毕业设计（论文）-多边形垫片的冲裁模设计.doc

中文题目：多边形垫片的冲裁模设计 毕业设计（论文）共 28 页 图纸共 4 张 完成日期 答辩日期 摘 要该冲裁件是平板件，我们采用了级进模的生产方式。我们要想做出该冲裁件，必须对它进行工艺分析，了解材料的特性，是否适合冲裁。然后我们才能对方案的确定，我们要合理的生产该冲裁件，最重要的就是排样图的设计，其次我们要计算材料的利用率和搭边值。下面我们就要对刃口尺寸与冲压力的确定。最后我们就开始设计我们的模具总图了，我们只需要对凹模板的设计，其他板类我们可以与凹模配做。关键词：级进模；工艺性；排样图；刃口尺寸；冲压力；凹模板全套图纸加扣 3012250582目 录前 言11 零件图21.1 冲裁件的分析21.1.1 产品分析21.1.2 材料分析31.2 公差等级31.2.1 已注公差31.2.2 未注公差32 冲裁件的工艺分析42.1 冲裁件的结构形状与材料的分析42.1.1 冲裁件的结构形状42.1.2 冲裁件的材料42.2 冲裁件的尺寸与尺寸精度的分析42.2.1 冲裁件的尺寸42.2.2 冲裁件的尺寸精度53 冲裁件的方案确定63.1 材料的利用率63.1.1 材料利用率的基本内容63.1.2 材料利用率的计算公式63.2 材料的搭边值63.2.1 最小搭边值63.2.2 搭边值的图表73.3 冲裁件的排样73.3.1 冲裁方式73.2.2 大批量冲裁方式94 凸、凹模刃口尺寸与冲压力的确定104.1 凸、凹模刃口尺寸104.1.1 计算原则104.1.2 计算公式104.2 冲压力114.2.1 冲裁力114.2.2 卸料力、推件力、顶件力114.2.3 压力机的确定125 模具总图135.1 凹模板135.1.1 凹模板的轮廓尺寸135.1.2 凹模板的简易图145.2 凸模与螺孔、销孔145.2.1 凸模145.2.2 凸模简易图155.2.3 螺孔、销孔165.3 模具装配图17总 结19致 谢20附 录21参考文献22苏州健雄职业技术学院毕业设计（论文）前 言模具是什么？模具是一种工具。冷冲压模具的设计与制造以塑形变形理论为基础，以塑性力学、材料力学、机械制造工艺、机械原理与设计等多学科应用为综合。冲压是利用安装在冲压设备上的模具对材料施加的压力，让其产生分离或塑性变形，然后等到所需零件的一种压力加工方法。由于通常是在常温下工作，所以又称为冷冲压。冷冲压 有提高材料利用率，降低材料成本、操作简单，生产效率高、质量稳定，产品互换性好、加工范围广等。冷冲压可分为分离工序和成形工序。按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模；按工序组合程度可分为单工序模、复合模、级进模；按有无导向或导向类型，又可分为有导向冲模和无导向冲模、导柱导向冲模和导板导向冲模；根据送料和出件方式又可分为手动模、半自动模和自动模；还可根据工作零件的材料分为钢质冲模、硬质合金冲模、锌基合金冲模、橡胶冲模等。模具行业是一个需长期积累经验的行业，一个模具师傅起码要有2到3年的实践经验，一个精通模具设计的工程师也要有5到8年的经验积累。但由于传统教育对模具人才的培养不足和坚持学习到最后的人较少等原因，我国模具人才的缺口较大。模具就是一个模型，按照这个模型做出产品来,但是模具是怎样生产出来的呢，可能除了模具专业人士大多数回答不出来.模具已经在我们生活当中起了不可替代的作用,我们的生活用品大部分离不开模具，如：电脑,电话机,传真机,键盘，杯子等等。这些塑胶制品就不用说了,另外像汽车和摩托发动机的外罩也是用模具做出来的，光一个汽车各种各样的模具就要用到2万多个.所以说现代生活模具的作用不可替代.只要批量生产就离不开模具。时代在进步，人类在发展，模具行业也发展的非常迅速，但是我国的模具人才非常的缺少。2016年，国内五金冲压模具行业发展特征明显，大型、精密、复杂产品成为行业主流，技术含量将不断提高，制造周期不断缩短，冲压件加工模具生产将继续朝着信息化、数字化、精细化、高速化和自动化方向发展，行业综合实力和核心竞争力显著提升。业内相关专家表示，价廉物美的中国冲压模具在 国际市场颇受欢迎，国产冲压模具在我国的模具进出口总额中占据第二的重要位置。冲压模具占模具进出口总额的百分比分别为40.33%和25.12%，已经成为国际冲压模具领域重要的出口国之一。1 零件图1.1 冲裁件的分析1.1.1 产品分析如下图1-1所示的冲裁件，产品名称为多边形垫片，我们容易看出它是平板件，所以非常适合大批量生产。图1-1 多边形垫片草图表1-1标准公差数值基本尺寸mm公差等级IT12IT14大于至mm6100.150.2210180.180.2718300.210.3330500.250.39801200.350.541.1.2 材料分析该冲裁件是采用了08碳素结构钢（已退火），材料的厚度选用1mm。1.2 公差等级1.2.1 已注公差该冲裁件属于平板件，需要大批量生产，所以我们已注公差选用了IT12。如表1-1所示。1.2.2 未注公差该冲裁件结构简单，尺寸精度不必要太高，所以我们一般未注公差都会选用IT14。如表1-1所示。2 冲裁件的工艺分析2.1 冲裁件的结构形状与材料的分析2.1.1 冲裁件的结构形状该冲裁件结构形状简单，属于中心对称图形，它的外形是由多条直边，多条边为直线带圆弧且在转角处都是以R2为圆角，内形是由圆长孔组成，适合冲裁。2.1.2 冲裁件的材料该冲裁件是08碳素结构钢，该冲裁件的材料状态是退火的，它的具体性能为：材料状态为已退火，抗剪强度为255333MPa,抗拉强度为324441MPa.伸长率为32%，屈服点为196MPa，弹性模量为186 103 MPa。2.2 冲裁件的尺寸与尺寸精度的分析2.2.1 冲裁件的尺寸该冲裁件的外形尺寸长为96mm,宽为40mm，材料的厚度为1mm，内孔为两个149mm的矩形加四个半径为4.5mm的半圆，且中心距为48mm。表2-1冲裁件外形与内孔尺寸公差料厚tmm冲裁件尺寸一般精度的冲裁件较高精度的冲裁件50150501501 20.300.080.160.10注：分子为外形尺寸公差，分母为内孔尺寸公差。2.2.2 冲裁件的尺寸精度该冲裁件的自由尺寸没有给出一定的公差值，所以说我们的冲裁件尺寸精度要求不高，我们一般都会按照IT14来确定冲裁件的自由尺寸公差。我们查书上的公差等级表可以得出外形尺寸的公差为96上公差为0，下公差为-0.35；25上公差为0，下公差为-0.21；40上公差为0，下公差为-0.25；内形尺寸的公差为R4.5；14上公差为0.18，下公差为0；及该冲裁件的中心距尺寸公差为48上下公差均为0.25。表2-2冲裁件孔中心距公差料厚tmm普通冲裁模高级冲裁模孔距的基本尺寸孔距的基本尺寸5050120.250.10注：表2-2中所列出的孔距公差适用于两孔同时冲出的情况。3 冲裁件的方案确定3.1 材料的利用率3.1.1 材料利用率的基本内容材料的利用率就是指该冲裁件的实际面积与用了的材料的面积的百分比，材料利用率越高，我们可以看出同样数量的材料可以生产出更多的冲裁件。首先我们要在一个步距内计算出所使用的材料利用率。3.1.2 材料利用率的计算公式在一个步距内所使用的材料利用率，可以表达成：=A/Bs100%我们的A表示为一个步距内冲裁件的实际面积；B表示条料的宽度；s表示步距及冲裁时条料在模具上每次送进的距离，它的值为两个对应冲裁件间对应点之间的距离。3.2 材料的搭边值3.2.1 最小搭边值根据我们的书上的表格可以计算出我们要的最小搭边值，而要选出最小搭边值，首先我们要知道材料的厚度，还有我们的冲裁件是否是圆形、圆角或者是矩形的工件，要是矩形件的话还有两种计算，它的计算分别是：矩形件的边长L小于等于50、还有的就是矩形件的边长大于50的工件，圆角也有两种计算，分别是圆形或圆角r大于2t的工件（t是材料的厚度）和圆角r小于等于2t。从我们做的工件来说，显而易见我们要选用矩形件的边长L小于等于50，我们如何来确定我们要选用这样的方法，还有我们如何来确定工件间a1和侧边a。3.2.2 搭边值的图表表3-1最小搭边值材料厚度tmm矩形件边长L50工件间a1侧边a0.81.21.21.53.3 冲裁件的排样3.3.1 冲裁方式排样图是至关重要的一步，它不仅仅是冲裁件排样的设计形式，另外它还是冲压工艺的过程和模具的种类，甚至它还能大致的表达出这个模具的尺寸大小。在画排样图的时候，我们要注意几个方面：排样图上应该标注B（条料宽度）、L（条料长度）、t（板料厚度）、s（步距）、a1（工件间）和a（侧搭边值）。图3-1 排样草图如上图3-1是冲孔、落料级进冲裁方式，我们有零件的工艺分析得出了材料的厚度是1mm，所以t=1mm，我们从书上得出侧边a=1.2mm，但是我们为了这个条料宽度的尺寸是整数，这样我们容易做出。图3-2 排样草图如上图3-2是冲孔、落料复合冲裁方式。图3-3 排样草图如上图3-3是先落料后冲孔的单工序冲裁。这样冲裁不利于我们加工，还需要二次加工，所以我们不选用这种冲裁方法。我们可以清楚的看出上面三个图中材料利用率是一样的，所以我们只需要计算出一个即可，那我们就以图（3-1）来说=A/Bs100%=（25x28x2+40x40）（43x97.5）x100%71.6%。由数据我们可以看出我们的材料利用率是71.6%，但是就是有一个缺点，就是生产效率慢，我们需要生产效率高，大批量生产，所以我们还要重新做一份排样图进行比较。3.2.2 大批量冲裁方式图3-4 排样草图如上图3-4我们采用级进冲裁，在相对理想的状态下，将冲裁件的两边结合来做这样我们充分的利用条料，也增加了我们的利用率，那么我们的零件的利用率=A/Bs100%=（25x28x4+40x80）（83x97.5）74.1%。这样做我们的材料利用率是提高了。图3-5 排样草图如上图3-5我们也采用了级进冲裁，为什么我们要这样进行排样?这样的排样好处是什么？我们选择这样排样的方法可以让我们充分的利用冲裁条料，我们也不用在理想的状态下进行，我们可以直接对该冲裁件进行排样，那么该冲裁件的材料利用率=A/Bs100%=（25x28x4+40x80）（75.5x97.5）81.5%。综上所述，我们还是采用图（3-5）的排样方法，这样我们可以充分的利用条料，我们可以增加我们的材料利用率，为我们经济省下一笔不小的开销。另外我们选用级进冲裁的方式。为什么我们要选用这种冲裁方式？因为我们要进行大批量生产，而且这种冲裁方法也适合我们的冲裁件，毕竟我们的冲裁件是平板件，而且工件简单，容易冲裁。4 凸、凹模刃口尺寸与冲压力的确定4.1 凸、凹模刃口尺寸4.1.1 计算原则我们的冲孔尺寸等于凸模刃口尺寸，落料尺寸等于凹模刃口尺寸，所以我们在计算落料模时，应该以凹模刃口尺寸为基准，间隙要在凸模上得出，反之冲孔模时，与落料模相反。我们这套模具是采用凹模与凸模的配合来加工的，因为我们做的冲裁件是冲孔、落料件，所以我们要先计算出凸模的刃口尺寸。因为我们的凹模是与凸模配做，在保证间隙稳定的情况下，进行凸模与凹模配做。4.1.2 计算公式表4-1刃口尺寸计算冲裁件的尺寸冲裁件的公差刃口磨损后尺寸变化刃口公差磨损系数公式结果冲孔的尺寸9+0.150.凸模变小T=.0.75dp=(dmin+)0-p9.110-0.0214+0.180.凸模变小14.130-0.02落料的尺寸250-0.21.凹模变大Dd=(Dmax-)+ d 024.85+0.0250400-0.25.凹模变大39.82+0.03 0中心距尺寸480.25.不变c=.CA=C12C480.01表4-2矩形冲裁时凸、凹模刃口的制造公差基本尺寸凸模偏差p凹模偏差d180.0200.02018300.0200.02530800.0200.030dp-冲孔凸模的刃口尺寸（mm）;Dd-落料凹模的刃口尺寸（mm）;Dmax-落料的最大极限尺寸（mm）；dmin-冲孔的最小极限尺寸（mm）;-冲裁件的制造公差（mm）;p-凸模刃口制造公差（mm）;d-凹模刃口制造公差（mm）；-磨损系数，值在0.5到1之间，与冲裁件的精度有关。4.2 冲压力4.2.1 冲裁力冲裁力是冲裁时凸模冲穿板料所需的压力。影响冲裁力有很多因素，主要有材料力学性能、材料的厚度、冲裁轮廓线长度、模具间隙大小和刃口锋利的程度。冲裁力的计算公式为F=KLtb=(1.31302255)=100.113KNF-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，我们一般取K=1.3。4.2.2 卸料力、推件力、顶件力影响卸料力、推件力和顶件力的因素很多，要精确的计算出还是有点难度的。在现实中，我们都采用以下公式计算：Fx=KxF=100.1130.04=4.00452KNFT=nKTF=100.1131.20.055=66.68KNFD=KDF=100.1130.06=60.001KN表4-3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；（表4-3）KT-推件力系数；（表4-3）KD-顶件力系数；（表4-3）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 压力机的确定我们采用了刚性卸料装置和下出料方式的冲模。公式为：F=F+FT=100113+2100=102.213KN。对于冲裁工序，压力机的公称压力应大于或等于冲裁时总冲压力的1.1至1.3倍。（1.11.3）F-压力机的公称压力；F-冲裁时的总冲压力。我们选的压力机是J23-16,它的具体规格与参数见（附录）。5 模具总图5.1 凹模板5.1.1 凹模板的轮廓尺寸我们这个冲裁矩形件凹模轮廓尺寸包括凹模板的长度（L）/宽度（B）和厚度（H）。凹模刃壁至凹模板外边长的距离（w1、w2、w3、w4）一般我们都会选用凹模板厚度的1.52倍，刃口要是圆弧的话，我们要取最小值，是直线时，要取中间值，为尖角时，我们要使用最大值。凹模板厚度的计算：H=KS2(15mm)。H-凹模板的厚度；S2-凹模宽度方向刃口最大的距离；K-板料厚度的影响系数，（表5-1）表5-1 K值的系数S2mm材料厚度tmm0.51500.30.35501000.20.22通过计算我们得出凹模板的长、宽、高分别是394mm、158mm、和15.95mm。我们为了制造凹模的简单，所以我们取凹模板（长、宽、高）为394mm、158mm、24mm。凹模板我们设计出来，基本上我们剩下的板类尺寸也随着凹模的尺寸来定，所以剩下的凸模固定板、凸模垫板、导料板的长和宽都与凹模一样，高度分别是15mm、10mm、15mm。上下模座和导柱、导套都与凹模周界配做（见参考文献冷冲模具设计与项目实践）。我们选用两侧导柱模架。5.1.2 凹模板的简易图图5-1 凹模板草图5.2 凸模与螺孔、销孔5.2.1 凸模凸模分为圆形凸模、非圆形凸模、大型凸模和冲小孔凸模。我们对该凸模进行计算，我们进行固定卸料的方式，它的计算公式为：L=h1+h2+h3+h=15+15+10+20=60mmL-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 凸模简易图图5-2 凸模草图5.2.3 螺孔、销孔表5-2 螺孔、销孔的最小布置尺寸简图螺钉孔M8M10M12M16M20M24A淬火101214202530不淬火81011162025B淬火789121317C淬火5不淬火3销钉孔6810121620D淬火91112151620不淬火678101316由于我们的工作零件较大，我们选用M16和M24，销孔我们也选用了8。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，所以我么采用4个螺钉连接。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，长度根据被连接零件的厚度来确定。（表5-2见参考文献冷冲模具设计与项目实践）5.3 模具装配图图5-3装配主视图草图图5-4俯视图草图图5-5左视图草图1上模座、2.垫板、3.凸模固定板、4.凸模、5.刚性卸料板、6.导料板、7.下模座、8.凹模板、9.内六角螺钉、10.模柄。总 结该冲裁件的设计过程的主要关注点在材料的工艺方案的分析和确定，还有就是在排样图的设计上。我们对排样冲裁件进行冲孔、落料级进冲压，保证了该产品的生产效率，又简化了模具结构，减小了模具尺寸，降低了模具成本，该级进模还采用了首件目测定位的方法。我们在做该冲裁件的时候，首先我们会考虑到材料是否适合冲裁，然后我们才有进一步的设计，接下来我们会对生产的批量进行总结，我们需要大批量生产，所以那些单工序模我们就不予理会。下面最重要的就是排样图的设计了。要想为了省时、省材、省钱，所以排样是至关重要的一步，我们需要进行多次排样的选择，我们按照材料的利用率和生产的批量，我们选用最好的一种排样。排样做完之后，我们要对凹模板进行计算，然后我们要计算凸、凹模的刃口尺寸，这一步，我们需要查很多资料，我们要计算尺寸，还要对刃口进行分析。凹模我们设计出来之后，其余板类基本都与凹模板相近，所以都容易设计出，唯一一个那就是凸模的设计，我们需要考虑方面有点多。接下来就是冲压力的计算了，我们还要计算出压力中心，冲压力我们还要考虑冲裁力、卸料力、推件力和顶件力。然后我们就可以在UG里画我们的零件图与装配图了，我们还需要考虑用弹性卸料还是刚性卸料，我选用的是刚性卸料。接下来就是导出CAD，剩下的我们只需要标注尺寸了，这也是一个考验人细心和耐力的过程。致 谢感谢学校老师这三年来对我们的帮助，我们遇到不会的，老师都会细心的帮我们解答。我们与老师在一起也很开心。还有要感谢所有教我们的任课老师们。感谢他们对我们的帮助，传授给我们不懂的知识，教我们如何在社会上立足。接下来我要感谢我的舍友们，感谢他们这三年来对我的帮助，遇到不懂的问题，我们经常在一起讨论。附 录 压力机的主要技术参数与技术规格型号J23-6.5J23-1