阻尼件的模具设计与制造.doc

河南机电高等专科学校03届 毕业设计说明书毕业设计论文论文题目：阻尼件的模具设计与制造 系 部 材料系 专 业 模具设计与制造 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 第一章 任务来源及设计目的意义1.1设计任务来源零件简图：如下图一所示。工件名称：阻尼件生产批量：大批量材料：QBe2(铍青铜)材料厚度：0.2mm 1.2设计目的及意义冷冲压模具设计是在冷冲模设计理论教学之后进行的实践性教学环节。其目的在于巩固所学知识，熟悉有关资料，树立正确的设计思想，掌握设计方法，培养我们的独立思考能力和实际工作能力。通过冲模结构设计，使我们在冲压工艺性分析、冲压工艺方案论证、冲压工艺计算、冲模零件结构设计、编写技术文件和查阅技术文献等方面受到一次综合训练。本设计题目为阻尼件，对我们毕业生来说有一定的设计目的及意义：通过对该零件模具的设计，进一步加强了我们所学的冲压基本知识，让我们更加了解了模具各个组成部分、各个部分结构性能，以及各个结构的动作过程。为以后更好的就业工作打下了坚实的基础。第二章冲压件工艺性分析及工艺方案确定2.1冲压工艺性分析冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。所谓冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高，成本低的条件下得到质量合格的冲裁件。影响冲裁件工艺性的因素很多，如冲裁件的形状特点，尺寸大小、尺寸大小标注方法精、度要求和材料性能等。良好的冲裁工艺性应保证材料消耗少，工序数目少、模具结构简单而寿命长、产品质量稳定、操作简单等。【1】【1】刘建超、张宝忠主编冲压模具设计与制造高等教育出版社由工件图看，该工件形状简单对称，有落料、上拉深、下拉深三个工序。其主要尺寸18.98及36.58为IT8IT9级公差，因此凸、凹模制造公差可采用IT7级精度制造。工件生产批量为大批量，材料为铍青铜，属有色金属，具有良好的冲压性能，适合冲裁。在进行冲压工艺设计和模具设计时，应注意以下几点：（1） 制件材料为较贵重的铍青铜，制件形状为圆形凸缘形状。根据其制件形状尺寸，可设计用两副模具。（2） 根据制件形状特点，宜采用多工序模具设计时，应注意各工序之间的影响问题，前道工序应保证后一工序顺利进行。（3） 材料较薄，考虑制件精度，应注意压料和出料机构的设计。（4） 冲裁间隙，拉深凸凹模间隙及高度的确定，应符合制件要求。（5） 各工序凸、凹模动行程确定，应符合制件要求。（6）卸料装置的动作空间的确定，应保证制件及废料的顶出不相互干涉。2.2 工艺方案的确定在确定工艺方案时依据的原则：（1）保证冲裁件质量。（2）经济性原则。（3）安全性原则。 【2】【2】丁松聚主编机械工业出版社。由以上分析，拟定工艺方案如下：方案一：先落料、再拉深级进模生产。方案二：落料、拉深复合模冲压。采用复合模生产。方案一：只需两副模具，但模具结构复杂，送进操作不方便，工件尺寸偏差大精度高，平直度好，生产效率高。对以上方案分析比较，采用方案二为佳。第三章 模具主要设计计算及冲压设备选择3.1 毛坯尺寸计算根据表面积相等原则，用解析法将工件一一分开，最后求得该零件的毛坯直径D，具体计算如下：先算两个对称凸缘的表面积:A=2H-h)+/42r(d-2r)+8r+/4(d-2r)=360.188mm再算上面拉深所得形状表面积A；最后再算下面拉深所得的圆形表面A最后求出毛坯直径D=47.0mm3.2 排样及相关计算在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件形状尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。冲裁件在条料，带料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样是降低成本和保证冲裁件质量及模具寿命的有效措施，故排样时应考虑如下原则：提高材料利用率；合理排样方法使操作方便，劳动强度低且安全；模具结构简单，寿命长；保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。【3】因该工件是由圆弧组成，且形状和结构对称，采用直排时材料利用率高，故选择直排。【3】中国机械工业教育协会 组编冷冲模设计及制造机械工业出版社采用有废料直排的排样方式，相关计算见下表一。查板材标准，宜选用600mm800mm的板料，每张板料可剪裁11张条料，每张条料可冲裁13个工件，故每张板料的利用率为65。表一如下：项目分类备注排样查表2.5.2得最小搭边值a=1.8mm,a=2.0mm;查表317 得C=0.5, n=1；【4】步距SS=D+a49mm一个步距的材料利用率=100693冲 压力落料力FF=KLt13813.488N查附录A得=240480MP【5】卸料力FF= KF552.54N查表215得K=0.04；【5】拉深力FF=Kdt3723.538N3432.8N查附录A得=300600 MP压边力FF=AP2343.15N查表416得P=2.0【5】冲压工艺总力FF= F+ F+ F+ F23764.988N弹性卸料与推件【4】节选自冲压工艺与冲模设计 翁其金 主编【5】节选自冲模设计应用实例 模具实用技术丛书编委会 编 排样图如下图二所示：3.3 成形次数的确定。该工件需要两道拉深工序，这里需要判断是否能一次成形。根据公式：h/d=4/18.98=0.21,根据毛坯的相对厚度t/D=0.2/47=0.43,由此查表4.4.3得出表中数值，所以能一次成形。【1】3.4 冲压工序压力计算该工件采用复合模冲压，由于工件料厚较小，所以采用弹性装置，冲压力计算如上所示。3.5工作部分尺寸计算在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前,首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对简单对称，适宜采用线切割机床分别加工落料凹模、卸料板等，这种加工方法可以保证这些零件的精密度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法计算，具体计算如下： 表二如下：尺寸及分类凸、凹模间双面间隙尺寸偏差与磨损系数计算公式结果落料.0查表2.3.3得Z=0.03mm，Z=0.01mmX=0.75=0.062D=(D-X) 46.96D=( D- Z)46.92拉深36.6查表4.8.2得Z=0.4mm =0.4D=(D-0.75) D=( D- Z)D=36.57 D=36.1718.98D=18.87D=18.47上表模具制造公差是查表2.4.1所得，满足（Z- Z）和模具制造公差查表4.8.3所得。【1】3.6 冲压设备选择根据冲压工艺总力计算结果，并结合工件高度，选择冲压设备。冲压设备的选择应注意以下几点：压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力，即，式中所选压力机的吨位，冲裁时的总力；根据模具结构选择压力机类型和行程（冲程）次数，如复合模工作需从模具中间出件，最好选用可倾式压力机。根据模具尺寸大小，安装和进出料等情况选择压力机台面尺寸，如有推件时应考虑台面孔的大小使冲后有关零件能自由通过。选择压力机的闭合高度与模具是否匹配。模柄直径，长度尺寸是否与压力机滑块模柄直径、深度尺寸相当。压力机滑块行程应该是拉深深度的22.5倍。压力机的行程次数应当保证有最高的生产效率。压力机应该使用方便和安全。【6】【6】王芳主编机械工业出版社。依据上面所述，可初选为开式双柱可倾压力机J236.3。其主要技术参数为:公称压力:63KN滑块行程:35mm最大闭合高度:150mm滑块行程次数:170次/min工作台尺寸:200mm310mm模柄孔尺寸:30mm50mm 【5】3.7橡胶的选用选取橡胶作为弹性元件的原因，是由于橡胶允许承受的载荷较大，安装调整灵活方便。根据工艺性质和模具结构确定采用较硬橡胶，形状是圆筒形，数量为1块。这里选用的橡胶是用于模座下面的弹顶装置，对制件的弹顶起到良好作用。3.7.1 橡胶的选择原则：为保证橡胶正常工作，所选橡胶必须满足压力要求，即，橡胶在预压缩状态时的预压力，卸料力；橡胶所能产生的压力F，F=AP，A橡胶垫的横截面积，P橡胶的单位压力。为保证橡胶不过早失效，所选橡胶必须满足压缩量的要求，即+，橡胶的允许最大压缩量，一般取=35%45%，橡胶的自由高度；橡胶的预压缩量，一般可取=10%15%；橡胶的工作行程，它包括卸料板工作行程+凸模总修磨量，即=+。其中=+1mm，为材料厚度，一般可取510mm所选橡胶必须满足模具结构空间的要求，即在橡胶垫周围应留有足够的空隙，以容纳橡胶压缩时断面尺寸的胀大量。3.7.2 橡胶的设计计算下顶块压边采用橡胶作为弹性元件：其设计计算见下表三：项目公式结果备注橡胶的自由高度=432.8mm=（3.2+5）=8.2mm，取为的25%橡胶的预压缩量=15%4.92mm一般取=10%15%橡胶承受的载荷F1F1=+2566.282N选用一个圆筒形橡胶橡胶垫的外径DD=22.8mmd为圆筒形橡胶的内径，取d=13mm;P=0.5Mpa校核橡胶垫自由高度0.5/D=1.441.5满足要求橡胶垫安装高度=-27.88mm3.8弹簧的选用根据设计需要，上模弹性元件采用弹簧。弹簧的选用原则如下：（1）根据总卸料力F及模具结构拟用弹簧个数n，计算每个弹簧所受的载荷F= F/n。根据F的大小选用弹簧规格，且FF。另外hF+h经验正核算选为序号为7的弹簧。第四章模具的总体结构设计4.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，因此模具类型为复合模。4.2定位方式的选择a.导料销导料销是对条料或带料的侧向进行导向，以免送偏的定位零件。一般设有两个，并位于条料同侧，从右向左送料时，导料销装在后侧；从前向后送料时，导料销装在左侧。这里导料销装在凹模面上，为固定式的。导料销厚度选为68mm。b.压料装置为了解决拉深过程中的起皱问题，生产实际中的主要方法是采用压料装置。压料装置有刚性压料装置和弹性压料装置两种。是否采用压料装置主要看是否可能发生起皱。采用或不采用压料装置的条件是：第一次拉深：（t/D）1001.5，m0.6时采用压料装置。由于该制件（t/D）100=0.43小于1.5。因此，这里必须采用压料装置。c.挡料销挡料销起定位作用，用它挡住搭边或冲件轮廓，以限定条料送进距离。分为固定挡料销、活动挡料销、始用挡料销。这里选用标准结构的固定挡料销型，适宜于冲裁中、小型冲裁件的挡料定距。【1】4.3卸料出料方式的选择4.3.1卸料板的设计卸料装置分固定卸料装置、弹压卸料装置和废料切刀三种。卸料板用于卸掉卡在凸模上或凹模上的冲裁件或废料。固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。一般用于板料较厚（大于0.5mm）、卸料力较大、平直度要求不很高的冲裁件。弹压卸料装置是由卸料板、弹性元件（弹簧或橡胶）、卸料螺钉等组成。弹压卸料既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较高。因此，要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置。这里用弹压卸料装置。卸料板凸台部分高度为：h=H-(0.10.3)t式中：h-卸料板凸台高度；H-导料板高度；t-板料厚度 【1】卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为10mm，卸料板采用Q235钢制造，淬火硬度为4045HRC。4.3.2卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M1010mm，卸料钉尾部留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出端面1mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。4.4推件装置的选择推件装置有刚性和弹性两种。弹性推件器一般装于下模座下面，与下模板相连，这种装置除有推出工件的作用外，还能压平工件，还可用于卸料和缓冲。刚性推件器一般装于上模，推件力大且可靠。其推件力通过打杆推板推杆传至工件。推杆常选用34个且受力均匀、长短一致。这里由于制件较小，采用一个。推板装在上模板孔内，推板形状要按工件形状来设计。这里下模采用弹性推件器，上模也采用弹性推件器，采用推杆推出工件。4.5导向方式的选择模具导向零件是模具重要零件之一，其质量的好坏，对模具的制造精度、使用寿命和产品成形质量有着非常重要的作用。模具中最广泛的是导柱和导套。一般是由内、外圆柱表面组成。其加工精度要求主要体现在：内、外圆柱表面的表面粗糙度及尺寸精度，各配合圆柱表面的同轴度等。导向零件的配合表面都必须进行精加工，而且要有较好的耐磨性。一般导向零件配合表面的精度可达IT6，表面粗糙度Ra=0.20.1m 。对精密的导向零件配合表面的精度可达IT5，表面粗糙度Ra=0.10.05m 。导向零件的形状比较，加工方法一般采用普通机床进行粗加工和半精加工后在进行热处理，最后用磨床进行精加工，消除热处理引起的变形，提高配合表面的尺寸精度和减少配合表面的粗糙度。对于配合要求高、精度高的导向零件，还要对配合表面进行研磨，才能达到要求的精度和表面粗糙度。【3】导向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。对生产批量较大、零件公差要求高、寿命长的模具，一般都采用导向装置。为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该复合模采用中间导柱的导向方式。第五章模具的主要零部件设计5.1工作零件的结构设计5.1.1拉深凸模由于工件较小且对称，所以模具的工作零件均采用整体结构，拉深凸模、落料凹模和凸、凹模的结构如图所示。（附零件图3、4、5）为了实现先落料后拉深，模具装配后，应使拉深凸模的端面比落料凹模端面低。所以拉深凸模的长度可按下式计算：下模拉深凸模长度：L=H+H-H=15+15-2=28mm式中：H-凸模固定板厚度，H=15mmH-凹模厚度，H=15mmH-装配后，拉深凸模端面低于落料凹模端面高度，取H=2上模拉深凸模长度：取为29mm。其详图如下：5.1.2 落料凹模落料凹模的外形结构及其固定方法凹模的外形结构为矩形，采用螺钉和销钉直接固定在支承件上。凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证螺钉（或沉孔）之间，螺孔与销孔间及螺孔、销孔与凹模刃壁间的距离不能太近，否则会影响模具寿命。落料凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线割加工。其轮廓尺寸可按公式2.9.3、2.9.4计算：凹模厚度：H=kb=0.337=11.1mm,取为15 mm（查表2.9.5得k=0.3）凹模壁厚c=(1.52)H=(16.530)mm凹模宽度：B=60mm凹模长度：L=S+2S=47+222=91mm5.2固定板、垫板及其它设计5.2.1 固定板将凸模或凹模按一定相对位置压入固定后作为一个安装在上模座或下模座的板件上。模具中最常见的固定板，分为圆形固定板和矩形固定板两种，主要用于固定小型的凸模和凹模。固定板的设计应注意以下几点： 凸模固定板的厚度一般取凹模的0.60.8倍，其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板上的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6，凸模压装后端面要与固定板一起磨平。固定板的上、下表面应磨平，并与凸模安装孔的轴线垂直。固定板基面和压装配合面的表面粗糙度为Ra=1.60.8m，另一非基准面可适当降低要求。固定板材料一般采用Q235或45钢制造，无需热处理淬硬。【7】取凸模固定板的厚度为15mm，下固定板的厚度为15mm，采用Q235制作。【7】-史铁梁主编的冷冲模设计指导机械工业出版社。5.2.2 垫板垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，保护模座一面被凸模端面压陷。模具中最为常见的是凸模垫板，它被装于凸模固定板与模座之间。垫板外形尺寸可与固定板相同，其厚度一般取412mm，取H=10 mm。垫板材料为45钢，淬火硬度为4348HRC。垫板上、下表面应磨平，表面粗糙度为Ra=1.60.8m，以保证平行度要求。为了便于模具装配，垫板上销钉通过孔直径可比销钉直径增大0.30.5mm。【7】5.2.3 螺钉与销钉螺钉与销钉都是标准件，按标准选用。螺钉用于固定模具零件，一般选用内六角螺钉；销钉起定位作用，常用圆柱销钉。选用螺钉、销钉应注意以下几点：螺钉要均匀布置，尽量置于被固定件的外形轮廓附近。当被固定件为圆形时，一般采用34个螺钉。销钉一般都用两个，且尽量远距离错开布置，以保证定位可靠。螺钉之间、螺钉与销钉之间的距离，螺钉、销钉距刃口及外边缘的距离，均不应过小，以防降低强度。内六角螺钉通过孔及其螺钉装配尺寸应合理。连接件的销孔应配合加工，以保证位置精度，销钉孔与销钉采用H7/m6或H7/n6过渡配合。螺钉、销钉规格应根据冲压力大小，凹模厚度等确定。螺钉规格按表2.9.14螺钉规格选用查取，凹模厚度H=20mm，螺钉规格M6。【1】取螺钉规格M6，由表3-6螺钉直径与间距查得M6:min（10mm）,max（60mm）。【8】【8】马正元、韩启主编冲压工艺与模具设计机械工业出版社5.3其它零部件的设计与选用5.3.1弹性元件的设计采用弹性压料装置，压边圈在成形的过程中既起压边的作用，又起顶件的作用，将成形后包在拉深凸模上的工件卸下。其压力由标准缓冲器提供。5.3.2模架及其它零件的选用根据标准规定，模架主要有两大类：一类是由上模座，下模座，导柱，导套组成的导柱模模架；另一类是由弹压导板，下模座，导柱，导套组成的导板模模架。模具的全部零件都固定在模架上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉，压板固定在压力机工作台面上。上，下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。模架的基本要求：（1）要有足够的强度与刚度；（2）要有足够的精度（如上，下模座要平行，导柱，导套中心要与上，下模座垂直，模柄要与上模座垂直等）。（3）上，下模之间的导向要精确（导向件之间的间隙要很小，上，下模之间的移动应平稳和无滞住现象）。选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，坯件定位，出件方式，材料送进方向，导柱受力状态，操作是否方便等方面进行综合考虑。选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上及宽度上都应比凹模大3040mm。模板厚度一般等于凹模厚度的11.5倍，选择模架时还要注意到模架与压力机的安装关系。【1】由以上所述，这里选用中间导柱圆形标准模架。选用导柱d/mmL/mm，分别为20120，22120；导套d/mmL/mmD/mm,分别为206523，226523。上模座厚度取25mm,即H=25mm上模垫板厚度取15mm, 即H=15mm弹性卸料板厚度取15mm, 即H=15mm下固定板厚度取15mm, 即H=15mm下模垫板厚度取10mm, 即H=10mm下模座厚度取30H-凸凹模进入落料凹模的深度，H=8mm。可见该模具的闭合高度小于所选压力机J236.3的最大装模高度（150mm）,可以使用。5.3.3 模柄模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件，对它的基本要求是：一要与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠；二要与上模正确而可靠连接。这里采用旋入式模柄C型。【8】【8】王孝培主编冲压手册机械工业出版社。第六章模具总装的总装图通过以上设计，可得到如图所示装配图。（附模具装配图）一张。模具上模部分主要是由上模座、垫板、固定板、凸、凹模、拉深凸模（1个）及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。下模部分由下模座、垫板、固定板、压边圈、落料凹模、拉深凸模等组成。模具的工作过程：条料平放在凹模面上，送进通过导料销以及挡料销来定位。压力机带着上模下行，卸料板与压边圈一起压紧条料，先落料，后拉深；当拉深结束后，上模回程，落料后的料由卸料板从凸、凹模上卸下，拉深成形的工件由压力机上的横梁通过推杆从凸、凹模中弹性打下，用手工将工件取走后，将条料往前送进一个步距，进行下一个工件的生产。第七章模具零件的加工工艺凸、凹模的技术要求及加工特点冲裁属于分离工序，冲裁模凸、凹模带有锋利刃口，凸、凹模之间的间隙较小，其加工具有如下特点：凸、凹模材质一般是工具钢或合金工具钢，热处理后的硬度一般为5864HRC，凹模比凸模稍硬一些。凸、凹模精度主要根据冲裁件精度决定，一般尺寸精度在IT6IT9，工作表面粗糙度在Ra值为1.60.4m。凸、凹模工作端带有锋利刃口，刃口平直（斜刃除外），安装固定部分要符合配合要求。凸、凹模装配后应保证均匀的最小合理间隙。凸模的加工主要是外形加工，凹模的加工主要是孔（系）加工。凹模型孔加工和台阶式凸模加工常用线切割方法。【9】【9】郝滨海主编冲压模具简明设计手册，化学工业出版社。由以上技术要求及加工特点可以采用如下方案：下料锻造退火毛坯外形加工螺孔、销孔、穿丝孔加工淬火与回火磨削加工上、下面及基准面线切割加工钳工修整；该方案主要用于以线切割加工为主要工艺的凸、凹模加工，尤其适用形状复杂，热处理变形大的直通式凸模、凹模零件。落料凹模亦可采加工方案。模具典型零件机械加工工序卡表四上拉深凸模加工工艺过程零件图号08零件名称上拉深凸模工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成圆棒26mm32mm锻压机2热处理退火3车削按图车全形，单边留0.2mm精加工余量车床44钻孔热处理钻.0的孔按热处理工艺，淬火、回火达到钻床5060HRC5磨削磨外圆，两端面达到设计要求磨床6钳工精修全面达到设计要求7检验表五-凹模加工工艺过程零件图号11零件名称凹模工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻圆形115mm30mm空气锤2热处理退火3粗车达到10520mm。车床4热处理调质5磨平面磨平上下面。磨床6钳工划线划出各孔位置线，型孔轮廓线7铣漏料孔达到设计要求铣床8加工螺钉孔、销钉孔及穿丝孔按位置加工螺钉孔、销钉孔及穿丝孔钻床9热处理按热处理工艺，淬火、回火达到6064HRC10磨平面磨光上、下平面磨床11线切割按图纸切割型孔达到尺寸要求电火花线切割机床12钳工精修全面达到设计要求13检验第八章模具的装配与调试8.1 模具的装配在装配之前，必须仔细研究图样，根据模具结构的特点和技术要求，确定合理的装配次序和装配方法。此外，还应检查模具零件的加工质量，如凸、凹模刃口尺寸等，然后按照规定的技术要求进行