接触弹簧片成型与模具设计毕业设计.doc

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1、第1章 绪论模具技术水平的高低是衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。我国工业的进一步发展要求模具行业向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。文章从模具的发展历史出发,总结了国内冷冲压模具的发展现状,探讨了国内冷冲压模具发展的新方向。 模具是高新技术产业的一个组成部分,是工业生产的重要基础装备,用模具生产的产品,其价值往往是模具价值的几十倍。模具技术是一门技术综合性强的精密基础工艺装备技术,涉及新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用,是冶金、材料、计量、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、机加工、检测等诸多工种共同打造的系统工程。用模具生产制品具有高效率、低消耗、

2、高一致性、高精度和高复杂程度等特点,这是其他任何加工制造方法所不及的。目前,模具制造业已成为与高新技术产业互为依托的产业,模具工业技术水平的高低已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。 采用模具生产制件与零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切削加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员么有很高的技术要求；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；能制造出其他加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化特点。冷冲压模具是实现冷冲压技术迅速发展的关键，为了巩固所学的知识熟悉有关资料，并全面的

3、结合于实践，了解和掌握落料，拉深，冲孔等冲压工艺的基础理论，工艺特点，工艺计算，模具结构和模具设计的步骤。设计出正确合理的模具不仅能提高产品质量、生产率、使用寿命，还可以提高产品经济效益。在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部分作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。本次课程设计的课题是：接触弹簧片成型与模具设计。此冲压件体积较小，形状简单，在设计过程中，本人经过查阅资料，了解冲压成形的特点以及主要生产类别，包括主要零件的结构、应用范围，材料选择等。第2章 工艺分析与计算2.1 工艺分析2.1.1 冲压零件图工件名称：

4、接触弹簧片 工件简图：如图2-1所示 生产批量：大批量 材料：H62 材料厚度：0.3mm图2-1 接触弹簧片2.1.2 冲裁工艺方案的确定工件结构形状相对简单，成上下对称，只有两个的孔，孔与边缘的距离也满足要求，可以冲裁。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。分析各工序有： 方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，冲压精度低，难以满足大批量生产的要求。方案二制造精度和生产效率较高，但是定位精度低于方案三。方案三只需要一套模具，提高了生产率，有利于实现生产的自动化，模具轮廓尺寸

5、较大，制造复杂，成本较高，但是模具使用寿命长，有利于大批量生产。通过对上述三种方案的综合比较，选用方案三为该工件的冲压生产方案。 2.2 工艺计算2.2.1计算条料宽度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。或影响送料工作。搭边值通常由经验确定，根据零件形状，工件之间搭边值a=1.5mm，工件与侧边之间搭边值a1=1.2mm, 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，小偏差为负值,如式2-1所示： (2-1)式中

6、Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a 冲裁件之间的搭边值； 板料剪裁下的偏差所以条料宽度为： =（30+2x1.5）-0.40 = 33-0.40条料宽度的范围是32.633mm，取33mm。2.2.2 确定步距送料步距S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。送料步距S如式2-2所示：S D+a1 （2-2） =8+1.2 =9.2mm2.2.3 排样设

7、计 方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。排样图如下图2-2所示：图2-2 排样图2.2.4 计算材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的

8、重要指标。一个步距内的材料利用率 （2-3）式中A一个步距内冲裁件的实际面积；B条了宽度；S步距； （用CAD软件查出此图形的区域面积为 136mm2，周长为95.13mm）2.2.5 计算冲压力1）用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算： F=KLtb （2-4）式中F冲裁力； L冲裁周边长度；t材料厚度；b材料抗剪强度； K系数，系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取=1.3。（查课本附录B（p244页）得H62的抗剪强度=300Mpa）由上式2-4可知：冲裁力F=1.395.130.3300 =11.1KN2）卸

9、料力：从凸模上卸下箍着的料所需要的力。卸料力计算如式2-5所示： (2-5) =0.0411.1=0.444KN式2-5中KX查教科书P59表2-23，KX =0.02-0.06，所以取0.043)推件力：将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力。推件力计算如式2-6所示： (2-6)=10.0611.1=0.666KN式中查教科书P59表2-23，KT =0.03-0.09；n为卡在凸、凹模之间的冲孔废料数目，取n=1。采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时如下式2-7所示： （2-7）=11.1+0.44+0.67=12.21KN 从满足冲压工艺的要求看，查“模具设计指导”书P106表4

10、-33，可选用40kN开式压力机。2.2.6 压力中心的确定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。冲压件的冲裁压力中心如下图2-3所示图2-3 冲裁压力中心2.2.7 工作零件刃口尺寸计算1、冲裁间隙分析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

11、。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520%左右时，冲裁力的降低不超过510%。间隙对卸料力推料力的影响比较显著。间隙增

12、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1525%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

13、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。根据近年的研究与使用的经验，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的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。经验公式；软材料： t1mm，C=(3%4%)tt=13mm，C=(5%8%)tt=35mm，C=(8%1%)t 硬材料： t1mm，C=(4%

14、5%)tt=13mm，C=(6%8%)t t=38mm，C=(8%13%)t2、计算原则 ）设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。 ）根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸； 设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。模具磨损预留量与工件制造精度有关。 ）冲裁（设计）间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）。4）工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则

15、标注为单向公差。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。 3、计算结果1）.分开加工具有互换性、制造周期短，但Zmin不易保证，需提高加工精度，增加制造难度。 2）.配合加工及计算结果 Zmin易保证，无互换性、制造周期长。 （1）按凸模与凹模图样分别加工法为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即+ZminZmax （2-8，选取必须满足以下条件： （2-9）凸、凹模的制造公差，可按级来选取，也可查表选取，但需校核。或取 （2-10） （2-11）（2）按凸模与凹模图样分别加工法落料： （2-12） （2-13）冲孔： （2-14） (2-15)孔心距=L (2-16)本次冲压件凸模与凹模

16、刃口尺寸如下表2-1所示:表2-1 凸模与凹模刃口尺寸表成形方式工件尺寸凹模刃口尺寸凸模刃口尺寸落料R4R3.81+0.020R3.78-0.02076.81+0.0206.78-0.02087.81+0.0207.78-0.02098.81+0.0208.78-0.0201717.81+0.0208.78-0.0203029.81+0.025029.78-0.020冲孔22.22+0.0202.19-0.020第3章 模具零部件及结构设计3.1零部件设计3.1.1凹模外形设计落料凹模采用整体凹模，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

17、。凹模厚度的计算如下式3-1所示： H凹=kb （3-1）式中 H凹指凹模的厚度；K为修正系数，查表3-1，取k=0.3；b为凹模刃口长度，b=30mm。即有 H凹=kb =0.330=9mm在该工件上还要加工一个小孔，所以要加强凹模的厚度以便提供足够的强度来进行制件。所以取H凹=15mm。表3-1凹模厚度系数B(mm)材料厚度t(mm)11336500.300.400.350.500.450.60501000.200.300.220.350.300.451002000.150.200.180.220.220.302000.100.150.120.180.150.22凹模的外形尺寸主要取决于刃

18、口尺寸，刃口距边缘的距离C可按下面公式3-2算出： C=(1.52) H凹 (3-2) =22.530mm 故 L=b+（34）H凹 (3-3) （b指工件长）；=30+（34）x15 =90mm 取125mm B=a+（34）H凹 (3-4) (a指工件宽)； =68mm 取100mm根据工件尺寸和计算结果，凹模整体轮廓尺寸：LBH=125mm1000mm20mm卸料板采用45钢制造，淬火硬度4045HRC，卸料板轮廓尺寸与落料凹模轮廓尺寸相同。厚度如式3-5所示为：H卸=（0.60.8）H凹 (3-5) =14.4mm 取20mm.卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为8mm,螺纹部分为M6

19、20mm,卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间，以保证卸料的正常运动。卸料螺钉拧紧后，应使卸料螺板超出凹模端面1mm,有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。根据结构选用125mm100mm20mm标准模板，内孔与凸凹模间隙为0.1mm。凸模固定板如式3-6所示：H固=（0.60.8）H凹 (3-6) =14.4mm 取28mm(因为凸模较长，固定困难，所以加厚凸模固定板)导料板厚度取10mm。凹模如下图3-1所示：图3-1 凹模3.1.2落料凸模与冲孔凸模外形设计所冲孔为圆形孔，为方便装配和满足凸模强度将冲孔凸模设计成阶梯式，采用数控铣床、线切割加工。其总长按相关公式计算：L凸=H凸模固定

20、板+H卸料板+A(自由尺寸) （3-7） =28+20+28 =76mm图 3-2 落料凸模图3-3 冲孔凸模3.1.3 模架及组成零件1模架模架可分为导柱模模架和导板模模架。导柱模模架由上模座、下模座、导柱、导套组成；导板模模架由弹压导板、下模座、导柱、导套组成。2模座在选用和设计时应注意以下几点： （1）尽量选用标准模架，而标准模架的型式和规格就决定了上、下模座的型式和规格。 圆形模座的直径：比凹模板直径大3070mm；矩形模座的长度应比凹模板长度大4070mm；宽度可以略大或等于凹模板的宽度；厚度为凹模板厚度的1.01.5倍。（2）所选用或设计的模座必须与所选压力机的工作台和滑块的有关尺

21、寸相适应，并进行必要的校核。 （3）模座材料：HT200、HT250、Q235、Q255、ZG35、ZG45等（4）模座的上、下表面的平行度公差一般为4级。（5）上、下模座的导套、导柱安装孔中心距精度在0.02mm以下；安装滑动式导柱和导套时，其轴线与模座的上、下平面垂直度公差为4级。 （6）模座的上、下表面粗糙度为Ra3.2 0.8m。 对角上模座如图3-4所示：图3-4 对角导柱上模座对角下模座如图3-5所示：图3-5 对角导柱下模座3导柱和导套零件导向装置导柱导套的配合间隙：必须小于冲裁间隙，间隙较大的按H7h6配合。 导柱导套的长度：据模具闭合高度，一般应符合图要求。导柱导套制造、安装

22、要求：采用H7/r6压入模座的安装孔；材料为20钢，表面渗碳，淬火硬度5862HRC。3.1.4 连接与固定零件1模柄基本要求：1）与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠； 2）与上模正确而可靠连接。模柄可分为以下几种形式：1）压入式模柄 2）旋入式模柄3）凸缘模柄 4）槽型模柄和通用模柄5）浮动模柄 6）推入式活动模柄材料：Q235、Q275钢 该套冲压模具用凸缘式模柄，如图3-7所示：图3-6 凸缘式模柄2凸模固定板作用：固定凸模与凹模尺寸：厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍安装：与凸模过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后磨平材料：一般Q235、45钢固定板如下图3-8所示： 图3-7

23、 固定板3垫板是否需要用垫板，可按下式3-14效核： （3-8）若凸模头部端面上的单位压力p大于模座材料的许用压应力时，就需要加垫板；反之则不需要加垫板。 垫板如图3-9所示：图3-8 垫板3.2 总体设计1、模具类型的选择经分析决定采用连续模进行生产。2 操作与定位方式 （1）操作方式 零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。（2）定位方式 因为导料销和固定挡料销结构简单，制造方便。且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距采用固定挡料销。3、卸料及出件方式（1）卸料方式：弹性卸料；（2）出件方式 因采用连续模生产

24、，故采用下出件为佳。4、确定送料方式 因选用的冲压设备为开式压力机，采用横向送料方式，即由右向左送料。5、确定导向方式方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。方案四：中间导柱模架。导柱安

25、装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用对角导柱的导向方式，即方案一最佳。第4章 三维造型设计4.1零部件造型设计三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础。它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更立体化，更形象化的一种新兴设计方法。411上模座该上模座的材料为HT200，采用的是铸造成型，在通过加工中心对上模座上的孔进行加工。图 4-1上模座草图上模座的草图是通过solidworks草绘完成，打开Solidworks绘制界面，点击草绘，进行通过“直线” “圆” “倒角”进行绘制，绘图之

26、前先绘出中心线，然后绘制出方框结构，通过尺寸定位而控制图形大小，接着绘制出导套孔和边，通过尺寸定位，最后通过倒角命令进行倒角，绘制完成后进行尺寸检查是否有错。图4-2 上模座三维图该三维造型是采用Solidworks绘制而成，在草绘完成后进行三维绘制，三维绘制通过软件的“凸台-拉伸” “切除-拉伸” “阵列” “镜像”等功能，对其进行绘制。先对草图的整体框架进行拉伸，通孔除外，然后对沉孔进行绘制并“拉伸-切除”。最后进行检查通过软件自带的测量功能，进行尺寸的校核，校核无误后完成绘图。412凹模该上模座的材料为Cr12MoV，采用的是铣削加工，使用加工中心进行加工。图4-3 凹模草图凹模的草图是

27、通过solidworks草绘完成，打开Solidworks绘制界面，点击草绘，进行通过“直线” “圆” “倒角”进行绘制，绘图之前先绘出中心线，然后绘制出方框结构，通过尺寸定位而控制图形大小，接着绘制出中心结构，由于左右对称，只需进行绘制一半，中心结构是由“圆”和“直线”绘制出，通过尺寸进行定位，最后通过倒角命令进行倒角，绘制完成后进行尺寸检查是否有错。图4-4 凹模三维图该三维造型是采用Solidworks绘制而成，在草绘完成后进行三维绘制，三维绘制通过软件的“凸台-拉伸” “切除-拉伸” “阵列” “镜像”等功能，对其进行绘制。先对草图的整体框架进行拉伸，通孔除外，然后对凹模的落料孔进行绘

28、制并通过“拉伸-切除”功能进行切除。最后进行检查通过软件自带的测量功能，进行尺寸的校核，校核无误后完成绘图。4.2总体造型设计总体造型设计是通过Solidworks软件装配而成，并且自动检查是否干涉，为后期的修改建立了更好的依据。三维装配图是把实体模具通过三维软件绘制而出，更好的提高了生产效率和生产的准确性。该三维造型显示除了整套模具的全部零件和外观。图4-5整体装配图该零件的装配是通过面与面的重合、垂直和角度以及孔与孔的同轴等配合而装配而成。打开软件，先导入第一个零件，并进行定位，第一个零件的定位是否准确是关系到整体装配的观看效果，在确定好固定件后进行其余零件的导入和装配，完成后进行干涉检查

29、，确定无误后进行整体尺寸的检查，确认无误后即可完成。图4-6 整体装配直线爆炸图该装配直线爆炸图是通过软件实现，通过控制距离，进行对各个零件的拆卸，并完成以上直线爆炸图。参考文献1 姜奎华.冲压工艺与模具设计M.北京：机械工业出版社，19972 肖景容.冲压工艺学M.北京：机械工业出版社，20004 马正元，韩启.冲压工艺与模具设计M北京：机械工业出版社，19875 丁仁亮、周而康.金属材料及热处理J.北京：机械工业出版社，2001.6 肖智清.机械制造基础J.北京：机械工业出版社，2006.7 张建中.机械设计基础M.北京：中国矿业大学出版社，1999.8 党根茂，骆志斌，李集仁模具设计与制造M.西安电子科技大学出版社，2001. 9 中国机械工业教育协会.冷冲模设计及制造M.机械工业出版社，2005.10 彭建声.冷冲压技术问答M.机械工业出版社，1984.