垫片级进模具设计与UG造型大学课程.docx
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垫片级进模具设计与UG造型大学课程
毕业设计
题目：
垫片级进模具设计与UG造型
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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指导教师签名：
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按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
垫片级进模具设计与UG造型
摘要
本文以垫片级进模设计为主要内容，其中包含冲压件工艺分析、工艺方案及模具类型的确定、排样设计、冲压力与压力中心计算、工作零件刃口尺寸计算、工作零件结构尺寸、其它模具零件结构尺寸、冲床选用、模具总装配图。
能综合运用我在所学的模具设计方面的知识，培养我在设计和UG造型方面的能力。
能通过自己所学的知识与实践相结合，设计出一套完整的模具。
关键词：
垫片；级进模；模具设计；UG造型
1绪论
改革开放以来，随着国民经济的高速发展，工业产品的品种和数量的不断增加，更新换代的不断加快，在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量，高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。
模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。
采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。
2冲裁件的结构工艺性分析
由零件图2—1可知，该冲压件有落料和冲孔两个工序，外形简单、精度要求不高。
材料为Q235：
具有良好的塑性、焊接性、可锻性及良好的冲压性能，常用来制造焊接结构件和冲压件。
尺寸精度：
按公差IT12查出来的:
尺寸精度较低，普通冲裁完全能够满足要求。
图2—1零件图
生产批量：
大批量材料
Q235厚度：
t=1mm
公差等级：
IT12
3冲压工艺方案的确定
该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以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：
冲孔-落料复合冲压，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。
（1）方案一
单工序冲裁模指在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。
该模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。
（2）方案二
复合冲裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。
该模具只需要一副模具，工件的精度及生产效率都很高，但工件最小壁厚3.5mm接近凸凹模许用最小壁厚3.2mm，模具强度较差，制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。
（3）方案三
级进模（又称为连续模、跳步模）：
是指压力机在一次行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的模具。
它也只需要在一副模具内可以完成多道不同的工序，可包括冲裁、弯曲、拉深等，具有比复合更好的生产效率。
它的制件和废料均可以实现自然漏料，所以操作安全、方便，易于实现自动化。
难以保证制件内、外相对位置的准确性因此制件精度不高。
通过对上述三种方案的的分析比较，因为该制件的精度要求不高，用于大批量生产。
所以该制件的冲压生产采用方案三为佳。
4排样设计
4.1搭边值、条料宽度与导料板间距离的确定
4.1.1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，以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，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。
或影响送料工作。
搭边值通常由经验确定，表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。
根据制件厚度与制件的排样方法可以查表4—1得；搭边值工件间a为0.8mm沿边a1为1.0mm。
表4—1搭边a和a1数值
材料厚度
圆件及r＞2t的工件
矩形工件边长L＜50mm
矩形工件边长L＞50mm
或r＜2t的工件
工件间a1
沿边a
工件间a1
沿边a
工件间a1
沿边a
＜0.25
0.25~0.5
0.5~0.8
0.8~1.2
1.2~1.6
1.6~2.0
2.0~2.5
2.5~3.0
3.0~3.5
3.5~4.0
4.0~5.0
5.0~12
1.8
1.2
1.0
0.8
1.2
1.5
1.8
2.2
2.5
3.0
0.6t
2.0
1.5
1.2
1.0
1.5
1.8
2.2
2.5
2.8
3.5
0.7t
2.2
1.8
1.5
1.2
1.5
1.8
2.2
2.5
2.5
3.5
0.7t
2.5
2.0
1.8
1.5
1.8
2.0
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
2.8
2.2
1.8
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
3.0
2.5
2.0
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
3.5
4.5
0.9t
4.1.2条料宽度的确定
排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度和进距也就可以设计出。
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。
条料宽度公式：
B=（D+2a）
（4-1）
其中条料宽度偏差上偏差为0，下偏差为—△。
D——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。
a——侧搭边值。
表4—2剪料公差及条料与导料板之间隙（mm）
条料宽度
B/mm
材料厚度t/mm
~1
1~2
2~3
3~5
~50
50~100
100~150
150~220
220~300
0.4
0.5
0.7
0.8
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
D取值由设计条料宽度方向冲裁件的最大尺寸为48（mm）
侧搭边值a可以从表4—1中查出为1（mm）。
故带入条料宽度公式得；
B=
=
（mm）
查表4—2中，可得条料宽度偏差下偏差—△为-0.5（mm）
4.1.3导料板间距离的确定
条料的宽度确定后，进而就可以确定导料板间距离。
表4—3导料板与条料之间的最小间隙Zmin（mm）
材料厚度t/mm
有侧压装置
条料宽度B/mm
100以下
100以上
~0.5
0.5~1
1~2
2~3
3~4
5
5
5
5
5
8
8
8
8
8
导料板间距离公式：
A=B+Z=D+2a+Z（4-2）
Z——导料板与条料之间的最小间隙（mm）
查表4—3得Z=5mm
A=D+2a+Z
=50+2×1+5
=57（mm）
4.2排样方法
根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种，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。
采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差的影响，所以模具冲裁件的公差等级较低。
同时，因模具单面受力（单边切断时），不但会加剧模具的磨损，降低模具的寿命，而且也直接影响到冲裁件的断面质量。
根据我设计模具制件的形状、厚度、材料等方面的全面考虑，排样方法采用直排式排样法。
如图4—1和图4—2所示。
图4—1排样图
图4—2排样图
4.3材料利用率
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=（nA1/hB）×100%（4-3）
式中η——材料利用率（%）；
n——冲裁件的数目；
A1——冲裁件的实际面积（mm2）；
B——板料宽度（mm）；
h——进距
计算冲压件的面积：
A1=50×18-（3×3×4-3.14×9）
=892.26（mm2）
条料宽度计算：
B=50+2×1
=52（mm）
进距的计算：
H=18+0.8
=18.8（mm）
一个进距的材料利用率：
η=（nA1/hB）×100%
=（1×892.26/52×18.8）×100%
=72.723%
η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。
工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。
因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。
所选板料的规格为：
1×1000×2000。
方案一：
当选用纵裁裁板时，所能裁剪条料的个数最多为20个，由于生产误差最多只能裁剪出19条，一个条料内所能冲出的制件个数最多为99个，则整张板料所能冲出的总制件的个数为1881个，则整张板料的利用率为：
η=（72.723×19×99）/200000×100%
=65.574%
方案二：
当选用横裁裁板时，所能裁剪条料的个数最多为40个，由于生产误差最多只能裁剪出39条，一个条料内所能冲出的制件个数最多为49个，则整张板料所能冲出的总制件的个数为1911个，则整张板料的利用率为：
η=（72.723×39×49）/200000×100%
=70.125%
经比较方案二利用率更高，故选用方案二整板的利用率为：
69.487%
经分析比较选用图4—2排样方法。
5模具总体设计
5.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。
5.2定位方式的选择
因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，有侧压装置。
控制条料的送进步距采用始用挡料销初定距，导正销精定距。
而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。
5.3卸料、出件方式的选择
因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。
5.4导向方式的选择
为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用四角导柱的导向方式。
6冲裁力相关的计算
6.1计算冲裁力的公式
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Fp一般可以按下式计算：
Fp=KptLτ（6-1）
式中τ——材料抗剪强度，见附表（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（数值的变化或分布不均）润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数Kp，一般取1~3。
当查不到抗剪强度r时，可以用抗拉强度σb代替τ，而取Kp=1的近似计算法计算。
由于材料Q235钢无法查到其抗剪强度τ，故取起抗拉强度σb代替抗剪强度τ，查表可知σb=τ=450（MPa）。
6.2总冲裁力、卸料力
由于冲裁模具采用刚性卸料装置和自然落料方式。
F——总冲压力
Fp——总冲裁力
FQ——卸料力
FQ1——推料力
FQ2——顶件力
6.3计算总冲裁力
Fp=F1+F2（6-2）
F1——落料时的冲裁力。
F2——冲孔时的冲裁力。
冲裁周边的总长（mm）
落料周长为：
L1=50+50+18+18-6×4+9×3.14
=140.26（mm）
冲孔周长为：
L2=2πd
=2×3.14×10
=62.8（mm）
落料冲裁力为：
F1=KptL1τ
=1×1×140.26×450
=63117（N）
冲孔冲裁力为：
F2=KptL2τ
=1×1×62.8×450
=28260（N）
所以可求总冲裁力为：
Fp=F1+F2
=63117+28260
=91337（N）
7模具压力中心的确定与计算
模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。
为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
图7—1压力中心分析
计算公式为：
（7-1）
（7-2）
所以
所以求得模具压力中心的坐标值为（20.783，18.162）。
8冲裁间隙
设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。
考虑到制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin，最大值称为最大合理间隙Cmax。
考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。
冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。
冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，而降低了模具的寿命。
较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具寿命而，但出现间隙不均匀。
因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。
根据实用间隙表8—1查得材料Q235的最小双面间隙2Cmin=0.100mm，最大双面间隙2Cmax=0.140mm。
表8—1冲裁模初始用间隙2c（mm）
材料
厚度
08、10、35、
09Mn、Q235
16Mn
40、50
65Mn
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
小于0.5
极小间隙
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.2
1.5
1.75
2.0
2.1
2.5
2.75
3.0
.3.5
4.0
4.5
5.5
6.0
6.5
8.0
0.040
0.048
0.064
0.072
0.092
0.100
0.126
0.132
0.220
0.246
0.260
0.260
0.400_
0.460
0.540
0.610
0.720
0.940
1.080
0.060
0.072
0.092
0.104
0.126
0.140
0.180
0.240
0.320
0.360
0.380
0.500
0.560
0.640
0.740
0.880
1.000
1.280
1.440
0.040
0.048
0.064
0.072
0.090
0.100
0.132
0.170
0.220
0.260
0.280
0.380
0.420
0.480
0.580
0.680
0.680
0.780
0.840
0.940
1.200
0.060
0.072
0.092
0.104
0.126
0.140
0.180
0.240
0.320
0.380
0.400
0.540
0.600
0.660
0.780
0.920
0.960
1.100
1.200
1.300
1.680
0.040
0.048
0.064
0.072
0.090
0.100
0.132
0.170
0.220
0.260
0.280
0.380
0.420
0.480
0.580
0.680
0.780
0.980
1.140
0.060
0.072
0.092
0.104
0.126
0.140
0.180
0.240
0.320
0.380
0.400
0.540
0.600
0.660
0.780
0.920
1.040
1.320
1.500
0.040
0.048
0.064
0.064
0.090
0.090
0.060
0.072
0.092
0.092
0.126
0.126
9凸模与凹模刃口尺寸的计算
9.1刃口尺寸计算的基本原则
冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具合理的间隙值模具刃口寸及制造精度来保证。
正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲裁模的主要任务之一。
模具刃口的制造精度与工件的尺寸精度和加工方法有关，若采用分别标注尺寸和分别加工的方法制造凸模和凹模的刃口尺寸时，凸模和凹模的制造公差︱δ1︱和︱δ2︱必须满足不等式︱δt︱+︱δa︱≤Zmax-Zmin。
因为凹模为孔，公差取单向正值；凸模为轴，公差取单向负值。
生产中对普通冲裁件，凹模刃口尺寸制造公差按IT7级精度选取；凸模刃口尺寸公差按IT6级精度选取。
若采用配合方法加工时，凹模或凸模刃口尺寸的制造公差可按制件的尺寸精度提高三~四级取值，也可以按下表9—1选取。
表9—1冲裁模刃口制造精度与制件精度关系
制件精度
刃口制造精度
板料厚度t（mm）
0.5
0.8
1.0
1.5
2.0
3.0
4.0
5.0
≥6.0
IT6~IT7
IT8
IT8
IT9
IT10
IT10
/
/
/
/
IT7~IT8
/
IT9
IT10
IT10
IT10
IT12
IT12
/
/
IT9
/
/
/
IT12
IT12
IT12
IT12
IT12
IT14
9.2刃口尺寸的计算方法
由于模具的加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可以分为两种情况。
凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。
对与该制件应该选用凸模与凹模配合加工方法。
对于该工件的模具，为了保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值，必须采用配合加工。
此方法是先做好其中一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件的实际尺寸来配合加工另一件，使它们之间保留一定的间隙值，因此，只在基准件上标注尺寸制造公差，另一件只标注公称尺寸并注明配做所留的间隙值。
这δp与δd就不再受间隙限制。
根据经验，普通模具的制造公差一般可取δ=△/4（精密模具的制造公差可选4~6μm）。
这种方法不仅容易保证凸、凹模间隙枝很小。
而且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。
在计算复杂形状的凸凹模工作部分的尺寸时，可以发现凸模和凹模磨损后，在一个凸模或凹模上会同时存在三种不同磨损性质的尺寸，这时需要区别对待。
第一类：
凸模或凹模磨损会增大的尺寸；
第二类：
凸模或凹模磨损或会减小的尺寸；
第三类：
凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸。
9.3计算凸凹模刃口的尺寸
9.3.1凸模与凹模配合加工的方法计算落料凸凹模的刃口尺寸
（1）凹模磨损后变大的尺寸，按一般落料凹模公式计算，即
Aa=（Amax-x△）
（9-1）
（2）凹模磨损后变小的尺寸，按一般冲孔凸模公式计算，因它在凹模上相当于冲孔凸模尺寸，即
Ba=（Bmax+x△）
（9-2）
（3）凹模磨损后无变化的尺寸，其基本计算公式为Ca=（Cmax+0.5△）±0.5δA。
为了方便使用，随工件尺寸的标注方法不同，将其分为三种情况：
工件尺寸为C
时
Ca=（C+0.5△）±0.5δA
工件尺寸为C
时
Ca=（C-0.5△）±0.5δA
工件尺寸为C±△时
Ca=C±δA
式中Aa、Ba、Ca——相应的凹模刃口尺寸；
Amax——工件的最大极限尺寸；
Bmin——工件的最小极限尺寸；
C——工件的基本尺寸；
△——工件公差；
x——系数，为了避免冲裁件尺寸偏向极限尺寸（落料时偏向最小尺寸，冲孔时偏向最大尺寸），x值在0.5~1之间，与工件精度有关可查表9—2或按下面关系选取。
工件精度IT10以上x=1
工件精度IT11~IT13x=0.75
工件精度IT14x=0.5
δA、0.5δA、δA——凹模制造偏差，通常取δA=△/4。
表9—2系数x
料厚t（mm）
非圆形
圆形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1~2
2~4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
9.3.2对冲孔的刃口尺寸进行计算
如图9—1所示的止动件的落料凹模零件图，计算凸、凹模的刃口尺寸。
考虑到零件形状比较复杂，采用配作法加工凸、凹模。
凹模磨损后其尺寸变化有三种情况,落料时应以凹模为基准件来配作凸模。
图9—1落料凹模工作部分
按国家标准IT8级公差要求处理，查公差表得：
50+0.0390.00018+0.0270.000
凹模磨损后变大的尺寸：
A1a、A2a。
刃口尺寸计算公式：
Aa=（Amax-xΔ）
（9-3）
工件精度均为IT12级、查表9—2得：
x1=x2=x3=0.75
A1a=（50.039-0.75×0.16）+00.25×0.16
=49.919+00.04
A2a=（18.027-0.75×0.16）+00.25×0.16
=17.907+00.04
查表8—1得：
Zmin=0.100mmZmax=0.140mm
凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制，保证双面间隙值在（0.100~0.140）mm之间。
图9—2冲孔凸模
9.3.3对冲孔的刃口尺
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