垫圈冲压模具.docx

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垫圈冲压模具

垫圈冲压模具设计

摘要

冲压是机械制造业中一种较先进的加工方法，与切削加工相比，具有材料利用率高、制品力学性能好，互换性强、生产效率高等优点。

我设计的这套复合模具，采用倒装复合模具冲压，因为倒装模具有许多的优点，比如说：

制件精度高，由于是在冲床的一次行程内，完成数道冲压工序。

因而不存在累积定位误差。

使冲出的制件内外形相对位置及各件的尺寸一致性非常好，制件平直。

生产效率高,模具结构紧凑，面积较小。

由于采用弹压卸料装置，使冲制出的工件平整，表面质量好。

采用打料杆将工件或废料从凹模孔中打下，因而工件或废料不在凹模孔内积聚，可减少工件可废料对孔的涨力。

从而可减少凹模的壁厚，使凹模的外形尺寸缩小，节约模具材料。

根据零件图的结构分析,该零件采用倒装复合模具冲压比较合理。

该复合模具结构特点是：

凸凹模安装在下模座上，采用弹压卸料装置将废料从凸凹模上卸下。

而它的凹模是安装在上模座上，因而就存在着如何将凹孔内的工件从孔中排出的问题，故在凹模内安装推件块把凹模内的工件在冲压完成后推出。

该模具一次冲压就可以冲出完整的产品。

本论文应用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

关键词：

冲压模具，凸模，复合模具，凹模，模具结构

THEDESIGNOFLCDDISPLAYSYSTEM

BASEDONMCU

ABSTRACT

Thepressestobeamoreadvancedpreparationmethodofthemechanicalmanufacturingindustry,comparedwithcuttingandprocessing,havematerialsutilizationratioshigh,theproductsaregoodofperformanceinmechanics;theinterchangeabilityisstrong,advantagethatproductionefficiencyishigher.ThissetofthatIdesignedarerepaired,washthewholecompoundmould,adoptandinvertthecompoundmouldtopress,becausehavealotofadvantagestoinvertthemould,forexample:

Makepiecesofprecisionhigh,becauseofinonejourneyofpuncher,finishseveralpresstheprocess.Thereforedoesnotaccumulatelocalizationerrors.Makethegooutpiecesofinternalandexternalshaperelativepositionandsizeofeveryconsistencyverykind,andmakeitstraight.Itishighinefficiencytoproduce,themouldstructureiscompact,andtheareaisrelativelysmall.Becauseofadopt,suppresstripper,make,washworkpieceproducedtomakelevel,thesurfaceisofhighquality.Adoptandsendthematerialpoleandlaytheworkpieceorwastematerialfromtheconcavemodelhole,thereforeworkpieceorwastematerialisnotgatheredintheconcavemodelhole,canreducetheworkpiecewastematerialstrengthofrisingtothehole.Thusthewallthatcanreducetheconcavemouldisthick,maketheexternaldimensionoftheconcavemoulddwindle,savethemouldmaterial

Thispartadoptsandinvertsthecompoundmouldtopressmorereasonableaccordingtothestructureofthepartpicture.Thestructuralcharacteristicofthiscompoundmouldis:

Protrudingconcavemoulditinstallstobeonthebottommouldattheflat,adopt,andsuppresstripperliftthewastematerialofffromprotrudingconcavemould.Andconcavemouldofittoinstallingomouldattheflat,thereforehowworkpieceproblemthatlistoftheholeofconcaveholedoesitexist,install,pusheachworkpieceofconcavemouldinpress,putoutfinish,inconcavemould.Thismouldcangooutoftheintactproductswhenbeingpressedonce.

Thusthepresentpaperappliesthisspecialtytostudythecurriculumthetheoryandtheproductionknow-howcarriesonatimecoldstampingmolddesignworktheactualtrainingtoraiseandtosharpenthestudentindependentworkingability,consolidatedandexpandedthecontentwhichcurriculaandsooncoldstampingmolddesignstudied,themethodandthestepwhichthegraspingcoldstampingmolddesigned,thebasicmoldskillwhichthegraspingcoldstampingmolddesignedhadunderstoodhowanalyzedthecomponentsthetechnologycapability,howdefinitecraftplan,hadunderstoodthemoldbasicstructure,sharpenedthecomputationability,cartographyability,hasbeenfamiliarwiththestandardandthestandard,simultaneouslyvariousbranchescorrelationcurriculumallhadthecomprehensivereview,independentthinkingabilityalsohadtheenhancement.

KEYWORDS：

Stampingmould,maledie,combinationdie,femaledie,mouldstructure

目录

前言1

冲压的分类2

第1章冲压模具工艺分析及计算11

§1.1设计任务书及产品图11

§1.1.1设计任务11

§1.1.2零件图12

§1.2零件冲压加工工艺分析12

§1.3冲压模具总体结构设计14

§1.4冲压模具工艺与设计计算15

§1.5压力中心的确定16

§1.6冲裁力的计算及初选压力机16

§1.7计算凸凹模刃口尺寸及公差19

第2章模具零件的设计22

§2.1落料凹模的设计22

§2.2冲孔凸模的设计24

§2.3凸凹模的设计25

第3章模具总体设计及主要零部件的设计27

§3.1模具的闭合高度27

§3.2卸料弹簧的设计计算28

§3.3设计和初选卸料及出件零件29

§3.4模架的选择31

§3.5模柄的选择31

§3.6垫板的设计32

§3.7上模固定板的设计33

§3.8下模固定板的设计33

§3.9上、下模座架构图34

§3.10导柱、导套的选择及结构图35

第4章模具其他零件尺寸的确定37

结论38

参考文献39

致谢40

前言

随着科学技术的发展需要，模具已成为现代化不可缺少的工艺装备，模具设计是机械专业一个最重要的教学环节,是一门实践性很强的学科，是我们对所学知识的综合运用，通过对专业知识的综合运用，使学生对模具从设计到制造的过程有个基本上的了解，为以后的工作及进一步学习深造打下了坚实的基础。

毕业设计的主要目的有两个：

一是让学生掌握查阅查资料手册的能力，能够熟练的运用CAD进行模具设计。

二是掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程。

冲压的概念、特点及应用

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。

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、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。

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。

冲压在现代工业生产中，尤其是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冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。

在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。

不少过去用锻造、铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。

因此可以说，如果生产中不采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。

冲压模具--在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。

冲压--是在室温下，利用安装在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，从所需零件的一种压力加工方法。

冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。

冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。

模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，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。

冲压的分类

冲压模具的形式很多，冲模也依工作性质,模具构造,模具材料三方面来分类。

一般可按以下几个主要特征分类：

１．根据工艺性质分类

a.冲裁模沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。

如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。

b.弯曲模使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。

c.拉深模是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。

d.成形模是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。

如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。

２．根据工序组合程度分类

a.单工序模在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。

b.复合模只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。

c.级进模（也称连续模）在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。

3、依产品的加工方法分类

依产品加工方法的不同，可将模具分成冲剪模具、弯曲模具、抽制模具、成形模具和压缩模具等五大类。

a.冲剪模具：

是以剪切作用完成工作的，常用的形式有剪断冲模、下料冲模、冲孔冲模、修边冲模、整缘冲模、拉孔冲模和冲切模具。

b.弯曲模具：

是将平整的毛胚弯成一个角度的形状，视零件的形状、精度及生产量的多寡，乃有多种不同形式的模具，如普通弯曲冲模、凸轮弯曲冲模、卷边冲模、圆弧弯曲冲模、折弯冲缝冲模与扭曲冲模等。

c.抽制模具：

抽制模具是将平面毛胚制成有底无缝容器。

d.成形模具：

指用各种局部变形的方法来改变毛胚的形状，其形式有凸张成形冲模、卷缘成形冲模、颈缩成形冲模、孔凸缘成形冲模、圆缘成形冲模。

e.压缩模具：

是利用强大的压力，使金属毛胚流动变形，成为所需的形状，其种类有挤制冲模、压花冲模、压印冲模、端压冲模。

冲压工艺发展的现状

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。

随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。

而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。

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/Engineer、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，并成功应用于冲压模的设计中。

以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。

此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。

经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。

例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。

虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。

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、复杂和长寿命模具依赖进口。

冲压模具先进制造工艺及设备

模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。

随着科学技术的发展，计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正不断向传统制造技术渗透、交叉、融合，对其实施改造，形成先进制造技术

。

模具先进制造技术的发展主要体现在：

（1）高速铣削加工

普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数，高速铣削加工相对于普通铣削加工具有如下特点：

a.高效高速铣削的主轴转速一般为15000r/min～40000r/min，最高可达100000r/min。

在切削钢时，其切削速度约为400m/min，比传统的铣削加工高5～10倍；在加工模具型腔时与传统的加工方法（传统铣削、电火花成形加工等）相比其效率提高4～5倍。

b.高精度高速铣削加工精度一般为10μm，有的精度还要高。

c.高的表面质量由于高速铣削时工件温升小（约为3°C），故表面没有变质层及微裂纹，热变形也小。

最好的表面粗糙度Ra小于1μm，减少了后续磨削及抛光工作量。

d.可加工高硬材料可铣削（50～54）HRC的钢材，铣削的最高硬度可达60HRC。

鉴于高速加工具备上述优点，所以高速加工在模具制造中正得到广泛应用，并逐步替代部分磨削加工和电加工。

（2）电火花铣削加工

电火花铣削加工（又称为电火花创成加工）是电火花加工技术的重大发展，这是一种替代传统用成型电极加工模具型腔的新技术。

像数控铣削加工一样，电火花铣削加工采用高速旋转的杆状电极对工件进行二维或三维轮廓加工，无需制造复杂、昂贵的成型电极。

日本三菱公司最近推出的EDSCAN8E电火花创成加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花创成加工机床的水平。

（3）慢走丝线切割技术

目前，数控慢走丝线切割技术发展水平已相当高，功能相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度。

最大切割速度已达300mm2/min，加工精度可达到±1.5μm，加工表面粗糙度Ra0.1～0.2μm。

直径0.03～0.1mm细丝线切割技术的开发，可实现凹凸模的一次切割完成，并可进行0.04mm的窄槽及半径0.02mm内圆角的切割加工。

锥度切割技术已能进行30°以上锥度的精密加工。

（4）磨削及抛光加工技术

磨削及抛光加工由于精度高、表面质量好、表面粗糙度值低等特点，在精密模具加工中广泛应用。

目前，精密模具制造广泛使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光机等先进设备和技术。

（5）数控测量

产品结构的复杂，必然导致模具零件形状的复杂。

传统的几何检测手段已无法适应模具的生产。

现代模具制造已广泛使用三坐标数控测量机进行模具零件的几何量的测量，模具加工过程的检测手段也取得了很大进展。

三坐标数控测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施以及简便的操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。

模具先进制造技术的应用改变了传统制模技术模具质量依赖于人为因素，不易控制的状况，使得模具质量依赖于物化因素，整体水平容易控制，模具再现能力强。

模具新材料及热、表处理

随着产品质量的提高，对模具质量和寿命要求越来越高。

而提高模具质量和寿命最有效的办法就是开发和应用模具新材料及热、表处理新工艺,不断提高使用性能,改善加工性能。

（1）冲压模具材料

制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。

目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：

碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。

a.碳素工具钢

在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。

但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。

b.低合金工具钢

低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。

与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。

用于制造模具的低合金钢有CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV（代号CH-1）、6CrNiSiMnMoV（代号GD）等。

c.高碳高铬工具钢

常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2），它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。

但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。

d.高碳中铬工具钢

用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。

与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。

e.高速钢

高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。

模具中常用的有W18Cr4V（代号8-4-1）和含钨量较少的W6Mo5Cr4V2（代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提高韧性开发的降碳降钒高速钢6W6Mo5Cr4V（代号6W6或称低碳M2）。

高速钢也需要改锻，以改善其碳化物分布。

f.基体钢

在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。

这样的钢种统称基体钢。

它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。

模具中常用的基体钢有6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）、7Cr7Mo