毕业设计（论文）-开坚果器模具设计.doc

中文题目：开坚果器模具设计 毕业设计（论文）共 页 图纸共 张 完成日期 答辩日期 摘 要本次我所设计的是一套开坚果器的模具。这次设计，通过对零件进行工艺性分析，包括材质以及生产方式，确定以冷冲压的生产方式进行批量生产，从而进一步构思并罗列冲压工艺性设计方案，构想出排样、零件草图，计算其搭边值，刃口尺寸，冲压力等数值，结合所学知识内容运用AutoCAD、UG8.5这两款绘图软件进行二维和三维的绘制和总装配，对不合理之处进行修改及纠正，最终完成整副模具的设计。关键词：工艺性分析；工艺性设计方案；排样；搭边值；刃口尺寸；装配全套图纸加扣 3012250582目 录前 言11 产品的工艺分析31.1 产品的介绍和构想31.2 冲裁件的工艺性分析31.2.1 材料的分析31.2.2 尺寸精度41.3 产品零件图42 成形方案的确定与排样图设计52.1 方案种类及比较52.2 排样图设计52.2.1 排样尺寸的计算62.2.2 材料利用率73 凸、凹模刃口尺寸的确定83.1 凸、凹模刃口尺寸的计算原则和公式83.2 凸、凹模刃口尺寸的计算步骤84 模具的结构设计104.1 模具结构选用104.2 模具主要零部件设计104.2.1 凹模104.2.2 导料板及卸料板114.2.3 凸模125 冲压力计算及压力机选择135.1 冲压力的计算135.2 压力机的选定136 模具总装配图纸14总 结15致 谢16参考文献17苏州健雄职业技术学院毕业设计（论文）前 言模具是一种工业生产的基础工艺装备，是制造各类金属和非金属零件的重要生产工具。模具号称是“工业之母”，市面上形形色色的产品基本都离不开模具的生产和制造，小到一根弹簧、一个杯子，大到航天设备、重型机械配件，几乎处处都有模具的身影。在中国这个以制造业为著称的大国，以及产品竞争和不断更新的年代大环境背景下，“多、快、好、省”似乎就成为了整个制造行业的目标以及特色。对于模具行业来说，要想提高生产效率，有效降低制造成本，促进制造行业的经济发展，采用模具成形技术来生产和制造大批量产品是非常重要的途径之一。那么，何为模具成形技术？通俗的来说，模具成型技术就是一种少切削或无切削、多工序重合的零件加工生产方式。近年来，模具成形的生产工艺逐渐取代了传统的手动机加工，与之相比较，可成批量进行大规模生产，大大的提高了生产效率，保证零件的质量及精度尺寸等要求的同时，节省材料，降低生产成本，集以上优点，从而使模具占据生产行业的主导地位，给国民经济带来了显著的经济效益。模具技术的高低，直接决定了一个国家的发展情况，成为衡量国家制造业水平发达与否的一个不可撼动的重要标志。参考这几年模具工业的发展情况，模具行业总体呈上升发展趋势，一方面是产品多样性及使用量的需求，另一方面也离不开模具生产技术的日渐成熟。据统计，在美国、德国、日本等工业化发达国家中，从20世纪70年代起，模具行业的生产总值就超过了机床行业的生产总值，并从机床行业或机械行业中单独分离出来；至20世纪80年代末，仅用了近乎20年时间，模具行业彻底摆脱其所属地位，一跃成为国民经济的可靠支柱。在我国，模具行业的发展相比较西方等工业大国，起步稍有延后，但是，随着对这一行业的探索和对设备的熟练运用，我国的模具行业发展步伐日益加快，据可靠统计，从1997年开始，我国的模具行业生产总值就已经开始超过机床行业的生产总值，成为机械生产行业的佼佼者。在现代化工业生产过程中，近乎60%90%的工业产品都依托于模具的加工和制造。很多新产品的开发和生产都依赖于模具生产，类如汽车覆盖件的冲压模具、电子产品的精密塑料模具、钣金厂所使用的冲裁零部件、日常生活中使用到的塑料用具等，模具的用途涉及方方面面，繁多的种类也满足了各类产品生产的需要。就模具的分类而言，分为金属冲模、注塑模具、锻模和压铸模等几大类，在这些模具中，又以冲模的运用最为广泛。本文就是通过简述对模具的认知和理解，结合自身所学相关知识和工作经验，设计了一套冲压模模具，根据这个实例，对冲裁模在实际生产过程中应考虑的几个主要问题进行详细分析，并着重从产品的工艺性分析以及典型结构等方面阐述了冲压模模具在制造行业的重要性。 1 产品的工艺分析1.1 产品的介绍和构想此产品名为开坚果器，其自带一个钥匙扣眼，日常穿在钥匙环上，既可充当挂件又能作为工具使用，体积小巧，方便携带。图1-1为实物样品展示，参照样图，初步拟定选用304不锈钢材料，料厚为2mm，运用冲裁模的加工方式进行生产，图1-2是对该零件的构想。 图1-1 开坚果器实物样图 图1-2 开坚果器构想图1.2 冲裁件的工艺性分析冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性，冲裁件的材质、形状、结构、尺寸和公差等参数需符合冲裁工艺要求，要使冲压件的成本降低，工艺性的选定至关重要。一般情况，有以下几点因素会影响冲裁件的工艺性：1.材料的机械（力学）性能。脆性材料在裁剪过程中，得不到足够的光亮带，使得冲裁件质量不高；低硬度材料在裁剪过程中，易产生材料附着，高硬度材料冲裁压力大，影响模具寿命；坯料的好坏也影响着冲裁的工艺；2.冲裁件的结构与尺寸（形状、圆角、悬臂与窄槽、冲孔尺寸、孔间距和孔边距）；3.冲裁件的尺寸精度和断面粗糙度。良好的工艺性能直接影响着冲裁件产品的质量与精度，同时能降低冲压件的生产成本并延长模具的使用寿命。该零件为直金属片件，无弯曲要求，仅有冲孔和落料两道工序，边角去毛刺处理，结构简单，内、外形为圆角设计，圆弧的过渡有效避免了加工时的开裂，因此适合冲裁。1.2.1 材料的分析该零件需要具备一定的硬度、刚度和可塑性，又得适合冲裁的工艺加工，除此还要求防锈、耐腐蚀和较低廉的成本，综上，本人选用304不锈钢作为材料。该材料具备以下主要参数：条件屈服强度为205MPa，伸长率为40%，断面收缩率为60%，密度为(20，7.93g/cm3)。结论：304不锈钢是较为常用的冲压材料，韧性较高，加工性能好，防腐蚀性强，适合冲裁加工，因此选择该材料进行加工。1.2.2 尺寸精度考虑到该零件是日常损耗类物品，所以尺寸精度要求不高，取IT14级，又属于大批量生产物件，精度要求几乎可以忽略不计。查冷冲模具设计与项目实践表2-15 冲裁模外形与内孔尺寸公差、表2-16 冲裁件孔中心距公差，可得各尺寸公差为:零件外形： 30+0.28 -0.12mm 20+0.28 -0.12mm 零件内形： 3+0.24 -0.08mm 孔心距： 100.15mm 60.15mm 40.15mm 130.15mm 断面粗糙度： 3.21.5m1.3 产品零件图 图1-3 产品零件图经以上工艺和材质的分析，通过计算尺寸，参考实物样图，最终确定该产品零件图，见图1-3。2 成形方案的确定与排样图设计2.1 方案种类及比较常见的冲裁方案有以下几类：单工序模、复合模和级进模。（1）单工序冲裁模又被称为简单冲裁模，包括冲孔模、落料模、切断模和切口模等。在以上冲裁模中，落料模和冲孔模被广泛使用。（2）复合模是一种多工序冲模，在压力机行程过程中，模具的同一工位上同时能完成两道或以上不同的冲压工序。复合模的主要特征：至少存在一个具备双重作用的工作零件，把它称之为凸凹模。结构又分为正装式复合模和倒装式复合模两种，取决与凸凹模的装载方式，装于上模为正装式结构，反之，则为倒装式结构。 （3）级进模在结构上和复合模一样同属多工序冲模，但与复合模又有所不同，级进模是在一次工作行程中，冲压工序是在模具的不同工位上完成的，整个制件的成形在坯料连续送进的过程中逐渐完成，故又把级进模称之为连续模。该零件包含冲孔和落料两个基本工序，可以采用以下三个工艺方案：方案：先落料，再冲孔，采用单工序模加工方式加工生产；方案：落料冲孔复合冲压，采用复合模加工方式加工生产；方案：冲孔落料连续冲压，采用级进模加工方式加工生产。分析：方案模具结构简单，但需要两道工序和两套模具才能完成加工和生产，制作成本太高，不适合大批量生产；方案模具结构复杂，适合精度要求高的产品，清理废料困难，生产效率相对较低；方案级进模又称连续冲裁模，生产效率高，操作简单，适合大批量生产。总结：经以上比较，考虑到该零件尺寸要求精度不高，又是大批量生产，最终，决定按方案采用级进模的加工方式加工此零件。2.2 排样图设计排样的合理性直接决定了生产的成本和生产效率，现对该零件设计以下两种方案并作比较，分析其可行性，确定最终排样方案，图2-1和图2-2分别为方案一和方案二。图2-1方案一图2-2 方案二2.2.1 排样尺寸的计算排样时，冲裁工件与冲裁工件、冲裁工件与条料侧边之间留下的冲裁工艺余料称之为搭边。查冷冲模具设计与项目实践表2-19最小搭边值，按下列公式计算：条料宽度 B0 =（Dmax +2a）0 导料板间距离 B 0=B+Z=Dmax+2a+Z式中 Dmax条料宽度方向冲件的最大尺寸 条料宽度的单(负)向偏差 Z导料板与最宽条料间的间隙 B条料宽度 a侧搭边值 S步距：冲裁时条料每次送进的距离 B 0导料板间距离 计算得出： 表2-1 方案一和方案二导料板间距和步距的尺寸比较方案一方案二a取2mm，a1取3mma取2.5mm，a1取2.5mmB=D max+2a+ZB=D max+2a+Z=30+2X2+0.5=34mm=24+2.5X2+0.5=29mmS=24+3=27mmS=30+2.5=32.5mm2.2.2 材料利用率在冲压零件的成本结算中，材料费用约占冲压成本的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板料面积的百分比。计算一个步距的材料利用率： =A/BS100%代入数值解得： 方案一材料利用率为57.4% 方案二材料利用率为55.8%显然，方案一比方案二的材料利用率高，排样更合理。图2-3零件排样图通过排样图比较，参照材料利用率最终选择方案一，如图2-3为零件排样图3 凸、凹模刃口尺寸的确定3.1 凸、凹模刃口尺寸的计算原则和公式（1） 冲裁件的合理间隙值由模具刃口尺寸及公差保证； （2） 凸、凹模刃口尺寸的公差值根据结构设计和加工的方法以及冲裁间隙而定；（3） 在实际测量与使用过程中，落料件是以凹模为基准，间隙取于凸模上；冲孔、孔径是以凸模为基准，间隙取于凹模上； （4） 冲裁工艺在使用过程中根据规律可知，模具凸模越磨越小，模具凹模越磨越大，从而使得刃口间隙越来越大。设工件落料尺寸D0 ，冲孔尺寸D+ 0。根据凸、凹模刃口尺寸的计算原则，可得计算公式：落料 D d=（D max-x）+d 0D p=（D d-Z min）0 -p=（D max-x-Z min）0 -p冲孔 D p=（d min+x）0 -pd d=（d p+Z min）+d 0=（d min+x+Z min）+d 0式中 D d、D p落料凹、凸模的刃口尺寸（mm）；d p、d d冲孔凸、凹模的刃口尺寸（mm）； D max落料时最大极限尺寸（mm）；d min冲孔时最小极限尺寸（mm）；冲裁件的制造公差（mm，若冲裁件为自由尺寸，按IT14级精度要求处理）；Z min最小合理间隙（mm）； p、 d凸、凹模刃口尺寸制造公差（mm）；x磨损系数，x值在0.51之间，它与冲件精度有关，磨损系数为x=0.5。3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算步骤落料（20+0.28 -0.12）Z min=0.27mm，Z max=0.33mm，则Z max-Z min=0.06mm。 p=0.02mm， d=0.025mm。 p+ d=0.02mm+0.025mm=0.045mm. d=0.6(Z max-Z min)=0.60.06=0.036mm p=0.4(Z max-Z min)=0.40.06=0.024mmD d=（20.280.50.12）+0.036 0=20.22+0.036 0mmD p=（200.10）0 -0.024=19.90 -0.024mm冲孔（3+0.24 -0.08）Z min和Z max同上面的落料的参数相同，查冷冲模具设计与项目实践表2-6 刃口磨损系数x，得刃口磨损的系数为x=0.75。 p=0.02mm， d=0.02mm。 p+ d=0.02mm+0.02mm=0.04mm。所以： d p=（3+0.750.2）0 -0.02=3.150 -0.02mm d d=（3.24+0.10）+0.02 0=3.34+0.02 0mm 4 模具的结构设计4.1 模具结构选用 卸料方式：选择刚性固定卸料落料方式：选择下漏料导向方式：选择导柱导向送料方式：选择无侧压装置 凹模固定方式：因采用整体式凹模板，故利用螺钉和圆柱销固定凸模固定方式：嵌于凸模固定板，选择台阶式固定4.2 模具主要零部件设计4.2.1 凹模凹模板采用整体式结构，选择直壁形刃口形式，下壁口适当扩大，可使凹模板加工简单且有利冲裁件的取出，落料采用下漏料式。冲裁件料厚2mm，凹模宽度方向刃口尺寸最大距离S 2为32.5mm,查冷冲模具设计与项目实践表2-27得知，影响板料厚度的系数K取值0.42，计算凹模板厚度为：H=KS 2=0.42X32.5=13.65mm,又因为凹模板要求厚度不小于15mm,所以取板材厚度为15mm，凹模板的板料宽度为：B=W 3+S 2+W 4=20+32.5+20=72.5mm取整为73mm;凹模板的板料长度为：L=W 1+S 1+W 2=20+30+20=70mm最终确定，凹模板的外形尺寸（mm）为: 737015。图4-1所示为凹模板零件图图4-1 凹模板零件图4.2.2 导料板及卸料板导料板厚度查冷冲模具设计与项目实践表2-31导料板厚度，取值为10mm；卸料板厚度一般为凹模板厚度的0.81倍，由于该模具结构简单，导料板和卸料板同与凹模装配，故将二者整合，做成导、卸料一体式板料。其实际厚度等于两者板料厚度之和，为16mm。图4-2所示为固定导、卸料合板零件图图4-2 固定导、卸料合板零件图4.2.3 凸模凸模长度为导料板、卸料板、凸凹模固定板厚度以及附加长度之和，其公式为L=H 1+H 2+H 3+H 4代入实际尺寸，解得 L=47mm 图4-3所示为凸模零件图 图4-3 凸模零件图5 冲压力计算及压力机选择5.1 冲压力的计算冲压力的公式为 F=KLttb式中 F冲裁力（N）L冲裁件周边长度（mm） t材料厚度（mm） 材料抗剪强度(MPa)K考虑模具间隙的不均匀、刃口的磨损以及材料力学性能与厚度的波动等因素引入的修正系数，一般取课K=1.3。 F=KLttb=1.3（28+243.14）3600=241.86KN计算卸料力： 取Kx=0.05故 F 卸=0.05x241.86=12.09KN计算推件力： 取KT=0.045 h=12 n=h/t=12/2=6 F 推=6x0.045x241.86=65.30KN由于采用固定卸料方式，所以： F=241.86+65.30=307.16KN因此应选取的压力机公称压力为:P（1.11.3）=（1.11.3）x307.16 =368.59KN5.2 压力机的选定经以上计算，参考压力机规格，具体参数见下表5-1，表5-1 J23-63压力机参数公称力630KN模柄孔尺寸50x60mm滑块行程130-150mm滑块中心至机身距离230mm滑块行程次数-1 55min主电机功率5.5KW最大封闭高度320mm外型尺寸1810x1350x2740mm工作台尺寸480x750mm机器重量4000kg最终确定压力机型号为J23-63,它的压力为630KN368.59KN，适合冲裁该工件。 6 模具总装配图纸表6-1 模具总装配图 总 结本次的毕业设计，在借鉴相关课件及参考资料的理论知识基础下，结合实训经验以及对软件的应用，终于完成了本次的设计，通过对该零件的构想和实际操作计算，之前课堂所学专业知识内容得到巩固，在图书馆借阅各类机械相关书籍后，对模具这一行业有个更深刻、更全面的认识，这也为今后步入社会，从事相关行业打下了坚实的基础。本次毕业设计，从获取设计要求开始基本都没闲过，整天忙忙碌碌。设计过程中考虑的因素非常多，诸如材料的挑选、形状的构想、材料的利用率、排样的合理性、工艺复杂程度、压力机的选用、设计方案的可行性等，尤其是尺寸的计算。一次次不厌其烦的尺寸计算，一次次的比较，都要求设计者必须具备极高的细心和足够的耐心，如果尺寸稍有偏差或者设计不合理，那么对于生产加工来说就会造成极大的困难，甚至都无法进行加工，即使加工出来也是废品，既浪费时间又浪费消耗，可见，细心和耐心对于一个从事机械制造业相关人员来说多么重要。总之，在本次毕业设计过程中，我的个人设计能力得到大大加强，软件也得到了熟练的运用。通过查阅大量的相关书籍和资料，结合实训的操作经验，使我对模具设计与制造的过程都有了更为全面的认识和掌握，在此由衷地感谢学院和各位老师对我的帮助和指导，由于本人能力有限，设计过程中的错误和不合理之处不可避免，恳请导师加以批评指正，不胜感激。致 谢时光匆匆如流水，大学三年转瞬