双耳止动垫片冲孔落料冲载模设计.docx
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双耳止动垫片冲孔落料冲载模设计
编号：
毕业设计（论文）说明书
题目：
双耳止动垫片冲孔
落料冲载模设计
学 院：
机电工程学院
专业：
机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学号：
1
指导教师单位：
机电工程学院
姓名：
职称：
题目类型：
理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发
2014年5月1日
摘要
随着社会生产力的提高与发展，现如今模具制造中的冲压加工已经是一种非常成熟的金属加工方法。
它具有操作简单、精度高、产品一致性好、生产效率高、材料利用率高和用于大批量生产等特点。
本次毕业设计根据已经确定的冲载件即双耳止动垫片的尺寸进行冲载工艺的分析及设计，从而得到冲载工艺。
根据已经确定好的冲载工艺进行凸凹模结构参数的计算与设计，并根据文献资料最终确定级进模的凸凹模结构。
根据设计好的凸凹模结构选择标准零件和模架，从而完成模具的设计并校核。
完成模具设计后，用UG软件完成模具的三维模型并采用AutoCAD软件完成模具装配图的制图。
本次毕业设计还独立完成与专业相关且不少于4万字符的指定英文资料翻译。
通过本次毕业设计，我系统的学习和掌握了模具设计的知识和制造加工工艺的编制技术。
我采用了较好的设计思想和设计方法，成功的完成了双耳止动垫片冲孔落料级进模的毕业设计。
关键词：
设计；工艺分析；冲压模具；结构计算；级进模。
Abstract
Withtheimprovementanddevelopmentofsocialproductiveforces,thestampingofMoldManufacturingnowisalreadyaveryadvancedmetalprocessingmethods.Ithasthefeatureofsimpleoperation,highaccuracy,productconsistency,highproductionefficiency,highutilizationofmaterialsandformassproductionandsoon.Thegraduationprojectbasesonthepieces（binauralwasher）ofpunchsetthathavebeenidentifiedinbinauralwasherdimensionsforanalysisanddesignofthecraftofpunchsetresultingingettingthecraftofpunch.Iwilldothejobofcalculationanddesignofstructuralparameterspunchbasingonthecraftofpunchsetthathasbeendetermined，andultimatelydeterminetheprogressiveofpunchstructureofProgressiveDieaccordingtotheliterature.Iselectthestandardpartsandthemoldaccordingtothedesignedstructureofpunchstructure.Thuscompletingthemolddesign.Afterthecompletionofmolddesign,IuseUGsoftwaretocompletethree-dimensionalmodelanduseAutoCADsoftwaretocompletethegraphicsofmoldassemblydrawing.Thegraduationprojectisindependentlycompletenotlessthan40,000charactersofthespecifiedEnglishtranslationassociatedwithprofessional.Throughthisgraduationdesign,Ilearnsystematicallyandmasteredthepreparationoftechnicalofmanufacturingprocessandknowledgeofmolddesign.Iusedtheadvanceddesignconceptsanddesignmethods,andIsuccessfullycompletethegraduatedesignofBinauralWasherPunchingandBlankingProgressiveDieDesign.
Keywords:
design;processanalysis;stampingdie;progressivedie;structuralcalculations.
引言
随着我国经济快速发展的拉动和我国产业政策的正确引导下，模具行业得到了快速的发展。
近年来，随着模具行业的结构调整，我国模具行业的模具产品向着更大型、更精密、更复杂和更经济快速方向发展。
我国模具行业的发展不仅为我国经济快速发展做出贡献还为世界制造业做出贡献。
现在，模具制造中的冷冲压加工已经是一种成熟的金属加工方法。
因此，冷冲压模具的设计就很有必要。
但是，冷冲压模具的设计尤其是对于相对复杂的冷冲压模具来说，设计时需要很强的想象力和创造力。
对于模具设计者和制造者来说，模具设计理论、模具设计经验和模具设计创新是不可或缺的。
为了设计出拥有自主知识产权、适合我国国情、具有较高水平的模具，设计者和制造者必须不断学习模具设计与制造的最新知识并且要敢于不断创新。
我国现在已经拥有了大量的模具标准件，包括模具、导向件，推杆等标准件，这为实现我国模具行业快速健康发展提供可能。
同时，因为有较大产量模具标准件的存在，使得我们的模具设计的周期缩短并为设计出更精密更大型的模具提供可能。
结合我大学期间所学知识以及实践所得经验，本次设计就是在这样的背景下进行的。
本次设计在为期十六周的时间里顺利完成。
1冲载件的工艺性分析
1.1冲载件
1.1.1冲载件材料的选择
由于此次设计的冲载件是双耳止动垫片，根据《机械设计手册》[1]中冷冲压零件推荐用钢和钢铁材料的分类及技术条件的综合比较，可以选择本次毕业设计的双耳止动垫片的原材料为A2，即304不锈钢。
根据《机械设计手册》[1]可知，A2的抗拉强度范围为340~520MPa。
根据设计经验，对塑性材料：
剪切应力极限=（0.6一0.8）*抗拉极限；对脆性材料：
剪切应力极限=（0.8～1.0）*抗拉极限。
所以可以取材料的抗剪切值为
。
1.1.2冲载件结构分析
由于本次设计的冲载件结构简单，形状简单，孔边距远大于凸凹模允许的最小壁厚，因此本次设计可以考虑采用多道冲压工序的冲载模。
1.1.3冲载件尺寸精度
由于该冲载件的厚度为S=0.75mm且该冲载件的所有尺寸都未标注公差，根据《冲压工艺与模具设计》[2]中的表3-3和表3-7综合考虑，可以按IT11级来确定该冲载件公差。
它的尺寸精度能满足一般的冲压要求。
根据《互换性与测量技术》[3]中的表3-4，得各尺寸公差分别为：
；
；
；
；
；
。
其如图1—1冲载件尺寸所示。
结论：
冲载件的尺寸精度能满足这次的冲压要求，
所以该冲载件可以冲裁。
图1—1冲载件尺寸
1.2冲载模的选择
冲载模是冷冲压生产所采用的主要工艺设备。
冲载模结构的标准性、先进性和合理性对冲载件的质量和精度、冲载加工的生产率及良品率和经济效益、模具的使用寿命与操作安全性等都有着非常大的影响。
由于本次设计的冲载件包括冲孔、落料两个基本工序，所以可以有三种冲载模具选择。
下面，将对三种用不同冲压工艺方案进行冲载件生产的冲载模具进行对比以选择最合理的冲载模具。
1.2.1方案一—单工序模生产
单工序模是在冲床一次冲载行程中只完成一个冲载工序的冲载模。
结合本次设计的冲载件的工艺性，这种冲载工艺是先完成冲孔工序，再下个工序完成落料。
从而完成一个冲载件的生产。
单工序模的模具结构简单、操作方便，但需要两道工序两副模具，成本高且生产效率低，两次定位累计误差大，难以满足大批量生产要求。
1.2.3方案二—复合模生产
复合模可在压力机的一次冲载行程内，在模具的同一位置上完成两个或两个以上冲载工序的冲模。
这种冲模在完成本次设计的冲载件生产时只需要一副模具且生产效率也很高，同时容易实现自动化生产和管理。
虽然此冲载件的所有尺寸的尺寸精度要求较高，但是复合模不存在送料定位误差问题，只要在模具上设置导正销导正就可以保证冲载件的形状精度，所以可以考虑这个方案。
1.2.3方案三—级进模生产
级进模又称跳步模，是在冲床的一次行程中，在模具的几个不同的工位上同时完成两个或两个以上冲载工序的冲载模。
它具有定位精度相对高，所以能生产出高精度冲载件。
级进模的使用寿命长，具有良好的经济预期。
级进模能满足这次的冲载件尺寸的精度要求以及模具设计和制造成本要求。
本次设计的双耳止动垫片冲孔落料模具设计的冲载件是大批量生产及该冲载件的尺寸精度要求高。
综合考虑模具的生产成本、操作要求和模具的使用寿命，所以这次设计采用级进模进行生产，即选择方案三。
2冲载工艺设计
2.1排样方式的确定及计算
排样是指冲载件在条料、带料或板料上合理的布置方法。
选择合理的排样和选择合适的搭边值可以有效的降低成本，保证冲载件的质量及提高级进模寿命。
所以必须要科学的选择搭边值和科学的选择排样方案，以保证冲载件的顺利生产。
2.1.1搭边值的确定
搭边的作用是要补偿定位误差和保证条料具有满足设计的强度和刚度，防止由于条料的宽度误差和送进步距误差等原因造成冲载出来的冲载件变成残缺废品。
搭边保证了送料的顺利进行，从而保证了冲载件的质量。
由于本次设计将采用弹压卸料板和冲载件的材料厚度为S=0.75mm，根据《冲压工艺与模具设计》[2]的表3-12以及设计经验，可以得出工件间搭边值
侧面搭边值
。
2.1.2确定排料方向
根据冲载件的外形结构及尺寸特点，综合考虑冲载时排料的科学性。
有如下两种方案如图2—1排料方案所示。
图2.1排料方案
由图2—1排料方向可知，
方案1总面积
；
方案2总面积
。
虽然
大于
，但是由图2.1可知方案1的送料步距比方案2的送料步距少9mm。
考虑到送料步距和级进模设计时的结构设计，综合考虑两种方案的可行性，最终决定选择方案1作为本次设计的方案。
2.1.3计算送料步距A
根据方案1可得，
2.1.4计算料条宽度B
根据《冲压工艺与模具设计》[2]中的表3-8和表3-9，可得两孔中心矩公差为
，孔中心与边缘距离尺寸公差为
，条料宽度的单向（负向）公差
，导料板于最宽条料之间的间隙
。
所以可求得：
取整后可得
，则侧面搭边值为
。
2.1.5排样图
根据以上分析计算可得排样图如图2—2冲载件排样所示。
图2—2冲载件排样
2.1.6计算材料的利用率
根据《机械设计手册》[1]中的轧制薄钢板品种（GB708—85），可以用500*1000的板料来做冲载件的条料。
因此可以得到A和B两种方案。
A方案：
由500/37=13.51，可得13条条料；由1000/25=40，可得每条条料上可冲载得40个冲件。
如图2.3方案A所示。
图2—3方案A
B方案：
由1000/37=27.02，可得27条条料；由500/25=20.00，可得每条条料上可冲载得20个冲件。
如图2—4方案B所示。
图2—4方案B
因为，一个步距内的材料利用率为
一张板料上总的材料利用率的为
n ―一个步距内冲裁件的总数目；
A—冲载件面积（包括内形结构废料），单位
；
b—条料宽度，单位mm；
h—步距，单位mm；
—一张板料上冲载件的总数目；
L—板料长，单位mm；
B—板料宽，单位mm。
就基本确定了上、下模座的基本尺寸和结构。
图4—1所示的就是级进模上模座三维图，图4—2所示的就是级进模下模座三维图。
图4—1级进模上模座图4—2级进模下模座
4.2级进模模柄的设计
本次设计的级进模结构包含有模柄。
现在常用的国家标准模柄结构形式有旋入式模柄、压入式模柄、凸缘模柄、槽型模柄、通用模柄和浮动模柄等。
旋入式模柄，顾名思义就是通过螺纹和螺纹孔来连接，旋入式模柄通过螺纹与4.1节设计好的级进模上模座连接。
采用旋入式模柄时，为了防止发生松动，在模具设计时经常加入防转螺钉紧固。
而且，旋入式模柄具有拆装方便优点。
但是由于模柄轴线与上模座的垂直度较差，所以一般用在有导柱作为上、下模导向的小型冲模中。
压人式模柄，是采用过渡配合将压入式模柄和级进模上模座连接的，并且采用防转螺钉来防转。
这样的压入式模柄和级进模上模座配合后，模柄的轴线与上模座的垂直度很高。
压入式模柄的这些特点使得它适用于中、小型的冲模中。
其余的模柄，像凸缘模柄是适用于较大型冲载模具中，槽型模柄和通用模柄常用于简单模，浮动模柄主要用于精密导柱模。
本次级进模设计，属于小型冲模设计。
根据2.3.5目中选择好的压力机，为了保证级进模的正常工作和使用寿命，本次级进模设计将采用旋入式模柄。
根据《模具标准应用手册》[5]中的表2—27选择旋入式模柄的尺寸。
旋入式模柄的尺寸如表4—2所示。
表4—2旋入式模柄尺寸（单位mm）
d（d11）
H
h
S（H13）
b
C
基本尺寸
极限偏差
基本尺寸
极限偏差
30
73
25
24
18.5
M4X8
2.5
1
4.3级进模垫板的设计
为了增加级进模的使用寿命，本次级进模设计将在模具结构中设计有垫板的模具。
级进模中有垫板可以缓冲冲孔落料时产生的反冲力对上模座的直接作用。
进而对上模座起保护的作用，同时也可以更好的保护落料凸模和冲孔凸模。
级进模工作时，因为有垫板的存在，将使级进模工作时更加平稳和安全。
以提高模具的生产效率和级进模的使用寿命。
为了选择合理的垫板，将在选择好上模座后选择。
根据4.1节选择好的上模座，本次设计的级进模垫板将采用矩形垫板。
根据《模具标准应用手册》【5】中的表2—14、3.1.2目中计算得到的凹模刃口尺寸和3.2.1目中计算得到的凹模外形尺寸以及4.1节中确定好的定位圆柱销的位置和固定内六角圆柱头螺钉的位置，级进模垫板选择的数据如表4—3所示。
表4—3级进模垫板（单位mm）
L
B
H
C
100
100
4
1
图4—4所示的就是级进模垫板的二维图。
图4—4级进模垫板
4.4凸模固定板的设计
凸模固定板是模具设计中必须的零件。
为了使凸模正常工作，凸模固定板是必不可少的。
本次设计的级进模也将选择用凸模固定板。
为了选择合适的固定板，本次设计将根据级进模结构的特点来选择级进模的凸模固定板。
级进模凸模固定板的外形尺寸和凹模的一样，所以先要确定级进模凹模固定板的厚度。
根据4.1节中选择的级进模上模座、3.1.2目中计算得到的凹模刃口尺寸、3.2.1目中计算得到的凹模外形尺寸以及4.1节中确定好的定位圆柱销的位置和固定内六角圆柱头螺钉的位置，在根据《模具标准应用手册》【5】中的表2—22选择级进模的凸模固定板。
可以得到固定板的厚度H=25mm。
因为凸模是本次级进模设计中重要的零件，所以它们的尺寸以及尺寸精度必须得到优先保证。
为了满足凸模的尺寸精度以及加工精度要求。
选择凸模固定板时要以凸模的尺寸为基准，也就是要以凸模来作为基准与凸模固定板中的孔进行装配。
为了满足装配要求将采用H7/h6。
图4—5所示的就是级进模凸模固定板三维图。
图4—5凸模固定板
4.5弹性卸料板设计
模具设计中，常用的卸料板有刚性卸料装置和弹性卸料装置两种。
刚性卸料装置的结构非常简单，仅是由固定卸料板构成。
固定卸料板一般都安装在下模的凹模上。
固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模的一样，它的厚度选取可以根据《冲模设计手册》来选取。
一般，固定卸料板适用于冲制件原材料厚度
的带料或是条料。
卸料板、弹性组件和卸料螺钉组成弹性卸料装置。
它即可以安装在上模也可以安装在下模中。
弹性卸料板不仅有卸料作用，还有压料作用。
弹性卸料装置适用于冲制件原材料较薄的冲载。
由于本次设计的冲制件原材料的厚度为S=0.75mm。
所以本次级进模的设计将采用弹性卸料装置。
由于本次级进模设计采用弹性卸料装置，卸料板与凸模之间的单边间隙取板料厚度的0.1倍。
同时还要选择合适的弹簧或橡皮以及选择合适的卸料螺钉。
这样就可以确定完整的卸料结构。
卸料板的厚度可以根据《模具设计手册》模具手册之四[4]总的表14—10选取。
所以卸料板的厚度为12mm。
根据《冲模设计手册》—模具设计手册之四[4]中的表14—10可得
根据已经确定好的圆形凸模和非圆形凸模尺寸值和C的值就可以确定卸料板的内部结构。
弹性卸料装置的弹性体常用的有弹簧体和橡胶体两种。
由于本次设计的冲载件较薄，所以可以选择橡胶体作为弹性卸料装置的弹性体部分。
在橡胶中，我选择聚氨酯作为弹性体。
根据3.2节计算的冲载力和选择好的压力机，以及选择好的卸料板厚度和设计经验，根据《模具标准应用手册》[5]中的表2—77可以选择聚氨酯弹性提作为弹性卸料装置的弹性体。
表4—4所示就是聚氨酯弹性体的尺寸。
表4—4聚氨酯弹性体的尺寸（单位mm）
D
d
H
20
8.5
16
26
本次选择的聚氨酯弹性体的预压缩量选择为：
。
本次设计的聚氨酯弹性体的工作时最大压缩量选择为：
。
选择好弹性体后，在选择圆柱头内六角卸料螺钉。
根据《模具标准应用手册》[5]中的表2—74选择圆柱头内六角螺钉。
表4—8所示就是圆柱头内六角卸料螺钉的尺寸。
表4—8圆柱头内六角卸料螺钉尺寸（单位mm）
d
L（h8）
L
D
t
S
b
C
H
基本尺寸
极限偏差
8
600
M6
7
12.5
4
6
7.5
6.9
0.4
2
4.5
1
0.5
8
图4—6所示就是卸料板三维图。
图4—7所示就是聚氨酯弹性体三维图。
图4—8所示就是圆柱头内六角卸料螺钉三维图。
图4—6卸料板
图4—7橡胶体图4—8卸料螺钉
4.6导料板的设计
条料的送料方向一般都是靠着导料板或导料销一侧导向送进。
本次级进模的设计将采用导料板进行条料的送料方向的导正，以保证送料精确的进行。
为了保证模具工作时，准确冲载出冲载件，导料板的设计就必须满足精度要求。
导料板有分离式和整体式两种。
本次设计采用的是分离式导料板。
根据《模具设计手册》模具设计手册之四[4]中表14—17得
。
根据《模具设计手册》模具设计手册之四[4]的表14—16得
37.5mm
根据《模具设计手册》模具设计手册之四[4]的表14—15得导料板的厚度
H=6mm。
根据3.1节计算得的凹模刃口尺寸和3.2节计算得凹模的外形尺寸以及4.1节设计的下模座安装时的定位位置和固定位置，按照根据《模具设计手册》模具设计手册之四[4]的图14—50就可以确定分离式导料板的尺寸和结构。
图4—9所示就是分离式导料板三维图。
图4—9分离式导料板
4.7标准圆柱销和内六角圆柱螺钉的选择
为了使装配时模架结构可以按设计要求装配和模具工作时准确平稳的工作，本次设计的级进模将采用圆柱销进行导正和定位。
根据4.1节中设定好的，上下、模都将采用四个圆柱销。
根据《机械制图》[6]中的附表C9—1选择上、下模用的圆柱销尺寸。
表4—9所示就是圆柱销尺寸。
表4—9圆柱销尺寸（单位mm）
名称
上模
下模
d
6
8
c
1.2
1.6
l
GB/T119.1
12~60
14~80
为了固定上、下模零件，本次设计采用的内六角圆柱头螺钉。
根据4.1节中设定好的上模将采用四个内六角圆柱头螺钉，下模也将采用六个内六角圆柱头螺钉。
根据《机械制图》【6】中的附表C—1选择上、下模用的内六角圆柱头螺钉。
表4—10所示就是内六角圆柱头螺钉。
表4—10内六角圆柱头螺钉尺寸（单位mm）
名称
上模
下模
螺纹规格d
M6
M8
10
13
Kmax
6
8
tmin
3
4
s
5
6
e
5.72
6.86
B（参考）
24
28
l范围
10~60
12~80
图4—10所示就是上模内六角圆柱头螺钉的三维图。
图4—11所示就是下模内六角圆柱头螺钉的三维图。
图4—10上模内六角圆柱头螺钉图4—11下模内六角圆柱头螺钉
4.8级进模导柱和导套的选择
模具设计中，上、下模座的导向一般由导柱和导套共同完成。
一般的，导柱和导套有滑动导柱、导套和滚动导柱、导套两种。
本次设计将采用滑动导柱和导套。
由于4.1节中选择了对角导柱模架，所以导柱和导套的选择要选两对来对凸、凹模进行导向。
但是两对导柱、导套的直径是不相同的。
因为不同直径的导柱、导套可以避免在合模时上模误装方向而损坏凸模、凹模的刃口。
由于冲载材料的厚度小于0.8mm，所以这次选用的导柱和导套间的配合精度为H6/h5。
根据《模具标准应用手册》[5]中表3—36选择B型导柱。
其尺寸大小如表4—11所示。
表4—11B型导柱尺寸（单位mm）
d
（r6）
L
l
基本尺寸
极限偏差h5
基本尺寸
极限尺寸
20
20
120
30
22
22
120
30
根据《模具标准应用手册》[5]中表3—39选择B型导套。
其尺寸大小如表4—12所示。
表4—12B型导套尺寸（单位mm）
d
D（r6）
L
H
基本尺寸
极限偏差H6
基本尺寸
极限偏差
20
32
50
25
22
35
50
25
这样导柱和导套的已经选择好。
图4—12所示是小导柱三维图。
图4—13所示是大导柱三维图。
图4—14所示是小导套的三维图。
图4—15所示是大导套的三维图。
图4—12小导柱图4—13大导柱图4—14小导套图4—15大导套
4.9级进模校核
根据2.3.5目所选择的压力机可以知道压力机的各项参数，根据最大和最小装模高度的参数和3.2节中凸、凹模外形尺寸的确定以及4.1节中级进模模架的设计对比比较可以得出，这次所设计的级进模与压力机配合合理。
故级进模的设计校核合理，满足设计要求。
其中最小装模高度为160mm,最大装模高度为300mm。
级进模的设计尺寸如二维装配图所示。
所以级进模的设计符合要求。
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