花形垫片R16落料冲压模具设计课程说明书CAD图纸毕业
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目 录摘 要1第1章 绪论31.1 冲压的概念、特点及应用31.2 选题的意义3第2章 零件冲压工艺分析52.1零件工作状况分析52.2零件工艺方案的分析和确定6第3章 落料模的设计73.1 冲裁件的排样73.2搭边值的选取73.2.1工计算条料宽度和步距83.2.2材料利用率83.3冲裁力、卸料力、推件力的计算83.3.1 冲裁力的计算83.3.2卸料力的计算93.3.3总的冲裁力的计算93.3.5压力机的选择93.4 凸、凹模设计原则103.5 冲裁间隙103.5.1合理间隙的选用103.5.2冲模工作部分的设计计算113.5.3冲裁模刃口尺寸计算113.6落料凸、凹模设计113.6.1落料模刃口尺寸公差及凸、凹模间隙113.6.2落料凹模和落料凸模及其它零部件的尺寸123.7其它零件的选择及相关尺寸的确定173.8模具装配图183.9 弹簧和橡胶19小 结20参 考 文 献212 摘 要随着国民生活水平的逐渐提高，汽车已经成为了我们生活中随处可见且不可或缺的代步工具之一了。对汽车需求量的增加也让汽车的安全性能问题变得越来越引人注目。由于汽车上的金属件几乎100%是冲压件，所以设计出合理的模具，对于汽车工业来说是既经济又可以保障质量及效率的。本文主要是对落料件进行冲压模具设计。对零件进行工艺分析，可以采用一套模具来完成。第一套模具为落料模。文章中阐述了冲压模具的结构形式及工作原理，通过工艺分析进行方案的确定，采用冲孔、落料单工序；通过对冲裁力、卸料力等的计算，确定冲压设备。该零件结构简单，形状对称，其压力中心即零件的几何中心。关键字：单工序模；模具结构；工艺分析 AbstractWith the gradual increase of the national standard of living,the cars have become ubiquitous and indispensable in our lives as one of the means of transport. Increase in the demand for automobiles,the safety performance of vehicles becoming more and more compelling.Almost 100% the metal parts of the car are stampings,so design a reasonable mold for the automotive is both economical and can safeguard quality and efficiency.This paper mainly designs the stamping die for blanking parts. A set of mould can be used to analyze the process of parts. The first set of die is blanking die.In this paper, the structure and working principle of the stamping compound die are described. Through the process analysis, the scheme is determined. The single process of punching and blanking is adopted. The stamping equipment is determined by the calculation of offset cutting force and unloading force. The part has simple structure and symmetrical shape, and its pressure center is the geometric center of the part.Keywords:Single process mode ；Compound die ；Die structure 第1章 绪论 1.1 冲压的概念、特点及应用冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。1.2 选题的意义目前，冲压加工作为一个行业，在国民经济的加工工业中也占有地位。根据统计，冲压件在各个行业中均占相当大的比重，尤其是在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面占比重更大。冲压加工的应用范围极广，从精细的电子元件仪表指针到重型的汽车覆盖件和大梁高压容器封头以及航空航天器的蒙皮机身等均需冲压加工。模具在现代生产中，是压力加工或其他成形工艺中，使材料（金属或非金属）变形成产品（成品或半成品）的重要工艺设备,它以其特定的形状通过一定的方式使材料成形， 具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点,被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。它在工业生产中具有重要的作用，主要可从以下几个方面看出：模具是制品成形的一种重要工艺设备，应用广泛。冲压件、挤压和拉拔件都是使金属材料在模具内发生塑性变形而获得的。少无切削是机械制造发展的一个方向，而模具是利用压力加工实现少无切削工艺的关键。模具成形具有优质、高产、低消耗和低成本等特点，因此应用及其广泛。模具质量影响到压力加工水平的高低，是产品的精度、余量、生产率的决定性因素。模具的制造水平还是影响成形工艺所采用的自动化等先进设备能否发挥优越性的重要因素。往往由于模具质量差、使用寿命短、报废快、更换时间长而造成停产或设备利用率不高，影响了生产，降低了生产率。随着社会经济的发展，人们对工业产品的品种、数量、质量及款式都有越来越高的要求。为了满足人类的需要，世界上各工业发达国家都十分重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，并取得了显著的经济效益。美国是世界上超级经济大国，也是世界模具工业的领先国家。现在大家都认识到，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具工业能促进工业产品生产的发展和质量的提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各个国家的高度重视和赞助。在日本，模具被誉为“进入富裕社会的原动力”，在德国则冠之以“金属加工业中的帝王”，在罗马尼亚视为“模具就是黄金”。因此可以断言，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，模具技术也会不断发展，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用9。模具是高新技术产业的一个组成部分，是工业生产的重要基础装备，用模具生产的产品，其价值往往是模具价值的几十倍。模具技术是一门技术综合性强的精密基础工艺装备技术，涉及新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用，是冶金、材料、计量、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、机加工、检测等诸多工种共同打造的系统工程。用模具生产制品具有高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度等特点，这是其他任何加工制造方法所不及的。目前，模具制造业已成为与高新技术产业互为依托的产业，模具工业技术水平的高低已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。对任何国家来说，制造产业是综合国力及技术水平的体现，而模具行业的发展是制造产业的基础和关键。本课题通过对落料件冲压工艺及模具设计的研究，可与现今社会汽车产业冲压件模具发展相关联。有效的优化模具的结构和设计过程，从而加深对模具设计的实际应用能力。第2章 零件冲压工艺分析2.1零件工作状况分析 零件其形状如图2-1所示。零件材料采用普通碳素钢，其牌号为Q235，厚度为1mm。 图2-1 零件二维零件图2.2零件工艺方案的分析和确定通过对零件图（如图2-1）的初步分析可知，生产此零件需要经过以下几个基本工序：落料工艺方案如下：方案一：拟定采用一副单工序模具完成零件的生产。完成图2-1中所示的形状。方案一是最佳的工艺方案。第3章 落料模的设计3.1 冲裁件的排样 冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样是否合理，不但影响到材料的经济利用率，而且还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。根据材料的利用情况，可以将排样分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。本设计中采用有废料排样，排样方式采用表2-121 中的直样，具体排样图如图3-1 所示。图3-1 排样图3.2搭边值的选取 排样中相临两个工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出缺陷的废品。此外，还可保持条料有一定的刚度和强度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。 搭边值要合理确定。如果搭边值过大，则材料利用率低。如果搭边值过小，虽然材料利用率高，但是过小则不能发挥搭边值的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时还会被拉入凹模和凸模间隙，损坏模具刃口，降低模具寿命。本设计中的搭边值按表2131 选取，取工件间搭边值a=2.5mm , 工件与条料边缘间搭边值a1=2.5mm ，如图3-1所示。3.2.1工计算条料宽度和步距因材料厚度，搭边为a=2.5mm , a1=2.5mm则条料宽度： 步距： 该零件形状简单、结构对称，故采用单排方案，如图3-1所示3.2.2材料利用率一个步距内的材料利用率： （3-1）式中，B为条料宽度；S为步距；A为个步距内冲裁件的实际面积。所以一个步距内的材料利用率： 式中：n一个进距内冲件数目；A冲裁件面积（）；B条料标称宽度（mm）；h进距（mm）。3.3冲裁力、卸料力、推件力的计算 3.3.1 冲裁力的计算 计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。 冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度和冲裁件分离的轮廓长度有关。本设计中采用平刃口冲裁，冲裁力的计算公式为： F = KLt （3-2）式中 L 冲裁件周边长度 （mm） t 材料厚度 (mm) K 系数 材料抗剪强度 (Mpa) 考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化以及材料厚度偏差等因素，一般取K = 1.3，材料厚度t =1mm ,由表23 4 查得优质碳素钢的抗拉强度 b= 400Mpa 。通过运用CAD进行计算，落料冲孔后的尺寸如图2-3所示：近似计算得落料周边长度： L=331.7mm则落料力： F落= L1tb =331.71400 = 132680N 3.3.2卸料力的计算 F卸 = K卸F落 （3-3）查表224 得K卸=0.05 ，带入公式（3-3）有， F卸 = K卸F落= 0.05132680= 6634N 3.3.3总的冲裁力的计算 本设计中的落料模采取正装的形式，并且采用弹性卸料装置和下出料的方式，故总的冲裁力的计算公式为： F总 = F落 + F卸 （3-5） 将F落 =132680N 、F卸 = 6634N带入公式（3-4）有 F总= 139.3KN3.3.5压力机的选择在选择压力机时应该注意以下几点：压力机的工作台面尺寸应大于模具底座尺寸5070mm以上。所设计的冲模的闭合高度应小于压力机的最大装模高度。一般应该满足H Hmax- 5 mm ,如果模具闭合高度过小，可在压力机台面上加放垫板。设计在下模座下面的卸料装置的尺寸应该小于压力机上的工作台孔的尺寸。设计中选用的模柄尺寸应该小于或等于压力机模柄孔尺寸。本次设计选用开式曲柄压力机，其优点是：具有三面敞开的操作空间、操作方便、容易安装机械化装置并且成本低。根据上述原则，因 F总= 139.3KN参考冲裁力与压力机压力曲线图，故压力机公称压力：F （3-6）式中：F0压力机公称压力（KN）；F总冲压总压力（KN）。由以上分析，查表9-92选用JC23-25型压力机，其主要技术参数如表7.1。表3.1压力机主要技术参数公称压力：250kN滑块行程：100mm最大封闭高度：300mm封闭高度调节量：80mm工作台左右长：630mm工作台前后宽：420mm标准行程次数（不小于）：工作台板厚度：130mm模柄孔直径：模柄孔深度：80mm3.4 凸、凹模设计原则冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，合理的间隙数值也必须依靠模具刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸及其公差，是设计冲裁模的主要任务之一。确定凸、凹模刃口尺寸时，必须遵循的原则是落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸；而冲孔模先确定凸模刃口尺寸，使其标称尺寸接近或等于制件的最大极限尺寸。选取模具刃口制造公差时，一般冲模精度较工件精度高23级。本设计中的零件未标注公差，而且属于非圆形件，按国家标准非配合尺寸的IT13级精度来处理，工件尺寸公差按“入体”原则标注为单向公差。3.5 冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模刃口之间的间隙。冲裁间隙分单边间隙和双边间隙，单边间隙C表示，双边间隙用Z表示。冲裁值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的工艺参数。冲裁模的凸、凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙。它对冲裁件断面的质量有极大的影响，还影响模具寿命、冲裁力、卸料力、推件力、顶件力和冲裁件的尺寸精度。合理的间隙才能冲出较好的断面质量，所需冲裁力较小，模具寿命较长。3.5.1合理间隙的选用间隙对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力和卸料力等都有很大的影响。但由于不存在同时满足所有理想要求的间隙。考虑到模具在使用过程中的逐步磨损，设计和制造新模具时应采用最小合理间隙。对于断面质量和尺寸精度要求高的工件，应选用较小间隙值，而对于精度要求不高的工件，则应尽量采用大间隙，以利于提高模具寿命、降低冲裁力。故对于该制件中的两个小孔，当凸模导向较差时，凸模易折断，间隙可取大些。确定合理间隙的方法主要有理论计算法和查表选取法两种。理论计算法应用起来不方便。此采用查表选取法，查表2-121，得单边间隙Zmin=0.10mm,Zmax=0.12mm。3.5.2冲模工作部分的设计计算冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度，合理间隙的数值也必须靠模具刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸及其公差，是设计冲裁模的主要任务之一。3.5.3冲裁模刃口尺寸计算（1）、计算原则1）落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也4能冲出格制件，凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。2）冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。3）选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与凹模精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高23级。若零件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸IT13级精度来处理，圆形件一般可按IT13级精度来处理，工件尺寸公差按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即：落料件正公差为零，只标注负公差；冲孔件负公差为零，只标注正公差。3.6落料凸、凹模设计3.6.1落料模刃口尺寸公差及凸、凹模间隙模磨损后尺寸变大（A类尺寸）、变小（B类尺寸）、不变（C类尺寸）的规律分为三种。查表2325得到凹模尺寸及其公差的计算公式：若工件尺寸为A ，则凹模尺寸为 A凹 =（A x） （3-10）若工件尺寸为B ，则凹模尺寸为 B凹 =（B + x） （3-11）若工件尺寸为C ，则凹模尺寸为 C凹 = C 凹 （3-12）式中 A凹 、 B凹 、C凹 凹模刃口尺寸（mm）； A 、B 、C 工件基本尺寸（mm）； x 磨损系数； 工件公差（mm）； 凹 凹模制造公差（mm）,一般取凹 =/4； 工件的对称偏差（mm）；根据零件形状，如图（3-1）所示，凹模磨损后其尺寸变化有三种情况。第一类：凹模磨损后尺寸变大的是图3-1中的A1（100mm）和A2 (70mm) 、A3（50mm）四个尺寸。查表2305得x1 = 0.29，x2 = 0.20，x3 = 0.20 A1凹 =（A1 x11） =（100 0.29） =99.71 mm A2凹 =（A 2 x22）=（70 0.20） = 69.8 mm A3凹 =（A 3x 33）=（50 0.29） =49.8 mm 落料凸模刃口尺寸按照凹模刃口尺寸配制，保证凸、凹模双面间隙为：Zmin Zmax =0.20mm 0.240mm （由表251 查得）。3.6.2落料凹模和落料凸模及其它零部件的尺寸（1） 落料凹模：落料凹模的尺寸简单，形状与坯料形状相似。落料凹模厚度H可以按冲裁力的大小来尽心估算。其经验公式为式中 H凹模厚度（mm）；P冲裁力（N）；K1冲裁轮廓长度修正系数，其值见表3-2；K2凹模材料修正系数，其值见表3-3表3-2 凹模冲裁轮廓长度修正系数K1表3-3凹模材料修正系数K2由此： 这里面我们考虑到推件块的高度，落料凹模的厚度取：H=55mm。落料凹模外形尺寸如图3-4。图3-4 落料凹模零件图（2）落料凸模L = h1+h2+h3=10+25+25=60mm式中 h1卸料板厚度在此取h1=10mmh2卸料板下平面到凸模固定板上平面的之间距离，根据经验值一般取（2535）mm,在此取25mm.h3落料凸模固定板厚度，一般取（0.60.8）倍凹模板厚度，在此取为25mm凸凹模零件图如图所示：图3-5 落料凸模零件图凸模的固定方法同样应视其形状、尺寸大小等因素来采用固定板式、带窝座式、带有螺钉和销钉等方式（见图3.6）。本文中固定方法采用固定板和螺钉一同固定式。(3)卸料板卸料板也起到压边的作用，所以落料冲孔模卸料板要选择厚一点H=10 mm。选用材料Q235，弹性卸料板与凸模之间要有一定的间隙，单边间隙12mm。为了在冲压开始前就将先料压紧，弹性卸料板应加工有三个与挡料销对应存在的避让孔。图 3-7 弹性卸料板零件图（4）凸模固定板凸模固定板用于固定凸模，采用车床与凸模配合加工，材料为45钢，淬火处理,（首先进行加热炉加热到指定温度，然后保温一定时间，最后进行冷却），从而使凸模固定板的热处理硬度达到HRC45-50。根据冲孔凸模的台阶结构可确定凸模固定板厚度h=15mm。便于卸料，是此模具的特色之一。凸模固定板如图3-8所示。图 3-8 凸模固定板零件图(5)垫板根据冲裁模具整体结构的分析，本设计由于采用凸模固定板固定，其平面轮廓尺寸除应保证凸模安装孔外，还应考虑到螺钉和销孔的安装位置，固定板与凸模采用过渡配合（H7/m6），压成装后端面磨平，以便保证冲模的垂直度。图3-9 垫板材料：45技术条件：按JB/T7653-1994的规定。中间垫板规格与垫板一样，应该取其厚度为H=10mm。3.7其它零件的选择及相关尺寸的确定1)模架此工件采用横向送料方式，适宜采用四导柱导套模架，而四导柱导套模架有利于送料（纵横向均可且送料较顺畅），但工作时受力均衡性和对称性比中间导柱导套模架及对角导柱导套模架差一些；四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采用滚珠导柱导套。本模具采用四导柱导套模架，一是对纵向送料方式较适宜，二是导柱导套模架工作时受力比较均衡、对称。由上面阐述，得出：模具类型为级进模操作方式为自动化方式送料为纵向送料，以下出件形式取件，用侧刃、导料板、定位销等来定位不压料，采用弹性卸料冲压件精度为IT14，则模具加工精度比其高23级即可，选用模具加工精度为IT13。随着冷冲压技术的发展和新型模具材料的出现，模具结构也发生了一定的变化，虽然模具的结构类型很多，但对其基本要求是一致的。即不仅能冲出合格的零件，适应生产批量的需要，而且要求操作方便，生产安全、寿命长、成本低，以及制造和维修方便。随着冷冲模国家标准实施以来，在设计模具时对冲模模架的选择一般都是按国家标准来选的。 由前面所确定的为标准的后置导柱模架,又根据凹模周界尺寸L=200mm B
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