姚赞彬(铁芯冲片冲压复合模设计)

0402姚赞彬（铁芯冲片冲压复合模设计）成人高等教育毕业设计（论文）题目铁心冲片复合模设计学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化（模具设计与制造） 4班年级姓名姚赞彬指导教师罗方河老师（ 年 月）广东工业大学继续教育学院制刖百模具生产的工艺水平及科技含量的高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开 发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力，因此这次我们的毕业设计要求设计一个模具以便检验自己所学模具有关方面的知识是否牢固。由于产品的材料和工艺特性不同，生产用的设备也各异，模具种类繁多，但用的最为广泛的大约有以下几种：冷冲压模、塑料成型模、锻造模、精密铸 造模、粉末冶金模、橡胶成型模、玻璃成型模、窑业制品模、食品糖果模、建 材用模等。其中以冷冲压模、塑料模的技术要求和复杂程度较高。据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表等产品的零件，有60%右是用模具加工完成的；自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工业产品，有80%勺零件需由模具来制造。至于标准件中的紧固件、轴承、日用五金、餐具、塑料制品、玻璃制品、玻璃器皿、皮胶鞋等的大批量生产，完全靠模具来保证。例如生产海鸥牌照相机，其占总数的92%勺零件就需500套模具，又如解放牌汽车改型后约需 400套模具，具总重量达2500t。即使一个自动玩具的生产也需要近 90套模具。显而易见，模具作为一种专用的工艺 装备，在生产中的决定性作用和重要地位越来越被人们所共认。实践证明，只有依靠先进的科学技术，广泛地采用新技术、新工艺、新材料和新设备，加强科学管理，才能促进生产的持续发展。而要完成上述新课题 和新项目就离不开精密、复杂、大型、长寿命模具的及时工艺。从接到设计任务到完成，短短的三个月来，从刚开始朦胧的学习模具设计与 制造，到可以独立完成一套小型的模具，这是一个量的积累到质的变化.在设计方 面，用CA咏件协助进行绘图，大大的提高工作效率.设计过程是充实而又快乐的，每当一次又一次的通过查数据，攻破一个小难 关，到最后完成有点小成就感，从进学校学习模具这个专业，就以模助为中心，以 后要好好朝模助设计师这个目标好好努力！这次设计能顺利完成，还得感谢罗方河等老师的精心指导。但错误之处在所难免，望批评指正。非常感激！目录1、设计依据、原始数据12、零件冲压加工工艺分析12.1 冲裁件结构工艺性12.2 冲裁件的精度和断面粗糙度23、确定零件冲压工艺方案23.1 方案比较23.2 确定方案24、排样设计34.1 计算毛坯尺寸34.2 画排样图,计算料宽34.3 材料的经济利用35、冲裁工艺力的计算45.1 冲裁力45.2 卸料力、推件力和顶件力的计算55.3 冲压设备的选择65.4 模具压力中心的确定86、零件冲压工艺计算96.1 凸、凹模间隙值的确定96.2 凸、凹模刃口尺寸的确定97、模具结构设计138、校核压力机安装尺寸139、编写技术文件（见附表）14献15总结与致ft15附表.161、设计依据、原始数据*10*urTt/虫3210.1506C图a图a心冲片零件图铁心冲片，材料：硅钢片，厚度 0.35mm生产批量为30万件/年。2、零件冲压加工工艺分析冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。一般情况下，对冲裁件 工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。良好的冲裁工艺性应能满足 材料较省、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等 要求。2.1 冲裁件结构工艺性冲裁件孔的最小尺寸 模具凸模的强度受冲裁件上孔的尺寸的影响，所以冲 裁件上的孔不能太小，查冷冲压模具设计指导书表 2-2,冲裁铁心冲片 时，冲孔的最小尺寸为1.3t=0.50mm,该零件的孔远比0.39mm大，所以凸模的 强度不受冲裁件上孔的尺寸的影响。由于孔与壁周距边距仅2mm-3mm,设计模具时应加以注意，制件较小，从安全考虑，要采取适当的取件方式；还有，有 一定的批量，应重视模具材料的选择，保证一定的模具的寿命。2.2 冲裁件的精度和断面粗糙度(1)精度 零件图a所示铁心冲片零件具外形相对比较简单，形状规则， 适合冲裁加工。但零件尺寸公差要求较高，按 IT12级选取，利用普通冲裁方式 可达到图样要求。(2)断面粗糙度,查冲压工艺与模具设计书，材料厚度 t=0.35mm, 得断面粗糙度 a =25但m3、确定零件冲压工艺方案该零件的外形简单，形状规则，材料为硅钢片，厚度 t=0.35mm,( 二441MPa的计算方便，圆整450MPa)由于生产批量为大批量生产。而且成型工 艺只有冲孔和落料两个工序，所以设计关键是设计模具工作零件的结构，保证 模具使用寿命。3.1 方案比较方案一：采用单工序模，对于该零件，冲模的结构简单、制造周期短，价 格低，而且通用性好，比较容易在实现自动化，但是压力机一次行程内只能完 成一个工序，生产效率不太高。方案二：采用复合模，压力机一次行程内可以完成两个或者两个以上工 序，生产效率高，适合大批量零件生产，冲件精度较高，不受送料误差影响， 内外形相对位置一致性好，适宜冲薄料，但是很难实现自动化，只能实现部分 自动化，而且制造复杂性和价格都比单工序模高。方案三：采用级进模，压力机一次行程内可以完成多个工序，生产效率 高，冲件精度高，适合中小型零件的大批量零件生产，容易实现自动化，较难 保证内外形相对位置一致性。模具强度高，耐磨性能要好，但模具制造精度不 高.3.2 确定方案比较以上方案，决定采用复合模冲裁该零件，由于生产批量为大批量生 产，而且具有操作方便、安全制造方便，维修容易等特点，模具强度较高，寿 命较长。便于实现自动化。该零件属于薄料冲裁小型零件，而且产量是大批量 生产。从制件的制造精度和生产批量还有模具的生产效率等方面考虑，所以决 定采用复合模冲裁该零件。复合模缺点在于制造复杂性和价格都相对比较高，而且难以实现自动化.3.3 样设计4.1 计算毛坯尺寸由于该制件是平整件，毛坯尺寸直接在排样图里表达出来.4.2 画排样图,计算料宽条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭 边俏，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。图b排样图如上图b所示查冲压工艺与模具设计（第三版）表2.5知,a=2.2,b=2.5,因此，计算可 知L=28+a=28+2.2=30.2mmB=60+2b=60+5=65mm式中：B为条料宽度的基本尺寸；L为一个步距的尺寸（mm）4.3 材料的经济利用冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占 60犯上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。其计算公式如下：s0s4.4 为得到制件的面积（mm2）;s为一个步距的条料面积（L B）./曰60 28 164.565 30.25、冲裁工艺力的计算5.1冲裁力计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。平刃口模具冲裁时，冲裁力F （ND可按下式进行计算F =比或 F Lt b式中L一冲裁件周边长度（mmi ;t 材料厚度（mm ;万一材料抗剪强度（M Pea）;b一材料的抗拉强度（M Pa）.K一系数。（考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取 K=1.3）一般情况下，材料的 5=1立，为计算方便，也可用下式计算冲裁力 F（NJ）五二式中一材料的抗拉强度（MPa 。此制件所需的冲裁力”由冲孔力、落料力两部分组成。查冲压工艺与模具设计表 8-1得=450MpaF 1.3papa=59.5KN所以此制件所需的冲裁力=59.5K5.2卸料力式八推件力稣和顶件力的计算当上模完成一次冲裁后，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会紧箍在凸模上。为了使冲裁工作连续，操 作方便，必须将套在凸模上的材料刮下，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，称为推料力。从凹模内向上顶出制件所需的力，称顶件 力。如图c所示。图c工艺力示意图% 上】、”是由压力机和模具的卸料、推料、顶件装置获得的。影响 这些力的因素主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸、凹模表面粗 糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。要准确计算这些力是困难的，实际生 产中常用下列经验公式计算式中一冲裁力（k N）爪* G一系数，其值一般为0.02-0.06（薄料取大值，厚料取小值）卸料力、推件力和顶件力系数，/=0.05, 7=0.05;依一梗塞在凹模直壁内的制件或废料数量，n=h/t。查表2-22,取h=9,得 弋=4,k=河、0.05= L + 4所以此制件所需的卸料力、推件力和顶件力分别为3KN,12KN,3KN5.3 冲压设备的选择(1)、压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力。式中餐为所选压力机的吨位。盘为冲裁时的总力。冲压力”的计算F总F F推出F顶59.5 3 3 12 77.5KN查冷冲压模具设计指导书表 8-10得，完成该制件所需的冲压力为 78KN.(2)初步选择压力机由模具设计指导书表4-32得，选压力机为开式双柱可倾压力机，表4-33得，压力机的标称压力为100KN,型号为J23-10.其参数如表1-1所示。表1-1型号J23-16公称压力/kN160滑块行程70滑块行程次数/ (次/min )115最大封闭图度/ mm220封闭局度调节量/ mm60滑块中心线至床身距离/ mm160床身两立柱间距离/加180工作台尺寸/加前后300r左右450工作台孔尺寸/ mm前后110左右220直径160垫板尺寸/ mm二厚度直径模柄孔尺寸/ mm直径30一深度50最大倾斜角度/ ( )305.4 模具压力中心的确定冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。为了保证压力机和冲模正常平稳的工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心重合。图d压力中心分析图由图d可知，由于图形上下对称，单件冲裁，帮采用解析法求压力中心（解析 法计算依据是，各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该坐标轴的 力矩），因冲裁力与冲裁周边长度成正比，所以各冲裁力可分别用各冲裁周边长度 代替，即如以下公式：按下列公式求压力中心的坐标值（ 工，乂）：_+乙匕+.+乙乂x 十八L-带入数据讲算可得2X。290.24416 150.72 512 784 828.96 1680290.24 15.06 15y030根据以上计算和分析，可得到制件的压力中心位于上图坐标系的坐标点（15,30）处.6、零件冲压工艺计算6.1 凸、凹模间隙值的确定凸、凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料 力、推件力等有较大影响，所以必须选择合理的间隙。冲裁间隙数值主要按制 件质量要求，根据经验数值来选用。查冲压工艺与模具设计表 2.2.4 ,该 冲裁件为硅钢片，板料厚度为 0.35mm故冲裁模初始双边间隙=0.04mm=0.06mm6.2 凸、凹模刃口尺寸的确定1、确定凸、凹模刃口尺寸的原则：a、落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极 限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的 标称尺寸应比凹模小一个最小合理间隙。b、冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最大极 限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹模刃口的 标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。c、选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保 证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高 23级。工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则 是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即：落料件上偏差为 零，下偏差为负；冲孔件上偏差为零，下偏差为负。2、凸、凹模配合加工时的工作部分尺寸对于冲裁复杂形状冲件的模具或薄板零件的模具，为了保证冲裁凸、凹模 间有一定的间隙值，其凸、凹模常采用配合加工方法。凸、凹模工作部分尺寸 计算：其落料件按凹模磨损后尺寸增大、减小和不变的规律三种；冲孔件按凸 模磨损后尺寸增大、减小和不变的规律三种。计算公式见冲压工艺与模具设 计表2.3.2和表2.3.3。第一类尺寸：落料凹模或冲孔凸模磨损后尺寸将会增大，计算公式为：4=( 4M .)产第二类尺寸：落料凹模或冲孔凸模磨损后尺寸将会减小，计算公式为：刃=(Bjiun +xA)拉第三类尺寸：凹模或凸模磨损后尺寸基本不变，计算公式为：Cj (Cmin 0.5 ) 0.125式中为零件的公差(mm);因冲裁件尺寸公差要求较高，精度按IT12选 取。X为磨损系数，其值在0.170.35之间，按冲压工艺与模具设计表 2.3.1选取。该零件精度为IT12,故x=0.75，其中未注公差尺寸精度为IT14.(1)设计凸模、凹模的刃口尺寸冲裁该铁心冲片零件用复合模来完成，分两部分来计算，其一为外型刃口尺寸和孔的定位尺寸，其二为孔的刃口尺寸.1) .此制件外形尺寸形状简单，可按分别加工方法计算制件外形刃口尺寸.该 冲裁件属于落料件，选凹模为设计基准件，虚线部分为凹模轮廓磨损后的变 化。按配制加工方法，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺 寸由凹模的实际尺寸按间隙要求配制。a)根据图e,凹模磨损后变大的尺寸有 Ad1(2 800.33), Ad2( 60。46), Ad3(100o.22), Ad4 (1400.27), Ad5( 4 0.15).根据第一类计算公式月二(4飒7)产,由冲压工艺与模具设计 表2.3.1查得，根据以上的计算尺寸，其磨损系数为x=0.5或x=0.75，计算过程如下：Ad1(280.75 0.33)00.25 0.3327.7500.08 ,Ad2(600.50.46)00.46 0.2559.7700.12,Ad3(600.50.46)00.46 0.2559.7700.12 ,Ad4(140.75 0.27)00.27 0.2513.800.07,Ad5 (4.15 0.75。0. 0.3/23.93 00.03 (此尺寸为单边增加磨损尺寸，制造偏差来计算。)b)根据图e凹模磨损后变小的尺寸有 Bd1 ( 00.27 ),根据第二类计算公式&=( -S+xA)幻强,由冲压工艺与模具设计表2.3.1查得，根据以上的计算尺寸，其磨损系数为x=0.75，计算过程如下：Bd1 (13 0.75 0.27)00.25 0.2713.200.07c)根据图e凹模磨损后不变的尺寸有 Cd1(16 0.11),Cd2(18 0.1)根据第三类计算公式Cj (Cmin 0.5 ) 0.125，由冲压工艺与模具设计表2.3.1查得，根据以上的计算尺寸，其磨损系数为x=0.5，计算过程如下：Cd1 (15.78 0.5 0.44) 0.125 0.44 16 0.11,Cd2 (17.9 0.75 0.2) 0.125 0.2 18.05 0.025d)凸模刃口尺寸确定查书冲压工艺与模具设计表 2.2.3 ,冲裁间隙Zmin=0.04,Zmax=0.06,故凸模刃口尺寸按凹模相应部位的尺寸配制，保证双面最小间隙Zmin=0.04。该冲压件落料凹模和凸模的刃口尺寸标注如图f。图f2) .冲孔的刃口尺寸计算( J5),由公差表查得J5为IT12级制造公差，取x=0.75,且该孔的凸模、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则：根据计算公式，可得出以下结果，dp (dmin x )0(4 0.75 0.15)04.1100.0。8ppdd(dd Zmin)0 d (4 0.04)0 d4.15oO.O12/ p d/ Zmax Zmin校核：0.008 0.012 0.06 0.040.02(左边)0.02(右边)(满足间隙公差条件)7、模具结构设计(1) .凹模设计，选用整体式矩形凹模较为合理.因生产批量大，制件厚度薄,由模具设计指导表3-5中，查得，选用T10A作为凹模材料.1)凹模外形尺寸:凹模厚度：按公式 H=Kb( 15mm)凹模壁厚：按公式 C= (1.52) H(30mm)式中b为冲裁件的最大外形尺寸；b=240mm.K为系数，考虑板料厚度的影响，查书冲压工艺与模具设计表2.8.1,K=0.1,则b=0.1X240=24mm但考虑到要增加凹模强度来提高模具寿命，所以凹模的厚度要适当增加, 故取30mmC= (1.5 2) H=46 60mm,根据零件尺寸即可以估算凹模的外形尺寸；L=50x2+60=160mm,B=2c+28=118148mm由模具设计指导表5-43矩形凹模标准可查到较为靠近的凹模周界尺 寸为160X125X24货5止匕值查表5-2,可得典型组合160X125X140- 170(单位为 mm)(W自JB/T8066.1-1995).而由此典型组合标准，即可方便地确定其他冲模零 件的数量、尺寸及主要参数。(2) .选择模架及确定其他冲模零件尺寸由凹模周界尺寸及模架闭合高度在140170mm问，查书模具设计指导表 5-7选用对角导柱模架，标记为 160X125140 170I (GB/T 2851.1 1990),并可根据此标准画出模架图。类似也 可查出其他尺寸参数，此时即转入装配图。8、校核压力机安装尺寸模座外形尺寸为330X180mm闭合高度为180mm由表1-1,J23-16型压力机 工作台尺寸为300X450mm最大闭合高度为220 mm封闭高度调节量为60 mm,符 合该模具安装要求，即可安装完成冲裁.模柄尺寸也与本副模具所选模具尺寸相 符.9、编写技术文件(见附表)参考文献1史铁梁.模具设计指导.北京：机械工业出版社,20082成虹.冲压工艺与模具设计.第二版.北京:高等教育出版社,20063陈于萍.周兆元.互换性与测量技术基础.第二版.北京:机械工业出版社 20054金大鹰.机械制图（机械类专业）.北京：机械工业出版社，20065编委会.中国模具设计大典.第3卷.江西：科学技术出版社出版,20026王孝培.冲压手册.第2版.北京：机械工业出版社，2000总结与致谢通过这一阶段的努力，我的毕业论文铁心冲片冲压模终于完成了，这 意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都得到提高，这 除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开 的。在本论文的写作过程中，我的指导老师罗方河老师、汪立胜老师倾注了大 量的时间，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心 和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。毕业设计是一次再系统学习的过程，毕业设计的完成，同样也意味着新的 学习生活的开始。时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和 错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！附表01机械加工工艺过程卡1模具名称零件名 称材料名称牌号零件图号件数铁心片复合 模落料凹模合金工具钢T10A71工序号1工序名称工序简要内容设备1下料2锻造锻造:164 X 130 X 32 mm尺寸公差 均为 2 mm3退火4检验5粗加工铳削六个平面，留单面余量0.5mm铳床6半精加工磨削六个平面，保证平面各形位公 差和尺寸磨床7划线划出4个M10和4个10的中心 线，并打样冲眼划线平台8加工各孔加工各孔，各螺钉孔，销钉孔匕卜模 座配钻配较9热处理淬火加低温回火保证硬度是 60- 64HRC加热炉.油槽10精加工精磨上.卜面,表面粗糙度达到图样磨床要求11退磁在退磁机上退磁12电加工电火花线切割加工出型孔达到要 求电火花线切 割机床13修整修整型腔抛光机14检验按图样检验15:编制校对审核会签附录02机械加工工艺过程卡|模具名称零件名 称材料名称牌号零件图号件数铁心片复合 模凹凸模合金工具钢T10A231工序号工序名称工序简要内容设备1下料2锻造锻造70X 36X50 mm尺寸公差均为2 mm3退火4检验5粗加工铳削六个平面，留单面余量 0.5mm,成图样形状铳床6半精加工磨削六个平面，保证平面各形位公 差和尺寸磨床7热处理淬火加低温回火保证硬度是 60- 64HRC加热炉.油槽8精加工精磨上.卜面,表面粗糙度达到图样 要求磨床9退磁在退磁机上退磁10电加工电火花线切割加工出型孔达到要 求电火花线切 割机床11修整修整型腔抛光机12检验按图样检验13114151编制校对审核会签附录03机械加工工艺过程卡模具名称零件名 称材料名称牌号零件图号件数铁心片复合 模冲孔凸模 固定板合金工具钢45钢61工序号工序名称工序简要内容设备1下料2锻造锻造:164 X 130 X 22 mm尺寸公差均为 2 mm3退火4检验5粗加工铳削六个平面，留单面余量0.5mm铳床6半精加工磨削六个平面，保证平面各形位公 差和尺寸磨床7划线划出4个11、4个10和2个 04.2沉孔的中心线，并打样冲眼划线平台8加工各孔加工各孔，各螺钉孔，销钉孔匕卜模 座配钻配较9热处理淬火加低温回火保证硬度是 43-48HRC加热炉.油槽10精加工精磨上.卜面,表面粗糙度达到图样 要求磨床11退磁在退磁机上退磁12电加工电火花线切割加工出6个型孔达 到要求电火花线切 割机床13检验按图样检验检验1415编制校对1审核会签附录04机械加工工艺过程卡|模具名称零件名 称材料名称牌号零件图号件数铁心片复合 模凹凸模固 定板合金工具钢45钢211工序号1工序名称工序简要内容设备1下料2锻造锻造:164 X 130 X 22 mm尺寸公差 均为 2 mm3退火4检验5粗加工铳削六个平面，留单面余量0.5mm铳床6半精加工磨削六个平面，保证平面各形位公 差和尺寸磨床7划线划出4个M10、4个11的中心 线，并打样冲眼划线平台8加工各孔加工各孔，各螺钉孔，销钉孔匕卜模 座配钻配较9热处理淬火加低温回火保证硬度是 43-48HRC加热炉.油槽10精加工精磨上.卜面,表面粗糙度达到图样 要求磨床11退磁在退磁机上退磁12电加工电火花线切割加工出型孔达到要 求电火花线切 割机床13检验按图样检验检验1415编制校对1审核会签注：部分图纸由电子文档中的姚赞彬复合模装配图零件图.dwg提供。