毕业设计（伦文）-垫片冲裁模具设计-长48

PAGEII机械专业综合课程设计说明书垫片冲裁模具设计学院（系）：专业：学生姓名：学号：指导教师：完成日期：目录29888第一章工件的工艺性分析 3245891.1工艺分析 3236081.2排样的设计和计算 4140041.2.1确定搭边值 4242461.2.2送料步距与条料宽度的计算 448651.2.3材料利用率的计算 614620第二章冲压设备的确定 7261182.1计算冲压力 723102.1.1冲裁力的计算 7195782.1.2卸料力的计算 8163082.1.3顶件力的计算 893382.1.4总冲裁力的计算 854362.2压力机的选择 95736第三章冲压零件的尺寸设计 10180453.1冲裁间隙 10209023.1.1冲裁间隙对冲裁工艺的影响 10315853.1.2冲裁间隙的选择 1110863.2冲裁模刃口尺寸计算 11246863.2.1凸、凹模刃口尺寸 1132553.2.2凸模、凹模的结构设计 1355693.3本章小结 158102第四章冲裁模主要零件的设计与标准的选用 16263324.1定位和导向零件 1699204.2卸料板的设计 1666424.2.1卸料板外型设计 1634424.2.2卸料板材料的选择 17231954.2.3卸料板整体精度的确定 1739214.3固定板的设计 1889774.3.1凸模固定板的设计 18324704.4垫板的设计 18246784.5标准模架 19284924.6模柄及固定零件 19126234.7模具闭合高度及各主要零部件关系 2117109第五章模具材料的选用要求和选择原则 22236805.1冷冲模材料的选用要求 22261005.2材料的选择原则 2317068第六章绘制模具总装图及零件图 2430666.1装配图绘制 2429084总结 267239参考文献 27PAGE3第一章工件的工艺性分析1.1工艺分析在一般情况下，影响冲压件工艺性的因素有几何形状、尺寸、精度、表面粗糙度及毛刺。冲压件工艺性对冲压件质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及设备选用等都用很大的影响。良好的冲压件工艺性可显著降低冲压件的制造成本，节省材料，减少成形工序，提高产品寿命和产品质量.工件如图1-1所示，材料为Q235，厚度3mm图1-1工件图对课题应解决的主要问题，该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的。由表查出．冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT9-IT10。分析该零件的尺寸精度，按表查得，从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，也均符合冲裁的工艺要求，并且只需一次落料即可，故采用单工序落料模进行加工。1.2排样的设计和计算由于产量大，材料利用率是一项很重要的经济指标，要提高材料利用率就必须减小废料面积，条料在冲裁过程中翻动要少，使工人操作方便、安全，减轻劳动强度，排样应保证冲裁件的质量，无论是采用有废料或少、无废料的排样，根据冲裁件在条料上的不同布置方法，排样方法有直排、斜排、对排、多排等多种形式的排列方式，可以根据不同的冲裁件形状加以选出用。现工件外形为圆形，采用有废料的直排法，比较方便、合理。1.2.1确定搭边值搭边起补偿条料的剪裁误差，送料步距误差以及补偿于条料与导料板之间有间隙所造成的送料歪斜误差的作用。使凸，凹模刃口双边受力，受力平衡，合理间隙一易破坏，模具寿命与工件断面质量都能提高。对于利用搭边自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，以保证条料的连续送进。搭边的合理数值主要决定于材料厚度、材料种类、冲裁件的大小以及冲裁件的轮廓形状等。一般板料愈厚，材料愈软以及冲裁件尺寸愈大，形状愈复杂，则搭边值也应愈大。由于属于负间隙落料模，同时工件过小所以采用一模三件的结构，工件间搭边值a=2.5mm、侧面a=2.8mm。1.2.2送料步距与条料宽度的计算采用直排有废料的排样方式，如图1-2所示：图1-2排样图计算冲压件的毛坯面积，通过AUTOCAD的面积测量功能，得：A=874mm2送料步距Ａ：送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离，每次冲2个零件的步距按式：A＝D＋a，A＝22.5mm条料宽度B：B＝53.6mm1.2.3材料利用率的计算通常是以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率來表示，按式：=100%=100%式中——一个步距内零件的实际面积——一个步距内所需毛坯面积A——送料步距B——条料宽度带入数据可得：=100%=100%=72.74%第二章冲压设备的确定2.1计算冲压力计算冲裁力的目的是为了选用合理的压力机，设计模具以及检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。一般可按下公式计算：式中FP冲裁力（N）；L冲裁周边长度（mm）；t冲裁料厚(mm)；τb抗剪强度（MPa）；2.1.1冲裁力的计算（1）冲裁力计算按上式：式中：F落――落料力（N）；L――工件外轮廓周长（mm）；T――材料厚度（mm），t=3mm；τ――材料抗剪强度（MPa）。由查表，Q235的抗剪强度。根据零件图可算轮廓长度L=119mm则2.1.2卸料力的计算=KX式中卸料力（N）；落料力（N）KX卸料系数，查《冲压模具简明设计手册》表，取K=0.05。则=KX=0.05×121.4=6.1（KN）2.1.3顶件力的计算=式中顶件力（KN）；顶件系数，查《冲压模具简明设计手册》表，其值为0.05；则==0.05×121.4=6.1(KN)2.1.4总冲裁力的计算冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于各冲裁工艺力的总和=++式中：冲裁力=121.4KN，，卸料力=6.1KN，推件力=6.1KN，则:=++=133.6kN2.2压力机的选择参照设计手册选取公称压力为的压力机，结合模具的初选闭合高度，压力机型号为J23-25。表2-1为压力机J23-25技术参数：（《冲压模具简明设计手册》表13.10，P389）表2-1压力机参数型号J23-25公称压力/kN250滑块行程/mm65最大闭合高度/mm270闭合高度调节量/mm55垫板厚度50模柄孔尺寸（直径mm×深度mm）Φ40×60工作台尺寸前后370左右500第三章冲压零件的尺寸设计3.1冲裁间隙3.1.1冲裁间隙对冲裁工艺的影响试验表明，间隙对冲压力有明显的影响，特别是对卸料力的影响更为显著。随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，容易断裂分离，因此冲裁力减小；但若继续增大间隙，因裂纹不重合，冲裁力下降缓慢。由于间隙增大，使光亮带变窄以及材料的弹性变形，使落料件尺寸小于凹模孔口尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或顶件力随之减小。二间隙对模具寿命的影响模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。刃磨寿命是用两次刃磨之间的合格冲件数表示。总寿命是用模具失效为止的总的合格冲件数表示。冲裁过程中模具与材料的接触压力随间隙的减小而增大，这不仅使得模具的磨损速度加快，而且还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刃。此外，小间隙还会产生凹模胀裂，小凸模折断，凸、凹模相互啃刃等异常损坏。因此，为了提高模具寿命，一般需要选用较大间隙。若采用小间隙，就必须提高模具硬度、精度，减小模具粗糙度值，提供良好润滑，以减小磨损。三间隙值的确定掌握查表法。3.1.2冲裁间隙的选择由于本次设计生产的工件为挤压件毛坯，所以采用负间隙。本模具采用凸模大于凹模的负间隙冲裁，可得到光洁的断面，冲件用作冷挤毛坯。负间隙取值（0.3~0.5）mm，凹模洞口做成0.8×45°的倒角。用件6限位柱控制凸模行程，冲压完成时，凸模与凹模洞口面应有（0.1~0.2）mm的距离。3.2冲裁模刃口尺寸计算3.2.1凸、凹模刃口尺寸落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸。因此，设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上，设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。考虑到冲裁时凸，凹模的磨损，在设计凸，凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后增大的，应取工件尺寸公差范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减小，应取工件尺寸公差范围内较大的数值，在凸，凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。3)确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值，一般模具制造精度比工件精度高3-4级该制件不为圆形或规则的零件，因此，采用凸、凹模配合加工的方法计算凸、凹模的刃口尺寸。该制件为落料件，故以凹模为基准件来配作凸模，根据凹模制造出的实际尺寸按所需的间隙配作凸模，在凸模的零件图上只注明按凹模配作加工，并给出间隙值即可，查表得间隙为0.07-0.10。凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模具设计中的一项重要工作。凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的计算，有两种计算方法，第一种计算方式是凸模与凹模图样分别加工法计算；第二种计算方法是凸模与凹模配作法。该冲件尺寸较多，若采用分开加工法计算，计算繁琐，且计算量较大，不宜采用，故采用第二种算法：凸模与凹模配作法。在所有的尺寸中，未注尺寸按IT14计算，属于A类尺寸的有：、；注：①凸模或凹模磨损后将会增大的尺寸——第一类尺寸A。②凸模或凹模磨损后将会减小的尺寸——第二类尺寸B。③凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸——第三类尺寸C。具体计算如表3-2。表3-2工作零件刃口尺寸计算尺寸类型公称尺寸公式计算后尺寸其中，x为磨损系数。查表得：工件精度IT10级以上x=1工件精度IT1-IT13x=0.75工件精度IT14x=0.5本工件取IT14级精度，故，x=0.5。3.2.2凸模、凹模的结构设计凹模的外形一般有矩形和圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的。凹模各尺寸计算公式如下：凹模边壁厚H>Kb1（3-1）凹模边壁厚c>1.5H（3-2）凹模板边长L=b1+2c（3-3）凹模板边宽B=b2+2c（3-4）式中：b1-冲裁件的横向最大外形尺寸；b2-冲裁件的纵向最大外形尺寸；K-系数，考虑板料厚度的影响，查表3-1。表3-1系数K值材料料宽s/mm材料厚度t/mm≤1>1～3>3～6≤500.30～0.400.35～0.500.45～0.60>50～1000.20～0.300.22～0.350.30～0.45>100～2000.15～0.200.18～0.220.22～0.30>2000.10～0.150.12～0.180.15～0.22查表3-1得：K=0.4。根据公式（3-1）可计算落料凹模板的尺寸：凹模厚度：H>Kb1=0.4×48=19.2（mm）根据公式（3-2）可计算凹模边壁厚：c>1.5H=1.5×20=30（mm）取整后，选择凹模大体尺寸L×B×H=125mm×125mm×20mm。凹模的刃口形式，考虑到本例生产批量较大，所以采用刃口强度较高的凹模，即图所示的刃口形式。凸、凹模的零件轮廓图取整后如下图3-1和图3-2所示：图3-1凸模图3-2凹模3.3本章小结冲裁件的尺寸精度取决于凸，凹模刃口部分的尺寸。冲裁的合理间隙也要靠凸，凹模刃口部分的尺寸来实现的保证。正确地确定刃口部分尺寸是相当重要的。本章利用查表法确定了冲裁间隙，然后计算出了凸、凹模刃口的尺寸，并确定了凸、凹模的大体结构。第四章冲裁模主要零件的设计与标准的选用4.1定位和导向零件定位方式的选择通俗的说既是选择定位零件。定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上有正确的位置，定位零件的结构形式很多，用于对条料进行定位的定位零件有挡料销、导料销、导料板、侧压装置、导正销、侧刃等，用于对工序进行定位的定位零件有定位销、定位板等。定位零件基本上都已标准化，可根据坯料和工序件形状、尺寸、精度及模具的结构形式与生产效率要求等选用相应的标准。因为该模具采用是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。控制条料的送进步距采用固定挡料销定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来确定。4.2卸料板的设计4.2.1卸料板外型设计在冲压工艺分析中已经选择了固定卸料装置，采用卸料板进行卸料。卸料板不仅有卸料作用，还具有用凸凹模导向，对凸凹模起保护作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相等。卸料板与凸凹模的间隙值由表4-1确定，取0.1mm。卸料板的厚度查表4-2，卸料板与凹模的外形尺寸相同。根据凹模的尺寸125mm×125mm×20mm，从而可以确定卸料板的尺寸，卸料板厚度为10mm。表4-1卸料板与凸凹模间隙值材料厚度t/mm＜0.50.5～1＞1单边间隙Z/mm0.050.10.15图4-2卸料板简图4.2.2卸料板材料的选择卸料板主要是起卸料的作用，对它的强度和硬度要求较高，所以材料选择是45钢。45钢是优质碳素结构钢，它的质量较好，含碳量（0.45%）波动小，性能较稳定。经过热处理（调质）后具有良好的综合力学性能，即具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性。4.2.3卸料板整体精度的确定卸料板外轮廓的精度要求不高，所以选取IT14级，粗糙度为Ra3.2；而内轮廓的精度要求比外轮廓的要求稍高，所以选取IT11级，粗糙度为Ra1.6；两个螺纹孔和挡料销、导料销有定位的作用，所以精度要求要高一些为IT7级，粗糙度为Ra3.2。4.3固定板的设计4.3.1凸模固定板的设计凸模固定板主要是固定凸模，保证凸模有足够的强度，使凸模与落料凹模、上模座、垫板更好的定位。凸模与凸模固定板的配合按H7/m6。凸模固定板厚度取15mm。凸模固定板简图如图5-3所示：图4-3凸模固定板简图4.4垫板的设计根据零件尺寸和自身模具设计加上参照书本标准，最终我们选取的零件尺寸为：推板的尺寸为125mm×125mm×8mm。垫板材料的选择：采用45钢作为原材料，热处理硬度43～48HRC。4.5标准模架通常所说的模架是由上模座、下模座、导柱、导套四个部分组成，一般标准模架不包括模柄。模架是整副模具的骨架，它是连接冲模主要零件的载体。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。模架的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。根据模架的导向机构摩擦性质的不同，模架分为滑动和滚动导向模架两大类。每类模架中，由于导柱的安装位置和导柱数量不同，又分为多种模架形式。冲模滑动导向模架有对角导柱模架、后侧导柱模架、后侧导柱窄型模架、中间导柱模架、中间导柱圆形模架、四导柱模架（如下图所示）；冲模滚动导向模架有对角导柱模架、中间导柱模架、四导柱模架、后侧导柱模架。。滑动导向模架的导柱、导套结构简单，加工、装配方便，应用最广泛（各类模架的主要特点和应用场合见下表）；滚动导向模架在导套内镶有成行的滚珠，导柱通过滚珠与导套实现有微量过盈的无间隙配合，（一般过盈量为0.01~0.02mm），因此，这种滚动模架导向精度高，使用寿命长，运动平稳。经过综合分析，选用图b的后侧导柱模架。4.6模柄及固定零件模柄：通过螺纹与上模座连接，为防止松动，常用防转螺钉紧固。这种模柄装拆方便，但模柄轴线与上模座的垂直度较差，多用于有导柱的小型冲模。压入式：它与模座孔采用过渡配合H7/m6，并加销钉防转。这种模柄可较好保证轴线与上模座的垂直度。适用于各种中、小型冲模，生产中最常用。凸缘式：槽型模柄和通用模柄：均用于直接固定凸模，也称为带模座的模柄，它更换凸模方便，主要用于简单模。图4-4模柄类别模柄的选用：与模柄孔相等，采用间隙配合H11/dll，模柄长度应小于模柄孔深度5~l0mm。本设计中利用压入式模柄。螺钉与销钉都是标准件，设计模具时按标准选用即可。螺钉用于固定模具零件，而销钉则起定位作用。模具中广泛应用的是内六角螺钉和圆柱销钉，其中M6~M12mm的螺钉和φ4~φ10mm的销钉最为常用。1)螺钉要均匀布置，尽量置于被固定件的外形轮廓附近。当被固定件为圆形时，一般采用3~4个螺钉，当为矩形时，一般采用4~6个。销钉一般都用两个，且尽量远距离错开布置，以保证定位可靠。螺钉的大小应根据凹模厚度选用。2)螺钉之间、螺钉与销钉之间的距离，螺钉、销钉距刃口及外边缘的距离，均不应过小，以防降低强度。4)圆柱销孔形式及其装配尺寸可参考相关资料。连接件的销孔应配合加工，以保证位置精度，销钉孔与销钉采用H7/m6或H7/n6过渡配合。5)弹压卸料板上的卸料螺钉，用于连接卸料板，主要承受拉应力。根据卸料螺钉的头部形状，也可分为内六角和圆柱头两种。圆形卸料板常用3个卸料螺钉，矩形卸料板一般用4或6个卸料螺钉。由于弹压卸料板在装配后应保持水平，故卸料螺钉的长度L应控制在一定的公差范围内，装配时要选用同一长度的螺钉，卸料螺钉孔的装配尺寸见相关资料。4.7模具闭合高度及各主要零部件关系模架是由上、下模座、模柄及导向装置（最常用的是导柱、导套）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，并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台面。上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。上模座：L/mm=125下模座：L/mm＝125导柱：d/mmL/mm=22130导套：d/mmL/mmD/mm=223575垫板的厚度定为：8mm凸模固定板的厚度定为：15卸料板厚度取：10mm凹模厚度：20mm模具的闭合高度：H＝149mm压力机的最大闭合高度为：220mm，所选的J23-25的压力机可以满足模具设计闭合高度的需要.第五章模具材料的选用要求和选择原则利用模具生产制品零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重要性条件。而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。5.1冷冲模材料的选用要求冷冲模材料应具有的性能：冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的性能。1.应具有较高的变形抗力：主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。其中硬度是模具注意重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作零件热处理后的硬度在60HRC强度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。2.应具有较高的断裂抗主要抗力指标有材料的抗冲击性能抗压强度、抗弯强度断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性，也是作为防止断裂的一个重要依据。其基体中碳含量越高冲击韧性越高。故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性。3.应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，需要在硬度高的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物相同硬度下，提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用有刮痕凹槽等。4.应具有较好的冷、热加工工艺性：钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。5.2材料的选择原则1.要选择满足模具零件工作要求的最佳综合性能的材料：要选择满足模具零件工作要求的最佳综合性能的材料；2.要针对模具的失效形式选用钢材，钢材的失效是影响模具寿命的主要因素包括：=1\*GB2⑴为防模具开裂，要选用韧性好的材料；=2\*GB2⑵为防磨损，应选用合金元素高的材料；=3\*GB2⑶对于大型冲模应选用淬透性好的材料；=4\*GB2⑷为保持钢材硬度能力，要选用耐回火性高的含铬、钼合金钢；=5\*GB2⑸为防热处理变形，对于形杂的零件应选用含碳量高、淬透性好的高合金材料。3.要根据制品批量大小，以最低的成本的选材原则选用；对于需冲压数量较多模具，一般采用优质合金钢，而数量少的则采用碳素钢，以降低成本。4．要根据冲模零件的作用选择；凸模凹模钢材选用，对于数量不多或厚度不大的可采用有色金属或黑色金属，而对于支撑板、卸料零件、导向件应选用一般钢材。5．要根据冲模精密程度选用。在制造小型精密模具而又复杂时可选用优质合金钢制作，而对于比较简单，形状、精度有要求不高的模具应选用比较便宜的碳钢或低合金钢。

第六章绘制模具总装图及零件图运用AutoCAD软件，按照上述几章设计的尺寸，绘制模具装配总图及各零件图。总装配图按照0#图纸绘制，零件图则按照其它型号的图纸绘制。图样幅面应符合国家(GB4457.1-84)。先绘制装配草图，经指导老师认可，才进行正式图的绘制。绘图过程中严格按照国标制图标准绘制。6.1装配图绘制装配图应用足够说明模具构造的投影图及必要