圆形垫片冲压成形工艺及模具设计【分度环形孔】【含10张cad图纸+文档全套资料】

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This subject，mainly on the processing of long hole circle gasket stamping progressive die design，with the help of Auto CAD According to the technical requirements of the part drawing two-dimensional parts ,assembly drawings 3D solid modeling，entity through UG assembly and generate exploded diagram. Long hole circle gasket processing is divided into punching and blanking the two process。According to the requirements of part dimensions，materials，mass production，the main design elements of the long hole circle gasket blanking process analysis，nesting of the work piece and take the side of computing，red pressure and stamping centric computing；mold part of the structure design：the selection of standardized components；a detailed drawing mold and part. At present，the mold part are mostly standardized, the design and selection criteria，such as mold，guide post ,guide sleeve ,the upper and lower mold base，etc。to design a great deal of convenience。Focus on the calculation on the part of the size of the punch and die work，the design of the structure size。Finally，choose a suitable press ,to ensure the necessary punch pressure and the mold shut height。Clear design ideas，and to determine the metal forming process，consolidate and deepen the knowledge。Throughout the design process combined with professional knowledge，access to the large number of documents the carful guidance of the final completion of the graduation project. KEY WORDS：Stamping process, Progressive die, design 目 录 1 绪 论 1 1.1 课题的背景及意义 1 1.2 冷冲压模具在工业生产中的地位 1 1.3 国内外研究现状及发展趋势 2 1.3.1 模具的国内外研究现状 2 1.3.2 模具未来的发展趋势 3 2 冲裁件的工艺分析 5 2.1 冲裁件的结构形状 5 2.2 冲裁件的工艺性 6 2.3 确定工艺方案 6 3 冲压工艺计算 10 3.1 冲裁件的排样与搭边 10 3.1.1 条料宽度和导尺宽度 10 3.1.2 确定步距 11 3.1.3 排样 11 3.2 冲压力的计算 12 3.3 压力中心的计算 14 3.4 凸模凹模刃口尺寸及公差 17 3.4.1 凸模凹模间隙 17 3.4.2 凸模凹模刃口尺寸及公差 17 4 模具主要零部件设计 19 4.1 凹模设计 19 4.2 凸模设计 22 4.2.1 冲孔圆形凸模 22 4.2.2 冲长形孔凸模 23 4.2.3 落料凸模 23 4.2.4 凸模的校核 24 5 模具结构形式的选择 25 5.1 模具类型的选择 25 5.2 卸料装置 26 5.3 定位零件 26 5.4 模座的选择 28 5.5 凸模固定板的设计 28 5.6 垫板的设计 28 5.7 导向装置 30 5.8 模具闭合高度的计算 30 5.8.1 计算模具闭合高度 30 5.8.2 压力机设备的选择 30 5.8.3 校核模具闭合高度 31 5.9 模柄的选择 31 6 模具总装图 32 6.1 绘制模具总装图 32 6.2 模具工作过程 33 结 论 34 致 谢 34 参考文献 35 35 圆形垫片冲压模成形工艺及模具设计 1 绪 论 1.1 课题的背景及意义 冲压是通过模具使板料产生分离或塑性变形，从而获得所需要制件的一种加工方法。 冲压因高生产率、高精度、高材料利用率和低成本、低能耗，而且产品一致性好，有利于装配互换等，因而在汽车、家电、机械、电子、通信、军工、航天航空、轻工、建材等领域的产品制造中广泛应用。 随着模具工业的迅猛发展，模具设计与制造已成为一个行业，越来越引起人民的重视，冲压模具目前居于九大类模具（冲压、锻造、铸造、精铸、压铸、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷模具）之首，约占全部模具总量的30%，因此设计冲压模具具有较大的现实意义。因此毕业设计选择冲压模具设计，主要为加工长孔圆形垫片的级进模设计。 冲孔圆垫片不适于机加工，而且在要求大批量的情况下更难到达生产要求。采用冷冲压制造该类零件，不仅可以大大提高生产效率，降低生产成本，而且极大地提高了零件之间的互换性。 1.2 冷冲压模具在工业生产中的地位 模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。 模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢板为坯料，且在生产中不需要加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点，是其他加工方法所不能比拟的。使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。 目前，工业生产中普遍采用模具成型工艺方法，以提高产品的生产率和质量。一般压力机加工，一台普通压力机设备每分钟可以生产零件几件到几十件，高速压力机的生 产率已达到每分钟数百件甚至上千件。根据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪表等产品，有60%左右的零件是用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工业产品，有90%左右的零件是用模具加工出来的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生产基本上完全靠模具来进行。显而易见，模具作为一种专业的工艺装备，在生产中的决定性作用和重要地位逐渐为人们所共识。 1.3国内外研究现状及发展趋势 1.3.1 模具的国内外研究现状 冲压是一种先进的金属加工方法，它具有生产效率高、加工成本低、材料利用率低、制件尺寸精度稳定、操作简单、易于实现机械化和自动化等一系列优点，因而在机电产品制造业中获得了广泛应用。冲压模具是保证实现冲压工艺的主要工艺装备，它直接影响到机电产品的质量、生产成本、更新周期及市场竞争能力。在国民经济中的重要地位，已越来越受到重视。 模具制造技术水平的高低已成为衡量一个国家产品制造水平的保准。国外将模具比喻为“金钥匙”、“进入富裕社会的原动力”等。从20世纪80年代开始，工业发达国家的模具工业，已从机床工业中分离出来，并发展成为一个独立的工业部门，而且其产值已超过机床工业产值。我国从20世纪80年代以来十分重视模具工业。1989年在国务院《关于当前产品政策要点的决定》中，将模具列为机械工业产业技术改造序列的第一位。 据中国模具工业协会的统计数据，1995年我国模具工业产值约为145亿元，2001年为320亿元，2002年为360亿元，2003年为450亿元，2004年为530亿元，2005年为610亿元，2006年的销售额为720亿元。在2001年至2006年的六年间，模具工业产值的年平均增长率为18%。据不完全统计，到2006年年底全国共有模具生产厂点约6万多家，大多为中小型企业，从业人员约100万人，产值1亿元以上的模具企业只有40多家，超过3000万元的企业约为200多家。 近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内外也能生产了。精度达到1~2µm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra≤1.5µm的精冲模，大尺寸（Φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 目前中国模具年生产总量仅次于日本、美国，位居世界第三，其中，冲压模占模具总量的40%以上，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。在设计制造方法、手段上已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，与国外相比还存在一定的差距。在2006年第十一届中国国际模具展览中已展出了不少已达到国际水平的高质量、高效率、高寿命的大型、复杂、精密模具，但与国外模具企业相比，我国模具企业在生产设备水平与先进技术应用，尤其在人员素质和人才培养方面，仍有很大差异。 随着模具工业人才素养的不断提高，技术的不断创新以及各行各业对于模具的重视，这对于加快我国模具技术发展、产品的创新，对于我国模具企业走向世界、面向参与国际合作与竞争，都有深远的战略意义和现实意义。 中国模具CAD/CAM技术从20世纪80年代起步，所有软件为进口的图形软件、数据库软件、NC软件等，自主开发的软件缺乏通用性，商品化价值不高，对许多引进的CAD/CAM系统缺乏二次开发，经济效益不显著。针对上述情况，国家制定了许多相关的政策和措施。随着中国模具工业的迅速发展，模具行业产业结构有了很大改善，模具商业化水平大幅度提高，中高档模具占模具总量的比例也明显提高，模具进出口比例逐渐趋于合理化。 1.3.2模具未来的发展趋势 模具未来的发展方向应该为适应模具产品“交货期短、精度高、质量好、价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：全面推广CAD/CAM技术、高速铣削加工、模具扫描及数字化系统、电火花铣削加工、提高模具标准化程度、优质材料及先进表面处理技术、模具研磨抛光将自动化、智能化、模具自动加工系统的发展。以上几项的实现将缩短新产品的开发周期和产品的更新期，使得开发新产品达到“高质量、低成本、上市快”的目标成为可能。 冲压模具发展重点的选取应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定。现阶段应以汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模为冲压模具产品发展重点。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较大的发展。多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。精冲模中发展重点是厚板精冲大型精冲模，并不断提高其精度。 模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。主要是为了提高冲压模具的寿命。对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。 其他发展重点及展望的内涵十分丰富，其中专业化与标准化尤为重要。由于历史和体制上的原因，我国模具专业化和标准化水平一直很低，其中冲压模具的专业化比塑料模和压铸模更低。这在一定程度上妨碍了冲压模具的发展，根据国内外模具专业化情况来看，专业化可以有多层意思： 1. 模具生产于其他产品生产，专业生产模具外供； 2. 按模具种类划分，专门从事某一模具生产； 3. 在某一类模具中，按其服务对象或模具工艺及尺寸大小，选取该类模具中的某种模具（例如汽车覆盖件模具、多工位级进模、精冲模具等等）进行专业化生产； 4. 专业生产模具中的某一些零件（如模架、冲头、弹性元件等）供给模具生产企业； 5.按工序开展专业化协作。目前社会上专门从事模具设计的公司、专门进行型腔加工或电加工协作的企业、专门接收测量或热处理委托业务的企业及专业从事抛光业务的企业等等，这种多层次的专业化促进了模具行业的发展。但专业化的路途仍旧遥远，必须加快进程才能适应形势。因此，这也是发展重点； 在信息化带动工业化发展的今天，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，我国冲压模具必须尽快提高水平。通过与发展，采取各种有效措施。在冲压模具行业全体职工的共同努力下，我国冲压模具也一定会不断提高水平，逐渐缩小与世界先进水平的差距。“十一五”期间，在科学发展观指导下，不断提高自主开发能力、重视创新、走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型轨道上来，我国的冲压模具的水平也必然会有一个质的飞跃。 2 冲裁件的工艺分析 2.1 冲裁件的结构形状 图2-1 工件图 名称：长圆孔垫片 材料：08钢 材料厚度：1mm 生产批量：大批量生产 2.2 冲裁件的工艺性 零件的冲压工艺性是指从冲压工艺的角度来衡量零件的设计（包括选材、形状结构等）是否合理。即在满足零件使用要求的前提下，能否用最简单的、最经济的冲压加工方法将零件制成。零件的工艺性好坏直接关系到其质量、生产率、材料利用率和生产成本等。 如图2-1所示，零件为长孔圆形垫片，材料为 ，具有良好的冲压性能，零件厚度为1mm，生产纲领为大批量生产。零件结构简单，结合工件实际尺寸，零件内外形所能达到的经济精度为IT 级，要完成该制件的生产，需要经过冲孔、落料两道工序，适合冲裁。冲裁件的表面粗糙度数值一般在6.3µm以下。 材料厚度在0~1之间时，表面粗糙度选3.2µm，材料厚度在1~2之间时，选6.3µm；在2~3之间时，选取12.5µm；在3~4之间时，选取25µm；在4~5之间时，表面粗糙度选取50µm。 2.3 确定工艺方案 该工件包括落料、冲孔两道工序，零件如图所示，其加工的工艺方案分为以下3种。 1. 方案： 采用单工序逐步加工。 （1） 冲孔、落料单工序模。工序简图如图2-2所示。 冲孔 落料 图2-2 冲孔、落料单工序模 （2） 落料、冲孔单工序模。工序简图如图2-3所示。 图2-3 落料、冲孔单工序模 特点：由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便，但生产效率低，工件精度低，不适合大批量生产。 2. 方案：采用复合模加工成形，工序简图如图2-4所示 图2-4 冲孔、落料复合工序模 特点：生产效率高，工件精度高（IT9级以下），但凸凹模壁厚（工件内形与外形之间、内形与内形之间的尺寸）受限。尺寸不能太小，否则影响模具强度。 3. 第3种方案：采用级进模加工成形。 工序简图如图2-5所示。 图2-5 冲孔、落料级进模 特点：生产效率高，便于操作和实现生产自动化，但模具制造复杂，成本高。 工艺方案的比较： 方案一，模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，两副模具，成本相对较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产要求。故而不选此方案。所以不能选择方案一。由于工件中心孔与其余三个内孔间距为8.5mm，由课本65页表2.23（凸凹模最小壁厚）知，当材料厚度为1mm时，最小壁厚需要2.7mm，所以复合模受到壁厚的限制，不能选用方案二。最终选用方案三，级进模加工。 3 冲压工艺计算 3.1冲裁件的排样与搭边 3.1.1 条料宽度和导尺宽度 根据工件工艺性，工件加工时采用导尺导正，无侧压装置。 条料宽度B： B-Δ0=[D+2(a +Δ)] -Δ0 （3-1） 导尺间距离A: A=B+2Z （3-2） 式中 A————导尺距离，mm； B————条料宽度的基本尺寸，mm； D————冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm； a————搭边值，mm； Δ————条料宽度的单位极限偏差，mm；Δ=0.5mm； Z————条料与导尺间的最小间隙，mm；Z=0.5mm； B-Δ0=[D+2(a +Δ)] -Δ0=[50+2×（1+0.5）] -0.50=53-0.50mm A= B+2Z=53-0.50+2×0.5=54-0.50mm 即，条料宽度B=53-0.50mm,导尺间距离A=54-0.50mm. 3.1.2 确定步距 级进模送料步距S S=+a1 （3-3） 式中 S————送料步距，mm； ————平行于条料送料方向冲裁件最大尺寸，mm； a1————————冲裁件之间的搭边值，mm； S=50+0.8=50.8mm 步距S=50.8mm。 3.1.3 排样 排样分为有搭边、少搭边和无搭边三种：按工件的外形特征又可分为直排、斜排、直对排、斜对排、多排、混合排及冲裁搭边等形式。根据零件外形以及各种排样方式特点，最终选择有搭边直排。为了保证模具有足够强度，确保模具的使用寿命，在级进模排样时增加1个空位。排样如图3-1所示： 图3-1 排样图 3.2 冲压力的计算 冲压力是指在冲裁时，压力机应具有的最小压力。冲压力是选择冲床吨位，进行模具强度，刚度校核依据。 本模具采用固定卸料板和下出料方式。 用平刃冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算： F=L t τ （3-4） 式中 F————冲裁力，N； L————冲裁周边长度，mm； t————材料厚度，mm； τ————材料抗剪强度，； 选择设备吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素，实际冲裁力可能增大，所以应取 F=1.3 L t τ ≈L t σ b （3-5）式中 σb————————材料的抗拉强度，；材料08的抗拉强度为300~440MPa 材料08的抗剪强度为260~340Mpa,取σ b= 370Mpa 1. 冲孔力计算 冲孔周长 L1=18π+3 × [5π+ × (35π+45π)] =18×3.14+3 × [5×3.14+× (35×3.14+45×3.14)] ≈200mm 所以冲孔力 F1= L1tσ b=200×1×370=7.4×104KN 2. 落料力计算 落料周长 L2=50π=50×3.14=157mm 所以落料力 F2= L2tσ b=157×1×370=58090=5.809×104 KN 3. 卸料力计算 F卸=（F1+F2）K卸 （3-6） 式中 F卸————卸料力，N; F1 ————冲孔力，N; F2————落料力，N; K卸————卸料力系数，取K卸=0.03. F卸=(7.4×104KN+5.8095.809×104)×0.03 =3962.7 =39.627×102 N 4. 推件力计算 F推= （3-7） 式中 F推————推件力，N; n————卡在凹模洞里的零件（或废料）数目，n=h/t。h为圆柱形凹模腔口高度，取h=4mm，则n=4个 F————冲裁力，N; h————凹模洞口的直刃壁高度； K推————推件力系数，取K推=0.04. 冲口部分推料力 F推1=nF1K推=4×7.4×104×0.04=1.184×104N 落料部分推件力 F推2=nF2K推=4×5.809×104×0.04=9.29×103N 5. 总冲裁力 因为弹性卸料装置冲压时兼起压料作用，冲裁件质量较好，多用于冲裁薄料及表面平面度要求较高的零件。所以设计时采用弹性卸料装置。此时总冲裁力为 F总=F1+F2+F推1 +F推2+ F卸 =7.4×104+5.809×104+1.184×104+9.29×103+39.627×102 =153.2×103N+39.627×102N =157.18×103N 3.3 压力中心的计算 压力中心即工件内外周边上冲裁力的合力中心。应尽可能的使冲裁力的压力中心和压力机滑块的压力中心一致，否则会产生一个附加力矩，使模具产生偏斜、间隙不均匀，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。 压力中心的计算方法有解析法、图解法两种。解析法就是利用各分力对坐标轴的力矩代数和等于诸力的合力对该坐标轴的力矩。 x0== y0== 计算时因为冲裁力与冲裁周边长度成正比，所以式中的各冲裁力F1、F2、F3 .......Fn可分别用各冲裁周边长度L1、L2、L3......L n ，代替即， x0== y0== 先用解析法计算复杂冲孔部分压力中心，画出工件冲孔部分形状，把冲裁边分成基本线段，并选定坐标系，压力中心分析图如图3-2所示。 图3-2 压力中心分析图 其中（单位为mm）r=2.5mm，R=20mm,R1=17.5mm，R2=22.5mm，R3=9mm。尺寸如图3-3所示。 图3-3 尺寸图 图形关于x轴对称，则y0=0，计算时只需x0即可 x0= =-0.5 （3-8） L1=7.85 mm ; L2=18mm;L3=7.85mm;L4=14mm;L5=7.85mm; L6=18mm;L7=7.85mm L8=14mm; L9=7.85mm; L10=18mm;L11=7.85mm; L12=14mm; L13=15.7mm 经计算复杂冲孔部分压力中心偏离原点较小，几乎与原点重合，考虑到零件精度不是太高和冲压力不是很大，为方便模具设计、加工和安装，冲孔部分压力中心取在原点上。体压力中心分析图如图3-4所示。 图3-4 压力中心分析图 由压力分析图可以看出L1和L2的压力中心都在图形几何中心上，所以冲模压力中心在O1O2的中心。 3.4 凸模凹模刃口尺寸及公差 3.4.1 凸模凹模间隙 根据工件材料为08钢，材料厚度为1mm选取的落料模及冲孔模刃口始用间隙为=0.100mm,=0,140mm。 3.4.2 凸模凹模刃口尺寸及公差 模具工作时共有冲孔落料两道工序，设计凸凹模刃口尺寸时要分别按冲孔模和落料模设计。 1. 冲圆孔 设计冲孔模时，因工件的尺寸等于凸模刃口公称尺寸，所以应先确定凸模尺寸，间隙取在凹模上。 对冲Φ18mm圆孔，采用凸凹模分开加工方法，刃口尺寸计算如下 d凸=（+）0-δ凸 （3-9） d凹=（d凸+）=(++)+ δ凹0 （3-10） 式中 d凸，d凹————分别为冲孔凸、凹模的基本尺寸，mm； ————冲孔件的最小极限尺寸，mm； δ凸δ凹————分别为凸模、凹模的制造公差，凸模公差取下偏差绝对值，凹模公差取上偏差绝对值，一般按零件公差的1/3~1/4来选取。当尺寸为Φ18mm时，δ凸=0.020mm、δ凹=0.020mm； Δ————冲裁件的制造公差，当尺寸为Φ18mm时，Δ=0.11mm； X————磨损系数，其值在0.5~1之间，与冲裁件精度有关，x=0.75； d凸=（18+0.75×0.11）0-0.02=18.080-0.02mm d凹=（18.08+0.10）0+0.02=18.180+0.02mm 为保证新模具的间隙小于最大合理间隙（）,凸模和凹模的制造公差必须满足下列条件： -≥δ凸+δ凹 校核 =0.140-0.010=0.040mm δ凸+δ凹=0.02+0.02=0.04mm 满足 ≥δ凸+δ凹 2. 冲长圆孔 冲长圆孔模具采用凸凹模分开加工法，凸凹模刃口部分尺寸计算如下： d凸=（+）0-δ凸 =（5+0.75×0.11）0-0.02 =5.08 0-0.02 d凹=（d凸+）=(++)+ δ凹0 =(5.08+0.10) 0+0.02 =5.180+0.02mm 3. 落料模 切外轮廓相当于落料，根据冲裁模刃口尺寸原则，落料应先确定凹模刃口尺寸，间隙取在凸模上，靠减小其尺寸获得，计算如下 D凹=（D-）+ δ凹0 （3-11） D凸=（D凹-）0-δ凸 （3-12） 式中 D凹、D凸————分别为落料凸、凹模的基本尺寸，mm； D————落料件外径的基本尺寸，mm； δ凸δ凹————分别为凸模、凹模的制造公差，凸模公差取下偏差绝对值，凹模公差取上偏差绝对值，一般按零件公差的1/3~1/4来选取。δ凸=0.020mm、δ凹=0.030mm； Δ————冲裁件的制造公差，当尺寸为Φ50mm时，Δ=0.19mm； X————磨损系数，其值在0.5~1之间，与冲裁件精度有关，x=0. 5； D凹=（50-0.5×0.19）+0.030 =49.905+0.030mm D凸=（49.905-0.10）-0.020 =49.805-0.020mm 4 模具主要零部件设计 4.1 凹模设计 在工位不多的小型级进模具中通常选用整体式结构，其结构紧凑、设计、加工简单，制造装配方便，根据零件形状特征和工位数，凹模外形设计成矩形，采用销钉和螺钉固定在下模座上。 1. 凹模型孔结构类型 凹模型孔分为阶梯形直壁型、喇叭形直壁式、直通形斜壁式和阶梯形斜壁式5种类型，根据各类型特点以及工件特点凹模型孔采用阶梯形直壁式。凹模刃口高度取6mm。 2. 凹模厚度H 当冲裁轮廓尺寸≥50mm时按下式计算 H=K （4-1） 式中 H————凹模厚度，mm； F————最大冲裁力，N; K————修正系数，取K=1.12 H=1.12×=32.42mm 但该工件上还需冲一些孔，且都在同一个凹模上进行，所以取H= 28 mm。 3. 凹模壁厚c 凹模壁厚公式如下： C=（1.5~2）H 式中 c————凹模壁厚，mm； H————凹模厚度，mm； C=（1.5~2）×28 =42~56mm 考虑到螺钉孔和销钉孔的安排，取c= 50 mm。 4. 螺孔到凹模外缘距离 由于凹模采用整体式，所以需要用螺栓将凹模固定在下模座上。 螺孔到凹模外缘距离a a=1.25d 式中 a————螺孔到凹模外缘距离，mm； d————螺孔尺寸，mm； 螺孔到凹模孔、销钉孔最小距离 =1.3d 式中 ————螺孔到凹模孔、销钉孔最小距离，mm； 当凹模厚度H≥25~32时，螺钉规格可选为M6或M10.因此H=28mm时，螺孔大小为M10。 当螺孔为M10时，螺孔间距最小距离为60mm,最大距离为115mm。 综上所述螺孔到凹模边缘距离a=1.25d=1.25×10=12.5mm。螺孔到凹模孔、销钉孔的最小距离=1.3d=1.3×10=13mm。根据工件尺寸及实际设计情况，选取最接近的标准凹模轮廓尺寸L×B×H=315mm×200mm×28mm。凹模材料选用热处理变形小、尺寸稳定向好的合金工具钢Cr12MoV。凹模如图4-1所示。 图4-1 凹模 4.2 凸模设计 4.2.1 冲孔圆形凸模 凸模长度一般根据模具结构需要而确定，纯冲裁级进模的上模，只需安装有冲裁凸模，其余长度基本一致，并且符合标准长度。凸模材料选用热处理变形小、尺寸稳定向好的合金工具钢Cr12MoV.凸模如图4-2所示。 图4-2 冲圆孔凸模 本套模具采用弹性卸料装置卸料，其长度应该为： L=H1+H2+H+t 式中 L————凸模长度，mm； H1————凸模固定板厚度，mm；H1=0.7H凹=19.6mm；取H1=20mm； H2————卸料板厚度，mm；取H2=10mm； H————附加长度，主要考虑凸模进入凹模的深度（0.5～1mm）及模具闭合状态下卸料板到凸模固定板间的安全距离（15～20mm）等因素。综上论述取H=19mm. t————料厚度，mm； L=H1+H2+H+t=20+10+19+1=50mm 4.2.2冲长形孔凸模 冲长形孔凸模长度、材料同冲圆形孔凸模。冲长形孔凸模尺寸较小，所以采用铆接凸模。 4.2.3落料凸模 落料凸模其长度、材料同冲圆形孔凸模，落料凸模采用台肩式。落料凸模如图4-3所示。 图4-3 冲圆孔凸模 4.2.4 凸模的校核 在所有凸模中需要对直径较小的长孔凸模进行强度和稳定性校核，具体包括压应力和弯曲应力的校核。 1. 压应力的校核 凸模上承受的最大压应力不超过凸模材料的许用压应力，这样的凸模才安全，压应力按下式校核 ≤[σ压] F————最大冲裁力，N; A————凸模刃口断面积，mm2； [σ压]————凸模材料淬火后的许用压应力，Cr12MoV淬火硬度为56~62HRC时取1000~1800MPa = = =177＜1000MPa 所以冲长孔凸模在强度上满足要求。 2. 弯曲应力的校核 设计时凸模不带导向，所以按下式进行校核 ≤ 式中 ————凸模允许的最大自由长度，mm； d————凸模最小直径，mm； F————冲裁力，mm； ≤ =18mm 在设计过程中凸模自由长度为13mm，小于18mm所以凸模强度满足要求。 5 模具结构形式的选择 冲裁模一般由六部分组成，即工作零件，定位零件，导向装置，支撑零件，压料、卸料、出料装置及紧固零件。其中冲裁模的工作零件包括凸模和凹模，这是冲裁模设计的主要内容，这部分内容将在下章具体介绍。定位零件、导向装置、支撑零件和紧固零件大多已标准化、商品化设计时可根据需要选用。 5.1 模具类型的选择 冲裁模常见类型分为单工序模、复合模和级进模三种。 1.冲裁精度比较：单工序模较低，复合模较高，级进模一般。 2.冲压生产率比较：单工序模生产率低，级进模较复合模高。 3.实现机械化、自动化、的可能性比较：单工序模较易，尤其适合于在多工位压力机上实现自动化；复合模较难，制件和废料排除较复杂，可实现部分机械化；级进模容易，尤其在单机上实现自动化。 4.冲模制造的复杂性和价格：单工序模结构简单、制造周期短、价格低；复合模复杂性和价格较高；级进模低于复合模。 确定模具类型时，要根据冲裁精度要求、生产批量、模具加工等条件来确定。根据各模具特点以及工艺方案，选择级进模进行加工。 级进模是在压力机一次冲裁过程中，在模具不同部位上同时完成数道冲裁工序的模具。 5.2 卸料装置 为把材料从凸模上卸下，应使用卸料装置，卸料装置有固定卸料装置和弹性卸料装置两种，在多工位级进模中，大多采用弹性卸料装置，只有在料厚t≥3mm的冲裁件冲制时才采用固定卸料装置。因此设计时采用弹性卸料板，材料为橡胶块，卸料板的尺寸与凹模周界尺寸相同，即L×B=315mm×200mm。其厚度取H=10mm，卸料板与凸模单边间隙Z/2=0.3mm 。由于安装使用档料销，为方便安装及整体设计，固定挡料板如图5-1所示 图5-1 固定挡料板 5.3 定位零件 为限制被冲材料的进给步距和正确的将工件安放在冲模上完成下一步的冲压工艺，必须采用各种形式的定位装置，用于冲压的定位零件主要有导料销、导料板、挡料销、定位板、导正销、定距侧刃等。侧刃定距一般用于连续冲制窄长形零件（步距小于6~8mm）或薄料（厚度0.5mm一下）冲裁，根据本次设计的具体情况，采用导料板导向，导正销导正，始用挡料销和固定挡料销相结合来定距。导正销示意图如图5-2所示。 图5-2 导正销示意图 始用挡料销如图5-3所示 图5-3 始用挡料销 5.4 模座的选择 模座有后侧导柱模座、对角导柱模座、中间导柱模座以及四角导柱模座。因为加工的零件不是很大，可以选择后侧导柱模架，有可以三面送料，操作方便，视野开阔的特点。根据凹模周界尺寸，选择标准上模座L×B×H=315mm×200mm×35mm和选择标准下模座L×B×H=315mm×200mm×50mm。 5.5 凸模固定板的设计 对于小型凸、凹模零件，一般通过固定板间接安装在模座上，以节省贵重的模具钢，设计时采用45钢，压装配合面粗糙度Ra1.6μm。 为使凸模固定牢靠并有良好的垂直度，固定板必须有足够的厚度，凸模固定板的厚度按下式计算 H=0.7H凹 式中 H————凸模固定板厚度，mm； H凹————凹模厚度，mm； H=0.7H凹=0.7×28=20mm 取H=20mm 凸模固定板的外形尺寸与凹模周界相同，即L×B=315mm×200mm。凸模与凹模固定板采用H7/m6，采用M10螺钉和Φ8销钉将其固定在上模座上。 5.6 垫板的设计 垫板主要用于分散凸模传递的压力和防止凸模尾端压损上模座。是否采用垫板，以其承压面较小的凸模进行计算，冲长孔的凸模承压面的尺寸如图5-4所示 图5-4 冲长孔凸模端面示意图 其工程压力按下式计算 σ= 式中 σ————凸模断面承受的压应力，N; F————作用在凸模断面上的总压力，N; S————凸模端面面积，mm2； σ== = ×1×370 =177.6MPa 上模座材料为HT200，其许用压力为100MPa。故大于许用压力。为了分散凸模传递的压力和防止凸模尾端压损 上模座，因此在上模座和凸模固定板之间安装淬硬磨平的垫板，采用垫板外形尺寸与凸模固定板尺寸相同L×B=315mm×200mm，厚度为10mm，为了便于安装，销钉通孔直径较销钉直径大0.3~0.5mm。垫板材料可选用45钢，淬火硬度43~48HRC. 5.7 导向装置 对于生产批量大、要求模具寿命和制件精度较高的冲模，一般采用导向装置来保证上、下模的精度导向。上下模导向，在凸模开始闭合前或压料板接触制件前就应充分合上，小型模具通常选择导柱、导套来导向。原则上导柱应安装在下模座上。 导向装置具体包括滑动式导柱导套结构和滚动式导柱导套结构，滚动式导柱导套结构主要用于冲裁薄料（t＜0.1mm）或精密冲模、硬质合金模和高速冲模等要求无间隙导向的设备。其中滑动式导柱导套的导向机构是最常用的形式，这种结构加工装配方便，易于标准化，并且能够保证导向精度。因此采用滑动式导柱导套。 5.8 模具闭合高度的计算 5.8.1 计算模具闭合高度 模具的闭合高度是指滑块在下止点即模具在最低工作位置时，上模座上表面与下模座下表面之间的距离。 经过以上各部件的计算及确定可以计算出模具闭合高度。模具闭合高度H计算公式如下 H=上模座厚度+上垫板厚度+凸模长度+凹模厚度+下模座厚度 H=35+10+55+28+50=178mm 5.8.2 压力机设备的选择 该模具的总冲压力F总=157.18×103N.本模具属于小型冲裁模具，选择开式压力机。一般情况下所选压力机的工程压力大于或等于工艺力总和的1.3倍，即 F工程压力≥157.18×103×1.3=204×103N 根据计算初选JH21-60开式压力机。 根据凹模周界选用的模架最大闭合高度200mm，最小闭合高度150mm。初选的JH21-60开式压力机的最大闭合高度为300mm，满足使用要求。 5.8.3 校核模具闭合高度 为了保模具正常工作，应对模具闭合高度进行校核。根据选择的后侧导柱模架的最大闭合高度为200，最小闭合高度为150mm，JH21-60型压力机的最大闭合高度为300mm，满足使用要求。 5.9 模柄的选择 模柄主要有压入式模柄、旋入式模柄、凸缘模柄，其中凸缘模柄适用于较大型模具，旋入式模柄垂直精度差，压入式模柄可以保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种小型模具，因此使用压入式模柄，它与模座安装孔采用H7/n6配合。 根据开式压力机JH21-60技术参数提供模柄直径50mm，深度60mm。如图5-5所示。 图5-5 模柄 6 模具总装图 6.1 绘制模具总装图 1-凹模；2-固定导料销；3-导正销；4-开槽圆柱形螺钉；5-导套；6-垫板；7-上模座；8-卸料螺钉；9-落料凸模；10-模柄；11-止转销；12-冲圆孔凸模；13-销钉；14-冲长圆孔凸模；15-凸模固定板；16-固定卸料板；17-导柱；18-下模板 图6-1 模具总装图 模具总装图是使用Auto CAD绘制而成，在机械设计领域，CAD应用非常广泛，Auto CAD美国Auto desk公司从1982年12月开始推出计算机辅助设计软件，CAD的出现以及在机械行业的广泛应用使得开发新产品达到“高质量、低成本、上市快”的目标成为可能。 模具三维爆炸图是使用三维绘图软件UG绘制而成，UG是美国EDS公司（现已经被西门子公司收购）的集CAD/CAM/CAE功能于一体的软件集成系统。UG以其建模的灵活性、协同化装配建模、直观的二维绘图、先进的数控加工、领先的钣金件制造等优点在航空、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。 6.2 模具工作过程 本模具采用始用档料销和固定挡料销挡料，条料从右往左送料，开始三次行程用第一、第二、第三始用挡料销挡料，第四次行程后即由固定挡料销挡料。 凹模采用整体式凹模，直接用内六角螺钉和销钉将凹模固定在下模座上。冲孔凸模和落料凸模用固定板固定在上模座上。在落料凸模中装有导正销，利用零件Φ18mm的孔进行导正，提高工件精度。冲裁完成后，条料包裹在凸模上随凸模上升，最终固定卸料板将其卸下，此时开始送料，利用固定挡料销挡在落料废孔上进行挡料，如此往复完成冲压过程。 结 论 本次毕业设计历时近五个月，设计内容为长孔圆垫片冲压工艺分析与模具设计。设计过程中查阅了大量的文献资料，对冲压模具主要零部件进行设计和选择，同时对主要零部件进行校核。 由于模具行业的快速发展，冲压模具很多零部件已经标准化和商业化，对于这部分只是进行了合理的选择，并未进行深入地设计。本次设计主要对模具工作部分和未能选择标准的零部件进行设计。 这次设计不仅是对所学专业知识和掌握情况的真实检验，也是熟悉设计工程，培养设计能力、创新意识和创新能力的一个良好机会，它让我熟悉了冲压模具的设计流程，巩固了大学所学的专业知识，将零散的独立的知识有机的结合在一起，解决了设计中的一个个难题，同时也为我设计提供了依据，同时提升了驾驭知识的能力。模具作为现代制造业中的特殊工艺装备，越来越广泛地被应用到各个领域中。毕业设计是培养目标要求的重要培养阶段，也是我们在大学期间的最后学习阶段。这对提升我个人发现问题、分析问题、解决问题的能力和进行科研的能力以及论文撰写技巧。在设计过程中养成的严谨、认真、求实的态度将伴随我的一生。 致 谢 本次毕业设计的圆满完成，首先要感谢原国森老师在整个毕业设计过程中，给予我悉心指导，原国森老师在边教学边科研的情况下，还要对毕业生进行毕业指导。原国森老师不仅在设计上给予我们指导，同时在做人方面也给予我们极大地帮助，要求我们要严谨务实，要积极上进。他具有的责任心和敬业精神都将积极影响我今后的学习和工作。同时感谢设计过程中给予我帮助的老师和同学，在这里请接受我诚挚的谢意！ 最后还要感谢大学三年来所有的老师，是您为我打下了扎实的专业基础：同时还要感谢所有关心我支持我的帮助过我的老师及同学，是你们无私的帮助，让我度过大学最美好的时光，谢谢！ 参考文献 [1]孙籍.AutoCAD2010基础与应用技术[M].北京：高等教育出版社，2010:29-272. 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