冲裁模具毕业设计论文.docx
《冲裁模具毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冲裁模具毕业设计论文.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
冲裁模具毕业设计论文
摘要
摘要：
近年来，我国家电工业的高速发展对模具工业，尤其是冷冲模具提出了越来越高的要求，2004年，冷冲模具在整个模具行业中所占比例已大大上升，据有关专家预测，在未来几年中，中国冷冲模具工业还将持续保持年均增长速度达到15%左右的较高速度的发展。
冲压成型是金属成型的一种重要方法，它主要适用于材质较软的金属成型，可以一次成型形状复杂的精密制件。
本课题就是将石化、化工、电力等行业的法兰密封结构中的垫片作为设计模型，将冷冲模具的相关知识作为依据，阐述冷冲模具的设计过程。
本设计对垫片进行的级进模设计，利用AutoCAD软件对制件进行设计绘图。
明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。
如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。
并绘制了模具的装配图和零件图。
本课题通过对垫片的冲压模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。
关键词：
冲压模具冲压成型模具设计
第一章零件工艺分析
1.1工件材料
Q235塑性好，适合于制作各种型材，如板材、角钢、槽钢、工字钢等；同时它的焊接性能优良，适合于制造各种焊接结构。
图1-1零件图
1.2冲压工序
由图1-1可知零件只有冲孔和落料两道工序。
1.3结构
对简单，有两个Φ10的孔和四个凸台，孔与孔，孔与边之间距离满足冲裁要求。
1.4精度
全部为自由公差，可看作IT14级尺寸公差，精度等级要求较低，普通冲裁完全能满足要求。
1.5公差
查公差表可得各尺寸公差为：
零件外形：
14.570.030㎜
60.030㎜、
17.570.030㎜、
13.070.030㎜、
3.70.030、
1.750.030㎜、
1.250.030㎜、
12.570.030㎜
零件内形：
10.430.030㎜
孔心距：
32±0.31㎜
根据以上分析：
该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。
第二章工艺方案的确定
2.1模具结构形式选择的基本原则
（1）能冲出符合技术要求的工件
（2）能提高生产率
（3）模具制造和修磨方模具有足够的寿命
（4）模具易于安装调整，且操作方便、安全
2.2备选工艺方案
共有三种工艺方案可供选择
方案一：
先冲孔，后落料，单工序模生产。
方案二：
冲孔—落料复合冲压，复合模生产。
方案三：
冲孔—落料级进冲压，级进模生产。
2.2.1备选工艺方案的比较
表2.1各类模具结构及特点比较
模具种类比较项目
单工序模
（无导向）（有导向）
级进模
复合模
零件公差等级
低
一般
可达IT13～IT10级
可达IT10～IT8级
零件特点
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度较厚
小零件厚度0.2～6mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件
形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm
零件平面度
低
一般
中小型件不平直，高质量制件需较平
由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面
生产效率
低
较低
工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高
冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低
安全性
不安全，需采取安全措施
比较安全
不安全，需采取安全措施
模具制造工作量和成本
低
比无导向的稍高
冲裁简单的零件时，比复合模低
冲裁较复杂零件时，比级进模低
适用场合
料厚精度要求低的小批量冲件的生产
大批量小型冲压件的生产
形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产
2.3工艺方案的确定
2.3.1工艺方案的分析
在工艺分析的基础上，根据产品图纸进行必要的工艺计算，然后分析冲压件的冲压性质，冲压次数，冲压顺序和工序组合方式，提出各种可能的冲压工艺方案。
通过对产品质量，生产效率设备条件，模具制造和寿命，操作安全以及经济效益等方面的综合分析和比较，确定出一种适合于本零件生产的最佳工艺方案。
确定工艺方案时应考虑到以下内容：
（1）冲压性质：
剪裁，落料，冲孔，是常见的冲压工艺各冲压工序有其不同的性质，特点和用途.编制冲压工艺时，可以根据产品图和生产批量等要求，合理地选择这些工序：
（2）冲压次数：
冲压次数是指同一性质的工序重复进行的次数.对于拉深件，可根据它的形状和尺寸，以及板料许可的变形程度，计算出拉深次数.弯曲件或冲裁件的冲压次数也是根据具体形状和尺寸及极限变形程度来决定.
（3）冲压顺序：
冲压件各工序的先后顺序，主要依据工序的变形特点和质量要求安排的，一般按下列原则进行：
1）对于带孔的或有缺口的冲裁件，如果选用简单模，一般先落料，再冲孔或切口.使用连续模时，则应先冲孔或切口，后落料.
2）对于带孔的弯曲件，孔边与弯曲线的间距较大时，可以先冲孔，后弯曲.如边在弯曲线附近，必须在零件压弯后再冲也.孔与基准面的间距有严格要求时，应先压弯后冲孔.
3）对于带孔的拉深件，一般来说，都是先拉深，后冲孔，但是孔的位置在零件底部，且孔径尺寸要求不高时，也可以先在毛坯上冲孔，后拉深.
4）多角弯曲件，应从材料变形和弯曲时材料流动两方面安排弯曲的先后顺序.一般情况下，先弯外角，再弯内角.
5）对于形状复杂的拉深件，为了便于材料变形和流动，应先成形内部形状，再拉深外部形状.
6）整形或校平工序，应在冲压件基本成形以后进行.
该零件进行冲压加工的基本工序为冲孔、落料。
其中，冲孔和落料属于简单分离。
（4）组合方式：
工序的组合方式可以选用复合模和连续模，主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度等因素.一般按下列原则进行：
1）对于多孔的冲裁件，当孔之间的间距，孔与材料边的距离大于允许值时，最好落料与冲孔在一道复合工序中完成.
2）当弯曲件的平直高度大于10mm时，弯曲工序一般与冲裁工序分开单独行.
3）对于形状复杂的弯曲件，为简化模具设计过程，降低模具制造成本，一般安排由两道划两道以上的工序来完成;而形状较简单的弯曲件（如V形，U形，Z形等），应尽量采用一道工序弯曲成形.
（5）卸料装置：
冲孔时，由于孔口部分的回弹，料片卡在冲子上随冲子一起向上运动，因此需要有卸料装置把料片推下.在实际冲裁时，由于弹性卸料装置可以平整工件，且使模具结构简单，因此采用弹性卸料装置.
（6）导向装置：
分析工件可知，虽然模具间隙很小，但由于其料厚为1.0，且此网孔的作用系散热，精度要求不是太高，所以可以不用外导柱来导向，只需用内导柱即可.
（7）针对与该水管压盖零件而言﹐该零件进行冲压加工的基本工序为冲孔且拉深后翻边﹐再落料。
其中冲孔和落料属于简单的分离工序﹐而拉深翻边则属于弯曲成型。
（8）综合分析，冲裁件的尺寸精度不高，形状不大，但产量大，根据材料较厚工序较多的特点，为保证孔位精度和较高的生产率，以及防止拉深开裂等。
实行工序集中的工艺方案，即采用吊装式导正钉定位、双侧刃定距、固定卸料装置、压边装置、自然漏料方式的连续冲裁模结构。
2.3.2工序组合方案的确定
方案1先落料后冲孔，采用单工序模生产；
方案2落料冲孔复合冲压，采用复合模；
方案3冲孔落料级进冲压，采用级进模。
分析：
方案一：
模具结构简单但是生产成本很高；
方案二：
生产的零件精度都很高，操作也很方便定位容易；
由工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合模结构采用倒装复合模及弹性卸料和定位钉定位方式；
方案三：
生产效率低，操作不便，工件定位很难。
结论：
采取方案二为佳。
第三章主要数据的计算
3.1零件毛坯尺寸确定排样方式和计算材料的利用率
因大批量生产，为简化模具结构采取单样有废料的排样方法
表3-1搭边值和侧边值的数值
材料厚度t（mm）
圆件及类似圆形制件
矩形或类似矩形制件长度≤50
矩形或类似矩形制件长度＞50
工件间a
侧边a1
工件间a
侧边a1
工件间a
侧边a1
≤0.25
1.0
1.2
1.2
1.5
1.5~2.5
1.8~2.6
＞0.25～0.5
0.8
1.0
1.0
1.2
1.2~2.2
1.5~2.5
＞0.5～1.0
0.8
1.0
1.0
1.2
1.5~2.5
1.8~2.6
＞1～1.5
1.0
1.3
1.2
1.5
1.8~2.8
2.2~3.2
＞1.5～2.0
1.2
1.5
1.5
1.8
2.0~3.0
2.4~3.4
＞2.0～2.5
1.5
1.9
1.8
2.2
2.2~3.2
2.7~3.7
查表3-1得搭边值
a=1.8mma1=2（a-工件间.a1-侧边）
条料宽度：
B=59+4=63㎜
送料进距：
A=24+1.8=25.8㎜
冲裁面积：
S=691㎜2
材料利用率的计算如图
一个步距材料的利用率为：
η=（s/B×A）×100%
=（691/25.8×25.8）×100%
=42.5%
板材宜选650×1300的钢板，每张钢板可剪裁为10张条料（63×1300），每张条料可冲50个工件，则
η总=（n×S）/（L×B）×100%
=（50×691）/（650×13000）×100%
=40.9%
即每张板材的材料利用率为：
40.9%
式中n-条料上实际冲裁的零件
L-条料长度
B-条料宽度
S-一个零件的实际面积
图3-1排样图
3.1工艺计算
3.2.1模间隙的确定
根据JB/Z271——86规定，冲裁间隙是指凸，凹模刃口间隙的距离，用符号C表示，其值可为正也可为负，在普通冲裁模中均为正值。
它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。
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。
（1）间隙对冲裁件尺寸精度的影响
冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。
（2）间隙对模具寿命的影响
模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一，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，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利。
而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，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。
（3）间隙对冲裁工艺力的影响
随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。
通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的5~20%左右时，冲裁力的降低不超过5~10%。
间隙对卸料力推料力的影响比较显著。
间隙增大后，从凸模里卸料和从凹模里推料都省力当当单边间隙达到材料厚度的15~25%左右时的卸料力几乎为零。
但间隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。
（4）间隙值的确定
由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。
因此，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。
考虑到模具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。
确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。
根据材料厚度t=1.5mm由查表法可得出：
2Cmin=0.132mm
2Cmax=0.240mm
由于工件形状较简单，所以可分别加工凹、凸模。
3.2.2凸、凹模刃口尺寸的确定
（1）因制件精度全部为自由公差，故模具制造精度用IT6-IT7级精度。
查表得凸、凹模制造精度偏差为：
δd=+0.03mm
δp=-0.02mm
（2）因制件是批量生产故选择系数x=1.0mm于是按配合加工冲裁模刃口各部分尺寸为：
其中Δ按GB/T1800.2选取
A类尺寸（轴类零件）
Dp=（D+XΔ）0-δp
=（10+0.43）0-0.02
=10.430-0.02
dd=（dp实+2Cmin）配制
B类尺寸（孔类）
Bd=（B-Δx）δd0=（15-0.43）00.03=14.5700.03
Cd=（C-Δx）δd0=（16-0.3）00.03=5.700.03
Ad=（A-Δx）δd0=（18-0.43）00.03=17.5700.03
Ed=（E-Δx）δd0=（13.5-0.43）00.03=13.0700.03
Gd=（G-Δx）δd0=（4-0.3）00.03=3.700.03
Hd=（H-Δx）δd0=（2-0.25）00.03=1.7500.03
Id=（I-Δx）δd0=（1.5-0.25）00.03=1.2500.03
J=（J-Δx）δd0=（13-0.43）00.03=12.5700.0
C类尺寸（非轴非孔）
B=32±Δ/2=32±0.31
dd=（dp实-2Cmin）配制
校核间隙：
|δd|+|δp|≤2Cmin+2Cmax
|δd|+|δp|=0.05
2Cmin+2Cmax=0.108
即|δd|+|δp|≤2Cmin+2Cmax满足要求
3.2.3冲裁力计算
在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模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，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。
查表得Q235的抗剪强度σb=400MPa
F冲孔=0.8Ltσb
=0.8×3.14×25×1.5×400
=37680N
F落料=0.8Ltσb
=0.8×134.5×1.5×400
=43040N
落料时的卸料力为：
查表3-2取k=0.03
Fxi=kF
=0.03×43040
=1291N
冲孔时的推件力：
查表3-2得k=0.05
Ft=nktF
=2×0.05×37680
=3768N
F设备=F冲孔+F落料+Fxi+Ft
=37680+43040+2412.6+8072
=91213.6N
=91.2136KN
表3-2卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
KX
KT
KD
钢
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~2.5
＞2.5~6.5
＞6.5
0.06~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.050
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
铝、铝合金
纯铜，黄铜
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
3.3压力中心计算
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。
冲模的压力中心，可以按下述原则来确定：
（1）.对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。
（2）.工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
（3）.形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。
由零件图1-3所示，因零件左右对称，即x0=0故只计算y0将工件周长分成LL1L2L3L4L5~…L9基本线段求得各段长度及中心位置。
图1-3压力中心
数据如下：
L=10.4y=6.25L1=6.99y1=9.78
L2=6y2=14.1L3=6.51y3=12.06
L4=8y4=7.16L5=5.01y5=6.58
L6=6y6=4.62L7=5.01y7=0.94
L8=21y8=3.5L9=9.6y9=6.25
Y0=Ly+L2y1+…+L9y9/L+L1+L2+L9=6.5
由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点O较小，为了便于模具的加工和装配，模具压力中心依然选在坐标原点。
第四章主要零件的设计和冲压设备的选择
4.1凹模的设计
4.1.1凹模厚度的计算
H=kb≥15
=59×0.28
=16.52㎜
式中
k－为系数查表得K=0.28㎜
b-冲裁件的最大外形尺寸.
凹模壁厚为：
C=（1.5～2）H
=（1.5×16.52～16.52×2）㎜
=（24.78～33.04）㎜
实取30㎜
凹模周界：
L×B=（159+3×2）×（24+3×2）
=119×84㎜
查标准凹模板宽：
B=100㎜
故确定凹模板外形为125×100×30（㎜）
4.1.2凸模长度的计算
冲孔凸模长度：
H=h1+h2+h3+h4
=20+30+4+3
=57㎜
h1-凸模固定板
h2-凹模高度
h3-凸模进入凹模的深度
h4-凸模修磨量
4.1.3其他模具模板尺寸
其他模具模板尺寸列于下表：
序号
名称
长*宽*厚（mm）
材料
数量
1
上垫板
160*100*6
T8A
1
2
凸模固定板
160*100*16
45钢
1
3
卸料板
160*100*18
45钢
1
4
下垫板
160*100*6
T8A
1
4.2主要工作零件强度校核
4.2.1凸凹模强度校核
根据强度要求查《冲压工艺与模具设计》表知，m=3.8㎜，m-最小壁厚
t=1.5㎜
实际壁厚为4㎜满足要求
4.2.2凸模强度校核
因为冲孔凸模长度：
H=h1+h2+h3+h4
h1-凸模固定板厚度
h2-凹模板厚度
h3-凸模进入凹模的深度
h4-凸模修磨量
因冲孔不是小深孔且凸模按整体式结构完全满足要求
4.2配合模架尺寸选择冲压设备
根据模具零件结构尺寸，查标准GB/2858.1-81矩形模架规格（㎜）选取后侧导柱160×100标准模架一副。
根据总冲压力，模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，
查表得可选用J23-16开式双柱可倾冲床一台。
其主要工艺参数如下：
公称压力：
160（KN）
滑块行程：
55（㎜）
行程次数：
120（次/min）
最大闭合高度：
220（㎜）
连杆调节长度：
45（㎜）
工作台尺寸（前后×左右）：
300×450（㎜）
模柄尺寸（㎜）：
直径：
40深度：
60
4.3模具闭合高度确定
模具的闭合高度H模具应介于压力机的最大装模高度Hmax与最小装模高度Hmin之间，如果H模具小于Hmin，则需在压力机工作台上加垫块，以达到使用要求：
Hmin+10mm≤H模具≤Hmax-5mm
H模具=198mm，J23-16开式双柱可倾式压力机最大装模高度为220㎜，连杆调节量为45㎜，故有
Hmax=220㎜Hmin=220㎜-45㎜=175㎜
185㎜≤198（㎜）≤215（㎜）
即H模具≤Hmin+10≤Hmax-5
因此，需在压力机工作台上加垫板使其满足
Hmin+10≤H模具≤Hmax-5
4.4模板类零件的固定
模板类零件包括凸模固定板、凹模板、导料板等，一般采用销钉定位，内六角螺钉连接．当模板层少于三层时，可用一个螺钉连接，超过三层，应分层连接.本模具设计中，因使用快速换凸模机构．故将上模座，上模垫板，上模固定板，用一螺钉连接，它们间用销钉定位．凸模盖板只起固定凸模上下方向作用，只需用螺钉固定在凸模固定板上，无需销钉定位。
4.5主要零部件加工工艺过程卡
4.5.1冲孔凸模加工工艺过程材料T10A硬度：
56～60HRC
序号
工序名称
工序内容
1
备料
锻件（退火状态）Ø20×70㎜
2
热处理
退火，硬度达180～２20HB
3
车
车一端面，打顶尖孔，车外圆至Ø17㎜掉头车另一端面，长度至尺寸65㎜，打顶尖孔。
双顶尖顶，车外圆尺寸Ø15±0.04㎜，Ø11.03±0.04㎜至要求；车尺寸16至要求。
4
检验
检验
5
热处理
淬火，硬度至56～60HRC
6
磨削
磨削外圆尺寸Ø10.430-0.02㎜，Ø160-0.11㎜Ø140-0.02㎜至要求。
7
线切割
切除工作端面顶尖孔，长度尺寸至54㎜要求
8
磨削
磨削端面至Ra0.8чm
9
检验
检验
10
钳工
装配（钳修并装配，保证配合间隙）
4.5.2落料凹模加工工艺过程材料Cr12硬度：
60～64HRC
序号
工序名
工序内容
1
备料
锻件（退火状态）：
130×105×18.7mm
2
粗铣
铣六面到尺寸125.3×100.3×17.7mm.注意两大平面与相邻侧面用标准角尺测量达基本垂直
3
平面磨
磨光两大平面厚度达17.3mm并磨相邻两侧面达四面垂直，垂直度0.02mm/100mm.
4
钳
划线划出各孔中心线并划出凹模洞口轮廓尺寸
钻孔钻螺纹底孔销钉底孔凹模洞口穿线孔
铰孔铰销钉孔到要求
攻丝攻螺纹孔到要求
5
热处理
淬火，使硬度达60～64HRC
6
平面磨
磨光两大平面，使厚度达17mm
（续表）
7
线切割
割凹模洞口，并留0.01～0.02mm研余量
8
钳
研磨洞口内壁侧面达0.4μm
9
钳
用垫片层保护凸凹模与凹模间隙均匀后，凹模与上模座配做销钉孔
10
平磨
磨凹模板上平面厚度达要求
11
钳
总装配
4.5.3凸凹模加工工艺过程材料Cr12硬度：
60～64HRC
序号
工序名
工序内容
1
备料
锻件（退火状态）：
130×105×37.6㎜
2
粗铣
铣六面见光125.3×100.3×34㎜
3
平磨
磨高度两平面到尺寸53㎜
4
钳
划线在长度放一侧留线切割夹位6㎜后，分中划凸模轮廓线并划两凹模洞口中心线
钻孔按凹模洞口中心钻线切割穿丝孔
扩孔凹模落料沉孔到要求，钻螺纹底孔并攻丝到要求
5
铣
铣凸模部分外轮廓，59.3×24.311.6㎜
6
热处理
淬火硬度达60～64HRC
7
精磨
磨凸模部分外轮廓尺寸，并留单边0.01～0.02㎜研磨余量
8
平磨
磨高度到33.4㎜
9
线切割
割凸模及两凹模，并单边留0.01～0.02研磨余量
10
钳
研配研凸凹模并配入凸模固定板
研各侧壁到0.8μm
11
平磨
磨高度到要求
12
钳
总装配
第五章模具结构分析及主要技术要求
5.1模具结构见解
图5-1模具总装图
图5-2零件图
总装图如图5-1，冲裁件
升级会员 