空调导流板冲压模具设计.doc

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1、 武汉生物工程学院学位论文（设计）武汉生物工程学院毕业论文(设计) - 1 - 武汉生物工程学院学位论文（设计）目 录 摘 要 关键词 ABSTRACT KEY WORDS 绪 论10.1 冲压及冲压模具的概念、特点10.2 冲压的基本工序及模具10.3 本课题的目的和意义2第1章 冲裁件的工艺分析21.3 工件尺寸精度31.4 翻边孔尺寸计算41.4 弯曲展开尺寸计算41.6 拉深展开长度计算6第2章 冲裁工艺方案的确定7第3章 模具结构形式的确定8第4章 模具总体设计94.1 模具类型的选择94.2 操作方式94.3 卸料、出件方式94.4 确定送料方式104.5 确定导向方式10第5章

2、模具设计计算105.1 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率105.2 冲压力的计算155.3 压力中心的确定175.4 模具刃口尺寸的计算18第6章 主要零部件设计206.1 工作零部件的结构设计20第7章 校核模具闭合高度及压力机有关参数227.1 校核模具闭合高度227.2 冲压设备的选定23第8章 设计并绘制模具总装图及选取标准件23第9章 模具的装配与调试24参考文献26设计总结27 武汉生物工程学院学位论文（设计）空调导流板冲压模具设计摘 要 冲压成型是金属成型的一种重要方法，它主要适用于材质较软的金属成型，可以一次成型形状复杂的精密制件。本课题就是将石化、化工、电力等行业的法

3、兰密封结构中的垫片作为设计模型，将冷冲模具的相关知识作为依据，阐述冷冲模具的设计过程。 本设计对空调导引板进行的级进模设计，利用Auto CAD软件对制件进行设计绘图。明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。并绘制了模具的装配图和零件图。 本课题通过对冲压模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。 关键词 冲压模具；冲压成型；模具设计Air conditioning deflector stamping die design Abstract Stamping

4、 is an important method of metal forming, it is mainly applied to relatively soft metal forming, can be a molding of precision parts of complex shape. This topic is to petrochemical, chemical, electric power industries in the flange gasket sealing structure as a design model, Die related knowledge a

5、s a basis to explain the design process of Die. The design of the air guiding plate for the progressive die design, the use of Auto CAD software to design parts drawing. Clear design ideas, determine the process of stamping and forming part of the various specific details of the calculation and veri

6、fication. The structure of such a design die is used to ensure reliability, ensure coordination with other components. And the mapping of the mold assembly and part drawings. Through this project stamping die design, consolidate and deepen the knowledge obtained satisfactory results, to achieve the

7、desired design intent. Keywords stamping die; stamping molding; die design 武汉生物工程学院学位论文（设计） 绪 论0.1 冲压及冲压模具的概念、特点冲压工艺是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金

8、属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。0.2 冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工

9、序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。 冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。0.3

10、本课题的目的和意义本课题的题目是，空调导引板成型工艺与成型模具进行设计。该课题是通过空调导引板的成型工艺分析和成型模具设计，对冲压成型工艺进行分析并对冲压模具设计的一般步骤和方法进行研究和探讨。通过查阅相关资料和对生产实际进行调研，对冲压成形技术和模具设计的现状和发展趋势提出自己的认识和看法。该课题不仅具有实际意义并且也有很强的启发性，可以起到总结和考核作用。以下就是本文的详细论述。1冲裁件的工艺分析本次设计冲压工件为空调如下图： 图1-1 工件图1.1 工件材料 由图1-1分析知：工件材料采用Q235。Q235是一种钢材的材质。Q代表的是这种材质的屈服度，后面的235，就是指这种材质的屈服值

11、，在235MP左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。大量应用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅 炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。Q235的机械性能:抗拉强度（b/MPa）：375-500 伸长率（5/%）： 26（a1.6mm） 25（a1.6-4.0mm） 24（a4.0-6.0mm） 23（a6.0-10.0mm） 22（a10.0-15.0mm） 21（a15.0m

12、m） 其中 a 为钢材厚度或直径。1.2 工件结构形状工件结构形状相对简单，有一个拉深，另外有1个非圆形孔和一个圆孔，有2个翻边，孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为1mm满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁加工。1.3 工件尺寸精度根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用IT14级精度，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。1.4 翻边孔尺寸计算翻边孔尺寸计算： d H r t D 图1.2 翻边孔计算在进行翻边之前，需要在坯料上加工出待翻边的孔，其孔径d按弯曲展开的原则求出，即 d=D-2(H-0.43r

13、-0.72t) 式中符号均表示图1.4中. 代入数据： d=4.5-2(2-0.430.5-0.721) =2.37mm 取2.4mm。 竖边高度则为： H=(D-d/2)+0.43r+0.72t或 H=D/2(1-K)+0.43r+0.72t 如以极限翻边系数K min 代入，便求出一次翻边可达到的极限高度为 HMax=D/2(1-KMin)+0.43r+0.72t 代入数据： HMax=4.5/2（1-0.36）+0.430.5+0.72 =4.45mm。 所以经过验证，最大翻边高度4.45mm，所以可以一次翻边成形。1.5 弯曲展开尺寸计算中性层的确定由于中性层的长度在弯曲变形前后不变，

14、其长度就是弯曲件坯料展开尺寸的长度。而欲求中性层长度就必须找到其位置，用曲率半径表示。中性层位置与板料厚度t、弯曲半径r、变薄系数等因素有关，在实际生产中为了使用方便，通常采用下面的经验公式来确定中性层的位置： 式中：中性层半径；r弯曲件内弯半径；x为中性层位移系数，其值件下表：表-2r/t0.10.20.30.40.50.60.70.811.2x0.210.220.230.240.250.260.280.30.320.33r/t1.31.522.5345678x0.340.360.380.390.40.420.440.460.480.5从弯曲件图可以看到：圆角半径都为r=0.5mm，板料厚度

15、t=1mm，查表-2得x=0.25，则中性层半径为：2、毛坯展开尺寸的计算由于圆角半径r0.5t，所以毛坯展开长度等于弯曲件直线部分长度与弯曲部分中性层展开长度的总和，即。弯曲件有2段直线部分和1段弯曲部分，因此 =7.9775mm所以工件展开长度为8mm。1.6 拉深展开长度计算 工件有拉深和翻边，需要计算展开长度，拉深方式如图1.3所示： 图1.3 拉深简图展开计算公式为：D=代入数据D= =36.72mm。取36.8mm。画出工件展开图如图1.4：图1.4 工件展开图2 冲裁工艺方案的确定方案一：先冲孔，再弯曲，后落料。单工序模生产。方案二：冲孔-弯曲-落料级进冲压。级进模生产。方案三：

16、落料-弯曲-冲孔复合模冲压。复合模生产。表2-1 各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模（无导向）（有导向）级进模复合模零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT10IT8级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取

17、安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产根据分析结合表分析：方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案二只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本比较高。适合大批量生产。方案三只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边

18、缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案二低，模具轮廓尺寸较小。通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二最佳。3 模具结构形式的确定级进模是指在条料的送料方向上，具有两个以上的工位，并在压力机的一次行程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。级进模的定距方式有两种：挡料销定距和侧刃定距。本模具采用侧刃定距。侧刃代替了挡料销控制条料送进距离（步距），侧刃是特殊功用的凸模，其作用是在压力机每次冲压行程中，沿条料边缘切下一块长度等于送料近距的料边。在条料送进过程中，切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住，送进的距离即等于步距。除定距外，条料送进时，需要定位，本设计采用1

19、0个定位螺钉代替导料板对条料进行定位。4 模具总体设计4.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。4.2 操作方式零件的生产批量为大批量，但合理安排生产可用手动送料方式，既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。4.3 卸料、出件方式4.3.1 卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.20.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完

20、全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.10.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。 工件平直度较高，料厚为1mm相对较薄，卸料力较小，弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，所以采用弹性卸料。4.3.2 出件方式因采用连续模生产，故采用向下落料出件。4.4 确定送

21、料方式因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。4.5 确定导向方式方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动

22、冲压模架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该级复合模采用了四导柱导柱模架的导向方式，四导柱模架导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。即方案三最佳。5 模具设计计算5.1 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率5.1.1 排样方式的选择方案一：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

23、。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。通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。5.1.2 计算条料宽度搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值通常由表4所列搭边值和侧搭边值确定。根据零件形状，查表4，并考虑到工件的切边，工件之间搭边值a=1mm, 工件与侧边之间搭边值取a1=1.5mm, 条料是

24、有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值B0=（Dmax2a12b1）0 公式（5-1）式中 Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a1-冲裁件之间的搭边值；b1-工件与侧边之间搭边值。板料剪裁下的偏差；（其值查表5）可得=0.4mm。B0=36.821.5+21=41.80-0.40mm故条料宽度为41.8mm。表5-1 搭边值和侧边值的数值材料厚度t（mm)圆件及类似圆形制件矩形或类似矩形制件长度50矩形或类似矩形制件长度50工件间a侧边a1 工件间a侧边a1工件间a侧边 a10.251.01.21.21.51.52.51.82.60.250.50.81.01.0

25、1.21.22.21.52.50.51.00.81.01.01.21.52.51.82.611.51.01.31.21.51.82.82.23.21.52.01.21.51.51.82.03.02.43.42.02.51.51.91.82.22.23.22.73.7 表5-2 普通剪床用带料宽度偏差（mm）条料厚度t(mm)条料宽度b(mm)50501001002002000.40.50.60.720.50.60.70.8230.70.80.91.0350.91.01.11.2表5-3 侧刃冲切得料边定距宽度b1（mm）条料厚度t(mm)条料宽度b(mm)金属材料非金属材料1.51.52.01

26、.52.52.03.01.52.52.54.05.1.3 确定步距送料步距S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。步距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。级进模送料步距SS=Dmax+a1 公式（5-2）Dmax零件横向最大尺寸，a1搭边S22.81 23.8mm排样图如图5-1所示。 图5-1 排样图5.1.4 计算材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材

27、料的重要指标。一个步距内的材料利用率/BS100% 公式（5-2）式中 A一个步距内冲裁件的实际面积；B条料宽度；S步距；由此可之，值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。因此，排样时应考虑如下原则：1）、提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。2) 、排样方法使应

28、操作方便，劳动强度小且安全。3) 、 模具结构简单、寿命高。4) 、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。一个步距内冲裁件的实际面积，根据CAD-工具-查询-面积得： A=721mm2所以一个步距内的材料利用率=BS100% 公式（5-2） =72141.823.8100% =72.5%根据计算结果知道选用直排材料利用率可达72.5%，满足要求。5.2 冲压力的计算5.2.1 冲裁力和弯曲力的计算在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算：F=KLtb 公式（5-4）式中

29、 F冲裁力； L冲裁周边长度； t材料厚度； b材料抗剪强度；系数；工件周长L计算为：L=+25.42+22.8=109.396mm 取L=110mm。系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取=1.3。b的值查表为303372pa,取b=370Mpa所以F=KLtb =1.31101370 =52910N 根据计算，模具冲裁力约为53KN。 翻边力计算： 查冷冲模设计，第216页，翻边力公式为 F翻=1.1(D-d)ts 其中 F翻翻边力(N) D翻边后中经(mm) d翻边直径(mm) t材料厚度(mm) s 材料的屈

30、服点(MPa) 这里D=4.5mm，d=2.4mm, t=1mm, s=500MPa 于是 F翻=21.13.14(4.5-2.4)1500 =7253.4(N)5.2.2 卸料力的计算在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。从凸模上卸下箍着的料称卸料力；一般按以下公式计算：卸料力 F X=KXF 公式（5-5）FX=KXF =0.05553KN=2.915KN（KX 、KD为卸料力系数，其值查表7可得）所以总冲压力FZ=F

31、+FX+FD=53KN+7.25KN+2.915KN =63.165KN压力机公称压力应大于或等于冲压力，根据冲压力计算结果拟选压力机为J2310。表5-4 卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKXKTKD钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.060.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0500.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.095.3 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

32、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，可以按下述原则来确定：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以用解析计算法求出冲模压力中心。X0=（L1x1L2x2Lnxn）/(L1L2Ln) 公式（5-7） Y0=（L1y1L2y2Lnyn ）/（L1L2Ln）公式（5-8）由于该工件在Y方向上高度对称，所以代入数据计算得：压力中心为（11.4，19）。5.4 模具刃口尺寸的计算5.4.1 冲裁间隙分析根据JB/Z27186规定，冲裁间隙是指凸，凹模刃口间隙的距离，用符号C表示，其值可为正也可为负，在普通冲裁模中均为正值。它对冲裁