毕业设计（论文）垫片复合冲压模具的设计

苏州市职业大学课程设计说明书苏 州 市 职 业 大 学课程设计说明书 名称 接线片落料冲孔复合模 2011年 6 月 6 日至 2011 年 6 月 19 日共 2 周 院 系 机电工程系 班 级 09模具2班 姓 名 系主任 教研室主任 指导教师 垫片复合冲压模具的设计摘要：模具是现代工业的重要工艺设备，随着科学技术的不断进步，它在国民经济中占有越来越重要的地位，发展前景十分广阔。装备制造业在2007年的迅速发展，尤其是汽车和电子电器产品的高速增长，为模具工业的发展营造了良好的市场环境。本次综合实训设计接线片的复合冲压模具，从零件的工艺性分析到模具结构的设计再到工艺计算，一直到最后的模具装配图。关键词：接线片、冲压、复合模具、设计目 录摘要2引言（绪论）1一、冲裁件的工艺性分析3二、确定冲压工艺方案4三、选择模具结构形式5四、必要的工艺计算7五、主要零件的设计计算 15六、压力机校核21七、绘制模具总装配图 22总结 23参考文献 24引 言模具是现代工业的重要工艺设备，随着科学技术的不断进步，它在国民经济中占有越来越重要的地位，发展前景十分广阔。装备制造业在2007年的迅速发展，尤其是汽车和电子电器产品的高速增长，为模具工业的发展营造了良好的市场环境。除了发展速度继续提升外，我国模具行业在2007年还呈现出三大亮点： 一、是模具向大型、精密、复杂方向发展成果突出，如已生产出了单套重量达到100吨的巨型模具及型腔精度达到0.5m的超精模具和能与2500次/分高速冲床相匹配的精密多工位级进模等；模具专业化和标准化程度得到进一步提高，如广东模具企业的模具标准件使用覆盖率大都已达到或超过了80%等；行业结构进一步改善，如产品结构和进出口结构正在不断趋向合理化等，行业正在形成一个以数字化和信息化为主要内容的技术改造热潮，发展后劲充足等。 二、是行业骨干队伍正快速形成，集群式生产方式得到进一步发展，劳动生产率不断提高。模具行业目前已有80多家重点骨干企业，现在，年产模具5000万元以上的企业全行业也有100家左右。骨干队伍正在起着带动行业的作用。继2006年之后，全国的模具城得到了进一步发展。模具城的产出要比上年增长25%以上。模具行业全员劳动生产率比上年有10%以上的提高。 三、是国际合作进一步发展，中国模具正在加速融入世界，因而也为中国模具今后的进一步发展创造了更为有利的条件。无论是出展出访还是来展来访，中国模具行业2007年国际合作方面的活动都要比往年更丰富，参与的企业数和人数更多，成效更加显著。在中国模具工业2007年可喜的发展中也有隐忧。 隐忧之一是生产模具的原材料、人工等成本费用不断上涨，2007年又比上年涨了20%左右，致使模具企业利润空间进一步受挤压，利润率进一步下降，有些企业已出现亏损，显得难以为继。第 - 23 - 页 共 24 页隐忧之二是模具人才，特别是高技能、高水平人才全行业缺乏，这已制约了模具行业的进一步发展。由于总数量的供不应求，高层次人才的正常流动现在已变得有一些不正常了，用人单位的用人成本也显著增加。同时，人才素质也亟待提高。 隐忧之三是在模具行业国内外市场前景良好和现有企业大多利好的情况下，模具行业固定资产投入年复一年不断攀升，尤其是外资和民间投资更为踊跃投入，致使某些领域已呈饱和之势和低水平的重复。大量投资的结果虽然对促进模具工业的发展有好处，但也预示着企业今后的竞争更为剧烈。竞争会不会造成今后的大调整而累及行业发展，这已引起一些业内人士的担忧。目前，在部分领域，尤其在中低档市场上，竞争已造成因相互过度压价而损害产品质量的状况。 隐忧之四是中国模具行业总体创新能力薄弱，综合水平仍比国外先进水平落后许多，这对今后发展非常不利。所谓综合水平的落后包括了技术落后、产品落后、管理落后及人的观念和水平落后等。虽然我国模具行业中也不乏可与世界先进水平相媲美的企业，有些产品也并不比世界先进水平差，但这毕竟只是少数。就大多数而言，我们必须承认落后，而且总体来说，不是落后一点点，而是落后了许多。总体落后的主要表现是我国模具在结构、精度、效能、寿命及生产周期等方面以及从业人员综合素质与水平和全员劳动生产率等方面与国际先进水平相比有着较大差距。此外，当然还存在装备及环境等方面的差距等。 模具设计一、冲裁件的工艺性分析图1.1材料为10钢，料厚。（1）材料 10优质碳素结构钢，具有良好的冲压性能。（2）工件结构 该零件形状简单。孔边距远大于凸、凹模允许的最小壁厚，故可以考虑采用复合冲压工序。（3）尺寸精度 零件图上、尺寸未标注公差，属自由公差，按IT14级确定工件的公差，其它尺寸已标注公差，按其尺寸精度要求。经查公差表，按“入体原则”标注各尺寸为： 、和。二、确定冲压工艺方案1、方案种类：该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有三种工艺方案：方案一：先冲孔，后落料。采用单工序模生产方案二：冲孔落料级进冲压。采用级进模生产方案三：采用落料-冲孔同时进行的复合模生产2、方案比较：方案一：结构简单，但需要两道工具两副模具，成本高而生产效率低，模具寿命低，冲压精度差，操作也不安全，难以满足中批量生产要求。方案二：级进模是一种多工位，效率高的加工方法。但级进模轮廓尺寸较大，采用此方案会加大模具尺寸，使加工难度提高，因而也排除此方案。方案三：只需要一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸较小，模具的制造成本不高。故本方案采用先冲孔后落料的方法。3、方案的确定:孔与孔，孔与工件边缘之间的最小壁厚大于8mm,零件尺寸标注，生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，本套模具采用冲孔-落料复合模，一次冲压成型.图2.1三、选择模具结构形式1、正装式复合模和倒装式结构比较：正装式复合模具适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距较小的冲裁件。倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件、卸件，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，所以应用十分广泛。由工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合模结构采用倒装复合模及弹性卸料和定位销定位方式。2、模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，所以模具类型为倒装式复合模。3、操作与定位方式（1）操作方式零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，也能满足生产要求，这样就可以降低生产成本，提高经济效益。（2）定位方式因为导料销和固定挡料销结构简单，制造方便。且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距采用固定挡料销。4、卸料、出件方式（1）卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。主要用于卸料力较大、材料厚度大于且模具结构为倒装的场合。弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择，若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、倒装复合模的卸料装置。综上所述采用弹性卸料版。（2）出件方式因采用倒装式复合模生产，故采用上出件为佳。5、确定送料方式采用由右向左的送料方式。6、确定导向方式方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成模具歪斜。因此，适用于冲压中等精度的较小尺寸冲压件的模具，大型模具不宜采用此种形式。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模具架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命保证工件质量，并考虑生产效率以及加工方便性等因素，该倒装式复合模采用后侧导柱的导向方式，即方案二最佳。四、必要的工艺计算1、排样 计算条料宽度、确定步距、计算材料利用率（1）排样方式的选择方案一:有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，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位佳。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。（2）计算条料宽度搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命，影响送料工作。搭边值通常由经验确定，查文献所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。根据零件厚度，确定搭边值侧搭边， 取工件间即：挡料钉定位（采用无侧压装置）的条料宽度B （3）确定步距送料步距S：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，是决定挡料销位置的依据。步距确定的原则是：最小条料宽度保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。复合模送料步距 排样图如4.1图所示:图4.1（4）计算材料利用率等于工件有用面积/条料面积 （公式41）式中 ：一个工件有用面积，用CAD作图，分析面积得. ：条料的宽度 ：步距材料利用率 2、冲压力的计算：（公式42）式中 ： 为冲裁力 为落料力 为冲孔力冲孔冲裁力： （公式43）式中 为孔周长 为材料厚度为抗拉强度，,查手册，10钢，取所以（2） 落料冲裁力： （3） 卸料力：（公式44）式中：为卸料系数，查表： 所以（4） 推件力：（公式45）式中：为卸料系数，查表： 为同时卡在凹模洞孔内的件数，取。所以（5） 总冲压力：冲裁时，压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和，即大于总的冲压力。总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同，当采用弹压卸料装置和下出件的模具时，总的冲压力为 初选压力机公称压力：取初选压力机型号为：J1150。该压力机的主要参数：公称压力:滑块行程:最大封闭高度封闭高度调节量工作台尺寸模柄孔尺寸3、模具压力中心的确定该冲裁件为左右对称零件且使用复合模加工。建立坐标系如图4.2图4.2选定坐标系，因零件左右对称，即，故只需计算.将工件冲裁周边分为基本线段，求出各段的长度及重心位置。 （公式46）得出压力中心位于坐标原点正上方处。4、模具刃口尺寸的计算：对外轮廓的落料，由于形状复杂，故采用分别加工法。以凹模为基准时，查出其极限偏差。1)落料 设工件的尺寸为,根据计算原则，落料以凹模为设计基准。首先确定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸;将凹模尺寸减去最小合理间隙值即得到凸模尺寸。（公式47）（公式48）2)冲孔 设冲孔尺寸为，根据计算原则，冲孔时以凸模为设计基准。首先确定凸模尺寸，使凸模的基准尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸；将凸模尺寸增大最小合理间隙值即得到凹模尺寸。（公式49）（公式410）上述式中： 、落料凹、凸模尺寸； 、 冲孔凸、凹模尺寸； 落料件的最大极限尺寸； 冲孔件孔的最小极限尺寸； 、 工件孔心距和凹模孔心距的公称尺寸； 工件公差； 最小合理间隙； 凹凸模制造公差； 磨损系数； 凸或凹模的制造公差，可按IT6IT7级来选取，也可查表选取，或取， 。为了保证初始间隙不超过即+,和选取必须满足以下条件：外形由落料获得,孔由冲孔同时得到：确定初始间隙：查表10钢,料厚得：,确定磨损系数：查文献，所有尺寸磨损系数均为：则设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则冲孔：校核： （满足间隙公差条件）落料：尺寸 （满足间隙公差条件）落料：尺寸 （满足间隙公差条件）落料：尺寸 （满足间隙公差条件）落料：尺寸 （满足间隙公差条件）符合精度要求。五、主要零件的设计计算1、工作零件的结构设计（1）、落料凹模落料凹模采用整体凹模，采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据将压力中心与模柄中心重合。凹模的外形尺寸是指其平面尺寸和厚度，凹模的外形一般为圆形和矩形两种。当冲裁中小型工件时，常采用圆形凹模，而对于大型工件的冲裁，应采用矩形凹模。由于冲裁时凹模受力状态比较复杂，目前还不能用理论方法精确计算，必须综合考虑各方面因素，在实际生产中首先采用下列经验公式概略地确定。凹模厚度 修正系数，查表；凹模壁厚 ，取凹模的长度；凹模的宽度： 参考弹压卸料横向送料典型组合尺寸凹模的长宽高为设计图见零件图。由于凹模内要设置推件块，为了使模具加工简单，将凹模分成两块：凹模板和空心垫板，每块板的厚度各为。（2）、冲孔凸模台肩式凸模 这种结构主要用于断面简单的，如图形、方形等，装配修磨方便，具有较好的固定性和稳定性。经常采用。直通式凸模 这种结构对于冲制非图形制件非常实用。 综合比较选用台肩式的凸模。所冲孔为圆形孔，为了便于装配和满足凸模强度将冲孔凸模设计成阶梯式，采用数控车床加工，凸模结构形式的选择：采用B型圆凸模冲孔凸模长度及强度校核1）冲孔凸模长度.（公式51）（公式52）（公式53）以上各式中 凸模固定板厚度；冲孔凸模厚度；冲孔冲裁力； 系数；凸模自由长度；落料凹模厚度，。所以=1=，取,取所以2）凸模强度压应力校核校核公式为： （公式54）式中 冲孔冲裁力，N，凸模最小断面积，凸模材料的许用压应力，材料为Cr12，查手册，=,取=.因为 = 所以凸模强度符合要求。（3）、凸凹模1）凸凹模长度确定取式中 弹簧的自由长度，；弹簧压缩量，；卸料板厚度，；取固定板厚度，取。2）凸凹模壁厚校核。查文献，倒装复合模最小壁厚，（料厚）此题所以满足最小壁厚的要求。2、卸料零件设计卸料板的设计1）卸料板的形状和尺寸。卸料板取矩形板，厚度为，卸料板材料选A3或（45钢），不用热处理淬硬。2）卸料板上成形孔的设计。取弹压卸料板与凸模的双面间隙为。3、固定零件设计（1）、凸模固定板尺寸凸模固定板形状为矩形,厚度一般取凹模厚度的倍，取，固定板上的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6,凸模压装后端面要与固定板一起磨平。固定板的上、下表面应磨平，并与凸模安装孔的轴线垂直。固定板基面和压装配合面的表面粗糙度为,另一非基准面可适当降低要求。（2）、凸凹模固定板尺寸凸凹模固定板形状为矩形,厚度取，与凸凹模过盈配合。（3）、垫板结构与设计理论上，确定是否需要垫板的方法如下：条件：冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用压应力，这时需要凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。即下列情况需要加垫板。 （公式55）式中凸模端面压应力，MPa；模座材料许用压应力，铸铁约为，钢约为；P冲裁力，N；F凸模上端面面积，mm；D凸模上端面直径，mm。垫板形状和凸模固定板一致，矩形，垫板厚度一般为。即取：垫板材料常用T7或T8工具钢，热处理硬度为。垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度。下面确定凸凹模与下模板之间是否需要垫板：由于凸凹模和固定板的配合为过盈配合，所以其表面积按固定板面积计算，很显然不需要加垫板。因为加垫板之后与没加之前（下表面积）没有区别。（4）、模架选用1)模座选择由于模板周界为，所以选上模座 GB/T2855.51990下模座 GB/T2855.61990材料 HT200 GB943688 闭合高度最小，最大。 导柱 GB/T2861.11990 导套GB/T2861.619902)模柄选用首先应根据模具的大小及零件精度等方面的要求，确定模柄的类型，然后根据所选压力机的模柄孔尺寸确定模柄的规格。选择模柄时应注意模柄安装直径d和长度L应与滑块模柄孔尺寸相适应。模柄直径可取与模柄孔相等，采用间隙配合H11/dll，模柄长度应小于模柄孔深度。选用压入式，它与模座孔采用过渡配合H7/m6，并加销钉防转。查表尺寸六、压力机校核初选压力机型号为：J1150。该压力机的主要参数：公称压力:滑块行程:最大封闭高度封闭高度调节量工作台尺寸模柄孔尺寸1.模柄孔的校核模柄的尺寸为，上模座厚度为，则模柄伸出上模座的高度为，因此合适。2.模具闭合高度的校核模具的闭合高度，而压力机的最大封闭高度，其调节量为，则压力机最小闭合高度为，大于模具的闭合高度，可以在模具下模座下加垫板，所以此项也可满足要求。3.压力机工作台尺寸的校核查手册，该型号模座的外形尺寸为：，压力机的工作台尺寸为，符合每边留出的要求，用来安装固定模具用的螺栓、垫块和压板，所以合适。4.冲裁力校核冲裁合格产品所需的冲裁力为压力机的公称压力，所以合适。综上所述：型号为J1150的压力机符合要求。七、绘制模具总装图图7.1 总装图1下模座：2导柱：3凸凹模固定板：4弹簧；5卸料螺钉；6卸料板；7凹模；8导套；9上模座；10紧固螺钉；11螺钉；12模柄；13打杆；14推杆；15推板；16垫板；17凸模固定板；18空心垫板；19冲孔凸模；20推件块；21凸凹模；22圆柱销；总 结本次模具课程设计让我系统巩固了大学两年的学习课程，通过本次设计使我更加了解到模具加工在实际生产中的重要地位。从2011年6月6日开始历经2周的时间，系统的巩固了如机械制图、机械设计基础、工程材料、互换性、模具设计基础以及加工工艺等专业课程。从分析零件图到模具的设计与装配图的绘制，在指导老师的带领下，每一个环节都是我自己设计制作的。因此，对以前所学的知识有了很大的巩固与提高。在此期间也遇到了设计上的很多困难，尤其是在选择弹压橡胶的环节琢磨了很久，最后通过询问老师以及查阅大量的参考书才得以解决。该设计还存在着一些不足，还望各位读者给以指出。在此衷心的感谢本组的成员以及指导老师，这次的成果是在大家的共同努力下完成的。参考文献1史铁梁. 模具设计指导M. 北京：机械工业出版社，20032杨占尧. 冲压模具图册M. 北京：高等教育出版社，20083杨占尧. 冲压工艺编制及模具设计制造M. 北京：人民邮电出版社，20104卢险峰. 冲压工艺模具学M. 北京：机械工业出版社，20005梁柄文. 实用板金冲压工艺图集M. 北京：机械工业出版社，19996杜东福. 冷冲压工艺及模具设计M. 长沙：湖南科学技术出版社，19907成虹. 冲压工艺与模具设计M. 成都：电子科技大学出版社，20008冯柄尧. 模具设计与制造简明手册M. 上海：上海科学技术出版社，19989郑家贤. 冲压工艺模具设计实用技术M. 北京：机械工业出版社，1999