毕业设计（论文）-产品铭牌冲孔毛坯落料模设计.doc

摘 要本设计书简单的介绍了单工序模制造中的步骤、设计要求以及制造方案的选择。特别是单工序模制造过程中有别与复合模、级进模模具结构，在制造过程中的一些由于级进模的结构的原因，所要采用的手动、送料方式以及毛坯的材料都要根据级单工序的结构来进行选择和比较。还有各个零部件之间的装配关系，单工序模对于工件的定位方式，以及在冲压的过程中既要考虑到能否冲出合格的制件，又能同时使制造单工序模的成本降低到最小值，这些在单工序模的制造过程中都要对其一一的进行考虑和计算。关键词：单工序模 落料目 录第一章 绪论1第二章 零件的工艺性分析32.1冲裁件分析32.2冲裁工艺方案制定4第三章 工艺方案的确定53.1 冲压工艺计算及设计53.2 冲载力的计算83.3凸凹模的加工103.4凸、凹模间隙103.5凸凹模刃口尺寸计算11第四章 模具类型及结构的确定134.1 模具材料的选择要求134.2 凸模结构设计144.3 钢性卸料板设计154.4 凹模结构的设计174.5 凸模固定板的设计184.6 模架的确定19结 论20致 谢21参考文献22产品铭牌冲孔毛坯落料模的设计与制造（浙江工业大学成教学 10 模具设计与制造 池波 ）指导老师:朱彬彬 第一章 绪论 模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备，属于高科技产品，分为塑料模具、冷冲压模具、热锻模具、铸造模具、橡胶模具和玻璃模具等,是制造业的基础，大至汽车、小至玩具，其制作均源于一系列大小模具”.劳动和社会保障部职业资格鉴定中心主任陈宇对记者说，可能许多人没有听说过模具，觉得陌生，其实模具就在我们身边，大到飞机，小到眼镜片，平常生活中涉及模具的东西随处可见. 我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉指出，在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量的不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。模具工业在欧美等工业发达国家被称之“点铁成金”的“磁力工业”，如今世界模具工业的发展速度超过了新兴的电子工业，已实现了模具专业化、标准化和商业化，因而深受赞誉。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本称模具工业为“进入富裕社会的原动力”，在德国，被冠之以“金属加工业中的帝王”之称号，而欧盟一些国家称“模具就是黄金”，新加坡政府则把模具工业作为“磁力工业”，中国模具权威称为“模具是印钞机”。可见模具工业在世界各国经济发展中具有重要的地位。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一. 中国模具工业近十年来一直以每年百分之十五以上的增长速度快速发展。模具大国地位已得到世界公认。中国模具行业仍保持产销两旺，持续高速发展，模具产量、质量和水平进一步提高。模具工业作为重要的生产装备基础行业，直接服务于国民经济的各个产业。 中国的模具市场十分广阔，特别是在汽车制造业和it制造业发展的拉动下，使得对模具的需求档次越来越高。现在所遇到的人才短缺问题，在未来的10年中不容易有太大的改观。随着入世后制造业中心向中国转移，模具产业有望迎来30%的增长。”经过在校几年的学习，让我初步掌握了模具的一些相关知识，在上个学期中，我在老师的指导下，和几个同学合作完成了一副冲孔、落料复合模的制作。在冲出工件的时候，让我尝到了一点成功的喜悦。经过一夜夜绞尽脑汁的思考和一次次的查阅，还有老师们无私的指导下，终于完成了这幅模具的设计工作，短暂的兴奋过后由让我感到不安，由于是初次设计，文中的定然会有一些计算错误，以及疏漏之处。敬请各位老师指导指正。 第二章 零件的工艺性分析2.1冲裁件分析名称：产品铭牌毛坯 材料：10f t=0.8mm 如图零件图2-1所示： 图2-1零件图此工件为冲裁件, 冲裁件名为产品铭牌毛胚，是由5条边3个圆弧组成，材料的厚度是0.8，形状比较规则，结构简单，形状也比较像梯形。该材料是10f钢制成，材料比较软，产品精度不高，图中均为标注尺寸公差，可按it14级公差选取，大批量生产，很适合冲裁加工。零件材料为优质钢，性能好，适合用于冲裁加工完成此工件需要冲孔工序形状简单；结构符合冲载工艺要求性要求，只需要一次落料即可，用一般精度的模具即可以满足零件的精度。2.2冲裁工艺方案制定冲裁件的工艺性是指从冲裁加工考虑其设计要求是否合理。一般地讲，在满足工件使用要求的条件下，能用最简单、最经济的方法完成工件的冲裁加工，就可以认定该件的冲压工艺性好。排样图样式如下： 图2.2 简单排样图从改图分析得，该零件只适合于单工序冲裁落料模。单工序冲裁：每次冲裁一个工件，单工序特点，冲裁精度，一般较低，实现操作机械化自动化的可能性，较易，尤其适合在适合于在多工位压力机上实现自动化，生产通用性好，适合于中、小批量生产及大型件的大量生产，冲裁结构简单，制造周期断，价格低。第三章 工艺方案的确定排样图设计此工艺只需一次落料即可，需大批批量生产，且零件形状简单，工艺性良好，所以选用单工序落料模。材料厚度为0.8mm 为保证冲件的平整度所以采用倒装单工序落料模3.1 冲压工艺计算及设计一、排样冲裁件在条料或带料上的分布情形称为排样，排样的结果是要画出排样图。排样是冲压工艺设计工作的一项重要内容，也是一项技术性很强的工作。排样的基本类型：按照材料的经济利用程度或废料的多少，排样可分为有废料排样与少、无废料排样两大类。按工件在条料上分布的形式，排样又可分为直排、斜排、对排、对头排样、多排、混合排多种形式。如果落料时冲裁轮廓是封闭的，则在工件与工件之间以及工件与条料侧边之间，都将留出作为剪切支撑面的工艺余料，简称搭边。搭边是废料，从降低材料损耗考虑，希望搭边越小越好。但搭边太小了，支撑面刚度不足，会使工件质量变坏，也会降低模具寿命。设计时最小搭边值可按表3-1选取。表3-1搭边值的确定材料厚度t圆角及r2t的圆角矩形件边长l50矩形件边长l50或r2taa1aa1aa10.251.82.02.22.52.83.00.250.51.21.51.82.02.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.011.21.51.51.8注：表列搭边值适用于低碳钢，对于其他材料，应将表中数字乘以以下列系数：中等硬度的钢：0.9；软铜钢、纯钢：1.2；硬钢：0.8；铝：1.31.4；硬黄钢：11.1；非金属：1.52；硬铝：11.2。该工件搭边值a=1.0，a1=1.2，材料排样方法如图所示： 图3-1直排 图3-2斜排该材料选用直排排样，直排排样图搭边值，材料厚度t=0.8mm，查表最小工艺搭边值得此材料搭边值=0.2mm=1.5条料宽度根据宽度公式计算 3-1（公式） 式中：b条料宽度；导料板；d工件横向最大尺寸；横搭边；条料宽度公差；条料与导料板的单面间隙，有侧压装置时，取=13mm此材料条料宽度公式为63.50-1.5mm二、材料利用率一段条料能冲出的工件的重量与这段条料重量之比的百分数为材料利用率。由于同一块板料的厚度和密度都是相同的，所以这种重量之比可用面积之比来代替。同一个工件，排样不同时，材料利用率也不同。材料利用率越高越省料。因此，材料利用率是选择排样方案的一项重要指标，但不是唯一的指标。一般的原则是，如果生产量小，可以不考虑材料利用率，尽可能选择简单的排样方案，以简化模具结构。如果生产量大，特别是材料贵重时，应尽可能选择材料利用率的排样方案，以节省材料。但当一种排样方案的材料利用率提高不超过5%，却使模具结构变得很复杂时，这种方案是不可取的。根据补拆法求出该材料的有效面积：3060=1800mm 3010=300mm 1800+300=2100mm一个步距：60+1.2=61.2mm根据材料利用率公式法： 3-2（公式）一根条料能冲出的工件数；l一根条料的长度；a一个工件的有效长度。 设一根条料为5m5m=5000mm 500061.2=81.7精细的排样图：图3-3排样图3.2 冲载力的计算为了完成冲压加工，压力机滑块所必须同时承受的各种压力的总和称为冲压力。对于冲裁，冲压力大部分是冲裁力，按不同的模具结构形式，还可包括卸料力或压料力、推件力及顶件力中的一项或两项。1. 冲裁力的计算根据山东大学赵振锋人的专著板料冲裁合理与合理间隙的表中所得该材料最小间隙值为0.048，最大间隙值为0.062，因该材料厚度较薄取中间间隙值为0.05。计算该材料的冲裁力，根据冲裁的实用计算方式：f=lt 3-3（公式）该材料周长：30+60+40+30+10+30=200mm查表所得10f优质碳素结构钢抗拉强度275412，取中间值300mpa。f=lt=2000.48mm300mpa=48000n其冲裁力为48000n2. 卸料力、推动力和顶件力的计算卸料力、推动力和顶件力的分析在一次冲裁过程中，除了将板料断裂分离以外，还需解决卸料、出件及废料排除问题。讲紧箍在凸模上的条料分离下来所需的力称为卸料力。采用顺出件式模具时，将落料件或冲孔废料从凹模型孔推出所需的力称为推件力，采用逆出件式模具时，将落料件从凹模孔反向顶出所需的力称为顶件力。这些力主要是摩擦力，也有少量变形力。此材料的卸料力、推动力和顶件力的计算因为此材零件精度不高，采用大间隙卸料力，和推件力很小，可以忽略不记。3. 总冲压力的计算 总冲压力的计算分析计算总冲压力是为了确定压力机的额定压力。总冲压力包括冲裁力及与之间时发生的力，即卸料力、推件力和顶件力之中的一项或两项。这取决于模具的结构类型。此材料压力的计算因为卸料力和推件力忽略不记，所以总冲压力等于冲裁力为4.8kn4. 压力机的选择采用j23-3.15压力机，公称压力4.8kn，滑块行程25mm，行程次数200次/mh，最大封闭高度170mm，封闭高度调节量为25mm，工作台尺寸300*160mm滑块底面尺寸（前后*左右）100*90，工作台垫板厚度30m。5. 卸料装置的计算卸料装置由固定卸料装置和弹压卸料装置两大类组成此零件材料因为结构简单，不采用弹性卸料装置，使用钢性卸料装置 钢性卸料装置如图3-4：图3-4卸料板3.3凸凹模的加工凸、凹模的加工方法一般有两种一种是凸、凹模分开加工另一种是凸、凹模配合加工。凸、凹模分开加工时，是指凸模与凹模分别按图加工尺寸要求凸、凹模具有互换性，当制件形态复杂或凸、凹件配合较小时，采用分开加工法比较困难，此时，可采用配合加工法，即先加工凹模（凸模）这种加工法容易保证凸、凹模间的间隙。本文所述的这一种形状简单的 工件，采用凸、凹模分开加工较为适宜，为了保证凸、凹模的初始间隙合理，不仅凸、凹模要分开标注公差，而且要有较高的制造精度，以满足如下条件p+d（zmax-zmin） 3-4（公式）式中：p。d凸、凹模制造公差。zmax,zmin凸凹模大与最小双通间。3.4凸、凹模间隙冲裁模的凸模与凹模之间的间隙称为冲裁间隙。通常是指双边间隙，用z表示，单边间隙z/2表示。冲裁间隙对冲裁件的尺寸精度、断面质量及模具寿命都有较大的影响。因为此冲裁间隙是冲裁模设计的很重要的工艺参数。参考冲压工艺冲裁间隙模具设计书第2版如表格：表3-2 金属材料冲裁间隙材料厚度t纯铜、黄铜、软钢（wc=0.08%0.2%）z/tzminz/tzmax0.25%0.0107%0.0140.30.40.50.60.85%0.0150.0200.0250.0300.0407%0.0210.0280.0350.0420.056 已知工件材料为10f，材料厚度t=0.8mm,查表得：zmax=0.056m zmin=0.040m3.5凸凹模刃口尺寸计算3.5.1刃口尺寸计算的一般原则（一）刃口尺寸应保证冲出合格工件由于落料件的尺寸与凹模刃口尺寸基本相同，所以落料事应先计算凹模刃口尺寸，在依靠改变凸模刃口尺寸获得合理的冲裁间隙。而冲孔的尺寸雨凸模刃口尺寸基本相同，所以冲孔时应先计算凸模刃口尺寸，再依靠改变凹模刃口尺寸获得合理的冲裁间隙（二）刃口磨损一些仍能冲出合格工件随着冲裁次数的增加，凸模和凹模的刃口也随之不断被磨损。只要磨损量不超过一定限度，冲出的工件的尺寸虽有改变，却仍在工件公差允许范围之内，以保证模具能有一定的寿命。（三）设计时应取最小合理冲裁间隙刃口磨损后，将使冲裁间隙增大，所以设计模具时应取最小合理冲裁间隙。这样，在磨损一定范围内，实际间隙虽有增大却仍可能在合理范围内，也就仍能有一定的寿命。3.5.2刃口尺寸计算的方法（一）公差法制模时刃口尺寸的计算（二）配作法制模时刃口尺寸的计算（三）配作法的选择此材料采用配作法制模时刃口尺寸的计算，根据刃口尺寸计算公式： a类刃口尺寸： 3-5（公式）b类刃口尺寸：b= 3-6（公式）c类刃口尺寸: 3-7（公式）根据公差等级表it14查阅：40：0.62；60：0.74；30：0.62；r5-0.3；40，60，30是轴类尺寸，有2个r5是孔类尺寸。a类尺寸： b类尺寸：第四章 模具类型及结构的确定模具根据工件图的工艺分析，采用单工序落料，由于凸凹模的间隙比较大，模具采用后侧导柱模架就可满足使用要求，而不必采用滚动导柱模架。上模部分由垫板，凹模，卸料块，凹模垫板组成，模具下模部分由凸模卸料板和挡料装置组成。凹模采用整体凹模结构，板料采用手工送料，依靠凸模卸料板上导料销导向，档料销定位，移动时利用档料销定位产品铭牌毛胚的简单装配图：图4-1模具装配简图4.1 模具材料的选择要求模具材料是模具的制造基础，合理选择模具材料正确实施模具热处理工艺是保证模具寿命，提高模具质量和使用效能的关键，冷冲模是在常温下对材料进行压力加工和其他加工，所使用的模具，在使用中受到压缩，拉伸，弯曲，冲击，摩擦等机械力的作用。正常失效形式主要磨损，脆断，弯曲，啃伤等，因此要求冷冲模具刚应有在相应的热处理后，具有较高的变形抗力，断裂抗力，耐磨损，抗疲劳等能力，以保证模具的精度和寿命当前我国常用的冷作模具钢有gr12，gr12mov，grwmn，w18cr4v等。该模具的材料1、固定板、卸料板采用45钢2、凸模、凹模采用cr123、模柄采用q2354、上模座、下模座采用标准模架5、垫板，采用q235热处理淬火4.2 凸模结构设计凸模结构设计的三原则1)精确定位凸模安装到固定板上以后，在工作过程中，其轴线或母线相对于固定板的位置不允许发生任何方向的改变。否则，就会改变冲裁间隙的均匀性，降低模具寿命，严重时会造成啃模事故。2)防止拔出在回程中，卸料力对凸模产生拉伸作用，凸模的结构应能防止其从固定板中拔出来。（2）凸模的类型1）标准圆凸模 2）凸缘式凸模 3)铆装式凸模 4）直通式凸模5）镶拼式凸模（3）此材料的凸模选择此材料该设计为直通式凸模外形凸模材料选用gr12钢，gr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢淬火加热时碳化物大量容人奥氏体。淬火后得高硬度马氏体；回火时氏体析出大量弥散分布的碳化物，由于其硬度很高，因而提高了钢的耐磨性，gr又是等温转弯曲线右移，从而增加了钢的淬透性马氏体相变点低，淬火后模具钢中有大量的残留奥氏体，减少了模具淬火时的变形量，由于gr12刚具有硬度和良好的耐磨性，所以在冷做模具中得到了广泛应用。4.3 钢性卸料板设计因为该加工材料厚度为0.8，挡料销因取3，又因为加工材料是一个一个进的，所以卸料高度该取7mm。卸料板采用m6螺纹与凹模连接，厚度该取12mm。为了保证送料准确，卸料板长度和凹模长度一样大。导料板厚度为60mm。钢性卸料板图：图4-2卸料板凸模长度的确定1)凸模长度简要的分析设计模具时，如果选定了模具标准中的典型组合，则凸模的长度就确定了，不需计算凸模长度。在设计非标准模具时，需按模具的不同结构形式来计算凸模的长度。固定卸料的凸模长度固定卸料式模具的凸模长度l按下式计算： 4-1（公式）式中凸模固定厚度； 固定卸料板厚度； 导料板厚度；考虑凸模需要刃磨、凸模固定板与卸料板之间需要有安全距离等因素，所附加的长度。一般取(二)弹压卸料的凸模长度弹压卸料式模具的凸模长度l按下式计算: 4-2（公式）式中凸模固定板厚度（mm）; 弹压卸料板厚度（mm）；在预压状态下卸料橡皮的厚度（mm），=（0.850.9）h,h为自由状态下橡皮的厚度。式中，0.2mm是凸模端面缩进卸料板的距离。该卸料板的计算根据公式：凸模固定板厚度：15mm固定卸料板厚度：15mm导料板厚度;60mmh：20mml=15mm+15mm+60mm+20mm =110mm该材料采用直通式凸模，长度110mm。凸模的结构如图4-3图4-3凸模4.4 凹模结构的设计1、凹模板的外形和尺寸凹模结构设计包括：确定凹模的外形尺寸和厚度，选择凹模型孔侧壁的形状，确定凹模孔、螺孔和销孔的位置及标准尺寸等。凹模结构图：图4-4凹模2、凹模外形的确定凹模外形尺寸是否合理，将直接影响到凹模的强度，刚度和耐用度所以要经过一定计算来确定，各外形尺寸计算如下：凹模厚度h 查冲压手册表239 h=30凹模长度，通常压力中心不与矩形lb中心，相重合，特别是进冲裁时更是如此，这时就要对凹模有效面积进行修正，压力中心，o沿矩形lb长度方向处于对称线上，而沿宽度方向不在对称线上，可取o点长度宽方向到距边的最大距离b的一半，则lxb即为修正后的凹模有效面积，自矩形lb向四周扩大一个允许的凹模壁厚c值，可得凹模外形尺寸lb就能保证压力中心与凹模及模柄中心线重合，正冲压件宽度也在于对称中心。凹模壁厚c值主要考虑布置连接螺钉孔和销钉孔的需要，同时也能保证凹模的强度和刚度。取凹模壁厚c值时，还应注意以下几点，工件料薄时取表中较小值，反之取大值；型孔为圆弧时取小值，为直边时取中值，为尖角取大值；当设计标准模具或虽然设计非标准模具，但凹模板毛胚需要外购时，应将计算的凹模外形尺寸lb按模具国家标准中凹模板的系列尺寸进行修正，取较大规格的尺寸。长度l=l+2c=60+352=130mm宽度b=b+2c=40+352=110mm取凹模标准尺寸为：130mm110mm30mm，凹模材料选gr12钢，用螺钉和销钉直线固定在上模座，和螺钉和销钉孔。3、凹模强度校核凹模强度校核主要是检查其高度h，因为凹模下面秒年的模座或垫板上的洞口大，便凹模工作时受弯曲，若凹模高度不够使会产生弯曲变形，以至损坏，=弯 4-3（公式）式冲f冲裁力弯=弯曲应力弯=804.5 凸模固定板的设计凸模固定板的外形尺寸与凹模一致，为110130mm，凸模固定板型腔采用电火花线切割床加工，四个m8螺钉孔用6.5钻头 ，钻孔，用丝锥攻螺纹，2个8销孔用7.8的钻头钻孔，用绞孔。装配时用平面磨床对其进行模削，这样能够保证配合后圆柱凸模不会上下位移，减少冲击延长使用寿命固定板用螺钉固定装在上模上，材料采用45钢，调质热处理hrc4045，厚度15mm。凸模固定板设计图：图4-5固定板4.6 模架的确定根具前面切顶的模具类型和卸料，出料形式选择典型组合形式采用中回导柱模架依据凹模尺寸，查国标gb/t2855.961990和gb/t2855.101990确定上下模座查国标gb/t2861.11990和gb/t2861.61990确定导柱和导套上模座：22012540下模座： 22012550导柱： 25180导套： 251538装配图如图所示：结 论经过这一时间段的论文设计，完成了任务书所规定的任务。本设计涉及的课程很多，涉及到机械制图、冷冲压工艺及模具设计、模具制造工艺学、金属学与热处理、成型设备、cad绘图