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模具设计和制造专业论文

明达职业技术学院

毕业设计

论文题目压圈冲孔落料复合模具设计

系部名称机电工程系

专业班级10模具设计与制造2班

学号63103218

学生姓名李永乐

指导教师钱行权职称高级讲师

完成日期2012年12月16日

1.设计任务

2.零件的工艺性分析

2.1零件的结构及尺寸精度分析

2.2零件材料性能

3.冲裁方案的确定

3.1方案种类

3.2方案比较

3.3方案确定

4.模具结构形式的确定

5.冲压模具工艺与设计计算

5.1排样设计

5.2冲裁力计算

5.3卸料力推料力顶件力计算

5.4压力总和计算

5.5初选压力机

5.6压力中心的计算

5.7凸凹模刃口尺寸计算

6.主要零件的设计

6.1凹模的设计计算

6.2固定板的设计计算

6.3卸料版的设计计算

6.4定位元件的设计计算

6.5弹性元件的设计计算

6.6凸模凸凹模的设计计算

7.其他零件的设计

7.1垫板的设计

7.2模柄的设计

7.3模架的设计

8.复合模闭合高度的计算

9.压力机选择

参考文献

致谢

压圈冲孔落料复合模具设计

李永乐

[摘要]:

本文对落料冲孔复合模的结构，冲裁工艺性分析，工艺力和凸、凹模刃口的设计计算，压力机的选择、模架的选用等进行较详细的叙述。

模具采用后侧导柱模架和用导柱、导套导向，不仅送料方便，操作安全。

同时能保证上下模对合精度，保证产品的质量、提高模具的使用寿命。

[关键字]:

冲压凸模凹模凸凹模模架

1设计任务

据图1—1压圈零件图，设计复合模

图1—1零件图

2零件的工艺分析

2,1零件的结构及尺寸精度分析

零件尺寸未注尺寸公差，故按IT14级选取，利用普通冲裁方式可达到图样要求。

由于该件外形简单，形状规则，适于冲裁加工。

2.2零件的材料性能

零件的材料为Q235,其抗剪强度Γ=370MPa,抗拉强度σb=450MPa,具良好的冲压性能，满足冲压工艺要求。

3.冲裁方案的确定

3.1方案种类：

该工件包括落料冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：

方案一：

先落料，后冲孔。

采用单工序模生产。

方案二：

落料—冲孔复合冲压。

采用复合模生产。

方案三：

冲孔—落料级进冲压。

采用级进模生产。

3.2方案比较

方案一模具结构简单，但需要两道工序两套模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。

方案二也只需要一副模具，生产效率高，操作方便，设计简单，由于工件精度要求不高，完全能满足工件技术要求。

方案三只需一套模具，工作精度及生产效率都比较高，但制造难度大，并且冲压成品件留在模具上，清理模具上的物料影响冲压速度，操作不方便。

3.3方案确定

经过上述方案比较，采用方案二最为合适。

即用复合模冲裁。

4.模具结构形式的确定

根据零件的冲裁工艺分析，采用倒装式复合模冲裁。

因为操作方便，能装自动拔料装置，既能提高生产效率，又能保证安全生产。

孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉。

5冲压工艺设计计算

5.1排样的设计

在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。

（１）、冲裁件的排样

排样是指冲件在条料、带料或`板料上布置的方法。

冲件的合理布置（即材料的经济利用），与冲件的外形有很大关系。

根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而根据排样的类型，又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种。

（2）、搭边

排样时，冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。

它的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证条料有一定刚度，便于送料。

查[2]得搭边值：

a=1.8mm,取2mm

　　　　　a1=1.5mm　　　

采用无侧压装置条料宽度与导料板间距离

条料的宽度B

=（Dmax+2a+C）

查表2.5.3得条料宽度偏差△=0.5mm

导料板与条料之间的最小间隙C查[2]得C=0.1

B=（55+2×2+0.1）0-0.9=59.10-0.9mm,根据实际取料宽为60mm

导料板间的距离:

A=B+C=60+0.1=60.1mm

步距S=2X+a1如图5-1,x=37,

S=37×2+1.5=75.5

排样图如图5—1所示

图5—1排样图

5.2冲裁力计算

当一次冲裁完成以后，为了能够顺利地进行下一次冲裁，必须适时的出件、卸料及排除废料等问题。

选取的冲裁方式不同时，出件、卸料及排除废料的形式也就不同。

因此冲裁方式将直接决定冲裁模的结构形式，并影响冲裁件的质量。

根据不产品的结构和工艺性能，本模具卸料板卸料下出件方式。

5.2.1冲裁力的计算

计算冲裁力的目的是为了确定压力机的公称压力，因此要计算最大冲裁力。

冲裁力可按下式计算：

F=AΓ

式中，A为剪切断面面积，Γ为板料的抗剪强度。

考虑到刃口的磨损、间隙的波动、材料力学性能的变化、板料厚度的偏差等因素的影响，可取安全系数为1.3，并取抗剪强度τ为抗拉强度σb的0.8倍，于是在生产中冲裁力便可按下式计算：

F=LTσb

式中L——冲裁轮廓的总长度（mm）;

T——板料厚度（mm）;

σb——板料的抗拉强度（MPa）。

查[2]取σb=450MPa

F=255×1×450=114885N

5.3卸料力、推料力和顶件力的计算

由于影响卸料力、推加力和顶件力的因素很多，根本无法准确计算。

在生产中均采用下列经验公式计算：

卸料力FQ1=K1F（N）

推件力FQ2=K2nF（N）

顶件力FQ3=K3F（N）

查[2]表，K1─卸料力系数，K1=0.045

K2─推件力系数，K2=0.065

K3─顶件力系数，K3=0.08

n—同时卡在凹模孔内的工件或废料数，n=h/th为凹模直刃高度，t为板厚；

h=4mm

F—冲裁力,F=114885N

所以卸料力FQ1=K1F=114885×0.045=5169.75N

推件力FQ2=K2nF=114885×0.065×4=29870.1N

顶件力FQ3=K3F=0.08×114885=9190.8N

5.4压力的总和计算

总冲压F总为：

F总=F+FQ1+FQ2

=114885＋5169.75+29870.1=149924.85N=149.924KN

F─冲裁力，F=114885N

FQ1─卸料力，FQ1=5169.75N

FQ2─推料力，FQ2=29870.1N

5.5初选压力机

因为压力机的公称压力必须大于或等于总冲压力F总的1.3倍所以初选压力,根据压力机型号为J23-25,其公称压力为250KN

5.6压力中心的计算

因为冲裁件图形为中心对称图形,所以模具的压力中心就是此图形的几何中心。

5.7凸、凹模刃口尺寸计算

凸、凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大的影响,所以应选择合理的间隙。

冲裁间隙主要按制件质量要求，根据经验数字来采用，此工件的公差要求不高，可采用较大公差。

查[1]表得

Zmin=0.100mm

Zmax=0.140mm

5.7.1落料

外形R10、R27.5属于落料且它们为未注公差尺寸，一般按IT11级确定其公差。

查公差表它们其公差值分别为0.09、0.13.因为外形尺寸，故按基轴制分别为R100-0.09和R27.50-0.131.落料以凹模为设计基准

R100-0.09mm

D凹=（Dmax-x△）0+δ凹

D凸=（D凹-Zmin）-δ凸0=（Dmax—x▲―Zmin）-δ凸0

查[1]表3—3、3—4和表3—5得Zmin=0.100Zmax=0.140，δ凹=0.009mmδ凸=0.015mmx=0.75mm

D凹=（10－0.75×0.09）=9.93250+0.015mm

D凸=（9.9325－0.100）=9.8325-00.009mm

（2）、R27.50-0.13mm

D凹=（Dmax-x△）0+δ凹

D凸=（D凹-Zmin）-δ凸0=（Dmax—x▲―Zmin）-δ凸0

查[1]表3—3、3—4和表3—5得Zmin=0.100Zmax=0.140，δ凹=0.013mmδ凸=0.021mmx=0.75mm

D凹=（27.5-0.75×0.13）=27.40250+0.013mm

D凸=（27.4025-0.1）=27.30250-0.021mm

5.7.2冲孔凸模

2冲孔以凸模为设计基准

Φ8mmΦ30mm属于冲孔，且为未注公差尺寸，一般按IT11级确定其公差。

查公差表得其公差值为0.09，013故为Φ80+0.09Φ300+0.13

计算如下

d凹=dmin+x△）-δ凸0d凸=（d凹+Zmin）0+δ凹=（dmin+x▲+Zmin）0+δ凹

查[1]表3—3、3—4和表3—5得Zmin=0.100Zmax=0.140，δ凹=0.009mmδ凸=0.015mmx=0.75mm

d凹=（8+0.75×0.09）=8.06750-0.009mm

d凸=（8.0675+0.1）=8.16750+0.015mm

查[1]表3—3、3—4和表3—5得Zmin=0.100Zmax=0.140，δ凹=

0.013mmδ凸=0.021mmx=0.75mm

d凹=（30+0.75×0.13）=30.09750-0,013mm

D凸=（30,0975+0.100）=30.19750+0.021mm

冲孔凸模、凹模刃口尺寸如图5-3所示

6.主要零件的计算

6.1凹模的设计及计算

6.1.1凹模厚度H的计算

H凹=Kb（≥15）,b=90mm（查表的K=0.22）

H凹=0.22×90=19.8mm所以取H=25mm

凹模的壁厚的计算;C=（1.5~2）H（≥30mm~40mm）

=37.5mm~50mm取C=37mm

凹模宽度：

B=b+2c=55+74=129mm

凹模的长度：

L=b+2c=90+74=164mm

6.1.2凹模的外形尺寸

由以上算得凹模轮廓尺寸L×B×H=164×129×25,查模架标准,取凹模外形尺寸为160×125×25

6.2固定板设计计算

6.2.1凸模固定板的设计

凸模固定板的外形尺寸与凹模的外形尺寸一致，冲孔凸模固定板的厚度为H1=（0.6~0.8）H凹=（0.6~0.8）×25=15~20mm,取Ht=15mm。

6.2.2凸凹模固定板的设计

凸凹模固定板的外形尺寸与凹模的外形尺寸一致，凸凹模固定板的厚度,HT=（0.6~0.8）H凹=（0.6~0.8）×25=15~20mm,取HT=18mm

6.3卸料板的设计计算

卸料板的类型

因为零件有平整度要求。

所以采用弹压卸料板。

弹压卸料板与凸凹模（凸模）的单边间隙一般取（0.1~0.2）t,因为材料厚1mm。

所以，（0.1~0,20）×1=0.1~0.2mm。

卸料板的尺寸

卸料板的外形尺寸与凹模一致，卸料版的厚度：

取HS=14mm成型孔基本与凸凹模一致。

6.4定位零件的设计

模柄采用两个固定导料销，压装在凹模上。

材料45钢，导料销热处理硬度45HRC。

档料销：

模具采用圆形档料销。

档料销材料45钢，热处理硬度45HRC。

6.5弹性元件的设计计算

模具采用弹性元件是橡胶。

（1）橡胶自由高度h自由

根据工件材料厚度为1mm，冲裁时凸模进入凹模深度取1mm，考虑模具维修时刃磨流量2mm,在考虑开启时卸料板高出凸模1mm,则总的工作行程h工作=1+1+2+1=5mm,根据式（8-5），橡胶的自由高度h自由=h工作/（0.25~0.30）=16~20mm,取h自由=20mm

（2）橡胶预压量

在模具组装时橡胶的预压量为h预=10％~15％×h自由=2~3mm取h预=2mm,

（3）橡胶安装高度

由此可算出模具中安装橡胶的空间高度尺寸为H安=20-2=18mm。

（4）橡胶直径

查[2]表8─458─47得p=0.5MPa;取橡胶个数n=8只，D=45mm,d=12.5mm则；n×π/4（D2-d2）×p=FQ1=5487.75N

8×π/4（452×12.52）×0.5=5867.09N>FQ1=55487.75N。

所以橡胶规格；D=45mm,d=12.5mm,H=20mm,n=8只。

6.6凸模凸凹模的设计计算

6.6.1凸模设计

凸模材料：

参照[1]选用T10A

因为所冲的孔均为圆形，而且都都不属于特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用阶梯式，与圆定板配合H7/m6为过渡配合，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换，冲孔凸模结构如图：

6—1

（a）冲孔φ8凸模结构（b）冲孔φ30凸模结构

图6—1凸模结构

凸模长度Lt=H+ht=25+15=40mm

H-凹模定板厚度，H=25mm

Ht-凸模固定板厚度，Ht=15mm

6.6.2凸凹模设计

凸凹模结构采用阶梯式，其长度LT

LT=HT+H安+Hs-1

=18+18+14-1=49mm

式中：

Ht-凸凹模固定板厚度;HT=18mm

H安-橡胶安装高度；H安=18mm

Hs-卸料板的厚度，Hs=14mm;

1-凸凹模进入凹模的深度mm.

图6—2凸凹模结构

7其它部件的设计计算

7.1垫板的设计

垫板:

垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力,以防止模座被挤压损伤,因此在与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板.垫板的外形尺寸与凸模固定板相同,厚度可取3~10mm,这里设计时,由于压力较大,根据GB2865.2-81选取规格为L×B×H=160X125X10

7.2模柄的设计

因为J23—25压力机的模柄孔尺寸为φ40mm×60mm，所以应选用的模柄为φ40mm深度为50mm的模柄。

7.3模架的设计

由凹模周界160×125,选取1级精度后侧导柱标准模架；

模架160X125×190~220IGB/T2851.3

上模座:

160×125×40GB/T2855.5

下模座:

160×125×50GB/T2885.6

导柱25×180,GB/T2861.1

导套:

25×95×33,GB/T2861.6

8.复合模闭合高度的计算

模具闭合高度

H模=H上+H下+Lt+2Ld+H+H-1

　　　=40+50+49+20+25+-1

　　　=183mm

　　　式中：

　　　H上—上模座的厚度H上=40mm

　　　H下—下模座板的厚度H下=50mm

　　　Lt—凸凹模的长度Lt=49mm

　　　Ld—垫板的厚度Ld=10mm

　　　H—凹模的厚度H=25mm

　　　1—凸凹模进入凹模的深度mm;

9.压力及选择

因为J23—25型压力机的最大封闭高度Hmax=270mm,最小封闭高度Hmin=215mm,而模具的闭合高度H模=183mm,工作方向上不加垫板，上述三者关系应符合下式：

Hmax-5>H模>Hmin+10

因为H模=183不大于215+10

所以工作台面上应加高度50mm的垫板才能满足

Hmax-50-5>183>H模>Hmin-50+5的要求；

即215>183>175

【参考文献】

[1]成虹冲压工艺与模具设计（第二版）高等教育出版社2008年2月；

[2]王芳冷冲压模具设计指导机械工业出版社2007年7月；

[3]杨老记机械制图机械工业出版社2007年7月第二次印刷；

[4]周文玲互换性与测量技术机械工业出版社2008年1月

[5]刘朝福模具设计实训指导书清华大学出版社2010年7月

致谢

至此，毕业设计论文的写作可以画上圆满的句号了。

这次毕业设计对我帮助最大的就是我的指导老师钱行权。

在我中途调试时遇到的困难，老师都给我做了详细的分析指导，让我对程序有了更深的了解，在分析琢磨中层层向正确的结果迈进，最终找到解决的对策。

老师的做法正应于那句授人以鱼不如授人以渔的说法，是他真正教会我针对问题寻求解决的方法。

在这里衷心地对钱行权老师说声谢谢。

老师，您辛苦了！

最后愿母校明天能够更加辉煌腾达。