毕业设计（论文）-长方形垫片落料冲孔复合模设计

目录TOC\o"1-3"\h\u55411引言 3322692冲裁模工艺及模具设计 4290992.1冲裁件的工艺性分析 4213722.2确定工艺方案 4282822.3冲裁件的排样和搭边 5145632.3.1计算零件展开尺寸 5126582.3.2排样 66582.3.3搭边 6225792.3.4条料宽度和导尺间距离的计算 6204772.4冲裁工艺力 8172902.4.1凸﹑凹模间隙值的确定 8187712.4.2凸﹑凹模刃口尺寸的确定 87922.4.3冲裁力的计算 9284432.4.4卸料力﹑推件力和顶件力计算 9120402.4.5模具压力中心的确定 10131982.4.6初步选定冲压设备 10103732.5冲裁模主要零部件的结构设计 1150462.5.1凸模、凹模的结构设计 11160832.5.2凸凹模的结构设计 13221782.5.3定位零件的设计与标准 13261632.5.4卸料与推件零件的设计 1428672.5.5导向零件设计与标准 15222772.5.6紧固零件的设计与标准 16249072.5.7橡胶垫的计算 16242492.5.8模柄的选用 1785412.5.9凸模固定板与垫板 18147402.5.10冲模模架的型号与选择 19239952.5.11模具闭合高度 19172352．6模具结构图 214882参考文献 221引言模具在现代生产中，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：①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。②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。③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。④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。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。本课题通过对产品零件零件的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。2冲裁模工艺及模具设计2.1冲裁件的工艺性分析如图2-1所示工件为产品图，材料为Q235，料厚为t=0.8mm，生产性质属大批量生产，要求表面无划痕。图2-1产品图二维图①零件的经济性分析该零件是一个简单的固定件。通过孔Φ4.2mm的孔起到固定的作用。零件不承受任何外力，对强度﹑刚度要求不高。零件尺寸公差无特殊要求，按IT13级选取，大批量生产，所以适合冲裁加工。②冲裁件的结构工艺性，见表2-1所示内容：表2-1冲裁件的结构工艺性工艺性质冲压件工艺项目工艺性允许值工艺性评价1形状落料外形符合工艺性冲孔圆孔Φ4.2mm2孔径2个Φ4.2≥1.3t符合工艺性4孔边距2.9mm≥2t符合工艺性5孔心距18mm≥2t符合工艺性2.2确定工艺方案从零件的结构形状可知，零件所需的冲压基本工序为：落料，冲孔。根据零件特点和工艺要求，可能有的冲压工艺方案如下：方案一：落料—冲孔，采用两套单工序模生产。方案二：冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。方案三：落料—冲孔复合冲压，采用倒装式复合模。方案性能比较见表2-2内容所示，考虑零件精度不高，定位准确。从经济性的角度故选择方案三。表2-2冲压工艺方案比较项目方案一方案二方案三模具结构简单复杂复杂模具寿命模具寿命长模具寿命长模具寿命短冲件质量形状尺寸精度较差形状尺寸精度较差形状尺寸精度高模具数量2套1套1套生产效率低高高方案二也只需一套模具，生产效率也较高，但与方案三相比，生产的零件的精度较差。需要保证冲压件的形状位置精度，需要在模具上设置导正销导正，模具制造及装配较复合模略微复杂。所以，第三方案合适。2.3冲裁件的排样和搭边2.3.1计算零件展开尺寸应用CAD设计软件进行计算，如图2-2-1所示，坯料总尺寸图2-2-1CAD测量零件的尺寸2.3.2排样为了节约金属和减少废料，考虑到坯料形状为矩形，采用单排最适宜。具体排布如图2-3所示。图2-3排样图2.3.3搭边为了补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证材料有一定刚度，便于送料。取搭边沿边a=3mm，工件间a1=3mm。2.3.4条料宽度和导尺间距离的计算条料宽度B按下式计算，其中Z0=0.5，δ=0.5，查表[4]得剪切条料宽度公差与导料板之间的间隙如表2-4和表2-5所示：（2.1）式中：B—条料宽度（mm）；L—冲裁件垂直于送料方向的尺寸（mm）；a—搭边（mm）；δ—条料宽度公差（mm）；Z0—条料与导尺间的间隙（mm）。表2-4剪切材料宽度公差条料宽度B材料厚度t1~3≤500.5表示2-5条料与导料板之间的间隙条料厚度t无侧压装置≤100＞1~50.8图2-4条料宽度的确定其中，送料步距：式中D-平行于送料方向的冲裁件宽度；a-冲裁件之间的搭边值所以，材料利用率为2.4冲裁工艺力2.4.1凸﹑凹模间隙值的确定通过查表选取法，选择Zmin=0.008mm，Zmax=0.012mm。（查[4]表得冲裁模刃口双面间隙Z（机电行业用））。2.4.2凸﹑凹模刃口尺寸的确定由表查得Z=0.008mm，Z=0.012mm则Z-Z=0.012-0.008=0.004mm 1）落料部分分为两部分：一是矩形，二是Φ4.2mm的两个半圆。对于矩形的部分：查表得出凸凹模的制造偏差为δ=+0.03mmδ=-0.02mm|δ|+|δ|=0.05mm≤0.114mm对于Φ4.2mm的圆部分：查表得出凸凹模的制造偏差为δ=+0.02mmδ=-0.02mm|δ|+|δ|=0.04mm≤0.114mm2）冲孔部分：查表得出凸凹模的制造偏差为δ=+0.02mmδ=-0.02mm|δ|+|δ|=0.04mm≤0.114mm所以以上均能满足分别加工时|δ|+|δ|≤Z-Z的要求查表得出矩形x1=0.75，Φ4.2mm的圆①落料时：②冲孔时2.4.3冲裁力的计算一般情况下，对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可以如下计算：式中L—冲裁件周边长度（mm）；t—材料厚度（mm）；K—安全系数τ—材料抗剪强度（MPa）所以压力机采用弹压卸料装置和下出件模具：2.4.4卸料力﹑推件力和顶件力计算在设计过程中，采用弹性卸料装置和下出料方式，凹模刃口直臂高度h=6mm。卸料力：由表[4]查得K卸=0.03（2.12）推件力：由表2-2查的K=0.05n=h／t=6(2.13)(2.14)冲压力：(2.15)式中：K—卸料力系数，见表[4]；K—推件力系数，见表[4]；n—同时卡在凹模中的工件（或废料）数目，n=h／t,h为凹模腔口高度，mm，t为材料厚度，mm；F卸—卸料力（KN）；F顶—推件力（KN）。表2-7卸料力、推件力、顶件力系数料厚（mm）F卸F推F顶钢﹥0.5-2.50.025-0.060.050.06注：卸料力系数F卸在冲多孔，大搭边和轮廓复杂时取上限值。2.4.5模具压力中心的确定冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，提高模具及压力机寿命。因该支架形状对称，则压力中心位于其对称中心线的交点。2.4.6初步选定冲压设备通过以上计算分析，F总=69KN，因为1.3F=89.7KN≤250KN，所以综合考虑之后选择250KN的开式压力机，相关数据（参照表[1]开式可倾工作台压力机的主要参数）如下：表2-9开式可倾工作台压力机的主要参数标称压力／tf25／KN250标称压力时，滑块离下死点距离／mm6滑块行程／mm80行程次数／次。Min-1100最大封闭高度固定台和可倾式／mm250活动台最低／mm360位置最高／mm180封闭高度调节量／mm70滑块中心到床身的距离／mm190工作台尺寸左右／mm560前后／mm360立柱间距离／mm260活动台压力机滑块中心到床身紧固工作台平面距离／mm180模柄孔尺寸（直径×深度）／mmΦ50×702.5冲裁模主要零部件的结构设计2.5.1凸模、凹模的结构设计（1）冲孔凸模的机构设计在设计时，凸模采用国家标准的圆形凸模型式，如图2-8所示，根据国家标准（GB2863.1~2-81）规定，这里凸模材料采用Cr12MoV。凸模尺寸如下表2-10所。：表2-10凸模相关尺寸dD(m6)L基本尺寸极限偏差4.26+0.0120L=35+15=50（15为凸模固定板的厚度，35为凹模的厚度）凸模的固定方法，这里采用台阶式凸模，将凸模压入固定板内，采用H7∕m6配合，异形凸模采用厌氧胶固定。凸模一般不进行强度校验，但对于特别细长的凸模或凸模断面尺寸小而板料厚度大时，则进行强度校验。从表2-10-1可知，所选凸模不必进行强度校验。图2-8圆形凸模表2-10-1最小的允许凸模相对直径（2）落料凹模的结构设计根据被冲材料的厚度和冲件的最大外形尺寸确定，这里系数K根据表2-24[3]查得K=0.42：凹模厚度：(2.16)这里取35mm。凹模壁厚：C=（1.5~2）H(2.17)凹模长度和宽度L、B：L=150mm，B=100mm式中：b—冲裁件的最大外形尺寸；K—系数，根据板料厚度的影响，可参照表[3]。表2-11系数K值b／mm料厚t／mm2〈500.42根据国家标准（GB2863.4—81及GB2863.5—81），凹模采用材料Cr12MoV，热处理硬度为58~62HRC。图2-9落料凹模尺寸2.5.2凸凹模的结构设计①凸凹模相关尺寸这里确定该凸凹模的最小壁厚a=4mm。同时根据国标（GB2863.5—81），选择凸凹模的材料为Cr12MoV,硬度为58~62HRC。取漏料孔φ=6mm，刃口直边高度设计存两片料，高为5mm。②凸凹模长度确定凸凹模长度HtaHta=H0-F0+FX-1+Ft（2.18）=34-3+10+15-1=55mm式中：H0—弹簧的自由长度，34mm；F0—橡胶压缩量，3mm；FX—卸料板厚度，H=10mm。Ft—凸凹模固定板厚度，H=15mm。2.5.3定位零件的设计与标准冲模的定位装置用以保证材料的正确送进及在冲模中的正确位置。设计中为保证条料送进导向的零件，采用导料板。保证条料进距的零件，采用挡料销。在设计中，采用圆形固定销相关数据如查表[6]活动挡料销。表2-10活动挡料销的选择2.5.4卸料与推件零件的设计在设计中，采用弹性卸料板，如图2-11所示，此卸料板常用于复合冲裁模，其弹力来源为弹簧或橡胶，用后者使模具装较更方便。设计时注意以下事项：卸料力一般取5%-20%冲裁力。（1）采用弹性卸料板卸料板孔和凸模的单边间隙Z／2=0.1-0.5t（t为材料厚度，mm）。卸料板孔与凸模的单边间隙值从表[1]中选取。表2-13卸料板孔与凸模的单边间隙料厚t／mm〉1单边间隙z／20.15为了可靠卸料，弹压卸料板应高出凸模0.2~0.5mm。（2）卸料板的尺寸①外形弹压卸料板的外形与同方向上的固定板的外形一致。②厚度查表[1]得弹性卸料板的厚度H。表2-14弹性卸料板的厚度H冲件料厚t／mm卸料板宽度B／mm＞80-125h0〉0.810图2-11卸料板2.5.5导向零件设计与标准在设计中，采用滑动式导柱导套结构，这种结构加工装配方便，易于标准化，但承受侧压能力差。导柱导套的间隙值应小于冲模中凸模、凹模间隙。滑动导柱的型式和尺寸见表[6]，滑动导套的形式和尺寸见表[6]。2.5.6紧固零件的设计与标准卸料板螺钉孔深度的确定见图2-12所示。H=h1+h2+h5+1-h3-L（2.19）=50+50+10+1-10-70=29mm并且H=h+h4+（3~5）式中：h—螺钉头部高度（mm）；h1—模板高度,50（mm）；h2—凸凹模高度,50（mm）；h3—卸料板厚度,10（mm）；h4—刃口修磨量,1（mm）；L—卸料螺钉长度,70（mm）。图2-12卸料板螺钉沉孔深度2.5.7橡胶垫的计算由于橡胶垫允许承受的负荷较大，而且安装调整比较灵活方便，因此，它常用做冲模中弹性卸料、顶件及压边装置的弹性元件。橡胶垫的选用原则如下：①为保证橡胶垫不过早失去弹性而损坏，其允许的最大压缩量不得超过自由高度的45%，一般取h总=（0.35~0.45）h自由。由工作行程可计算出橡胶垫高度：h自由=h工作／（0.25~0.35）(2.20)式中：h自由—橡胶垫自由状态下的高度（mm）；h工作—所需工作行程（mm）。②橡胶垫产生的力F=Sp(2.21)式中：F—压力（N）；S—橡胶垫横截面积（mm）；P—与橡胶垫压缩量有关的单位压力（MPa），由表15-6[3]查得。③核算橡胶垫的高度和直径0.5≤h／d≤1.5(2.22)式中d—橡胶垫直径（mm）。根据工件材料厚度为2mm，冲裁时凸模进入凹模深度取1mm，考虑模具维修时刃磨留量3mm，在考虑开启时卸料高出凸模1mm，则总的工作形成h工作=7mm，根据式(2.22)，橡胶垫的自由高度h自由=h工作／（0.25~0.35）=20~28mm。取h自由=28mm。模具在组装时橡皮的预压缩量为h预=h自由×（10%~15%）=2~4.2mm。取h预=2mm由此可算出模具安装橡皮的空间高度尺寸为28+2=30mm，这里选择高度为34mm的橡胶。2.5.8模柄的选用中小型冲模通过模柄将上模固定在压力机的滑块上。在安装模具时应注意模柄尺寸与压力机模柄孔直径要一致。参照表[3]模柄(G2862.1-81)，相关数据如下:表2-15凸缘模柄d(d11)D1Hh基本尺寸极限偏差100601850±0.052.5.9凸模固定板与垫板①凸模固定板凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸除应保证凸模安装孔外，还要考虑螺钉与销钉孔的位置。设计中采用矩形固定板，厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍。所以H固定板=（0.6~0.8）H=15~20mm。凸凹模固定板尺寸，外形为矩形，厚度为15~20mm,这里取15。图2-13凸模固定板②垫板垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，保护模座以免被凸模断面压陷。冲裁凸模是否加垫板，应根据模座承受的大小进行判断。凸模支承端面对模座的单位压力（MPa）为P=F／A（2.23）式中：F—冲裁力（N）；A—凸模支承端面积（mm2）。如果凸模支承端面的单位压力p大于模座材料的许用应力[σp](表2-39)，则需加经淬硬磨平的垫板；反之则不加。垫板厚度一般取4~12mm。垫板的常用材料T7或T8工具钢，热处理硬度为48~52HRC。垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度Ra≤0.32~0.63，本文中垫板取H=10mm。③冲孔凸模与上模板之间（见图2-14所示）。由图F=0.25πD2（2.24）=0.25×3.14×64=50.24P=P孔／2(2.25)=25.12N代入σy=P／F(2.26)=1.04（MPa）结论：本设计中上模板采用钢制材料，[σy]=200MPa，则σy＜[σy]，应加垫板。2.5.10冲模模架的型号与选择选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上及宽度上都应比凹模大30~40mm。模板厚度一般等于凹模厚度的1~1.5倍。选择模架时还要注意到模架与压力机的安装关系。设计中采用，对角式导柱模架（GB∕T2851.3—90），相关数据参照表[6]得：表2-16模架相关数据凹模周边闭合高度（参考）H零件件号，名称及标准编号1234上模座GB／T2855.7下模座GB／T2855.8导柱GB／T2861.1导套GB／T2861.6数量LB最小最大1122规格150100170220240×160×45240×160×5022×18022×95×382.5.11模具闭合高度冲模设计时，必须使冲模的闭合高度与压力机的闭合高度相适应（图2-6）。通常满足下列关系式:（Hmax-5)≥