毕业设计（论文）-异形垫片冲压倒装复合模设计

目录前言 3设计任务书 51制件的工艺性分析及冲压工序安排 61.1零件工艺分析 61.1.1冲裁件的材料分析 61.1.2冲裁件的结构工艺性 61.1.3冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度 61.2确定工艺方案 61.2.1工艺方案分析 61.2.2冲压工艺方案确定 72模具结构形式的确定 82.1模具类型的选择 82.2定位方式的选择 82.3卸料、出件方式的选择 82.4.导向方式的选择 93冲压工艺设计 103.1冲裁排样图设计及材料利用率计算 103.1.1排样方法的确定 103.1.2搭边 103.1.3搭边值的确定及排样方案的确定 113.1.4材料利用率计算 113.3冲压力计算 123.4冲裁压力中心的确定 143.5冲压设备的选择及设备工作能力 154模具工作零件的刃口尺寸和公差值的计算 164.1凸模与凹模刃口尺寸的确定 164.2工作零件的结构设计 174.2.1凹模尺寸 174.2.2凸模尺寸 184.2.3凸凹模尺寸 205压力机的校核及其他冲裁零件的选择 225.1压力机的校核 225.2其他冲裁零件 225.3模架的选择 23小结 24致谢 25参考文献 26前言板料成形一般称为冲压，它是对厚度较小的板料，利用专门的模具，使金属板料通过一定模孔而产生塑性变形，从而获得所需的形状、尺寸的零件或坯料。冲压这类塑性加工方法可进一步分为分离工序和成形工序两类。分离工序用于使冲裁件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成形工序用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。随着生产技术的发展，还不断产生新的塑性加工方法，例如连铸连轧、液态模锻、等温锻造和超塑性成形等，这些都进一步扩大了塑性成形的应用范围。塑性加工按成形时工件的温度还可以分为热成形、冷成形和温成形三类。热成形是充分进行再结晶的温度以上所完成的加工，如热轧、热锻、热挤压等；冷成形是在不产生回复和再结晶的温度以下进行的加工，如冷轧、冷冲压、冷挤压、冷锻等；温成形是在介于冷、热成形之间的温度下进行的加工，如温锻、温挤压等。本工件的成形属于冷成形。虽金属塑性成形的方法多种多样，具有各自的特点。但它们具有共同的特点，即都要利用金属的塑性，并都要借助于一定的外力使其产生塑性变形，这就是所谓的金属塑性加工。金属的塑性加工是以塑性为前提条件。塑性越好，则预示着金属具有更好的塑性成形适应能力，允许产生更大的变形量；反之，如果金属一受力即行断裂，则塑性加工也就无从进行，因而，从工艺角度出发，人们总是希望变形金属具有良好的塑性。因而对金属塑性成形工艺应提出相应的要求：1）使金属具有良好的塑性；2）使变形抗力小；3）保证塑性成形件质量，即使成形件组织均匀、晶粒细小、强度高、残余应力小等；4）能了解变形力，以便为选择成形设备、设计模具提供理论依据。设计任务书生产批量：大批量；材料：06Mn；材料厚度：0.6mm；本次设计题目是异形垫片冲压模具设计，该工件具有落料、冲孔2个工序，本次设计中主要分析和设计落料冲孔复合模具。1制件的工艺性分析及冲压工序安排1.1零件工艺分析1.1.1冲裁件的材料分析异形垫片的材料为16Mn。16Mn的具体参数如表2-1所示。表2-1部分碳素钢抗剪性能牌号抗剪强度（Mpa）抗拉强度（Mpa）屈服点（Mpa）16Mn500650330由上表2-1可知：16Mn是力学性能、化学性能良好的一种金属，具有较好的冲裁成形性性能，适合要求较高的零件。综合评比均适合冲裁加工。1.1.2冲裁件的结构工艺性零件结构相对复杂，有落料和冲孔工序加工而成。零件中有3个圆形孔，两个直径为15mm的孔位于平面上，对称分布，还有1个直径为36mm的孔位于垫片中间。1.1.3冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度该零件上尺寸都未注尺寸公差，所以尺寸公差由公差等级表查得：对于未注公差尺寸，属于自由尺寸，按IT13查表。粗糙度要求Ra3.2。1.2确定工艺方案1.2.1工艺方案分析该零件的主要成形方法是落料和冲孔。根据以上基本工序，可拟定出以下三种冲压工艺方案：方案一：落料、冲孔单工序模 方案二：落料冲孔复合模完成方案三：采用多工位级进模1.2.2冲压工艺方案确定分析比较上述三种工艺方案，可以看出：方案一模具简单，数量多，冲压效率低。方案二相对于方案一模具较复杂，数量减少，冲压效率提高。方案三相对于前两种方案模具最复杂，制造周期长，数量最少，冲压效率最高，但是由于级进模的结构会比较复杂，设计模具和加工模具都比较困难，所以采用复合模的方案。2模具结构形式的确定2.1模具类型的选择通过以上的分析，我们可以知道模具采用的是落料冲孔复合模，但是复合模又分为正装复合模和倒装复合模。所以我们有两种选择，一种是正装落料冲孔复合模，另一种是采用倒装落料冲孔复合模。模具类型对比：方案一：正装落料冲孔复合模采用的是凸凹模在上模，最后成形的工件在下模，冲孔废料在上模凸凹模内部。每次冲裁完成后都进行卸料，冲孔废料不会进行堆积。所以正装复合模对工件壁厚的要求相对会小点。方案二：倒装复合模采用的是凸凹模在下模，最后成形的工件在上模型腔内，一般通过推板推出工件。而冲孔废料会堆积到冲孔型腔内部，所以对凸凹模的壁厚要求比较高，也就是工件的壁厚也要求会高点。通过工件的分析可知，有工件的壁厚足够，采用倒装复合模能够满足生产的需求，因为倒装复合模设计比较简单，所以最终我们选择用倒装复合模。2.2定位方式的选择定位方式一般采用的有挡料销和侧刃定距，侧刃定距一般使用在级进模中，复合模中一般采用挡料销，所以我们设计采用挡料销进行定位。2.3卸料、出件方式的选择卸料方式分为固定卸料板和弹性卸料板。固定卸料板一般针对工件比较厚，精度要求较低的模具。固定卸料板一般具有两个作用，主要的作用就是卸料，同时还有对凸、凹模进行导向的作用。弹性卸料板一般针对的是工件比较薄，精度要求较高的模具，尤其是工件的平整性要求高的。弹性卸料板处理具有卸料和导向的作用，同时还具有压料的作用，一般弹性卸料板具有橡胶或者弹簧作为弹性元件，通过这些弹性元件提供的力可以起到压料的作用。本次设计工件的厚度为0.6mm，由于工件较小，卸料力不是很大，需要采用弹性卸料板。2.4.导向方式的选择而导向采用的是导料销，导料销和挡料销作用不同，但是结构可以采用一样的机构。本次设计中采用固定挡料销进行导料和定位。3冲压工艺设计3.1冲裁排样图设计及材料利用率计算 3.1.1排样方法的确定排样方式我们常用的有三种：1直排；2斜排；3对直；4混合排。设计的时候有很多因素来确定使用哪种方式想，相关的因素有工件的外形、厚度以及使用的材料。下面分别对三种方式进行对比：方案一：有废料排样，工件的四周留有材料，所以最后的冲压件完全依靠模具来确定，能够保证工件较高的精度。这样的模具具有寿命高的好处，但是有在一定程度上降低材料利用率。方式二：少废料排样，工件的只有部分面有板料搭边，另外的没有板料搭边的位置依靠剪料的精度来确定，比有废料排样的材料利用率稍高。方式三：无废料排样，冲件的质量和模具寿命更低些，但材料利用率最高。本次设计中夹具床铰链的精度要求比较高，所以通过多方面分析我们采用有废料的排样方式。采用复合模的生产方式，工件采用单直排样方式。3.1.2搭边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。3.1.3搭边值的确定及排样方案的确定一般板料越厚，材料越软以及冲裁件尺寸越大，形状越复杂，则搭边值也应更大。工件的厚度为0.6mm，工件间搭边值a=1.8mm、侧面a=2.0mm。3.1.4材料利用率计算排样方式如下：图3-3排样图条料的宽度：B=(D+2a)0-Δ式中，B—条料宽度；D—工件在宽度方向的尺寸；a—侧搭边最小值；△—宽度偏差；条料的宽度确定公式如下：B=(98+2×2)0-0.5=1020-0.5mm条料的步矩：S=L+b式中，S—冲裁步距；L—先选择送料的方向，工件在送料方向上的最大尺寸，毛坯尺寸的最大值；b—沿送进方向的搭边值S=L+b=46+1.8=47.8材料利用率定义为：η=A/BS×100%式中，η—材料利用率；A—工件的面积，由二维软件测得：A=3436.4mm2B—条料宽度；S—冲裁步距。η=A/BS×100%=3436.4/102×47.8×100%=70.48%3.3冲压力计算冲裁力的计算冲裁力公式[5]：F=KLtτ(3-1)式中，L—冲裁刃口的周长的尺寸（mm）；t—推车轮刹车踏板零件的厚度（mm）；τ—推车轮刹车踏板材料的抗剪强度（MPa）；工件的材料为16Mn，由材料分析指500MPa。K—调整系数。一般根据经验选择1.3，这个参数的影响为主要受工件和模具的影响。将所知的数据带入：外形的冲裁力：落料轮廓周长为235.5mmF=1.3×235.5mm×0.6mm×500MPa=92KN内形的冲裁力：冲孔轮廓尺寸约为207.4mmF=1.3×207.4mm×0.6mm×500MPa=81KN计算卸料力与推件力的大小卸料力和推件力的影响因素：1材料的性能2钣金件的厚度以及材料3模具设计时，凸凹模间隙的选择4模具工作过程中润滑油的使用。根据长期的实现生产，得出如下所示的经验公式，具体公式如下[7]F卸=K卸F(3-2)F推=K推F(3-3)F顶=K顶F(3-4)式中，F—冲裁力（N）；K卸—卸件力；K推—推件力；K顶—顶件力。该模具采用的是弹性卸料板，倒装复合模凸凹模在下模，废料每次冲裁后依靠漏料孔落下，所以推件力计算的时候按卡住6个工件。表3-2卸料力、推件力和顶件力系数料厚/mmK卸K推K顶钢≤0.1＞0.1~0.5＞0.5~3＞3~6.5＞6.50.065~0.0750.045~0.0550.04~0.050.03~0.040.02~0.020.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝及铝合金紫铜、黄铜0.025~0.080.02~0.060.03~0.070.03~0.09注：卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。通过查表3-2得K卸=0.045K推=0.055通过计算得出卸料力和推料力：F卸=0.045×92KN=4.14KNF推=6×0.055×81KN=26.8KN总冲压力的计算通过将上面的计算进行汇总计算公式如下；F总=F+F卸+F推+F压=92+81+4.14+26.8=204KN3.4冲裁压力中心的确定对于规则的图形，一般选择几何中心作为模具的压力中心，而无需计算，如果工件比较复杂，或者有多个凸模，我们可以采用解析法进行详细的计算。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置0，0（x=0，y=0），即为所求模具的压力中心。(3-5)(3-6)工件关于中心对称，所以压力中心选择为几何中心，设计合理。3.5冲压设备的选择及设备工作能力本模具在冲裁过程中总的冲压力F总=204KN，通过对冲压力的比对和对推车轮刹车踏板材料力学性能的分析，初步选择J23-25型号的压力机，它的技术参数可以通过表3-4进行查找：表3-4开式压力机规格及参数[6]型号J23—10J23—16J23—25J23—35J23—63公称压力/KN100160250350630滑块行程/mm455565100120最大闭合高度/mm180220270290360闭合高度调节/mm3545556070滑块中心线至床身距离/mm130160200200300滑块底面尺寸/mm前后150180220220300左右170200250250260模柄孔尺寸/mm直径3040404050深度35606060804模具工作零件的刃口尺寸和公差值的计算4.1凸模与凹模刃口尺寸的确定通过查表8-2可得[9]：如果尺寸的精度为IT10级以上磨损系数选择为x=1；同理如果尺寸精度达到IT1—IT13磨损系数选择为x=0.75；如果精度是IT14以下磨损系数的值是0.5。表4-1磨损系数精度等级IT10以下IT1—IT13IT14以下磨损系数10.750.5在所有的尺寸中，属于A类尺寸：、属于B类尺寸：、属于C类尺寸的有：具体计算如表4-2所示。表4-2凸、凹模刃口尺寸计算磨损类型带偏差尺寸计算公式凸凹模刃口尺寸注释A保证双边间隙为0.07-0.09。BCCj=(Cmin+)4.2工作零件的结构设计4.2.1凹模尺寸 凹模外形的确定凹模的形状一般和冲压件的材质以及厚度有关，其主要决定因素的为工件的厚度。所以一般通过工件的厚度来计算凹模的外形尺寸。凹模的外形计算的经验公式如下所示：凹模板厚度尺寸H=Kb1（4-1）凹模板型孔和边的距离尺寸c>1.5H（4-2）最终凹模的边长A=b1+2c（4-3)最终凹模的宽度B=b2+2c（4-4）式中，b1—推车轮刹车踏板零件的长度方向的最大尺寸；b2—推车轮刹车踏板零件的宽度方向最大外形尺寸；K—系数，主要受到板料厚度的影响，查表4-3可得。表4-3系数K值[3]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通过查表4-3得：K=0.2。根据公式可得：H=Kb2=0.2×98=19.6（mm）c>1.5H=1.5×19.6=29.4（mm）设计的时候，不但要考虑计算的凹模的壁厚和厚度，还要根据模具的实际结构进行分析。最终结合复合模的实际情况选取：L×B×H=200mm×160mm×30mm。凹模刃口结构方式的确定由于采用的是倒装复合模，工件比较复杂，所以凹模的刃口一般选择直通式的，这样还可以提高凹模的强度和刚度。凹模精度与材料的确定凹模是模具主要的工作零件之一，凹模的设计直接就影响模具的寿命，同时凹模设计的好坏还关系到工件的质量。所以我们通过经验选择常用的材料Cr12，表面粗糙度为Ra0.84.2.2凸模尺寸模具中冲孔凸模一般设计成阶梯式的结构样式，固定的时候可以依靠台阶固定，也可以使用螺钉固定。设计的凸模高度的固定要根据模具的实际情况，凸模的结构尺寸计算示意如图4-1所示。图4-1凸模高度尺寸凸模高度为：L=h1+h2+h(4-5)式中，h1—凸模固定板的厚度，可得：h1=20mm；h2—推件器的厚度，可得：h2=19mmh—凸模进入凹模的尺寸以及推件器和凸模固定板的间隙，可得：11mm由公式(4-5)得：L=h1+h2+h=50(mm)凸模是工件的主要工作零件之一，要去必须较高的耐磨性，而且每次冲压它都会受到很大的冲撞力，所以我们选择和凹模一样的材料，材料为Cr12,该模具材料热处理为58～62HRC。凸模作为工作零件，直接决定了工件的精度，根据实际需要，应该选择使用IT7级，表面粗糙度为Ra1.6um。4.2.3凸凹模尺寸凸凹模的外形由本套模具所设计的零件图样外形确定。凸凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量，一般根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的，与落料凹模配合确定，其内孔尺寸与冲孔凸模配合确定。由于冲模为复合模，所以材料要有良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性、热处理工艺性等。Cr12钢具有较好的淬透性，很高的耐磨性，有较高的冲击韧度和承载强度，且淬火变形小。为满足以上要求，在该模具中凸凹模材料选用Cr12钢。零件精度：由于该零件为工作零件，起主要成型的作用，对精度要求较高，外形精度公差为IT7。本设计采用的是倒装式复合模，故凸凹模在下模，采用上出件方式。凸凹模洞口的类型如下图4-4所示，其中a、b、c型为直筒式刃口凹模，其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。但因废料的聚集而增大了推件力和凸凹模的涨裂力，给凸、凸凹模的强度都带来了不利影响。一般复合模和上出件的冲裁模用a、c型，下出件用b、d型，其中d型是锥筒式刃口，在凸凹模内不聚集材料，侧壁磨损小，但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大。综上所述，本设计选用a型直通式的洞口。(a)直通式(b)直通式(c)直通式(d)锥筒式(e)锥形式图4-2凸凹模洞口的类型5压力机的校核及其他冲裁零件的选择5.1压力机的校核该模具的闭合高度由以下零件高度相加之和求的。该模具闭合高度：H闭=H上+H下+H垫+L+H-h（5-1）式中：L-冲孔凸模长度；H-凸凹模厚度；h-冲孔凸模冲裁后进入凸凹模的深度h=2mm。根据公式（8-1）得模具的闭合高度为：H闭=H上+H下+H垫+L+H-h=238（mm）可见该模具的闭合高度在所选模具闭合高度之间，则该模架可以使用，该模具的闭合高度小于所选压力机型号为J23-25的最大闭合高度为270mm，需要添加垫板才可以使用。根据模具闭合高度、冲裁力等，压力机型号为J23-25，能满足各项要求，因此选取J23-25号压力机。5.2其他冲裁零件在模具设计过程中，冲头直径较小，但比较高，因此采用弹性卸料会更好。推板的边界的边缘的形状和大小相同的凹模。卸料板与凸凹模的间隙值取0.1mm[10]。卸料板的尺寸要和凹模的一致，因此计算出凹模的外形，也就确定了卸料板的长度以及宽度，卸料板的厚度设计为15mm，最终选择卸料板的尺寸为200mm×160mm×15mm。5.3模架的选择模架是由上、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。改模具选择后侧导柱模架。导柱：A28h6×200GB/T2861.1导套：A42H6×110GB/T2861.6模座的的尺寸L/mm×B/mm＝200mm×160mm,上模座的厚度与下模座厚度查标准分别为50mm、55mm。小结本次毕业设计的我完成的主要任务是前灯支架冲压模的设计。在模具设计的过程当中，首先需要够用cad进行分析和总体设计，然后对模具的整体结构一个设计，然后进行零部件的设计。整个的设计过程中我完成了一下内容：第一：前灯支架冲压工艺，其中包含冲压工艺分析，机构分析，材料分析同时结合以上内容进行工艺制定。第二：排样图的设计，本次设计中我们采用了直排的排样方式。第三，计算模具的冲裁力，根据冲裁力选出合适的压力机。第四：刃口的分析和计算，结合刃口的计算来提供模具的寿命，不合适的刃口，会大大降低模具的寿命。第五：通过计算和分析，来选择合适的标准件，可以实现互换性以及大批量的生产。本设计的优点是利用复合模的生产方式，提高了模具的生产效率，同时提高了材料的利用率大大节省了成本。致谢马上就要毕业了，为了能让我们顺利的毕业老师也付出了很多的努力，同学们也都在准备着自己的毕业论文，由于自己的贪玩，所以在专业知识上有所不足，经常为自己的毕业论文发愁和不知所错，多谢老师不辞辛苦的为我补习并且为我