡胶垫圈聚氨脂卸料螺钉45HRC3540档料销45HRC4348定位销T10A淬硬HRC5054模柄A3HRC4348金属热处理一、退火在前面描述冷拔加工材料的软化并重新获得塑性的热处理方法时，就已使用退火这个词，该词具有相似的意义。完全退火的目的是降低硬度、增加塑性，有时也提高高碳钢的切削性能，否则这种钢很难加工。这种热处理方法也用来减少应力，细化晶粒，提高整个材料的结构均匀性。退火不总是能提高切削加工性，切削加工性一词用来描述几个相关因素，包括材料切削时获得好的光洁度（即较小的表面粗糙度译者）的能力。当完全退火时，普通低碳钢硬度较低，强度较小，对切削的阻力较小，但通常由于塑性和韧性太大以至切屑离开工件表面时会划伤表面，工件表面质量比较差，导致较差的切削加工性。对这类钢，退火可能不是最合适的处理方法。许多高碳钢和大多数合金钢的切削加工性通常可经退火大大改善，因为除在最软条件下，它们的硬度和强度太高而不宜加工。亚共析刚的退火方法是将钢缓慢加热到线以上大约，保温一段时间，使整个材料温度相同，形成均匀奥氏体，然后随炉或埋在石灰或其它绝缘材料中缓慢冷却。要析出粗大铁素体和珠光体，使钢处于最软、最韧和应变最小的状态，必须缓慢冷却。二、正火 正火的目的多少类似于退火，但钢不是最软状态且珠光体是细匀而不粗大。钢的正火能细化晶粒，释放内应力，改善结构均匀性同时恢复一些塑性，得到高的韧性。这种方法经常用来改进切削加工性，减少应力，减少因部分切削加工或时效产生的变形。 正火方法是将亚析钢或过共析钢分别缓慢加热到Ac3线或Accm线上约，保温一段时间以便形成奥氏体，并在静止空气中缓冷。要注意，含碳量超过共析成分的钢要加热到Accm线以上，而不是退火时的Ac1线以上。正火的目的是在奥氏体化过程中试图溶解所有渗碳体，从而尽可能减少晶界上的硬脆铁碳化合物，而得到小晶粒的细珠光体、最小自由铁素体和自由渗碳体。三、球化退火 通过球化退火可使钢得到最小的硬度和最大的塑性，它可使铁碳化合物以小球状分布在铁素体基体上。为了使小颗粒球化更容易，通常对正火钢进行球化退火。球化退火可用几种不同的方法，但所有方法都需要在A1线温度附近（通常略低）保温很长时间，使铁碳化合物形成更稳定，能级较低的小圆球。 球化退火方法的主要目的是改进高碳钢的切削加工性，并对淬硬钢进行预处理，使其淬火后结构更均匀。因为热处理时间长，因此成本高，球化退火不如退火或正火常用。四、钢的硬化 钢的大多数热处理硬化方法是基于产生高比例的马氏体。因此，第一步用的似乎大多数其他热处理常用的方法产生奥氏体。亚