Φ30单耳止动垫圈的冲压模具设计

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摘 要在 制 造 业 里 面 , 运 用 最 广 泛 的 当 属 模 具 行 业 了 , 而 模 具 里 面 的 冲 压 模 具 , 又 是使 用 很 广 泛 的 一 种 。 这 样 的 冲 压 模 具 制 造 , 在 金 属 方 面 的 生 产 运 用 到 很 多 , 大 到 各种 大 型 机 器 , 建 筑 用 材 , 小 到 汽 车 钣 金 , 身 边 的 金 属 用 品 , 都 离 不 开 冲 压 模 具 的 制造 。 冲 压 模 具 从 生 产 优 势 上 来 看 , 它 的 操 作 很 简 单 , 只 需 要 工 人 做 机 械 式 的 重 复 劳动 就 可 以 完 成 整 个 产 品 的 加 工 了 , 而 且 精 度 也 比 较 高 , 对 尺 寸 要 求 不 严 格 的 产 品 ,一 般 经 过 冲 压 工 艺 加 工 完 后 就 可 以 直 接 使 用 了 。 我 这 次 的 毕 业 设 计 课 题 就 是 对 30单耳止动垫圈的冲压模具设计与制造。我需要对这个冲裁件进行结构分析,然后对它做一个冲压工艺,确定模具类型,然后就要对模具的结构进行计算了。最后用三维软件绘制出冲压模具的整体效果图。关键词:设计;工艺分析;冲压模具;结构计算AbstractIn the manufacturing industry, the most widely used mold industry is, and the stamping die inside the mold is widely used. This kind of stamping die manufacturing, in the production of metal in a lot of use, large to a variety of large machines, building materials, small to automobile sheet metal, metal supplies around, can not be separated from the manufacture of stamping die. Stamping die from the production advantages, its operation is very simple, only need workers to do mechanical duplication of labor can complete the whole product processing, and the precision is high, the size requirements are not strict products, after the process of stamping process can be used directly. My graduation project is the design and manufacture of the stamping die for the 30 single ear washers. I need to make a structural analysis of the blanking piece, and then make a stamping process to determine the type of the die and then calculate the structure of the die. Finally, the overall effect diagram of stamping die is drawn with 3D software.Key words: design; process analysis; stamping die; structural calculation目 录1 冲载件的工艺性分析 .51.1 冲载件 .51.1.1 材料的选择 .51.1.2 零件的结构分析 .51.2 冲载模的选择 .52 冲载工艺设计 .72.1 排样方式的确定及计算 .72.1.1 搭边值的确定 .72.1.2 确定排料方向 .72.2 复合模压力中心的建立 .82.3 冲载力的计算 .82.4 压力机的选择 .93 复合模设计 .113.1 凸、凹刃口尺寸计算 .114 复合模主要零件设计 .124.1 复合模模架的设计 .124.2 复合模模柄的设计 .134.3 复合模垫板的设计 .134.4 凸模固定板的设计 .144.5 弹性卸料板设计 .144.6 导料板的设计 .144.7 标准圆柱销和内六角圆柱螺钉的选择 .154.8 复合模导柱和导套的选择 .155 复合模零件材料的选择 .175.1 复合模凸模选材 .175.2 复合模凹模选材 .175.3 复合模上、下模座选材 .175.4 复合模导柱和导套选材 .185.5 复合模其他零件的选材 .185.5.1 复合模垫板、导料板和卸料板选材 .185.5.2 复合模凸模固定板选材 .196 复合模的 UG 建模和 autoCAD 制图 .20总结 .21谢 辞 .22参考文献 .23引言我 在 这 次 的 毕 业 设 计 里 , 将 要 发 挥 我 大 学 四 年 所 学 到 的 所 有 知 识 , 来 努 力 完 成这 次 意 义 非 凡 的 毕 业 设 计 , 我 的 毕 业 设 计 课 题 是 30单耳止动垫圈的冲压模具设计。我将要从冲压工艺、模具结构设计、标准件的选型几个方面来完成此次设计内容。我 国 现 在 的 冲 压 模 具 的 发 展 已 经 相 对 比 较 成 熟 了 , 对 大 部 分 的 冲 压 产 品 都 可 以确 保 精 度 的 前 提 下 加 工 出 来 。 但 是 对 一 些 尺 寸 精 度 要 求 很 高 的 产 品 , 就 不 能 够 加 工出 满 意 效 果 的 产 品 了 , 对 高 精 度 的 产 品 冲 压 加 工 这 方 面 , 还 有 待 提 高 , 和 国 际 水 平有 着 一 大 段 的 距 离 需 要 追 赶 。 尽 管 如 此 , 我 国 的 冲 压 模 具 企 业 的 经 济 发 展 在 全 世 界的 发 展 中 , 还 是 占 有 很 大 的 地 位 的 。 s我 国 当 前 对 模 具 的 研 究 设 计 需 要 向 着 创 新 化 , 高 水 准 , 更 高 要 求 的 方 面 发 展 ,不 能 止 步 不 前 , 原 地 踏 步 只 顾 眼 前 的 利 益 。 应 该 放 眼 远 方 , 努 力 提 高 我 国 的 高 精 度冲 压 模 具 发 展 的 水 平 。 尽 早 和 国 际 接 轨 。1 冲载件的工艺性分析1.1 冲载件1.1.1 材料的选择我这次设计的零件是 30 单耳止动垫圈,对该零件的材料选择我先查阅了机械设计手册里对于冷冲压零件材料的推荐分析后选择的是 A2 材料,也就是平时常见的 304不锈钢。根据手册里的参考,对 304 不锈钢的抗拉强度可知是 350Mpa 左右。1.1.2 零件的结构分析根据上面提供的零件图纸可以知道我这次设计的 30 单耳止动垫圈结构是比较简单的,而且零件的内孔和边缘的距离远远大于冲压模具凹凸模要求的最小壁厚,所以可以被冲压模具加工的。1.2 冲载模的选择冲压模具有多种类型的,根据被冲压的零件结构来选择合适的冲压模具结构,可以保证最大化的生产效率和利润。一般常见的冲压模具结构有单工序模具,复合模具还有复合模。我这个零件的结构很简单,只需要冲孔和落料 2 个冲压工序就可以完成冲裁了,所以这里我打算选择设计一款复合模来完成该零件的冲压工艺。复合模的结构原理是在模具冲压机的一次冲裁过程当中,模具可以在同一个位置上就能够完成完成多个工序,这样的模具结构可以至采用一副模具就能够完成需要多个工序完成加工的零件了。而且复合模加工零件的时候,因为在同一个模具上,可以保证零件的位置精度,这样的优势对我这个零件的生产,有很大的好处,不仅节省成本, 能提高工作效率。2 冲载工艺设计2.1 排样方式的确定及计算在条料进入冲压模具的时候,需要按一定的冲压工序排列进入模具,这样的排列就是排样。一个合理的排样方案能够减少生产成本,对产品的质量也有保证,排样的科学规划还能提高模具的使用寿命。因为我在这里必须认真的仔细的对该冲裁件的排样方案做设计才可以。2.1.1 搭边值的确定搭边值就是排样图里冲裁零件和条料边缘还有零件和零件之间的距离,在确定搭边值的时候,需要对条料在被冲裁时候的强度考虑充分,还要预防被冲裁出来的零件报废,尺寸要求不达标等情况发生。所以对搭边值的选择也有严格的要求。2.1.2 确定排料方向我分析完我这个冲裁件以后,根据我这个冲裁件的结构,我初步确定横向排样的布局方式,如下图所示。冲载件排样2.2 复合模压力中心的建立压力机带动模具上模座冲裁条料的时候,对条料有一个冲裁力,这个力会有一个中心点,这就叫压力中心。压力中心的位置也是由讲究的,不可以随便选择。压力中心的正确选择不仅可以确保工件重才出来的高质量,还能防止模具的磨损,提高模具的使用寿命。我根据相关资料里的对压力中心的解析法来确定我这个零件的压力中心位置,如图所示:2.3 冲载力的计算冲裁力的正确设定,对产品的加工质量有直接的影响因素,也是设计模具的时候 考虑到的问题。冲裁力包括了冲孔力还有落料力。而且在模具做冲裁工作的时候,冲裁力也在不停的改变。下面我简单的对我设计的这套模具的冲裁力计算分析一下。我这套模具的冲模使用了刚性卸装置和自然漏料方式,那么它们的总冲压力为: TF总 21式中 F1-落料时的冲裁力F2-冲孔时的冲裁力由公式 bKLtF式中: 冲裁件周边长度L 材料厚度 mmt材料抗剪强度b系数 一般取 1.3K落料时的冲裁力 bLtF3.1冲裁件周长 mL 83.020720142材料厚度 .t材料抗剪强度 Mpa3故 bLtF.1 N18.0634.1830冲孔时的冲裁力bLtF.2NLtFb 4.2930343.1.1 所以 58201N推件力NFnKTT 87.4620518.21035.4冲裁工艺总力 总t总 7681032.4 压力机的选择在选择压力机型号的时候,需要选择对冲裁件的冲裁力合适的压力机才行,如果选的吨位大了,就会浪费资源,如果选择的吨位小呢,就会无法冲裁条料,影响生产效率。我这里根据上文计算的冲裁力结果来选择合适的压力机,该压力机的吨位比我的冲裁件收到的冲裁力稍微大一点,可以保证零件的加工质量。表 21 开式压力机最大封闭高度/mm工作台尺寸/mm工作台孔尺寸/mm活动台位置公称压力/KN产生公称压力时滑块距下死点的距离/mm滑块行程/mm行程次数(次/min) 固定台和可倾式最高最低封闭高度调节量/mm滑块中心到床身距离/mm左右前后左右前后直径160 5 70 115 220 300 160 60 160 450 300 220 110 1603 复合模设计3.1 凸、凹刃口尺寸计算在设计凹凸模的时候,对凹凸模的精度要根据冲裁件的尺寸精度来确定。凹凸模的尺寸精度要比冲裁件的尺寸精度稍微高一点点,这样可以保证长时间的使用,也不会影响冲裁件的尺寸精度。我这个零件的尺寸精度是 IT11,那么根据前人的设计经验,我设计的凹凸模的尺寸精度选择为 IT9.4 复合模主要零件设计4.1 复合模模架的设计我设计的这套复合模的入料方式是横向送料的,所以在选择模架的时候,初步选择对角导柱式的模架。因为我的入料方式是横向的,需要较宽的入料口,所以对角导柱模架可以满足这个要求。对角导柱模架的结构,是在模具的对角中心线上,一前一后分别安装导柱,对角导柱的话能够让模具在冲压工作的时候受力均匀,可以保证模具冲裁出合格的零件来。我参考模具设计手册里的相关资料,对我涉及的这副复合模的模架参数选取如下所示:对角导柱模架上、下模座尺寸(单位 mm)凹模边界 ) )名称 L B厚度HS R 基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差上模座100 100 25 110 110 180 160 145 145 35 32 35下模座100 100 30 110 110 180 160 145 145 35 20 22把复合模的对角导柱模架选择好了以后,我就根据模架结构来对凹凸模的冲孔和落料的通道进行设计。然后再一次把上模座和下模座和其他的主要零部件按照模具合理装配的方案按照顺序一一的设计到合适的位置。对下模座我选择用 4 个圆柱销还有6 个内六角螺钉来紧固装配。对上模座也是采用同样的方式来固定装配。4.2 复合模模柄的设计然后我在对我设计的这套复合模的模柄选择。模柄也有很多种类,根据我这个零件结构和模具的设计,我选择旋入式的模柄,比较符合我这个复合模的结构使用,而且在装配的时候可以方便装配。因为在压力机的高强度工作下,模柄需要承受很强的压力,在用过一段时候后就会磨损,所以需要经常更换,采用旋入式模柄,就可以方便更换模柄。我根据模具设计手册里对旋入式模柄的尺寸结构参数的分析,我选择的模柄尺寸如下:旋入式模柄尺寸(单位 mm)d(d11) S(H13)基本尺寸 极限偏差 H h 基本尺寸 极限偏差 b C30 73 25 24 18.5 M4X8 2.5 14.3 复合模垫板的设计在模具进行冲压工作的时候,凹凸模会 2 很强大的冲击力,为了减缓凹凸模的受力,所以需要设计一块垫板,垫板可以有效的缓冲凹凸模在受到冲裁力时候的直接受力作用。而且因为有了垫板的存在,在复合模具进行冲压工作的时候,可以保护凹凸模,减轻磨损,也就提高了模具的使用寿命。垫板一般是在选择好上模座之后再选择的,我这里选择的垫板打算选择矩形的垫板,垫板采用螺钉来紧固装配到上模座上,对垫板的尺寸我也参考模具设计手册里对垫板的尺寸参考来选择,结果如下:复合模垫板(单位 mm)L B H C100 100 4 14.4 凸模固定板的设计在设计冲压模具的时候,需要设计凸模固定板,作用就是为了保证凸模的位置和稳定性。凸模固定板的尺寸一般设计的和凸模的外形尺寸要一致,然后在确定凸模固定板的厚度,根据我上文对模具结构的分析,再参照模具设计手册里的相关数值,我对凸模固定板的厚度选择为 25 毫米。对凸模固定板的尺寸精度要求也要按照凸模的尺寸精度来确定,为了保证凸模能够生产出合格的工件来,我这里对凸模和凸模固定板之间的配合公差选择 H7/h6。4.5 弹性卸料板设计在设计冲压模具的时候,需要设计卸料板,卸料板主要用于条料的余料排除。卸料板一般都是按照在凹模上面的。卸料板有刚性卸料装置和弹性卸料装置,它们有不用的用途和结构。我这次加工的冲裁件的厚度是 0.75 毫米,适合使用弹性卸料装置,弹性卸料装置里一般要填充橡皮或者是弹簧,然后用螺钉配合紧固,组成一个完整的弹性卸料板。对卸料板的厚度我参考模具设计手册里对卸料板的尺寸参数推荐,我选择厚度为 12 毫米。对弹性卸料装置里面的弹性体我选择聚氨酯弹性体,它的十寸根据模具设计手册里的相关资料可知尺寸如下:聚氨酯弹性体的尺寸(单位 mm)D d H20 8.5 16 264.6 导料板的设计导料板的作用是使条料能够按照指定的方向送进,为条料提供一个正确的方向送料,以此达到送料的正确性。为了保证冲裁件最后的质量,对导料板的尺寸设计就要符合一定的尺寸精度才行。我在这里选择分离式的导料板就可以满足要求了。4.7 标准圆柱销和内六角圆柱螺钉的选择模具需要在精准的装配状态下,才可以冲裁出合格的产品,所以为了保证模具装配的精准度,还要对用于装配的圆柱销选择合适的尺寸和配合公差。我在这里选择的4 个圆柱销来装配上下模座。我选择的圆柱销的尺寸按照机械制图里面提供的尺寸表,选择如下:圆柱销尺寸(单位 mm)名称 上模 下模d 6 8c 1.2 1.6l GB/T 119.1 1260 1480然后还要将上下模座之间的主要零件紧固住,我还采用了内六角螺钉,来紧固上下模座和其他零件之间的装配。对内六角螺钉的尺寸选择我也按照机械制图里面的标准尺寸选用表选择,尺寸如下:内六角圆柱头螺钉尺寸(单位 mm)名称 上模 下模螺纹规格 d M6 M810 13K max 6 8t min 3 4s 5 6e 5.72 6.86B(参考 ) 24 28l 范围 1060 12804.8 复合模导柱和导套的选择我选择的模架是对称导柱模架,这个模架的导向主要由导柱和导套组合完成,我这个模具立导套和导柱之间选择的滑动导柱和导套配合。因为是对称结构,所以需要2 套导柱和导套,但是这 2 套之间的尺寸大小是不一样的。因为设计不同的尺寸,可以预防因为装配时候误装从而导致发生模具损坏。我这次设计的冲裁件的厚度小于 0.8 毫米了,所以这里我对导柱和导套之间的配合精度寻找的是 H6/h5。然后根据模具设计手册里对导柱和导套的尺寸选择如下:B 型导柱尺寸(单位 mm)d (r6)基本尺寸 极限偏差 h5 基本尺寸 极限尺寸 L l20 20 120 3022 22 120 30B 型导套尺寸(单位 mm)d D(r6)基本尺寸 极限偏差 H6 基本尺寸 极限偏差 L H20 32 50 2522 35 50 255 复合模零件材料的选择5.1 复合模凸模选材我此次设计的冲压模具里,有圆形凸模和非圆形凸模,凸模的受力比较大,所以对凸模的材料选择也是十分严格的。为了确保凸模的尺寸精度和使用寿命,我在这里要根据前人的设计经验和国家设计标准来对凸模的材料进行选择。我在本次的冲压模具设计里,对凸模的结构设计时选择的面积不会发生变化的直通凸模,那么对这样结构的凸模的材料选择,我根据模具设计手册里面的相关表格对凸模的选材要求如下:凸模材料材料 T10A GB129886热处理 凸模刃口端淬硬,硬度 56HRC60HRC;凸模末端淬火后回火,硬度40HRC50HRC技术条件 按 GB287081 的规定5.2 复合模凹模选材凹模和凸模的要求是一样的,所以凹模的选材和凸模的选材要求是一样的。不过为了冲压模具的工作需要,我在这里对凹模的材料加工精度选择的是比凸模的尺寸精度要高一点,这里我根据模具设计手册里面的相关表格对凹模的选材要求如下:凹模材料材料 T10A GB129886热处理 凹模淬火硬度为 60HRCD62HRC技术条件 按 GB287081 的规定5.3 复合模上、下模座选材冲压模具的上模座和下模座是整个模具里重要的一部分结构,上下模座的质量好坏对模具整体的稳定性起着很大的作用。因此对上下模座的材料选择也要严谨仔细才行。我根据模具设计手册里面的相关表格对上模座和下模座的选材要求如下:上、下模座材料材料 HT200 GB9439技术条件 按 GB/T 12446 的规定5.4 复合模导柱和导套选材导柱和导套是为模具工作时候提供正确的方向的,所以对模具的工作也起着重要的作用。我对导柱和导套的选材,我根据模具设计手册里面的相关表格对上模座和下模座的选材要求如下:导柱和导套材料材料 20 号钢 GB699导柱 技术条件 按 GB/T 12446 的规定;渗碳深度 0.81.2mm;硬度58HRC62HRC。材料 20 号钢 GB699导套 技术条件 按 GB/T 12446 的规定;渗碳深度 0.81.2mm;硬度58HRC62HRC。5.5 复合模其他零件的选材5.5.1 复合模垫板、导料板和卸料板选材我根据模具设计手册里面的相关表格对垫板还有导料板和卸料板的选材要求如下:垫板、导料板和卸料板材料材料 45 号钢 GB69988热处理 进行淬火处理,淬火后硬度为 40HRC45HRC垫板技术条件 按 GB287081 的规定材料 45 号钢 GB69988热处理 进行淬火处理,淬火后硬度为 40HRC45HRC导料板和卸料板技术条件 按 GB287081 的规定5.5.2 复合模凸模固定板选材我根据模具设计手册里面的相关表格对凸模固定板的选材要求如下:凸模固定板材料材料 45 号钢技术条件 按 GB287081 的规定复合模的凸模、凹模、上下模座、导柱导套和其他重要零件的选材已经确定。6 复合模的 UG 建模和 autoCAD 制图通过前面对模具结构的设计和尺寸计算后,我设计的复合模具就算完成了,我再根据上文对模具设计的参数,利用 UG 三维软件绘制模具的三维装配图。因为我之前对 UG 软件的使用不是很熟练,所以我还专门买了一本UG NX10.0 从入门到精通全书学习 UG 的建模过程。这次我绘制的冲压模具结构包括了上模座和下模座,还有导料板和卸料板和垫板,还有用于紧固作用的各个型号的螺钉,还有凹凸模和凸模固定板。分别绘制完这些零件之后,我再利用 UG 的装配模块,对每个零部件进行合理的装配,组合成一个完成的冲压模具结构。绘制完冲压模具的三维装配图之后,我再利用 UG 的工程图模块,把装配图导出二维图,用 CAD 打开,按照国家制图标准,把装配图的序号、零件名称和尺寸和公差等按照要求标注完成。在导出二维图的时候,我主要对冲压模具的主要零部件进行了二维图的转换,主要有凹凸模啦,还有上模座和下模座啦,还有垫板卸料板等等一些主要设计出来的零件。总结在经过几个月的毕业设计,我的设计终于到此结束了,我成功的完成了此次重大任务。我再做毕业设计的流程主要是这样的,首先对冲裁件的结构和材料分析,指定合理的冲裁工艺,然后再确定模具类型和选择模架,我选择的是对称导柱式复合模具。然后我又对模具里面的凹模和凸模进行计算,还有冲裁件受到的冲裁力分析,设计合理的凹模和凸模结构。完了之后我又对模具的整体零部件进行设计和计算,主要有上模座和下模座的结构设计,还有对卸料板和导料板的结构尽心选择分析,然后对导柱啦导套还有紧固螺钉做选择,最后对所有主要零部件的材料进行分析和选择。这样就完成了整个的模具结构设计了,就利用 UG 软件来绘制冲压模具的装配图和工程图。在这个毕业设计期间,我一直和我的指导老师保持联系,因为在这毕业设计中我也遇到了许多不懂得地方,.多亏了指导老师对我的帮助,我才得以完成这次的毕业设计。在这次毕业设计里,我深刻的意识到了我在学校学习到的知识和实际生产当中的差别是很大的,学校学的东西,和实际生产里面的知识比起来,相差太多了,我还需要学习更多的知识,才能在以后的道路上,更顺利的发展。谢 辞我的毕业设计顺利的完成了,这里面不仅又我自己付出的努力,还有指导老师和同学们对我的帮助,我才能顺利完成,不是我一个人的功劳,是你们大家的帮助,才让我顺利毕业了,没有你们的帮助,我是无法毕业的,所以指导老师和同学们对我的大恩大德,我终身难忘,这让我太激动了,我在这里对你们郑重的说一声:谢谢!还有参与我此次答辩的老师们,多谢你们在百忙之中抽出时间来帮我答辩,谢谢你们。参考文献1 模具实用技术丛书委员会编.冲模设计应用实例. 北京:机械工业出版社, 2003.2 翁其金.冲压工艺与模具设计. 北京:机械工业出版社,2004.3 陈炎嗣,郭景仪主编.冲压模具设计与制造技术.北京:机械工业出版社,1991.4.4 冲模设计手册编写组. 冲模设计手册. 北京:机械工业出版社,1999.5 王孝培,冲压手册M北京:机械工业出版社,1996.6 冲模设计手册编写组.冲模设计手册M .北京:机械工业出版社,1988.7 郑可锽.实用冲压模具设计手册 M .北京:宇航出版社,1992.8 李光耀,浅谈现代模具设计与制造J.太原理工大学学报,2001,32(1):51-53.9 张晓陆,CAE 技术在注塑模具设计及制造中的应用J.江苏春兰机械制造有限公司年报,2004,25(6):68-73.10周永泰,模具设计和加工技术的发展方向J.中国模具工业协会学报,2000,23(3):45-50.11董占峰,王成端,绿色模具设计概论M.绵阳:西南科技大学出版社,2003.12江昌勇,模具设计中的可靠性问题J.常州工学院延陵学院学报,2001,10(2):30-36.13杨庆东,现代模具制造的高速加工技术M.北京:机械工业出版社,2004.14白钊, 林庆文, 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