外舌止动垫圈级进模具设计大学论文.docx

1、外舌止动垫圈级进模具设计大学论文宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）题目：外舌止动垫圈级进模具设计系 部 现代制造工程系 专 业 名 称 模具设计制造 班 级 模具1074 姓 名 陈鹏 学 号 200710746 指 导 教 师 罗宗平（工程师）赖啸 2009 年 7 月 20 日摘 要 冲压模具在工业生产中应用广泛。冲压模具的设计充分利用了机械压力机的功用特点，在室温的条件下对坯件进行冲压成形，生产效率提高，经济效益显著。冲压模具的设计充分利用了机械压力机的功用特点，在室温的条件下对坯件进行冲压成形，生产效率提高，经济效益显著。本文的级进模具设计实例结构简单实用，使用方便可靠，对类似的两工位

2、零件的大批量生产具有一定的参考作用。本设计还做了一些简化，比如没有单独用侧刃挡块，而是用导料板代替了侧刃挡块，减少了零件数量。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。关键词：冷冲压、模具设计、模具制造、生产效率1 绪 论根据考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。1

3、953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数据）各类冲压模具的生产能力。我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面 都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋于供过于求，市场竞争激烈。改革开放以来，随着国民经济的高速发展，工业产品的品种和数量的不断增加，更新换代

4、的不断加快，在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量，高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产。节约原材料，实现无切屑加工。产品质量稳定，具有良好的互换性。操作简单，对操作人员没有很高的技术要求。利用模具批量生产的零件加工费用低，所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工，能制造出其它加工工艺方法难以加工

5、、形状比较复杂的零件制品，容易实现生产的自动化的特点。2 零件工艺性分析结构：零件大小适中，外形简单，对称。冲裁件外形为圆角，不需用过用镶拼模或分段冲裁，直接冲裁可获得，零件毛刺小，模具寿命高，孔的直径较小，适合冲裁加工。公差：尺寸公差除260 -0.13 、10+0.11 0为IT11级以外，其余尺寸公差均低于IT12级，亦无其他特殊要求，利用普通冲裁既可达到零件图纸要求。材料：Q235-A，卷料，抗剪强度=350MPa，抗拉强度b=400 MPa ,延伸率10=2125%。此材料具有高的弹性和良好的耐磨性，其冲裁加工性好。因受凸模强度和刚度的限制，冲裁件上的孔不宜太小，从附表5自由凸模冲孔

6、的最小尺寸可知最小孔10.50.9t，所以用于冲孔的凸模不必使用凸模保护套。一般普通冲裁方式冲2mm以下的的金属板料时，其断面粗糙度可达12.53.2m，毛刺高度为0.010.05mm，从此零件的技术要求上看普通冲裁即可满足要求。综上所述，该零件有良好的冲裁性能，所以采用普通冲裁既可加工。图（2-1） 零件图零件名称：外舌止动垫圈材料：Q235-A厚度：0.5mm生产批量：大批量未注公差：IT143 确定工艺方案该工件包括落料、冲孔、打弯三个工序，可有以下三种工艺方案： 方案一：先冲孔，再切口，最后落料，单工序生产； 方案二：冲孔切口落料复合模生产； 方案三：冲孔切口落料级进冲压，采用级进模生

7、产。方案一用单工序模。该模具结构简单，单副模具成本低，使用、维修方便，但需要三道工序三付模具，重复定位差，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求和制件精度。方案二用复合模。只需一副模具，其结构紧凑，生产率高，制件精度高，特别是制件孔对外形的位置度容易保证，由于工件的设计，对模具零件精度要求较低，模具装配精度也较工件的精度及生产效率都较低。且模具强度差较小，制造难度较低，并且冲压后成品件不会留在模具上，在清理模具上的物料时也不会影响冲压速度，操作方便，大批量生产是很合适。方案三用级进模。整个制件的成形是在级进过程中逐步完成的。级进成形是属工序集中的工艺方法，可使切边、冲孔、打弯成形、落料等多

8、种工序在一副模具上完成。级进模可分为普通级进模和多工位精密级进模。采用导正销或侧刃定位，板料厚度0.5mm比较薄，适合用侧刃定位，因为用导正销定位薄料易使零件产生翘曲。但是模具设计成本适中，且模具的定位简单。利于大批量生产。通过对上述三种方案的分析比较，从零件的生产批量和技术要求上看，该零件的冲压生产宜采用侧刃定位的普通级进模为最佳选择。 4 排样设计4.1 排样方法根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等形式。有废料排样，在零件之间以及零件与条料侧边之间都留有工艺余料（搭边），所以零件质量

9、和模具寿命较高，但材料利用率较低。少废料排样，只在零件之间或零件与条料侧边之间留有搭边，材料利用率可达70%90%。无废料排样法，材料利用率高，可达85%95%，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差的影响，所以模具冲裁件的公差等级较低。同时模具单面受力（单边切断时），不但会加剧模具的磨损，降低模具的寿命，而且也直接影响到冲裁件的断面质量。从本制件的精度等级上看，应该采用有废料排样来保证制件的质量。从制件尺寸和外形上看，可以采用直排、斜排或对排，但从三种搭边相同的排样图上可看出直排的材料利用率最高，所以采用直排形式。4

10、.2 搭边值的确定排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命，影响送料工作。查附表4搭边值表可知工件间a为1.2mm，沿边a1为1.5mm，由于考虑对排造成的影响取a为1.2mm。4.3 条料宽度的确定本设计采用侧刃定距条料宽度的为：B=（D2anb） 0 -试中： D条料宽度基本尺寸；a沿边搭边值；条料剪切公差；n侧刃个数；b侧刃裁切的料边宽度(mm)，金属材料取1.52.5

11、，非金属材料取24(mm)，薄料取小值，厚料取大值。B(26+21.2+21.5) 0 -0.431.4 0 -0.44.4 材料利用率在模具设计中，排样设计是一项极为重要的、技术性很强的设计工作。合理的排样对节约材料、提高经济效益有很重要的实际意义，材料利用率是衡量材料经济利用的尺度，通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率表示：=(nA1)(hB)100%式中： 材料利用率；n 冲裁件的数目；A1 冲裁件的实际面积(mm2)；B 板料宽度(mm)；h进距。采用分块法分把制件为六块近似计算冲压件的面积：A1=3.141313-3.145.255.25=444.11(mm2)进距：

12、 h=26+1.2=27.2(mm)条料宽度： B=81(mm)材料利用率：=411.33(27.231.4)100%=52%由以上计算可知排样图如下：图（4-1） 排样图5 计算总冲压力5.1 冲裁力的计算冲裁力计算公式：PKpLt式中： P冲裁力(N)；材料抗剪强度(MPa)； L冲裁周边总长(mm)； t材料厚度(mm)；Kp安全系数一般取13。 结合零件压力中心图（6-1）可知：L13.1410.532.97(mm)L23.142681.64(mm)L3L422.8+4.410（mm） 根据零件材料力学性能、尺寸和以上两公式可知：抗剪强度=480Mpa，周边总长L291.34，材料厚度

13、t0.5，取Kp1，则：P13503.1410.50.515769.75(N)P23503.14260.51 14287(N)P33500.5110 1750(N)P总P1+P2+P3 21806.75+1308.405+2616.81 =25731.965（N）5.2 卸料力和推件力的计算卸料力计算公式：QKP 推件力计算公式：Q1nK1P式中： Q卸料力(N)； Q1推件力(N)； P冲裁力(N)； K卸料力系数，其值为0.020.06(薄料取大值，厚料取小值)； K1推料力系数，其值为0.030.07(薄料取大值，厚料取小值)； n根塞在凹模内的制件或度料数量，n=h/t； h直刃口部分

14、的高度； t材料的厚度。Q0.0621806.751308.405 (N)选用B型凹模，根据洞口高度h410mm，取h5mm。因凸模冲裁时将进入凹模1mm，所以实际堵塞在凹模洞口里的废料数n10.52。Q10.06221806.752616.81(N)当模具采用弹压卸料装置和下出件方式时总冲压力：FPQQ1试中： F总冲压力(N)；P冲裁力(N)； Q卸料力(N)； Q1推件力(N)。F21806.75+1308.405+2616.8125731.965(N)6 压力中心的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

15、合，否则会使冲模和压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用解析计算法求出冲模压力中心。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置X0，Y0（即x=0,y=0），即为所求模具的压力中心。单个零件的压力中心计算如下：X0(L1X1+L2X2+LnXn)(L

16、1+L2+Ln)Y0(L1Y1+L2Y2+LnYn)(L1+L2+Ln)式中： X0压力中心的横坐标； Y0压力中心的纵坐标；L各线段的长度； X各线段重心的横坐标； Y各线段重心的纵坐标。落料凸模的压力中心：因为落料时为一个圆，落料的压力中心就是圆心。根据排样图用解析法确定与计算模具冲裁时的压力中心：图（6-2）冲裁压力中心表6-2 冲裁压力中心坐标线段长度（mm）各线段压力中心坐标XYL181.641313L21040.21.5L332.9767.413排样冲裁时的压力中心坐标： X0(L1X1+L2X2+L5X5)(L1+L2+L5)3685.498124.6129.58 Y0(L1Y1

17、+L2Y2+L5Y5)(L1+L2+L5)1504.93124.6112.087 冲裁间隙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，就可以冲出合格的制件，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。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质

18、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。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，间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，而降低了模具的寿命。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，虽然提高了模具寿命而，但出现间隙不均匀。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。根据近年来的研究与使用经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精度、断面垂直度要求高的制件应选用较小间隙值，对于断面垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大间

19、隙值。查附表2冲裁模初始用双边间隙2c可知Q235最小双面间隙为2Cmin=0.04mm，最大双面间隙为2Cmax=0.06mm。8 凸、凹模刃口尺寸计算模具刃口尺寸及其制造公差时需考虑下述原则： 1、落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。 2、考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。凸、凹模间隙则取最小合理间隙值。 3、确定

20、冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高(即制造公差过小)，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要求过低(即制造公差过大)，则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。若制件没有标注公差， 则对于非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模则可按IT11级制造；对于圆形件，一般可按IT79级制造模具。冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。由于模具的加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可以分为两种情况。凸模与凹

21、模分开加工和凸模与凹模配合加工。对于形状复杂或薄板工件的模具，为了保证冲裁凸、凹模间有合理的间隙值，必须采用配合加工。此方法是先做好其中一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件的实际尺寸减去合理的双边间隙值来配合加工另一件，使它们之间保留合理的间隙值，因此在标注尺寸时只在基准件上标注尺寸制造公差，另一件只标注公称尺寸并注明配做所留的间隙值。由于材料相对较薄，模具间隙小，故凸、凹模采用配合加工为宜。查附表2冲裁模初始用间隙保证冲裁双边间隙为0.040.07mm，零件图上未注公差按济济等级IT14计算。落料时以凹模尺寸为基准间隙取在凸模上，冲孔时以凸模为基准间隙取在凹模上。按模具磨损原理得到的

22、计算公式如下：磨损后增大尺寸计算公式： Ad(Amaxx) +00.25磨损后减小尺寸计算公式： Bd(Bminx)0-0.25磨损后不变尺寸计算公式： Cd(Cmin0.5)0.125试中： Amax最大极限尺寸；Bmin最小极限尺寸；Cmin最大极限尺寸；制件公差；x磨损系数。由以上公式和磨损系数附表8得到的各凸、凹模刃口尺寸如下表：表8-1 凸、凹模刃口尺寸尺寸变化零件尺寸磨损系数刃口尺寸增大26 0 -0.130.75(260.750.13)25.903+0.1875 02.8 +0.65 -0.650.75(2.80.750.65)2.3125+0.1625 0减小10.5+0.11

23、 00.75(10.50.750.11)10.5825 0 -0.0275不变4.40. 750.5(4.40.750.50.13)4.40.01625 根据公差表（GB/T1800.31990）可知以上尺寸公差都在IT69级之间，很合理。9 主要零件的设计9.1 凸模的设计9.1.1 凸模结构形式的确定凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，另一类为整体式。整体式中，根据加工方法的不同，又分为直通式和台阶式。直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。台阶式凸模一般采用机械加工，当形状复杂时，成形部分常采用成型磨削。对于圆形凸模，GB286381的冷

24、冲模标准已制订出这类的凸模的标准结构形式与尺寸规格。整体式凸模用特种加工制造方便，易保证加工质量。镶拼式凸模用于大型零件的冲孔、落料或剪切等，不仅降低了制造难度，而且能节约模具材料，也避免了大凸模锻造和热处理的困难。带护套式凸模主要是增加细长凸模的强度。从附表5自由凸模冲孔的最小尺寸和零件图上的尺寸可知本设计的所有凸模不必用保护套，并且落料凸模宜采用直通式，冲孔凸模宜采用台阶式，以增加圆形凸模的强度。9.1.2 凸模的固定方式 凸模的固定方式是台肩固定和铆接固定。在卸料力大或凸模固定端退火困难时，通常采用台肩固定。对于卸料力较小的阶梯式或直通式凸模，一般在装入固定板后再铆开与固定板一起磨平，铆

25、开端要进行退火处理。台肩固定和铆接在模具行业中应用最为广泛，但必须注意只要固定端为圆形，都必须家防转销防转，否则在冲压过程中一旦转动，不仅会损坏模具或设备，甚至还会出现人员伤亡的重大事故。凸模与凸模固顶板的配合，一般是采用基孔制过度配合（H7/n6或H7/m6），对于直通式凸模采用基轴制过度配合（N7/h6或M7/h6）。但是当凸模采用弹压卸料板导向时，凸模与凸模固定板也可采用H7/n6配合，这不仅凸模更换带来方便，而且客服了因固定板与凹模型腔孔位置误差引起的凸、凹模间隙不均的弊病。在模具行业中最常采用的还是H7/n6或H7/m6的过度配合。从本设计中可分析出，凸模均宜采用铆接固定，凸模与凸模

26、固顶板采用过度配合（H7/n6或H7/m6），最为简便。9.1.3 凸模长度设计凸模长度确定公式：Lh1h2h3(1020)式中： L凸模长度(mm)； h1凸模固定板厚(mm)； h2卸料板厚(mm)；h3侧面导板厚(mm)；1020附加长度。L1014520 49(mm)9.1.4 凸模的材料及热处理冲裁模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，因此应有高的硬度与适当的韧性。形状简单且模具寿命要求不高的凸模可选用T8A、T10A等材料；形状复杂且模具有较高寿命要求的凸模应选 Cr12、Cr12MoV、CrWMn等制造，HRC取5862，要求高寿命、高耐磨性的凸模，可选硬质合金材料

27、。在一般情况下，凸模材料的强度是足够的，不必进行强度计算。但是，对细长的凸模，或凸模断面尺寸较小而毛坯厚度又比较大的情况下，必须进行承压能力和抗纵向弯曲能力两方面的校验。由于满足自由凸模冲孔的最小尺寸要求，因此不用校核。由于设计生产批量大、精度要求较高、材料较薄，为了减少凹模的磨损和修摩等辅助时间，从效率和经济角度上分析选用Cr12，热处理后硬度达到5862HRC，工作部分表面粗糙度达到0.4。9.2 凹模的设计9.2.1 凹模洞口的选用常用凹模洞口类型如图图（9-1）所示，其中a、b、c型为直筒式刃口凹模。其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。广泛用于冲裁公差要求较小，形状复

28、杂的精密制件。但因废料(或制件)的聚集而增大了推件力和凹模的涨裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。一般复合模和上出件的冲裁模用a、c型，下出件的用a或b型。d或e型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小。但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大 (如30时，刃磨0.1mm，其尺寸增大0.0017mm)。 凹模锥角、后角和洞口高度h，均随制件材料厚度的增加而增大，一般取1530、23、h410mm。图（9-1） 凹模洞口形式 由于是大批量生产要求刃摩后尺寸不变，而本设计采用下出件方式，所以采用b型洞口形式便于加工又能保证使用是的要求。9.2.2 凹模结构和尺寸的设计凹模采用整体凹模，

29、各种冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力滑块中心与模柄中心重合。 整体式凹模的外形一般有矩形与圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的刚度、刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定。凹模厚度的确定公式为： HK b1 (15mm)式中： H凹模板厚度(mm)；K系数值，考虑板料厚度的影响；b1 冲裁件的最大外形尺寸。查附表9凹模厚度系数K取0.30，由前面知b为26(mm)。H0.30267.8查附表7矩形和圆形凹模的外形尺寸取标准H18。模具壁厚的确定公式为： C(1.52)H (3040mm) C(

30、1.52)18 2736垂直于送料方向凹模宽度计算公式：Bb2C (mm)2632290(mm)送料方向凹模长度L106322170(mm)。采用了侧刃定距从排样形式上可知在宽度方向和长度方向上要加上侧刃两倍的宽度和长度所以B138210158(mm)、L170262226(mm)。根据GB/T2856.11990的规定外形尺寸取标准B200(mm)、L250(mm)。9.2.3 凹模材料和热处理凹模材料常与凸模相同，但硬度要比凸模稍硬，根据经验这样磨损相当，有利于同时进行给换或修磨，所以选用Cr12，热处理后硬度达到6264HRC。9.3 定位零件的设计为保证冲裁出外形完整的合格零件。毛坯在模具中应该有正确的位置。正确位置是依靠定位零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类很多。设计时应根据毛坯形式、