说明书-冲裁小垫片的模具设计

中文题目：冲裁小垫片的模具设计 毕业设计（论文）共 页 图纸共 张 完成日期 答辩日期 摘 要我这次所设计的是一个小垫片，这个垫片是我运用了两年的所学知识所设计出来的。这个垫片的设计，不仅仅是对我两年知识的审查，还能够提升自身的能力。这个垫片的设计概述了垫片的工艺特性、零件设计、模具设计。我采用了一套用来冲裁的模具，此设计在冲裁时我采用了倒装复合模，这样能够提高生产效率。在设计过程中，我使用了CAD、UG等现代模具设计软件。关键词：倒装复合膜；Ug；Cad 目 录前 言11 材料冲压性能分析21.1 材料的冲裁性能系数21.2 零件形状结构的冲压工艺性分析21.2.1零件尺寸精度的工艺性分析21.2.2冲裁件内外形公差31.2.3冲裁件的内孔尺寸公差31.2.4冲裁件的断面粗糙度与毛刺42冲裁工艺分析与确定52.1冲裁工艺52.1.1零件的冲裁工艺方案52.1.2 冲裁工艺的确定53 冲裁件排样方案的确定53.1 材料的利用率53.1.1 材料利用率的基本内容53.1.2 材料利用率的公式53.2 材料的搭边值63.2.1 搭边的基本内容63.2.2 搭边值的图表73.3 冲裁件的排样73.2.1 排样方式的确定74 凸凹模刃口尺寸与冲压力的确定84.1 凸凹模刃口尺寸计算原则和公式84.1.1 计算原则84.1.2 计算公式94.2 冲压力104.2.1 冲裁力104.2.2 卸料力、推件力、顶件力104.2.3 压力机的选取105 模具总结构图115.1 凹模板的设计115.1.1 凹模板的尺寸115.1.2 凹模板二维图125.2 凸模的设计125.2.1 凸模长度125.2.2 凸模二维图135.3 螺钉、销钉135.3.1 螺钉布置135.3.2 销钉布置14总 结15致 谢16附 录17参考文献19 前 言模具，工业生产上用以注塑、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。 简而言之，模具是用来成型物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。素有工业之母的称号。模具具有特定的轮廓或内腔形状，应用具有刃口的轮廓形状可以使坯料按轮廓线形状发生分离(冲裁)。应用内腔形状可使坯料获得相应的立体形状。模具一般包括动模和定模(或凸模和凹模)两个部分，二者可分可合。分开时取出制件，合拢时使坯料注入模具型腔成形。模具是精密工具，形状复杂，承受坯料的胀力，对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有较高要求，模具生产的发展水平是机械制造水平的重要标志之一。我国考古学家发现，早在2000多年前，我国就已有冲压模具被用于制造铜器了，这也证明了中国古代冲压模具方面的成就在世界领先。1953年，中国长春第一汽车制造厂首次建立了冲模车间，该厂在1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了长期的发展道路后，目前我国已形成了300多亿元各类冲压模具的生产能力。我国冲压模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面上都已有了很大的发展，但与世界先进水平相比，差距依然很大，一些大型、精度高、寿命长的高档模具每年还是在大量的进口，特别是高档轿车的覆盖件模具，目前仍是主要依靠进口。另外一些低档次的简单冲模，已展现出供过于求的现状，市场竟争激烈。1 材料冲压性能分析1.1 材料的冲裁性能系数根据要求，材料为45号钢，力学性能如下：抗剪强度 =432549 MPa 抗拉强度 b=539686 MPa屈服强度 s=353 MPa伸长率 =16 %弹性模量 E=200 MPa这个零件是一个冲裁小垫片，材料为45号钢，厚度为2mm，其中间有一个15的大圆和两个10的小圆，由于45号钢具有良好的冲压性能，所以选取45号钢作为材料。1.2 零件形状结构的冲压工艺性分析1.2.1零件尺寸精度的工艺性分析零件图：图1-1 零件草图表1-1零件基本参数零件名称精度板厚材料生产批量冲裁小垫片12级2mm45号钢大批量1.2.2冲裁件内外形公差表1-2标准公差基本尺寸mm公差等级IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14大于至mmm13610142540600.100.140.2536812183048750.120.180.30610915223658900.150.220.36183011182743701100.180.270.43305013213352841300.210.330.525080162539621001600.250.390.62查表1-2得：我们所做零件的内外形公差选IT12 1.2.3冲裁件的内孔尺寸公差 表1-3冲裁件外形与内孔尺寸公差 料厚t/mm冲裁件尺寸一般精度的冲裁件较高精度的冲裁件10105050150150300101050501501503000.20.50.080.100.140.200.0250.030.050.080.050.080.120.020.040.080.510.120.160.220.300.030.040.060.100.050.080.120.020.040.08120.180.220.300.500.040.060.080.120.060.100.160.030.060.10240.240.280.400.700.060.080.100.150.080.120.200.040.080.10查表1-3得：零件厚度为2mm，内孔直径为15与10时上公差为0.22，下公差为0.10。1.2.4冲裁件的断面粗糙度与毛刺 冲裁件的断面粗糙度及毛刺高度与材料塑性、材料厚度、冲裁间隙、刃口锋利程度、冲模结构以及凸模、凹模工作部分表面粗糙度等诸多因素有关。选用普通冲裁方式冲裁厚度为2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度值Ra一般可达3.212.5m。毛刺的允许高度见表1-4。表1-4普通冲裁毛刺的允许高度料厚t/mm0.30.30.50.51.01.01.51.52.0试模时0.0150.020.030.040.05生产时0.050.080.100.130.15查表得：生产时，当我们板料厚度为2mm时毛刺允许高度要小于0.15mm。2冲裁工艺分析与确定2.1冲裁工艺2.1.1零件的冲裁工艺方案一般来说，低精度，大批量，大尺寸的产品宜单工序生产，采用简单磨具。方案一：由单工序冲裁模来进行生产，先落料后冲孔；方案二：由复合冲裁模来进行生产，冲孔落料同时进行；方案三：由级进冲裁模进行生产，先冲孔后落料。 2.1.2 冲裁工艺的确定由于该冲裁件结构形状简单，属于中心对称图形，我选择方案三用级进模来设计。3 冲裁件排样方案的确定3.1 材料的利用率3.1.1 材料利用率的基本内容在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此，合理利用材料，提高材料利用率，是排样设计应考虑的重要因素之一。材料的利用率是指冲裁件的实际面积与所用所用板料面积的百分比。3.1.2 材料利用率的公式一个步距内的材料利用率=A/Bs100%A一个进距内冲裁件的实际面积（mm2）；B条料宽度（mm）；s步距（冲裁件时条料在模具上每次送进的距离，其值为两个对应冲件间对应点的间距，mm）。一张板料（或条料、带料）上总的材料利用率0=A1/BL100%n一张板料（或条料、带料）上冲裁件的总项目；A1一个冲裁件的实际面积（mm2）；L板料（或条料、带料）的长度（mm2）;B板料（或条料、带料）的宽度（mm2）。3.2 材料的搭边值3.2.1 搭边的基本内容排样时工件间以及工件与条料侧边间留下的余料称为搭边。搭边虽然是废料，但是在冲裁过程中起了很大的作用：补偿定位的误差，保证冲出合格的零件；使条料保持一定的刚度，保证顺利送料；使坯料在冲裁变形时能有足够的非变形区“强区”，避免毛刺被带入凹、凸模间隙，降低冲件的质量和模具的寿命。但是搭边的存在又必然的降低了材料的利用率，因此，设计排样图时必须合理确定搭边值。一般来说，搭边值的大小受到以下因素及规律的影响。（1） 材料的力学性能。硬材料的搭边值可以小些，软材料、脆材料的搭边值应该大些；（2） 冲裁件的形状和尺寸。冲裁件尺寸大或有尖凸的复杂形状时，搭边值要大些；（3） 材料厚度。厚材料的搭边值要取大一些；（4） 送料及挡料方式。用手工送料时，有侧压装置的搭边值可以小一些，用侧刃定距比用挡料销定距的搭边值小一些；（5） 卸料方式。弹性卸料（有压料）比刚性卸料（无压料）的搭边值小一些。实际应用中，搭边值一般由经验确定，见表3-13.2.2 搭边值的图表表最小搭边值3-1材料厚度t/mm圆形或圆角r2t的工件矩形件边长l50矩形件边长l50或圆角r2t工件间a1侧边a工件间a1侧边a工件间a1侧边a0.31.82.02.22.52.83.00.30.51.21.51.82.02.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.81.21.61.01.21.51.81.82.01.62.01.21.51.82.52.02.23.3 冲裁件的排样3.2.1 排样方式的确定考虑到这套模具的成本与模架的大小，下面我设计了两种排样方式进行比较。图3-1排样图图3-2排样图下面我们进行两种排样材料利用率的计算并进行比较。图3-1：一个步距的材料利用率=A/Bs100%=2389.76/（4677）80图3-2：一个步距的材料利用率=A/Bs100%=2389.76/(75.549)64经比较选用如图3-1所示的排样图。4 凸凹模刃口尺寸与冲压力的确定4.1 凸凹模刃口尺寸计算原则和公式4.1.1 计算原则冲裁件的尺寸精度取决于模具刃口尺寸的精度，合理的冲裁间隙也要靠模具刃口尺寸及其公差来保证。在计算刃口尺寸时，应分别按落料和冲孔两种情况考虑，并遵循以下的原则：（1）设计落料模时，以凹模刃口尺寸为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模刃口尺寸为基准，间隙取在凹模上。（2）刃口的基本尺寸应根据落料或冲孔、刃口磨损的方向和最小间隙来确定。（3）凸，凹模刃口的制造公差应根据凸，凹模的结构设计、加工方法和冲裁间隙的要求来确定。4.1.2 计算公式根据刃口尺寸计算原则，得到刃口尺寸的计算公式为：落料：Dd=(Dmax-)+d0Dp=（Dd-Zmin）0-p=(Dmax-Zmin)0-p冲孔：dp=（dmin+）0-pdd=（dp+Zmin）+d0=（dmin+Zmin）+d0Dd、Dp落料凹、凸模的刃口尺寸（mm）；dp、dd冲孔凸、凹模的刃口尺寸（mm）Dmax落料的最大尺寸（mm）dmin冲孔的最小尺寸（mm）冲裁件的公差（mm，如果冲裁件是任意尺寸，按IT14级精度处理）Zmin最小间隙（mm）p、d凸凹模的刃口公差（mm）x磨损系数，x值在0.51之间，它与冲裁件的精度有关，可按下列关系选择：冲裁件精度较高（IT10）时：x=1;冲裁件精度一般（IT11IT13）时：x=0.75；冲裁件精度较低（IT14以下）时：x=0.5落料：Dd=(Dmax-)+d0=（215-0.750.3）+d0=214.64+0.2250Dp=（Dd-Zmin）0-p=(215-0.750.3-Zmin)0-p=214.830-0.13冲孔：dp=（dmin+）0-p=（16+0.750.3）0-p=16.640+0.13dd=（dp+Zmin）+d0=（dmin+Zmin）+d0=14.85+0.22504.2 冲压力4.2.1 冲裁力F=KLtb式中F冲裁力（N）；L冲裁件周边长度（mm）；t材料厚度（mm）；b材料抗剪强度（Mpa）；K考虑模具间隙的不均匀、刃口的磨损、材料力学性能与厚度的波动等因素引入的修正系数，一般取K=1.3。经计算F冲= KLtb=1.3226.162500=294KN4.2.2 卸料力、推件力、顶件力FX=KXF=294 0.04=0.01KNFT=nKTF=2940.0551=0.16KNFD=KDF=2940.06=0.18KN表4-1卸料力、推件力和顶件力的系数冲件材料KXKTKD钢（料厚tmm）0.10.50.0450.0550.0630.080.52.50.040.050.0550.06KX-卸料力系数；KT-推件力系数；KD-顶件力系数；n-同时卡在凹模孔内的冲件数，n=ht（h为凹模孔口的直刃壁高度，t为材料厚度）。4.2.3 压力机的选取总压力计算F总=F+FX+FT=294+0.01+0.16=294.17KN对于冲裁件工序，压力机的公称压力应大于或等于冲裁时总冲压力的1.11.3倍，即P（1.11.3）F总P1.2294.17 353.004KNP-压力机的标称压力经计算我们选用的压力机为J23-35，它的主要技术规格见（附录1）5 模具总结构图5.1 凹模板的设计5.1.1 凹模板的尺寸H-凹模板厚度S2-凹模宽度方向刃口最大距离K-考虑板料厚度的影响系数表5-1系数K值S2/mm材料厚度t/mm0.51233500.30.350.420.50.6501000.20.220.280.350.421002000.150.180.20.240.32000.10.120.150.180.22凹模板厚度H=KS2=0.2877=21.56取22mm凹模板壁厚C=（1.52）H=3040取C=30mm凹模板宽度B=46+2C=106取110mm凹模板长度L=步距+2C=46+230=106取110mm所以，凹模轮廓尺寸为11011022（mm）5.1.2 凹模板二维图图5-1 凹模板5.2 凸模的设计5.2.1 凸模长度凸模长度的计算公式为：L=h1+h2+h3+h130mmL-凸模长度（mm）;h1-凸模固定板厚度（mm）；h2-卸料板厚度（mm）；h3-导料板厚度（mm）；h-附加长度，我们一般取15到20mm。5.2.2 凸模二维图图5-2 凸模5.3 螺钉、销钉5.3.1 螺钉布置 螺钉数量的确定由于凸模固定板将凸模与上模座相连接，其具体要求是可靠性和稳定性，故采用4个螺钉相连接。 螺钉大小的确定根据模具结构的需要，在保证连接可靠性的前提下，选取螺钉规格为M16和M12，长度根据被连接零件的厚度来确定。 螺钉位置的确定在确定螺钉位置时，选取对角布置的方式。5.3.2 销钉布置 销钉数量的确定 根据模具结构的要求，销钉在模具中主要起定位作用，故采用2个销钉。 销钉大小的确定由于该模具从外形结构上讲并不大，故采用6（销钉直径可取与螺钉直径相等或比螺钉直径小一个规格）。 销钉位置的确定为了保证被连接零件定位的准确性，采用对角布置。螺钉与销钉位置的确定具体参数见（附录2）总 结在经过多天的努力之下，我终于完成了这次的毕业设计。这次的毕业设计使我对自己所学的专业模具设计与制造有了一个新的了解。老师一共给了我们四个课题。塑料模、冲压模、Moldflow、成本估算。我选择了上学期我所设计过的冲压模。虽然这个零件我上学期我设计过，但是我还是重头开始设计。而这次的冲压模设计，让我学会了这个模具设计是围绕着自己所知的零件信息来展开设计。先从零件的工艺分析开始设计，零件的工艺分析又包括了零件材料、零件结构、零件的尺寸精度以及零件的批量生产。只有确定了这些因素能够满足零件的设计要求，我们才能够进行接下来的步骤。接着，对零件进行排样设计。一般来说，零件的排样方法有好几种，但是我所设计的零件垫圈结构简单，我选择了一次性加工的方法落料模生产。这样的排样方法，模具结构简单，生产效率高。接下来的工艺计算，不能出一点纰漏。最重要的就是刃口尺寸的计算。因为，冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度，合理的冲裁间隙也要考模具刃口尺寸及其公差来保证。这是我这次毕业设计中最重要的一项。在这次毕业设计的模具设计方面，我利用了销钉来定位凹模和卸料板以及下模座，销钉还被我用来固定凸模和凸模固定板以及上模座。最后用导柱来支撑上模架和下模架。大学三年生活就这么过去了。当初我来到这个学校时，对这一切都是感觉那么的好奇和新鲜。如今三年的时光转瞬离去，我已经成长成了一个青年，对接下来的生活也有了明确的规划。三年大学生活不仅让我学到了各种的专业知识，让我为自己毕业后的工作有准备，同时还教会了我如何学习。因为，当今的社会，不管我们在哪里，我们都要抱着一颗求学的心，这样才能迅速的在同届毕业生里出头。致 谢在这次设计过程中，我得到了老师和同学在各方面的帮助。在这我向各位老师和模具1413班的所有同学表示感谢，他们在我的整个设计过程中一直给予我帮助，解决了我设计上的很多问题。附 录 附录1 开式双柱可倾式压力机（部分）主要技术规格型号J23-6.5J23-10J23-16J23-25J23-35J23-40J23-63J23-80公称压力/KN63100160250350400630800滑块行程/mm3545556580100100130滑块行程次数(次/min)1701451205550804045最大闭合高度/mm150180220270280300400380闭合高度调节量/mm3535455560808090滑块中心线至床身距离/mm11013