模具设计与制造专业毕业论文底座垫板冲孔模设计.docx
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模具设计与制造专业毕业论文底座垫板冲孔模设计
绪论
大学三年的学习即将结束，毕业设计是在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习其中最后一个实践环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。
在学校的近三年学习中，已完成了模具专业教学计划中所要求的理论课程。
在毕业前夕，通过毕业设计的实践环节，进行已学知识的全面总结和应用，提高综合能力的培训及扩大模具领域的新知识。
毕业设计其目的在于巩固所学知识，熟悉有关资料，熟练应用工具书，树立正确的设计思想，掌握设计方法，培养实际工作能力。
通过设计，使我在工艺性分析、工艺方案论证、工艺计算、零件结构设计、编写技术文件和阅读技术文献等方面受到一次综合训练。
毕业设计要达到的具体要求是：
1.系统总结，巩固过去所学的基础知识和专业课知识。
2.运用所学知识解决模具技术领域内的实际工程问题，以此进行综合知识的训练。
3.通过某项具体工程设计和实验研究，达到多种综合能力的培养，掌握设计和科研的基本过程和基本方法。
4.提高和运用与工程技术有关的人文科学，价值工程和技术经济的综合知识。
改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。
近年来，模具工业一直以15％左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大的变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速的发展。
浙江宁波和黄岩地区的模具之乡；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。
随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。
近年来，随着我国经济的腾飞和产品制造业的蓬勃发展，模具制造业也相应进入了高速发展的时期。
据中国模具工业协会统计，1995年我国模具工业总产值约为145亿，而2003年已达450亿左右，年均增长14%。
另据统计，我国（不含台湾、香港、澳门地区）现有模具生产厂点已超过20000家，从业人员有60万人，模具年产值在一亿以上的企业已达十多家。
可以预见，我国经济的高速发展将对模具提出更为大量、更为迫切的需求，特别需要发展大型、精密、复杂、长寿命的模具。
同时要求模具设计、制造和生产周期达到全新的水平。
我国模具制造业面临着发展的机遇，无疑也面临着更大的挑战。
我做的是冷冲压模具设计，冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得需要零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方法。
因为它通常是在室温下进行加工，所以称为冷冲压。
冷冲压与其他加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛。
相当多的工业部门越来越多地采用冷冲压加工产品零部件，如汽车、拖拉机、电器、仪表、电子、国防以及日用品等行业。
在这些工业部门中，冲压件所占的比重相当大。
不少过去有铸造、锻造、切削加工方法制造的零件，现在已经被质量轻、刚度好的冲压件所代替。
通过冲压加工制造，大大提高了生产效率，降低了成本。
可以说如果在生产中不广泛采用冲压工艺，许多工业部门的产品要提高生产率，提高质量，降低成本，进行产品的更新换代是难以实现的。
在大学三年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。
经过在新飞电器有限公司、洛阳中国一拖等公司的生产实习，我对于模具特别是冲压模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是有了新的突破。
在指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下，同时在现场查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。
并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽了最大努力做毕业设计。
在设计的过程中，虽然有一定的困难，但在指导老师的细心指导、同学间的讨论和自己的努力下，自信会完满的完成毕业设计任务。
由于我的水平有限，而且缺乏经验，设计中难免会出现疏漏和不妥之处，敬请各位老师指正。
第1章零件图
原始资料:
工件名称：
底座垫板零件
工件简图：
如（图01）所示
生产批量：
大批量
材料：
Q235钢
材料厚度：
1.2mm
图-01零件图
设计方案：
选用冲孔模来完成制件的冲压。
第2章工艺分析与工艺方案的确定
根据制件工艺性分析，该制件需要采用冲孔一道工序即可完成，工件结构相对简单，此工件要先按尺寸要求把料剪好。
但是在一次冲孔时因为孔特别的多，有3个
3.5，4个
4和2个
5的孔，还有2个大的不规则的孔。
但是如果同时冲裁时，冲裁力特别的大，为了降低冲裁力，保证制件质量，这套模具采用阶梯冲裁。
制件的材料为Q235钢，材料
235钢本身具有良好的冲裁性能，适合冲裁，图中的孔距远大于最小孔距a>2t=2.4mm的要求．其它未标注的尺寸，可视为自由公差，取IT14等级精度，这样普通冲裁即可满足工件的要求。
因为冲孔时，制件会卡在凸模上。
根据模具设计的装配方向，采用弹性卸料装置，因为卸料力特别的大用橡胶弹性体做弹性元件。
废料采用下出料方式。
本制件是非常的窄，为了节约模具材料，同时制件要求的精度不高，考虑送料的方便，采用窄后侧导柱模具架。
第3章主要设计计算
3.1冲裁力的计算
冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随着凸模进入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，它也是选择压力机和设计模具的重要依据之一。
该模具是单工序冲孔模，选择弹性卸料，下出料方式的冲孔模，冲压力的计算如下：
由《冲压模具设计与制造》中冲裁力公式得：
普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下试计算：
F=KLtTb
公式中F冲裁力
L冲裁周边长度
对于φ3.5的孔：
L=3.14×3.5=10.99mm
对于φ5的孔：
L=3.14×5=15.7mm
对于φ4的孔:
L=3.14×4=12.56mm
对于2个不规则的孔：
L=20+19×2+3.14×2+12=76.28mm
t材料厚度t=1.2mm
Tb材料抗剪强度取360MPa
K安全系数安全系数K是考虑到实际生产，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损，板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。
一般取K=1.3
对于3个φ3.5的孔:
F1=3×1.3×3.14×3.5mm×1.2mm×360MPa=18516N
对于4个φ4的孔:
F2=4×1.3×3.14×4mm×1.2mm×360MPa=28215N
对于2个φ5的孔:
F3=2×1.3×3.14×5mm×1.2mm×360MPa=17635N
对于2个不规则的孔:
F4=2×1.3×76.28×1.2mm×360MPa=85700N
如果这些孔同时冲裁所以选择冲床时的冲裁力F=F1+F2+F3+F4
根据以上数据计算可得：
F总=150066N
如果同时冲裁时，冲裁力非常的大，应采用阶梯型冲裁，这样可以降低冲裁力，同时可以保护制件的质量。
两个不规则的孔和其他几个分开冲的。
既冲裁力Fa=64366NFb=85700N
因为Fa〈Fb所以冲裁力按Fb计算的。
下面对卸料力进行计算：
卸料力Fx=KxF
推件力Ft=KtF
公式中:
F冲裁力为85700N
Kx卸料力系数查得Kx=0.05
n同时在凹模内的废料n=h/t
式中h凹模洞口的直刃高度
t板料厚度
Kt为推件力系数查得Kt=0.55
由于采用弹性卸料装置，下出料方式的冲裁模时，故据公式得：
F=F+Fx+Ft=F+0.05F+0.55nF
根据凹模的修模余量的一般要求，取h=2mm，则n=2/1.2=1.6
冲压力计算附表
项目
公式
结果
备注
冲裁力
F=2×1.3×76.28×1.2mm×360MPa=85700N
85700N
K=0.13
T=360MPa
Kx=0.05
n=2/1.2=1.6
弹性卸料装置
下出料
卸料力
Fx=0.05×85700N=4285N
4285N
推件力
Ft=0.55×85700X1.6=75416N
75416N
冲压总力F总
F总=F+Fx+Ft
165401N
3.2压力中心的确定及相关尺寸的计算
计算压力中心，首先根据前面的设计画出凹模型口图如下图，为了尽可能保证压力机滑块的中心和压力中心重合，不然，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证。
从而影响制件质量和降低模具寿命。
计算步骤如下：
1）建立坐标系XOY如图所示
2）确定各个凹模的压力中心在XOY坐标系中的坐标
A（16.15），B（42.15），C（68.15），D（125.15）E（180.15）F（298.15）G（353.15）H（388.15）I（404.15）
3）确定每一个凹模刃口轮廓的周长
LA=LB=Lc=3.5π=10.99mm
LD=LG=LH=LI=4π=12.56mm
LE=LF==3.14×5+20+19×2+3.14×2+12=91.98mm
4）压力中心点的确定由[1]P318的压力中心位置分析可得，计算公式如下
XF=（LA×XA+LB×XB+……）/（LA+LB+…...）=210mm
YF=（LA×YA+LB×XB+……）/（LA+LB+……）=15mm
其中的公式里面的未知量的值在前面都提到了这里就不再罗索，可以得到压力中心为图坐标系中的位置坐标为（210.15）。
这个压力中心确定以后，在下面的设计中就要保证这个中心和模柄的中心线重合，同时还要考虑到装配和加工的方便的要求，还与压力机的结构相关。
3.3工作零件刃口尺寸的计算
在实际的生产中可以知道，冲裁时凸,凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大的，结果是间隙变大，由此决定模具刃口尺寸及制造公差时需考虑以下原则：
1：
冲孔时，孔的尺寸有凸模尺寸决定，设计冲孔模时以凸模为基准，间隙取在凹模上。
2：
考虑到冲裁中凸,凹模的磨损设计冲孔模时凸模基本尺寸应取制件孔的尺寸公差范围内的较大尺寸，这样凸,凹模虽磨损到一定程度仍能冲出合格零件。
3在设计模具时，凸，凹模间隙应取最小合理间隙值。
采用凸，凹模分开加工法时，为了保证凸凹模间一定的间隙值，必须严格限制冲模制造公差，因此，造成冲模制造困难。
对于冲制薄材料的冲模，或冲制复杂形状工件的冲模，常常采用凸模与凹模配作的加工方法。
配作就是先按设计尺寸制出一个基准件，然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙制另一件。
这种方法的特点是模具的间隙由配制保证工艺比较简单，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。
所以此模具设计的凹模刃口尺寸计算采用配作法。
凹模刃口尺寸计算如下:
φ3.5凹=（3.5+0.25-0.5×0.25）0+0.0625=3.620+0.0625
φ4凹=（4+0.30-0.5×0.30）0+0.075=4.150+0.075
φ5凹=（5+0.30-0.5×0.30）0+0.075=5.150+0.075
20凹=（20+0.52-0.5×0.52）0+0.13=20.260+0.13
17凹=（17+0.52-0.5×0.52）0+0.13=17.260+0.13
12凹=（12+0.30-0.5×0.30）0+0.075=12.150+0.075
由于冲裁时凹模承受冲裁力和侧向挤压力的作用.由于凹模结构形式及固定方法不同,受力情况又比较复杂,目前还不能用理论方法来确定凹模轮廓尺寸.在生产中,通常根据冲裁的板料厚度和冲裁件的轮廓尺寸,或凹模孔口刃壁间的距离,按经验公式来确定:
由<<冲压模具设计与制造>>中式2.9.3得:
凹模厚（高）度H=kb（>>15mm）
凹模壁厚C=（1.5-2）H（>>30—40mm）
查表2.9.5可得k取0.4而b为20mm
于是有H=20×0.4=8综合考虑取H=20
所以凹模壁厚C=（1.5-2）H=40
凹模外形尺寸的确定如下图所示；
3.4卸料元件的设计
由以上计算可知卸料力为F=4285N，这个力相对比较大，需要采用卸料力比较大的卸料装置，采用聚氨酯橡胶较为合适。
聚氨酯弹性体其材质为聚氨酯橡胶是一种介于橡胶、与塑料之间的高分子材料，可代替圆柱弹簧，橡胶等模具弹性元件。
聚氨酯弹性体比橡胶能承受更大的负荷，具有较好的流动性，耐磨性，耐油性。
其耐磨性是橡胶的5—10倍，耐油性是天然橡胶的5—6倍。
其也易于机械加工在冲模中的应用越来越多。
使用时可根据模具的空间尺寸和卸料力大小，并参照聚氨酯橡胶块的压缩量，与压力的关系，适当的选择聚氨酯弹性的形状和尺寸。
如果需要用非标准的形状的聚氨酯橡胶时，应进行必要的计算。
课本
（1）橡胶的设计计算：
1）根据分析我采用的冲孔模冲压力比较大，相应的卸料力也比较大，要求卸料装置的承载能力也比较大，所以采用橡胶最合适。
2）根据卸料力求橡胶的横截面积
由FX≤FXY=Ap
可得，橡胶的横截面面积为
A=FXY/p
式中：
FXY——橡胶产生的压力，设计时取大于或等于卸料力FX；
p——橡胶所产生的单位面积压力，与压缩量有关，其值可按确定，设计时取预压量下的单位面积；
A——橡胶的面积
卸料板的工作行程：
h工=h1+h2+t
式中：
h1——凸模进入卸料板的高度1mm；
h2——凸模冲裁后进入凹模的深度1.2mm；
t——板料的厚度
即：
h工=1mm+1.2mm+1.2mm=3.4mm
橡胶的工作行程：
H工=h工+h修
其中h修为凸模的修磨余量取5mm。
即：
H工=3.4mm+5mm=8.4mm
橡胶的工作高度取自由高度的25%，根据以上的计算可以得知橡胶的自由高度为
H自由=4H工=33.6mm
每个橡胶承受的载荷为F1=F卸/4=4285/6=715N
q-------橡皮在预压缩状态下的单位压力：
约为0.26～0.50Mpa
在此取q=0.4MPa
由上式A=FXY/p=1308N/0.4=1825mm2
再由A可以计算出等效的外径D=50mm
3）橡胶的校核
橡胶的校核要求橡胶的高径比在0.5-1.5之间则
1.5＜HO/D=33.6/50=0.672＜1.5
即选6块即可以满足要求。
第4章模具的总体设计
4.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用单工序冲压，所以模具类型为单工序冲孔模。
4.2定位方式的选择与定位零件的设计
冲模的定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确的位置。
该模具采用的是条料，条料在模具送料平面中必须有两个方向上的限位：
一是在与条料方向垂直的方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进。
二是在送料方向上的限位。
在模具中能准确的定位用定位块或固定挡料销。
该模具的定位是用固定挡料销，基本上可以保证在两个方向的限位。
因为固定挡料销是标准件，根据制件的形状和尺寸选择的固定挡料销的型号如表所示：
D
d
h
L
数量
8
4
3
10
3
注：
1.材料:
45钢。
2.热处理:
硬度42～46HRC。
3.技术条件:
按GB2870-81的规定。
4.3卸料、出件方式的选择
弹性卸料装置有卸料板，弹性元件，卸料螺钉组成。
弹性卸料既起卸料作用又起压料作用，所得制件质量好，平直度较高，因此，薄板冲裁宜采用弹性卸料装置。
因为工件料厚为1.2mm，相对较薄，但是卸料力也比较大，故可以采用弹性卸料。
又因为是单工序冲孔模生产，所以采用下出件比较便于操作和提高生产效率。
在冲压时制件会卡在凸模上，应采用卸料板把制件卸下。
这样可以保证制件的平整度，制件的质量。
4.4导向方式的选择
为了提高模具寿命和工件质量，方便条料在工作台中的放置，方便安装，调整等因素该单工序冲孔模采用后侧导柱的导向方式。
4.5工作零件的结构设计
根据模具设计的基本形式，可以确定模具的基本结构原理图
如下：
（１）冲孔凸模的设计
根据制件的零件图可以知道，冲孔凸模的结构有圆形还有不规则的形状，具体结构可以根据具体的设计需要而定。
但是该模具的孔特别的多，因为所冲孔的材料强度不是非常的高，凸模都是不需要特殊保护的小凸模。
凸模长度的计算：
凸模长度尺寸应根据模具的具体的结构，并考虑修磨，固定板与卸料
t----------料厚（mm）
h------------为附加长度根据标准凸模的长度范围，凸模固定板与卸料板之间的安全距离这里包含了后面的固定板、卸料板和橡胶的设计，其取值是根据他们的具体设计而确定的。
根据具体的设计查[1]P50表2.57的如下内容：
板之间的安全距离，装配等的需要来确定。
这套模具采用的是阶梯冲裁，因为两个不规则的空比较大，使用的冲裁力也是非常大的，为避免小直径凸模当冲裁时，由于金属的流动产生侧压力而折断或倾斜现象。
当采用弹压卸料板时如图，其凸模长度按下式计算：
L=h1+h2+t+h
其中：
L-------------凸模长度（mm）
h1---------凸模固定板的厚度（mm）
h2---------卸料板厚度（mm）
由于该模具采用的是阶梯冲裁既凸模的长度不一样的，根据冲裁力的大小，和压力机的吨位，把冲裁力尽力降低。
所以把两个不规则的凸模和其他几个分开。
根据冲裁力的大小和凸模的大小，材料的性能。
两个不规则的凸模应比其他几个长一个料厚。
即凸模的长度L1=h1+h2+t+h=50+20+1.2+30=101.2mm
L2=h1+h2+t+h+t=50+20+1.2+30+1.2=102.4mm
凸模间的高度差H与板料厚度t的关系：
t<3mmH=t
t>3mmH=0.5t
φ3.5，φ4，φ5凸模的长度应为L=101.2mm
既两个不规则大凸模的长度应为L=102.4mm
（2）落料凹模的设计
由于此工件的尺寸比较大，但是比较窄，所受的力也是非常的大，根据模具设计的要求，有好多模具是凹模与凹模固定板是一个整体，但是对此模具不行，因为工件的相对尺寸大。
如果也和以前的一样的话，需要的凹模的材料是非常的多，浪费许多，如果把凹模镶在凹模固定板上，可以节约材料，同时可以满足要求的。
用四个M8的螺钉把凹模和凹模固定板固定在一起。
凹模刃口的形式；
冲裁凹模的刃口形式有直筒形和锥形两种。
选刃口形式时，主要应根据冲裁件的形状，厚度，尺寸精度以及模具的具体结构来决定。
此模具刃口形式如图：
特点：
1，刃口强度较高，修模后刃口尺寸不变。
2，刃口直壁下面的扩大部分可使凹模加工方便。
4.6卸料部件的设计
（1）卸料板的设计
卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为20mm。
卸料板采用45钢制造，淬火硬度为43--48HRC，尺寸如下图。
卸料板用于平板的冲裁卸料，它不仅起卸料作用，还起导板作用。
并且卸料力大，卸料可靠。
（2）卸料螺钉的选用
卸料板上设置6个卸料螺钉，公称直径为M12，螺纹部分为M12×15。
卸料钉尾部应留有足够的行程空间。
卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面1mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。
4.7模架选定及其它零部件的设计
该模具采用后侧导柱模架，这种模架的导柱在模具后侧位置，横向和纵向送料都比较方便，因为制件的精度要求不高，如果有偏心载荷也不影响制件的质量。
具体规准是：
上模座：
500×160×55GB/T2855.1—1990
下模座：
500×160×70GB/T2855.1—1990的标准模架（材料为HT200）
上模座厚度H上模取55mm，上模垫板的厚度H垫取20mm，固定板的厚度H固50mm，下模座的厚度50mm，下模垫板的厚度取20mm，该模具的闭合高度:
H闭=H上+H下+H垫上+L凸+H垫下+H固-h2
=55+70+20+102.4+20+50-1=316.4mm
式中:
H上——上模座厚度
H下——下模座的厚度
H垫上——上模垫板的厚度
H垫下——下模垫板的厚度
L凸——凸模的长度
H固——凹模厚度
h2——凸模冲裁后进入凹模的深度，h2
可见该模具闭合高度小于所选压力机J23—40最大装模高度（320mm）,可以使用。
根据设计出来的最大闭合高度设计导柱和导套，有模座上的导柱和导套的尺寸确定选择的尺寸查[2]p280和p284得：
导柱A50h5×200GB/T2861.1—90和
A50h5×200GB/T2861.1—90
导套A50H6×200×65GB/T2861.6—90和
A50H6×200×65GB/T2861.6—90
4.8模具总装图
通过以上的设计，可得到如图所示的模具总装图：
1-定位销2-14-销钉3-下模座4-内六角螺钉（M12）5-内六角螺钉（M8）
6-导柱7-导套8-聚氨酯弹性体9-上模座10-卸料螺钉11-内六角螺钉（12）12-模柄13-内六角螺钉（M4）15-上模垫板16-17-19-20-凸模18-凸模固定板21-卸料板22-凹模23-凹模固定板24-下模垫板
模具上模部分主要由上模座，上模垫板，凸模，凸模固定板，弹性元件及卸料板等组成。
卸料方式采用弹性卸料，以聚氨酯为弹性组件。
下模部分由下模座、凹模、凹模固定板，下模垫板等组成。
冲孔废料由漏料孔漏出。
制件由操作员用机械手取出。
条料送进时采用固定定位销把条料定位，用3个定位销把条料在两个方向限位，保证条料的位置。
同时卸料板起预压的作用，把条料的位置固定好。
4.9冲压设备的选定
通过校核，选择开式双柱可倾斜压力机J23-40能够满足使用要求。
其主要参数如下：
公称压力：
400KN
滑块行程80mm
滑块行程次数：
55次/min
最大闭合高度：
330mm
封闭高度调节量：
65mm
滑块的中心线至床身的距离：
250mm
立柱距离：
340mm
工作台尺寸（前后×左右）460mm×700mm
滑快底面尺寸（前后×左右）:
260mm×300mm
垫板尺寸（厚度）：
65mm
模柄孔尺寸（直径×深度）：
50×70mm
最大倾斜角度：
4.10模具零件加工工艺
本副冲裁模，模具零件加工的关键在工作零件、固定板以及卸料板，因为大多都是多孔的零件，若采用镗床，线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。
所示冲孔凸模的加工工艺过程如下表所示
冲孔凸模加工工艺过程
工序号
工序
名称
工序内容
工序简图（示意图）
1
备料
备毛坯尺寸
9×105mm
2
热处理
退火
3
车削
车削毛坯轮廓，把毛坯车成阶梯型并留0.3mm单边余量
4
热处理
按热处理工艺，淬火回火达到58-62HRC
5
磨
精磨外圆
6
表面抛光
表面抛光达到
轮廓达到尺寸要求
7
检验
按产品零件图检验
所示凹模的加工工艺过程如下所示：
凹模加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
工序简图（示意图）
1
备料
将毛坯锻成长方体470×80×20mm
2
热处理
退火
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