垫圈的冲孔落料级进模设计

目 录 前言-2 第一章：绪论 1.1 冲压模具的发展-3 1.2 模具产品的介绍-4 第二章：冲压工艺分析 2.1 冲裁件的形状和尺寸-5 2.2 冲裁件的工艺方案-5 2.3 冲裁件的排样-6 2.4 冲裁的压力中心-8 2.5 冲裁力的确定-9 2.6 冲压设备的选择-10 第三章：冲压模具的设计 3.1 凸、凹模的尺寸与公差-11 3.2 固定与支承零件-14 3.3 导向零件-15 3.4 确定模具的闭合高度-16 3.5 落料模具零件材料的选择-17 毕业设计小结-18 附表-19 致谢-23 参考文献-24 前言 毕业设计是大学三年的综合性实践环节，目的是通过课题的设计研究，培养综合运 用各门课程知识的能力，培养独立分析问题和解决问题的能力。 在指导老师的安排和精心指导下，这次毕业设计这次毕业设计从确定设计课题，拟 定设计方案，设计过程到毕业答辩都是按照毕业设计工作计划进行。 该课题是真题真做，虽然难度不是很大，但是要使设计图纸能直接用于生产，去造 出零件，装配成机器，并能满足使用要求，也不是容易的。要做好设计工作，减少失误， 就需要在设计中主动向老师请教，查阅技术资料和其他专业文献，充分发挥主观能动性， 积极思考，大胆创新，这样，我们的毕业设计才有亮点，而且对自己以后的工作有莫大 的帮助。并且要认真修改图纸错误，修改设计说明说，让毕业设计的错误之处达到最少 值。 应该说，我基本完成了这套冲裁模的设计工作，通过这次设计，我学到了很多知识 和技术。这次设计中，分析了垫圈的 3 种工艺方案：单工序模生产，复合模生产以及级 进模生产。采用级进模，减少模具和设备的数量，工件精度高，便于操作和实现生产自 动化。介绍了毛坯的排样图，计算数据以及设计了垫圈冲孔落料级进模的模具结构。 由于本人的设计水平有限，必然在设计中仍然有很多缺点和错误，敬请老师们批评 和指正。 江西蓝天学院 机械工程与自动化 07 统本（1）班：张昪 2011 年 4 月 1 日 江西蓝天学院 2 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。垫圈是机械装置 中关键零件之一,随着机械工业的迅速发展,其中垫圈零件的数量日益增加,过去,采用复合 模进行生产,虽然生产率高,但是制造周期长,生产成本高,现把导柱模架的设计进行简易化, 这样可以降低制造模具生产成本,缩短制造周期,同时又能保证零件的质量和尺寸,现采用一 种行之有效的工艺方法,即冲孔-落料连续模冲压工艺。 江西蓝天学院 5 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，是由圆组成的，料厚为 1mm。有一个直径 9mm 和 一个直径 61mm 的圆组成；孔与孔，孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为 52mm。 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，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。 江西蓝天学院 7 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 a1=1.5mm，侧边取搭边值 a=1.5mm。 则 进距： h=61+1.562.5mm63mm 条料宽度： 由附表一 查得=0.6mm B=D+2a+ 所以 B=61+2*1.5+0.6=64.6mm 65mm 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: = A 0/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 江西蓝天学院 8 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 KN 2) 冲孔力 1、中心孔 F1= KLt=1.3X（X33）X 3 X 350=141441.3N=141 KN 2、两个小孔 F2=2 KLt=2X1.3X（X12.3）X 3 X 350=35146.02N=35 KN 3) 冲裁时候的推件力 由附表二 得 K t=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=86KN F 推孔 1 =nKtF1=2 X 0.045 X 3 X 141=38 KN F 推孔 2=nKtF2=2 X 0.045 X 3 X 35=10KN 江西蓝天学院 9 则总的冲压力为 F 总 =F 落 +F1+F2+F 推落 +F 推孔 1+F 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。 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 江西蓝天学院 11 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*0.05)0-0.020=33.0250-0.020mm dA=( dT +Zmin)+A 0=(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=12.40-0.020mm dA=( dT +Zmin)+A 0=(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，R30，93 0-0.5，59.4 0-0.2 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=0.5 AA1=(12-0.5X0.36)+0.36/40=11.82+0.090 mm AA2=(29.7-0.5X0.52)+0.52/40=29.44+0.130 mm AA3=(93-0.5X0.5)+0.5/40=92.75+0.1250 mm AA4=(59.4-0.5X0.2)+0.2/40=59.3+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 江西蓝天学院 13 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=H 1+H2+H3+H 式中 H1 -固定板厚度（mm） H2 -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 3-2 3.2 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 江西蓝天学院 15 （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 3-5 3.4 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 江西蓝天学院 17 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、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 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