毕业设计（论文）铁路货车制动器背板冲压模具设计

铁路货车制动器背板冲压模具设计 专 业 班 级 姓 名 指导老师 一、零件设计任务零件简图如图1-1所示：材料：Q235A材料厚度:6mm 生产批量:中批量 未注公差:按IT14级确定.图1-1二、 零件的工艺性分析2.1工件材料由图1-1分析可知：Q235A韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和热加工性。适合冲裁加工。2.2工件结构形状工件结构形状较为，有8个圆孔和两个矩形槽，由图1-1看出孔边距C26mm11.5t满足要求。可以冲裁加工。2.3工件尺寸精度根据零件图上所注尺寸，有些孔的加工精度达到IT9，精度较高，需采用光洁冲裁。其余均可采用普通冲裁。综合以上分析：该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。三、 冲裁工艺方案完成此工件需要冲孔，落料，胀形三道工序。其加工工艺方案分为以下三种：1. 方案一：单工序模生产。先胀形，再冲孔，最后落料；2. 方案二：级进模生产。胀形-冲孔-落料级进冲压；3. 方案三：复合模生产。胀形-冲孔-落料复合冲压。 方案一模具结构简单，但需三道工序，即需要落料模，胀形模，冲孔模三副模具，生产效率低，难以满足该零件的年产量要求。方安二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率也高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，故其模具制造，安装较复合模复杂，而且因为工件的外形尺寸比较大，采用级进模占据的空间太大。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。考虑到零件结构较为复杂,料比较厚，且有些孔的精度要求比较高，故拟采用两副复合模完成工件的生产：一副落料-冲孔（加工精度要求较低的4*24）；一副精冲-胀形复合模具。四、冲压模具工艺与设计计算41 落料-冲孔复合模的设计与计算 4.1.1 排样图的设计与计算经过分析，两副模具只有在使用第一幅复合模时需要排样处理。落料-冲孔复合模排样分析： 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。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。排样合理与否不但影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。因此，排样时应考虑如下原则： 提高材料利用率 (不影响制件使用性能前提下，还可适当改变制件形状)。 排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。 模具结构简单、寿命高。 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。根据零件实际情况，采用有废料排样法：如，沿制件的全部外形轮廓冲压，在制件之间及制件与条料侧 边之间 ，都有工艺余料 (称搭边)存在。因留有搭边，所以制件质量和模具寿命较高，但材料利用率降低。该冲裁件材料厚度较厚，尺寸大，近似方形，因此可采用直排比较合理。表 1搭边a和a1数值(低碳钢)查表1得：两工件间的搭边:a1=0.6t=3.6mm工件边缘搭边：a=0.7t=4.2mm步距为：648+3.6=651.6mm条料宽度B=（D+2a）(mm) 式中： B条料宽度的基本尺寸(mm)； D条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸，由图1-1知D=420(mm)；a侧面搭边，查表4.2(mm)； 条料宽度B=(420+4.2*2) =428.4mm确定后排样图如下图：4.1.2冲压力与压力中心计算 1、冲压力的计算计算冲压力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲压力，以适应冲压的需求。对于冲裁模 ，其冲压力 一般可按下式计算： FKptL 式中 材料抗剪强度；L冲压周边总长(mm)； t材料厚度(mm) 系数 Kp是考虑到冲压模刃口的磨损、 凸模与 凹模间隙之波动(数值的变化或分布不均)、润滑情况 、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取 1.3。 当查不到抗剪强度 时，可用抗拉强度b代替，而取Kp1的近似计算法计算。当上模完成一次冲压后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性 收缩而紧箍在 凸模上 。为了使冲压工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下 ,将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力 ；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推件力。影响卸料力、推件力 的因素很多，要精确地计算是困难的。在实际生产中常采用经验 公式计算： 卸料力： F卸=K卸*F 推件力： F推K推*F 顶件力： F顶K顶*F式中 F冲压力(N)； K卸卸料力系数，其值为0.020.06(薄料取大值， 厚料取小值)；K推推料力系数，其值为0.030.07(薄料取大值， 厚料取小值)；K顶 顶件力系数，其值为0.040.08(薄料取大值， 厚料取小值)；n梗塞在凹模内的制件或废料数量(nh/t); h直刃口部分的高(mm)；t材料厚度(mm)。卸料力和 顶件力还是 设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。冲压力:KptL=1.3*材料周边的总长*材料厚度*Q235A钢的抗剪强度=1.3*1950.6*6*350=5325.138KN卸料力：F卸=K卸*F=0.02*5325.138=106.503KN推件力：F推K推*F=0.03* 5325.138=159.754KN顶件力：F顶K顶*F=0.04* 5325.138=213.006KN总冲压力= F+F卸+F推 = 5325.138+1106.503+159.754=6591.4KN 2、压力中心计算 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可按下述原则来确定：（1）对称形状的单个冲压件，冲模的压力中心就是冲压件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心工件图如下：此时工件基本为一对称件。由图示此可知工件压力中心坐标为X360，Y0。4.1.3冲压模刃口尺寸计算 、计算原则 冲压件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲压模主要任务之一。从生产实践中可以发现： （1）由于凸模、凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。 （2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。 （3）冲压时，凸模、凹模要与冲压件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使间隙越来越大。由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需考虑下述原则： 落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。 考虑到冲压中凸模、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，在凸模、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。凸模、凹模间隙则取最小合理间隙值。 确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高( 即制造公差过小)，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要求过低(即制造公差过大)，则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件下偏差为零，上偏差为正。 、刃口尺寸的计算1 落料部分：落料应以凹模为基准件，然后配做凸模。工件落料部分的外形尺寸为=420mm、=648mm、=R160mm、=R50=R25，凹模磨损后，尺寸、变大。由表4-1查得：=0.5，=0.5，=0.5，=0.5，=0.75.系数x材料厚度t()非 圆 形 圆 形 10.750.50.750.5工件公差 4 0.160.200.240.30 0.170.350.210.410.250.440.310.590.360.420.500.60 0.160.200.240.300.160.200.240.30 表4-1由冲压工艺与模具设计公式（2-11）得 =（420-0.5*1.55）mm=419.23 mm =（648-0.5*2）mm=647 mm =（160-0.5*1）mm=159.50 mm =（50-0.5*0.62）mm=49.69 mm =（25-0.75*0.52）mm=24.61 mm 由冲压工艺与模具设计表2-5查得=1.08；=1.4该零件落料部分的凸模刃口尺寸按上述凹模的相应尺寸配制，保证双面间隙值=1.081.4mm。 2. 冲孔部分 由冲压工艺与模具设计表2-5查得=1.08mm；=1.4mm工件冲孔部分的尺寸有=24。由冲压工艺与模具设计表 2-10查得凸、凹模制造公差：, 由表4-1查得：=0.5故4.1.4主要零件设计一、工作零件（一）凸、凹模固定形式参照冲压工艺与模具设计图8-1凸模、凹模的固定形式，选用图h的连接形式，直接用螺钉和销直接固定在模板上。（二） 凹模刃口形式由于零件形状较简单，冲压制件精度要求不是很高，废料向下落，参照冲压工艺与模具设计图8-3，选用图b形式的刃口形式。（三） 凹模外形和尺寸的确定由于冲孔尺寸较落料部分小得多，故本副模具只需要对落料部分的凹模进行校核： 由于本工件形状特殊故只能按经验公式概率的计算 由经验公式 凹模高度 （15mm） 凹模壁厚 c(1.52)H (3040mm)式中 b冲压件最大外形尺寸 K系数，考虑板厚的影响，其值可查冲压工艺与模具设计表8-1H=0.22648=142.56mm 取H=144mmc=(1.52)143=214.5286mm 取c=200mm，考虑到凹模尺寸过大，而加工圆弧一侧受力较少，故取圆弧侧厚度为90mm，另一侧取185mm。(四) 凸模长度确定及其强度核算对于冲孔部分，凸模长度 L=+a式中 固定板的厚度（mm）本副模具中为46mm， 固定卸料板的厚度（mm）本副模具中为58mm 导尺的厚度（mm）本副模具没有导尺 a附加长度，在本副模具中有特殊要求，取126mm经计算取L=230mm凸模长度确定后一般不需要作强度核算，只有当凸模特别细长时，才进行凸模的抗弯能力和承压能力的校核。此处不需要校核。（五） 凸凹模外形尺寸的确定 凸凹模的尺寸应该根据与其配合的凸模，凹模尺寸进行确定。取凸凹模总高度为92mm、固定部分长度为680mm。二、 压料及卸料零件(一) 推件装置参照冲压工艺与模具设计图8-26选用图b形式的刚性推件。（二） 卸料装置由上面计算可知卸料力较大，卸料量较大，参照冲压工艺与模具设计图8-29选用图c形式的刚性卸料装置，根据实际情况结构有所改动，具体见装配图。三、定位零件（一）导料件由于本副模具采用的是刚性卸料板，且工件外形尺寸较大，故拟采用固定销的导料方式，具体见装配图。（二） 挡料件为便于与卸料板的配合，选择冲压工艺与模具设计图8-20中图b的活动挡料销。四、 固定与紧固零件（一） 固定板由经验公式 ：凸模固定板 H=（11.5）D 取H=46mm（二） 模柄参照冲压工艺与模具设计图8-32选用图b形式的压入式模柄五、 导向零件导柱和导套导向根据零件要求，参照冲压工艺与模具设计图8-33选用图a形式的布置形式，配合精度选H6/h5最终冲孔-落料复合模的大致装配图如下：4.1.5冲床的选用根据总冲压力 F总=6591.4（KN）,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,选用冲床,并在工作台面上备制垫块。其主要工艺参数如下： 公称压力： KN 滑块行程：mm 行程次数： 1 次 模具的闭合高度H：mm 连杆调节长度：mm 工作台尺寸（前后左右）： mm mm4.2 精冲-胀形复合模的设计和计算4.2.1冲压力与压力中心计算1、冲压力的计算：对于精冲部分，计算公式：FKptL。 =KptL=1.3*材料周边的总长*材料厚度*Q235A钢的抗剪强度=1.3*832.52*6*350=2272.78KN对于胀形部分：对于胀形模具，冲压加强肋的变形力可以用下列经验公式计算 式中 F 变形力（N）；K系数,可取0.7-1，当加强肋形状 窄而深时取大值，宽而浅时取小值;L加强助周长；t毛坯厚度； 材料强度极限。故：=0.8*380*6*400=729.6KN总的冲压力：+2*=2272.78+729.62=3731.98KN卸料力：F卸=K卸*F=0.02*3731.98=74.6396KN推件力：F推K推*F=0.03* 3731.98=111.9594KN顶件力：F顶K顶*F=0.04* 3731.98=149.2792KN总冲压力= F+F卸+F推 = 3731.98+111.9594+149.2792=3993.22KN2. 压力中心的计算：工件图如下：此时工件结构较为复杂。经初步计算得：由图示此可知工件压力中心坐标为X420，Y25。4.2.2冲压模刃口尺寸计算1. 冲孔部分冲孔应以凸模为基准件，然后配做凹模。工件冲孔部分的尺寸有=54，=56，=60，=95。由冲压工艺与模具设计表2-5查得=1.08mm；=1.4mm对于工件冲孔部分的尺寸，由冲压工艺与模具设计表2-10查得凸、凹模制造公差：, 由表4-1查得：=0.75故对于工件冲孔部分的尺寸，由冲压工艺与模具设计表 2-10查得凸、凹模制造公差：, 由表4-1查得：=0.75故对于工件冲孔部分的尺寸，由冲压工艺与模具设计表 2-10查得凸、凹模制造公差：, 由表4-1查得：=0.75故对于工件冲孔部分的尺寸，由冲压工艺与模具设计表 2-10查得凸、凹模制造公差：, 由表4-1查得：=0.75故2. 胀形部分本工件中胀形成型部分为两个加强肋，加强肋能够一次成形的条件是： 式中：成形前的原始长度； 成形后加强肋的曲线轮廓长度； 材料伸长率。故本工件胀形部分可以一次成形。压助模的结构如下图所示。图中，凸模上部宽度和凸模高度，分别取零件上凸肋的上口宽度和高度；凹模深度= （0.52）+；凹、凸模圆角半径、等于产品图上的r数值。故根据零件图，取=45mm，=8mm，=10mm，=3mm。4.2.3主要零件设计一、工作零件（一）凸、凹模固定形式参照冲压工艺与模具设计图8-1凸模、凹模的固定形式，选用图h的连接形式，直接用螺钉和销直接固定在模板上。 (二)凹模刃口形式由于零件形状较简单，冲压制件精度要求比较高，废料向下落，参照冲压工艺与模具设计图8-3，选用图a形式的刃口形式。（四） 凹模外形和尺寸的确定本副模具为一副精冲-胀形复合模，凹模在同一零件上，故凹模校核一步完成：由经验公式 凹模高度 （15mm） 凹模壁厚 c(1.52)H (3040mm)式中 b冲压件最大外形尺寸 K系数，考虑板厚的影响，其值可查冲压工艺与模具设计表8-1H=0.22154=33.88mm，考虑到定位需求，取H=100mm。c=(1.52)34=5168mm ，实际尺寸略大于51mm即可。(五) 凸模长度确定及其强度核算凸模长度 L=+a式中 固定板的厚度（mm）本副模具为150mm 固定卸料板的厚度（mm） 导尺的厚度（mm） a附加长度，可取1020mm经计算取L=310mm凸模长度确定后一般不需要作强度核算，只有当凸模特别细长时，才进行凸模的抗弯能力和承压能力的校核。此处不需要校核。三、 压料及卸料零件(二) 推件装置参照冲压工艺与模具设计图8-26选用图b形式的刚性推件。（三） 卸料装置由于本副模具不会产生外围废料，故不需要卸料装置三、定位零件由于本副模具是生产该零件的第二道工序，故不需要考虑排样的问题，至于定位，可以在凹模的表面铣一个形状与第一幅落料-冲孔复合模加工完成的半成品一样的凹槽，再将半成品放入其中便可完成加工工件的定位。五、 固定与紧固零件（三） 固定板由经验公式 凹模固定板 H=（0.60.8） 凸模固定板 H=（11.5）D 取H=150mm（四） 模柄参照冲压工艺与模具设计图8-32选用图b形式的压入式模柄六、 导向零件导柱和导套导向根据零件要求，参照冲压工艺与模具设计图8-33选用图a形式的布置形式，配合精度选H6/h5