机械课程设计菱形垫片冲压模具设计全套图纸.docx
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机械课程设计菱形垫片冲压模具设计全套图纸
课程设计（论文）
【课设】菱形垫片冲压模具设计
摘要
本设计为一菱形垫片的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。
其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成这篇课程设计。
关键词：
模具冲裁件凸模凹模凸凹模
全套图纸，加153893706
Abstract
Thedesignforaplateofcoldstampingdiedesign,accordingtothesizeofthedesigncomponents,materials,massproduction,etc.,thefirstpartoftheprocessofanalysistodeterminetheblankingprocessplanninganddiestructureoftheprogram,andthenthroughtheprocessdesigncalculations,determinethenestingandcuttingboard,calculatethepressureandpressurewashedcenters,primarypresses,computingconvexandconcaveDieCuttingEdgedimensionsandtolerances,thefinaldesignselectionofpartsandcomponents,topressforchecking,drawingdieassemblydrawings,aswellasMoldprocessingtechnologyofthemainpartstothepreparationprocedures.Inwhichthestructuraldesign,primarilytothepunchanddie,punchanddie,positioningparts,unloadingandoutofpiecesofequipment,mold,pressingequipment,fasteners,etc.hasbeendesigned,fortheselectionofsomecomponentsarestandardparts,thereisnoin-depthdesign,andstructuraldesign,whilesomepartsfortheprocessingprocessanalysisandultimatelytocompletethisgraduationproject.
KEYWORD:
moldstampingpartspunchdiepunchanddie
第一章绪言
目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺，模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命，效率、加工精度、生产周期等方面与发达国家的模具相比差距相当大。
例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型，精密、复杂和长寿命的模具依赖进口。
随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压加工作为现代工业领域内重要的生产手段之一，更加体现出其特有的优越性。
在现代工业生产中，由于市场竞争日益激烈，产品性能和质量要求越来越高，更新换代的速度越来越快，冲压产品正朝着复杂化，多样化高、性能、高质量方向发展，模具也正朝着复杂化，高效率、高精度、长寿命方向发展。
随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计，依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD），数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）
技术转变。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。
一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/E、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并且成功应用于冲压模的设计中。
未来冲压模具的发展趋势:
模具行业在今后的发展中，首先要更加关注其产品结构的战略性调整，使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。
我们的模具行业要紧紧的跟着市场的需求发展。
没有产品的需求、产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步，也就没有模具产品的上规模、上档次。
如汽车生产中90％以上的零部件，都要依赖模具成型，在电子产品中，冲压件约占80％~85％；在汽车，农业机械产品中，冲压件约占75％~80％；在轻工产品中，冲压件约占90％以上。
此外，在航空及航天工业生产中，冲压件也占有很大的比例。
在珠三角和长三角，为汽车行业配套的模具产值增长达40％左右。
而模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
其次，要积极推进中西部地区模具产业的发展，努力缩小发达地区和不发达地区的差距。
中西部很多地区已经意识到模具产业的发展对制造业的重要作用。
如陕西、四川、河北等模具生产有了很大的发展，河北兴林车身制造集团作为河北泊头地区的骨干企业带动了一片模具企业的开拓；四川宜宾普什模具凭借强有力的资金投入，将在未来写下新的篇章。
第三，要积极推进模具企业特别是国有企业的体制的创新，转换经营机制，大力发展混合所有制经济，明确产权和完善法人治理结构。
充分发掘企业发展的内在动力。
要积极推进中、西部地区工业基础较好地区的制造业大中型企业主辅分离，使其模具车间、分厂在不太长的时间里，采用多种有效实现形式，转换机制，大力发展产权明晰、独立自主经营，适应市场运作和模具生产快速反应的现代专业模具企业，培养能代表行业水平的“龙头”企业，带动地区产业链的发展。
第一节材料的工艺分析
冲压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。
工件名称：
菱形垫片工件简图：
如图1.1所示生产批量：
大批量材料：
Q235厚度：
1.5mm工件精度：
IT14
图1.1工件简图
第二节材料选择
根据表1.1，Q235为碳素结构钢，具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性，主要用于工程结构和受力较小的机械零件。
综合评比均适合冲裁加工。
第三节工件结构形状
工件结构形状相对简单，属轴对称结构，除有一个孔,其余皆为直线，孔与边缘之间的距离也满足要求，可以冲裁。
表1.1黑色金属的力学性能
材料名称
材料牌号
材料状态
极限强度
伸长率
屈服强度
弹性模量E/MPa
抗剪
抗拉
碳素结构钢
Q235
已退火的
216-304
275-383
32
177
08
255-353
324-441
32
196
186000
10F
216-333
275-412
30
186
10
255-333
294-432
29
206
194000
15F
245-363
314-451
28
15
265-373
333-471
26
225
198000
20F
275-383
333-471
26
225
196000
2O
275-392
353-500
25
245
206000
25
314-432
329-539
24
275
198000
30
353-471
441-588
22
294
197000
35
392-511
490-637
20
314
197000
40
412-530
511-657
18
333
209000
45
432-549
539-686
16
353
200000
50
432-569
539-716
14
373
216000
表1.2部分标准公差值（GB/T1800.3—1998）
公差等级
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
基本尺寸
/μm/mm
＞3～6
8
12
18
30
48
75
0.12
0.18
0.30
0.48
＞6～10
9
15
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
＞10～18
11
18
27
43
70
110
0.18
0.27
0.43
0.70
＞18～30
13
21
33
52
84
130
0.21
0.33
0.52
0.84
＞30～50
16
25
39
62
100
160
0.25
0.39
0.62
1.00
＞50～80
19
30
46
74
120
190
0.30
0.46
0.74
1.20
＞80～120
22
35
54
87
140
220
0.35
0.54
0.87
1.40
从表1.1中查出Q235
抗拉强度：
σ=275～383Mpa
抗剪强度：
τ=216～304Mpa
伸长率：
δ=32%
分析其力学性能较好，故选择Q235材料。
第二章冲裁工艺方案的确定
该制件的冲裁工序包括落料和冲孔，其冲裁加工有以下三种方案：
方案一：
先冲孔，后落料单工序模生产。
方案二：
冲孔—落料复合冲压复合模生产。
方案三：
冲孔—落料级进冲压。
级进模生产。
方案一模具结构简单，投资少，且每次冲裁所需的冲裁力较小，可以解决冲压设备吨位不够的问题。
其缺点在于零件的精度难于保证，并且零件比较小，在第二次冲孔时，准确定位不宜，容易使人受伤，生产率低。
方案二也只需2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。
冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三简单。
方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。
通过对上述三种方案的分析比较,采用方案二复合模是比较合理的。
第三章模具总体设计
第一节模具类型的选择
经分析，工件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料厚度，为保证冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，弹性卸料装置的倒装复合模具结构方式。
第二节操作与定位方式
一、操作方式
零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。
二、定位方式
因为导料销和挡料销结构简单，制造方便。
且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距采用固定挡料销。
第三节卸料、出件方式
一、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（0.2～0.5）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（0.1～0.2）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。
工件平直度较高，料厚为1.5mm，卸料力不大，由于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，故可采用弹性卸料。
二、出件方式
因采用倒装复合模生产，故采用弹性上出件。
第四节确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机，采用横向送料方式，即由右向左送料。
第五节确定导向方式
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。
第四章模具工艺参数确定
第一节排样设计与计算
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。
根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有搭边、少搭边和无搭边排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。
因此有下列三种方案：
方案一：
有搭边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：
少搭边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：
无搭边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（如图5.1所示）。
第二节搭边值的确定
排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。
搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，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，有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。
或影响送料工作。
搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损。
根据制件厚度与制件的排样方法查表5.1得：
两制件之间搭边值a1=2mm
侧搭边值a=2.5mm
表5.1搭边值和侧边值
材料厚度t
手动送料
自动送料
圆形
非圆形
往复送料
a
a1
a
a1
a
a1
a
a1
1以下
1.5
1.5
2
1.5
3
2
1～2
2
1.5
2.5
2
3.5
2.5
3
2
2～3
2.5
2
3
2.5
4
3.5
3～4
3
2.5
3.5
3
5
4
4
3
4～5
4
3
5
4
6
5
5
4
5～6
5
4
6
5
7
6
2.0
5
第三节进距与条料宽度计算
一、送料进距A
条料在模具上每次送进的距离称为送料进距，每个进距可冲出一个或多个零件。
A=D+a1（5.1）
式中D——平行于送料方向的冲裁件宽度
a1——冲裁件之间搭边值
模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式,还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。
就本模具而言,采用纵向送料方式。
图5.1排样图
二、条料宽度B计算
排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度也就可以设计出。
计算条料宽度有三种情况需要考虑：
1.有侧压装置时条料的宽度。
2.无侧压装置时条料的宽度。
3.有定距侧刃时条料的宽度。
有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进。
图5.2有侧压装置时条料的宽度确定
本设计采用的是有侧压装置的模具。
所谓条料宽度，是指工件最大极限尺寸加上侧搭边值。
因条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值
。
其计算公式如下：
B=[D+2a]
（5.2）
式中B——条料宽度基本尺寸；
D——条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸；
a——侧搭边值，查表5.1；
△——条料下料剪切公差；
表5.2剪切公差△及条料与导料板之间隙C（mm）
条料厚度（mm）
条料宽度（mm）
≤1
＞1～2
＞2～3
＞3～5
△
C
△
C
△
C
△
C
≤50
0.4
0.1
0.5
0.2
0.7
0.4
0.9
0.6
＞50～100
0.5
0.1
0.6
0.2
0.8
0.4
1.0
0.6
＞100～150
0.
0.2
0.7
0.3
0.9
0.5
1.1
0.7
＞150～220
0.7
0.2
0.8
0.3
1.0
0.5
1.2
0.7
根据零件图查表5.2确定剪料公差及条料与导板之间的间隙△=0.6。
第四节材料利用率的计算
一、计算冲压件面积、周长
因为该工件图由多段圆弧组成，计算周长需要准确的找到各段圆弧的长度，计算面积也需要准确的找到切点，诸多因素采用人工计算时计算量较大，因此采用三维辅助软件可快速准确的计算出面积、周长（如图5.3）。
取F=1185.52mm2
L=275.11mm
二、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。
材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率η表示：
η=（nF/AB）×100%（5.3）
式中η——材料利用率（%）；
n——冲裁件的数目；
F——冲裁件的实际面积（mm2）；包括工件面积与废料面积；
B——板料宽度（mm）；
A——送料进距；
根据公式（5.3）：
η=（1185.52/67×42）×100%
≈47.8%
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。
因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。
第五章计算冲压力与压力机的初选
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
一般可以按下式计算：
Fp=KpLtτ=Lt（6.1）
式中τ——材料抗剪强度（MPa）；
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，取Kp=1.3。
第一节冲裁力Fp的计算
据图5.3可得一个零件内外周边之和L=275.11mm。
查碳素结构钢的力学性能表知：
Q235的抗剪强度τ=216Mpa～304Mpa，取260Mpa，制件厚度t=1.5mm，则
根据公式（6.1）：
Fp=KpLtτ
=1.3×1.5×275.11×260
=139480.77（N）
≈139（KN）
第二节卸料力Fq1的计算
Fq1=KxFp（6.2）
式中Kx——卸料力系数，查表6.1取Kx＝0.05。
根据公式（6.2）：
Fq1=KxFp
=0.05×139（KN）
≈6.98（KN）
表6.1卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
Kx
kt
Kd
钢
≤0.1
＞0.1～0.5
＞0.5～2.5
＞2.5～6.5
＞6.5
0.065～0.075
0.045～0.055
0.04～0.05
0.03～0.04
0.02～0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
第三节顶件力Fq2的计算
Fq2=KdFp（6.3）
式中Kd——顶件力系数。
查表6.1得Kd＝0.06.
根据公式（6.3）：
Fq2=KdFp
=0.06×139（KN）
≈8.368（KN）
第四节总的冲压力F的计算
根据模具结构总的冲压力F=FP+Fq1+Fq2
=139+6.98+8.368
=154.35（KN）
选用的压力机公称压力P≥（1.1～1.3）F，取系数为1.3，则：
P≥1.3F=1.3x154.35（KN）=200（KN）。
第五节压力机的初选
冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。
冲压设备属锻压机械。
常见的冷冲压设备有机械压力机。
表6.2部分常用开式压力机的主要技术参数
技术参数
单位
型号
J23-4
J23-6.3
J23-10
J23-16
J23-25
J23-63
J23-100
滑块公称压力
KN
40
63
100
160
250
630
1000
滑块行程次数
次/mm
200
160
135
115
100
70
70
最大闭合高度
mm
160
170
180
220
250
360
360
闭合高度调节量
mm
35
40
50
60
70
90
90
立柱间距
mm
100
150
180
220
260
250
250
滑块地面尺寸
左右
mm
100
140
170
200
300
300
前后
mm
90
120
150
180
340
340
模柄孔尺寸
直径
mm
30
50
深度
mm
50
70
垫块厚度
mm
35
40
50
60
70
80
90
最大倾斜角
°
45
35
30
工作台尺寸
左右
mm
280
315
360
450
560
630
710
前后
mm
180
200
240
300
360
420
480
根据冲压力的计算和压力中心的计算，选择开式压力机的型号为J23-25。
第六章模具压力中心的确定
模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置，为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模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，使滑块和导轨间产生过大磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。
模具的压力中心，可按以下原则来确定：
1.对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。
2.工件形状相同且分布对称时，冲模的压力
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