毕业论文设计调节器压板冲压工艺分析与模具设计.docx
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毕业论文设计调节器压板冲压工艺分析与模具设计
诚信声明
本人郑重声明：
本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。
本人签名：
年月日
毕业设计任务书
设计题目：
调节器压板冲压工艺分析与模具设计
系部：
机械工程系专业：
材料成型及控制工程学号：
112018205
学生：
指导教师（含职称）：
（副教授）
1．课题意义及目标
通过本次毕业设计，培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，独立分析和解决冲压产品开发及模具设计等工程领域实际问题的能力，为毕业后从事相关技术工作打好基础。
2．主要内容
（1）对给定工件进行工艺分析，确定工艺方案。
（2）进行冲压工艺设计：
工艺性质、工序数目、工序顺序、工序尺寸确定。
（3）模具的总体设计：
冲模类型、结构形式等。
（4）模具的结构设计：
模具工作部分尺寸计算，材料选用、结构尺寸确定等。
（5）绘制模具装配图及零件图，完成设计说明书一本。
3．主要参考资料
[1]王孝培.冲压设计资料[M].北京：
机械工业出版社，2000.
[2]李天佑.冲模图册[M].北京:
机械工业出版社,2005.
[3]丁松聚.冷冲模设计[M].北京:
机械工业出版社,2010.
[4]杨海良.不锈钢支架狭长孔冲裁工艺研究[J].模具工业，2014,08:
33-36.
[5]冲模设计手册编写组编.冲模设计手册（4）北京:
机械工业出版社,2001.
4．进度安排
设计各阶段名称
起止日期
1
查阅文献，完成开题报告
2014.12.01~2014.12.31
2
完成工艺计算、确定工艺方案
2015.01.01~2015.03.20
3
确定模具结构方案，中期检查
2015.03.21~2015.04.30
4
模具总体设计、结构设计
2015.05.01~2015.05.15
5
完善设计内容、完成设计说明书及答辩工作
2015.05.16~2015.06.10
审核人：
2014年12月15日
调节器压板冲压工艺分析与模具设计
摘要：
本文简要概述了冲压模具的作用、地位、现状及发展方向。
设计中对本产品加工方案详细地进行了工艺分析和选择。
经过分析各个方案的优缺点，我优先采用落料、冲孔连续模，弯曲模来完成零件的生产要求。
设计过程中进行了冲裁力的计算，并合适地选择了压力机型号。
在计算和查阅相关资料的基础上，按照技术规格，设计了两套模具上的主要零部件，如：
凸模、凹模、凸模固顶板、垫板等，并给出了各个零件的零件图样式及相关尺寸。
模架、导柱、导套等均采用国家标准形式。
在设计说明书最后，我给出了主要零部件的工程图及两套模具的装配图，从而更有利于实际生产需求。
基于以上的设计计算，做出一套符合任务要求的模具，同时也满足际生产要求，进行调节器压板的大批量生产。
关键词：
冲孔落料连续模弯曲模
Platenoftheregulatorstampingprocessanddiedesign
Abstract：
Thispaperbrieflysummarizesthefunction,status,presentsituationanddevelopmentdirectionofthedie.Inthedesign,theprocessanalysisandselectionoftheproductprocessingschemearecarriedoutindetail.Throughtheanalysisoftheadvantagesanddisadvantagesofeachprogramme,Igiveprioritytotheblanking,punchingcontinuousmold,bendingdietocompletetheproductionrequirementsoftheparts.Thecalculationofblankingforceiscarriedoutinthedesignprocess,andthemodelofthepressischosenappropriately.Incalculationandinspectiononthebasisofrelevantinformation,inaccordancewiththetechnicalspecificationsdesigntwosetsofmouldsthemainparts,suchaspunchandfemaledieandpunchfixboardandsoon,andgivesthevariouspartsofthepartdrawingstyleandsize.Mouldbase,guidepillar,guidesleeveadoptstheformofnationalstandard.Inthedesignofthefinal,Igivethemainpartsoftheengineeringdrawingsandtwosetsofmoldassemblyplan,whichismoreconducivetotheactualproductionneeds.Basedonthedesignandcalculation,asetofmoldsinaccordancewiththerequirementsofthetaskismade,andtheproductionrequirementsofthemachinearealsomet,andthemassproductionoftheregulatorplateiscarriedout.
Keywords:
PunchingblankingProgressivedieBendingdie;
1.绪论
冷冲压是在压力机上安装各种冷冲模，在一定的室温之下，对给定的板料等材料进行挤压，使材料的结构分离或产生形变，获得所需求的外形、尺寸和性能的零部件的加工方法。
它是在机械加工方法之中水平较高的压力机加工方法。
1.1课题背景及研究意义
在第二次工业革命以后，人类的随着科学技术的迅猛发展，随即将科技应用到了生产实际当中，推动了机电一体化技术的不断进步，工业机械化模式地广泛应用，工业化生产设备及其结构，功能，生产和操作系统模式已经有了翻天覆地的变化。
与此同时，人类在各个科技邻域界都有很大进步，然后各种科学知识相互联合起来，促使工业不在是简单的机械化操作，而是更智能化人性化的操作系统，充分降低了劳动强度，同时满足“交货期短”、“精度高”、质量好”和“价格低”的要求服务。
1.1.1冲压模具加工的作用与地位
冷冲压加工由于结构较为简单，操作简易，生产环境一般为常温，和实现大批量生产，精度高，生产周期短的特点，所以在工业生产中广泛的采用。
更适合大批量生产，可以充分地降低生产成本，提高盈利。
而且由于其的特点，故从复杂的电子元件,汽车机身覆盖部分,兵工产品和航空航天设备到小型的垫片，压板等零件加工都离不开冷冲压加工工序。
在汽车制造业中，有
～
的零件是采用冲压工艺制成的，冷冲压生产所占的劳动量为整个汽车工业劳动量的
～
。
在机电及仪器、仪表生产中有
～
的零件是采用冷冲压工艺来完成的。
在现今社会里，我国和一些发达国家例如美国和日本，都把模具设计与发展视为国家工业进步所需的重中之重的任务，更是鼓励模具累人才的培养。
模具行业已然成为工业生产中的重要部门，代表着高生产质量，高效率，低周期，低劳动力的生产手段。
1.1.2冷冲模具工业的现状
1>国内模具发展现状
在我国，以前清朝的“闭关锁国”政策，致使我国人文科技落后了国外几十年，加之近代受到外国侵略者，更牵制我国工业的发展。
在新中国成立以后，诸如“大而全”、“小而全”、“自产自配”等陈旧观念的影响，因此我国模具大体来讲都是“品种规格少、生产规模小、流通不畅通”。
由于模具本身的特质，其更应大批量地生产，这样才能得到利用模具生产的好处，然而我国的模具市场确是比较分散，凌乱，产品质量差的局势。
虽然近几年中国模具发展趋向了标准化，有效的提高我国模具生产效率和产品品质，但与外国相比，竞争压力还很大，离国外模具水平还有很大的差距，加之窝工模具产品“规格少、生产规模小、流通不畅通”，更限制其有利的发展。
2>国外模具发展现状
在几十年前，国外就开始利用模具生产零件。
从50年末期，就开始对冲模CAD的研究，并相继出现CAD/CAM/CAE等软件，这些软件在提高生产率，改善产品质量，降低成本，减轻劳动强度等方面有着明显的优越性。
下面俩张表勒出了利用软件生产加工的情况：
1.2冷冲模具的未来的发展方向
（1）冲压成型工艺与理论研究
近年来有很多新的进展,冲压成型过程中,特别是“精密切割、精密成型、精密剪切、复合材料成型、超塑性成形、软模”,等新技术日新月异,越来越精密冲压成形精度、生产率大大提高,是提高高质量的冲压加工新的发展水平。
计算机辅助工程（CAE）的引入,使原始的冲压成形有限元分析进行了应力、应变和逐步发展成为计算机工程辅助模拟和分析,从而实现冲压工艺的优化设计；
（2）最新的冲模设计软件技术
最新的冲压模具设计软件与三维思维、直观的感觉来设计模具结构,生成的3D结构信息可以很容易地用于模具可制造性评价和数控加工、以及多样化的选择,提供了方便，为以后模具的设计和修改减轻了很大负担；
（3）在模具设计和生产中，推行应用CAD/CAE/CAM技术；
（4）冲压加工自动化、智能化高效化和柔性化；
（5）冲模新型材料的研制与开发，实现低成本高利润的目标，广泛的利用新特种合金材料，减少模具的破损率，提高使用寿命，更有利于实现大批量生产；
（6）将模具各个零件的标准化提高，鼓励使用标准件，增加标准件的生产，必将模具行业推新的高潮。
结语
我国的模具技术相对以前来说已经后了很大的提升，但是如今国民经济正在高速的发展，这样一比较供需要求，很明显我国在冷冲模技术方面还应继续提升。
为了推进我国社会主义现代化的伟大建设，适应国民经济各部门的发展需求，我们应努力学习相关知识。
1.3本次设计的主要内容
（1）对给定工件进行工艺分析，确定工艺方案。
（2）进行冲压工艺设计：
工艺性质、工序数目、工序顺序、工序尺寸确定。
（3）模具的总体设计：
冲模类型、结构形式等。
（4）模具的结构设计：
模具工作部分尺寸计算，材料选用、结构尺寸确定等。
（5）绘制模具装配图及零件图，完成设计说明书一本。
2.调节器压板工艺性分析
调节器压板零件图如图所示：
制件材料：
10钢，厚度1.5mm，大批量
压板工艺性分析
材料：
10号钢，是一种碳素结构钢，能够进行一般的冲压加工，市场上容易获得；
精度：
冲裁件所能达到的较为合理的精度为IT14，与零件所标注的公差比较，该零件的精度要求能够在冲裁加工中实践；
结构：
该制件的结构相对简单，尺寸较小，厚度适中，大批量生产，属于普通冲压件；
零件尺寸：
该零件是通风调节器压板，宽度为20±0.2mm，立边高度7.2±0.2mm，上下弯边的平面长度均为16±0.5mm，厚度t=1.5mm。
根据《冷冲模设计》弯曲件结构工艺性的要求：
“带孔的的板料在弯曲时，如果孔位于弯曲变形区内，则孔的形状会发生畸变”。
因此，孔边到弯曲半径中心的距离要保证以下的条件：
当t＜2mm时，L≥t；
当t≥2mm时，L≥2t；
本零件L=7-2-1.5-0.5=3mmt=1.5mm
L＞t，所以满足先冲孔后弯曲的要求。
3.工艺方案的确定
经过分析该零件的结构可知，冲压该零件的基本工序为冲孔、落料和弯曲。
因此冲压该制件的工艺方案可能有以下几种：
方案一：
先落料，在冲孔，后弯曲，采用单工序模生产；
方案二：
先冲孔落料连续模，再弯曲生产；
方案三：
冲孔—落料—弯曲连续模生产。
工艺方案分析：
方案一，为三个单工序模具，其整体构造简单，加工制造也比较方便，但整体来看，生产制件需要三种工序和三副模具，生产效率低，精度要求也难以保证，很难满足该工件大批量生产要求，所以不宜采用。
方案二，先采用连续模冲孔落料，能够保证冲裁件的精度要求，使用范围广，经济效益高。
再用弯曲模具进行弯曲加工，用孔做定位能够保证生产出的零件精度。
方案三，对于实际生产加工来说，对工人技术和经验要求比较高尺寸精度可以很好的保证，但模具结构复杂，生产加工困难，维修检查复杂，制造成本较高。
综合以上三种方案的分析与比较，选择方案二更为合适。
4.工艺设计计算
4.1冲孔落料连续模相关工艺的计算
4.1.1毛坯尺寸计算
根据《冷冲模设计》书中得知，“一般将r＞0.5t的弯曲称为有圆角半径的弯曲，而将r≤0.5t的弯曲称为无圆角半径的弯曲”。
零件图尺寸如下图所示：
毛坯展开长度计算
根据工件图尺寸得知，r=0.5mm，t=1.5mm
R<0.5t，所以该弯曲件为无圆角半径弯曲。
根据冷冲模设计中的公式如下：
L=L1+L2+L3+2x/t
式中L——为弯曲件毛坯总长度，（mm）；
Li——为各段直线部分长度（mm）；
t——为材料厚度（mm）；
x/——为系数。
各段直线部分长度的计算：
L1=16－1.5=14.5mm
L2=7.2－1.5=5.7mmL3=16mm
一般取x/=0.4~0.6mm,取x/=0.5t=1.5mm
则，毛坯展开尺寸：
L=14.5+5.7+16+2×0.5×1.5=38mm
4.1.2排样的确定及材料利用率
经过分析零件的外形特征及精度要求，本设计采用直排有废料排样方式。
排样图如下所示:
1〉计算冲裁件面积S0；
S0=38×20－﹙16－4π﹚－4π=744mm2
2〉搭边值、切口宽与条料宽度的确定；
（一）搭边
排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。
搭边的作用是：
1）补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品；
2）使凹凸模刃口双边受力；
3）保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。
根据《冷冲模设计》书中得知：
查上表得a=1.5mma1=1.8mm
（二）送料步距
送料步距，材料冲孔或是剪切用自动送料机输送，每送一步的距离就是送料步距。
计算公式如下：
A=D+a
式中D——平行于送料方向的冲裁件宽度；
a——冲裁件之间的搭边值。
步距A=20+1.5=21.5mm
（三）条料宽度B
当导料板之间有侧压装置时或用手将条料紧贴单边导料板时，条料宽度按下式计算：
B=（D+2a1+Δ）0-Δ
式中D——冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸；
a1——冲裁件与条料侧边之间的搭边；
Δ——板料剪裁时的下偏差。
当条料在无侧压装置的导料板之间送料时，条料的宽度按下式计算
B=（D+2a1+2Δ+b0）0-Δ
式中b0——条料与板料之间的间隙。
本设计采用当导料板之间有侧压装置
则，D=38+0.5+0.5=39mm
B=（38+2×1.8﹢0.5）0-0.5mm=42.10-0.5mm
（四）计算材料利用率η
材料利用率通常是以一个步距内零件的实际面积与所有毛坯面积比值的的百分率来表示；
η=S1/S0×100％=S1/AB×100％
式中S1—一个步距内零件的实际面积；
S0—一个步距内所需毛坯面积；
A——送料步距；
B——条料宽度。
所以，η=（744÷（21.5×42.1））×100％=82.2％
4.1.3计算冲裁力
根据《冷冲模设计》书中得知
（1）冲裁力F冲
F冲=Ltбb或F冲=KLtτ。
式中K——系数，K=1.3
L——冲裁周边长度（mm）
τ。
——材料的抗剪强度（MPa）
бb——材料的抗拉强度（MPa）
得бb=255~333（MPa）（为方便计算，取300MPa）
L=（20﹣8）×2+（38﹣8）×2+8π=109.13mm
F冲=1.3×109.13×1.5×300N
=63.84KN
（2）卸料力
F卸=K卸×F冲
根据《冷冲模设计》提供的表3﹣8得K卸=0.5
F卸=0.05×63.84KN=3192N
（3）顶出力
F顶=K顶×F冲
根据《冷冲模设计》提供的表3-8得K顶=0.06
F顶=0.06×63.84=3830N
（4）选择冲床时的总冲压力:
则，F总=F冲+F卸+F顶=63840+3192+3830=70862N
4.1.4压力机的选择
根据压力机选用原则：
在中小型冲压件的生产中，主要选用开式压力机
对于冲孔，落料等施力行程很小的冲压工艺，可直接选用公称压力大于或等于冷冲压所需工艺力总合的压力机型号。
第一，冲床的公称压力应大于选择冲床时的总冲压力；
第二，最大闭合高度应大于冷冲模的闭合高度+5mm；
第三，工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。
按照上述要求，结合工厂实际情况的要求，可初选压力机查文献《冷冲模设计》表1-3开式双柱可倾压力机参数，型号规格为J23-40。
尺寸不合适的，可在在工作台面上安装垫板，垫板得实际尺寸可从标准中查得。
公称压力：
400KN
滑块行程：
80mm
最大装模高度：
330mm
连杆调节量：
65mm
工作台尺寸（前后mm×左右mm）：
460×700
模柄尺寸（直径mm×深度mm）：
Φ50×70
电动机功率：
5.5KW
4.1.5计算压力中心
分析该制件的结构可知，该制件结构简单，相对中心对称，选择的又是双柱式压力机，由此可知压力中心在几何中心处。
4.1.6计算凸模和凹模尺寸
凸模和凹模尺寸如下图所示:
本制件形状简单，可按单配法加工法计算刃口尺寸。
由于零件是由冲孔、落料两道工序完成的，所以落料以凹模为基准尺寸，冲孔以凸模为基准尺寸，计算如下：
第一类尺寸：
凹模磨损后会增大的尺寸
第一类尺寸=（冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸﹣xΔ）＋（1/4）Δ0
L凹1，L凹3查表3-5Δ=0.05
L凹1=（38+1-8-0.5×2）+0.1250mm=30+0.1250mm
L凹3=（20-8+0.2-1×0.4）+0.10mm=11.8+0.10mm
第二类尺寸：
凸模磨损后会减小的尺寸
第二类尺寸=（冲裁件上该尺寸的最小极限尺寸+xΔ）-（1/4）Δ0
D凸=（4+0.5×0.3）0-0.015mm
=4.150-0.015mm
第三类尺寸：
凹模磨损后不变的尺寸
第三类尺寸=冲裁件上该尺寸的中间尺寸±（1/8）Δ
R凹2=4±1/8×0.3=4±0.375mm
查表3-3可知，Zmin=0.132mmZmax=0.240mm
落料凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配作，冲孔凹模刃口尺寸按凸模刃口尺寸配作，保证双面间隙值0.132mm~0.240mm。
4.1.7凸模外形尺寸的确定
1>凸模结构的基本类型
直通式凸模台阶式凸模
本设计采用台阶式凸模，采用固定板固定
2>凸模的长度
使用固定卸料板时的凸模长度，可用以下公式计算：
L=H
+H
+H
+Y
式中H
——凸模固定板厚度，取30mm。
H
——固定卸料板厚度，取16mm。
H
——导料板厚度，取6mm
Y——附加长度，取8mm。
L=30+16+6+8=60mm
冲孔凸模零件图如下所示：
落料凸模零件图如下所示：
3>凸模的固定形式
凸模均采用凸模固定板固定，并用螺钉加固。
凸模固定板的作用是固定整个凸模，使其能够平稳安定的工作。
其外形结构与凹模尺寸相近，合采用H7/m6配合将凸模压入固定板之内，并用螺钉和销将其固定在上模座上。
凸模固定板结构尺寸为160mm×125mm×30mm.
4>凸模的材料
由于凸模刃口主要进行冲孔或落料，经常受到磨损与挤压。
为了减小凸模更换的频率，因此其材料需要具备高度硬度和合适的耐磨性。
本制件的凸模形状较为简单，故采用T10A制造，其热处理硬度取56~62HRC。
凸模工作部分的表面粗糙度为Ra=0.8~0..4μm。
5>垫板
垫板装通常安装在固定板与上模座或下模座之间，它的作用是保护上下模座在冲压是不被凸凹模所挤坏。
垫板材料通常选取45钢，热处理硬度取43~48HRC。
垫板尺寸为160mm×125mm×6mm。
4.1.8凹模设计
1>凹模洞口形状的选择
直壁式斜壁式凸台式
本设计采用斜壁式
2>凹模的外形尺寸
凹模厚度H=Kb（≥15mm）
凹模壁厚c=（1.5`2）H（≥30`~40mm）
式中b——冲裁件的最大外形尺寸；
K——系数，考虑板料厚度的影响。
查《冷冲模设计》表4-3。
H=38mmc=35mm
凹模零件图如下所示：
3>凹模的固定方法
凹模一般采用螺钉和销钉固定在下模座，本设计采用台阶式凹模，用凹模固定板固定凹模
4>凹模的材料
凹模材料与凸模选用一样，选用T10A其热处理硬度应该略高于凸模，取60~64HRC。
表面粗糙度为Ra=0.8~0.4um。
4.1.9模柄的选择
模柄通常包含刚性与浮动两大类。
当模柄与上模座是刚性连接，彼此不会发生相对位移，成为刚性模柄;当模柄相对上下模座能进行很小的移动，此为浮动模柄。
本设计采用刚性模柄，形式如下图所示：
压入式模柄与模座孔采用H7/m6，并加销钉以防止转动。
这种模柄可较好地保证轴线与上模座的垂直度，适用于各种中小型冲模，在生产中最为常见。
材料选用45号钢。
4.1.10模架的选择
模架是由上、下模座、模柄及导向装置（最常用的是导柱、导套）组成。
对模架的基本要求：
1）要有足够的强度和刚度；
2）要有足够的精度；
3）上、下模之间的导向要精确。
模架的形式主要有四种基本型式：
1.后侧导柱模架
2.中间导柱模架3.对角导柱模架4.四导柱模架。
本设计采用对角导柱模架结构尺寸采用标准
上模座160mm×125mm×40mm下模座160mm×125mm×50mm
导柱φ25mm×180mm导套25mm×95mm×38mm
4.1.11卸料装置的设计
常用的卸料装置一般有刚性卸料装置、弹性卸料装置和废料切刀卸料。
本设计采用刚性卸料装置
卸料板尺寸采用标准160mm×125mm×14mm
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