端盖零件落料冲孔复合模设计

大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 大连交通大学机械工程学院 毕业设计 题目 端盖零件落料冲孔复合模设计 系 部 机械工程学院 专 业 名 称 机械工程及自动化 软件工程 班 级 R 机械 104 姓 名 孔祥衍 指 导 教 师 阎长罡 2014 年 12 月 27 日 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 I 摘 要 本文为顺装复合冲压模设计 设计中运用冲压模具设计与制造的知识及 CAD 应用 的知识 包括工艺分析 冲压方案的确定 模具结构的设计 参数的计算 也包含了 冲裁力计算 定距方法 冲裁间隙选择 压力中心计算的设计要点以及运用 CAD 画零 件图和装配图 本文介绍的模具实例简单实用 使用方便可靠 根据零件的几何形状要 求和尺寸的分析 采用复合模冲压 这样有利于提高效率 模具设计和制造也相对简 单 关键词 复合模 冲压 设计 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 II ABSTRACT This article makes compound stamping die design Used in the design of stamping die design and manufacture of knowledge and the application of CAD including process analysis the scheme determination of stamping die structure design parameter calculation also includes cutting force calculation distance method of blanking clearance choise design key points of pressuer center calculation and the use of CAD drawing parts drawing and assembly drawing Examples in this paper the mold is simple and practical easy to use and reliable according to the requirements of the parts geometric shapes and dimensions of analysis USES the compound die stamping so to improve efficiency mold design and manufacturing is relatively simple Key words compound die Stamping design 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 III 目 录 第一章 绪 论 1 第二章 工艺分析 2 2 1 材料分析 2 2 2 零件结构 2 2 3 尺寸精度 2 第三章 冲压工艺方案的确定 4 3 1 冲裁工艺方案的确定 4 3 2 冲裁工艺方法的确定 4 3 3 冲裁结构的选取 5 第四章 冲压模具总体结构设计 6 4 1 模具类型 6 4 2 操作与定位方式 6 4 3 卸料与出件方式 6 4 4 模架类型及精度 6 第五章 工艺参数计算 7 5 1 排样方式 7 5 1 1 搭边值的确定 7 5 1 2 材料利用率的计算 9 5 2 冲压力的计算 10 5 2 1 总冲裁力的计算 10 5 2 2 压力中心的确定 11 第六章 刃口尺寸计算 13 6 1 冲裁间隙的确定 13 6 2 刃口尺寸的计算及依据和法则 13 第七章 模具的总体设计 17 7 1 凹模设计 18 7 2 凸模设计 19 7 2 1 凸模结构的确定 19 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 IV 7 2 2 凸模高度的确定 19 7 2 3 凸模材料的确定 20 7 2 4 凸模精度的确定 20 7 3 凸凹模设计 21 7 3 1 凸凹模外形尺寸的确定 21 7 3 2 凸凹模壁厚的确定 21 7 3 4 凸凹模尺寸的设计 21 7 3 5 凸凹模材料的选取 21 7 4 卸料版设计 22 7 4 1 卸料板外型设计 22 7 4 2 卸料板材料的选择 22 7 4 3 卸料板整体精度的确定 22 7 5 固定板设计 22 7 5 1 凸模固定板的设计 22 7 5 2 凸凹模固定板的设计 23 7 6 卸料弹簧设计 23 7 7 推件块 垫板 推板和推杆的设计 24 7 7 1 推件块的设计 24 7 7 2 垫板的设计 24 7 8 挡料销导料销的选取 25 7 9 上下模座 导柱和导套的标准 25 第八章 模具的装配 26 8 1 模具的装配过程可归纳为 26 8 2 装配的技术要求有 26 8 3 选择冲压设备 26 8 4 试模 27 谢辞 29 参考文献 30 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 0 第一章 绪 论 冲压是塑性加工的基本方法之一 它主要用于加工板料零件 所以有时也叫板料 冲压 冲压加工时在板料模具的作用下 于其内部产生使之变形的内力 当内力的作 用到达一定程度时 板料的某一部分就会产生与内力性质相应的变形 从而获得一定 的形状尺寸和性状的零件 冲压工艺的材料利用率高 便于自动化生产 适应新时代 的需要 因而具有很强大的生命力 冲压的特点及应用 与机械加工及塑性加工的其它方法相比 冲压加工无论在技 术方面还是经济的方面都具有许多独特的优点 主要表现如下 1 冲压加工的生产 效率高 且操作方便 易于实现机械化与自动化 这是因为冲压是依靠冲模和冲压设 备来完成加工 普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次 高速压力要每分钟可达 数百次甚至千次以上 而且每次冲压行程就可能得到一个冲件 2 冲压时由于模 具保证了冲压件的尺寸与形状精度 且一般不破坏冲压件的表面质量 而模具的寿命一 般较长 所以冲压的质量稳定 互换性好 具有 一模一样 的特征 3 冲压可加工 出尺寸范围较大 形状较复杂的零件 如小到钟表的秒表 大到汽车纵梁 覆盖件等 加上冲压时材料的冷变形硬化效应 冲压的强度和刚度均较高 4 冲压一般没有 切屑碎料生成 材料的消耗较少 且不需其它加热设备 因而是一种省料 节能的加 工方法 冲压件的成本较低 但是 冲压加工所使用的模具一般具有专用性 有时 一个复杂零件需要数套模具才能加工成形 且模具 制造的精度高 技术要求高 是技 术密集形产品 所以 只有在冲压件生产批量较大的情况下 冲压加工的优点才能充 分体现 从而获得较好的经济效益 冲压模在现代工业生产中 尤其是大批量生产 中应用十分广泛 相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件 如汽车 农机 仪器 仪表 电子 航空 航天 家电及轻工等行业 在这些工业部门中 冲 压件所占的比重都相当的大 少则 60 以上 多则 90 以上 不少过去用锻造 铸造和 切削加工方法制造的零件 现在大多数也被质量轻 刚度好的冲压件所代替 因此可 以说 如果生产中不谅采用冲压工艺 许多工业部门要提高生产效率和产品质量 降低 生产成本 快速进行产品更新换代等都是难以实现的 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 1 模具材料是模具加工业的基础 随着我国国民经济发展和人民生活水平的提高 人们对产品的审美观 价值观也不断提高 从而对各类模具产品 无论是内在质量还 是外表美观等方面均要求日益精臻 因此势必对工模具材料在数量上 系列上和质量 上提出更高的要求 中国的模具材料从无到有 从小到大 从少到多 直到现在 无 论是从钢种还是从规格 标准化 系列化等方面 都是伴随着模具制造发展而发展的 改革开放以来 我国的工业和经济蓬勃发展 以前的手工作坊和落后的生产方式 已经不能满足现代工业的要求 迫切需要寻找另一种更有效率的方式来适应现代工业 而在现代制造业中 企业的生产一方面朝着多品种 小批量和多样式的方向发展 加 快换型 采用柔性化加工 以适应不同用户的需要 另一方面朝着大批量 高效率生 产的方向发展 以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益 生产上采取专用设备 生产的方式 于是模具技术及模具工业应运而生 在现代工业生产中 60 90 的工业生产需要使用模具来加工 作为一种高效率 的生产工具 模具是工业生产中使用极为广泛 地位极其重要的工艺装备 采用模具 生产制品和零件 具有生产效率高 可实现高速大批量的生产 节约原材料 实现无 切屑加工 产品质量稳定 具有良好的互换性 操作简单 对操作人员没有很高的技 术要求 利用模具批量生产的零件加工费用低 所加工出的零件与制件可以一次成形 不需进行再次加工 能制造出其它加工工艺方法难以加工 形状比较复杂的零件制品 容易实现生产自动化的特点 这是一个端盖落料冲孔复合冲压生产的一个典型零件 在生活中有很强的实用性 其模具设计有一定的实用价值 对于该制件我们利用先进的模具生产提高生产效益 保证产品质量 节约成本 从而取得很高的经济效益 第二章 工艺分析 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 2 图 2 1 零件简图 生产批量 中批量 材料 08F 材料厚度 1 2mm 2 1 材料分析 表 2 1 部分碳素钢抗剪性能 材料名称 材料状态 抗剪强度 Mpa 抗拉强度 Mpa 屈服点 Mpa 伸长率 08F 未退火 175 295 175 35 由上表 2 1 可知 08F 碳素结构钢 强度低和硬度 塑性 韧性好 易于深冲 拉 延 弯曲和焊接 适合钢板用作深冲压和深拉延的容器 如搪瓷制品 仪表板 汽车驾驶室盖板 等 圆钢用作心部强度要求 不高的渗碳或氰化零件 2 2 零件结构 零件结构形状相对简单 整体是一个矩形长度 34mm 宽度 32mm 厚度 1 2mm 有四个直径为 3 2mm 的圆孔以及中心部分有一个直径 8 5mm 的圆孔 四个角倒圆角 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 3 R3 5mm 根据该零件形状来分析 该零件的结构满足冲裁要求 2 3 尺寸精度 由于该图纸未标注尺寸公差 所以此次设计孔中心距公差等级取 12 级 其余的尺 寸公差等级全部取 14 级 由公差等级表查得 零件外形 62 034 62 0 3 05 零件内孔 0 3 08 中心尺寸 26 2 2 2 常见零件公差等级表 公差等级 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 基本尺寸 mm m mm 3 3 6 6 10 10 18 18 30 30 50 50 80 80 120 120 180 180 250 250 315 315 400 400 500 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 40 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 25 30 36 43 52 62 74 87 10 0 11 5 13 0 14 0 15 5 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 0 10 0 12 0 15 0 18 0 21 0 25 0 30 0 35 0 40 0 46 0 52 0 57 0 63 0 14 0 18 0 22 0 27 0 33 0 39 0 46 0 54 0 63 0 72 0 81 0 89 0 97 0 25 0 30 0 36 0 43 0 52 0 62 0 74 0 87 1 00 1 15 1 30 1 40 1 55 工件厚度为 1 2mm 适于冲裁 结论 该产品用冲压工艺完全可以得到 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 4 第三章 冲压工艺方案的确定 3 1 冲裁工艺方案的确定 在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上 根据冲裁件的特点确定工艺方案 工 艺方案分为冲裁工序的组合和冲裁顺序的安排 3 2 冲裁工艺方法的确定 冲裁工序分为单工序冲裁 复合冲裁和级进冲裁三种 单工序冲裁是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模 复合冲裁是在压力机一次行程内 在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的 冲压工序 级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序 排列成一定的顺序 在压力机的一次行 程中条料在冲模的不同位置上 分别完成工件所要求的工序 其三种工序的性能见表 3 1 表 3 1 单工序冲裁 级进冲裁和复合冲裁性能 比较项目 单工序模 复合模 级进模 生产批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 冲压精度 较低 较高 较高 冲压生产率 低 压力机一次行程内只能完成一个工序 较高 压力机一次 行程内可完成二个 以上工序 高 压力机在一次行 程内能完成多个工序 实现操作机械化 自动化的可能性 较易 尤其适合于多 工位压力机上实现自 动化 制件和废料排除较 复杂 只能在单机 上实现部分机械操 作 容易 尤其适应于单 机上实现自动化 生产通用性 通用性好 适合于中 小批量生产及大型零 件的大量生产 通用性较差 仅适 合于大批量生产 通用性较差 仅适合 于中小型零件的大批 量生产 冲模制造的复杂 性和价格 结构简单 制造周期 短 价格低 冲裁较复杂零件时 比级进模低 冲裁较简单零件时低 于复合模 复合模的特点是生产效率高 冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高 板料的定 位精度要求比级进模低 冲模的轮廓尺寸较小 由于零件的生产要求的是大批量生产 零件的尺寸较小 制造相对比较难 为提高生产率 根据上述方案分 析 比较 宜采用复合模冲裁 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 5 3 3 冲裁结构的选取 按照复合模工作零件的安装位置不同 分为正装式复合模和倒装式复合模两种 两种的优点 缺点及适用范围见表 3 2 通过对正装式复合模和倒装式复合模两种优点 缺点及适用范围的分析比较 正 装式复合模适合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 孔边距离较小的冲裁件 综上所述 宜采用顺装复合模 表 3 2 正装式复合模 倒装式复合模的优点 缺点及适用范围 比较项目 正装 顺装 式复合模 倒装式复合模 结构 凸凹模装在上模 落料凹模和冲孔凸模装在下模 凸凹模装在下模 落料凹模和冲孔凸模装在上模 优点 冲出的冲件平直度较高 结构较简单 缺点 结构复杂 冲件容易被嵌入边料中影响操作 不宜冲制孔边距离较小的冲裁件 适用范围 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 制孔边距离较小的冲裁件 不宜冲制孔边距离较小的冲裁件 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 料可靠 便于操作 并为机械化出件 提供了有利条件 故应用十分广泛 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 6 第四章 冲压模具总体结构设计 4 1 模具类型 根据该零件的工艺分析 采用复合模 模具类型为顺装式复合模 4 2 操作与定位方式 零件中批量生产 安排生产可采用手工送料方式能达到批量生产 且能降低模具 成本 因此采用手工进料方式 零件尺寸较小 保证冲孔落料的精度采用固定挡料销和 活动导料销 4 3 卸料与出件方式 卸料方式采用弹性卸料 以弹簧为弹性元件 冲孔废料从凸凹模顶出 成品从凹模 推出 4 4 模架类型及精度 因为零件材料厚度较小 尺寸较小 所以采用导向精度较高的后侧导柱标准模架 考虑零件精度要求不是很高 采用 I 级模架精度 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 7 第五章 工艺参数计算 5 1 排样方式 冲裁件在板料 带料或条料上的布置方法称为排样 排样的意义在于减小材料消 耗 提高生产率和延长模具寿命 排样是否合理将影响到材料的合理利用 冲件质量 生产率 模具结构与寿命 排样的方法有 直排 斜排 对直排 混合排 根据设计模具制件的形状 厚度 材料等方面全面考虑 因此有下列三种方案 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 采用少 无废料排样法 材料利用率高 不但有利于一次冲程获得多个制件 而 且可以简化模具结构 降低冲裁力 但受条料宽度误差及条料导向误差的影响 冲裁 件的尺寸精度不易保证 故应采用方案一 分析零件形状 零件可能的排样方式如图 图 5 1 排样图 5 1 1 搭边值的确定 排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边 搭边是 废料 从节省材料出发 搭边值应愈小愈好 但过小的搭边容易挤进凹模 增加刃口 磨损 降低模具寿命 并且也影响冲裁件的剪切表面质量 一般来说 搭边值是由经 验和查表来确定的 该制件的搭边值采用查表取得 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 8 表 5 1 搭边 a 和 a1 数值 低碳钢 矩形件边长 L 50mm 的工件 材料厚度 t 工件间 a1 沿边 a 0 25 以下 2 2 2 5 0 25 0 5 1 8 2 0 0 5 0 8 1 5 1 8 0 8 1 2 1 2 1 5 1 2 1 6 1 5 1 8 1 6 2 0 1 8 2 5 2 0 2 5 2 0 2 2 2 5 3 0 2 2 2 5 如表 5 1 所示 根据此表和工件外形可知 L 50mm 得 a 1 5mm a1 1 2mm 宽度的确定 根据模具的结构不同 可分为有侧压装置的模具和无侧压装置的模具 侧压装置的作 用是用于压紧送进模具的条料 从料带侧面压紧 使条料不至于侧向窜动 以利于 稳定地加工生产 本套模具无导料板为无侧压装置 故按下式计算 B D max 2a1 C 5 1 0 0 式中 B 条料宽度 Dmax 条料宽度方向冲裁件的最大尺寸 a1 侧搭边值 可参考表 5 1 条料宽度的单向 负向 偏差 见表 5 2 表 5 2 剪料公差及条料与导料板之间隙 材料厚度 t mm条料宽度 B mm 0 1 1 2 2 3 3 5 50 50 100 100 150 150 220 220 300 0 4 0 5 0 7 0 8 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 0 9 1 0 1 1 1 2 1 3 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 9 条料宽度 B D max 2a1 34 2 1 5 mm 0 0 0 5 37 5 1 2 材料利用率的计算 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比就叫材料利用率 它是衡量合理利用 材料的经济性指标 步距为 S D a 32 1 2 33 2mm 一个步距材料利用率 为 91 78372 25 3 14 5 4 58 1 2 3 4 32410 BSA A 一个步距内冲裁件的实际面 B 条料宽度 S 步距 经过计算 选择 1600mm x 800mm 的板料 每张可裁剪为 40X800 规格的 40 张条料 每条可冲 24 个工件 总料为 960 个 则 总为 总 10 BLnA 7 28436 92 n 条料上实际冲裁件的总数 L 条料长度 B 条料宽度 A 一个零件的实际面积 5 2 冲压力的计算 计算冲裁力是为了选择合适的压力机 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裁力 以适宜冲裁的要求 普通平刃冲裁模 其冲裁力 Fp 一般 可以按下式计算 Fp KptL 5 2 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 10 式中 材料抗剪强度 L 冲裁周边总长 mm t 材料厚度 mm 系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损 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数而设置的安全系数K p 一般 取1 3 当查不到抗剪强度 时 可以用抗拉强度 b代替 而取K p 1 3的近似计算法 计算 其中 是按 08F 号钢最大值计算 5 2 1 总冲裁力的计算 由于冲裁模具采用弹性卸料装置和自然落料方式 F 冲 F1 F2 5 3 式中 F 冲 总冲裁力 F1 落料时的冲裁力 F2 冲孔时的冲裁力 冲裁周边的总长 mm 落料周长为 mL 28 145 34 2 5 32 5 34 1 冲孔周长为 m8 6 14 2 落料冲裁力由公式得 F1 KtL1 N65 719328 4 3 冲孔冲裁力由公式得 F2 KtL2 N1 3079258 613 卸料力 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 11 5 4 N FK62 3415 790 卸卸 K 卸查表可得 推件力 F 推 nK 推 F 5 5 1x0 05x57193 656 2859 68N K 推查表可得 顶件力 F 顶 K 顶 F 5 6 0 06x57193 656 3431 62N K 顶查表得 总冲压力 F 总 F 落 F 冲 F 卸 F 推 F 顶 57193 656 30779 1 3431 62 2859 68 3431 62 97 7 KN 5 2 2 压力中心的确定 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 应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合 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摩擦 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 对称形状的单个冲裁件 冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心 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 多孔冲模 级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模压 力中心 解析法的计算依据是 各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴 的力矩 求出合力作用点的坐标位置X 0 Y 0 即x 0 y 0 即为所求模具的压力中 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 12 心 设工件的压力中心为 x0 y0 取工件的质心为压力中心 以工件的的对称中 心为坐标远点 因为工件在X轴和Y轴上都是对称 所以压力中心和产品中心重合 即产品的中心 孔圆心为压力中心 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 13 第六章 刃口尺寸计算 冲裁件的尺寸精度主要决定于模具的刃口尺寸精度 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 是设计冲裁模 主要任务之一 6 1 冲裁间隙的确定 冲裁间隙是影响冲裁工序最重要的工艺参数 其定义为冲裁凸模与凹模之间的空 隙尺寸 设计模具时一定要选择合理的间隙 以保证冲裁件的断面质量 尺寸精度满 足产品的要求 所需冲裁力小 模具寿命高 冲裁过程中模具的失效形式一般有磨损 变形 崩刀和凹模刃口胀裂四种 间隙大小主要对模具磨损及胀裂产生影响 间隙增大 可以使冲裁力 卸料力等减小 因而模具的磨损也减小 但当间隙继续增大时 卸料 力增加 又影响模具寿命 一般间隙为 10 15 t 时的磨损最小 模具寿命较高 由于冲裁间隙对断面质量 工件尺寸精度 模具寿命 冲裁力等的影响规律并非 一致 所以 并不存在一个绝对合理的间隙数值 能同时满足断面质量最佳 尺寸精 度最高 模具寿命最长 冲裁力最小等各方面的要求 所以在实际生产中 其总的原 则应该是在保证满足冲裁件剪切断面质量和尺寸精度的前提下 使模具寿命达到最长 目前在生产中 广泛采用经验法和查表法来确定合理的间隙植 本套模具采用查表法 予以确定其间隙植 根据实用间隙表 6 1 查得材料 08 钢的最小双面间隙 Zmin 0 126mm 最大双面间 隙 Zmax 0 180mm 6 2 刃口尺寸的计算及依据和法则 在确定冲模凸模和凹模刃口尺寸时 必须遵循以下原则 1 根据落料和冲孔的特点 落料件的尺寸取决于凹模尺寸 因此落料模应先决 定凹模尺寸 用减小凸模尺寸来保证合理间隙 冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸 故冲 孔以凹模为基准件 用增大凹模尺寸来保证合理间隙 2 根据凸 凹模刃口的磨损规律 凹模刃口磨损后使落料件尺寸变大 其刃口 的基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸 凸模刃口磨损后使冲孔件孔径减小 故应使刃口尺寸接近或等于工件的最大极限尺寸 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 14 3 凸模和凹模之间应保证有合理的间隙 4 凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应 制造模具时常用以下两种方法来保证合理间隙 表 6 1 冲裁模初始双边间隙值 08 10 35 09Mn Q235 16Mn 40 50 65Mn材料 厚度 Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于 0 5 极小间隙 或无间隙 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 2 1 5 1 75 2 0 2 1 2 5 2 75 3 0 3 5 4 0 4 5 5 5 6 0 6 5 8 0 0 040 0 048 0 064 0 072 0 092 0 100 0 126 0 132 0 220 0 246 0 260 0 260 0 400 0 460 0 540 0 610 0 720 0 940 1 080 0 060 0 072 0 092 0 104 0 126 0 140 0 180 0 240 0 320 0 360 0 380 0 500 0 560 0 640 0 740 0 880 1 000 1 280 1 440 0 040 0 048 0 064 0 072 0 090 0 100 0 132 0 170 0 220 0 260 0 280 0 380 0 420 0 480 0 580 0 680 0 680 0 780 0 840 0 940 1 200 0 060 0 072 0 092 0 104 0 126 0 140 0 180 0 240 0 320 0 380 0 400 0 540 0 600 0 660 0 780 0 920 0 960 1 100 1 200 1 300 1 680 0 040 0 048 0 064 0 072 0 090 0 100 0 132 0 170 0 220 0 260 0 280 0 380 0 420 0 480 0 580 0 680 0 780 0 980 1 140 0 060 0 072 0 092 0 104 0 126 0 140 0 180 0 240 0 320 0 380 0 400 0 540 0 600 0 660 0 780 0 920 1 040 1 320 1 500 0 040 0 048 0 064 0 064 0 090 0 090 0 060 0 072 0 092 0 092 0 126 0 126 1 分别加工法 分别规定凸模与凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差来保证间 隙要求 凸模与凹模分别加工 成批制造 可以互换 这种加工方法必须把模具的制 造公差控制在间隙的变动范围之内 使模具制造难度增加 这种方法主要用于冲裁形 状简单 间隙较大的模具或用精密设备加工凸模和凹模的模具 2 单配加工法 用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙 先加工 基准件 然后非基准件按基准件配做 加工后的凸模和凹模不能互换 通常落料件选 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 15 择凹模为基准模 冲孔件选择凸模为基准模 这种方法多用于冲裁件的形状复杂 间 隙较小的模具 表 6 2 简单形状 方形 圆形 冲裁时凸 凹模制造偏差 公称尺寸 凸模偏差 凸 凹模偏差 凹 公称尺寸 凸模偏差 凸 凹模偏差 凹 18 18 30 30 80 80 120 120 180 0 020 0 020 0 020 0 025 0 030 0 020 0 025 0 030 0 035 0 040 180 260 260 360 360 500 500 0 030 0 035 0 040 0 050 0 045 0 050 0 060 0 070 根据上述计算法则 对于采用分别加工的凸模和凹模 应保证下述关系 凸 凹 Zmax Z min 6 1 所以 新制造的模具应该保证 凸 凹 Z min Zmax 否则 模具的初始间隙 已超过了允许的变动范围 Zmin Z max 影响模具使用寿命 查表得 Zmin 0 126mm Zmax 0 180mm Zmax Zmin 0 180 0 126 0 054mm 零件尺寸如下 零件外形 62 034 62 0 3 05 零件内孔 0 3 08 中心尺寸 26 1 1 对落料件尺寸 的凹 凸模偏差值查下表 6 2 得62 034 凸 0 020mm 凹 0 030mm 根据条件 凸 凹 Zmax Z min 则 0 020 0 030 mm 0 050mm 0 054mm 所以 满足分别加工条件 2 对落料件尺寸 的凹 凸模偏差值查下表 6 2 得62 03 凸 0 02mm 凹 0 03mm 根据条件 凸 凹 Zmax Z min 则 0 02 0 03 mm 0 050mm 0 054mm 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 16 所以 满足分别加工条件 3 对落料件尺寸 的凹 凸模偏差值查下表 6 2 得3 05 凸 0 02mm 凹 0 02mm 根据条件 凸 凹 Zmax Z min 则 0 02 0 02 mm 0 040mm 0 054mm 所以 满足分别加工条件 4 对冲孔件尺寸 的凹 凸模偏差值查下表 6 2 得36 058 凸 0 020mm 凹 0 02mm 根据条件 凸 凹 Zmax Z min 则 0 020 0 02 mm 0 04mm 0 054mm 所以 满足分别加工条件 5 对冲孔件尺寸 的凸 凹模偏差查表 6 2 得3 02 凸 0 020mm 凹 0 020mm 根据条件 凸 凹 Zmax Z min 则 0 020 0 020 mm 0 040mm 0 054mm 所以 满足分别加工条件 表 6 3 磨损系数 材料厚度 工件公差 1 1 2 2 4 4 0 16 0 20 0 24 0 30 0 17 0 35 0 21 0 41 0 25 0 49 0 31 0 59 0 36 0 42 0 50 0 60 0 16 0 20 0 24 0 30 0 16 0 20 0 24 0 30 非圆形 值 圆形 值 磨损系数 1 0 75 0 5 0 75 0 5 查表 6 3 得 圆孔的磨损系数取 x 0 5 非圆形的磨损系数也取 0 5 所以 得到以下尺寸 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 17 零件外形 62 034 62 0 3 05 零件内孔 0 3 08 表 6 4 工作零件刃口尺寸的计算 尺寸及分类 尺寸转换 计算公式 结果 D 凹 03 14 34 62 034 D 凸 2 8 D 凹 03 32 62 0 D 凸 02 14 D 凹 653 落料 R3 5 3 05 R D 凹 Dmax 凹 0 D 凸 Dmax Zmin 凸 D 凸 02 d 凸 0 3 2 3 02 d 凹 2 4763 d 凸 02 8 冲孔 8 5 36 058 d 凸 dmin 0凸 d 凹 dmin Zmin 凹 0 d 凹 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 18 第七章 模具的总体设计 虽然各类冲裁模的结构形式和复杂程度不同 但组成模具的零件种类是基本相同 的 根据它们在模具中的功用和特点 可以分为工艺零件和结构零件两类 7 1 凹模设计 凹模的外形一般有矩形和圆形两种 凹模的外形尺寸应保证有足够的强度 刚度 和修磨量 凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确 定的 如图7 1所示 凹模各尺寸计算公式如下 凹模边壁厚 H Kb1 7 1 凹模边壁厚 c 1 5 2 H 7 2 凹模板边长 L b1 2c 7 3 凹模板边宽 B b2 2c 7 4 式中 b 1 冲裁件的横向最大外形尺寸 b2 冲裁件的纵向最大外形尺寸 K 系数 考虑板料厚度的影响 查表7 1 表 7 1 系数 K 值 材料厚度 t mm 材料料宽 s mm 1 1 3 3 6 50 0 30 0 40 0 35 0 50 0 45 0 60 50 100 0 20 0 30 0 22 0 35 0 30 0 45 100 200 0 15 0 20 0 18 0 22 0 22 0 30 200 0 10 0 15 0 12 0 18 0 15 0 22 查表7 1 得 K 0 4 根据公式 7 1 可计算落料凹模板的尺寸 凹模厚度 H Kb1 0 4x37 14 8mm 根据公式 7 4 计算凹模宽 B b2 2c 37 2x30 97mm 取标准模板 凹模板的外形为160 x140 mm 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 19 表 7 2 矩形和圆形凹模外形尺寸 矩形凹模的长度和宽度 L B 矩形和圆形凹 模厚度 圆形凹模直径 d 63 50 63 63 10 12 14 16 18 20 63 80 63 80 80 100 63 100 80 100 100 125 80 12 14 16 18 20 22 80 100 125 100 125 125 140 80 140 100 14 16 18 20 22 25 125 140 125 140 140 160 100 160 125 160 140 200 100 200 125 16 18 20 22 25 28 140 160 160 200 140 200 160 200 125 250 140 16 20 22 25 28 32 160 200 200 250 160 250 200 280 160 18 22 25 28 32 35 200 250 250 280 200 280 250 20 25 28 32 35 40 250 315 250 20 28 32 35 40 45 280 315 根据公式 7 2 可计算凹模边壁厚 c 1 5 2 H 1 5 2 x14 8 22 2 29 6 mm 实取 c 50mm 取凹模边壁厚为50mm 根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的长 宽的尺寸 根据公式 7 3 可计算凹模长 L b 2c 33 2 2X50 133 2mm 取标准模板长度 160mm 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 20 7 2 凸模设计 7 2 1 凸模结构的确定 因为该制件形状不复杂 圆凸模冲模 凸模与凸模固定板的配合按 H7 m6 7 2 2 凸模高度的确定 根据圆凸模冲模小圆孔其长度 L1 为凸模固定板厚度 空心垫板厚度 凹模厚度 料厚 以及凸模伸入凹凸模内部的深度之和 所以 L 20 25 1 2 3 8 50mm 再考虑到凸模刃 口的修模量 凸模进入凹模的深度 0 5 1mm 根据 1 取 L1 55 5mm 工件工作孔 也取其长度 L2 52mm 7 2 3 凸模材料的确定 该模具要求有较高的寿命和较高的耐磨性 并能承受冲裁时的冲击力 所以凸模的 材料应选 Cr12 热处理 50 54HRC 7 2 4 凸模精度的确定 根据凸模作为工作零件 其精度要求较高 所以选用 IT7 级 表面粗糙度为 Ra1 6um 同轴度为 0 01 图 7 1 冲孔凸模图 7 3 凸凹模设计 7 3 1 凸凹模外形尺寸的确定 凸凹模的外形由本套模具所设计的零件图样外形确定 凸凹模的外形尺寸应保证 有足够的强度 刚度和修磨量 一般根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 21 确定的 与落料凹模配合确定 其内孔尺寸与冲孔凸模配合确定 7 3 2 凸凹模壁厚的确定 凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件 它的内外缘均 为刃口 内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸 从强度方面考虑 其壁厚应受最小 值限制 凸凹模的最小壁厚与模具结构有关 当模具为正装结构时 内孔不积存废料 胀力小 最小壁厚可以小些 当模具为倒装结构时 若内孔为直筒型刃口形式 且采 用下出料方式 则内孔积存废料 胀力大 故最小壁厚应大一些 凸凹模的最小壁厚值 目前一般按经验数据确定 凸凹模内外刃口间壁厚校核 根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为 4 9mm 故该凸凹模的侧壁强度要求足够 7 3 4 凸凹模尺寸的设计 凸凹模的长度为凸模固定板 弹簧厚度 卸料板之和 L 凸凹 30 40 20 90mm 考虑 到安全卸料板起压料作用 选取凸凹模长度为 L 凸凹 85mm 7 3 5 凸凹模材料的选取 由于冲模为复合模 所以材料要有良好的耐磨性 高强度 足够的韧性 良好的 抗疲劳性 热处理工艺性等 Cr12 刚具有较好的淬透性 很高的耐磨性 有较高的冲 击韧度和承载强度 且淬火变形小 为满足以上要求 在该模具中凸凹模材料选用 Cr12 钢 7 4 卸料版设计 7 4 1 卸料板外型设计 在冲压工艺分析中已经选择了弹性卸料装置 采用卸料板进行卸料 卸料板不仅 有卸料作用 还具有用凸凹模导向 对凸凹模起保护作用 卸料板的边界尺寸与凹模 的边界尺寸相等 卸料板与凸凹模的间隙值由表 7 4 确定 取 0 15mm 表 7 4 卸料板与凸凹模间隙值 材料厚度 t mm 0 5 0 5 1 1 单边间隙 Z mm 0 05 0 1 0 15 卸料板的厚度查表 7 5 卸料板与凹模的外形尺寸相同 根据凹模的尺寸 160 x140 x20 mm 从而可以确定卸料板的尺寸 所以 卸料板的厚度取 20mm 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 22 7 4 2 卸料板材料的选择 卸料板主要是起卸料的作用 对它的强度和硬度要求较高 所以材料选择是 45 钢 45 钢是优质碳素结构钢 它的质量较好 含碳量 0 45 波动小 性能较稳定 经 过热处理 调质 后具有良好的综合力学性能 即具有较高的强度 硬度 又具有较 好的塑性 韧性 7 4 3 卸料板整体精度的确定 内轮廓的精度要求比外轮廓的要求稍高 所以选取 IT11 级 粗糙度为 Ra1 6 卸 料板外轮廓的精度要求不高 Ra6 3 7 5 固定板设计 7 5 1 凸模固定板的设计 凸模固定板主要是固定凸模 保证凸模有足够的强度 使凸模与落料凹模 上模 座 垫板更好的定位 凸模与凸模固定板的配合按 H7 m6 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0 6 0 8倍 则凸模固定板的厚度 H凸固 0 6 0 8 H凹 7 5 式中 H凸固 凸模固定板厚度 H凹 凹模厚度 根据公式得凸模固定板厚度为 H凸固 0 6 0 8 H凹 0 6 0 8 H凹 凹 7 5 2 凸凹模固定板的设计 凸凹模固定板主要是固定凸凹模 保证凸凹模有足够的强度 使凸凹模与卸料版 下模座 垫板更好的定位 凸凹模与凸凹模固定板的配合按 H7 m6 凸凹模固定板的厚度一般取凹模厚度的0 6 0 8倍 则凸凹模固定板的厚度为 H凸凹固 0 6 0 8 H凹 7 6 式中 H 凸凹固 凸凹模固定板厚度 H凹 凹模厚度 根据公式得凸凹模固定板厚度为 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 23 H凸凹固 0 6 0 8 H 凹 0 6 0 8 H凹 0 6 0 8 25 15 20 mm 根据实际使用要求 因凹凸模具尺寸较大 所以为了加强固定强度 故凸模固定 板厚度取 30mm 7 6 卸料弹簧设计 在冲裁模卸料与出件装置中 常用的元件是弹簧和橡胶 考虑模具的结构 该模 具采用的弹性元件为弹簧 弹簧允许承受的负载较大 占据空间尺寸较小 安装调整 较方便灵活 而且成本低 是中小型冲模中弹性卸料 顶件及压边装置常用的弹性元 件 卸料弹簧的选用原则与计算步骤 1 弹簧的选择原则 所选择的弹簧必须满足压力要求 即 nF 卸预 式中 每个弹簧在预压状态下的预压力 N 预F 卸料力 N 卸 n 弹簧数目 所选弹簧必须满足压缩量的要求 即 修 模工 作预许 HH 式中 许H 弹簧允许的最大压缩量 预 弹簧的预压缩量 工 作 卸料板的工作行程 修 模H 凸模的总修磨量 所选弹簧必须满足模具结构空间要求 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 24 2 弹簧选择的一般步骤 根据模具结构空间尺寸和卸料力 的大小 初步确定弹簧的数目 计算每个弹簧应承担的卸卸F 料力 nF 卸 根据 的压力要求 选择弹簧规格 使得所选弹簧的允许最大工作负荷n 卸预 预许 根据弹簧压力与其压缩量成正比的特性 可以按照下面公式求得弹簧的预压缩量 许许预预 HF 检查弹簧的允许最大压缩量是否满足下公式要求 即 修 模工 作预许 如果满足 说明所选择的弹簧合适 所以根据前面所计算的顶料力 所以弹簧的总卸料力 3431 62N 此次NF62 341 顶 总 卸F 设计 2 个弹簧 每个弹簧的卸料力为 根据模具结构可以知N81 75 卸 道此次工作行程为 10mm 压缩状态下弹簧高度为 30mm 设计取预压 5mm 综上所述 此次选择的弹簧要求如下 自由高度 45mm 压缩 15mm 时弹力要求 1715 81N 以上 7 7 推件块 垫板 推板和推杆的设计 7 7 1 推件杆的设计 推件的目的是将制件从凹模中推出 推件杆结构形式分为 1 弹性推件装置 一般装在下模 具有压料作用 冲裁件质量好 但推件力较 小 常用于正装式复合模或冲裁薄板料的落料模中 2 刚性推件装置 一般装在上模 利用压力机的力推件 因此推件力大 推件 可靠 但不具有压料作用 常用于倒装式复合模中 工件的顶出在实际生产中根据模具的顶件力选用适当的橡胶圈规格及可 冲孔废 料是从凸凹模中用顶料杆顶出 7 7 2 垫板的设计 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 25 它的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力 如果凸模的端部对材料的压力超过 材料的许用压力 需在凸模端部与上模座之间加上垫板防止模具损坏 垫板外形尺寸可与凸模固定板相同 其厚度一般取3 10mm 查参考文献中国模 具设计大典 第3卷 冲压模具设计22 5 17JB T7643 3 1994 可得垫板尺寸为 160X140X10 7 8 挡料销导料销的选取 设计挡料销时 应注意以下几点 1 工件外形简单时 应以外形定位 外形复杂时以内孔定位 2 定位要可靠 放置毛坯和取出工件要方便 确保操作安全 3 若工件需要经过几道工序完成时 各套冲模应尽可能利用工件上同一位基准 避免累积误差 送料方向采用导料销控制 送料步距采用固定挡料销 7 9 上下模座 导柱和导套的标准 导柱的直径 长度 按标准选取 2 导柱 数量 1 规格 28 200 3 导套 数量 1 规格 28 95 38 模座的的尺寸 L mm B mm 160mm 140mm 上模座的厚度与下模座厚度查标准分 别为 40mm 45mm 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 26 第八章 模具的装配 8 1 模具的装配过程可归纳为 模柄装配 导套装配 导柱装配模架 装配下模部分 装配上模部分 试模 8 2 装配的技术要求有 1 装配好的冲模 其闭合高度应符合设计要求 2 模柄装入模座后 其轴心线对上模座上平面的垂直度误差 在全长范围内不 大于 0 05mm 3 导柱与导套装配后 其轴心先应分别垂直于下模座的底平面和上模座的上平 面 其垂直度误差应符合表的规定 4 上模座的上平面应与下模座的底平面平行 其平行度应符合规定 5 装入模架的每对导柱和导套的配合间隙 或过盈 应符合规定 6 装配好的模架 其上模座沿导柱上 下移动应平稳 无阻滞现象 7 装配好的导柱 其固定端面与下模座下平面应保留 1 2mm 距离 选 用 B 型 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 27 导套时 装配后其固定端面应低于上模座上平面 1 2mm 8 凸模和凹模的配合间隙应符合设计要求 沿整个刃口轮廓应均匀一致 9 定位装置要保证定位正确可靠 卸料 顶料装置要动作灵活 正确出料孔要 畅通无阻 保证制件及废料不卡在冲模内 10 模具应在生产现场进行试模 冲出的制品应符合设计要求 8 3 选择冲压设备 根据总冲压力 F 总 97 7 KN 模具闭合高度 H 245mm 冲床工作台面尺寸等 并结合现有设备 查表选用 J23 63 开式双柱可倾压力机 其主要工艺参数为 标称压力 630 kg 滑块行程 130mm 行程次数 50 次 min 连杆调节长度 80mm 最大装模高度 360mm 电动机功率 5 5 kw 工作台尺寸 前后 X 左右 480 X 170 模柄孔尺寸 直径 X 深度 30 X 70 8 4 试模 冲模装配完成后 在生产条件下进行试模 通过试冲可以发现模具的设计和制造缺 陷 找出生产的原因 对模具进行适当的调整和修理后再进行试冲 直到模具能正常 工作 冲出合格的制件模具的装配过程即告结束 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 28 结 论 通过对冲压件的工艺分析 冲压工艺方案确定 排样及材料利用率的确定 冲裁 力相关计算 模具压力中心的确定 刃口尺寸计算 模具主要零部件设计 冲压设备 的校核与选定 绘制模具结构简图等的整个分析过程 重点在于凸凹模刃口尺寸计算 模具结构复杂程度直接决定了冲裁件的精度和质量 在设计瓶盖开启器时 一定要保 证模具结构的合理性 所以 该模具的结构合理 能达到冲裁的各种要求 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 29 致 谢 这次毕业设计说明书及零件图 装配图完成 首先要感谢我的指导教师袁永富老 师 在撰写毕业设计说明及其画装配图 零件图过程中 对我不懂知识及模糊的地方 提供无微不致的指导和帮助 再次向他表示衷心的感谢 还要感谢曾经的任课教师刘 光虎 杨宇 唐永艳 曾欣 罗宗平等教师 是他们让我学到了很多知识才使我的毕 业设计能够按期完成 感谢学校给予的支持和帮助 感谢同学们的无私帮助 同时还 要感谢在百忙之中进行论文评审的老师们 对论文的不足之处敬请批评指正 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 30 参考文献 1 成虹 冲压工艺与模具设计 M 北京 高等教育出版社 2007 2 徐政坤 冲压模具设计与制造 M 北京 化工业出版社 2003 3 陈剑鹤 冷冲压工艺与模具设计 M 北京 机械工业出版社 2001 4 翁其金 冷冲压技术 M 北京 机械工业出版设 2000 5 万站胜 冲压模具设计 M 北京 中国铁道出版社 2004 6 张鼎承 冲模设计手册 M 北京 机械工业出版社 1988 7 史铁梁 冷冲模设计指导 M 北京 机械工业出版社 1999 8 顾京 数控加工编程及操作 M 北京 高等教育出版社 2005 9 吕思科 机械制图 M 北京 北京理工大学出版社 2007 10 王海明 机械制造技术 M 北京 中国农业出版社 2004 11 阎其凤 模具设计与制造 M 北京 机械工业出版社 2003 12 李正风 机械设计基础 M 上海 上海交通大学出版社 2005 13 许发樾 模具设计应用实例 M 北京 机械工业出版社 2008 14 曾欣 塑料模具与冲压模具 M 宜宾职业技术学院 2000 大连交通大学 2015 届本科毕业设计 论文 31