机械专业课程设计垫圈的冲孔落料级进模设计.doc

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1、目 录前言-3第一章：绪论1.1冲压模具的发展-51.2模具产品的介绍-6第二章：冲压工艺分析2.1冲裁件的形状和尺寸-72.2冲裁件的工艺方案-72.3冲裁件的排样-82.4冲裁的压力中心-102.5冲裁力的确定-11 2.6冲压设备的选择-12第三章：冲压模具的设计3.1凸、凹模的尺寸与公差-133.2固定与支承零件-163.3导向零件-173.4确定模具的闭合高度-183.5落料模具零件材料的选择-19毕业设计小结-21致谢-22附表-23参考文献-27第一章 绪论一、冲压模具的发展随着工业发展，工业产品的品种、数量越来越多；对产品质量和外观的要求，更是日趋精美，华气。因此，结合中国具体

2、情况，学习国外模具工业建设和模具生产的经验，宣传、推行科学合理化的模具生产，才能推进模具技术的进步。 全面推行模具标准化：模具标准化是现代模具设计与制造的基础。推行模具标准化上实现模具合理化生产必备条件。美国、德国进行模具标准化工作已有100年的历史。而中国由于模具标准化程度不高，造成生产供应的标准件品种、规格不齐，质量不高，不能满足互换性要求。为此，应当采取相应措施，针对模具生产特点，组织行业力量，进行快捷、适时地对模具生产企业进行标准化生产，以便全面推行模具标准化工作。 推行模具设计与制造一体化：由于模具和制造之间的关系密切，可以说，制造是设计的延续。而采用人工设计方法比较迟缓，不可能实现

3、模具设计与制造一体化，也不可达到优化设计的要求。实践证明，模具cad/cam技术是当代最合理的模具生产方式。推行模上具专业化生产：模具生产将可以实现高度标准化、通用化和系统化，有利于采用先进设计与制造技术，使模具越做越精，同进，有利于缩短生产周期，降低生产费用。制造工艺规范化和生产过程控制与管理：模具制造是模具设计的延续，是验证设计正确性的过程。重视模具制造的规范化有利于使模具生产过程趋于科学化、合理化。在模具企业中，对模具生产过程进行计算机控制与管理，是实现合理化生产的保证和条件。从模具设计、生产准备、加工与装配、试模的全过程始终处于控制与管理之中，因此，推进模具生产过程控制与管理有利于提高

4、模具制造精度与质量，减小生产周期与生产费用。二、产品的介绍垫圈：形状呈扁圆环形的一类紧固件。置于螺栓、螺钉或螺母的支撑面与连接零件表面之间，起着增大被连接零件接触表面面积，降低单位面积压力和保护被连接零件表面不被损坏的作用；另一类弹性垫圈，还能起着阻止螺母回松的作用。第二章 冲压工艺分析一、冲裁件的形状和尺寸：由图可见，该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的因为对于冲压件的外形尺寸为自由公差，因此，冲裁件内外所能达到的经济精度为IT14，孔中心与边缘距离尺寸公差为0.2mm将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证其它尺寸标注、生产批量等情

5、况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用利用导正销进行定位、刚性卸料装置、自然漏料方式的冲孔落料模进行加工图2-1二、冲裁件的工艺方案在分析了冲压件的工艺性之后，通常在对工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式的分析基础上，制定几种不同的冲压工艺方案。从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和模具寿命高低、工艺成本、操作方便和安全程度等方面，进行综合分析、比较，确定适合于工厂具体生产条件的最经济合理该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可用以下3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-落料连续冲压，采用级进模生产。方案

6、一：模具结构简单，但需要两道工序两套模具，生产效率较低，难以满足该零件的年产量要求。方案二：用复合模加工。复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。方案三：采用级进模加工。级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。通过以上3种方案的分析比较，对该零件冲压生产以采用方

7、案3为佳。三、冲裁件的排样3.1、排样的确定1）有废料排样 有废料排样的材料的利用率较低，但制件的质量和冲模寿命较高，常用于制件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。2）少废料排样 这种排样方法，材料利用率较高，常用于某些尺寸要求不高的制件排样。3）无废料排样 这种排样方法，材料利用率最高，但对于制件的形状结构要求严格，所以，其应用范围有一定的局限性，制件设计时要考虑这方面的工艺性能。3.2、搭边排样时制件与制件之间、制件与条料边缘之间留下的余料叫搭边.合理的搭边值选择应在保证制件质量的前提下,越小越省料.据搭边的经验数表,得零件的排样图为下图所示: 图 2-2 根据零件形状两式件间按矩形取搭边值

8、a1=2.2mm，侧边取搭边值a=2.5mm。则 进距： h=67.98+2.270.18mm70mm 条料宽度： 由附表一 查得=0.8mm B=D+2a+ 所以 B=59.27+2*2.5+0.8=65.07mm65mm其中：B条料宽度的公称尺寸(mm) D制件在宽度方向的尺寸(mm) a侧搭边的最小值（mm） 条料宽度的单向（负向）公差（mm）3.3材料利用率衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。材料的利用率是指零件的实际面积A0与所用材料面积A的百分比,即:= A0/A100% =84.7%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

9、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。 图2-3根据图形分析：因为工件图形对称，故落料时F落的压力中心在上O1；冲孔时F孔1、F孔2的压力中心在O2上四、冲裁力的确定计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机，设计模具以及检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。1） 落料力 F落=KLt 式中 F冲裁力（N） L冲裁周长（mm） t 板材厚度（mm） 材料的抗剪强度（MPa） K系数 F落=1.3X234.18X3X350=319655.7N=320 KN2) 冲孔力 1、中心

10、孔 F1= KLt=1.3X（X33）X 3 X 350=141441.3N=141 KN2、两个小孔 F2=2 KLt=2X1.3X（X12.3）X 3 X 350=35146.02N=35 KN3) 冲裁时候的推件力由附表二 得 Kt=0.045凹模为直筒形刃口 其h取510mm 则卡在凹模内的数量为 n=h/t=6/3=2 F推落 =nKtF落=2 X 0.045 X 3X320=86KNF推孔1 =nKtF1=2 X 0.045 X 3 X 141=38 KNF推孔2=nKtF2=2 X 0.045 X 3 X 35=10KN则总的冲压力为 F总=F落+F1+F2+F推落+F推孔1+F

11、推孔2 =320+141+35+86+38+9 =630 KN五、冲压设备的选择（1） 压力机的选择，必须满足以下要求：Hmax5HmHmin10式中 Hmax, Hmin分别为压力机的最大、最小装模高度， Hm模具闭合高度，当多副模具联合安装到一台压力机上时，多副模具应有同一个闭合高度。（2） 压力机的公称压力Fg必须大于冲压计算的总压力F总。即FgF总（3） 压力机的滑块行程必须满足冲压件的成形要求。对于拉深工艺，为了便于放料和取件，其行程必须大于拉深件高度的2-2.5倍（4） 为了便于安装模具，压力机的工作台面尺寸应大于模具尺寸，一般每边大50-70。工作台垫板孔应保证冲压件或废料能漏下

12、。从满足冲压工艺力的要求来看,可选用JG23-80开式双柱可倾式压力机其压力机规格见附表三第三部分 冲压模具的设计3.1、凸、凹模工作部分尺寸确定凸、凹模间隙及制造公差。对于冲孔部分，采用凸、凹模分开加工的方法由附表四 查得：凸凹模间隙Zmin=0.460mm,Zmax=0.640mm.Zmax Zmin = 0.6400.460=0.18mm由附表五查得：对冲33孔时 T= - 0.020mm A = + 0.030mm对冲12.3孔时 T= - 0.020mm A= + 0.025mm所以满足分开加工时 T+A Zmax Zmin 的要求。dT=(dmin+x)0-T =(33+0.5*0

13、.05)0-0.020=33.0250-0.020mmdA=( dT +Zmin)+A0=(33.025+0.460)+0.030=33.4850+0.03mm对于冲12.3的孔dT=(dmin+x)0-T =（12.3+0.5*0.2）0-0.020=12.40-0.020mmdA=( dT +Zmin)+A0=(12.4+0.460) 0+0.250=12.860+0.25mm对于落料部分因制件的外形较复杂，为了保证凸、凹模具之间的间隙，采用凸模与凹模配合加工的方法。由于落料时以凹模为基准件，因此先做好基准件，然后配加工凸模。根据凸模或凹模上尺寸性质的不同分别计算如下：A类：凸模或凹模在磨

14、损后会增大的尺寸；B类：凸模或凹模在磨损后会减小的尺寸；C类：凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸。由图可知：尺寸R12，R30，930-0.5，59.40-0.2 为A类尺寸对于未注公差取IT14级。由标准公差数值表查得：即120-0.36 29.70-0.52 由上附表六 查得磨损系数 X=0.5AA1=(12-0.5X0.36)+0.36/40=11.82+0.090 mmAA2=(29.7-0.5X0.52)+0.52/40=29.44+0.130 mmAA3=(93-0.5X0.5)+0.5/40=92.75+0.1250 mmAA4=(59.4-0.5X0.2)+0.2/40=59.3

15、+0.050 mm 落料凸模按凹模实际尺寸配作，保证最小间隙为0.460mm。凹模外形尺寸的确定凹模厚度：H=Kb(15mm) 据下表K取0.18=93.74X0.35=33mm所以故凹模最终尺寸为230mm160mm33mm 如下图所示：图3-1冲孔凸模的设计： 凸模的型式有两种：圆形凸模和非圆形凸模。圆形凸模的结构又分冲小圆孔凸模、冲中型圆孔凸模、冲大圆孔或落料用的凸模等等，由于本产品所冲的孔很小，所以选择冲小圆孔凸模和冲中型圆孔凸。 凸模的长度一般是根据结构上的需要而确定的。该零件的凸模它是凸模固定板和凹模板厚度之和凸模长度：L=H1+H2+H3+H式中 H1 -固定板厚度（mm） H2

16、 -垫板厚度（mm）H3 -导料板厚度（mm）H-附加长度（mm） 所以：L=70mm如图所示图3-23.2 固定与支撑零件(1)模架的选择上、下模座要承受和传递冲压力，所以应有足够强度和刚度。刚度不足，将影响冲模寿命。因此模座应有足够厚度，铸造模座需经时效处理，下模座外形尺寸没边应至少超过压力机台面孔约50mm。本套模座选应矩形模座，模座外形尺寸应比凹模相应尺寸大40100mm。模座厚度一般取凹模厚度的11.5倍。因此上下模座的尺寸基本可以确定：上模板：35030040下模板：35030040(2)固定板固定板外形有圆形和矩形两种，主要用于固定小型凸模和凹模，由于本套模具的外形基本为矩形，综

17、合节约材料等方面因素的影响，选用矩形固定板。如图所示： 图3-3（3）模柄模柄的形式较多，主要有：（1） 旋入式（2） 压入式（3） 凸缘式（4） 浮动式本套模具采用的是旋入式模柄。 3.3 导向零件导向零件是为了保证模具冲压时，上下模有一精确的位置关系。在中小型模具中最广泛采用的导向零件是导柱和导套。本套模具采用两个导柱（导套），导柱安装在下模座，导套安装在上模座。导套选择A型导套 A259538 GB2861.6-81 如图所示图3-4导柱选择A型导柱 A25x180 GB2861.1-81 如图所示图3-53.4导正销 冲裁中，先进入已冲孔中，导正条料位置，保证孔与外形的位置，消除送料误

18、差的销件称为导正销。导正销主要用于连续模，一般安装在第二工位以后的落料凸模工作端面上或凸模固定板上。导正销由导入和定位两部分组成，导入部分一般用圆弧或圆锥过渡，定位部分为圆柱面。设计有导正销的连续模时，挡料销的位置应保证导正销导正条料过程中条料活动的可能。 次套模具的挡料销的位置为e=40.19mm如图所示：3.5 模具的闭合高度模具闭合高度一般通过下式确定H模=上模座厚度+冲头长度+凸凹模厚度+下模座=40+65+75+40=220查开式可倾压力机规格知,800KN压力机最大闭合高度为300mm(封闭高度调节量80mm),故所设计的模具闭合高度H模=220mm满足要求,闭合高度设计合理。五、

19、落料模具零件材料的选择冲模经常在频繁冲击状态下工作，因此冲模零件应具有足够的强度和韧性；而冲模工作部分零件，不但要求有足够的强度和韧性，还要有高度的硬度、耐模性、耐冲击性和淬火后变形小等特性。正确地选用冲模材料，对于产品质量，冲模寿命和成本都有直接影响。在选用冲模材料时，应考虑下列因素：（1）冲压制件生产批量的大小（2）冲压材料的性能、工序种类及冲模零件的工作条件。（3）我国冲模生产和供应情况以及本厂现有的条件，力求减少材料牌号和规格。 零件名称 常用材料 一般热处理要求 凸模 CrWMn;Cr12;Cr12Mov HRC60-62 凹模 CrWMn;Cr12;Cr12Mov HRC60-62

20、 侧刃 CrWMn;Cr12;Cr12Mov HRC60-62 固定板 Q235 垫板 45 HRC43-48 卸料板 Q235 、 (45) HRC43-48 上、下模座 HT20-40 导柱、导套 20 渗碳淬火 HRC60-64 挡料销（钉） 45 HRC43-48 导料板 Q235 , 45 始用挡块 45 HRC43-48 承料板 Q235 推板 45 HRC43-48 顶杆 45 HRC43-48 打杆 45 HRC43-48 模柄 Q235 Q235 总 结 到今天为止,两个多月的毕业设计终于可以画上一个句号。在自己努力和指导老师的指导下，我比较好地完成了这次毕业设计的任务，通过

21、这次毕业设计，我对机械设计过程有了一定了解，学到了很好有用的本领。毕业设计不仅是对前面扬学知识检验，而且也是对自己能力提高。主要收获和体会如下：第一 .学到了产品设计的方法。产品设计过程是创造性劳动的过程，产品的设计应按科学程序进行，一般包括课题调研、拟定设计方案，总体设计，零部件设计、技术资料整理、产品试制、改进设计等过程，一个产品须经过多次改进，才能完善和成熟。第二提高了综合应用各门知识的能力。以前课程设计接触课程知识比较窄。这次毕业设计是设计一台完整的机器。要把机器和每个零件设计出来,需要制造工艺和电气方面的知识。 第三巩固了计算机绘图能力。以前用CAD绘图，仅仅是知道主要指令的操作，通

22、过这次绘图大量的图样，更加熟悉了机械制图中常用指令的操作方法，用简便快速方法画出完整正确的零件图样。 第四提高了收集资料和查阅手册的能力。收集资料是做毕业设计的前期准备工作，资料是否全面、可靠，关系到整个毕业设计的进程。查阅手册是设计过程中随时要做的事情。只有广泛收集有用的资料才能设计出比较好的产品。 第五明确了设计必须与生产实际相结合，产品才有生命力。因此在设计过程中，一定下企业调查，要虚心听取老师和工程技术售货员的意见，不断发行设计，完善设计。 第六培养了严谨的科学作风。科学工作来不得半点虚假，在设计过程中每一个结构、零件、材料、尺寸、公差都反映在图纸上，每一个错误都会造成经济损失，因此，在设计过程中必须要有高度的责任心，要有严肃认真的工作态度。 总之，对我们高职学生来说，经历了这次毕业设计，为今后从事生产第一线的技术发行工作、技术管理工作将有非常大的帮助附表一：条料宽度公差见表条料宽度B/mm材料厚度 t/mm18303080-0.020+0.020+0.025+0.03080120-0.025+0.035附表六：摩擦系数x料厚t/mm非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差 /mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.202440.300.310.590.600.300.30