垫片冲压模具 毕业设计

新乡职业技术学院 毕业设计题目名称： 垫片冲压模具 学生姓名： 学 号 专 业： 模具设计与制造 指导教师： 填写时间： 摘 要 本文分析了垫片的成型工艺特点，其中包括利用对工件的尺寸计算、工件的工艺分析、冲裁力的计算、模具设计的难点，确定了级进模的排样方案和模具的总体结构。该级进模有冲孔、落料、等工位。详细介绍了凸模、凹模、固定板、卸料装置等零部件的设计和制造，以及压力机的选择。阐述了模具的工作过程、以及凸模和凹模的装配间隙，并制定典型的零件加工工艺。关键词: 垫片，级进模，模具设计目 录内容摘要.1一、绪论.5 1 课题背景及意义.5 2 本课题及相关领域的国内外发展现状.5 2.1 国内模具的现状.5 2.2 国内模具的发展趋势.6 2.3 国外模具的现状和发展趋势.6 3 垫片级进冲压模具设计与制造方面 3.1 垫片级进冲压模具设计的设计思路 .62、 级进冲压模具设计.7 1 冲裁件工艺性分析 .7 1.1 产品的结构、形状、精度.7 1.1.1 零件结构 .7 1.1.2 尺寸精度 .7 1.2 模具结构的确定.7 1.3 工艺方案的制定和选择.7 2 工艺与计算.8 2.1 排样方案分析.9 2.1.1 条料宽度.9 2.1.2 步距.9 2.1.3 材料利用率.9 2.2 计算冲压力与初选压力机.10 2.2.1 冲裁力.10 2.2.2 卸料力.10 2.2.3 总冲压力.10 2.2.4 压力机选用.11 2.3 计算凸凹模刃口尺寸及公差.11 2.3.1尺寸计算的原则 .11 2.3.2尺寸计算（凸、凹模） .133 模具的总体设计 .15 3.1模具类型的选择.15 3.2 卸料方式的选择 .15 3.3 送料形式 .15 3.4 定位零件 .15 4 模架类型及精度 .15 4.1 模架.15 4.2 精度 .15 5 模具零件的设计 .16 5.1 工作零件的设计.16 5.2导向零件的设计 .16 5.3 模架的设计 .17 5.4 其他零部件设计.18 6 模具零件加工工艺过程.206.1 凹模加工工艺过程.21 6.2 落料凸模加工工艺过程.22 6.3 冲孔凸模加工工艺过程.22 6.4 凸模固定板加工工艺过程.23 7 模具图纸绘制.24 7.1 模具装配图的设计绘制 .25 参考文献.26 设计总结.27 致谢一、绪论1课题背景及意义 冲压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。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。 本次设计为冲压工艺与模具设计的课程设计，通过这次设计巩固所学冲压工艺知识，并能够独立设计完成一些简单冲压件的模具设计，为我们以后的工作学习打下基础。2本课题及相关领域的国内外发展现状 2.1 国内模具的现状 我国模具近年来发展很快，精冲模具技术在“十一五”期间取得了长足的进步，并在精冲工艺、材料、精冲压力机、模架、模具和润滑等方面取得了一系列的科研成果。金属材料从有色金属冲裁扩展到黑色金属的冲裁。低碳钢、低合金钢和不锈钢的冲裁厚度达到12mm；有色金属如铝合金和铜合金的冲裁厚度达到18mm；随着模具材料和处理方法的进步以及被冲板材球化处理工艺的完善与普及，一些较硬的高碳钢、高合金钢以及其他低韧性的材料诸如镍基或钴基 合金材料等也开始用于生产精冲零件。另外，自主开发的级进复合精冲模、传递模和模块化模具在国内精冲模具中的比例显著提高，特别是面向汽车传动系统的复杂零件的级进复合精冲模，基本实现国产化。针对精冲程序、针对精冲成形过程的有限元数值仿真技术、精冲模具结构优化技术、精冲模具智能设计与知识库技术等的研究、开发与应用，提升和充实了我过精冲模具的技术内涵。但是、目前精冲企业普遍规模小、资源分散、生产效率低、人才短缺且配套不全。虽然在精冲模具开发方面具备了一定的开发能力。但在复杂精冲模具特别是精冲复合成型模的开发方面仍缺乏经验，进口模具依然占有较大比重。 目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。工业总产值中企业资产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一，在模具工业的总产值中，冲压模具占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。 2.2 国内模具的发展趋势 在中国，人们已经越来越认识到模具再制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。 根据国内和国际模具市场的发展状况，有关专家预测，未来我国的模具经过行业结构调整后，将呈现十大发展趋势:一是模具日趋大型化；二是模具的精度将越来越高；三是多功能复合模具将进一步发展；四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高；五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展；六是模具标准化和模具标准件的应用将日渐广泛；七是快速经济模具的前景十分广阔；八是压铸模的比例不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；九是塑料模具的比例将不断增大；十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。2.3 国外模具发展现状与趋势 目前，国外的模具制造产业发展的相当迅速。首先，国外的模具制造企业的人数一般不超过百人，大部分模具制造厂人数在五十人以下，其人员结构安排的也非常合理。但是，国外的模具制造产业对模具人员专业素质要求较高，要求其技术人员一专多能。其次，国外的模具制造产业在技术水平上具有一定的实力，CAD/CAM/CAE技术的应用比较广泛，快速原型、逆向工程制造模具使用也比较多，这些都成为国外模具制造产业发展的优势。3 垫片级进冲压模具设计与制造方面 3.1垫片级进冲压模具设计的设计思路 冲裁是冲压工艺的最基本工序之一，它是利用模具是板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。它包括落料、冲孔、切边、修边、切舌、刨切等工序，其中落料和冲孔是最常见的两种工序。冲裁在冲压加工中应用极广。它既可以直接冲出成品零件，还可以对已成形的工件进行在加工。普通冲裁加工出来的制件的精度不高，一般情况下，冲裁件的尺寸精度应在IT10级以下。 只有加强冲裁变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定冲裁工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冲裁变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。 垫片是典型的冲压件，该模具工作过程很简单就是冲孔和落料，根据零件图的结构尺寸精度以及材料的性能确定完成该冲件所需要的模具类型。因此，综合考虑各种因素后采用级进模。根据计算的结果，来选用的标准模架。2、 级进冲压模具设计1、冲裁工艺性分析 1.1 产品的结构、形状、精度,图（1） （1）零件的材料为Q235，t=1mm的普通碳素钢，具有较好的冲裁成形性能。 1.1.1 零件结构: 该冲裁件结构简单，比较适合冲裁 1.1.2 尺寸精度: 零件图上所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按工T14级确定工件尺寸的公差。查=冲压模具设计指导书=可知孔中心与边缘距离尺寸公差为0.2mm。1.2 模具结构的确定：将以上精度与零件简图中所标注的尺寸相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用利用导正销进行定位、刚性卸料装置、自然漏料方式的冲孔落料模进行加工.1.3 工艺方案的制定和选择方案一：单工序模生产。先冲孔，后落料；尺寸不受限制，生产效率低。制造成 本低，精度要求低，适于小批量生产。方案二：采用复合模加工。复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。方案三： 采用级进模加工。级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。根据分析结合表分析：方案一 模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。比较方案二与方案三，对于所给零件，由于四小孔比较接近边缘，复合模冲裁零件时受到壁厚的限制，模具结构与强度方面相对较难实现和保证，所以根据零件性质故采用级进模加工。2、 工艺与计算 2.1 .排样方案分析方案一：有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。方案二：少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。方案三：无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。采用单排方案，如图（2） （图2）2.2条料宽度由冲压工艺与模具设计表2.5.4确定搭边值，根据零件形状两式件间按矩形取搭边值 =1.5，侧边取搭边值a=1.8。查表2.5.3得 =0.5，c=0.1剪切公差及条料与导料板之间间隙mm 条 料 宽 度 B 条 料 厚 度 t 1 12 c c 50 0.4 0.1 0.5 0.2 50100 0.5 0.1 0.60.2100150 0.6 0.2 0.7 0.3 B条料宽度，mm； D条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸，mm； 2.3 步距：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关。 A步距，mm；零件横向最大尺寸，mm； 搭边，mm ；2.4 材料利率用率：在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。 材料利用率； S工件实际面积，； 所用面积材料，；2.2 计算冲压力与初选压力机 2.2.1 冲裁力 材料抗剪强度320MPa； L冲裁周边总长，mm； T材料厚度，mm； 安全系数1.3； 2.2.2 卸料力 K卸料力系数0.05； 2.2.3 总冲压力总 2.2.4 压力机的选用 冲压设备的正确选择及合理使用将决定冲压生产能否顺利进行，并与产品、模具寿命、生产效率、产品成本等密切相关。（1）压力机的选择原理 冲压社设备的选择主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的形状、尺寸及精度要求等因素来决定的。冲压生产中常用的设备种类很多，选用设备时主要考虑下述因素：.冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序，是否符合安全生产和环保的要求。 冲压设备的压力和功率是否满足应完成任务工序的要求。.冲压设备装模高度、工作台尺寸、行程等是否适合应完成工序收使用的模具。.冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。（2）选择压力机 一般情况下所选压力机的标称压力大于或等于成型工艺力和辅助工艺力总和的1.3倍，对于工作行程小于标称压力行程的工序也可直按压力的标称压力选择设备。因此压力机的标准压力必须大于冲载力。 根据计算和冲压形式，查中国模具设计大典表22.6-18 开式压力机型式与公称力范围（摘自GB/T143471993）选用开式固定台压力机，标准工作台（类）公称力范围/kN(402500).查表22.6-19开式压力机基本参数（摘自GB/T143471993）选用公称力160kN压力机，最大装模高度160mm.2.3 计算凸凹模刃口尺寸及公差 2.3.1 凸凹模尺寸计算原则：实践证明,落料件的尺寸接近于其凹模刃口尺寸,而冲孔尺寸接近于其凸模刃口尺寸。因此,在决定模具刃口尺寸及制造公差时,需考虑下述原则:a)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。设计落料模时,以凹模为设计基准件,间隙取在凸模上;设计冲孔模时,以凸模为设计基准件,间隙取在凹模上。b)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,其刃口的公称尺寸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的,其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的数值。这样,在凸、凹模磨损到一定程度的情况下,仍能冲出合格的零件。c)在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34级。若零件没有标注公差,可按国家标准非配合尺寸的IT14级来处理。当凸模与凹模分别按图样要求加工时,为保证间隙值,必须满足以下条件： 。查冲压工艺与模具设计表2.2.4冲裁模初始用间隙得=0.10，=0.13，制造精度IT11； 材 料 名 称 Q235 钢 板 力 学 性 能 HBS 70140 /MPa 300400 厚度t 0.80.070.10 1.00.100.13 1.20.130.16查中国模具设计大典表18.2-1得冲裁件长度L、直径d的极限偏差mm； 基 本 尺 寸 精 度 等 级 厚 度 t 的 尺 寸 范 围 大于 至 0.11 13 36 1 6 A 0.05 0.10 0.15 6 18 A 0.10 0.13 0.15 18 50 A 0.12 0.15 0.20 50 180 A 0.15 0.20 0.25查冲压工艺与模具设计表2.3.1得冲孔制件，落料制件；材 料 厚 度 t/mm 非圆形 圆形 1 0.75 0.5 0.5 0.75 工件公差 1 0.160.170.35 0.36 0.16 0.16 12 0.200.210.41 0.42 0.20 0.202.3.2 尺寸计算冲孔： 落料： 落料凹模基本尺寸，mm；落料凸模基本尺寸，mm；落料件最大极限尺寸，mm；冲孔凹模基本尺寸，mm；冲孔凸模基本尺寸，mm；冲孔件的最小极限尺寸，mm；同一工步中凹模孔距基本尺寸，mm；制件孔距最小极限尺寸，mm；制件公差，mm；凸模、凹模最小初始双面间隙，mm；凸模下偏差，mm；凹模上偏差，mm；x系数，本制件公差为IT11，x取0.75；3 模具的总体设计 3.1 模具的类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。 3.2 卸料装置条料的卸除，因采用级进模生产，故采用向下落料出件。3.3 送料形式 因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B大于送料方向的凹模长度L故采用横向机动送料方式，即由左向右送料既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。 3.4 定位零件： 零件尺寸较大，厚度适中，保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，导正销导正，为了提高材料利用率采用始用挡料销和定位销定位。4 模架类型及精度 4.1模架 （1） 若采用四导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，能承受级进模高速冲压次数。 （2） 若采用中间导柱模架，则受力平衡，滑动平稳. （3） 若采用后侧导柱导柱模架，可三方送料，操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑的，但模具受力不平衡，滑动不平稳。综上，结合本冲孔、落料级进模的特点，决定采用中间柱模架。4.2 精度 由于零件材料较薄，尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用导向平稳的中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用级模架精度。5 模具零件的设计： 5.1 工作零件的设计冲孔凸模：材料为Cr12，如图（3）落料凸模：材料为Cr12，如图（4）。凹模：材料为T10A,如图（5）. 图（3） 图（4）5.2卸料零件设计： 采用卸料板形式卸料，材料为45钢，如图（6）。5.3 模架的设计模架规格：查中国模具设计大典表22.4-48，中间导柱模架（摘自JB/T7181.31995），外形尺寸250mm100mm，闭合高度135mm .如图（7）。导柱：查中国模具设计大典表22.4-66, (摘自JB/T7187.11995）基本尺寸d=20mm,L=105mm.如图（8）。 图（5） 图（6） 图（7） 图（8）导套：查中国模具设计大典表22.4-68, (摘自JB/T7187.11995）基本尺寸 d=20mm,D=32mm,L=65mm,H=23mm.如图（9）。 图（9）上模座：查中国模具设计大典表22.4-60,中间导柱上模座 (摘自JB/T7185.3 1995）基本尺寸L=125mm,B=100mm,H=25mm,D=32mm,L1=250mm.如图（10）。 图（10）下模座：查中国模具设计大典表22.4-56，中间导柱下模座(摘自JB/T7184.3 1995）基本尺寸L=125mm,B=100mm,H=25mm,D=20mm,L1=250mm.如图（11）。 5.4 其他零部件设计模柄：（摘自JB/T 7643.2-1991），选用旋入式模柄，材料为Q235-AF,d=25mm，L=68mm，M16*1.5；如图（12）。固定板：(摘自JB/T 7643.2-1994)，,材料为45钢；如图（13）。 图（12） 图（11）垫板：（摘自JB/T 7643.3-1994）,材料为45钢；如图（14）。螺钉：（摘自JB/T 7647.3-1994）,M6，L=10-60mm;材料为45钢，热处理硬度43-48HRC;销钉：(摘自GB/T 119.1-2000),公称直径d=6mm，公差m6，公称长度L=12-60mm，材料为钢、不经淬火、不经表面处理。导料板：130mm22mm8mm,材料为45钢。 图（15）， 图（16）承料板：125mm30mm8mm,材料为45钢. 图（17）. 图（13） 图（14） 图（15） 图（16） 图（17）6 模具零件加工工艺过程（1）凹模加工工艺过程 凹模的加工，采用线切割比较合理，因为工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。热处理硬度要稍高于凸模，达到6064HRC工序号工序名称工序内容设备1备料将材料T10A毛坯煅成130mm105mm16mm2热处理退火3铣铣六面,厚度留单边磨量0.20.3mm铣床4平磨磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直平面磨床5钳工划各型孔,螺孔,销孔位置划漏孔轮廓线6钳工加工好凸模,配作冲孔凹模达要求7铣铣漏料孔达要求铣床8钳工钻铰86+,钻攻5.510钻床9热处理淬火,回火,保证HRC606210平磨磨厚度及基面达到要求平面磨床11线切割按图切割各型孔,留0.0050.01单边研量线切割床12钳工研光各型孔达要求13检验（2）落料凸模加工工艺过程模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。因此应有高的硬度与适当的韧性。热处理硬度要达到3842HRC。采用磨销加工。工序号工序名称工序内容设备1备料备材料Cr12的料42mm80mm43mm2热处理退火3钻钻64的销孔，钻6.54的通孔钻床4线切割按图切割外形,保证配合尺寸线切割床5钳工研光表面达要求6检验（3） 冲孔凸模加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料备材料Cr12的1545mm2热处理退火3车按图车外形,留0.5单边研量车床4钳工研光表面达要求5检验（4）凸模固定板加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成130mm105mm15mm2热处理退火3铣铣六面,厚度留单边磨量0.20.3mm铣床4平磨磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直平面磨床5钳工划各型孔,螺孔,销孔位置划漏孔轮廓线6线切割按图切割各型孔,保证配合尺寸线切割机床7钳工钻铰46,钻攻4M68铣 铣固定凸模台阶达要求铣床9平磨磨厚度及基面见光平面磨床10钳工研光各型孔达要求11检验7 模具装配图纸绘制，如图（18），（19），（20）。 图（18） 图（19） 图（20）参考文献：中国模具设计大典江西科学技术出版社，2003.1，作者：夏巨谌，李志刚冲压工艺与模具设计高等教育出版社，2006.7，作者：成虹 冲压模具设计手册化学工业出版社，2009.10，作者：马朝兴 冲压模具技术问答化学工业出版社，2013.5，作者：李名望 模具设计与制造指导清华大学出版社，2006.8，作者：康鹏设 计 总 结 在今次的设计过程中，有很多的问题需要独立思考，从而使我的思维能力得到了很大的提高。设计中所涉及到一定的创新设计，给我提供了一个很好的提高应变能力的训练机会。设计时，经过不断的到校图书馆认真地查找和借阅相关的参考资料，不但提高了个人查阅资料的能力，还扩阔了我的知识视野。 本模具采用autoCAD、proe设计，在毕业设计其间对软件的理解与熟练程度得到了很好的提升。在设计的过程中，也出现了一些客观不足的问题，没有实践条件，不能根据实际的情况来作合适、客观地修改，加上我自己的实践经验又不多，这样做出来的设计，难免有不足之处，希望老师能够本谅。 设计是一门很严谨的学科，在这次设计中反复修改才达到了比较合理的结果同时也浪费了不少图纸，不过也才能够对设计有更深体会，机械设计需要扎实的理论知识，深入的动手实践。本次设计是在许老师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢在大学三年的努力和学习，在老师的指导下，我完成了大学期间最具规模的一次作业毕业设计。以前，我们在校模具车间进行了实训和在校外的企业进行实习，为后来的模具设计打下了坚实的基础。尽管如此，我在设计的过程中仍然遇到了一系列问题例如模具材料的选择、弹性材料的选择、定位距离，孔距等等的问题。幸好在老师的指导和帮助下，才能把上述的问题都基本解决，顺利的完成了毕业设计。通过这次毕业设计，它让我知道了一种做事的章程，知道了一项计划实现的规划与过程。更重要的与是它让我学会了如何查阅资料，如何将理论实际相结合。在这里，我再次感谢所有教过我、帮助过我的老师和同学！在大学的三年里，我得到了一种做事的风格，得到了学习的方法，得到了你们传授的知识。 祝愿你们在以后的日子里，生活美满，事业顺心。 27