菱形垫片冲裁模设计-冲压模具

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随着经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。业内专家认为，虽然模具种类繁多，但在“十一五”期间其发展重点应该是既能满足大量需要，又有较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。又由于模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国的模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期及降低成本。 由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。而且所选择的这些需要重点发展的产品，必须是目前已有一定基础，有条件、有可能发展起来的产品。我国模具工业虽然有了长足的发展，取得了巨大进步，但是我们也要清醒地看到，我国模具工业总体水平比工业发达国家要落后15～20年，这与我国制造业发展的要求相比差距还很大；我们的企业技术装备还比较落后，劳动生产率也较低；模具生产专业化、商品化、标准化程度也不够高；模具产品主要还是以中低档为主，技术含量较低，高中档模具多数要依靠进口，产品结构调整的任务很重；人才紧缺，管理滞后的状况依然突出。可见，我国模具工业的发展任重而道远。 1.工件的工艺性分析 零件简图 ：如图1.1所示 工件名称 ：垫片 生产批量 ：大批量 材 料 ：10号钢 厚度 ：2mm 图1.1零件图 1.1冲压时的工艺性分析 冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。 冲裁件的形状应能符合材料合理排样，减少废料。 冲裁各直线或曲线的连接处，宜有适当的圆角。 冲裁件凸出或凹入部分宽度不宜太小，并应避免过长的悬臂与窄槽。 腰圆形冲裁件，如允许圆弧半径，则R应大于料宽的一半，即能采用少废料排样；如限定圆弧半径等于工件宽度之半，就不能采用少废料排样，否则会有台肩产生。 冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。 冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离，受到模具强度的限制，不能太小。 在弯曲件或拉深件上冲孔时，其孔壁与工件之间的距离不能过小。 对冲压材料的要求冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求，还应当满足冲压工艺的要求和冲压后继的加工要求（如切削加工、焊接、电镀等）。 1.2冲压材料选用 冲压工艺对材料的基本要求主要是： 1. 对冲压成形性能的要求 为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有良好的冲压成形性能。而冲压成形性能与材料的机械性能密切相关，通常要求材料应具有：良好的塑性，屈强比小，弹性模量高，板厚方向性系大，板平面方向性系数小。 2. 对材料厚度公差的要求 材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。．对表面质量的要求材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量好 3. 常用冲压材料 冲压用材料的形状有各种规格的板料、带料和块料。板料的尺寸较大，一般用于大型零件的冲压，对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。带料（又称卷料）有各种规格的宽度，展开长度可达几千米，适用于大批量生产的自动送料，材料厚度很小时也是做成带料供应。块料只用于少数钢号和价钱昂贵的有色金属的冲压。 总上所述，冲压材料我选择10号钢作为冲压件的材料。 1.3冲裁工艺方案的确定 一般对于这样的工件，通常采用冲孔，落料加工方法。由于该工件的生产批量较大，如果把这道工序放在一起，可以大大提高工作效率，并减轻工作量，节约能源，降低成本，而且可以避免原有的加工方法中须将手伸入模具的问题，对保护操作者安全也很有利。 将这道工序复合在一起，可以有以下的两种不同工艺方案：①先冲孔，后落料的工步；②落料冲孔为同一工步完成。采用方案2加工工件，不易保证长度尺寸的精度，而且易使孔冲头磨损，降低模具寿命。经分析，使用方案一较好。 该冲压工件的形状为简单且对称，除孔和有精度要求外其余尺寸精度要求不高，材料为Q-235A钢其冲压性能好，孔与外缘的壁厚较大，根据表1.1知复合摸的凸凹模壁厚部分具有足够的强度。 表1.1 强度系数 料厚t 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 最小壁厚m 1.4 1.6 1.8 2.0 2.3 2.5 2.7 3.2 3.8 4.0 最小直径D 15 18 21 料厚t 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 最小壁厚m 4.9 5.0 5.8 6.3 6.7 7.8 8.5 9.3 10.0 12.0 最小直径D 21 25 28 32 35 40 45 2 模具设计计算 2.1 排样方案的确定及计算 在冲压生产中，节约和减少废料具有重要的意义，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，排样的合理与否直接影响到材料的利用率、制件质量、生产率与成本以及模具寿命等，所以排样工作的好坏是左右冲裁经济效益的重要因素之一。 冲裁所产生的废料分为两种，一是工件的各种内孔产生的废料，它取决于工件的形状，一般不能改变，称为设计废料；二是由于工件之间的搭边和工件与条料侧面的搭边、板料的料头、料尾而产生的废料，它取决于冲压方式和排样方式，称为工艺废料。 提高材料利用率最主要的途径是合理排样使工艺废料尽量小，另外在满足工件使用要求的前提下，适当的改变工件的结构形状也可以提高材料的利用率。 排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刀”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。 搭边值的大小与下列因素有关： ① 材料的力学性能。硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。 ② 工件的形状与尺寸。尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。 ③ 材料厚度。薄材料的搭边值应取的大一些。 ④ 送料方式及挡料方式。用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。 常用的排样方法有三种： ① 有废料排样：指沿工件全部外形冲裁，工件与工件、工件与条料边缘都留有搭边，此种排样的缺点是材料利用率低，但有了搭边就能保证冲裁件的质量，模具寿命也高。 ②少废料排样：指模具只沿着工件部分外形轮廓冲裁，只有局部搭边的存在。 ③无废料排样：指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在，模具刃口沿条料顺序切下，直接获得工件。 少废料、无废料排样的缺点是工件质量差，模具寿命不高，但这两种排样可以节省材料，还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点。并且工件须具有一定的形状才能采用少、无废料排样。上述三类排样方法，按工件的外形特征主要分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排等形式。总上所述排样如图2.1所示。 表2-2 搭边值表 料厚 手送料 自动送料 圆形 非圆形 往复送料 ～1 1.5 1.5 2 1.5 3 2 >1～2 2 1.5 2.5 2 3..5 2.5 3 2 >2～3 2.5 2 3 2.5 4 3.5 >3～4 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 由表2-2 确定搭边值表 根据零件形状两式件间按矩形取搭边值，侧边取搭边值。 则进距： 条料宽度 ` 图2.1 排样图 2.2冲压力的计算 1） 落料力 2）冲孔力 中心孔： 2个小孔： 3）冲裁时的推件力 表2.3卸料力、推件力及顶件力系数 冲裁材料 K卸 K推 K顶 纯铜、黄铜 0.02～0.06 0.03～0.09 铝、铝合金 0.025～0.08 0.03～0.07 钢 材料厚度mm ～0.1 0.06～0.075 0.1 0.14 >0.1～0.5 0.045～0055 0.065 0.08 >0.5～2.5 0.04～0.05 0.050 0.06 >2.5～6.5 0.03～0.04 0.040 0.05 >6.5 0.02～0.03 0.025 0.03 查表2.3 序号1的凹模刃口形式，，则 个 故：       为避免各凸模冲裁力的最大值同时出现，且考虑到凸模相距很近时避免小直径凸模由于承受材料流动挤压力作用而产生倾斜或折断故把三冲孔凸模设计成阶梯凸模如图2.2。 图2.2阶梯凸模 则最大冲压力： 2.3模具压力中心的确定 如图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F孔1、F孔2的压力中心在O2上。 图2.3压力中心 设冲模压力中心离O1点的距离为x，根据力矩平衡原理得： 由此算得   2.4 冲模刃口尺寸及公差的计算 1）冲孔部分 对冲孔，采用凸、凹模分开的加工方法 表2.4 初始双面间隙Zmax、Zmin 材料厚度t/mm 08、10、35 09M2、Q235 Q345 40、50 65Mn Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin 小于0.5 极小间隙 0.5 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.6 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.7 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 0.9 0.090 0.116 0.090 0.126 0.090 0.126 0.090 0.126 1.0 0.180 0.120 0.100 0.140 0.100 0.140 0.090 0.126 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.240 0.170 0.240 0.170 0.240 1.75 0.220 0.320 0.220 0.320 0.220 0.320 2.0 0.246 0.360 0.260 0.380 0.260 0.380 由表2.4 确定初始双面间隙Zmax、Zmin的值： 表2.5规则形状冲裁时凸模、凹模的制造公差 基本尺寸 凸模公差 凹模公差 基本尺寸 凸模公差 凹模公差 ≦18 ﹥18～30 ﹥30～80 ﹥80～120 ﹥120～180 0.020 0.020 0.020 0.025 0.030 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 ≧180～60 ﹥260～360 ﹥360～500 ﹥500 0.030 0.035 0.040 0.050 0.045 0.050 0.060 0.070 对冲孔时： ， 对冲孔时： ， 故满足条件 冲孔部分：   冲孔部分： 尺寸极限偏差转化为 2）落料部分 对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用配合加工方法 当以凹模为基准件时，凹模磨损后刃口部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸。 零件图中末注公差的尺寸其极限偏差： 、 、尺寸极限偏差转化为、 表2.6 因数X 材料厚度 t/mm 非圆形x的值 圆形x值 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差/mm 1 ﹤0.16 0.17～0.35 ≥0.36 ﹤0.16 ≥0.16 1～2 ﹤0.20 0.21～0.41 ≥0.42 ﹤0.20 ≥0.20 2～4 ﹤0.24 0.25～0.49 ≥0.50 ﹤0.24 ≥0.24 ﹥4 ﹤0.30 0.21～0.59 ≥0.60 ﹤0.30 ≥0.30 查表2.6得 则： 该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值。 2.5零件结构尺寸的确定 1）凹模外形尺寸的确定 凹模厚度的确定： ——取总压力 工件长 凹模宽度的确定： 取步距 工件宽 2）凸模长度的确定 凸模长度计算为 其中初定：导尺厚 卸料板厚 凸模固定板厚 凸模修磨量 则： 图2.4落料凸模 图2.5冲孔凸模 图2.6凹模 2.6模具总装图 图2.7总装图 3.模具材料的选用 利用模具生产制品零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重要性条件。而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。冷冲模材料应具有的性能： 冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的性能。 1. 应具有较高的变形抗力：主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。其中硬度是模具注意重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作零件热处理后的硬度在60HRC强度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。 2. 应具有较高的断裂抗主要抗力指标有材料的抗冲击性能抗压强度、抗弯强度 断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性，也是作为防止断裂的一个重要依据。其基体中碳含量越高冲击韧性越高。故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性。 3. 应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，需要在硬度高的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物 相同硬度下，提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用有刮痕凹槽等 4. 应具有较好的冷、热加工工艺性：钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。 总上所述：凸、凹模采用工作部分局部淬火材料也用淬火变形小的模具钢。 4 冲压设备的选择 按公称压力选取压力机查表2.7 2.7开式双柱可倾压力机技术规格 型号 J23-3.15 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-16B J23-25 JC23-25 公称压力 31.5 63 100 160 160 250 350 滑块行程 25 35 45 55 70 65 80 滑块行程次数 200 170 145 120 120 55 50 最大封闭高度 120 150 180 220 220 270 280 封闭高度调节量 25 35 35 45 60 55 60 滑块中心线至床身距离 90 110 130 160 160 200 205 立柱距离 120 150 180 220 220 270 300 工作台尺寸 前后 160 200 240 300 300 370 380 左右 250 310 370 450 450 560 610 工作台孔尺寸 前后 90 110 130 160 110 200 200 左右 120 160 200 240 210 290 290 直径 110 140 170 210 160 260 260 垫板尺寸 厚度 30 30 35 40 60 50 60 直径 150 模柄孔尺寸 直径 25 30 30 40 40 40 50 深度 40 55 55 60 60 60 70 滑块底面尺寸 前后 90 180 190 左右 100 200 210 床身最大可倾角 35 选取公称压力630KN的开式双柱可倾压力机，该压力机与模具设计的有关系参数为： 公称压力：630 滑块行程：130 封闭高度调节量：80 工作台尺寸： 模柄孔尺寸： 3.模架的外形尺寸及弹簧尺寸确定选取模架 （GB/T2851.3—90）。 上模座： 下模座： 导柱： 导套： 导柱、导套渗碳深度,硬度 冲孔凸模、落料凹模、凸凹模及弯曲凸、凹模的材料可用，热处理硬度。 5.模具的装卸 5.1模具的装配 复合模是指在冲床一次行程中冲制产品两道或两道以上工序的冲模，这种模具结构复杂，装配要求高，但由于模具生产率高，各内、外型面间的相对位置精度高，故广泛应用于精密零件的加工。本模具为落料—拉深复合模其装配一般按下面的步骤进行： ①装配压入式模柄，垂直上模座端面，装后同磨大端面齐平。 ②将拉深凸模装在下模座上，并相对下模座底面垂直。。同磨端面平齐后，作止动螺钉孔，并安装止动螺钉。 ③以顶件块定心，将凹模装在下模座上，经调整与拉深凸模同轴后，用平行夹板夹紧，做螺钉孔和销钉，并拧紧螺钉，配入适当过盈的定位销。 ④将凸凹模装在固定板上，并保持垂直，同磨大的；端面齐平。 ⑤用平行夹板将上凸凹模的固定板与上模座加紧后合模，使导柱缓慢进入导套。在凸凹模的外圆对正凹模后，配作螺钉和螺钉过孔，并拧入螺钉但不要太紧。用轻轻敲打固定板的方法进行细致的调整，待凸凹模和凹模的间隙均匀后，配作凸凹模固定板和上模座的销孔，并配入相应过盈量的销钉。 ⑥加工顶件块时，外圆按凹模的孔实配，内孔按拉深凸模的外圆实配，保持要求的间隙。装配后，顶件块的顶面须高于凹模而拉伸凸模的顶面不得高于凹模。 ⑦安装固定挡料销和卸料板，按凹模板上的孔套在凸凹模外圆上应于凹模中心保持一致。在用平行夹板夹紧的情况下，按凹模上的螺孔引作卸料板上的螺钉过孔，并以螺钉固紧，其他零件的装配均符合要求后打标记。 5.2卸料装置的确定 卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，把冲件或废料从凸模上卸下来称为卸料。 卸料装置按卸料的方式分为固定卸料装置﹑弹性卸料装置和废料切刀三种。固定卸料装置仅由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模上；弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成；弹性卸料装置可安装于上模或下模，依靠弹簧或橡胶的弹力来卸料，卸料力不太大但冲压时可兼起压料作用，故多用于冲裁料薄及平面度要求较高的冲件；废料切刀是在冲裁过程中冲裁废料切断成数块，从而实现卸料的一种卸料零件。 出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。我们通常把准过载上模内的出件装置称为推件装置；把装在下模内的称为顶件装置。 综合考虑该模具的结构和使用方便，以及工件料厚为2.0 mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料，又因为是复合模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。 6.模具检测 表2.11 冲裁模具试冲检测表 序号 质量管理及检测内容 说明 1 组织质量监控系统，对模具生产过程全面检查与监控 1模具原材料的质量检验 模具零件加工后质量检验，主要包括零件的形状、尺寸精度及表面质量、硬度及形位精度。 2具装配后前后的检验。 3模具试模后的验收。 4具内在质量的无损探伤检测。 5具包装、运输质量检验。 2 组织对加工设备及工装夹具检查 1检查加工设备运行情况及加工精度 2检验共装卡具工作及精度状况。 3 组织产品质量分析 1进行产品质量分析。 2提出提高产品质量措施 3提出改进方案、意见 4 组织质量教育与技术教育 1对操作者进行质量全面管理教育，以提高操作者责任心。 2对操作者进行技术培训，以提高操作者技术水平 5 组织维护、保养量器具 对在检测过程中、所使用的量具、量仪等进行保管、维护，并提出定期鉴定的申请。 6 组织对模具的整体验收 结 论 这次的毕业设计是大学三年中的最后一个环节，是对三年的学习生活中所学的知识一个汇总和概括，使我们每个人都能总合运用所学的知识。 在校期间，开设有《机械制图及AUTOCAD》、《机械设计》、《机械制造》、《液压传动》、《数控机床及编程》、《PLC》等课程，这些课程有电子的，有专业课程设计的，对我们搞好这次毕业设计有很大的帮助，综合运用好这些课程，对我这次有巨大的帮助。 即将毕业的我，在以后的工作中难免会遇到一些问题或麻烦，如机器损坏或零件老化等一系列问题时，这时就要靠自己以前所学的知识和积累的经验去解决它。随着科学技术的高度发达，一些质量优、性能好、效率高、能耗低、价格低廉的产品将开发出来并淘汰那些老的生产技术或设备。因此，我们应该树立良好的设计思想，重视对自己进行机械设计能力的培养；增加设计方面的知识而努力。 综合运用好这些课程，加之我们平时的知识积累和老师的极大的帮助和指导，为这次课程设计提供了非常有利的保障。 因水平有限，设计中必然有许多不足之处，还望老师批评指正。 致 谢 三年的学习生活一眨眼就过了，在外求学经历的坎坷使我慢慢成熟，对三年以来帮助的人们我满怀感激，时刻没有忘记。所经历的一切将让我倍加珍惜未来的生活。 通过此次毕业设计，使我学到了许多知识，比如说模具整体的设计过程和你设计模具的实用性，你所设计的模具的最终目的是用模具来生产出合格的产品，其中还包括许多课本上学不到的知识。当然，在设计过程中出现的一些难题。比如说怎样提高产品的加工精度，以及小型工件的加紧这些问题，都通过我们去翻阅相关的书籍和经过张老师的悉心指教和帮助最终才得以解决，通过本次毕业设计，也使得我们这组成员更加齐心协力、努力创新，自始至终，都抱着一颗坚定的信念,即如何做能使其工件更加美观、精度更高、工作效率最高的心态即将毕业的我们，在以后的工作中难免会遇到一些问题或麻烦。 随着科学技术的高度的发达，一些质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉的产品将开发出来并淘汰那些老的生产技术或设备。因此，我们应该树立良好的设计思想，重视对自己进行机械设计能力的培养，树立知识经济意识；善于利用各种信息资源，扩展知识面和能力；培养严谨、科学、创新与创业、艰苦奋斗的企业精神，加强环境保护意识，做到清洁生产和文明生产，以最大限度的获得企业效益和社会效益 在此，感谢我们的指导老师——张老师在百忙之中给予我们作品的悉心指点与帮助。感谢他为我们指点迷律、出谋划策。同时，也感谢我们的这组的成员在这次设计中给予我的帮助！ 所以，在以后的工作中，继续学习和加深。在此我非常感谢张老师在设计过程中对我的指导和帮助，在此向张老师致以诚挚的谢意！ 参 考 文 献 [1].成虹.《冲压工艺与模具设计》.高等教育出版社.1987. [2].冲模设计编.《冲模设计手册之四》.机械工业出版社1999. [3].械设计编写组.《实用机械设计手册》.机械工业出版社1985. [4].杨占尧.《冲压模具图册》.高等教育出版社1998. [5].侯维芝、杨金风.《模具制造工艺与工装》.高等教育出版社1997. [6].张鼎承.《冷冲模的设计与制造》.上海科技出版社1995. [7].王芳.《冷冲压模具设计指导》.机械工业出版社1982. [8].孙凤勤.《模具制造工艺与设备》.机械工业出版社1983. [9].黄健求.《模具制造》.机械工业出版社2001. [10].李德群.《现代模具设计方法》.机械工业出版社2004 [11].陈万林.《实用模具技术》.机械工业出版社2000. [12].模具实用技术从书编委会.《冲模设计与应用实例》.1986. 济源职业技术学院毕业设计（论文）意见表 指导教师意见： 教师签字： 年 月 日 评阅人意见： 评阅人签字： 年 月 日 答辩委员会意见： 成 绩 评 定： 答辩组组长签字： 年 月 日 28