垫片模具级进模设计

学校代码：10410 序 号：20091077本 科 毕 业 设 计题目： 垫片冲压模设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 陈力立 学 号： 20091077 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 机制092 指导教师： 胡淑芬 二O一三 年 五 月 摘 要 模具是现代工业生产中重要的工艺装备之一。在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷等生产行业中得到广泛应用。近年来，我国的模具工业也有了较大的发展，模具制造工艺和生产装备智能化程度越来越高，极大地提高了模具制造的精度、质量和生产率。 本设计是垫片的冷冲压模具设计，利用的是级进模生产的。级进模，又称为多工位级进模、连续模、跳步模，它是在一副模具内，按所加工的工作分为若干等距离的工位，在每个工位设置一个或几个基本冲压工序，来完成冲压工作某部分的加工。被加工材料，事先加工成一定宽度的条料，采用某种送进方法，每次送进一个步距。经逐个工位冲制后，便得到一个完整的冲压工件。在一副级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉深、成形等工序。一般来说，无论冲压零件形状怎么复杂，冲压工序怎样多，均可用一副级进模冲成完成。 本设计重点是在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上，主要介绍冲裁件的工艺性分析、确定冲裁工艺方案、选择模具的结构形式、进行必要的工艺计算、选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸、校核模具闭合高度及压力机有关参数、绘制模具总装图及零件图都是这次设计的主要内容。本次设计不仅让我熟悉了课本所学的知识，而且我做了把所学到的知识运用到实践当中，更让我了解了级进模设计的全过程和加工实践的各种要点。 关键词：垫片 级进模 冷冲压The pad stamps forming handicraft and design for die Abstract:The mod is one of the most important Technology and Equipment in modern industry.Its been widely used in casting ,forging,stamping plastic, rubber, glass, powder metallurgy, ceramics etc.In recent years,die industry gets larger development.die manufacturing process and the more intelligent level of production equipment improve the accuracy ,quality and productivity greatly.The graduation project is progressive die design.In a pair of mod, according to the process of the work is divided into a number of equal distance to the station, set up the basic stamping one or several steps in each station, to complete the processing of a part of the stamping work.Materials to be processed, previously processed into strip width, a feeding method, each in one step.Each station by punching, stamping workpiece will be a complete.In a progressive die, blanking, bending can be continuously completed, drawing, forming process. In general, no matter how complex shape stamping parts and stamping process are, its can make by a progressive die .This design focus on the analysis of blanking deformation process and impact factors based on quality of blanking pieces,main introduction and analysis of the blanking process,determining the plan of stamping process,selection of die structure,calculation the necessary process, selection and determination the structure and size of the main components of the mod,checking the mold height and press parameters,drawing die assembly drawings and part drawings are the main content of this design.This design not only let me know the textbook knowledge, put the knowledge into practice, but also let me understand the various points of the whole process and processing practice of progressive die design.Key words:Piecening progressive die cold stamping目 录1绪论11.2冲压基本工序、模具11.3冲压技术的现状及发展方向22工艺分析33确定零件冲裁的工艺方案44模具结构的确定44.1操作方式的选择44.2定位方式的选择44.3卸料方式的选择45工艺计算55.1排料图的设计55.2冲压力的计算65.3压力中心的计算85.4模具工作尺寸计算86主要零件设计106.1整体式凹模轮廓尺寸的确定106.2凸模固定板的设计116.3卸料板外形尺寸的确定116.4导料板的确定126.5垫板的确定126.6橡胶的选用126.7凸模外形尺寸的设计与形状的选择146.8上、下模座的设计156.9模柄的选择166.10导柱、导套的设计166.11螺钉、销钉的选择166.12导正销、挡料销、始用挡料销的设计177压力机相关参数的校核188总结19参考文献20致 谢211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。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面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。（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。（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。冲压加工在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造、铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。1.2冲压基本工序、模具在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。 复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。 冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。1.3冲压技术的现状及发展方向（1）冲压成形理论及冲压工艺方面 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。（2）冲压设备和冲压生产自动化方面 为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，国内开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。 2工艺分析 工件图如2-1所示图2-11） 冲裁件的材料性能材料为10钢，料厚2mm，具有良好的冲裁性能2） 结构分析该零件形状较简单，三个腰形孔均匀分布，用普通机械加工方法难以加工，用线切割加工效率低，成本高，孔与孔边距满足冲压要求，适合采用冲压工艺进行加工3） 尺寸分析该零件所有尺寸均未注公差，属于自由公差，按IT14级确定零件公差，一般冲压均能满足其尺寸要求4） 结论：该零件可以用冲压的方法加工3确定零件冲裁的工艺方案工序组合及其方案比较选用该零件采用冲压工艺加工，包含落料、冲孔两个基本工序，按其不同组合形式可有以下种工艺方案：方案一：落料，冲孔，采用单工序模进行加工方案二：落料和冲孔复合冲压，采用复合模进行加工方案三：冲孔落料连续冲压，采用级进模进行加工方案一模具结构简单，需要三道工序三副模具，生产效率低，累积误差大方案二因零件最小壁厚处2.5mm小于表1-9中同料复合模冲裁时要求的最小壁厚4.9mm，因此，不利于模具寿命的保证方案三只需一副模具，由于制件所有尺寸都属于自由公差，尺寸精度要求不高，只需在模具上设置导正销保证冲压件的形位精度结论：此制件采用导正销级进模生产4模具结构的确定4.1操作方式的选择 零件小批量生产，安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式，人工抬料。4.2定位方式的选择零件尺寸较大，厚度较高，需保证孔的精度及较好的定位粗定位：使用导料板控制条料的送进方向，用挡料销控制送料距离精定位：用导正销导正条料，控制零件位置精度初始定位：始用挡料销4.3卸料方式的选择采用弹性卸料装置5工艺计算5.1排料图的设计1） 搭边值的确定：根据t=2mm，查表5-1得，侧边搭边值=1.8mm；工件间搭边值a=1.5mm表5-1 搭边值表料厚t圆形或类圆形工件工件间a侧边a10.25以下1.0 1.20.251.00.81.0 1.01.51.0 1.32.02.51.51.82） 条料宽度确定：式中 冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸 导料板于条料之间间隙，查表5-2，取z=0.5mm 条料宽度公差，取=0.6表5-2导板与调料间隙表材料厚度t条料宽度B2.02.0 3.0 3.0 圆整取实际搭边值为 3)确定条料的长度：选定钢板，采取宽度方向下料，下料尺寸为4)确定送料步距： 5)每条料可冲制件数： 取n=196)排样图：根据以上数据，对工件进行排料，如下图5-1所示 图5-1 排样图7)材料利用率：在批量生产中，冲压件的材料利用率在60%80%。损失在搭边方面的废料占8%10%，料头、料尾损失占0.5%10%，损失在制件内孔占10%20%。如上图采用单排方法，材料利用率为57.6%5.2冲压力的计算1） 落料力： 式中 L 落料件周长 T 板厚 材料的抗拉强度，取=380MPa 2） 冲孔力： 3） 冲裁力： 4） 卸料力： 查表5-3得，=0.045，则 5） 推件力： 式中 n 凹模中含有制件数量，n=3 系数，查表5-3，取=0.055 表5-3 系数表料厚t/mmk1k2k3钢0.10.50.0450.0550.0630.080.22.50.040.05550.066） 冲压力： 7） 选择压力机： 选取J23-25型压力机8） 压力机主要参数： 查表：选用开式双柱固定台压力机型号：J23-25。其相关数据如下：公称压力250KN，滑块行程65mm，滑块行程次数55次/min，最大封闭高度270mm，封闭高度调节量65mm，工作台尺寸（前后X左右）370X560，垫板厚度50，模柄孔尺寸mm，电机功率2.2KW，床身最大可倾角30度。5.3压力中心的计算建立压力中心坐标系如图 图5-2 压力中心图 设每个腰形孔的压力中心到同心圆圆心的距离为d，则对应每个腰形孔的横坐标为-d/2,-d/2,d对应的压力中心横坐标为s对应的压力中心横坐标为-s整体压力中心的坐标为5.4模具工作尺寸计算通过分析制件的形状，其外形的落料凹模，凸模采用分别加工法制造，各尺寸公差如下：表5-4 间隙值表材料厚度t钢(含碳量）0.08%0.2%0.3%0.4%0.5%0.6%ZminZmaxZminZmaxZminZmax0.5 0.025 0.035 0.030 0.040 0.035 0.045 1.0 0.050 0.070 0.060 0.080 0.070 0.090 1.5 0.090 0.120 0.105 0.135 0.120 0.150 2.0 0.120 0.160 0.140 0.180 0.160 0.200 1） 落料时，以凹模为基准，查表5-5，满足的条件表5-5（分别加工法）制造公差基本尺寸 凸模制造公差 凹模制造公差180.20.020 18300.025 30800.030 2）冲孔时，查表5-4，取，以凸模为基准，冲圆孔查表5-5，满足的条件冲腰形孔，查表5-5，所得尺寸公差分别为6主要零件设计6.1整体式凹模轮廓尺寸的确定凹模厚度： 取H=22mm 凹模壁厚： 取C=38mm宽度 长度 ，查表3-12，取；取长度L=222mm式中b 凹模刃口的最大尺寸 k 系数，查表6-1取k=0.42 表6-1 系数表凹模刃口长度/mm材料厚度0.512332000.10 0.12 0.15 0.18 0.22 直壁式凹模的刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变，因此凹模形状采用直壁式的。选择对角导柱模架，考虑选用标准模架，确定凹模的尺寸为250x160x22，凹模外形如图6-1 图6-1 凹模6.2凸模固定板的设计取凸模固定板的外形尺寸与凹模外形尺寸一致，其厚度取凹模厚度的0.6倍0.8倍，即12.616.8mm，考虑到凹模的最大尺寸为50mm，为保证固定的稳定取22mm厚度，故凸模固定板的外形尺寸为：250x160x22.固定板上的凸模安装孔与凸模采用过度配合H7/m6。凸模固定板只起连接作用，材料选用Q235。其外形图如图6-2 图6-2 凸模固定板6.3卸料板外形尺寸的确定外形尺寸与凸模固定板相同，厚度取凹模厚度的0.60.8倍。确定卸料板的外形尺寸为200x160x12.因装有导料板，卸料版凸台高度H为导料板高度h为卸料版凸台高度t为版聊厚度卸料板工作时受到卸料力作用，选材料45钢。其外形如6-3所示 图6-3 卸料板6.4导料板的确定冲压材料厚度2mm，选用导料板厚度为8mm，由两个对称结构的导料板与凹模装配后其导向作用，因此装配后的导料板尺寸与凹模外形尺寸一致，导料板材料T8A，经淬火热处理。其外形如6-4所示 图6-4 导料板6.5垫板的确定垫板外形尺寸与凸模固定板相同，厚度取8mm，材料T10A，经淬火热处理。其外形图如图6-5所示 图6-5 垫板 6.6橡胶的选用1）卸料橡胶的自由高度总的工作行程；根据工件材料厚度2mm，冲裁时凸模进入凹模深度为0.5mm左右，考虑模具维修时刃磨余量2mm，模具开启时卸料板高出凸模1mm，凸模相对卸料板位移，则总的工作行程。橡胶的自由高度取模具在组装时橡胶的预压量取由此可知模具中安装橡胶的空间高度尺寸为29mm2）截面尺寸确定查图3-22，选取矩形橡胶，其单位压力为，则 考虑凸模安装孔面积橡胶垫截面积为选用与凹模外形相同的橡胶形状，其面积大于10363，足够使用。橡胶外形如图6-6所示图6-6 橡胶6.7凸模外形尺寸的设计与形状的选择由于采用弹性卸料方式，凸模长度：式中 L 凸模长度 凸模固定板厚度 卸料板厚度 增加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模深度， 凸模固定板与卸料板之间的安全距离，橡胶处于工作 状态的厚度等，取h=29mm凸模材料：参照冲压模具设计与制造选用T10A，淬火至硬度5860HRC。对最小截面凸模进行承压能力校核：满足条件进行失稳弯曲弯曲应力的校核：对于一般截面形状的凸模，当无导向是，最大长度为J为凸模最小截面惯性矩()F为凸模所受总压力（N）满足条件故取凸模长度L=70mm对于三个非圆形工作截面的凸模采用凸缘式凸模，为方便安装以及避免干扰采用直通式凸模，的凸模上要安装的导正销，故采用标准圆凸模，图形如下6-7所示 圆凸模 圆柱头直杆圆凸模 凸模 图6-76.8上、下模座的设计上、下模座材料选用HT200，选用矩形模座，外形尺寸比凹模相应尺寸大，厚度为凹模厚度的倍。选择标准对角导柱滑动模架：上模座 GB/T2855.1，外形尺寸为250x160x45，下模座 GB/T2855.1，外形尺寸为250x160x55。其外形图6-8所示 下模座 上模座 图6-86.9模柄的选择由装配要求,模柄与模柄孔配合为H7/m6并加销钉防转,模柄长度比模柄孔深度小510mm,选择压入式模柄，模柄头部尺寸与冲床模柄孔一致，根据压力机J23-25的相关参数可知，模柄的外形尺寸为，模柄材料Q235A。其外形图如6-9所示 图6-9 模柄6.10导柱、导套的设计采用滑动导柱、导套，材料20钢，进行表面渗碳处理，渗碳后的淬火硬度为58HRC62HRC,根据模架国家标准：导柱选用：GB/T2855.1，外形尺寸为：,导套选用：GB/T2855.1，外形尺寸为：,6.11螺钉、销钉的选择1） 螺钉的选择上模座、垫板和凸模固定板用六角螺栓M10X65连接，数量4个：定位销，数量2个下模座与凹模用内六角螺钉M10X65连接，数量4个；定位销，数量2个导料板于凹模用内六角螺钉M8X20连接，数量2个；定位销，数量2个2） 卸料螺钉的选择根据卸料力4.996KN，布置4个卸料螺钉，每个卸料螺钉所承受的卸料力不少于1249N，查表6-2，选用M10规格螺钉足够满足要求螺钉长度的确定：垫板厚度+凸模固定板厚度+橡胶工作长度+上模座孔配合长度+下模座孔配合长度+卸料板行程=6+20+19+12+10+6=73mm取螺钉的系列长度为65mm（通过调整上模座配合长度来保证得到标准系列的卸料螺钉)表6-2 许用载荷表螺钉直径许用载荷/KN45Q235AQ275AM63.12.32.9M85.84.35.2M109.26.98.3M1213.29.911.96.12导正销、挡料销、始用挡料销的设计导正销的头部有圆锥形的导入部分和圆柱形导正部分组成，导正销的基本尺寸可按下式计算： 导正销圆柱定位部分长度查表6-3，式中 冲孔凸模的直径，取18.1mm 导正销与冲孔凸模直径的差值，查表6-4，由于导正销直径较大，选择d形结构导正销 表6-3 导正销圆柱段高度h料厚t冲裁件孔尺寸d1.510202525501.51.5101.21.51.530.6t0.8tt350.5t0.6t0.8t 表6-4 导正销与冲孔凸模直径的差值a料厚t 冲孔凸模直径1.566101016 162424321.50.040.060.060.080.091.530.050.070.080.10.12350.060.080.10.120.16挡料销与导正销的位置关系挡料销与导正销的中心距为 式中 送料步距，51.5mm 落料凸模直径，（49.654-0.020）mm D 挡料销头部直径，10mm始用挡料销的选择导料板厚度为8mm，根据JB/T7649.1-1994，选择始用挡料销为71x6的型号7压力机相关参数的校核模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间，否则就不能保证正常的安装与工作。其关系为故应加垫板保证正常的安装8总结 此次垫片冲压模具设计是在学习冲压工艺和模具设计后进行的，本模具的主要作用就是落料和冲孔，该模具在设计时不仅要根据冲裁件的材料选择模具的材料，还要根据冲裁件的形状、尺寸和精度来确定模具的类型和冲裁的工艺方案。确定合理的冲裁间隙是本模具的重中之重，它不仅影响冲裁件的形状、尺寸和精度，还影响模具的使用寿命。在模具材料的选择时应注意材料的性能和强度。应尽量选择模具的标准件，这样不仅可以提高模具的寿命还可以缩短模具的制造周期。在模具设计时不仅要考虑要使做出的零件能满足工作要求，还要保证它的使用寿命。在本次设计中主要是考虑到它的实际工作环境和必须完成的设计任务，模架采用对角导柱模架，在设计中要考虑到很多关于我所设计零件的知识，包括它的使用场合，外观等。通过这次的设计，及时对所学知识的运用，回顾和检查，也考察了设计者的综合能力。在整个设计过程中感谢老师耐心认真的指导，使我能按时完成任务，但由于本人只是和经验上的不足，难以避免一些不合理之处，恳请各位老师批评指正。参考文献1 翁其金、徐新成.冲压工艺及冲模设计M.北京：机械工业 出版社，2012.2 周忠旺、杨太德.冲压工艺分析与模具设计方法M.北京： 国防工业出版社，2010.3 王先奎.机械制造工艺学M.北京：机械工业出版社，2006.4 钟毓斌.冲压工艺与模具设计M.北京：机械工业出版社，2000.5 王芳.冷冲压模具设计指导M.北京：机械工业出版社，1998.6 肖祥芷，王孝培.中国模具设计大典：第三卷M.南昌：江 西科学技术出版社,2003.7 周玲.冲模设计实例详解M.北京：化学工业出版社，2007.8 王孝培.冲压设计资料M.北京：机械工业出版社，2005.9 王小彬.冲压工艺与模具设计M.北京：电子工业出版社，1983.10 杨玉英.实用冲压工艺及模具设计手册M.北京：机械工业出版 社，2004.11 蒋晓.机械设计标准实例教程M.北京：清华大学出版社，2008.致 谢 本文是在指导老师胡淑芬老师的精心指导下完成的，导师严谨的学风和高度的责任心深深地影响着我。导师的教诲是学生宝贵的精神财富，并将使学生受益终身。在此，谨向尊敬的胡老师表示真诚的感谢和崇高的敬意！ 同时感谢所有教育过我的专业老师，你们传授的专业知识是我不断成长的源泉也是完成本论文的基础。也感谢班里的同学，是你们在我遇到难题是帮我找到大量资料，解决难题。通过这次毕业设计不仅提高了我独立思考问题解决问题的能力而且培养了认真严谨，一丝不苟的学习态度。 最后，深深地感谢默默支持本人完成学业的父母及亲友，感谢他们为我所做出的无私奉献和巨大支持！谨向所有在本文的完成中给予关怀和帮助而在此无法一一提及的老师、同学和朋友致以诚挚的谢意！