铰链冲压工艺分析及模具设计外

1、铰链冲压工艺分析及模具设计摘 要模具作为高效率的生产工具的一种，是工业生产中非常重要的工艺装备。随着我国工业和高科技产业的快速发展，冲压模具的设计与制造变得越来越重要。根据设计铰链的尺寸、材料等要求，首先分析铰链的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，即该铰链需要落料-冲孔复合模和弯曲模完成。然后通过工艺设计计算，确定排样方式。计算冲裁力和压力中心，初选压力机，计算刃口尺寸和公差，最后设计和选用零部件。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与顶件装置、冲压设备、模架、紧固件等进行了设计或选择。绘制模具总装图及零件图，最终完成模具设计。关键词： 铰链，模具设计，落料 -冲孔

2、，复合模HINGE STAMPING PROCESS ANALYSISAND MOULD DESIGNABSTRACAs a kind of efficient production tool, mould is a very important craft equipment in industrial production. With the rapid development of our country industry and high-tech industry, stamping mould design and manufacturing becomes more and mo

3、re important.According to the size, materials of the product, the first part is to analysis the process of the hinge, so the program of blanking process and mould structure has been confirmed. As a result, blanking-punching compound mould and bending mould are used to produce the hinge. Then based o

4、n the process design calculations, the stock layout design can be ensured. It is needed to carry on the blanking force and the center of pressure computation, according to which the press can be selected. Calculating the cutting edge size and tolerance, then design and choose the parts of mould. Dur

5、ing the structure design, it is mainly about the design of the punch, die, punch and die, positioning parts, unloading and ejecting devices, mold, pressing equipment, fasteners and so on. Then draw the drawings and assembly drawings of parts, finally the design has been completed.KEY WORDS: Hinge， m

6、ould design，blanking-punching，compound die目 录前 言 .1第 1章 加工零件的工艺分析 .21.1零件分析 .21.1.1零件简图 .21.1.2冲压件的工艺分析 .21.1.3分析比较和确定工艺方案 .2第 2章 落料冲孔复合模 .42.1工件展开图的尺寸计算 .42.2冲压模具工艺与设计计算.52.2.1排样设计 .52.2.2排样计算 .62.3确定模具压力中心 .62.4工作力的计算 .82.5计算凸、凹模刃口尺寸 .92.5.1落料部分凸凹模尺寸计算 .92.5.2冲孔部分凸凹模尺寸计算 .11第 3章 模具结构设计 .123.1落料冲孔复

7、合模结构形式.123.2落料凹模的结构设计 .123.3冲孔凸模的结构设计 .133.4凸凹模的结构设计 .143.5定位装置的选择 .143.6顶件及卸料装置的选择 .153.7模架的选择 .163.8模柄选择 .183.9打板的设计 .183.10螺钉和销的选用 .193.11退料板设计 .193.12固定板设计 .203.11垫板设计 .22第 4章总装配图及压力机的选取.244.1总装配图 .244.2压力机的选取 .24第 5章模具的技术条件 .265.1表面粗糙度及标准 .265.2加工精度 .265.2.1形位公差. 265.2.2配合要求. 26结 论 .27谢 辞 .28参考

8、文献 .29外文资料翻译.30前 言随着工业高新技术的不断发展，冲压模的地位日益重要模具作为提高生产率，减少材料和消耗，降低产品成本，提高产品质量和市场竞争力的重要手段， 已越来越受到各工业部门的重视。随着工业技术不断向前发展，要求模具在更苛刻、更高速度的工作条件下，对模具的精度越来越高，使用寿命越来越长。为了满足这些要求，国内外都在模具材料的研究和开发上作了巨大的努力，也在这方面取得了不少成果。近几年来，随着工业和高科技产业的飞速发展， 我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平。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

9、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，都存在较大差距。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。随着我国与国际市场接轨，市场竞争的越来越激烈。模具制造是整个发展中基础的要素之一。许多模具企业加大了用于技术的投资力度，很多国内模具企业已普及CAD ，并且陆续开始使用Pro/Engineer和 UG 等国际通用先进软件，个别有能力的厂家还引进了 DYN

10、AFORM、 C-Flow和MAGMASOFT 等 CAE 软件，成功应用于冲压模设计之中。通过本课题的研究要掌握落料冲孔复合模的工作原理和结构特点,掌握复合模的设计步骤和工作计算方法, 掌握模具装配图的设计方法及主要模具零件的机械加工特点。此次毕业设计的目的在于通过对铰链冲压工艺分析及模具设计，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。第 1 章 加工零件的工艺分析1.1 零件分析零件简图如图 1-1 所示：图 1-1 零件图冲

11、压件的工艺分析铰链为 Q215 碳素结构钢，具有高的塑性、韧性和焊接性能，以及良好的压力加工性能，强度低。主要用于工程结构和受力较小的机械零件。工件形状比较简单，是典型的冲裁件，其特点是工件尺寸不大，且左右对称，材料强度不高，由于工件尺寸没有明显角标注，故属于一般冲裁件。故可以考虑采用复合冲压工序。零件图上未注公差，属于自由公差，按IT14 级确定工件尺寸的公差，一般冲压均能满足其尺寸精度要求。根据零件的结构特点需有落料、冲孔、弯曲的过程完成冲裁。分析比较和确定工艺方案从零件的结构特点以及冲压变形特点来看，该零件冲压工序性质有冲孔、落料、弯曲三种其中弯曲需用两个单工序模具才能完成。根据工序性质

12、可能的组合情况，该零件可能的冲压方案有：方案一：先落料，后冲孔，再弯曲。分开逐步进行。方案二：落料- 冲孔复合冲压，后弯曲。采用落料冲孔复合模和两个弯曲单工序模生产。方案一模具结构简单，但是需要三道工序四副模具，成本高并且生产效率很低，不能满足大批量的生产要求。方案二只需三副模具，将冲孔和落料工序合并在一起既保证了落料与冲孔的同轴度，又提高了工件的精度及生产效率。通过对上述两种方案的分析比较，选择方案二。第 2 章落料冲孔复合模本次设计的是铰链的落料冲孔的过程，采用落料冲孔复合模。2.1 工件展开图的尺寸计算工件为铰链，有弯曲的部分，所以必须将其展开。1. 中性层计算计算中性层公式 p=r+x

13、 t1（2-1）对于 R2 处中性层曲率半径r1=2mm ，t=4mm ， r1/t=0.5 ，查表 x1=0.25 1得 p1=2+0.25x4=3mm对于 13 处中性层曲率半径r2=6.5mm ， t=4mm ， r2/t=1.625 ，查表得x2=0.364 1 ，得 p2=6.5+0.364x4+7.956mm2. 长度计算弧长公式 L= 21（ 2-2）360R2 处的长度 L1= 211 = 2 x3 x 60 =3.14mm36036013 处的长度 L2=222 x 7.9563602 =x 225 =31.2mm360倾角 135 处的长度L3=10.5mm下面竖直处L4=

14、29.5mm故铰链展开总长度L=L1+L2+L3+L4=3.14+31.2+10.5+29.5=74.34mm展开铰链具体尺寸如下图图 2-1 制件图2.2 冲压模具工艺与设计计算排样设计根据材料经济利用的程度，排样方法分为有废料排样、少废料排样和无废料排样。根据铰链的结构特点，采用少废料排样。这样材料的利用率高，不但有利于一个模具获得多个冲裁件，而且可以简化模具结构、降低冲裁力。无论是采用有废料活少、无废料的排样，根据冲裁件在条料上的不同布置方法，排样方法又有直排、斜排、对排、混合排、多排和裁搭边等多种排列方式。有废料排样法是在冲裁件与冲裁件之间或冲裁件与条料侧边之间都有搭边的存在。冲裁沿着

15、冲裁件的封闭轮廓进行，所以冲裁件的质量好，寿命长。少废料排样是只有在冲裁件与冲裁件之间或只有在冲裁件与条料侧边之间留有搭边，而在冲裁件与条料侧边或冲裁件之间无搭边存在。这种排样方法的冲裁只是沿着冲裁件的部分外轮廓进行。无废料排样是在冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间均无搭边存在。这种冲裁方式实际上是直接由切断条料获得，材料利用率很高。根据铰链展开图的特点选取有废料的排样方式。并且是直排排样方案。查表取搭边a=3.5， a1=3.2 1 。具体排样方式如图2-2 所示：图 2-2 排样图2.2.2 排样计算1.送料步距 :A= D+a 1（2-3）根据排样图及查得搭边值A= D+a =7

16、4.34+3.2=77.54 mm2.送料宽度 :当条料在无侧压装置的料板之间送料时，条料宽度按下式计算：B = (D+ 2a1+ 2D+b 0 )-0D1（2-4）B= （ 114.4+23.5+21.5+1 ）00mm =125.4mm1501503.条料利用率 :n s 1（ 2-5）LBn s 100% mm2 = 1 6185.608 x100%=63.6%LB125.477.542.3 确定模具压力中心为了保证压力机和模具正常工作，在设计模具时，要求模具的模柄中心与压力中心重合，对于要求不高或冲裁力较小间隙较大的模具，压力中心不允许超出模柄投影面积范围，否则在冲压时会使冲模与压力机

17、滑块倾斜，引起凸凹模间隙不均或导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。求解压力中心的方法选用解析法按比例画出排样图,选定坐标系。 如图2-3 所示：图 2-3压力中心计算图将工件分为11 段，坐标轴x-x 和 y-y 选定在 L7 和 L9 上。各段的长度为：L1=L7=64.34L2=L6=28.6L3=L5=40.54L4=57.2L8=L10=5L9=94.4L11=L12=10由此可以求出各条线段的重心为：X1=42.17Y1=114.4X2=74.34Y2=100.1X3=54.07Y3=54.07X4=33.8Y4=57.2X5=54

18、.7Y5=28.6X6=74.34Y6=14.3X7=42.17Y7=0X8=10Y8=10X9=0Y9=57.2X10=10Y10=104.4X11=14.2Y11=98.5X12=14.2Y12=15.9于是有：X0= L1Y1L2Y2L3Y3L4Y4L5Y5L6Y6L7Y7L8Y8L9Y9L10Y10L11Y11L12Y12LIL2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12=37.17（ 2-6）Y0= L1X1L2X2L3X3L4X4L5X5L6X6L7X7L8X8L9X9L10X10 L11X11 L12X12LIL2L3L4L5L6L7L8L9L10 L11 L12=57.2（

19、 2-7）所以压力中心的坐标为（37.17 ， 57.2 ），由计算可以看出压力中心在模柄的中心处，故可以达到要求。2.4 工作力的计算冲裁一个零件的周边长度L外轮廓周边长：l 1 =74.342+114.2 2+(74.34-33.8)孔周边长度：l 2 =102=62.8mm1. 落料力：F 落 =KLt1F 落 =KLt= l 1 tb =458.484 215=394292.8N2.冲孔力：F 冲 =KLt1F 冲 =KLt= l 2 tb =62.8 4215=54008N3.推料力：1F 推 =n K 推 F 冲1经查表得 K 推 =0.045 ， n=50/4=12.5F 推 =

20、n K 推 F 冲 =12.5 0.04554008=30379.54.顶料力：1F顶=K顶 F落经查表得1K 顶 =0.05则有 F顶 = K顶 F落=0.05394292.8=19714.64N5.总冲压力2=458.48mm（2-8）（2-9）（ 2-10 ）（ 2-11 ）F= F 落 + F 冲 + F 推 + F 顶 =394292.8+54008+30379.5+19714.64=449794.94N所以可选用规格为630KN 压力机。2.5 计算凸、凹模刃口尺寸凸、凹模刃口尺寸精度决定的是否合理，直接影响到冲裁件的尺寸精度及合理间隙值能否保证，也关系到模具的成本多少和使用寿命的

21、长短。1. 保证冲出零件合格；2. 保证模具有一定使用寿命；3. 考虑冲压模的制造修理方便、尽量降低成本。凹模和凸模的工作部分尺寸决定了冲裁件的尺寸和间隙大小，是模具上非常重要的尺寸。计算冲模凸、凹模刃口尺寸的原则是：1. 冲孔时， 冲孔件的尺寸由冲孔凸模决定，所以应以冲孔凸模作为设计基准。落料时，落料的尺寸有由落料凹模决定，所以应该以落料凹模作为设计基准。2. 凸模和凹模之间应该有合理的间隙值。3. 凹模和凸模应考虑其磨损规律。4. 凹模和凸模的制造公差必须与冲裁件的尺寸相匹配。偏差按照入体原则标注。5. 尺寸计算应该考虑冲压模的加工制造方法。落料部分凸凹模尺寸计算刃口尺寸的计算公式为：落料

22、时： D 凹 =（ D max x）凹1（ 2-12）0D 凸 =（ Dmax x Z min ）0凸冲孔时： d 凸 =（ dmin +x ）01（ 2-13）凸D 凹 =（ d min +x+ Z min ）凹0计算刃口尺寸如图2-4 所示：图 2-4刃口尺寸计算图A 尺寸A 凹 =（ 114.4-0.750.0350.0350.4 ）=114.1mm00A 凸 =（ 114.4-0.750.4-0.64 ）00=113.46mm0.0250.025B 尺寸B 凹 =（ 74.34-0.750.03=74.040.030.4）mm00B 凸 =（ 74.34-0.750.4-0.64 ）0

23、0mm=73.40.020.02C 尺寸C 凹 =（ 28.6-0.750.0250.0250.28）=28.39mm00C 凸 =（ 28.6-0.750.28-0.64 ）00mm=28.390.020.02D 尺寸D 凹 =（ 57.2-0.750.03=40.330.030.28 ）mm00D 凸 =（ 57.2-0.750.28-0.64 ）00mm=40.330.020.02E 尺寸 E 凹 =（ 28.6-0.750.025=28.390.0250.28）0mm0E 凸 =（ 28.6-0.750.28-0.64 ）00=28.39mm0.020.02冲孔部分凸凹模尺寸计算d 凸

24、 =（ 10+100mm0.24 ）=10.240.020.02d 凹 =（ 10+10.24+0.64 ）0.02=10.680.020mm0第 3 章模具结构设计3.1 落料冲孔复合模结构形式确定工艺方案以后，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，且操作方便、安全落料冲孔复合模分为正装落料冲孔复合模和倒装落料冲孔复合模。其中正装落料冲孔复合模的上模部分由压力机通过推件系统推出冲孔废料，冲裁件有顶出装置将其在落料凹模中由上而下顶出。倒装落料冲孔复合模

25、的废料能直接从压力机台面落下，冲裁件从上模退下，较容易引出，操作安全方便。正装落料冲孔复合模适用于较软、较薄的零件，反装落料冲孔复合模适用于较厚的零件。本次设计的铰链厚度为4mm ，属于厚零件，因此选用倒装落料冲孔复合模。3.2 落料凹模的结构设计凹模的洞口形状是指凹模型孔轴剖面形状，有直壁式和斜壁式。直壁式的孔壁垂直于顶面，刃口尺寸不会随着修磨刃口的增大而增大，所以冲裁精度高，刃口强度好。设计时采用直壁式洞口。落料凹模的外形尺寸有圆形和矩形两种。凹模的外形尺寸不仅要保证凹模有足够的强度和刚度，而且凹模的厚度还要考虑修模量。凹模的外形尺寸根据冲裁件的最大外形尺寸和被冲裁件厚度。由被冲裁件的厚度

26、和冲裁件的最大外形尺寸计算凹模尺寸为：凹模的外形尺寸厚度计算公式为：H=Kb 1(3-1)壁厚计算公式为：c=（ 1.52 ） H1(3-2)查表得 K=0.3 1厚度 H=0.3114.1=34.23 mm壁厚 C=1.634.24=54.768 mm根据零件、冲裁模的结构特点，落料凹模的结构如图3-1 所示：图 3-1 落料凹模的结构3.3 冲孔凸模的结构设计冲孔凸模分为圆形凸模和非圆形凸模。凸模有两种基本类型。一种是直通式凸模，其工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样的。另一种是台阶式凸模，工作部分和固定部分的形状与尺寸不同，固定部分多做成圆形或者矩形，这时凸模固定板的型孔为标准尺寸孔，

27、加工容易。工作部分可采用车削、磨削或采用仿形刨加工。圆形凸模广泛采用台阶式结构。圆形凸模有冲小孔凸模，冲中形孔凸模冲大圆孔或落料用的凸模。其中冲小圆孔凸模的工作部分的直径是逐渐增加的，为的是增加凸模的强度和刚度。模具刃口要有高的耐磨性，并且能承受冲击力。因此应具有高的硬度和耐磨性。形状简单的凸模常选用T8A 、 T10A 。因为零件是圆孔所以采用圆形凸模，铰链的孔直径为10mm ，属于小孔，故选择冲小孔凸模的结构，冲孔凸模的具体结构如图3-2 所示：图 3-2 冲孔凸模的结构3.4 凸凹模的结构设计在落料冲孔复合模中，必然有一个凸凹模。铰链冲压的凸凹模结构如图 3-3 所示：图 3-3 铰链冲

28、压的凸凹模结构3.5 定位装置的选择定位装置的作用是限定条料或块料的送进步距和送入冲模的条料或块料的位置正确，这样可以保证冲出的零件合格。根据模具结构和毛坯形状的不同，比粗采用不同形式的定位元件。控制送料步距用挡料销。挡料销分为固定挡料销、活动挡料销、临时挡料销和钩形挡料销。其中固定挡料销的工作部分和固定部分的直径相差很大，不会削弱凹模的强度，而且制造简单，使用非常方便。条料送料方向依靠导料销或导料板的一侧导向送进，以防送偏。导料销控制送料方向一般要用两个，其结构与挡料销的结构相同。铰链落料冲孔复合模采用固定挡料销，具体结构如图3-4 所示 ;图 3-4 固定挡料销3.6 顶件及卸料装置的选择

29、顶件装置分为刚性顶件装置和弹性顶件装置。刚性顶件常常用于倒装复合模中，并且位于上模部分。由此可知本次设计采用刚性顶件装置，具体结构如图3-5所示。卸料装置常见的结构形式有：固定卸料板、悬臂卸料板、沟形卸料装置、弹性卸料装置和弹压卸料板。刚性卸料板用于裁剪较薄的条料。悬臂卸料装置用于长而窄的冲裁件，在作切口和冲孔的冲模上用。沟形卸料装置用于底部冲孔时卸下空心件使用。弹性卸料装置用于冲裁较薄的零件。弹压卸料板用于要求平整和冲制薄料的工件。常用于复合冲裁模。倒装落料冲孔复合模常用弹性卸料装置，但是铰链的厚度为4mm属于较厚的零件，不能用弹性卸料装置。因此采用托杆，托杆与压力机连接用于落料冲孔复合模的

30、卸料。托杆结构如图3-6所示。图 3-5顶出器图 3-6托杆3.7 模架的选择模架是模具的骨架，模具上的所有零部件都装在它的结构上，承受冲压过程中的所有载荷。上下模座之间靠的是导向装置保证位置的精确，引导凸模运动，以使冲裁的过程中间隙的均匀。上模座通过模柄与压力机的滑块相连接，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台上。模座一般分为上、下模座，其形状基本相似。上、下模座的作用是直接或间接地安装冲模的所有零件，分别与压力机滑块和工作台连接，传递压力。因此，必须十分重视上、下模座的强度和刚度。模座因强度不足会产生破坏；如果刚度不足，工作时会产生较大的弹性变形，导致模具的工作零件和导向零件迅速磨损，这是常

31、见的却又往往不为人们所重视的现象。在选用和设计时应注意如下几点：1. 尽量选用标准模架，而标准模架的型式和规格就决定了上、下模座的型式和规格。如果需要自行设计模座，则圆形模座的直径应比凹模板直径大3070mm ，矩形模座的长度应比凹模板长度大4070mm ，其宽度可以略大或等于凹模板的宽度。模座的厚度可参照标准模座确定，一般为凹模板厚度的1.01.5 倍，以保证有足够的强度和刚度。对于大型非标准模座，还必须根据实际需要，按铸件工艺性要求和铸件结构设计规范进行设计。2. 所选用或设计的模座必须与所选压力机的工作台和滑块的有关尺寸相适应，并进行必要的校核。比如，下模座的最小轮廓尺寸，应比压力机工作

32、台上漏料孔的尺寸每边至少要大4050mm 。3. 模座材料一般选用 HT200 、HT250 ，也可选用 Q235、Q255 结构钢，对于大型精密模具的模座选用铸钢ZG35 、 ZG45 。4. 模座的上、下表面的平行度应达到要求，平行度公差一般为4 级。5. 上、下模座的导套、导柱安装孔中心距必须一致，精度一般要求在±0.02mm 以下；模座的导柱、导套安装孔的轴线应与模座的上、下平面垂直，安装滑动式导柱和导套时，垂直度公差一般为4 级。6. 模座的上、 下表面粗糙度为 Ra1.6 0.8 m，在保证平行度的前提下，可允许降低为 Ra3.21.6 m。模架国家以规定了标准，在设计模

33、具时应根据具体条件加以选择。在国家规定的标准模架中最常用的是导套、导柱作为导向装置的模架结构。根据其导柱放置方位的不同，其基本形式有四导柱模架、对角导柱模架、后侧导柱模架、中间导柱模架。为了取放工件的方便，采用后侧导柱模架。根据凹模的周边尺寸，选用 250250mm 。闭合高度为210250mm ，具体为：导柱 35 210mm导套 35 10543mm下模座； L/mmB/mmH/ mm=25025045上模座： L/mmB/mmH/ mm=25025055导柱： d/mm × L/mm 35× 210导套： d/mm × L/mm × D/mm=35

34、 × 105× 43模座材料一般选用HT200 、 HT250 。模座的上表面和下表面粗糙度为Ra1.6 0.8 m，在能保证平行度的前提下，可允许为Ra3.21.6 m。导套和导柱之间要用间隙配合，其配合尺寸一定要小于冲裁间隙。导柱和导套一般采用间隙配合H7/g6 。3.8 模柄选择模柄的材料通常采用Q235 或 A5 钢，其支撑面应垂直于模柄的轴线。根据落料冲孔复合模的结构特点，采用凸缘模柄。螺钉的分布采用120°圆周分布。其型号为A50100。模柄的具体尺寸如图3-7 所示。图 3-7模柄3.9 打板的设计压力机由模柄中的销传给打板，打板传力给顶出器以使推出冲裁件，根据铰链的特点和压力中心，确定打板的形状如图3-8 所示。图 3-8打板3.10 螺钉和销的选用螺钉主要是固定零件，销钉起定位作用，螺钉要尽可能在被固定件的外形轮廓尺寸附近均匀分布，销钉要尽可能成对角分布。螺钉和销钉都是标准件，设计时选用标准件。本次模具设计中用的是内六角孔沉头螺钉，销全部选用圆柱销。上模座和下模座都是选用6 个内六角沉头螺钉都为M10× 100。 2 个圆柱销选用A10×100 。3.11 退料板设计根据落料凹模的尺寸和模具螺钉和销位置设计以及卸料板的结构特点，设计出的退料板结构尺寸如图3-9 所示。图 3