毕业设计（论文）天然气防泄漏卡子冲压模具设计【含全套CAD设计图纸】.doc

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1、天然气防泄漏卡子冲压模具设计摘 要本设计主要介绍了天然气防泄漏卡子冲压模具的设计过程。通过对零件进行工艺分析、确定冲压工艺方案及模具结构形式，然后进行排样设计、压力中心计算、冲裁力计算、工作零件刃口尺寸的计算等，最后通过AutoCAD绘制天然气防泄漏卡子冲压模具装配总图和零件图。关键词：天然气防泄漏卡子；冲压模具；设计目 录1 绪论12 冲裁件工艺分析3 2.1 零件说明3 2.2 材料分析3 2.3 零件结构3 2.4 尺寸精度43 冲裁方案的确定5 3.1 冲裁工艺方案的确定5 3.2 冲裁工艺方法的选择54 模具总体结构的确定7 4.1 模具类型的选择7 4.2 送料方式的选择7 4.3

2、 定位方式的选择7 4.4 导向方式的选择8 4.5 卸料、出件方式的选择85 工艺参数计算10 5.1 排样方式的选择10 5.1.1 搭边值的确定11 5.1.2 材料利用率的确定13 5.2 冲压力的计算14 5.2.1 总冲裁力的计算14 5.2.2 卸料力、推件力的计算15 5.2.3 总冲压力的计算16 5.2.4 初选压力机16 5.2.5 压力中心的确定176 刃口尺寸计算20 6.1 冲裁间隙的确定20 6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则217 主要零部件设计26 7.1 凹模设计26 7.1.1 凹模外形的确定26 7.1.2 凹模刃口结构形式的选择26 7.1.3 凹模精

3、度与材料的确定26 7.2 凸模的设计29 7.2.1 凸模结构的确定29 7.2.2 凸模材料的确定29 7.2.3 凸模精度的确定29 7.2.4 凸模高度的确定30 7.3 凸凹模设计31 7.3.1 凸凹模外形的确定31 7.3.2 凸凹模材料的选取31 7.3.3 凸凹模精度的确定31 7.3.4 凸凹模壁厚的确定31 7.3.5 凸凹模洞口类型的选取32 7.3.6 凸凹模尺寸的设计32 7.4 定位零件的选用33 7.5 卸料装置的选定34 7.5.1 卸料装置的选用34 7.5.2 卸料螺钉的选用34 7.5.3 卸料板外型设计34 7.5.4 卸料板材料的选择34 7.5.5

4、 卸料板的结构设计35 7.5.6 卸料板整体精度的确定35 7.5.7 卸料橡胶的选用35 7.6 推件装置的选定37 7.6.1 推件块的设计37 7.6.2 推板的选用38 7.6.3 推杆的选用39 7.7 上下模座的选用39 7.8 连接及固定零件的选用39 7.8.1 螺钉与销钉的选用39 7.8.2 模柄的选用40 7.8.3 凸模固定板的设计40 7.8.4 凸凹模固定板的设计41 7.8.5 垫板的设计428 冲压设备的校核与选定44 8.1 冲压设备的校核44 8.2 冲压设备的选用449 压力机的选用4510 模具结构简述46结论47致谢48参考文献49附录501 绪论模

5、具，作为高效率的生产工具的一种，它是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。模具工业是国民经济的基础产业，模具工业被称为先进制造技术的重要组成部分，也标志着一个国家的工业水平以及产品开发能力。随着我国模具制造业的不断发展，对冲压技术也提出了更高的要求，如：提高生产效益、保证产品质量、节约成本，从而取得更高的经济效益。在中国人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多

6、研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。目前，从事模具技术研究的机构和院校已达30余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过50余家。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。现在，全面普及CAD/CAM/CAE技术已基本成熟。由于模具CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件

7、与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为广大模具企业普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条伯。随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发和应用。巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。本设计采用了CAD技术,加快了冲压模具设计时制图与造型的速度，缩短了不必要的时间，也合理的解释了该模具的工作过程及一些加工时应注意的难点。天然气防泄漏卡子的设

8、计在安全使用天然气的领域非常重要，设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、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。充分了解模具各部件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。2 冲裁件工艺分析2.1 零件说明天然气防泄漏卡子年产量为30万件，采用大批生产，材料采用Q235，零件厚度为1.2mm，未注公差等级为IT12，零件如图2-1所示：图2-1 卡子零件图2.2 材料分析冲裁件材质为：Q235，零件厚度为1.2mm，属于碳素结构钢，具有良好的冲压性能，适用于要求较高的零件。由上表2-1可知：Q

9、235碳素结构钢抗剪强度为303372MPa。表2-1 部分碳素钢抗剪性能材料名称牌号材料状态抗剪强度/MPa碳素结构钢Q195未经退火255314Q235303372Q2753924902.3 零件结构零件结构形状相对简单，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件中有2个圆孔，最小尺寸为10mm，满足冲裁最小孔径dmin0.9mm的要求。根据该零件形状来分析，该零件的结构满足冲裁要求。2.4 尺寸精度由于本零件给定的精度都按生产所需经济精度要求IT12查表2-2得：冲孔尺寸：10；落料尺寸：45，55，30，R3；中心距：210.21。表2-2 常见零件公差等级表公差等级IT4IT5IT6IT7IT

10、8IT9IT10IT11IT12IT13IT14基本尺寸/mm/m/mm336610101818303050508080120120180180250250315315400400500344567810121416182045689111315182023252768991316192225293236401012151821253035404652576314182227333946546372818997253036435262748710011513014015540485870841001201401601852102302506075901101301601902202502903

11、203604000.100.120.150.180.210.250.300.350.400.460.520.570.630.140.180.220.270.330.390.460.540.630.720.810.890.970.250.300.360.430.520.620.740.871.001.151.301.401.553 冲裁方案的确定3.1 冲裁工艺方案的确定在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上，根据冲裁件的特点确定工艺方案。工艺方案分为冲裁工序的组合和冲裁顺序的安排。3.2 冲裁工艺方法的选择冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种。方案一：先落料，后冲孔。单工序冲裁是在压力

12、机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。复合冲裁是在压力机一次行程内，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的冲压工序。方案三：级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压力机的一次行程中条料在冲模的不同位置上，分别完成工件所要求的工序。其三种工序的性能见表3-1：表3-1 单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性能比较项目单工序模复合模级进模生产批量小批量中批量和大批量中批量和大批量冲压精度较低较高较高冲压生产率低，压力机一次行程内只能完成一个工序较高，压力机一次行程内可完成二个以上工序高，压力机在一次行程内能完成多个工序实现操作机械化自动化的

13、可能性较易，尤其适合于多工位压力机上实现自动化制件和废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械操作容易，尤其适应于单机上实现自动化生产通用性通用性好，适合于中小批量生产及大型零件的大量生产通用性较差，仅适合于大批量生产通用性较差，仅适合于中小型零件的大批量生产冲模制造的复杂性和价格结构简单，制造周期短，价格低冲裁较复杂零件时，比级进模低冲裁较简单零件时低于复合模根据分析结合表3-1得出结论：方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，生产效率低，难以满足该零件的年产量要求。方案二只需一副模具，冲压的形状精度和尺寸容易保证且生产效率也高，尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单，模具制造难

14、度较小。方案三只需一副模具，生产效率很高，但零件的冲裁精度稍差。欲保证冲压件的形状精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造、安装较复合模具复杂。通过对上述三种方案的分析比较，该零件的的几何形状简单，模具制造难度较小，故冲压生产采用方案二为佳。4 模具总体结构的确定4.1 模具类型的选择按照复合模工作零件的安装位置不同，分为正装式复合模和倒装式复合模两种，两种的优点、缺点及适用范围见表4-1。正装式复合模适合于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。倒装式冷冲模不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式冷冲模结构简单，可以直接利用压力机打杆装置进行推件，卸

15、件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。表4-1 正装式复合模、倒装式复合模的优点、缺点及适用范围比较项目正装（顺装)式复合模倒装式复合模结构凸凹模装在上模，落料凹模和冲孔凸模装在下模凸凹模装在下模，落料凹模和冲孔凸模装在上模优点冲出的冲件平直度较高结构较简单缺点结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作不宜冲制孔边距离较小的冲裁件适用范围冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单、又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸料可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛综

16、上所述，该制件结构形状简单，精度要求较低，孔边距较大，宜采用倒装式复合模。由以上冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，模具类型为倒装式复合模。4.2 送料方式的选择由于零件的生产批量是大批量及模具类型的确定，合理安排生产可采用前后自动送料方式。4.3 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销，无侧压装置。控制条料的送进布局采用挡料销定距，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。4.4 导向方式的选择模具运动方向的导向，是由导向装置来保证的。同时，导向装置对模具间隙的均匀性，精确合模运动还起定位的作用。主要包括以下四种方案：方案一：采用

17、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：采用后侧式导柱模架。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对模具使用寿命有一定影响。方案三：采用四导柱模架。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及大量生产用的自动冲压模架。方案四：采用中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。只能一个方向送料。（a）中间导柱 （b）后侧导柱 （c）对角导柱 （d）四角导柱 （1）下模座 （2）导柱

18、（3）导套 （4）上模座图4-1 导柱模架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，采用后侧导柱模架，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。由于前面和左、右不受限制，能满足工件成型的要求。即方案二最佳。4.5 卸料、出件方式的选择刚性卸料是采用固定卸料板结构，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料版只起卸料作用时与凸模间隙随材料厚度的增大而增加，单边间隙取（0.20.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙，此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大，材料厚度大于2mm的材料。弹性卸料具有卸

19、料与压料的双重作用，主要用在冲料厚在2mm及以下厚度的板料，卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.10.2）t，若弹性卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙性小于冲裁间隙，常用作落料模、冲孔模、症状复合模的卸料装置。由于有压料作用，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件、卸料螺钉组成弹压装置。工件平直度较高，料厚为1.2mm相对较薄，卸料力不大，由于弹性卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进状态，且弹性卸料板对工件施加的柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。5 工艺参数计算5.1 排样方式的选择冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样的意义在于减小材料消

20、耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。根据材料经济利用程度，排样的方法有：直排、斜排、对直排、混合排，根据设计模具制件的形状、厚度、材料等方面全面考虑。因此有下列三种方案：方案一：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，模具寿命高，但材料利用率低。方案二：少废料排样。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。但材料利用率稍高。冲模结构简单。方案三：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

21、曲线切断条料而获得冲件，但对材料利用率最高。采用少、无废料排样法，材料利用率高，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，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响，冲裁件的尺寸精度不易保证，故应采用方案一。可采用的排样方式有横排和纵排，如图5-1、图5-2两种方式所示：图5-1 横排图5-2 纵排5.1.1 搭边值的确定排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验和查表来确定的，该制件的搭边值查表5-1：

22、 表5-1 搭边a和a1数值（低碳钢） mm材料厚度t圆形或圆角r2t的工件工件间a1侧面a0.25以下1.82.00.250.51.21.50.50.81.01.20.81.20.81.01.21.61.01.21.62.01.21.5搭边由表5-1得材料的性能、厚度和形状可确定搭边。工件之间的搭边：a1=0.8mm工件与侧面的搭边：a=1.0mm宽度的确定：搭边的作用是补偿定位误差，保证条料有一定的刚度，同时保证零件质量和送料方便。根据模具的结构不同，可分为有侧压装置的模具和无侧压装置的模具，侧压装置的作用是用于压紧送进模具的条料（从料带侧面压紧），使条料不至于侧向窜动，以利于稳定地加工生

23、产。本套模具无导料板为无侧压装置。故按下式计算： （5-1）式中： B-条料宽度（mm）； 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可参考表5-1； -条料宽度的单向（负向）偏差，见表5-2； C-导料板与最宽条料之间的间隙，其最小值见表5-3。 表5-2 剪料公差及条料与导料板之间隙 mm条料宽度B/mm材料厚度t/mm0112233550501001001501502202203000.40.50.70.80.50.60.70.80.90.70.80.91.01.10.91.01.11.21.3 表5-3 有侧压装置和无侧压装置对照表 mm材料厚度t（mm）无侧压装

24、置有侧压装置条料宽度B（mm）1001002002003000.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.055 0.040.050.030.040.020.020.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝及铝合金紫铜、黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09 K推-推件力系数通过查表5-5确定，推件力系数取K推=0.055mm。由K推=0.055mm，n=5，F冲=115452.4N，代入公式（5-5）得：推件力 =6/1.20.055115452.4 =31749.41N由K卸=0.05

25、mm，代入公式（5-6）得：卸料力 =0.05115452.4 =2178.72N5.2.3 总冲压力的计算 =115452.4+31749.62+2178.41 =155205.53N5.2.4 初选压力机压力机可分为机械式和液压式，机械式分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速冲床，液压式分为油压机、水压机，而在生产中一般常选用曲柄压力机，曲柄压力机分有开式和闭式两种，开式机身形状似英文字母C，其机身前端及左右均敞开，操作可见大，但机身刚度差，压力机在工作负荷作用下会产生变形，一般压力机吨位不超过2000KW。闭式机左右两侧封闭，机身刚度好，压力机精度高。考虑到零件尺寸较大，在此选闭式单点压力机。

26、根据以上计算数值，查下表5-6初选压力机为J23-16型压力机。表5-6 闭式单点压力机规格及参数型号J23-3.15J23-6.3J23-10J323-16公称压力/KN31.563100160滑块行程/mm25354555最大装模高度/mm120150180220装模高度调节量/mm25354555滑块中心线至床身距离/mm90110110160滑块底面尺寸/mm前后90左右100工作台板厚度/mm354050290模柄孔尺寸/mm直径25303040深度40555560 初选压力机为J23-16型压力机。最大装模高度/mm：220mm；滑块行程/mm：55mm。5.2.5 压力中心的确定

27、模具压力中心是指冲压时诸冲压合力的作用点的位置。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，否者，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偏移。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、给进模的压力中心可用解析计算法求出冲模的压力中心。其依据就是各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合理对该轴的力矩，求出合力作用点的坐标位置，即为所求模具的压力中心。 计算公式为： （5-7） （5-8

28、）式中： L1、L2、L3-各基本线段的长度(mm)； X1、X2、X3-各基本线段的重心位置到Y轴的距离； Y1、Y2、Y3-各基本线段的重心位置到X轴的距离。 制件整体是非对称的，如图5-4所示：图5-4 压力中心分析图表5-7 零件压力中心坐标线段长度（mm）各线段压力中心坐标YL1=5522.5L2=3080L3=940L4=200L5=5040L6=2055L7=940L8=3023.5L9=31.550L10=37.6840L11=15.740L12=15.730 根据公式计算落料凹模的压力中心坐标为：图形上下对称，压力中心坐标y0=0 =（550301515.710）/(5030

29、15.7) =8394.52/278.72 28.556 根据计算得出压力中心的坐标为（0,28.556），可知压力中心位于模柄投影范围内，所以模具不会发生偏移。6 刃口尺寸计算冲裁件的尺寸精度主要决定于模具的刃口尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。6.1 冲裁间隙的确定冲裁间隙是影响冲裁工序最重要的工艺参数，其定义为冲裁凸模与凹模之间的空隙尺寸，如图6-1所示。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。冲裁过程中模具的失效形式一般有磨损、变形、

30、崩刀和凹模刃口胀裂四种。间隙大小主要对模具磨损及胀裂产生影响,间隙增大可以使冲裁力、卸料力等减小，因而模具的磨损也减小。但当间隙继续增大时，卸料力增加，又影响模具寿命。一般间隙为（10%15%）t时的磨损最小，模具寿命较高。图6-1 冲裁间隙图由于冲裁间隙对断面质量、工件尺寸精度、模具寿命、冲裁力等的影响规律并非一致，所以，并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量最佳、尺寸精度最高、模具寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。所以在实际生产中，其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪切断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命达到最长。目前在生产中，广泛采用经验法和查表法来确定合理的间隙植。本套模

31、具采用查表法予以确定其间隙值。根据实用间隙表6-1查得材料Q235的最小双面间隙Zmin=0.126mm，最大双面间隙Zmax=0.180mm。 表6-1 冲裁模初始双边间隙值 mm材料厚度 08、10、35、09Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极小间隙（或无间隙）0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.52.753.03.54.04.55.56.06.58.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.5400.6100.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7