连接片级进模设计.docx

连接片级进模设计.docx

《连接片级进模设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《连接片级进模设计.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

连接片级进模设计

毕业设计（论文）任务书

1．本毕业设计（论文）课题来源及应达到的目的：

所示图形为连接片零件，材料为10钢，料厚为3mm，设计一套冲压级进模具，要求能适应批量生产。

2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：

主要内容：

1）冲裁零件工艺性分析

2）冲裁工艺方案的确定

3）模具的主要参数计算以及模具的总体设计

4）模具零件的加工工艺性

5）模具的装配，安装及调试

6）模具设备的选用

第1章绪论

目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。

1.1国内模具的现状和发展趋势

1.1.1国内模具的现状

我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。

进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。

进出口之比2004年为3.69:

1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。

在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。

在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。

近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：

大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；"三资"及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。

虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。

我国尚存在以下几方面的不足:

第一，体制不顺，基础薄弱。

“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。

第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。

第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低．虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。

由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。

装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。

第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差．由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。

目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其馀为自产自用。

模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。

模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。

第五，模具材料及模具相关技术落后．模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。

塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。

1.1.2国内模具的发展趋势

巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。

虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。

未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:

1）模具日趋大型化；

2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；

3）模具扫描及数字化系统；

4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；

5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；

6）发

形工艺和模具。

1.2国外模具的现状和发展趋势

模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、图为600～650亿美元左右。

美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。

国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是"大而专"、"大而精"。

2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织--德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。

2003年德国模具产值达48亿欧元。

其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。

随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高．故人均产值也较高．我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多15～20万美元，有的达到25～30万美元。

国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45％．

从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。

2、落后和差距主要表现在下列几方面

（1）供不应求、产品结构不够合理。

（2）企业组织结构都不够合理。

（3）工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低，技术结构、模具产品水平比国际水平低，而模具生产周期却要比国际水平长。

（4）技术人才严重不足，经济效益欠佳。

（5）与国际水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。

（6）专业化、标准化、商品化的程度低，协作差。

在完成大学三年的课程学习、生产实习，我已经熟练地掌握了《机械制图》、《塑业设计。

在设计的过程中，将有一定的困难，在指导老师的悉心指导和自己的努力，相信我会圆满地完成这次毕业设计的任务。

由于水平有限，且缺乏经验，设计中不妥之处恳请各位老师指正。

1.3设计目的及意义

本设计题目为连接片，但对做毕业设计的毕业生有一定的设计意义，它概括了连接垫片零件的设计要求、内容及方向。

通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者冲压模设计的基础，为设计更复杂的冲压模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。

本设计主要意义是在我们学习完模具设计与制造的所有专业课之后，总结条理以前我们所学的知识，使之成为一个系统的理论体系，以便于我们在以后的工作中使用。

同时也让我们对模具的设计与制造有了初步的了解，掌握了查阅资料和使用工具书以及手册的能力。

本设计的目的是在学生毕业前夕，将通过毕业设计的实践性环节，检测我们三年所学的知识并达到灵活使用的程度，对模具知识进行全面的总结和应用，提高综合的实战能力以及扩大模具领域的新知识。

具体的要求是：

1.系统总结，巩固过去所学的基础课和专业课知识。

2.运用所学的知识解决模具技术领域内的实际工程问题，以此进行综合知识的训练。

3.通过某项具体工程设计和实验研究，达到多种综合能力的培养，掌握设计和科研的基本过程和基本方法。

4.提高和运用与工程技术有关的人文科学，价值工程和技术经济的综合知识。

1.4冲压模的特点、要求

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。

鉴于这些，模具设计要求应根据模具结构、模具材料、尺寸精度、形位精度、工作特性和使用寿命等项要求，综合考虑各方面的特点，不可片面追求生产效率、模具精度和使用寿命必然导致成本的增加。

第2章冲裁工艺规程的编制

2.1工艺分析、排样设计

2.1.1冲压零件的工艺性分析

图示零件材料为10号钢板，能够进行一般的冲压加工，市场上也容易得到这种材料，价格适中。

外形落料的工艺性：

连接片属于中等尺寸零件，料厚3mm，外形复杂程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工艺获得。

冲孔的工艺性：

两个相同尺寸但是不对称的椭圆孔，尺寸精度要求一般，可采用冲孔。

此工件只有外形落料和冲孔两个工序。

图示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸，按惯例取IT14级，符合一般级进冲压的经济精度要求，模具精度取IT9级即可。

由以上分析可知，图示零件具有比较好的冲压工艺性，适合冲压生产。

2.1.2排样样设计

1、确定零件的排样方案

设计模具时，条料的排样很重要。

连接片零件具有形状简单有点类似矩形的称椭圆形特点，排列采用直排（图2所示）的排样方案可以提高材料的利用率，减少废料。

为了降低模具的制造成本，采用连续的送料方式，即连续送料，连续冲压，条料完成第一遍冲两个相同椭圆的小孔后，再冲第二遍落料，在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。

图2：

条料的排样

2、条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算

查表取得搭边值为2.5mm和2.8mm。

条料宽度的计算：

拟采用无侧压装置的送料方式，由b-Δ=〔D+2a+c1〕-Δ﹝2﹞

D—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸

a—侧搭边值

c1—导料板与最宽条料之间的间隙,取值为0.5mm

代入数据计算，取得条料宽度为58.6mm。

导尺间距离的计算：

由s=D+2（a+c1）,代入数据计算得导尺间距离为59.6mm。

材料利用率的计算：

根据一般的市场供应情况，原材料选用1000mm×2000mm×3mm的冷轧薄钢板。

每块可剪2000mm×60mm规格条料7条，材料剪切利用率达94.5%。

由文献﹝2﹞材料利用率通用计算公式

=

式中A—一个冲裁件的面积，mm2;

n—一个进距内的冲裁件数量；

B—条料宽度，mm;

s—进距，mm

得

=

=78%

2.2工艺方案的确定

2.2.1工艺方案的确定

连接片零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔，可拟订出以下三种工艺方案。

方案一：

用简单模分两次加工，即落料——冲孔。

方案二：

冲孔落料复合模。

方案三：

冲孔落料级进模。

采用方案一，生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该工

的物料时会影响冲压速度，因此选用级进模更为合理。

第3章冲压模结构设计及有关计算

3．1模具结构形式的选择与确定

1）正倒装结构：

根据上述分析，本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，为方便小孔废料和成形工件的落下，采用正装结构，即冲孔凹模和落料凹模都安排在下模。

2）送料方式：

因是小批量生产，采用手工送料方式。

3）定位装置：

本工件在级进模中尺寸是较大的，又是小批量生产，顺冲时第一个工位采用始用挡料销定位，第二个工位采用固定挡料销定位。

第一个工位设置一个始用挡料销定位，第二工位靠固定挡料销定位。

送料时废料孔与固定挡料销作为粗定距，在大凸模上安装两个导正销，利用条料上

厚，为了简化模具结构和达到可靠的卸料力，选用刚性卸料板来卸下条料废料。

3．2冲压力与压力中心的计算，初选压力机

3.2.1冲裁工序总力的计算

由工件结构和前面所定的冲压方案可知，本工件的冲裁力包括以下部分。

冲连接片内的两个相同的椭圆孔，落外型料的力P3，向下推出第一个冲孔废料的力P1，向下推出第一个孔废料的力P2，向下推出工件的力P4。

由刚性卸料板卸条料的废料的力不是压力机提供的，故不用计算在内。

考虑到模具刃部被磨损、凸凹模间隙不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响，实际计算冲裁力时按下面公式：

P=KLtτ﹝3﹞

式中P—冲裁力（kN）

L—冲裁件剪切周边长度（mm）

t—冲裁件材料厚度（mm）

τ—被冲材料的抗剪强度（MPa）

K—系数，一般取1.3。

上式中抗剪强度τ与材料种类和坯料的原始状态有关，可在手册中查询。

为方便计算，可取材料的τ=0.8σb,故冲裁力表达式又可表示为：

P=1.3Ltτ≈Ltσb

式中σb—被冲材料抗拉强度（MPa）。

查手册﹝1﹞表8—7得10钢的σb=335MPa

P1=32×2.2×335=23.7kN

P4=2

=2.6kN

P5=2

=2.6kN

P6=2×0.055×95.8=10.5kN

工序总力P总=P1+P2+P3+P4+P5+P6=23.7+23.7+95.8+2.6+2.6+10.5=158.9kN

3.2.2初选压力机

查文献[4]开式可倾压力机参数初选压力机型号为JG23-30和ＪＣ23-35，见表一。

表1：

所选择压力机的相关参数

型号

公称压力/kN

滑块行程/mm

最大封闭高度/mm

工作台尺寸/mm

滑块底面尺寸/mm

可倾斜角/·

封闭高度调节量/mm

JG23-30

300

75

200

500×320

160×200 

25

50

JC23-35

350

80

280

380×610

190×210

20

60

3.2.3压力中心的计算

模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。

为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机的中心滑块中心线重合。

否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨与模具的导向部分不正常的磨损，还会使合理的间隙得不着保证，从而影响制件的质量和降低模具的寿命，甚至损坏模具。

此为多凸模模具的压力中心，首先计算大凸模的压力中心

图3：

压力中心的计算（a）

计算其压力中心的步骤

如下：

①、按比例画出凸模的工作部分剖面图（见图）

②、在任意距离处作x-x轴y-y轴

③、分别计算出各线段和椭圆的重心到x-x轴的距离y1,y2,y3和到y-y轴的距离x1,x2,x3,

④、大凸模的压力中心到坐标轴的距离下式确定：

到y-y轴的距离

x0=

=

=43.5mm

到x-x轴的距离

y0

图4：

压力中心的计算（b）

到y-y轴的距离

x0=

=

=64mm

到x-x轴的距离

y0=

=

=10.7mm

3.3模具主要零件和主要工作机构的设计与标准化

3.3.1工作零部件的设计与标准化（尺寸、位置、标准与示意图）

（1）工作零部件的计算

由于制件结构简单精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸凹模。

这时需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。

冲孔时，间隙取在凹模上，则：

凸模尺寸

dap=（d+x△）-δp0

凹模尺寸

dd=（d+x△+Zmin）0+δ

式中DdDp——落料凹模和凸模的刃口尺寸，mm

dpdd---——冲孔凹模和凸模的刃口尺寸，mm

x——磨损系数，由手册﹝1﹞查表2-30得：

IT14级时x=0.5。

Zmin——双面间隙，mm

②、外形落料凸模、凹模刃口尺寸的计算

因此落料件为复杂的制件，所以利用凸凹模配合法，这种方法有利于获得最小的合理间隙，放宽对模具的加工设备的精度要求。

采用配作法，计算凹模的刃口尺寸，首先是根据凹模磨损后轮廓变化情况正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小，还是不变这三种情况，然后分别按不同的计算公式计算。

a、凹模磨损后会增大的尺寸-------第一类尺寸A

第一类尺寸：

Aj=（Amax-x△）0+0.25△

b、凹模磨损后会减小的尺寸-------第二类尺寸B

第二类尺寸：

Bj=（Bmax+x△）0-0.25△

c、凹模磨损后会保持不变的尺寸第三类尺寸C

第三类尺寸：

Cj=（Cmin+0.5△）0.125△

其落料凹模的基本尺寸计算如下：

图5：

落料凹模刃口部分尺寸

第一类尺寸：

磨损后增大的尺寸：

A1=（Amax-x△）0+0.25△=（12-0.5×0.43）0+0.25×0.43=11.790+0.22

A2=（Amax-x△）0+0.25△=（12-0.5×0.62）0+0.25×0.62=11.690+0.31

A3=（Amax-x△）0+0.25△=（53-0.5×0.87）0+0.250.87O=52.570+0.44

落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是11.79mm，11.69mm，52.57mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：

凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值Zmin=0.26。

图6：

落料凸模刃口部分尺寸

（2）工作零部件的设计与标准化

冲椭圆孔的凸模，为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分直径应作成逐渐增大的多级形式如图6所示：

图7：

冲孔凸模的结构形式

凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的，其凸模长度用下列公式计算：

L=h1+h2+h3+h

式中L—凸模长度，mm

h1—凸模固定板高度，mm

h2—卸料板高度，mm

h3—导尺高度，mm

h—附加高度，一般取15~20mm

图8：

整体式凹模的局部结构

整体式凹模如图7装于下模座上，由于下模座孔口较大因而使工作时承受弯曲力矩，若凹模高度H及模壁厚度C不足时，会使凹模产生较大变形，甚至破坏。

但由于凹模受力复杂，凹模高度可按经验公式计算，即

凹模高度H=KB

凹模壁厚C=（1.5~2）H

式中B----凹模孔的最大宽度，mm但B不小于15mm

C-----凹模壁厚，mm指刃口至凹模外形边缘的距离；

K=系数，取0.20

凹模高度H=KB=0.20×53=10.6mm按表取标准值28mm

凹模壁厚C=1.5H=1.5×28=40mm

凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取（1.7~2.0）d,

图9：

凹模上的螺孔设计与选用

d为螺孔的距离，由于凹模厚度为28mm，所以根据表2.46﹝2﹞查得螺孔选

用4×M8的螺钉固定在下模座。

故选用如图8：

螺孔到凹模外缘的最小距离a2=1.5d=1.5×8=12mm

a3=1.13d≈9mm

凹模上螺孔间距由表2.47查得最小间距为40mm，最大间距为90mm。

螺孔到销孔的距离一般取b>2d,所以b应大于１６。

根据上述方法确定凹模外形尺寸须选用矩形凹模板200×160×28（JB/T7643.1）

①冲裁椭圆孔凸模、凹模各尺寸及其组件确定和标准化（包括外形尺寸和厚度）

小凸模长度L=20+14+6+18=58mm

由小凸模刃口d=5.15mm查手册﹝2﹞表2.54可知h=3mm,D1=11mm,D=8mm,L=58

—凸模材料许用强度，取（1.0~1.6）×103MPa

dmin≥

=

=2.95mm所以承压能力足够。

抗纵向弯曲力校核对于圆形凸模（有导向装置）

Ｌｍａｘ≤270d2/

式中Lmax——允许的凸模最大自由长度，mm

F——冲模力,N

ｄ——凸模最小截面的直径，mm

Lmax≤270d2/

=270×5.152/

=66.5mm所以长度适宜。

凸模固定端面的压力

q=

<

式中q—凸模固定端面的压力，MPa

②外形落料凸模、凹模各尺寸及其组件的确定和标准化（包括外形尺寸和厚度）

外形凸模的设计：

外形凸模用线切割机床加工成直通式凸模，用两个M8的螺钉固定在垫板上，由于采用固定卸料板，凸模按下式计算（图9）：

L=h1+h2+h3+h

其中：

h1为固定板厚度（20mm），h2

为卸料板厚度（14mm），h3为导料板厚度

（6mm），h为附加长度，主要考虑凸模进

入凹模的深度（1mm）及模具闭合状态下

卸料板到凸模固定板间的安全距离（15mm～20mm）等因素。

所以：

L=20+14+6+1+17=58mm

凸模固定板材料可用45钢，结构形式和尺寸规格见手册﹝２﹞表15.57可得200×160×20图10：

凸模长度的确定

（3）凹模组件的尺寸确定和示意图

凹模采用整体式凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。

图11：

整体式凹模的尺寸

凹模的长度选取要考虑以下因素：

a）保证有足够的安装刚性卸料板的位置。

b）便于导尺发挥作用，保证送料粗定位精度。

选取凹模边界为195mm×217mm。

凹模材料选用Cr12制造，热处理硬度为58～62HRC。

3.3.2定位装置的设计与标准化

（1）始用挡料块的设计与标准化（尺寸、位置、标准与示意图）

图12：

始用挡料销的设计

挡料块标记：

456GB/T2866.1—81

材料：

45钢GB/699—88

热处理：

硬度43～48HRC

技术条件：

按GB2870—81

（2）固定挡料销的设计与标准化

固定挡料销的设计根据标准件，选用此挡料销如图

图13：

固定挡料销的结构

选用直径φ8mm，

图14：

固定挡料销的位置

=C-（

）+0.1

——挡料销与导正销的间距，mm

C——连续模的步距，mm

dr——导正销的直径，mm

d——挡料销头部直径，mm

=53-（

）+0.1=52.85mm

（3）导正销的设计与标准化

导正销主要用于级进模上，消除挡料销的定位误差，以获得较精确的工件。

导正销的结构形式，结构设计，尺寸精度，材料的热处理等可参照JB/T7647.1—94和JB/T7647.2—94选定。

导正销的结构形式查手册[2]选用如图

图15：

导正销的结构形式

D=d-2a

D——导正销直径的基本尺寸

d——冲孔凸模直径

2a——导正销与孔径两边的间隙

冲裁椭圆孔的导正销查表得h=0.6t2a=0.05mm

D=d-2a=10.15-0.05=10.10mm

h=0.6×2.2=1.32mm

（4）导料板的设计与标准化

经查表分析得]导料板长度L=200mm，宽度B=32mm，厚度h=6mm

图16：

导料板的设计

3.4标准模架的选用

由凹模周界可以选取标准模架。

凹模周界Ｌ＝200mm,B=160mm,闭合高度h1=220mm

90

上模座标记：

20016040GB/T2855.1—90

下模座标记：

20016045GB/T2855.2—90

模柄标记：

A50110JB/T7646.1

图17：

对角导柱示意图

模柄与上模座的联接采用压入式的结构如图17所示。

图18：

压入式的模柄

3.5卸料装置的设计与标准化

在前面已经确定了采用刚性卸料板，设计卸料板为一整体板。

本模具的卸料板不仅有卸料作用，还具有外形凸模的导向作用，并能对小凸模起保护作用。

卸料板的边界尺寸经查手册[2]表15.28得：

卸料板

本模具采用螺钉固定，销钉定位。

具体讲

内六角螺钉标记：

35钢M865GB70—85

螺钉标记：

35钢M830GB68—76

圆柱销钉标记：

35钢

665GB119—86

止动圆柱销标记：

35钢

46GB119—86

第4章绘制模具总装图和非标准件工作图

4.1总装图

前面各节已经设计好了手柄手柄冲孔落料连续模各零件，根据前面的设计，手柄冲孔落料连续模的总装图如下。

图