模具结构及模具零件的设计 机械专业毕业论文.doc

目 录摘 要ii1 工件的工艺性分析11.1冲压件的工艺性分析11.2冲裁工艺方案的确定12 主要数据的计算32.1 排样方案的确定及计算32.2冲压力的计算52.3模具压力中心的确定82.4 冲模刃口尺寸及公差的计算83 模具结构及模具零件的设计133.1模具类型的选择133.2定位方式的选择133.3卸料装置与推件装置的选取143.4导向方式的选择163.5工作零件的设计164 闭模高度的计算235 模具总装图246 模具材料的选用257 模具的装配与检测267.1模具的装配267.2模具检测26结 论30致 谢31221 工件的工艺性分析零件简图 ：如图1.1所示工件名称 ：紫铜垫片生产批量 ：大批量材 料 ：紫铜厚 度 ：0.5 图1.1零件图料，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“啃刃”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： 材料的力学性能。硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。 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。 材料厚度。薄材料的搭边值应取的大一些。 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。表2.2导料板与最宽条料之间的间隙表条料厚度无侧压装置条料宽度100以下1002000.50.50.50.510.50.5230.50.5340.51450.51导料板间的距离为44。图2.1 排样图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阶梯凸模其凸模间的高度差与板料厚度有关即3 =, 3时=0.5.因此高度差=0.5。则最大冲压力： 2-5查表选取国产63开式压力机其最大装模高度为170 最小装模高度为130模柄孔尺寸为直径30，深度为50工作台尺寸左右为315、前后200，厚度40工作台孔尺寸：左右150、前后70、直径110立柱间距离：150倾斜角3003 模具结构及模具零件的设计 3.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知采用复合冲压，但复合模又可分为倒装复合模和正装复合模，其各自的特点如下表表3.1正装复合模与倒装复合模的比较序号正装倒装1对于薄冲件能达到平整要求不能达到平整要求2操作不方便、不安全，孔的废料又打棒打出操作方法能装自动拨料装置即能提高生产效率又能保证安全生产。孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉3装凹模的面积较大，有利于复杂重建用拼块结构如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板4废料不会在凸凹模孔内积聚，每次又打棒打出，可减少孔内废料的涨力，又利于凸凹模减小最小壁厚废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求又较大的壁厚以增加强度。该冲件属于普通冲裁，精度要求不高又属于大批量生产，采用倒装比正装操作方便简单，生产效率较高，因此选用倒装复合模。3.2定位方式的选择 定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置，条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与条料方向垂直方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进成为送进导向；二是在送料方向的限位，控制条料一次送进的距离（步距）。属于送料导向的定位零件又导料销，导料板、侧压板等。导料板及侧压板多用于级进模和单工序模中。导料销则多用于复合模和单工序模中。因此选导料销做为导向且位于条料的同侧，从右向左送料时导料销装在后侧。属于送料定距的定位零件有挡料销、导正销、侧刃等，导正销及侧刃多用于级进模和单工序模中。挡料销则多用于复合模和单工序模中。选取挡料销做定距定位零件。在模具闭合后不许挡料销的顶端高出材料因选取活动式弹顶挡料销。其挡料销的高度h查表得h=3表3.2挡料销高度0.3232343.3卸料装置与推件装置的选取 常见的卸料零件又固定卸料板和弹压卸料板。前者式刚性结构主要起卸料作用，卸料力大，适用于冲材料厚度大于0.8的模具，后者是柔性结构，兼有压料和卸料两个作用。其卸料力的大小决定与所选用的弹性元件。主要用于冲制薄料和要求制件平整的充模中，长用在倒装复合模中，因此选取弹压卸料板。弹压卸料板与凸模配合间隙值查表的=0.1表3.3弹压卸料板与凸模配合间隙值材料厚度0.50.511单面间隙0.050.10.15在自由状态下的弹压卸料板应高出凸模刃口0.30.5。卸料板的厚度查表3.4。表3.4卸料板的厚度材料厚度卸料板宽度 505080 80125hoh0hoh0hoh00.8686108130.81.561081210141.536-10-12-查上表得卸料板厚度卸料弹簧选取4个圆钢丝弹簧，其规格为外径, 截面,自由高度,工作高度,节距。该弹簧的材料为65，淬硬4348.它的安装结构是套在卸料螺钉外面，卸料螺钉的直径按公式（3-1） 23 （3-1）其中为弹簧的内径 图3.1卸料螺钉计算得。 其卸料螺钉的结构形式如图3.1 推件装置选取刚性推件装置，它有打杆、推板、连接推杆和推件块组成。3.4导向方式的选择 为了工作方便，安装调整简单，该复合模采用后侧导柱。3.5工作零件的设计3.5.1 凹模外形尺寸的确定凹模厚度的确定： （3-2）为系数 为凹模刃口的最大尺寸()查表3.5选取系数=0.30表3.5凹模系数条料宽度材料厚度11336500.300.400.350.500.450.60501000.200.300.220.350.300.451002000.150.200.180.220.220.30。凹模壁厚;凹模外形尺寸为。凹模的刃口形式选用直筒式刃口。该凹模的厚度的全部为有效刃口高度，刃壁无斜度，刃磨后刃口尺寸不变，适用于制件或废料逆冲压方向推出的冲裁模如复合模、薄料落料模。其形状如图3.2图3.2凹模刃口3.5.2 凹模结构形式的选择凹模的结构形式有整体式和组体式两种，两种结构形式的比较如下表3.6。表3.6凹模两种结构形式的比较结构形式制作方法固定方法特点整体式凹模其外形按毛坯和工件的形状制作采用螺钉和销钉直接固定在模板上制造简单，但工作部分与非工作部分都由优质钢制造，损坏后全部更换，浪费材料，成本高组合式凹模凹模工作部分与非工作部分开制造，非工作部分用普通钢制造，凹模以过渡配合压装在凹模固定板内采用螺钉和销钉把凹模固定板紧固在模板上节约贵重的模具材料，且当凹模损坏后是易维修更换，适用于冲制大、中型工件上的小孔由于工件是大批量的生产，而且整体尺寸较小，则根据上面的比较表可选用整体式的凹模结构。3.5.3 冲孔凹模选用凹模的刃口形式有直壁形、锥形和凸台式三种，这几种形式比较如表3.7。表3.7凹模刃口形式的比较刃口形式优点缺点直壁形刃口强度高且刃磨后孔中尺寸不随修磨而变化，制造方便孔内易积工件或废料，增大了凹模的胀力，推件力，孔壁易磨损锥形凹模加工容易，不易积存工件或废料，对孔壁摩擦力和压力小刃口强度较差且刃磨以后孔口尺寸随修磨变大凸台式可以用锤敲打凸台斜面以调整模具间隙，直到试出满意的冲件仅适用于冲0.3mm以下的软金属与非金属材料，凹模的硬度一般不高于hrc3538在本套复合模中，采用的是倒装的形式，而且凹模内有推件块，所以凹模内不会积存工件，而锥形的又不利于工件的推出和间化模具的结构，则根据上面的比较表选用直壁形的刃口形式，刃口无斜度有一定的高度，刃磨后刃口尺寸不变，但刃口后端漏料部分设计成带有一定斜度，凹模工作部分强度较好。如图3.3图3.3冲孔凹模刃口为刃口高度，为斜角，查表2.11得=5, =2 表3.8凹模刃口高度材料厚度t0.5240.512512.5262.563863103.5.4 凸模固定形式的选择凸模的固定形式有：采用凸模固定板固定、与上模板直接固定和采用低溶点合金或环氧树脂浇注固定三种，各自的特点的比较如下表。表3.9固定形式的特点比较固定形式固定方法特点凸模固定板固定一般采用h7/p6过渡配合，圆形凸模则采用凸肩固定定位精度高，牢靠，但固定孔精度高，加工困难与上模板直接连接采用螺钉，销钉直接把凸模固定在上模板上适用于大型凸模的固定低熔点合金浇注固定或环氧树脂浇注固定使低熔点合金或氧树脂溶化，像粘结剂一样固定在凸模上适用于冲裁0.32的板料由于本工件是大批量的生产，且内孔有一定的精度要求，模具采用的是复合模，则从上表的比较中可选用凸模固定板固定的形式固定凸模，而这里的固定板又是与落料凹模一体的，即凸模的凸肩与落料凹模的上端以h7/p6过渡配合。3.5.5 凸模结构尺寸 小孔凸模为圆形，采取台阶式凸模，它的强度刚性较好，装皮修磨方便，与凸模固定板配合部分按过渡配合（h7/m6或h7/n7）制造，最大直径的作用是形式台肩，以便固定，保证工作时凸模不配拉出，材料选取,热处理硬度为5862。其凸模长度计算公式： （3-3）其中1凸模固定板厚度 (0.60.8 )= 材料厚度 0.5 卸料板厚度8 增加长度，一般选取1020凸模的结构形式如图 3.4图3.4凸模结构图冲中心孔 中心孔为非圆形凸模，采用台肩固定法，对于该凸模凸起的部分可以采用嵌入式的镶拼结构，把凸起部分与凸模拼合后嵌入到固定板凹槽内，为了防止凸模转动需要在固定端接缝处加防转销，其结构如图3.5图3.5中心孔凸模该凸模的长度=38.5 。3.5.6 凸凹模的选取 凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。凸、凹模的结构大到分为整体式和镶拼式的两种，镶拼式结构适合于大，中型和形状复杂，局部容易损坏的整体凸模式或凹模，而此处所需的凸凹模形状较简单，所以选用整体式来加工凸凹模。它的内外圆均为刃口，凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为倒装结构时，内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。其凸凹模最小壁厚见表3.10。表3.10凸凹模最小壁厚材料厚度0.40.60.81.01.21.41.61.8最小壁厚1.41.82.32.73.23.64.04.4查表选取。 该凸凹模的长度。其凸模的结构如图3.6图3.6凸凹模3.5.7 模架及其他零件的设计该模架选用滑动导向后侧导柱模架，这种模架的导柱在模具的后侧位置，这种模架送料及操作都比较方便，可以纵横向送料。材料选取铸铁200。模架上模板的长度为200、宽度140、厚度35。 下模板的长度250、宽度170、厚度40；最大高度为190、最小高度为160。模柄选取压入式模柄，压入模柄部位应与安装孔成7/6配合，材料选取45钢，尺寸。螺钉选用标准件内六角螺钉，规格为10;导柱的直径30，长度144；导套的直径为31 ，长144；应按6/5配合；柱间的距离150；材料为20钢；4 闭模高度的计算为了保证模具和压力机相适应，冲模的闭合高度应介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间，其关系式为（41）： （4-1）式中 冲模的闭模高度; 最大闭模高度; 最小闭模高度; 垫板高度； 最大装模高度； 最小装模高度。则 =40+34+10+38+37-15=144 有上数可知,则所选则的压力机符合要求。5 模具总装图图5.1总装图1.下模座 2.内六角螺钉 3.导柱 4.弹簧 5.卸料板 6.活动挡料销 7. 内六角螺钉 8.导套 9.上模座 10.凸模固定板 11.顶件块 12.顶杆 13.推板 14.打杆 15.模柄16. 内六角螺钉 17.冲大孔凸模 18.垫板 19.小孔凸模 20.凹模 21.凸凹模 22.固定板 23.圆柱销 24.活动挡料销 25.卸料螺钉26.弹簧 27.凸模镶块工作原理：该模具为倒装复合摸，冲压时可自动送料，板料由卸料板5上的活动挡料销6挡料送进。 工作时上模下行，由凸凹模（21）、落料凹模（20）、冲孔凸模（17、19）完成落料冲孔，使工件成型，工作完成后上模上行，当滑块碰到上死点时，打杆和推板开始工作，将工件从凹模内推出落下，冲孔废料从工作台孔内直接落下。6 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。7 模具的装配与检测7.1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。本模具为落料冲孔复合模其装配一般按下面的步骤进行：装配压入式模柄，垂直上模座端面，装后同磨大端面齐平。将凸模装入凸模固定板，保持与固定板端面垂直，同磨端面平齐将凸凹模装在固定板上，并保持与固定板端面垂直，同磨端面齐平。确定凸凹模固定板 在下模座上的位置，用平行夹板夹紧，作凸凹模固定板上的螺孔和下模座上的螺钉过孔，并保持孔位置一致。划下模板漏料孔线，加工漏料孔，按凸凹模的孔每边加大约1。按凹模上的孔引作凸模固定板和上模座的螺钉过孔。将带凸模的固定板装在上模板上，螺钉不要拧得过紧，进行试装合模，使导柱缓慢进入导套，如果凸模与凸凹模的孔对的不太正，可轻轻敲打凸模固定板，利用螺钉过孔的间隙进行调整，直至间隙均匀。此时用划针在上模板上划出凸模固定板位置。在上模组件上增加凹模，重新合模，作冲裁外形和各孔的全面细致的间隙调整，其中包括用冲纸法试验，直至获得均匀的间隙。上模和下模分别钻较销孔（防止位置移动），装入销钉，并保持销与孔有适当的过盈。其它零件可按图装配，达到要求后打标记。7.2模具检测冲模装配前，应该对零、组件进行检查、复查的内容有:（1）冲裁模的刃口部分应锋利,拉伸模的弯曲的工作型面应过度圆滑,表面粗糟度应符合要求;（2）工作热处理后的实际硬度值是否符合要求,如有碳化合物偏析要求应技术要求的规定;（3）外行的非工作锐边是否已经倒角或导圆;（4）零件不应有沙眼、缩空、裂纹、磨削退火或机械损伤;（5）可卸导柱的椎面与趁套上椎孔的吻合长度面积应不小于80%。 冲模可以选用标准模架,也可使用与其他冲模零件同时加工制造的非标准模架。在冲模装配前,应检查模架各零件的工作表面不应有划痕、浮锈、沙眼、裂纹和其他机械损伤;上模座沿导柱上下移动要平稳,无滞涩现象。在正常情况下,滑动导向的模架上模与下模脱开后,应教容易复位。滚动的导向的模架上模与下模脱开后,若先将钢球保持圈一端套进导柱,而另一端装进导套孔中,则上模与下模能较容易复位。此外,还应使用平板、带指示器的测量架、球面支柱等复查上模座上平面对下平面的平行度,标准模架应符合规定的精度等级,非标准模架应符合其相当于标准中的精度等级数值。滑动导向模架应符合表7.1的规定。表7.1滑动导向模架精度等级公差值被 测 尺 寸精 度 等 级 级 级 级公 差 值40630.0200.030.05631000.0250.040.061001600.0300.050.081602500.0400.060.102504000.0500.080.124006300.1000.150.25 装配完成后应检测的内容有:冲裁模的间隙的间隙应均匀分布，其公差不大于2020%；冲裁模凹模的刃口面沿冲裁方向应平直，允许有向后逐渐增大者应不大于15的斜度，其表面粗糙度值不大于，镶拼要配合紧密无缝隙；冲裁模的凸凹模、凸模和凹模在装配后应磨口，并分别对上模座的上平面或下模座的下平面平行，允许0.01：100，其表面粗糙度0.80.4；卸料板、推件板和顶件块除保证与凸模、凸凹模和凹模的高度在0.20.8范围内；应调整卸料螺钉，以保证挟料板的压料表面对冲模安装基面的平行度误差不大于0.05：100；同一冲模冲同一长度的顶杆允差不大于0.1；下垫板和下模座的漏料孔按凹模或凸凹模尺寸每边加大0.51，装配后的位置应一致，不允许有卡料现象。此外，所有经磨削的零件应在装配前退磁。冲模装配后，要通过试冲对模具和制件进行综合考察与检测。试冲时，对冲模和制件出现的各种问题及缺陷要认真进行质量分析，找出产生问题的原因，并对冲模进行适当调整和修理，再次进行试冲，直至模具工作正常，得到合格的制件。冲裁质量分析见表7.2表7.2冲裁质量分析序号质量问题原因分析解决办法1制件断面光亮带太宽，有齿状毛刺冲裁间隙太小对于落料模，减小凸模，并保证合理间隙；对于冲孔模，应加大凹模，并保证合理间隙2制件断面粗糙。圆角大，光亮带小，有拉长的毛刺冲裁间隙太大对于落料模是更换或返修凸模，保证合理间隙3制件断面光亮带不均匀或一边有带斜度的毛刺冲裁间隙不均匀返修凸模、返修凹模或重新装配调整到间隙均匀4落料后制件成弧形面凹模有倒锥或顶板与制件接触面小返修凸模、返修或调整顶板5校后制件尺寸较差落料后制件成弧形面所致，多见于下出件冲模修落料凹模或改换有弹顶装置的落料模6内孔与外形位置便移挡料销位置不正确修正挡料销7工件扭曲1. 内部胀力造成2.顶出制件时作用力不均匀1. 改变排样或对材料正火处理2. 调整模具试顶板工作正常9啃口1. 导柱与导套间隙过大2. 推件块上的孔不垂直，迫使小凸模偏位3. 凸模或导住安装不垂直4. 平行度误差积累1. 返修或更换导柱导套2. 返修或更换推件块3. 重新装配，保证垂直度要求4. 重新修模