垫片零件落料冲孔模具及其计算程序的设计毕业设计论文

1、图书分类号：密 级：毕业设计(论文)垫片零件落料冲孔模具及其计算程序的设计DESIGN OF BLANKING PUNCHING DIE AND CALCULATION PROCEDURE OF GASKET PARTS 毕业设计(论文)学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月

2、 日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日II摘要本次设计的课题是垫片零件落料冲孔模具及其计算程序的设计。依据题目的要求，查阅有关文献资料，对垫片零件进行工艺方案分析，列出多种工艺方案比较其优缺点，然后

3、确定符合题目条件的最佳方案。在此基础上，介绍了零件的结构特点、工艺方案的设计、排样图的确定、冲压力以及模具凹、凸模尺寸的计算；分析了冲压模模架的基本类型和使用要求，绘制了装配图及模具主要零件图，完成了模具结构的总体设计。此外，为加快设计进程，开发了冲压模具相关计算的通用软件VB。关键词 垫片；冲压模；VBAbstractThe design of the subject is gasket parts blanking punching dies and its calculation program design. According to the requirements of

4、the subject, access to relevant literature, gasket parts of process analysis, lists a variety of process compares the advantages and disadvantages, then to determine compliance with the optimum solution of the problem. On this basis, introduces the structure characteristics of the part, process

5、 design, layout, rushed the calculation of pressure and die, punch size; analysis of the basic types of the stamping mould and use requirements, to draw the mold assembly drawing and the main parts of the map, complete the overall design of die structure. In addition, in order to speed up the d

6、esign process, the general software VB for the calculation of the stamping die was developed.Keywords Gasket stamping die VB毕业设计(论文)目 录摘要IAbstractII目 录I1 绪论11.1 模具发展概况11.2 冲压模具概况22冲压件的工艺分析32.1 任务描述32.2垫片零件工艺性分析32.3冲压工艺方案的确定42.4排样方式的确定及其计算43冲压工艺中的力学计算73.1冲压力的计算73.2压力中心的确定及相关计算84凹、凸模刃口尺寸的确定114.1 凹、凸模间

7、隙的确定114.2凹、凸模刃口尺寸的确定125模具总体设计186主要零部件设计196.1工作零件的结构设计196.1.1 凸模的设计196.1.2 凹模的设计206.1.3 凸模固定板和垫板226.2 定位零件226.3 卸料装置236.4 模架及其零件247冲压设备的选定258模具总装图和主要零件图269计算程序的设计29结论32致谢33参考文献34附录35141 绪论1.1 模具发展概况(1)模具现状模具是现代制造业的基本工艺装备之一，它因其效率高、质量好、材料消耗少、生产成本低而广泛用于制造业。所以模具工业有“不衰亡工业”之称。当前，世界模具工业规模庞大，生产总值维持在700亿到850亿

8、美元之间，但是市场需求总体上仍然处于不饱和状态的，模具行业发展前景良好。 模具的发展水平是一个国家现代化程度的重要标志之一。回顾以往的发展，我国在尖端模具工业技术上相比国外模具设计制造高水平的国家还有不小的差距，一些精密的模具还无法生产，只能向模具技术先进的发达国家进口来满足需要；但是经过了几十年的改革开放，我国的模具工业也初具规模，在国际竞争中价格优势很大。如1999年中国模具工业生产总值达245亿元人民币，有17000多个模具生产厂点，从业人数约50万，模具生产总值位居世界第三。着眼当前，世界模具技术和制造工艺不断发展、创新的，我国仍然处在相对落后的阶段，即我国正面临模具技术先进

9、的发达国家和模具产品成本低廉的发展中国家前后围剿的糟糕局面，承受着双面压力。因此，中国必须加快技术创新和生产管理，以适应日益激烈的国际竞争。（2）模具前景随着第三次工业革命的进行，许多以信息技术为基础的新兴科学如雨后春笋般涌出。CAD/ CAE/CAM技术就是新兴科学之一。将CAD/ CAE/CAM技术应用到模具设计和制造过程中，即是指以下三个方面。模具CAD完成工艺和模具结构的设计；模具CAE优化工艺参数和模具结构；模具CAM加工制造零件，并在加工过程中实施实时监督、控制、测试和管理。三者是有机结合的整体。CAD/ CAE/CAM技术作为新型科学的设计制造方法，可以优化模具结构及工艺参数，增

10、强模具设计的可靠性，加速模具的设计开发进程。此外，数控技术、电火花和线切割技术的广泛应用也加快了模具行业发展。多功能模具和模具标准件也都是模具未来模具发展的方向。多功能模具，顾名思义，冲压成型，叠压、攻丝、铆接和锁紧等多种功能集于一体的模具。因此，不难发现：多功能模具具有适用范围广，生产效率高，生产成本低等一系列的优势，其发展前景广阔 。而模具标准件的广泛使用是当前模具工业的另外一大特点。 标准件的使用可以大大加速模具的设计和制造过程，使企业生产成本降低，在竞争中突出价格优势。因此，模具产品必然将向多功能、标准化方向发展。1.2 冲压模具概况（1）冲压模具概述以安装在冲压设

11、备上的模具为工具，获得分离或者塑性变形的板料、条料和带料等，最终使产品具有一定大小、形状和力学性能的的塑性加工方法叫做冲压。而冲压的三要素是指冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料，冲压件则是它们三者相互结合的成果。冲压的三要素中，冲压工艺是所有冲压加工步骤的总和。冲压工艺过程的优劣，很大程度上决定了冲压件的质量和生产成本，因此冲压工艺过程的设计至关重要。同时，冲压设备和冲压材料的选择也影响着冲压件的生产。冲压模具是指冲压过程中使用的一种特殊工艺装备，它有着很多的结构类型。按照工序的组合方式通常可以分为单工序模、复合模和级进模。单工序模是指冲压设备的一次行程中只有一种冲裁工序完成的冲裁模，如冲孔模

12、。复合模是指冲压设备的一次行程中，同一个工位上的两道或两道以上不同冲裁工序同时完成的冲裁模。级进模是指冲压设备的一次行程中，按照一定加工顺序在同一模具的各自相应工位上多道工序依次完成的冲裁模。（2）冲压模具优势冲压模具有着举足轻重的地位,其规模约占模具工业的总产值50%。冲压模具无论在技术层面还是经济层面都具有非常突出的优点。具体如下：冲压加工的优点在于生产效率高，操作方便简单。冲压加工的优点在于冲压件的尺寸与形状精度得到了保证，而且冲压件的表面质量不会受到影响,同时冲压模具的寿命较长,所以冲压的质量稳定,加工误差小，所以冲压件互换性好。冲压加工的优点在于适用于尺寸范围相对较大、形状相对复杂的

13、零件。冲压加工的优点消耗的材料比较少，是一种节省材料的加工方法。本次毕业设计重点介绍了冲压模具的设计思路；讨论了级进模设计过程中零件的排样图、定位方案、冲压力和压力中心的计算方法；分析了模架的基本类型、使用条件；开发了计算通用软件VB等。总的来说，本次论文阐述的设计方案对于以后冲压模具的设计具有很大参考借鉴价值。2冲压件的工艺分析2.1 任务描述工件名称：垫片工件简图：如图2-1所示 生产批量：大批量材料：10钢厚度：0.8mm要求：(1)设计垫片零件的工艺方案及模具总体方案；(2)进行落料冲孔模具相关计算通用软件的开发；(3)绘制模具装配图及主要零件图。图2-1 零件图2.2垫片零件工艺性分

14、析该垫片零件只有冲孔和切侧刃、冲孔、落料三个基本工序。其材料为10钢，硬度和厚度适合冲裁。工件结构相对简单，整体结构为矩形且有1个直径10mm的孔；孔与边缘之间的距离满足冲裁要求，题目中没有给出具体的公差要求，因而工件的尺寸公差可以看做自由公差即是IT14级，此尺寸精度较低，普通冲裁就可以能满足要求。2.3冲压工艺方案的确定该零件有冲孔和切侧刃、冲孔、落料三个基本工序，有下面三种工艺方案：方案（1）：先落料和切侧刃，后冲孔，再冲孔。选择单工序模生产。方案（2）：先冲孔，后冲孔，再落料和切侧刃。选择单工序模生产。方案（3）：落料冲孔冲孔和切侧刃复合冲压。选择复合模生产。方案（4）：冲孔和切侧刃冲

15、孔落料级进冲压。选择级进模生产。方案（1）和方案（2）模具结构简单，但是需要三道工序三套模具，生产成本高却效率低，不能满足大批量生产要求，所以不予采用。方案（3）需要一套模具，工作精度和生产效率都比较高，但模具制造难度大，而且在清理落在模具上的产品和废料时会影响冲压速度，操作不方便，所以不予采用。方案（4）需要一副模具，生产成本低而效率高，操作简单方便，工件精度的加工精度能满足要求。综上所述，采用方案（4）最为合适。2.4排样方式的确定及其计算排样是工件在条料、带料或者板料上的摆放形式。排样是否合理，将直接影响材料利用率、冲压件加工质量和生产效率等。因此，级进模设计时，排样图首先要考虑。要得到

16、正确合理的排样图，首先要计算出其主要参数即搭边值。搭边是指冲压件之间以及冲压件与条料、板料边缘之间留下的余料。它的作用是补偿定位误差，以保证得到合格的冲压件，同时保证条料有一定刚度，方便送料。因此，搭边值的选择十分重要。搭边值取决于以下因素: 工件的尺寸和形状。当工件的尺寸相对较大或者形状相对复杂时，搭边值取相对较大的；反之，搭边值取相对较小的。 材料的硬度。当工件的硬度相对较大时，搭边值取相对较小的；反之，搭边值取相对较大的。排样的形式。如直排、斜排、对排等，搭边值都有各自不同的取值方式。当确定排样方法和搭边值之后，通过计算就可以得到条料宽度。其计算方法按照送料方式和定位方式的不同

17、可以分成三种，具体如下：在有导料板导向而且有侧压装置时；在用侧刃确定距离时；在有导料板导向但是没有侧压装置时。图2-2排样图题中垫片的形状整体上来说是圆形、矩形，这种情况下采用直排，此时，材料的利用率较高。排样图如图2-2所示，送料方式和定位方式采用侧刃确定距离。因此，用侧刃确定距离时计算方法的来计算条料宽度。条料宽度见式(2.1) ，导料板间距离见式(2.2) 式(2.1) 式(2.2)式中表示条料宽度方向的最大尺寸(mm)；表示条料宽度上的单向负偏差（mm），其值可以查表2-1；a表示侧搭边值（mm），其值可以查图2-3；z表示冲切之前条料板和导料板之间的间距（mm），其值可以查表2-2；

18、表示侧刃冲切的条料边宽度（mm），其值可以查表2-3；n表示侧刃数。此外，排样图中，冲件间搭边值见图2-3。因此，查表得Dmax=36mm，a=1.8mm，=0.15mm, z=0.5mm, a1=1.5mm，b1=1mm，n=1。但是，实际生产中侧搭边值a、冲件间搭边值a1、导料板与最宽条料之间的间隙要略大于标准值，条料宽度的单向（负向）偏差可以取零，故取Dmax=36mm，a=3mm，=0, =2mm, a1=2mm，b1=1mm，n=1。将以上数据代入公式（2.1）和公式（2.2），经计算得到条料宽度=(36+2*3+1)=43mm，导料板间距离=(36+2*3+1+2)=45mm，进距

19、s=28+2=30mm。一个进距内的材料利用率见式（2.3） 式(2.3)式中A表示一个进距内冲裁件的实际面积（）；B表示条料宽度（mm）；S表示进距，即冲裁时条料在模具上每次送进的距离（mm），其值为两个对应冲件间对应点的间距。所以， =74.1%表2-1条料宽度偏差（mm）条料宽度B（mm）材料厚度t（mm）0.50.51122335200.050.080.1020300.080.100.2030500.100.150.50501000.500.600.801.01001500.600.700.901.11502200.700.801.01.22003000.800.901.11.3表2-

20、2导料板与最宽条料之间的间隙（mm）材料厚度t（mm）无侧压装置有侧压装置条料宽度B（mm）条料宽度B（mm）10010020020030010010010.50.5158150.51158表2-3侧刃冲切的条料边宽度（mm）材料厚度t（mm）侧刃冲切的条料边宽度（mm）金属材料非金属材料1511.5152152.5232.52.54图2-3搭边值3冲压工艺中的力学计算3.1冲压力的计算冲裁力、推件力、顶件力和卸料力一起总称为冲压力。冲压力是选择冲压设备最重要的依据之一。（1）冲裁力冲裁时，冲裁力是不断变化的，难以计算。但是看作成在冲裁件沿着边界撕裂的情况计算。此时，平刃口模具冲裁力F的计算方

21、法见式（3.1） 式(3.1)式中F表示冲裁力(N)；L表示冲裁件轮廓周边长度（mm）；K表示系数，一般取K=1.3；t表示材料厚度（mm）表示材料抗剪强度（MPa），其值见表3-1，故取=300Mpa。经计算得L=189.3mm。所以F=1.3*189.3*0.8*300=59062 N表3-1部分材料的抗剪强度（MPa）材料名称抗剪强度（Mpa）DT1, DT2, DT3180Q195270330Q215260350Q235320390Q255330430Q2754105000520005F20029008F2203001026034010F220320（2）卸料力、推件力和顶件力卸料力是

22、指卸下缠在凸模上的料的力。卸料力计算方法见式（3.2）推件力是指沿着冲裁方向推出堵塞在凹模里的料的力。推件力计算方法见式（3.3）顶件力是指逆冲裁方向推出在凹模里的料的力。计算方法见式（3.4） 式(3.2) 式(3.3) 式(3.4)式中,表示各自的卸料力系数，推件力系数，顶件力系数。其值见表3-2。因此，取=0.05，=0.055，=0.06；n表示凹模里面的冲压件数量，n=h/t（h是指凹模孔的直刃臂高度）。表3-2卸料力、推件力及顶件力的系数冲件材料纯铜和黄铜0.020.060.030.090.030.09铝和铝合金0.0250.080.030.070.030.07钢（厚度t/mm）0

23、.10.0650.0750150.140.10.50.0450.0550.0630.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03将上述数据代入公式（3.2）、公式（3.3）和公式（3.4），经计算得：卸料力=0.05*59061=2953 N推件力=0.055*（5/0.8）*59061=20303N顶件力=0.06*59061= 3544N（3）总冲压力总冲压力按照卸料方式和出料方式的不同，可以三种情况，具体如下：第一类：卸料装置为弹性，出料方式采用下出料；第二类：卸料装置为弹性，出料方式采用上出料；

24、第三类：卸料装置为刚性，出料方式采用下出料。本次设计中，综合考虑零件和模具结构，采用第三种卸料和出料方式较好，此时，总冲压力的计算方法见式（3.5） 式(3.5) 所以总的冲压力=59061+20303=79364N当选择冲压设备时，应该将总的冲压力=59061+20303=79364N考虑进去，即冲压设备的公称压力应该在总的冲压力的1.1倍到1.3倍之间。3.2压力中心的确定及相关计算压力中心是指所有冲压力合在一起的作用点。只有当冲压模具的压力中心与冲压设备的滑块中心时候同一点时，冲压设备才能平稳地工作。因此，必须计算出该垫片零件的压力中心。压力中心的计算方法可以分为按照单凸模冲裁时和多凸模

25、冲裁时的两种情况。（1）单凸模冲裁时的压力中心：对于形状简单、结构对称的冲压件，一般是指仅有直线段或者圆弧组成的对称零件，其压力中心就是冲压件的几何中心。具体而言，冲裁线段时，其压力中心即是线段的中点；冲裁圆弧时，其压力中心按照式（3.6）计算。 式(3.6)式中R表示圆弧半径(mm)；表示二分之一圆弧中心角度（）。对于形状复杂、不规则、不对称的冲压件，一般可以将其分割为直线段和圆弧组成的零件，然后分别计算各自的压力中心，再将它们按照力矩矢量合成为一点，这一点即是冲压件的压力中心。设图形轮廓各个线段的冲裁力为,各个线段的压力中心到坐标轴的距离和,则压力中心计算公式见式（3.7）、式（3.8）

26、式(3.7) 式(3.8)又因为线段的冲裁力与对应的线段长度成正比，所以可以用各线段的长度来代替各线段的冲裁力,此时，压力中心计算公式见式（3.9）、式（3.10） 式(3.9) 式(3.10)（2）多凸模冲裁时的压力中心：多凸模冲裁时的压力中心计算原理与单凸模冲裁压力中心计算原理基本相同，其具体步骤如下：选定坐标轴X-Y按照前述单凸模冲裁时的压力中心计算方法计算出各单一图形的压力中心到坐标轴的距离和计算各单一图形轮廓长度将计算数据代入式（3.9）、式（3.10）即可求得压力中心坐标（，）。因此，根据排样图画出冲裁件轮廓图，并且建立坐标系，标出各个冲裁图形中心位置相对于坐标轴X-Y的坐标，如图

27、3-1所示。图3-1压力中心对坐标轴X-Y的坐标本次设计中，综合考虑该垫片零件的尺寸和形状，由于落料与冲下、上缺口的图形轮廓虽然被分开，但是其整体结构上仍然是对称的，所以可各自合成“单凸模”进行计算。计算结果见表3-3。表3-3各图形的冲裁长度和压力中心坐标序号197002323003264504305920.5531.4600627421.5将表3-1的数据代入式（3.9）、式（3.10）得：=27.2mm=3mm因此，该垫片零件的压力中心为（27.2，3）。结论毕业设计目的是综合运用大学的课程知识，在训练中提高处理实际问题的能力，并能够解决一定的问题。此次毕业设计集合了工艺选择、模具设计、

28、工程绘图等三个方面综合的设计。（1）介绍了级进模的概念和本次垫片级进模的设计内容和要求。（2）对该垫片零件进行了工艺分析，包括对材料、形状结构及尺寸精度三个方面的分析，熟悉了该制件特点。（3）分析了零件的冲压可行性，并制订了该制件的冲压工艺方案：采用冲压级进模加工。工序步骤为：冲孔与切侧刃冲孔落料。根据工序步骤设计出了排样图，并确定了条料宽度为43mm。（4）进行了冲压力的计算。冲裁力约为59061N，卸料力、推件力、顶件力分别为2953N、20303N、3544N, 总的冲压力为79364N，然后根据总压力选择了型号为JB23-16的压力机，并进行了压力中心的计算，压力中心是（27.2,3）

29、。（5）进行了凹、凸模刃口尺寸的计算。确定了冲10mm孔，冲方形孔和落料等凹、凸模的基本尺寸，凹模的整体尺寸为140×100×25mm。（6）进行了模具主要零部件的设计。定位方式为侧刃定距，确定了导料板的尺寸；卸料方式为刚性卸料，刚性卸料板的尺寸为140×100×12mm；模架选用对角导柱模架，其基本尺寸为150×120mm。（7）最后进行了冲压方面VB程序的设计。减轻了大量繁琐的计算过程，能够实现条料宽度、冲压力和凹、凸模尺寸的计算。垫片零件是冲压加工中较为简单的零件，但要设计出一副完整的多工位级进模，还是有很大的难度。该模具中的模具结构和各

30、种尺寸，由于理论知识的不熟悉和对实际生产的不了解，肯定会出现错误和不合理之处，我将会通过后续的学习补充完善。致谢参考文献1 许树琴，王文平. 模具设计与制造M .北京:北京大学出版社,2013.2 刘朝福. 冲压模具M .北京:化学工业出版社,2011.3 周玲.冲模设计实例详解M.北京:化学工业出版社,2007.4 上海市职业指导培训中心.冲压模具加工技能快速入门M.南京:江苏科学 技术出版社,2010.5 路少磊,毕大森,于建忠.汽车门铰链冲压模具CAD/CAM 绿色制造技术 应用J.锻压技术,2014,39(8):86-91.6 李海生,寇菲菲,蔡强.基于知识元的冲压模具设计方法J.计算

31、机集成制 造系统,2014,20(2):259-266.7 仲伟萍,李雪艳,张西强.支架零件冲压模具设计及工艺J.热加工工艺, 2014,43(9):139-140.8 牟林，胡建华.冲压工艺与模具设计（第2版）M.北京:北京大学出版社, 2010.9 薛启翔.冲压工艺与模具设计实例分析M.北京:机械工业出版社,2008.10 薛启翔.冲压模具设计结构图册(二版)M.北京:化学工业出版社,2010.11 陈永.冲压工艺与模具设计M.北京:机械工业出版社,2009.12 薛启翔.冲压模具设计制造难点与窍门M.北京:机械工业出版社,2003.13 贾铁刚.冷冲压模设计与制造M.北京:机械工业出版社,2009.14 Venkatareddy Chilakala, Poli