毕业设计论文单耳垫片单耳止动垫圈的冲孔落料模具设计.docx
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毕业设计论文单耳垫片单耳止动垫圈的冲孔落料模具设计
摘要
模具是大批量生产同型产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。
模具工业是国民经济的基础工业。
模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定。
而且在加工中不破坏产品表面。
用模具生产零件可以采用冶金厂大量的廉价的轧制钢板或钢带为材料，而且在生产中不需要加热，具有生产效率高，质量好，重量轻，成本低节约能源和原材料等一系列的优点，是其他加工方法所不能比拟的。
使用模具已经成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。
现代制造工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。
全套图纸加153893706
本设计进行了冲压模具的设计。
文中简要概述了冲压模具目前的发展状况和趋势。
对产品进行了详细工艺分析和工艺方案的确定。
进行了凹、凸模的闭合高度的计算并确定了模具的结构。
计算并设计了本套模具上的主要零部件，如：
凸模、凹模、凸模固定板、垫板、凹模固定板、卸料板、导板、挡料销等。
选定了合理的冲压设备。
设计中对工作零件和压力机规格均进行了必要的校核计算。
此外，本模具采用挡料销挡料。
模具的冲压凸模用固定板固定，便于调整间隙；冲压凹模则采用整体固定板固定。
关键词：
凹模；凸模；设计计算；校核。
Abstract
Moldstoformamassproductionofindustrialproductionfacilities,isthemaintechniquesandequipment。
Moldindustryisthefoundationofthenationaleconomyindustry。
Tooltoensureaccuracyoftheramoftheproductsizes,andmakeproductsquality。
Andtheprocessofthesurfaceoftheproduct。
Dieintheproductionofpartsofthemetallurgicalfactoryofrolledsteelplatesorwithamaterial，Andinproductiondon'tneed,withhighefficiency,quality,lightweightandlowcosttosaveenergyandrawmaterialsforarangeofadvantages，isOtherprocesscouldcomparewith。
Useofmoldshasbecomeanimportantmeansofindustryandtechnologydevelopment.modernindustrialdevelopmentandtechnicallevel,muchdependsonindustrialdevelopmentofthemold。
Thisdesignhasbeenblanking,punching,progressivediedesign.Thispaperbrieflyoutlinesthecurrentdevelopmentofstampingdiesituationandtrends.Carriedoutadetailedprocessofproductanalysisandidentificationtechnologyprogram.Stampingdiedesigninaccordancewiththegeneralstepstocalculateanddesignthemoldofthissetofkeycomponents,suchas:
punch,die,punchretainers,plate,fixeddieplate,stripperplate,guideplate,blockmaterialormarketing.Moldusingstandardmold,useasuitablestampingdevice.Designspecificationsoftheworkingpartsandthepresswerecarriedoutthenecessarycheckingcalculation.Inaddition,themoldusedbeginningwiththegaugepingauge.Diepunchingandblankingpunchwerefixedwithdifferentfixationplate,easytoadjustthegap;punchingdieisfixedbytheoverallfixedplate.Blankingpunchthathastheleadissold,guaranteeingherappearanceontheholeandtherelativepositionaccuracy,improvedprecision.
Keywords:
Gangdies;punch;die;Blanking;calculateanddesign;Checking.
第1章绪论
1、冲压成型的特点
冲压成形是指在压力机上通过模具对板料金属（或非金属）加压，使其产生分离或塑性变形，从而得到具有一定形状、尺寸和性能要求的零件的加工方法，它属于塑性成形的加工方法之一，见图1.1。
这种加工方法又称冷冲压或板料冲压，所使用的成形工具为冷冲压模具，简称冲模。
冲模设计是实现冷冲工艺的核心，一个冲压零件往往需要几个工序甚至几副模具才能加工成形。
冲压成形是一种先进的金属加工方法，和其他的加工方法（如机械加工）相比具有以下特点：
1.可以获得其他加工方法不能或难以加工的形状复杂的零件，如汽车覆盖件、车门等
2.由于尺寸精度主要有模具来保证，所以加工出的零件质量稳定、一致性好，具有“一模一样”的特征。
3.材料利用率高，属少、无切屑加工。
4.可以利用金属板料的塑性变形提高工件的强度、刚度。
5.
生产率高、操作简便，易于实现自动化。
图0.1冲压原理结构简图
2、冲压工序的分类
冲压工序按变形性质可分为分离工序和成形工序两大类。
1.分离工序
被加工材料在外力作用下因剪切而发生分离，从而形成具有一定形状和一定尺寸的零件，如剪切、冲孔、落料、切边等。
2.成形工序
被加工材料在外力作用下，发生塑性变形，从而得到具有一定形状和尺寸的零件，如弯曲、拉伸、翻边等。
3、模具发展的现状及趋势
标志冲模技术先进水平的多工位级进模，是我国重点发展的精密模具品种。
复合模能够在一副模具的一次冲压完成复杂零件的冲裁，弯曲，拉深，立体成型以及装配等复杂工艺，具有生产效率高，操作安全可靠，可以加工复杂零件等特点而受到普遍的重视，应用也日益广泛。
有代表性的是电机的转子、定子叠片复合模，已达到国际水平。
但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。
近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。
大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。
为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。
精度达到1～2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。
表面粗糙度达到Ra1.5μm的精冲模，大尺寸（Φ300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。
模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。
达到这一要求急需发展如下几项：
1.全面推广CAD/CAM/CAE技术
2.高速铣削加工
3.模具扫描及数字化系统
4.电火花铣削加工
5.提高模具标准化程度
6.优质材料及先进表面处理技术
第2章零件的分析
2.1零件的工艺性分析
零件图及相关尺寸见图
材料
垫片零件材质为：
Q235-A，厚度为1mm；属于普通碳素纲，具有良好的冲压性能。
由资料[1]查表得抗拉强度
=375～500Mpa，屈服极限
=235MPa，弹性模数E=
MP，伸长率
=25%，抗剪强度为τ=310～380Mpa。
结构形状
该零件的结构相对有些复杂，但其属于薄板件，对称结构，比较规则，结构相对而言不算太大，适合冲压加工。
尺寸精度
由于本零件给定的尺寸精度一般，所以未标注公差的尺寸都按生产所需经济精度要求的IT12级查[2]得各尺寸的公差
结论：
该冲裁件的材料Q235-A，是普通碳素结构钢，具有较好的冲压性能，年生产10万件，为大批量生产，故比较适合冲裁加工。
2.2工艺方案分析
方案的确定
该零件包括冲孔、落料两个基本工序，可以采用以下四种工艺方案：
方案一：
直接落料获得产品，采用单工序模生产。
方案二：
先冲孔，再落料，采用单工序复合模生产。
方案三：
采用形状倒置的复合模具获得落料产品。
方案四：
采用先冲孔，再落料的级进模。
方案比较
方案一:
模具结构相对而言比较简单，经济性高，但相对精度较低，不能很好的保证产品的允许公差尺寸。
方案二:
先采用冲孔来定位工件毛坯料，然后再落下成品。
既能很好的保证工件有一定的定位精度，又能减少一次冲压的合力，并且保证机构能在相对小的载荷下工作。
方案三：
采用此种生产方式可以大大的提高工作效率，而且可以提高毛坯料的利用效率，但是该种方式会大大增加压力机的吨位，在实际生产中还得考虑减噪、安全、灵活等。
况且该零件垫片本来就已经属于尺寸较大的工件了，采用一次落两个会使模具的体积扩大，不便于装卸等。
方案四：
供需相对分散，两次冲裁对精度具有一定的影响，且同样具有方案三的问题，且不适合实际生产，工作效率也没有什么实质性的提高，而且模具规模也大大加大，同时模具的结构相对较复杂。
综上所述以及实际生产的相关条件和要求，我决定选择第二种方案。
第3章模具间隙和凸凹模尺寸的确定
3.1模具间隙的确定
在模具设计时确定一个合理的间隙值，能同时满足冲裁件质量最佳、冲模寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。
因此在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命的三个因素综合考虑，给间隙规定一个合理的范围值。
只要间隙在这个范围内，就能得到质量合格的冲裁件和较长的模具寿命。
这个间隙范围就称为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。
考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙。
确定合理间隙值有理论法和经验法两种。
1、理论确定法
主要是根据凸、凹模刃口产生的裂纹相互重合进行计算。
查[1]得凸、凹模的合理间隙：
Z=2（t-b）tanβ（2.1）
=2t（t-t/b）tanβ
式中：
Z——双面间隙值（mm）；
t——材料厚度（mm）；
b——产生裂纹时凸模挤入的材料深度（mm）；
b/t——产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度；
β——剪切裂纹与垂线间的夹角。
由上式可见，影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度。
材料厚度越大，塑性越低的硬脆材料，所需间隙Z值就越大；材料厚度越薄，塑性越好的材料，所需间隙Z值就越小。
由于理论计算法在生产中计算不方便，故目前广泛采用的是经验法确定间隙。
2、经验确定法
根据研究与实际生产经验，间隙值可按要求分类查表确定。
对于尺寸精度、断面质量要求高的冲裁件应选用较小间隙值，这时冲裁力与模具寿命作为次要因素考虑。
对于对于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件，在满足冲裁件要求都前提下，应以降低冲裁力，提高模具寿命为主，选用较大的双面间隙值。
查[2]得表2.1。
表2.1冲裁模初始用间隙2cmm
材料厚度
t（mm）
65Mn、45、T7
30、硅钢片
08、10、15、
H62、Q235
H62、H68、LF21
2Cmin
2Cmax
2Cmin
Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
0.027
注：
当模具采用线切割加工，若直接从凹模中制取凸模，此时凸凹模间隙决定于电极丝直径，放电间隙和研磨量，但其总和不能超过最大单面初始间隙值。
本设计选用经验确定法，零件厚度为1mm，材料型号为Q235-A.故查表2.1得：
3.2凸凹模尺寸
凸模与凹模刃口尺寸的确定
凸模与凹模刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。
模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及公差来保证。
因此正确确定凸凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模设计中的一项重要工作。
冲裁时凸、凹模的制造公差由[2]得表2.2，如下：
表2.2凸、凹模的制造公差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
≤18
＞180～260
＞18～30
＞260～360
＞30～80
＞360～500
＞80～120
0.035
＞500
＞120～180
零件的冲孔基本尺寸为≤18之间，故取凸模偏差为，凹模偏差为。
凸、凹模刃口尺寸确定的原则
由于凸凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都带有锥度，而在冲裁件尺寸的测量和使用中，都以光亮带的尺寸为基准。
落料件的光亮带处于大端尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸。
落料件的光亮带是因凹模刃口挤切材料而产生的，而冲孔件的光亮带是凸模刃口挤切材料产生的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凹模尺寸。
冲裁过程中，凸凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凹模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大，因此确定凸凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔，并遵循如下原则：
1、根据冲孔落料的特点落料件的尺寸取决于凹模的尺寸，故落料模以凹模为设计基准，先确定凹模的尺寸，再按照间隙值确定凸模刃口尺寸；冲孔时孔径的尺寸取决于凸模的尺寸，故冲孔模以凸模为设计基准。
2、先考虑凹、凸模的磨损凹、凸模在冲裁过程中有磨损，凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小，凹模尺寸磨损使落料尺寸增大。
为了保证冲裁件的尺寸精度要求，并尽可能提高模具使用寿命，设计落料模时，凹模刃口的基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模刃口的基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。
3、刃口制造精度与工件精度的关系凹、凸模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凹、凸模间隙值，保证模具的一定使用寿命。
刃口尺寸的计算方法
由于冲模加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两类。
冲孔：
凸模刃口尺寸：
（2.5）
凹模刃口尺寸：
（2.6）
式中：
d——冲孔件豁孔的最大极限尺寸（mm）；
——冲孔凸模基本尺寸（mm）；
——凸模刃口制造公差，可按IT8选用（mm）；
△——制件公差（mm）；
K——系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关。
查[2]得，详见上表2.3；
——冲孔凹模基本尺寸（mm）；
——最小合理间隙（mm）。
落料：
凹模刃口尺寸：
（2.7）
凸模刃口尺寸：
（2.8）
式中：
——落料件的最小极限尺寸（mm）；
——落料凹模基本尺寸（mm）；
—落料凸模基本尺寸（mm）。
凸模与凹模配作法
采用凸凹模分开加工时，为了保证凹凸模间一定的间隙值，必须严格限制冲模制造公差。
因此，造成冲裁制造困难。
为了保证凹、凸模间一定的合理间隙，必须满足关系式
，这对于
、
差值很小时，将使凹、凸模刃口尺寸公差值更小，给凹、凸模的制造带来困难。
这种情况必须采用配合加工
配合加工就是先按设计尺寸制造一个基准件，然后再根据基准件的实际尺寸，按要求的间隙值配制另一件。
对于冲制薄材料的冲裁，或冲制复杂形状的工件的冲模，或单件生产的冲模，常常采用凸模与凹模配作的方法加工。
落料时应以凹模为基准件，根据凹模的实际尺寸按最小合理间隙配置凸模。
冲孔时应以凸模为基准件配制凹模。
第4章冲载力和压力中心的计算
4.1冲压力的计算
冲裁力的计算
冲孔力
由[2]得冲裁力的计算公式
F冲孔孔=KLtτ（3.1）
式中：
K—系数，；
L—冲裁周边长度（mm）；
t—冲裁件的厚度（mm）；
τ—材料的抗剪强度（MPa）。
F冲孔孔=KLtτ
××350×1
=27.15895（kN）
落料力
=KLtτ（3.2）
式中：
K—系数，；
L—冲裁周边长度（mm）；
t—冲裁件的厚度（mm）；
τ—材料的抗剪强度（MPa）。
=KLtτ
××350×1
=75.894（kN）
卸料力的计算
由[2]得卸料力的计算公式
F卸料=K卸料F落料（3.3）
式中：
K卸料—卸料力系数，查表3.1。
F卸料=K卸料F落料
=×75.894
=2.58（kN）
推件力的计算
由[2]中推件力的计算公式
F推件=nK推件F冲孔（3.4）
式中：
K推件—推件力系数，查表3.1。
n—同时梗塞在凹模内的工件数（废料数）；
F推件=nK推件F冲孔
=1××27.15895
=1.222（kN）
总冲压力
F=F落料+F卸料+F推件（3.6）
=27.15895+75.894
=（kN）
4.2压力中心的计算
因为该零件是对称图形，并按照如下式进行计算得：
冲孔：
（3.8）
（3.9）
冲裁边：
（3.10）
（4.11）
式中：
——冲孔时指各种孔的中心位置；
冲裁边时指各线段中心坐标；
——冲各孔时所用压力；
——各线段长度；
——压力中心坐标。
4.3设备的选择
计算得总冲压力是KN，压力机的公称压力必须大于或等于总冲压力。
所以选用公称压力为100吨的压力机。
压力机主要参数经查[2]、[10]、[14]得表3.2。
序号
项目
数值
单位
1
冲压设备型号
J23-100
2
公称压力
100
吨
3
滑块行程
130
毫米
4
滑块每分钟行程次数
38
次
5
最大闭合高度
480
毫米
6
闭合高度调节量
400
毫米
7
滑块中心线至床身距离
380
毫米
8
立柱距离
530
毫米
9
工作台尺寸
前后
710
毫米
左右
1080
毫米
10
工作台孔尺寸
前后
380
毫米
左右
560
毫米
直径
500
毫米
11
垫板尺寸
厚度
100
毫米
直径
—
12
模柄孔尺寸
直径
φ60
毫米
深度
75
毫米
13
滑块底面尺寸
前后
360
毫米
左右
430
毫米
14
机床最大可倾角
30
度
第5章排样设计
根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种
（1）有废料排样。
沿冲件全部外形冲裁，冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料。
冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。
（2）少废料排样。
沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。
因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率较高，冲模结构简单。
（3）无废料排样。
冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。
冲件的质量和模具寿命更差一些，但材料利用率最高。
另外，当送进步距为两倍零件宽度时，一次切断便能获得两个冲件，有利于提高劳动生产率。
采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。
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影响，冲裁件公差等级低。
由于零件为大批量生产，为了提高模具的寿命，所以选用少废料排样。
排样图如图4.1所示。
图4.1排样图
搭边
搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；同时，搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高模具寿命。
搭边通常有经验确定，由参考文献[1]根据材料的性能、厚度和形状可确定搭边值
条料宽度的确定
由于上节确定的a值已经考虑了剪料公差所引起的减小值，所以条料宽度的计算一般采用下列的简化公式。
（1）有侧压装置时条料的宽度与导料板间距离
有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进，故按下式计算：
条料宽度：
（4.1）
导料板间距：
（4.2）
式中：
b——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a——侧搭边值；
——条料宽度的单向（负向）偏差；
Z——导料板与最宽条料之间的间隙；
（2）无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离
侧压装置的模具，应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少。
为了补偿侧面搭边的减少，条料宽度应增加一个条料可能的摆动量，应按下式计算：
条料宽度：
（4.3）
导料板间距：
（4.4）
式中：
b——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a——侧搭边值；
——条料宽度的单向（负向）偏差；
Z——导料板与最宽条料之间的间隙；
（2）无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离
由于模具设计时有冲孔凸模起定位作用,落料尺寸要求不高，所以选用无侧压装置。
同时用无测压装置公式（4.3、4.4）来计算。
条料宽度：
参考文献[1]中公式
η=
×100%（4.5）
=1740/（64×40）
=68%
式中：
η——材料利用率
n——张板料（或帯料、条料）上冲件的数目
A——整个冲裁件的实际面积
L——板料长度
B——板料宽度
第6章模具总体设计
6.1垫板的设计
在设计冲模时，由模板所承受压力的大小来判断是否加装垫板。
因为模板承受的压应力大于模板材料所承受压力大小，所以使用垫板。
在冲压凸模固定板和模板之间加置一淬硬的垫板，从而提高了冲模耐用度。
其外形与固定板相同。
材料采用45号钢。
如下图所示:
6.2定位零件的设计
定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。
条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：
一是送进导向；二是送料定距。
送进导向的定位零件有导正销、导料板、侧压板等；送料定距的定位零件有用挡料销、侧刃等；在本次设计中使用的是定位销。
如下图所示:
6.3模柄的选择
模柄的直径根据所选压力机的模柄孔径确定,模柄根据此次设计的特点，选取B型模柄，如下图所示:
6.4连接件与紧固件的选取
下模座与下凸模固定板的固定选用内六角螺钉，定位销选用圆柱销。
上模座与弯曲凸模的固定选用内六角螺钉，定位销选用公称直径圆柱销。
卸料板用圆柱头卸料螺钉连接。
6.5下模板的确定
在上文中模架的尺寸已经确定，下面来确定下模板的尺寸。
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