机脚的冲孔落料复合模具设计【冲压模具】

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机脚的冲孔落料复合模设计摘要本文分析了机脚的成形工艺特点，其中包括了利用对工件的工艺分析、冲裁力的计算、模具设计的难点，确定复合模的排样方案和模具总体结构。该倒装式复合模有落料冲孔一个工位，详细介绍了凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料装置等零部件的设计和制造，以及压力机的选择。关键词：凸模 凹模 凸凹模 倒装式复合模 前言任何事物都有一个从出生到成熟的成长过程。一个全面的毕业设计是一个合格大学生对大学学习生活的总结和灵活运用。它是结合自身能力在单位实实习之后的情况下，把理论和实际相结合的一次飞跃。所以说它不仅仅是一份毕业答卷，同时还是对知识的系统、深入的认识和学习过程。它不仅表现从事实际工作时的基本能力和基本技能，更重要的是如何把理论应用在实际工作当中。复合模：只有一个工位，在压力机的一次行程中能完成两道或两道以上的冲压工艺。复合模广泛应用于大批量生产，尤其适合于制造形状复杂，对精度和表面质量要求较高的零件。而复合模按照安装位置不同，复合模有正装式和倒装式两种。从两种复合模的结构分析中可以看出，两者都有优缺点。正装式复合模适用于冲裁材质较软或板料较薄的、平直度要求较高的冲裁件。而倒装式复合模不宜冲裁孔边距离较小的冲裁件，但它结构简单，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。而本次毕业设计的零件结构简单，冲裁孔边距离不是较小的冲裁件，所以我将设计一副倒装复合冲压模，因为倒装模具有许多的优点，比如说：制件精度高，由于是在冲床的一次行程内，完成数道冲压工序。因而不存在累积定位误差。使冲出的制件内外形相对位置及各件的尺寸一致性非常好，制件平直。生产效率高,模具结构紧凑，面积较小。采用打料杆将工件或废料从凹模孔中打下，因而工件或废料不在凹模孔内积聚，可减少工件可废料对孔的涨力。从而可减少凹模的壁厚，使凹模的外形尺寸缩小，节约模具材料。由于实践经验的欠缺和知识的极限性，该模具的实际工作情况及可用性还有待于实践的检验。 目录1 产品的分析 ............................................................62 冲裁工艺的确定 ........................................................62.1 工艺方案的确定 ...................................................62.2 模具结构形式的选择 ...............................................73 排样及工艺的计算 ......................................................83.1 排样的设计 .......................................................84 冲压力的计算 ..........................................................94.1 冲裁力 ...........................................................94.2 顶件力 ..........................................................104.3 卸料力 ..........................................................104.4 总压力的计算及压力机的选择 ......................................104.5 压力中心的确定 ..................................................115 凸模、凹模尺寸的计算 .................................................115.1 凸模、凹模基本尺寸的计算 ........................................116 工件零件的结构设计 ...................................................146.1 凹模外形尺寸 ....................................................146.2 凸凹模固定板的厚度 ..............................................146.3 凸模的尺寸 ......................................................156.4 卸料弹簧的设计 ..................................................156.5 凸凹模的计算 ....................................................166.6 卸料部件的设计 ..................................................167 模架及其他零部件的选用 ...............................................177.1 模架的选用 ......................................................177.2 导柱导套的选用 ..................................................177.3 模柄的选择 ......................................................187.4 螺钉的选择 ......................................................187.5 定位零件的设计 ..................................................187.6 推件装置 ........................................................198 模具的总装备图 .......................................................20总结参考文献致谢第 0 页 共 23 页1 产品的分析上图为机脚，其外表面粗糙度要求光滑，要求壁厚 2mm，表面不得有皱折、裂纹、锈蚀等缺陷，最大毛刺 0.15，未注尺寸公差按±0.25，未注角度公差按±0.5 °。（1）材料：10 号钢的特点：塑性、韧性很好，易冷热加工成形，正火或冷加工后切削加工性能好，焊接性能优良，无回火脆性，淬透性和淬硬性较差。制造要求受力不大、韧性高的零件，可用作冷轧、冷冲、冷弯等工艺成形。（2）该冲压件为机架类零件，为大批量生产，外形尺寸较大，内侧有 4 个通孔。3 个直径为 20 的孔，一个直径为 76 的孔。三个角各倒了半径为 15 的圆弧。（3）由上图可知，要生产出该零件要落料，冲孔两道工序来完成。第 1 页 共 23 页2 冲裁工艺的确定2.1 工艺方案的确定该工件包括冲孔落料两个基本工序可以有以下三种方案方案一 先落料后冲孔 需要两套模具采用单工序模生产方案二 冲孔落料复合冲压采用复合模生产需要一套模具方案三 冲孔落料级进模生产需要一套模具三种方案的比较见下表模具种类比较项目单工序模 复合模 连续模冲件精度 较低 高 一般生产 较低 较高 高生产批量 适合大中小批量 适合大批量 适合大批量模具复杂程度 较易 较复杂 复杂模具成本 较低 较高 高模具制作精度 较低 较高 高模具制造周期 较快 较长 长模具外形尺寸 较小 中等 较大冲压设备能力 较小 中等 较大工作条件 一般 较好 好由于这样一个工件按单工序模具来加工则需两个工序即需要两套模具两台设备模具，制造费用大，生产效率低，而且不容易保证尺寸精度，操作不方便，也不够安全，所以方案一不合理。若采用级进模具来加工则模具制造难度加大，工件的尺寸也不容易保证，生产效率也不高，所以方案三也不合理。而采用复合模来加工则需要一套模具设备，成本不是很高，制造难度也不大，容易保证尺寸的精度，操作也方便，安全性好，生产效率高，所以综合考虑对以上三种模具特点的比较后，方案二比较合理，所以采用方案二的复合模来加工。第 2 页 共 23 页2.2 模具结构形式的选择确定冲压工艺方案后，应通过分析比较，选择合理的模具结构形式。使其满足以要求：（1）能够冲出符合技术要求的工件；（2）能提高生产效率；（3）模具制造和维修方便。3 排样及工艺的计算3.1 排样的设计零件外形为三角形，可以采用直排、直对排或斜对排；考虑到零件为大批生产，如果采用直排或斜对排，则模具尺寸和结构就会相应增大，从而增加模具生产成本，所以本设计决定采用直对排结构。如图所示查《模具设计与制造》表 1-8 确定搭边值：两工件间的搭边: =1.8mm；工件侧1a边的搭边ａ=2.0mm。步距的计算公式为 （1-3）1aDA式中 D—平行于送料方向的冲裁力宽度；—冲裁件之间的搭边值。1a第 3 页 共 23 页步距为： m2.3168.25.14）（aDA条料的计算公式为 （1-4）0△△ ）（ B式中 D—冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸；a—冲裁件与条料侧边之间的搭边；△—板料剪裁时的下偏差（见表 1-9） 。条料宽度： ；m7.16227.15)a2( 00.0 ）（△ △B材料利用率的计算公式 （1-6）%12ABSS式中 —一个步距内零件的实际面积；1S—一个步距内所需的毛坯面积；0A—送料的步距；B—条料的宽度。则一个步距内材料的利用率： 。所以一个步距内材料的利用率64%10ABS为 64%。选用 530mm×1000mm 的钢板，钢板可剪裁 3 张 163mm×1000mm 的条料，每张可冲 7个工件，所以材料总的利用为 （1-7）10n20LS式中 n—条料（或整个板料）上实际冲裁的零件数；L—条料（或板料）长度；B—条料（或板料）宽度；—一个零件的实际面积。2S因此一张板料上的材料利用率为 。%6510n20LBS第 4 页 共 23 页4 冲压力的计算4.1 冲裁力冲裁力的计算公式为 （1-8）tKLF式中 F—沖裁力，KN；L—冲裁件的周长， mm；462t—板料厚度，2mm；τ—材料的抗剪强度，查表得 330 ；aMPK—系数，它是考虑到刃口钝化、间隙不均匀、材料力学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数，系数常取 。3.1K所以 NLF9602463.1t4.2 顶件力顶件力的计算公式为 （1-13）FK顶推 式中 F—冲裁力，KN；—推件力系数，查表 1-13 可知 。顶K06.顶所以 。N76.23906.顶顶4.3 卸料力卸料力的计算公式为 （1-11）FK卸卸 式中 F—冲裁力，KN；—卸料力系数，查表 1-13 可知 。卸K05.卸所以 KN8.193605.卸卸第 5 页 共 23 页4.4 总压力的计算及压力机的选择采用弹性卸料装置和下出件模具时： （1-14）则总冲压力 F 总顶卸总 F为： ；所以计算的冲压工艺总力为KNF56.4398.176.239卸顶总439.56KN，而在冲裁时的压力机的吨位应比计算时的冲压力大 30%左右，所以，因此由表 1-15 可知初选压力机为 J23-63，其主要技术参57KN%1306.49数如下所示。公称压力：630KN；滑块行程：130mm；压力机工作台面尺寸：480×710mm；滑块模柄孔尺寸：Φ50×70mm；压力机最大闭合高度：360mm；连杠调节量：80mm。4.5 压力中心的确定形状对称的冲裁件，其冲裁压力中心位于轮廓的几何中心上，如下图所示：第 6 页 共 23 页5 凸模、凹模尺寸的计算5.1 凸模、凹模基本尺寸的计算外形 3 124mm、3 R15mm、6 R0.5mm 由落料获得， Φ20 mm 和 Φ76313.0mm 由冲孔同时获得。由表 1-19 可得： =0.246mm； =0.360mm；25.0 minZmaxZ0.360-0.246=0.114mm；由表 1-21 可得： Φ20 mm，取minaxZ .χ=0.5；Φ76 mm，取 χ=0.5 ；3 124mm，取 χ=0.5；3 R15mm，取25.0χ=0.5；6 R0.5mm，取 χ=0.5。凸模和凹模的制造偏差可由表 1-22 得，也可按凸模和凹模的制造精度等级确定。由表 1-4 可知凸、凹模分别按 IT10 和 IT11 级加工制造，则有以下结论。凸模和凹模分别加工时的尺寸的计算落料（1-22）凹△ ）（凹 0maxD（1-23）0minmaxin 凸）△（）（ 凹凸 ZZ冲孔（1-24）0min)(d凸△凸 （1-25）凹）△（）（ 凸凹 0mininidZZ式中 —落料凹模和凸模的基本尺寸。凸凹 、 D—冲孔凹模和凸模的基本尺寸。凸凹 、 d—落料件的最大极限尺寸。max—冲孔件的最小极限尺寸。in第 7 页 共 23 页△—冲裁件的公差。χ—磨损系数，其值应在 0.5～1，与冲裁件精度有关，可直接按冲裁件的公差值由表 1-21 查取或按冲裁的公差等级选取：当工件公差为 IT10 以上时，取 χ=1；当工件公差为 IT13～IT11 时，取 χ=0.75；当工件公差为 IT14 以下时，取 χ=0.5。—凹模和凸模的制造偏差，凸模偏差取负向（相当于基准轴的公差带位凸凹 、 置） ，凹模偏差取正向（相当于基准孔的公差带位置） ，一般可按零件公差△的1/3～1/4 来选取，对于规则形状（如圆形件、方形件等）的零件，由于其制造简单、精度容易保证，制造公差可按 IT8～IT6 级选取，或可查表 1-22。对于采用分别加工的凸模和凹模应保证下述关系：（1-27）minaxZ凸凹 也就是说，新制造的模具应该保证 ，如下图所示。否则模maxinZ凸凹 具的初始间隙已超过了允许的变动范围 ，会影响模具的使用寿命。axmin～ ＺZ落料：落外形尺寸 3×124 时：；）（）（△ ）（ 凹凹 m25.145.01240..0max  D。）（）（凸凹凸 6.)( 03.3.in Z落圆角 R15 时： ；）（）（△ ）（ 凹凹 25.10..0max 第 8 页 共 23 页。）（）（凸凹凸 m01.5246.051)( 2.0.0min ZD落倒圆角 R0.5 时： ；）（）（△ ）（ 凹凹 m25.0.0..max D。）（）（凸凹凸 ..)( 02.02.0min 校核：<0.114（满足间隙公差条件）7.3.4.inax Z凸凹所以 ；）（凹 25.140.D）（凸 m01.23.D<0.114（满足间隙公差条件）4.minax凸凹所以 ；）（凹 .02. ）（凸 .502.<0.114（满足间隙公差条件）.minaxZ凸凹 所以 ；）（凹 25.00.D）（凸 m01.2.D冲孔：冲 3×Φ20 孔时： ；）（）（△ ）（ 凸凸 m13.206.05d 20..0min  。）（）（）（ 凹凸凹 47.246.1320d 2.5.0minZ冲 Φ76 孔时： ；）（）（△ ）（ 凸凸 5.02.02.in 。）（）（）（ 凹凸凹 m96..573.003.0min 校核：（满足间隙公差条件）14.5.2..inax Z凸凹所以 ；）（凸 13.20d20.）（凹 4760d2.（满足间隙公差条件）...3.minax凸凹所以 ；）（凸 5.7602. ）（凹 m903.第 9 页 共 23 页6 工件零件的结构设计6.1 凹模外形尺寸凹模厚度 （≥15mm ） （1-34） ；凹模壁厚 （≥30～40mm）bKH H）（ 2~5.1c（1-35） 。式中 b—冲裁件的最大外形尺寸；K—凹模厚度系数，考虑板料厚度的影响，查表 1-26 得 K=0.2。因此凹模厚度为 ；凹模壁厚为m8.241.0H。取凹模厚度 H=25mm，凹模壁厚 c=45mm。凹模宽69~2378.42~5.1c）（度 ；由矩形和圆形凹模的外形尺寸，由（GB2858-5bB81）可知凹模长度 L 取 250mm（送料方向） 。故求得凹模轮廓尺寸为 250mm×214mm×25mm。由于直壁式凹模洞口适用于冲件形状简单、材料较薄的复合模，因此在选用凹模洞口时选用直壁式凹模洞口。6.2 凸凹模固定板的厚度凹模固定板厚度 h 一般取凹模的 0.6～0.8 倍确定，即 h=（0.6～0.8）H=（0.6～0.8）×30 取 h=20mm。卸料板的工作行程为： ，式中 —th21卸 1h凸凹模凹进卸料板的厚度，2mm； —凸凹模冲裁后进入凹模的深度，2mm；t—材2h料的厚度。因此 。导料板厚度查表 3-21 得 。m62h卸 m636.3 凸模的尺寸凸模长度 （1-32）YH321L式中 —凸模固定板厚度； 1—卸料板的厚度；2—导料板的厚度；3H第 10 页 共 23 页Y—附加的长度，包括凸模刃口的修磨量、凸模进入凹模的深度（0.5～1mm） 、凸模固定板与卸料板的安全距离 A 等，其中 A 取 15～20mm； 。210Y因此凸模长度 。m532160L6.4 卸料弹簧的设计根据卸料力和模具安装弹簧的空间大小，初选弹簧数量为 6 个。因此弹簧的预压力公式为： ，式中 —卸料力，19.8KN；n—弹簧数量，6 个。因此n/0F。弹簧的极限压力要大于预压力，一般取预压力的 1.5～2 倍，KNF3.6/8.190这里取 1.5 倍，所以极限压力为： 。预选弹簧在预压力作用下的KNF5.132预压缩量公式为 。所选弹簧必须满足最大许可压缩量m6.05320H△；校核弹簧最大允许压缩量是否大于实际工作总压缩量，即△△ 2，式中 —为预压缩量； —卸料板的工作行程，△△＞ △△ 0 0△ H△6mm； —工作零件刃磨量，取 5mm。因此 。根据预H△ m6.156.02＞△压力选择弹簧规格，查弹簧规格表可得弹簧的参数为 12.5mm×20mm×25mm。6.5 凸凹模的计算制件外形简单，考虑加工和强度，把凸凹模设计成台阶式。其长度为（6-4）YHL卸式中 Y—凸凹模的修模量；H—卸料弹簧的自由高度；—卸料板的厚度。卸因此 。查表 1-27 可知凸凹模的最小壁厚为 4.9mm。凸凹模m413065L的结构图如下图可知：第 11 页 共 23 页6.6 卸料部件的设计6.6.1 卸料螺钉的选用卸料板上设置 6 个卸料螺钉，公称直径为 12mm,螺纹部分为 M10×10mm,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。7 模架及其他零部件的选用7.1 模架的选用以凹模的轮廓尺寸为依据，选取后侧导柱模架倒装复合模。上下模座的材料选用 HT200 钢，选用矩形模座，取值 280mm。厚度为凹模厚度的 1～1.5 倍。上模座选GB2851.7-81 外形尺寸 250×250×45；下模座选 GB2851.7-81 形尺寸250×250×55；上模垫板厚度 取 10mm。垫H该模具的闭合度为 （1-39）2h下 模垫上 模闭 HL第 12 页 共 23 页式中 L—凸模长度，L=61mm；H—凹模厚度，H=25mm；—凸模冲裁后进入凹模的深度， =2mm。2h2h因此 。m1945261045闭可见该模具闭合高度小于所选压力机 J23-63 的最大装模高度（360mm） ，故可以使用。7.2 导柱导套的选用对于生产批量大，要求模具寿命高，工件精度较高的冲模，一般采用导套和导柱来保证上、下模精确导向。这次的设计精度要求不是很高，所以选用滑动导柱、导套配合。导柱和导套有国标标准。为了提高效率，所以按国家标准查表选用 B 型导柱（GB/T669-1999）和 A 型导套的结构如下图所示：导柱直径 d 根据下模座导柱安装孔直径确定，导柱长度 L 应保证在模具最小闭合高度时，导柱上端面与上模座上平面的距离应为 10～15mm，下模座下平面与导柱下端面的距离应为 2～3mm。所以导柱的长度公式为： （1-40））～（）～（ 15032HL式中 H—模具的闭合高度。因此导柱的长度为 。m8194）～（）～（导套内径 d 根据导柱外径确定，导套外径 D 根据上模座导套安装孔直径确定，导套的装配长度 H 应小于上模座厚度 3mm 以上，根据 G/T2861.1-90 可知导柱：d×L=28mm×180mm，导套：d×L×D=28mm×110mm×43mm。第 13 页 共 23 页7.3 模柄的选择根据压力机模柄孔尺寸 Φ60mm×75mm，选择压入式模柄，其模柄规格为A60×95（GB/T285-90） 。7.4 螺钉的选择选用螺钉为 M15，其长度尺寸根据模具结构来决定。7.5 定位零件的设计冲模的定位零件用以控制条料的正确送进以及单个毛坯的正确位置，对于条料，控制正确送进就是要控制送料的方向以及送料的步距。条料的送料方向一般是靠导料板或者导料销一侧导向送进，以免送偏了。用导料销控制送料方向时，一般要用两个导料销，导料销的结构与挡料销的相同。因为活动挡料销装在卸料板上时是可以伸缩的，同时，活动的挡料销常常是用于倒装复合模中的，所以在这选择活动的挡料销。如下图所示：第 14 页 共 23 页7.6 推件装置因为刚性推件装置是常常用于倒装复合模的，所以这里使用推件装置。在模柄的中心位置有冲孔凸模，因此选用有推杆推件，如下图所示：第 15 页 共 23 页8 模具的总装备图1—上模座 2—导柱 3—弹簧 4—卸料板 5—活动挡料销 6—导套 7—上模座 8—凸模固定板 9—推件块 10—连接推杆 11—推杆 12—打杆 13—模柄 14—冲孔凸模 15—垫板 16—落料凹模 17—凸凹模 18—固定板 19—导料销 20—弹簧 21—卸料螺钉第 16 页 共 23 页总结经过几个星期的毕业设计，不仅仅给了我一次独立思考的机会，同时，也给了我对所学习的知识进行一次的总结。在这段忙碌的日子里，在遇到不懂得地方时查阅了相关的资料，询问了指导老师，也和同学在一起讨论过，慢慢地把一些难关给攻破了；同时也慢慢对冲压和复合模有了一些了解，这一段时间虽然很短暂，但是在这段时间的收获还是很多的。在这次毕业设计过程中不仅对大量书籍和参考文献进行了综合比较论证通过推算各种数据、绘制装配草图，使我的专业基础知识有了进一步得到巩固和积累，这些专业知识包括机械加工工艺学的理论知识、机械制图知识以及 CAD 绘图知识等。使我的综合运用能力有了明显的提高，同时也培养了我的创新思维，懂得了治学严谨，持之以恒的道理。同时这次的毕业设计很好地锻炼了我的独立思考问题、分析问题、解决问题的能力。关键是掌握了独立思考问题的方法，在指导老师的指导下熟悉了独立进行项目设计的全过程以及设计过程中如何解决碰到的难题。在设计过程中经常会碰到书本上推荐的理论数据与实际应用不符合，这时候就必须理论联系实际综合考虑实际的应用性进行合理的选择，此收获虽有勤奋学习的功劳，但更多的却与指导老师平时对我们的严格要求有着密不可分的联系。他常常在关键时刻给我们以方向性的指导。第 17 页 共 23 页参考文献[1]模具标准应用手册，主编 许发樾，北京：机械工业出版社，1980；[2]模具设计与制造，主编 李奇，人民邮电出版社，2012；[3]模具专业毕业设计手册，主编 魏春雷，天津大学出版社，2010 ；[4]冲压模具设计与制造技术指南，主编 李名望，化学工业出版社，2008；[5]冲模结构设计要领与范例，主编 周大隽，机械工业出版社；2005；[6]实用模具设计简明手册，主编 邓明，机械工业出版社；2006。第 18 页 共 23 页致谢毕业设计已经接近了尾声，这意味着大学生活就快要结束了，在学校的生活一晃而过，回首以前过去的岁月，心中还是有点充实的感觉，当我把这篇毕业设计论文写完的时候，心中也有一种心中的大石头被推开了一样。首先，我要特别感谢我的指导老师和我的同学，在做毕业设计的时候遇到难题我就和同学一起讨论；当每次检查设计进度时是指导老师一次次指出问题的所在；当遇到一些讨论不出来的问题时，是指导老师一次一次给我们解惑。 其次，还要感谢这三年以来教我知识的老师们，如果没有他们的悉心教导，毕业设计也不会如此顺利地完成，所以在这次的设计当中他们也有很大的功劳。这次的毕业设计，对于培养我们理论联系实际的设计思路；训练综合运用机械设计和有关以前所学知识的理论；结合生产实际和解决工程实际问题的能力；巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。毕业设计的完成，也意味着新的生活就要开始了，希望以后的生活都是美好的。签名：