完整版同心圆垫片冲压模说明书毕业设计论文.docx
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完整版同心圆垫片冲压模说明书毕业设计论文
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同心圆垫片冲压模设计
第一部分：
设计任务书及行业简介……………………………
（2）
第二部分：
设计过程……………………………………………………（4）
冲压工艺分析……………………………………………（4）
冲压工艺方案确认……………………………………（4）
主要设计计算……………………………………………（5）
模具总体设计……………………………………………（12）
主要零件设计……………………………………………（13）
模具总装图………………………………………………（18）
冲压设备选定……………………………………………（19）
模具零件加工工艺……………………………………（19）
模具装配…………………………………………………（22）
第三部分：
设计总结…………………………………………………（24）
第四部分：
参考资料……………………………………………………（25）
毕业设计（论文）内容及要求：
一、设计内容：
1、绘制产品零件图。
2、绘制模具装配图。
3、绘制整套模具零件图。
4、编写设计说明书。
二、生产纲领：
大批量生产
三、设计要求：
1、模具结构设计合理，工艺性好。
设计计算正确，参数选用合理。
2、模具绘图布局合理，视图完整、清晰，各项内容符合规范。
3、模具装配图采用CAD绘制并打印。
4、绘制全套模具零件图，无后续加工的标准件除外。
5、设计说明书内容完整，分析透彻，语言流畅，参考资料应注明出处。
字数在10000~15000之间。
第一部分国内外模具发展概况
模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业部门极其重要的工艺装备。
没有模具，就没有高质量的产品。
模具不是一般的工艺装备，而是技术密集型的产品，工业发达国家把模具作为机械制造方面的高科技产品来对待。
他们认为：
“模具是发展工业的一把钥匙”；“模具是一个企业的心脏”；“模具是富裕社会的一种动力”。
据国际生产协会预测，到2000年，工业品零件祖加工的75%、精加工的50%将由模具成型完成。
目前，美国、日本、德国等工业发达国家模具工业的产值均已超过机床工业总产值。
美国模具年产值已超过100亿美元；日本从1957年到1984年二十七年间，模具工业增长100陪；台湾地区1984年到1987年模具工业每年以33％以上的年增长率速度发展，l987年台湾地区模具出口达一亿二千万美元。
香港的模具年产值为30亿港币，我国的模具年产值为人民币30亿元。
国际模协成员国对模具工业的投资年人均约5000美元，日本高达15000美元，我国模具工业投资年人均约500元。
近年来模具发展的方向和现状，基本表现在如下几个方面：
1．模具设计技术
（1）工业发达国家在模具设计上已经大量使用计算机辅助设计（CAD）软件进行模具的结构设计，并普及了计算机绘图。
据有关资料介绍，美国和日本75%的模具厂已使用了CAD技术，香港50%的模具厂也开始采用这项技术。
（2）在注塑模具设计中，已开始普及应用计算机辅助工程分析（CAE）软件，对塑料的流动、填充、冷却情况及模具的浇口配置、浇道大小、冷却加热系统和模具的刚度、强度等进行科学的分析和计算，从而保证注塑制品的质量与合理的生产节拍。
（3）国外的注塑模具中．多型腔、多层、大型精密模具已占50%，不仅提高了生产效率，而且节省了大量塑料原料。
2．模具加工技术
（1）国外已大量使用数控机床，应用计算机辅助加工（CAM）软件和数控编程技术对模具．特别是对具有复杂型腔（三维曲面）的模具进行加工，使模具的质量和附加值大为提高，模具的加工周期减少60%以上，成本降低30%以上．生产效率提高60%以上。
为了提高加工效率及满足各种复杂曲面加工的要求，国外已开发出四轴和五轴的数控自动编程软件并且进入了实用阶段。
3．模具标准化程度日益提高，模具标准模架及模具标准件的应用日益普及，已实现商品化。
4．模具结构更多地采用新技术，如注塑模具的热流道技术等。
5．针对不同制品的要求，开发出适用于各种不同模具的专用模具钢，并实现商品化
6．根据模具生产的特点，模具企业向小而专的方向发展。
如日本现有11656家模具企业，其中30人以下的小厂有11142家，占总数的95.6%,百人以上的仅有65家，占总数的0.54%;韩国有1570家模具企业，其中多于50人的企业仅占总数的9%；新加坡有460家模具企业，其中多于50人的企业仅占总数的3%，香港有6500家模具企业,其中多于50人的企业仅占总数的0.46%。
第二节行业特点
1．随着科学技术的发展,模具行业已由劳动密集型逐步转化为技术劳动密集型。
2．尽管模具行业已应用了先进的数控设备、检验仪器和计算机辅助设计分析制造软件，但仍然需要高技艺的人工劳动。
所以，模具行业又是高技术和高技艺紧密结合的一个行业。
3.为适应不同制品的需要，模具的种类繁多，从设计、制造工艺、装备以至原材料都各不相同。
所以企业生产的模具宜专而不宜全，规模宜小而不宜大。
4．模具基本上是单件生产。
即使是生产专业化的模具企业，在生产同一类模具时，也会由于不同模具的精度要求、复杂程度、加工难度等的不同而需要变化设备的配置和工程的安排。
因此，模具企业还应在专业化的基础上实现生产的柔性化。
第三节市场分析
据国际生产协会预测，到2000年，工业品零件粗加工的75%，精加工的50%将由模具成型，可见模具在工业生产中的作用将日益重要。
工业发达国家的模具行业在近四十年来取得了异常迅速的发展，已摆脱了从属地位而成为独立的行业，并成为基础工业的重要组成都分。
1988年，美国、日本、西德的模具产值分别达到62亿美元、83亿美元、14亿美元，比1957年增长了约100倍，并超过了这些国家机床工业的产值。
据有关资料介绍，工业发达国家的工业产品生产中，对模具的需求量日益增多，美国、日本约有40~50%的工业产品的生产需用模具。
国际市场中模具的贸易量十分可观。
近年来，由于工业发达国家的人工费用增加．模具生产有向东南亚国家转移的趋势。
本国的生产以高、精模具为主，需要人工劳动量大的模具则依靠进口解决。
以模具出口大国日本为例，其1980年模具进口额为24.98亿日元，至1989年已上升到133.32亿日元，十年间提高了5.3倍。
由此可见,中低档模具的国际市场潜力十分巨大，只要我国模具的质量能有提高，交货期能有保证,模具出口的前景是十分乐观的。
此外，国际市场对塑料模具模架及模具标准件的需求量也很大，目前我国只有塑料模具模架有少量出口。
零件图
工件名称：
同心圆垫片
工件简图：
如上图
生产批量：
中批量
材料：
铝合金
材料厚度：
1.5mm
第二部分：
设计过程
一、冲压件工艺性分析：
此工件冲孔、落料两个工序。
材料为铝合金，具有良好的冲压性能，适合冲裁。
工件结构相对简单，有一个φ10mm和1个φ5mm的孔；孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为5mm（两同心圆之间的壁厚）。
工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。
二、冲压工艺方案的确定：
该工件包括冲槽冲孔落料、三个基本工序，可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：
落料-冲孔复合冲压。
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。
方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足中批量生产要求。
方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但模具制造难度大，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。
方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。
通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。
级进模简介
级进模，又称为多工位级进模、连续模、跳步模、顺送模，他是在一副模具内，按所加工的零件分为若干个等距离的工位，在每个工位上设置一个或几个基本冲压工序，来完成冲压工件某部分的加工。
被加工材料，事先加工成一定宽度的条料，采用某种送进方式，每次送进一个步距。
经过逐个工位冲制后，便得到一个完整的冲压工件。
在一副级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉伸、成形等工序。
一般来说，无论冲压零件形状怎样复杂冲压工序怎样多，均可用一副级进模冲制完成。
用于级进模具的材料，都是长条状的板料。
材料较厚、生产批量较小时，可以剪成条料；生产批量大时，应选择卷料。
卷料可以、自动送料，自动收料，可使用高速冲床自动冲压。
级进模具对材料的厚度和宽度都有严格的要求。
宽度过大条料不能进入模具的导料板或通行不畅；宽度过小则影响定位精度，还容易损坏、凸模等零件。
级进模具在冲压过程中，压力机每次行程完成一个或几个工件的冲压。
条料要及时向前送进一个步距，称为送料。
送料的方法可分为三种：
（1）手工送料。
常用于生产批量不大、材料较厚、工件较大时的送料。
（2）自动送料器送料。
所用的材料，一般是成卷的条料。
自动送料装置由放料架、（放在距冲床1-3米的地方，装有电动机，按照材料消耗的速度，自动间断的向外送料）、气动送料器（装在级进模具条料入口处，由压缩空气驱动，向模具送料。
气动送料器有标准的产品可供选用，其送料精度相当高，在模具中一般只需要加导正销导正，不必要再设定距装置）、收料架（或卷料架。
如果冲压的工件不脱离条料，可以用其收卷起来供进一步加工使用。
往往冲床冲压后，条料已经分为工件和废料，就不用收料架了）等三部分组成。
（3）在模具上附设自制的送料装置。
常用斜楔、小滑块驱动，在级进模中应用较少。
使用级进模通常是连续冲压，故要求冲床应有足够的刚性及与模具相适应的精度。
级进模具具有以下特点：
（1）冲压生产效率高在一副级进模内，可以包括冲裁、弯曲、成形、拉深等多道工序，故用一台冲床可完成从板料到成品的各种冲压过程，从而免去了用单工序模具的周转和每次冲压的定位工作，提高了劳动生产率和设备利用率。
（2）操作安全简单级进模具冲压时操作者不必将手伸入模具的危险区域。
对大量生产还采用自动送料机构，模具内装有安全检测装置。
便于实现机械化和自动化。
（3）模具寿命长复杂内形或外形可分解为简单的凸模和凹模外形，分段逐次冲压，工序可分散到若干个工位，同时还可设置空工位，从而改变了凹、凸模受力状态，提高模具强度，延长模具寿命。
（4）产品质量高；
（5）生产成本低；
（6）设计和制造难度大，对经验的依赖性强；
表1-1各类冷冲模应用情况
模具类型
级进模
弯曲模
冲裁模
传递模
拉延模
其他
比例（%）
27
19
18
17
14
5
级进模的功能
（1）级进模的基本功能是利用凸模和凹模在板料上施加一定形状和大小的作用力，使材料产生塑性变形，从而使毛坯材料转变为产品零件的能力，即“誊”写出产品外形的能力。
例如，冲裁是冲裁模的基本功能，而使毛坯凸缘材料收缩为杯形件拉深模的基本功能。
实现级进基本功能的零件称为模具的工作零件。
（2）级进模辅助功能是为支持完成基本功能所必备的功能，即“后勤”保障功能，主要包括：
1）模具零件紧固和定位功能；2）模具导向功能；3）上料、出件和卸料功能；4）板料、工序件定位功能；5）模具刚性和安全保障。
级进模的构成模具的功能与结构是统一的，功能只有通过一定的结构来实现，而模具的基本结构必须以满足功能需要为前提。
根据级进模的功能，其基本构成要素可划分为工作单元、卸料单元、导向单元、定位单元、安装单元和紧固单元。
表1-2级进模的构成
结构单元
典型零件
工作单元
凸模、凹模、凸凹模
卸料单元
卸料板、卸料螺钉、卸料弹簧
导向单
模架、导柱、导套、导板
定位单元
导料板、侧刃、挡料销、侧压、导正销
安装单元
模座、模柄
紧固单元
固定板、螺钉、援助销
三、主要设计计算
（1）、排样方式的确定及其计算：
排样是模具设计的核心部分，是级进模设计的重要依据。
条料排样图的设计可以确定以下内容：
第一，模具的工位数和各工位的工序内容；被冲制工件各工序的安排及先后顺序；工件的排列方式；模具的步距、条料的宽度和材料的利用率；导料的方式、弹顶器的设置和导正销的安排；基本确定模具结构。
排样图设计的好坏，对模具设计影响很大，因此要设计出多种方案进行比较，以选出最合理的方案。
对于级进模具的排样的方法和特点：
1）排样图的绘制，可以先从平面展开图开始，由右设计总裁工位，向左设计成形工位，然后根据实际情况逐步修改。
2）考虑增加模具强度必需的工位。
连续模拉深次数较多时，在首次拉深后加上备用空工位，以便增加拉深次数。
3）决定工序件携带的方法。
4）注意材料辗纹方向，辗纹方向能影响排样的经济效果，也影响工件的性能。
5）弯曲件的毛刺，应位于内侧。
6）考虑要不要侧刃切边。
薄料采用导正销，可以不切边。
对于厚料或重料的条料，为避免导正销折断，需要切边。
7）合理安排导正销。
8）考虑一出二或一出四是否合适。
9）冲压过程中不允许有零星碎料残余在模具表面。
10）考虑残料上冲压其它工件的可能性。
设计级进模，首先要设计条料排样图。
同心圆垫片的形状具有圆形的特点，直排时材料利用率较高，应采用直排，如图下图所示的排样方法。
条料宽度83mm，步距离为81.2mm，一个步距的材料利用率为78%。
工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构简单，故采用单排排样设计，采用手工送料，采用导料板导料、挡料销挡料。
由表2—10（见冲模工艺与模具设计一书）查得，
那么：
条料的宽度：
B=80+2a1=83mm
条料的步距：
S=80+a=81.2mm
导料板的导料尺寸:
=B+=83+1=84mm（采用无侧压装置,条料与导料板间间隙=1
冲裁单件材料的利用率计算：
排样图如下所示：
（2）、冲压力的计算：
①、落料力的计算：
（K=1.3）；
—落料力（N）；
L—工件外轮廓周长L=；
t—材料厚度t=2mm；
—材料抗剪强度（MPa）由书（见冲模具设计应用实例一书）附录查得=305Mpa;
落料力则为：
②、冲槽、冲孔力的计算：
L1—工件内轮廓周长
L1=120+12=132mm
=1.3×132×2×305=104.68KN
③、
L2—工件内轮廓周长
L2=
；
=1.3×113.6×2×305=90.08KN
即冲裁力为:
=++=199.04+104.68+90.08=393.8KN
④、卸料力的计算：
—卸料力因数，由表2-15（见冲模具设计应用实例一书）查得=0.06
⑤、推件力的计算：
—推件力因数
由表2—15（见冲模具设计应用实例一书）
查得=0.05
n==82=4
=4×0.05×393.8=78.76KN
⑥、总冲压力的计算：
故总的冲压力为
=199.04+104.68+90.08+23.63+78.76=510.79KN（弹性卸料,下出件）
故拟选定J-23-65开式双柱可倾压力机
（3）压力中心的确定及相关计算：
计算压力中心时，先画出凹模型口图，如下图所示。
在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1～L3共3组基本线段，用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（122.8，0）。
由己上计算结果可以看出,该件的冲裁力比较大,压力中心偏移坐标原点的距离也比较大,为了便于模具有加工和装配模具中心仍选在坐标原点O.选用适当的冲床,C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。
压力中心数据表
基本要素长度Lmm
各基本要素压力中心的坐标值
X
Y
L1=251.2
0
0
L2=132
81.2
0
L3=125.6
81.2
0
合计257.6
122.8
0
（4）工作零件刃口尺寸计算:
在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。
结合该模具的特点，工作零件的形状相对较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。
因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算如下
对工件未注公差可按IT14计算，也可由书附录查得各尺寸的未注公差。
根据表2—10（见冲模具设计应用实例一书）查得冲裁模刃口双间隙mm，mm。
1）、落料刃口尺寸计算：
的凸凹模的制造公差由表2—12（见冲模具设计应用实例一书）查得，。
由于
，故采用凸模与凹模分开加工方法，因数由表2—13（见冲模具设计应用实例一书）查得X=0.5，则：
其工作部分结构尺寸如图所示：
2）、冲10mm孔刃口尺寸计算:
a=,b=的槽凸凹模的制造公差由表2—12（见冲模具设计应用实例一书）查得和，,由于
和
故采用凸模与凹模配合加工方法，因数由表2—13（见冲模具设计应用实例一书）查得X=0.5和X=0.75，则：
按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.12mm。
3）、冲5mm孔刃口尺寸计算：
的凸凹模的制造公差由表2—12（见冲模具设计应用实例一书）查得，.
由于
故采用凸模与凹模分别加工方法，因数由表2—13（见冲模具设计应用实例一书）查得X=0.5，则：
其工作部分结构尺寸如图所示：
5）、卸料橡胶的设计：
卸料橡胶的设计计算见如下。
选用的四块橡胶板的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。
卸料板工作行程,为凸模凹进卸料板的高度1mm,为凸模冲裁后进入凹模的深度2mm。
橡胶的工作行程，为凸模修磨量取5mm。
橡胶的自由高度，H取的25%。
橡胶的预压缩量,一般。
每个橡胶承受的载荷,选用四个圆筒形橡胶。
橡胶的外径
d为圆筒形橡胶的内径，取d=12mm，p为0.5MP。
校核橡胶的自由高度，满足要求。
橡胶的安装高度。
四、模具总体设计:
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。
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，无侧压装置。
控制条料的送进步距采用挡料销初定距，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。
3）卸料、出件方式的选择
因为工件料厚为2mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采
用弹性卸料。
又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操
作与提高生产效率。
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，该级进模采用中
间导柱的导向方式。
五、主要零部件设计：
（1）工作零件的结构设计
①落料凸模
结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，2个M12螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6m5。
其总长L可按公式计算：
L=40+18+2+29=89mm
L-凸模长度
-凸模固定板厚度
-卸料板厚度
t-材料厚度
）,凸模固定板与卸料板之间的安全距离等,一般
取10-20mm。
具体结构如下：
②冲孔凸模
因为所冲的孔为方形与圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。
冲φ40mm孔的凸模结构如下图：
③凹模
凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。
其轮廓尺寸可按公式计算：
凹模厚度H=kb=0.3×83mm=24.9mm（查表得k=0.3）
凹模壁厚c=（1.5～2）H=37.35mm～49.8mm
取凹模厚度H=50mm，凹模壁厚c=45mm，
凹模宽度B=b+2c=（83+2×45）mm=173mm
凹模长度L取360mm（送料方向）
凹模轮廓尺寸为360mm×173mm×50mm，结构如下图:
（2）定位零件的设计
落料凸模下部设置一个导正销，冲槽凸模下设置一个导正销。
导正应在卸料板压紧板料之前完成导正，考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面lmm，所以导正销直线部分的长度为1.8mm。
导正销采用H7r6安装在落料凸模端面，导正销导正部分与导正孔采用H7，这样就可确定了导料板的宽度，导料板的厚度按表选择。
导料板采用45钢制作，热处理硬度为40～45HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。
导料板的进料端安装有承料板。
（4）卸料部件的设计
①卸料板的设计
卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为
18mm。
卸料板采用45钢制造，淬火硬度为40～45HRC。
②卸料螺钉的选用
卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹
部分为M10×10mm。
卸料钉尾部应留有足够的行程空间。
卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面lmm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。
（5）模架及其它零部件设计
该模具采用后导柱模架，这种模架的导柱在模具后侧
位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。
以凹模周界尺寸为依据,选择模架规格。
导柱dmm×Lmm
为φ40×230；导套dmm×Lmm×Dmm为φ40×140×53。
分别上模座厚度H上模取55mm，上模垫板厚度H垫取15mm，固定板厚度H取40mm，下模座厚度H下模取65mm，那么，该模具的闭合高度：
H闭=H上模＋H垫＋L＋H＋H下模－=277mm
式中L——凸模长度，L=74mm；
H——凹模厚度，H=50mm；
。
可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-63的最大装模
高度（300mm），可以使用。
根据主要工作部分尺寸、结构以及弹性元件的尺寸，参照有关资料，可选取级精度的后侧导柱模架（GBT2851.5—1990）.即：
上模座：
400×173×55HT200
下模座：
400×173×70HT200
下模座轮廓尺寸：
L=400mm；
B=173mm；
S=390mm；
R=55mm；
A1=160mm；
A2=290mm；
六、模具总装图：
通过以上设计，可得到如下图所示的模具总装图。
模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模（2个）、凸模固定板及卸料板等组成。
卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。
下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。
冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。
条料送进时采用活动挡料销作为粗定距，在落料凸模上安装一个导正销,另一个导正销利用条料上a=60,b=6孔作导正销孔进行导正，以此作为条料送进的精确定距。
操作时完成第二步冲压后，把条料抬起向前移动，用落料孔套在活动挡料销上，并向前推紧，冲压时凸模上的导正销再作精确定距。
活动挡料销位置的设定比理想的几何位置向前偏移0.2mm，冲压过程中粗定位完成以后，当用导正销作精确定位时，由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.2mm而完成精确定距。
用这种方法定距，精度可达0.02mm。
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