连续冲裁模具设计说明书.doc

课题名称：连续冲裁模教具设计 指导老师：孙卫和 姓 名：黄秋霞 系 别：先进制造技术与工程系 班 级：01CAD（2）班 学 号：01181207前言冷冲压在机械制造、电子电器及日常生活中占有十分重要的地位，因此也促使了冲压模具业的发展，社会上对从事模具设计的人才的需求量也不断增加。学校为了适应市场的需求为社会输送这方面的人才,为我们计算机辅助设计与制造专业的学生开设了冷冲模设计的课程。可是在教学的过程当中，我们作为学生的，由于缺少对冷冲压这方面知识的感性认识，所以当老师通过教科书为我们讲解的时候，学生往往都会觉得很难理解，这样对学生对这方面知识的接收会形成障碍。虽然，在教学的过程，老师有时也会采用一些多媒体软件来为我们介绍各种冷冲模模具的结构特点与工作原理，我们从中也会增长不少感性认识，但是这还是不够的。如果在教学的过程中，老师能用一些具体实在的模具模型来为学生讲解的话，学生必定能够对冲模的具体结构和工作原理有更深的感情认识。因为在教学的过程老师可以拆分模具模型的每个零部件并逐一讲解其功能及形状特征和为学生演示把模具模型的零部件逐一组装成一套完整的模具模型的过程。经过老师讲解后，学生也可以亲自动手对模具模型进行拆分和组装。在这拆分和组装的过程当中，学生无论是对模具的每个零部件还是对组装后的整套模具都必定会有很深的认识。综上所述，模具教具在有关模具设计的教学过程中能够带来很好的教学效果。然而，据本人了解，现在学校所采用的模具教具多数都是一些木制品或者是拿一些已经报废的模具来做教具。在使用这些模具教具的过程中，我们又会发现用木材制造的模具教具虽然很轻便，但是不够坚固，经过几次拆卸组装后某些零部件往往就会损坏；而使用报废的模具来做教具时，我们又会发现这些教具由于多数零部件是用钢材制造的，教具的结构虽然会很坚固，但是这种教具的重量就会很重，要搬动教具的零部件进行组装和拆卸就会感觉很费劲，如果一不小心很可能还会砸伤手脚。基于以上存在种种问题的考虑，我们专业的老师为我们这届的毕业生开设了“冲压模具教具设计”的毕业设计项目。而本人具体所负责的设计任务就是“冲压模具教具设计”这个设计项目当中的一个分支，即“连续冲裁模教具设计”，具体的设计任务和要求请看毕业设计任务书。本人通过查找了解有关冲压和模具设计的相关资料和向毕业设计指导老师的请教，再综合本人在冷冲模设计课程所学到的知识完成了我的毕业设计项目，以下是我的设计说明书。由于本人水平有限，毕业设计论文中难免会存在不当或不足之处，恳请老师批评指正。 黄秋霞2005年5月1日目录1.连续冲裁模教具的材料选择12.连续冲裁模教具总体结构概要设计33.连续冲裁模教具的工作原理分析34.连续冲裁模教具设计的主要计算44.1冲模刃口尺寸及公差的计算 44.2 送料步距的计算 64.3条料宽度的计算 65.连续冲裁模教具各零件的设计或选用75.1凹模 75.2垫板 85.3导料板 85.4导板 95.5上模座 95.6下模座 95.7凸模固定板 105.8凸模 105.9固定挡料销115.10模柄125.11导正销 135.12始用挡料装置 135.13螺钉、销钉的选用136.教具某些零件之间的配合关系157.连续冲裁模教具的装配与拆卸16参考文献23连续冲裁模教具设计说明书此副连续冲裁模教具是以假设模具所加工零件为如图1所示的零件来进行设计的。零件名称：垫圈材 料：08图1 零件图厚 度：0.81.连续冲裁模教具的材料选择由于对此副冲裁模教具有需轻便易携带的要求，因此在为冲裁模教具选材时，不能像给一般用于实际加工的模具那样进行选材，因为用于实际加工的模具的大部份零件所选用的材料都是钢材和铸铁，而用这些材料制造的模具会比较重，不能满足教具轻便易携带的要求。为此我选择铝合金和塑料这些比较轻质的材料来作为整副冲裁模教具大部份零件的材料（螺钉、销钉和一些体积比较小的标准零件采用标准规定的材料）。再经查阅书【11】后决定铝合金具体选择代号为ZL102和ZL105这两种铝硅合金，因为该品种铝合金具有密度小，并有相当好的抗蚀性和耐热性，切削加工性能好，价格比较便宜等优点。此副教具中一些比较重要的工作零件将采用ZL102铝硅合金如：冲孔凸模、模柄等；而对于有螺纹连接的零件则采用ZL105铝硅合金，如：凸模固定板、导板等，因为ZL102与ZL105相比较，ZL102的脆性比较高，其力学性能也较差，如果用ZL102材料加工出来的螺纹会很容易崩刃，而ZL105由于其化学成份比ZL102多了Cu、Mg这两种化学元素，所以其力学性能就比较好、材料也不会那么脆，所以对于有螺纹连接的零件选用ZL105比较合适。至于对塑料品种的选择，具体选择聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），也就是俗称的有机玻璃，由于有机玻璃的透明性好且便于加工，所以它在光学仪器、模型和标本制造方面得到了广泛的应用，用它制作教学模型和人体模型，从外面就能清楚地看到内部的构造和动作。此副教具中一些比较不重要的模板零件的选材都将采用有机玻璃，如：上模座、下模座、垫板、导料板等。 2.连续冲裁模教具总体结构概要设计2.1正倒装结构：由于所设计的教具为连续冲裁模的教具，对于连续模来说一般都采用正装结构。因此选用正装式结构。2.2导向方式：为了使教具的结构比较简单，此连续冲裁模教具不采用导柱、导套进行导向，而采用导板进行导向的导向方式。2.3卸料方式：由于导板兼有卸料的功能，所以导板也可以看作是模具教具中的卸料板，而导板是一个刚体，因此模具教具采用的是刚性卸料方式。2.4定位方式：采用始用挡料装置、固定挡料销和导正销定位的定位方式。始用挡料装置用于确定条料第一次送料时的位置，固定挡料销用于确定条料第二次开始的送料步距，属于初定位，而导正销则用于精确确定条料的位置，属于精定位。3.连续冲裁模教具的工作原理分析如附图1所示为连续冲裁模教具的平面装配图，首先条料先送至第一工位进行冲孔，之后条料进给，将孔送入第二工位，靠挡料销2初定位，再经导正销1导正落料；同时，第一工位又在条料上冲孔。如此继续下去，即可完成连续冲压加工。对坯料来说，在第二个工位完成冲裁，对模具来说，除开第1个行程外，每次行程可得到1个零件。为保证首件的正确定距，导料板12上设置了始用挡料装置15、16、17。首件冲孔时，推压始用挡料块15，使它伸出来挡住条料的前端（不推压时，它在弹簧17的作用下缩回）。挡料销2只起初定位作用，导正销1与落料凸模3有很高的位置精度，经它导正后可以保证零件上的孔与外圆的相对位置精度。导板11不仅起导向作用，还兼有导料及卸料作用。4.连续冲裁模教具设计的主要计算4.1冲模刃口尺寸及公差的计算1） 先确定零件的各尺寸的尺寸公差由于零件图上所有尺寸均未标注公差，属自由尺寸，可按IT14级确定尺寸的公差，经查书【12】表2-2标准公差数值表GB/T1800.3-1998后，确定各尺寸公差为：、2） 查表确定冲裁模初始双面间隙Z经查找书【3】表3-3得，板厚t =0.8、材料为08钢相对应的Zmin=0.072、Zmax=0.104 。 则，=（0.104-0.072）=0.0323） 查表确定凸模和凹模的制造偏差由于工件为圆形件，形状比较简单，因此制造也比较简单，精度容易保证，则制造公差可按IT8IT6级选取，在此选IT6级的公差可满足加工时的要求。经查书【12】表2-2标准公差数值表GB/T1800.3-1998得：a.落料部分的凹模制造偏差=+0.016、凸模制造偏差=-0.016;b.冲孔部分的凹模制造偏差=+0.013、凸模制造偏差=-0.013;故均能满足分别加工时的要求。4） 查表选取磨系数x经查找书【3】表3-5得,5)计算刃口尺寸a.落料部分落料凹模的刃口尺寸 落料凸模的刃口尺寸 b.冲孔部分冲孔凸模的刃口尺寸 落料凹模的刃口尺寸 4.2 送料步距的计算条料在模具上每次送进的距离称为送料步距（简称步距或进距），根据书【3】所述，步距A的计算公式为：A=D+a式中 D平行于送料方向的冲裁件宽度；a冲裁件之间的搭边值。首先查书【3】表3-10确定搭边值，根据板料厚度t=0.8和零件形状取工件间的搭边值a=1,侧面搭边值a1=1.2；再根据零件的形状尺寸得，D=40，则，此连续冲裁模教具的送料步距A=D+a =40+1=414.3条料宽度的计算由于教具的导料板之间无侧压装置，根据书【3】所述，则条料宽度按下式计算：式中冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸；冲裁件与条料侧边之间的搭边；板料剪裁时的下偏差（查书【3】表3-11）条料与导料板之间的间隙（查书【3】表3-12）根据工件的尺寸可确定，=40，=1.2，=0.5，0.5。即条料宽度5.连续冲裁模教具各零件的设计或选用5.1凹模为了简化教具的整体组成结构，再加上本来工件的形状就非常简单，所以对于此副教具的凹模，我们采用凹模的最基本的形式整体式就行，而且采用整体式也比较经济，凹模洞口形状则采用斜壁式，凹模的刃口尺寸上面已经计算确定了，现在就再确定凹模板的总体尺寸。表1 凹模高度和壁厚cb Hacc b材 料 厚 度 t0.80.81.51.533558812cHcHcHcHcHcH50507526203022342540284730553575100100150322236254028483255356540150175175200382542284632523660407545200442848305235604068458550如表1的图形所示，此教具凹模的b=送料步距+工件的最大外形尺寸 =41+40=81则，根据表1可确定凹模的壁厚c=32、厚度H=22，即凹模的长度初步计算得为：L=b+2c=81+2*32=145mm凹模的宽度初步计算得为：B=a+2c=40+2*32=104mm再查书【1】表1-32，将凹模板的外形尺寸圆整为160mm125mm22mm（LBH），至于材料选用ZL102铝硅合金，其零件图如附图2所示。5.2垫板垫板位于上模座和凸模固定板之间，凹模与下模座之间等，用于分散凸模或凹模传递的冲裁力。垫板的长和宽的尺寸取与凹模板平面尺寸一致，至于其厚度则可参考表2（摘自书【2】表5-8），在此教具的垫板厚度取值为8，即垫板的外形尺寸为1601258（LBH）至于材料选用有机玻璃（PMMA），其零件图如附图3所示。表2 垫板厚度模板长度125125160160300垫板厚度5138165.3导料板导料板一般由前后两块组成，对条料起导向作用。导料板的间距是导料板的主要尺寸之一，间距过大，起不到导向作用，间距过小，条料难以送入凹模。根据书【2】所述，一般导料板间距可按下式计算：W=B+（0.050.2）式中:W导料板间距 B条料最大宽度则,W=B+（0.050.2）=43.8+0.2=44。此教具的导料板工作的侧壁设计成平直的，导料板间距已计算得为44,使导料板的外侧与凹模板齐平，这样就可确定前、后导料板的宽度为(125-44)/2=40.5,其长度与凹模板的长度一致为160,其高度按书【2】表5-9选择,取值为6，至于导料板的其它外形尺寸可参照书【1】表2-52导料板GB2865.5-81的标准尺寸。另外前导料板还须在适当的位置加工出阶梯槽，用以放置始用挡料块。至于材料同样选用有机玻璃（PMMA），其零件图如附图4所示。5.4导板导板的长和宽这两个总体尺寸与凹模板平面尺寸一致，至于其厚度尺寸，由于导板兼有导向和卸料的作用，换句话说，导板其实就是对凸模起导向作用的卸料板，因此其厚度的取值可参考书【2】图5-14固定卸料板厚度的选择，最终确定选取其厚度为20。至于选材方面，由于此零件上须制造内螺纹，所以选用ZL105铝硅合金比较好，其零件图如附图5所示。5.5上模座上模座的长和宽的尺寸取为与凹模板平面尺寸一致，至于其厚度则可参考书【1】表3-5上模座GB/T2855.1标准中长宽为160125的标准上模座的可供选择的标准件厚度，最后决定选取其厚度H=35,即其总体尺寸为16012535（LBH）。至于上模座的材料选择有机玻璃（PMMA），其零件图如附图6所示。5.6下模座下模座由于在整副冲裁模教具安装完成后将会位于整副教具的最底层，因此下模座将会承载教具其它零件的重量，为了使下模座能稳固的承载教具的其它零件，所以有必要使下模座的总体尺寸设计得大些，最终确定下模座的长、宽、高总体尺寸为：23013540。至于材料选用有机玻璃（PMMA），其零件图如附图7所示。5.7凸模固定板凸模固定板是用于将凸模准确地安装在上模座上，以保证在冲裁过程凸模能稳定、可靠地工作。凸模固定板的长宽尺寸与凹模板的长宽尺寸一致。凸模固定板的厚度可参照书【2】表5-6确定。在查表前，首先估计凸模的长度为60左右，则可确定选取凸模固定板的厚度H=25，其外形尺寸为16012525（LBH）。至于选材方面，由于此零件上须制造内螺纹，所以选用ZL105铝硅合金比较好，其零件图如附图8所示。5.8凸模凸模有两种基本类型，一种是直通式，常用于非圆形断面的凸模，另一种是台阶式，对于圆形凸模，广泛采用这种台阶式结构。根据工件的形状，可知此副冲裁模教具的落料凸模和冲孔凸模都是圆形凸模，因此凸模采用台阶式比较合理。另外从教具须满足拆卸装配方便要求的角度来考虑，如果凸模采用直壁式的，那么在与凸模固定板装配时就必须采用过盈配合，才能使凸模固定在固定板上而不滑落。然而采用过盈配合也就意味着凸模一旦固定在固定板上就很难再拆卸。如果凸模采用台阶式，则凸模与凸模固定板是由台肩来固定的，这样台阶式凸模与固定板上相应的台阶孔之间的配合就可采用间隙配合，这样就能方便冲裁模教具的装配和拆卸。至于教具的两凸模的总长度，根据书【6】所述，当模具采用固定卸料板和导料板时，按下式计算凸模的长度：式中：凸模长度，凸模固定板高度，卸料板高度，导料板高度，附加高度，它包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板的安全距离等。一般取=1020。在此取=12。则凸模的长度 再具体地分析，由于两凸模的刃口段直径不同，所以落料凸模和冲孔凸模分别设计成二段台阶式圆形凸模和三段台阶式圆形凸模，这是因为冲孔凸模的刃口段的直径为20、总长度为63，若将冲孔凸模做成二段台阶式圆形凸模，则冲孔凸模就会比较细长，在向下装配过程中，凸模刃口容易啃坏凸模固定板上的型孔，同时凸模也容易产生弯曲变形的现象，所以把冲孔凸模设计成三段台阶式凸模比较好。至于两凸模的其它形状尺寸，分别参考书【1】表2-83圆柱头直杆圆凸模（JB/T5825-91）和表2-84圆柱头缩杆圆凸模（B/T5826-91）标准件的尺寸标准。在选材方面，冲孔凸模选用ZL102铝硅合金，而落料凸模由于有内螺纹因此用ZL105铝硅合金比适合，两凸模的零件图分别如附图9、附图10所示。5.9固定挡料销由于在此副模具教具中固定挡料销的体积比较小，所以即使选用标准件也不会对整副教具的重量有多大的影响，经查书【1】表2-64后，决定选用GB2866.11-81的固定挡料销标准件。连续模采用挡料销初定位，用导正销精定位时，挡料销的安装位置应保证导正销在导正条料的过程中有移动的余地，其相互位置关系如图2所示，对于此连续模教具我选用图a 方式定位，则挡料销与导正销在送料方向的中心距可按下式计算：式中：送料步距；落料凸模直径，在此为40；挡料销柱形部分直径，在此为12；01为条料导正的余地。图2 挡料销的位置（摘自冷冲模设计第105页）5.10模柄模柄的形式选用比较典型的具有代表性的压入式模柄。由于我们所设计的是连续冲裁模的教具，而非设计用于实际加工的模具，因此也就不必要选用冲压设备，所以也就不能根据冲床滑块里模柄孔的深度和直径来设计模柄，为此对于此教具的模柄零件的形状与尺寸，我通过参照模柄标准中尺寸规格能与本教具的上模座的尺寸大小比较协调的压入式模柄标准件来设计。在选材方面，选用ZL102铝硅合金，其零件图如附图11所示。5.11导正销此副连续模教具的导正销将有别于一般用来实际加工生产的模具里所采用的导正销，因为对于正常用于加工的模具来说，其导正销普遍是采用压入式导正销与第二工位的凸模中间的孔内壁进行过盈配合从而把导正销固定在凸模上的。但对于教具来说，如果也采用以上方案，则不能满足教具需拆卸、装配方便的要求，为此我把导正销与落料凸模的固定方式设计成螺纹固定方式。即把导正销与落料凸模固定的部分做成螺纹，至于导正销用于精定位工件的端头形状则与标准导正销的形状相同，在此选用弹头形的，其端头形状尺寸的大小根据书【2】表4-9与图4-42确定。在选材方面，选用ZL105铝硅合金，其零件图如附图12所示。5.12始用挡料装置始用挡料装置选用标准件，查书【1】表2-54，确定选用GB2865.1-81的始用挡料装置，该装置各零件的标准和规格如下：始用挡料块GB2866.1-81 606,弹簧GB2089-81 0.8814,弹簧心柱GB2866.2-81 616。5.13螺钉、销钉的选用a) 柄模与上模座防转用的止转销经查书【5】表4-4圆柱销的标准后，选用GB119-96 A614的圆柱销，作为此教具的止转销。b) 上、下模的定位销对于一般用于实际加工的模具来说，通常都选用普通的圆柱销来作为上、下模各板块的定位件。但对于模具教具来说，为了满足教具便于拆卸的要求，此教具将选用内螺纹圆柱销这种比较特别的圆柱销来作为上、下模各板块的定位件。内螺纹圆柱销特点在于销的其中一头会有一段内螺纹，利用这一段内螺纹，当我们在拆卸教具时，就可采用一个能与此内螺纹相旋合的螺钉与内螺纹圆柱销的内螺纹旋合，然后通过螺钉能比较易容地把定位销从教具上拆卸出来。通过计算上、下模各自板块的板厚总和与查看书【5】表4-6内螺纹圆柱销的标准后，决定选用GB120-86 A1060和GB120-86 A1080的内螺纹圆柱销分别作为上模和下模的定位销，上、下模的定位销的数目都是2，且同样成对角线分布。c) 上、下模的紧固螺钉选择冷冲模常用的紧固件内六角螺钉，通过计算上、下模各自板块的板厚总和与查看书【5】表3-14内六角圆柱头螺钉的标准后，决定选用GB70-85 M1050和GB70-85 M1070的内六角圆柱头螺钉分别作为上模和下模的紧固螺钉，上、下模的螺钉数目都是4，且同样在各自己板块四角处按照有关标准规定均匀分布。6.教具某些零件之间的配合关系对于一般用于实际加工的模具来说，模具零件间的配合关系都是过盈配合或过渡配合，而且一旦把模具安装好后，就很少再把模具拆卸下来。而对于模具教具来说，则经常需要对其进行拆装。所以在设计教具的时候，要注意各零件间的配合关系不可采用过盈配合的配合关系，而是采用一些小间隙的间隙配合。具体各零件间的配合关系如下：6.1导板与凸模采用H7/h6的间隙配合则：，6.2 凸模固定板与凸模采用G7/h6的间隙配合则：，6.3固定挡料销与凹模采用F7/m6的间隙配合则： 6.4 定位销与凸模固定板、上下模座等采用H7/h6的间隙配合则：7.连续冲裁模教具的装配与拆卸7.1教具的装配过程步骤7.1.1装配下模1) 凹模板找正下模座中心，凹模板放置在下模座之上，如图3所示；2）将固定挡料销安装在凹模板上对应的孔上，如图4所示；3）组装始用挡料装置，将始用挡料块、弹簧心柱和弹簧组装成模具教具的始用挡料装置，如图5所示；4）将始用挡料装置安装在前导料板上，如图6所示；5）将前、后导料板连同始用挡料装置放置在凹模板上，如图7所示；6）导板找正凹模板中心，导板放置在导料板之上，如图8所示；7） 将两个规格为A10X80的内螺纹圆柱销安装在下模各板对应的销钉孔上，以固定各板的相对位置，如图9所示；8） 将四个规格为M10X70的内六角圆柱头螺钉从下模座的底面往上装入，使螺钉的外螺纹与导板上的内螺纹孔旋合拧紧，从而使下模的各板得以固定，如图10所示，至此下模的安装完毕。图4图3图6图5 图6图5图8图7图9图107.1.2装配上模1） 将模柄安装在上模座上，如图11所示；2） 安装止转销，以固定模柄，如图12所示；3） 垫板找正上模座中心，垫板放置在上模座之上，如图13所示；4） 将导正销拧入落料凸模对应的螺纹孔内，如图14所示；5） 将落料凸模和冲孔凸模安装在凸模固定板对应的孔上，如图15所示；6） 将上一步安装好的部件放置在垫板上，如图16所示；7） 将两个规格为A10X60的内螺纹圆柱销安装在上模各板对应的销钉孔上，以固定各板的相对位置，如图17所示；8） 将四个规格为M10X50的内六角圆柱头螺钉从上模座的顶面往下装入，使螺钉的外螺纹与导板上的内螺纹孔旋合拧紧，从而使上模的各板得以固定，如图18所示，至此上模的安装完毕。图11图12 图14图13图15图16图17图187.1.3上下模合模安装将上面已经安装好的上模和下模组装成一副完整的模具教具，只要把上模部份的两个凸模找正下模部份的导板相对应的孔，然后把凸模沿着导板孔的方向插入就能完成整副模具教具的安装工作。模具教具安装后的立体装配图、模具教具的爆炸图、模具教具在一经过模柄中心线的正平面所剖开的全剖图、模具教具在一经过螺钉销钉中心线的正平面所剖开的全剖图，分别如下面图19、图20、图21、图22所示。 图19立体装配图图20 爆炸图图21 全剖图(1)图22 全剖图（2）7.2教具的拆卸过程步骤教具的拆卸过程与以上所陈述的教具装配过程刚好相反，因此拆卸过程就不再详细陈述了，拆卸教具时只要按照教具装配相反的步骤进行拆卸就行。参考文献1 许发樾主编.模具标准应用手册.北京：机械工业出版社，19942 王俊彪主编.多工位级进模设计.西安：西北工业大学出版社，19993 丁松聚主编.冷冲模设计.北京：机械工业出版社，20014 王孝培主编.冲压手册（第2版）.北京：机械工业出版社，19945 吴宗泽、罗圣国主编.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，19996 刘建超、张宝忠主编.冲压模具设计与制造.北京：高等教育出版社，20047 朱光力主编.模具设计与制造实训.北京：高等教育出版社，20048 张铮主编.模具设计与制造实训指导.北京：电子工业出版社，20009 模具实用丛书编委编.冲模设计应用实例.北京：机械工业出版社，199910 林晓新主编.工程制图.北京：机械工业出版社，200111 韩永生主编.工程材料性能与选用.北京：化学工业出版社，200412 徐茂功主编.公差配合与技术测量（第2版）.北京：机械工业出版社，2000