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1、垫片冲压模具课程设计*工程大学班级:专业:学号:姓名:摘 要本次设计了一套落料、冲孔的模具。经过查阅资料,首先要对零件进行工艺分析。经过工艺分析和对比,采用落料、冲孔工序。通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算,确定压力机的型号。再分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需设计的模具。得出将设计的模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表达出来。冲压是当今机械行业中用的较多的加工方法,它利用冲压模具把板料分离或者成形而得到制件。与切削加工相比,它具有材料利用率高、制品力学性能好、生产效率高等优点。因为模具的生产主要是大批量生产,而模具可以保证冲压产品的尺寸精度和产品质量,所以模具的设计和制造就直接影响制件
2、的质量。因此要更好更快地加工出合格的零件,就需要设计者不断改良,以达到精益求精。本文设计的是平面垫圈模具,垫圈内径8mm,外径18mm,材料为Q195,厚度为1.5mm,加工方法为冲孔、落料,综合各种加工方案,采用级进模冲裁,生产效率高,操作简便,通过合理的设计可以达到较好的零件质量。关键词:冲压;级进模;垫圈1 / 24目录前 言1第一章 制件的工艺分析2第二章 设计过程2第三章 冲压工艺方案的确定3第四章 冲裁模间隙值的确定3第五章 冲压工艺的主要计算45.1排样方式的确定及其计算45.2冲压力的计算55.3确定模具压力中心65.4工作零件刃口尺寸的计算6第六章 冲压设备选定8第七章 冲裁
3、模的总体设计8第八章 模具零件设计98.1工作零件的设计98.2 固定零件108.3卸料部件的设计12总结14参考文献15第1章 绪论1.1 冲压的概念靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工),合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中,有6070%是板材,其中大部分经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片,锅炉的汽包,容器的壳体,电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中,也有大量冲压
4、件。1.2 冲压的优势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
5、、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。 由于冲压具有如此优越性,冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如,在宇航,航空,军工,机械,农机,电子,信息,铁道,邮电,交通,化工,医疗器具,日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界都用到它,而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞机,火车,汽车,拖拉机上就有许多大,中,小型冲压件。小轿车的车身,车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计,自行车,缝纫机,手表里有80%是冲压
6、件;电视机,收录机,摄像机里有90%是冲压件;还有食品金属罐壳,钢精锅炉,搪瓷盆碗及不锈钢餐具,全都是使用模具的冲压加工产品;就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。 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的。1.3 冲压的问题和缺点当然,冲压加工也存在着一些问题和缺点。主要表现在冲压加工时产生的噪音和振动两种公害,而且操作者的安全事故时有发生。不过,这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的,而主要是由于传
7、统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步,特别是计算机技术的发展,随着机电一体化技术的进步,这些问题一定会尽快而完善的得到解决第2章 零件的工艺性分析及冲压模具总体结构设计2.1 零件工艺分析零件名称:垫片材料:Q195外形尺寸:如图2-1所示厚度:1.5mm 大批量生产 图 2-1 零件图此工件只有冲孔和落料两个工序,材料为Q195,具有良好的冲压性,工件结构简单而且对称,工件尺寸全部为自由公差。2.2 拟定冲压工艺方案该工件包括冲孔、落料两个基本工序,可以有以下三种工艺方案:方案一:先落料,再冲孔。采用单工序模生产。方案二:冲孔一落料复合冲压。采用复合模生产。方案三:先冲孔,
8、后落料。采用级进模生产。方案一,模具结构简单,但是有两道工序,则需要两套模具,成本高且效率低,难以满足大批量生产。方案二,只需要一套模具,生产效率高,不过精度要求也高,制造难度大,且成品件容易留在模具上,即是使用推出机构把成品推出,也需要人手把成品移走,影响生产速度。方案三,同样需要一套模具,生产效率也高,操作方便,成品和废料都自动落下,减少了人工的操作。根据以上的分析和比较,要满足大批量生产,仅有方案三满足,所以采用级进模。2.3 冲压模具总体结构设计1模具类型根据零件的冲裁工艺方案,采用级进冲裁模。2操作与定位方式零件大批量生产,安排手工送料可以达到要求且降低模具成本,因此采用手工送料方式
9、。而定位方式就采用导料板导向、导正销导正,挡料销定位。3卸料和出件方式因为零件料厚1.5mm,可采用刚性卸料,冲件和废料都采用直接从凹模洞口推下的出方式,这样便可提高生产效率。4导向方式采用导向平稳的中间导柱模架,考虑零件精度要求不是很高,冲裁间隙较小,因此采用级模架精度。第3章 设计计算3.1 排样设计与计算该冲裁件形状对称且简单,因此排样如图3-1所示:图 3-1 排样图查表所得,a=1.2mm,a1=1mm条料宽度偏差=0.5mm条料与导料板之间的间隙b0=0.5mm当条料在无侧压装置的导料板之间送料时,条料宽度B按下式计算: (3-1)式中 B条料宽度,单位mm;L冲裁件与送料方向垂直
10、的最大尺寸,单位mm;a冲裁件与条料侧边之间的搭边,单位mm;条料下料时的下偏差值,单位mm;b0条料与导料板之间的间隙,单位mm。根据公式3-1,条料的宽度为:导板间距为B0=B+ b0=20.9+0.5=21.4mm模具每冲裁一次,条料在模具上前进的距离称为送料进距或步距。当单个进距内只冲裁一个零件时,送料进距的大小等于条料上两个零件对应点之间的距离。 A=D+al (3-2)式中 A送料进距,单位mm;D平行于送料方向的冲裁件宽度,单位mm;a1冲裁件之间的搭边值,单位mm。根据式3-2,送料进距A=18+1=19mm材料利用率计算公式: (3-3)式中 S1 一个进距内冲裁件的实际面积
11、,单位mm2;S0 一个进距内所需毛坯面积,单位mm2;A 送料进距,单位mm;B 条料宽度,单位mm。根据式3-3, 材料利用率3.2 设计冲压力与压力中心,初选压力机3.2.1 冲压力1.冲裁力F=KLt (3-4)式中 F冲裁力,单位N;L冲裁件周边长度,单位mm;K系数,取K=1.3;材料抗剪强度,单位MPa;t材料厚度,单位mm。 在一般情况下,材料b=1.3,为计算方便,也可以用下式计算冲裁力F=Ltb (3-5)式中 b材料的抗拉强度,单位MPa取b=350Mpa,根据式3-5得: 2.卸料力、推料力、顶料力的计算(1)卸料力是将箍在凸模上的材料卸下时所需的力; (2)推料力是将
12、落料件顺着冲裁方向从凹模洞口推出时所需的力; F缷=K卸F (3-6)F推=nK推F (3-7)式中 K卸卸料力系数;K推推料力系数;n同时卡在凹模口内的冲裁件卸料力、推料力系数,其值如表3.1所示表3.1 卸料力、推料力和顶料力系数表查表3.1得,K卸=0.045,K推=0.05,n取5卸料力 F缷=K卸F=0.04542861=1929N 推件力 F推=nK推F=50.0542861=10715N3.2.2 压力机选择由于采用固定卸料和下出件方式,所以F= F+ F推=42861+10715=53576N因此可选压力机型号为JD23-25,参数如表3.2所示。表3.2 压力机参数型号:JD
13、23-25公称压力KN :250滑块行程mm :65最大封闭高度mm :270最大装模高度mm:220连杆调节长度mm:55工作台尺寸(前后左右)mm :370560垫板尺寸(厚度直径)mm:50200模柄孔尺寸(直径/深度)mm :40/60最大倾斜角度:30度3.2.3 压力中心计算通过压力中心计算公式可得压力中心处于O点,如图3-2所示 图 3-2 压力中心位置图第4章 凹凸模设计计算4.1 凸凹模刃口尺寸及公差由于工件是圆形等简单规则形状,因此选用互换加工。刃口尺寸计算按分开加工的方法计算。18和8按IT14级选取,查标准公差数值表可将数据转化为(1)落料 (4-1) (4-2)(2)
14、冲孔 (4-3) (4-4)式中 Dp、Dd落料凸、凹模刃口尺寸,单位mm; dp、dd冲孔凸、凹模刃口尺寸,单位mm; 工件公差,单位mm; p、d凸、凹模制造公差,单位mm; x磨损系数。 查表得知:Zmax=0.15,Zmin=0.19,x=0.5根据式4-14-4,得:(1)落料 (2)冲孔 (3)孔中心距 由于,所以满足要求。4.2 凹模机构设计由于零件形状简单,故采用整体式凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工。安排凹模具在模架上的位置时,要依据计算压力中心的数据,使压力中心尽量与模柄的中心线靠近。其轮廓尺寸如下:查表得模具的高度和壁厚分别为 H=22mm C=35mm凹模的宽度
15、B=D+2C=18+70=88,故取B=100mm沿进料方向凹模长度L=R+r+L+2C=9+4+19+70=102,故取L=105mm凹模的结构示意图如图 4-1所示, 图 4-1 凹模零件图4.3 凸模机构设计4.3.1 冲孔凸模设计因为所冲的孔均为圆形,而且都不属于要特别保护的小凸模,所以冲孔凸模采用圆柱头直杆圆凸模,加工简单,便于安装与更换。其计算如下:凸模长度 L=h1+h2+h3+h4+h (4-5)式中 h1一一凸模固定板厚度,单位mm; h2一一卸料板厚度,单位mm; h3一一导板厚度,单位mm; h4一一凸模进入凹模厚度,单位mm; h一一根据安全因素增加的长度,单位mm。取
16、h1=20mm,h2=14mm,h3=5mm,h4=1mm,h=15mm根据式 4-5可得L= h1+h2+h3+h4+h =20+14+5+1+15=55mm冲孔凸模结构如图 4-2所示, 图 4-2 冲孔凸模零件图4.3.2 落料凸模设计结合工件外形并考虑加工,讲落料凸模设计成台阶式,采用线切割机床加工,与凸模固定板的配合按H7/m6,落料凸模长度与冲孔凸模长度相同,均为55mm。落料凸模结构如图 4-3所示, 图 4-3 落料凸模零件图4.4 其他零件设计4.4.1 导正销设计落料凸模下部设置一个导正销,借用工件直径8mm的孔作为导正孔,导正销与落料凸模端面的配合选用H7/n6。导正销导
17、正部分直径尺寸应略小于制件冲孔直径,则:d=d孔-2a=8-0.12=7.88mm (4-6)式中 d一一导正销的直径,单位mm; d孔一一孔的直径,单位mm; a一一导正销和孔间的空隙,查表得为0.06,单位mm。查表得,导正高度h=1mm导正销结构如图4-4所示, 图 4-4 导正销零件图4.4.2 挡料销设计导正销安装在落料凸模的工作端面上,落料前导正销先插入已冲好的孔中,确定内孔与外形的相对位置,消除送料和导向中产生的误差。挡料销的位置,应保证导正销在导正条料过程中条料活动的可能。则:e=A-D/2+d/2+0.1mm (4-7)式中 A送料进距; D落料凸模直径;d挡料销头部直径;0
18、.1导正销往前推的活动余量。根据式 4-7得,L=19-18/2+6/2+0.1=13.1mm为了方便第一次冲孔时定位,在导料板上增加一个活动挡料销。4.4.3 导料板设计导料板内侧与条料接触,外侧与凹模齐平,导料板与条料之间间隙取0.5mm,这样就可以确定了导料板的宽度为,导料板厚度取5mm,采用45钢制作,热处理硬度为40-45HRC,用螺钉固定在凹模上。4.4.4 卸料板设计卸料以固定板卸料,出件是以凸模往下冲即可,因此不用设计出件零件.固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同,其厚度取8mm。采用45钢制造,淬火硬度为40-45HRC。结构如图4-5所示, 图 4-5 卸料版零件图4.
19、4.5 模架与其他零部件设计该模具采用中间导柱模座,模柄选标准模柄A40100,导柱选28130,导套选284285。上模座厚度为30mm,上垫板厚度为10mm,固定板厚度为20mm,材料选用45钢制造,调质处理,固定板结构如图4-6所示,下模座厚度为35mm,那么该模具的闭合高度:H闭=H上+H垫+L+H+H下-h (4-8) 式中:h一一凸模冲裁后进入凹模的深度,h=1mm; L一一凸模长度,L=55mm; H一一凹模厚度,H=22mm。根据式 4-8 得,H闭=30+10+55+22+35-1=151mm。可见该模具闭合高度小于所选压力机的最大装模高度(220mm),可以使用。 图 4-
20、6 固定板零件图4.5 818垫圈级进模装配图 818垫圈级进模主视图如图4-7所示,B-B剖面图如图4-8所示,A-A剖面图如图4-9所示。 图4-7 主视图1-上模架;2-导套;3-导柱;4-模柄;5-上垫板;6-固定板;20-活动挡料销;21-导料板1;22-导料板2 图4-8 B-B剖面图图4-9 A-A剖面图7-内六角圆柱头螺钉M845;8-圆柱销655;9-圆柱销612;10-冲孔凸模;11-落料凸模;12-卸料板;13-导正销;14-挡料销;15-凹模;16-下模架;17-圆柱销870;18-内六角圆柱头螺钉M840;19内六角圆柱头螺钉M816第5章 总结毕业设计是大学最后的一
21、个课程,也是对大学生活所学习的知识的概括。在这里冲压模具设计中,我综合运用了本专业所学的课程的理论进行了一次冷冲压模具设计,为以后设计模具奠定了基础。通过这次毕业设计,我明白到一项设计不是想象那么简单,即是是垫圈这么简单的零件,设计中也有很多需要注意的细节。从一开始不知道如何入手,接着到借鉴别人的设计,到后来加入自己的设想,最后从有经验的人士中学到一些未接触过的知识。一步一步地走来,从中提高了我的独立工作能力,巩固和扩充了模具的知识,熟悉了模具的基本结构,熟悉了模具规范和便准,提高了计算能力和绘图能力,我明白到设计要依靠很多学科的知识和现实的经验。虽然这次设计勉强完成了,但是我模具设计的知识依
22、然欠缺,需要在以后继续阅读资料,吸取经验。要想成为一名合格的模具设计人员,就需要不断虚心学习,不断专研,这样才能更上一个新台阶。此外,我还得出一个结论:知识必须通过应用才能实现其价值。有些东西以为学会了,但是真正到用的时候才发现是两回事,所以只有能真正会用的时候才是真的学会了。参考文献:【1】李建军、李德群.模具设计基础及模具CAD.北京:机械设计工业出版社,2005.7【2】薛啟翔.冲压模具设计和加工计算速查手册.北京:化学工业出版社2007.10【3】陈剑鹤.模具设计基础.北京:机械设计工业出版社2003.2【4】王秀凤 万良辉.冷冲压模具设计与制造.北京:北京航空航天大学出版社,2005
23、.4 【5】张如华.冲压工艺与模具设计.北京:清华大学出版社,2006.1致谢本毕业设计是在老师的亲切关怀和耐心指导下完成的,从课题的选择到论文的最终完成,老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持。老师强调图纸的格式规范;在画图时,我的问题,老师都是有问必答,而且耐心地解析每个细节;初稿完成后,老师又不辞劳苦地帮我一遍又一遍地检查图纸,接着又指点我如何修改。老师已经无数遍地阅读了我的说明书和图纸,在老师一次又一次地指导下,我的设计终于完成了。老师宅心仁厚,不慕荣利,在他的身上,我们可以感受到一个学者的严谨和务实,这些都让我们获益菲浅,并且将终生受用无穷。毕竟“经师易得,人师难求”,希望借此机会向老师表示最衷心的感谢!此外,本文最终得以顺利完成,也是与班上的所有同学的帮助分不开的,他们帮我查阅资料,画图时指出错误,在编辑说明书时,不会的功能都是他们教我的。同时,能走到今天,所有的任教老师都是功不可没的,没有他们的教导,我也不可能完成。因此,真诚地感谢各位老师,谢谢你们的言传身教熏陶了我。我会永远地记住你们!
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