金属压圈冲压模毕业论文

1、毕 业 设 计- 25 -金属压圈设计摘要 本设计为金属压圈设计。主要包括以下内容：分析冲压工艺性；确定排样方案；设计模具结构；计算冲压力的大小，选择压力机型号；计算压力中心；凸模、凹模和凸凹模的刃口尺寸的计算；设计模具的零件等。该产品在材料、结构、尺寸精度上都满足冲压工艺性要求；模具类型选择级进模生产；定位零件选择固定挡料销；送料方式为自动送料；卸料方式为弹性卸料；产品厚度t=2.0mm；排样方式为对排，材料利用率为52.75%；压力中心为（9.77,0）；该零件的冲压力为110.92KN；压力机为J23-40。在设计过程中遇到一些问题，如卡在拉深凸模上的冲压件卸料问题，如果选择一般的顶件装

2、置，会影响冲孔废料的排出，所以在本模具中，设计一个有橡胶和顶件块组成的顶件装置，类似于弹压式卸料装置，这样既不影响冲孔废料的排出，又可以把卡在拉深凸模上的拉深件顶出。本设计从实际出发，服务企业生产，设计严谨，所设计模具结构简单、易制造、寿命高，可为类似产品模具设计提高参考，促进此类型产品发展，使该类型模具不断发展和完善。关键词：金属压圈；冲压；级进；排样；工艺设计Metal compression ring with designAbstractThe design of the metal compression ring design. This design mainly include

3、s the following content: stamping process analysis; determine the layout scheme; die structure design; the impact pressure is calculated, choose the type of press; pressure center calculation; calculation of the size of the convex and concave die and punch cutting edge; mold design of the parts.The

4、product in the materials, structure, size precision can meet the requirement of stamping process; mold type selection of progressive die production; selection of fixed block material pin positioning parts; feeding mode of automatic feeding; unloading elastic unloading; thickness of the products t=2.

5、0mm; row patterns of row material utilization 52.75%; center of pressure（9.77,0）; part of the ram pressure of the 110.92KN; press for j23-40.In the design process encountered some problems, such as card in drawing punch stamping parts discharge problem, if the choice of ejecting devices will influen

6、ce the punching waste discharge, so in the mold, design a rubber and the top piece is composed of a top device, similar to dragoon type unloading device, which does not affect the punching waste discharge, the drawing in the drawing punch card ejection. This design from reality, service enterprises

7、production, rigorous design, the design of mold has the advantages of simple structure, easy manufacture, high life, for the die design of similar products improve reference, to promote the development of this type of product, make the mould of continuous development and improvement.Keywords: Metal

8、compression ring, stamping, progressive, layout, process design第1章 绪论1.1冲压的概述 冲压一种压力的加工方法，其原理是利用冲模对材料施加压力，使材料发生分离或产生塑性变形，以此得到所需要的零件。一般情况下是在常温下完成的，所以通常叫做冷冲压。冲压在金属材料加工上应用较广，尤其在汽车、仪表、军工、家用电器等工业中占有极其重要的地位，还在非金属材料和复合材料应用广泛。 冷冲压中占特别大的重要性，基本上，冲模不符合要求，一般就不能进行冲压加工。冲压最普通的特点就是依靠冲模和冲压设备完成其整个的加工过程。想实现自动化生产，生产效率高

9、一些，整个过程的操作简单一些，基本上冲压过后出来的零件是不需要经过切削加工的，有少量的是需要很少量的切削加工的，所以冲压是一种比较节省原材料、节省能源的无切削加工方法，或者说是比较节省原料、节省能源的少量的切削加工方法。因为冲压要求材料表面质量好，质量较高，尺寸公差较小，所以产品的互换性较好，相对也比较稳定。 冲压这种成型方法非常广泛的应用于大量生产的工厂车间中。越来越多的工业部门都都相继采用冷冲压加工的产品或零部件。1.2冲压技术的发展情况和发展趋势1.2.1冲压工艺方面的发展冲压技术发展的重要倾向是研究和推广以应用为目的，提高产品质量和生产效率，降低在实际生产过程的成本问题和尽可能的扩大这

10、种加工工艺的使用范围。在实际生产过程中,冲压的一些最新的技术已经开始取得了不错的的技术方面和经济方面的效果。1.2.2冲模设计与模具制造的发展生产中，完成冲压过程，必须需要冲模。当前，全世界的冲模的设计和制造方向的发展主要是呈现出两种明显的趋势。模具结构与精度有着两方面发展的趋势，一是为了适应高速、自动、精密、安全等大批量自动化生产的发展趋势，冲模的发展也是朝着高效、精密、长寿命、多工位、多功能这些方向迈进的；二是为了适应市场上产品更新换代迅速的要求，大量涌现了快速成型的方法和比较经济实惠的冲模的设计和制造的方面发展相对比较快速。模具技术中的模具设计与制造的现代化的发展，计算机技术的应用，信息

11、技术等领先的技术的应用的广泛，在模具设计与制造水平方面产生了翻天覆地的变化。现在发展的比较快的是模具CAD CAE CAM方向。在这些设计方向的发展，有大量的较成熟的计算机软件已经在国际上被非常广泛的应用开来，中国首先能引进吸收国际上广泛应用的设计软件，一些IT精英也在努力的想自己开发模具CAD CAE CAM趋向一体化发展的方面的技术。即使在总体的技术水平上与国际上的差距还不小，却也代表了模具技术在我国的发展成果和发展方向。1.2.3冲压设备和冲压生产自动化的发展想要提高冲压这种生产技术的生产水平，就得普遍的运用性能优益的冲压的设备。只有精度较高、自动化程度较高的冲压设备才能匹配的上效率较高

12、、精度较准确、寿命较长的冲压模；为了满足冲压新工艺的需要，专家们致力于研发新型结构的冲压设备；冲压的设备也在往功能越来越多、采用数控控制的方向发展，以此来满足新产品少量生产的需要；一些全自动新型装置在冲压车间的应用，大力提高了生产效率和安全系数。1.2.4冲压原理的发展和研究冲压变形基本原理的研究取得的突破与冷冲压工艺及冲模设计与制造方面的发展是分不开的。所以，要想提高冲压技术，就得对冲压成型的基本理论进行深入研究和突破。在设计这些方面，国内外的专家开展了了不少科研，也取得了不少成果。但是在总体上，对冲压成型一模具的基础理论和技术的研究还达不到工业发展的需求。1.3冲压设计的目的与意义全面的运

13、用了冲压课程上所学的专业课知识和一些基础的理论，利用此次机会培养我们以后做磨具设计的能力和习惯。学习冲压工艺设计的一些基础的方法，对整个冲压过程所需要进行的计算以及特殊的计算方法有相应的了解和掌握，养成正确的设计思想、计算、分析问题和解决问题的能力。在整个过程中，可培养学生自己自觉动手解决问题，动脑思考问题，善于向别人请教问题的习惯和职业素养。第2章 冲压工艺分析和工艺方案的确定2.1设计任务书的要求产品：金属压圈生产批量：大批量 材料：Q235厚度：2mm 图2-1冲裁零件图 2.2工艺性分析2.2.1材料 此冲压材料为Q235，Q235是碳素结构钢，其钢号中的Q代表屈服强度。通常情况下，该

14、钢不经过热处理直接进行使用。具有较好的冲压性能，比较适合做冲压材料。2.2.2结构形状结构相对较简单，为圆柱形，仅仅只有一个20mm的冲孔，由尺寸和查阅相关数据可知孔与边缘之间的间距也满足设计手册的要求。 表2-1有导向凸模冲孔最小尺寸 (mm)材料圆形（直径d）矩形（孔宽b）硬钢软钢及黄铜铝、锌0.5t0.35t0. 3t0.4t0.3t0.28t注：t为料厚。2.2.3尺寸精度与粗糙度 零件结构简单，根据任务书要求，故采用IT14级精度。普通冲裁即可达到零件图样要求，各尺寸公差如图2-2所示。表2-2一般冲裁件剪断面粗糙度材料厚度t（mm）112233445粗糙度（m）3.26.312.5

15、2550查表2-2得出工件表面粗糙度为6.3m。材料名称材料牌号抗剪强度（MPa）抗拉强度b（MPa）伸长率（%）屈服强度s（MPa）钢Q23514118837550016235本次设计的零件是一般的冲裁件，其特征是：工件尺寸相对较小，尺寸精度要求较低（IT14），材料强度要求不高，采用IT10级以上的冲裁模基本上就可满足零件精度的要求。因此磨具采用IT9级的精度。2.2.4材料性能表2-3 金属的机械性能查表2-3可得Q235的材料力学性能，抗剪强度=141188MPa，抗拉强度b=375500MPa，伸长率10=16%，屈服强度s=235MPa。该材料具有中等强度，并具有良好的塑性和韧性，

16、易于成型和焊接，比较适合冲裁，冲裁工艺性相对较好。此零件的工业上是小批量生产，在冲压的时候，比较容易操作生产，劳动强度不大，耗费也比较低，用冲裁加工比较适合，广泛用于制作有一定的强度和伸长率的一般机械零件。2.3确定冲裁工艺方案2.3.1冲压方案设定此工件的加工工序分冲孔和落料两道，冲压加工工艺方案有三种，如下：方案一：先进行落料操作，后进行冲孔操作，采用单工序模的生产方案。方案二：冲孔操作和落料操作同时进行，采用复合冲压和复合模生产的生产方案。方案三：先进行冲孔操作，后进行落料操作，采用级进冲压，级进模生产的生产方案。2.3.2冲压方案优缺点分析 方案一：模具结构相对较简单，冲压精度相对较低

17、，制造时间相对较短，耗费较少，每次冲裁所需的冲裁力不大，有自动送料装置，可连冲，但是速度要求要低。对工序和模具的要求都是需要两套才能加工出该零件。零件的精度无法保证，而且零件较小，冲孔一次过后，不易准确定位，生产过程中难以保证安全生产。方案二：只需要一副模具，冲压精度和生产效率较高，压料也不错，制件较平整，若工件的形状比较复杂，则这种形状的级进模比它的复合模难度要大一些，价格相对也贵一点，可用高速自动压力机。方案三：只需一副模具，有最好的生产效率，操作简单，冲压精度形状简单制件的复合模比级进模制造难度大，价格较高1。因为是小批量生产，将经济效益和冲压精度考虑到，该零件采用级进模冲裁方案。2.4

18、模具结构的确定2.4.1 模具类型由零件的冲裁工艺方案决定采用级进冲裁模1。2.4.2 送料方式送料方式有两种，分别为手动送料和自动送料。因为该工件要大量的生产，为了提高工件的生产效率，又得保证生产的安全，一般都会采用自动送料方式。2.4.3 定位方式2.4.3.1 条料的横向定位条料的横向定位装置主要有三种，分别为：导料销、导料板和侧压装置，如果采用的是固定的卸料冲模或者是级进的冲裁冲模来生产，条料的横向定位基本上都是采用导料板；对于复合冲裁模，一般用导料销导料；在级进冲裁模上安装侧压装置后，会使得条料紧贴基准导料板送进，可降低送料的误差，改善工件内形和外形的位置尺寸精度，在板厚不大于0.3

19、mm时，可以不用侧压的装置 ，自动的送料的那种模具也可以不用侧压装置。 因为冲裁件厚度为t=2.0mm，且设计中采用的是级进模生产，因此用导料板进行横向定位，而且这次是选用的是自动的送料方式，当然就可以不用侧压装置。2.4.3.2 条料的纵向定位若采用落料模或复合模生产，则纵向定位可保证纵向搭边值；但在级进冲裁模中，还会对制件的几何尺寸精度有影响，因此要求较高1。总向定位有七种，以下列出： （1）固定档料销：一般都安装在凹模型孔出材料的那一侧，落料以后产生废料孔可以用来档料，也可以控制送料的距离。 （2）活动档料销：活动的档料销具有一定的伸缩性。一般装在倒装复合模的弹性卸料板上1。 （3）回带

20、式档料装置：其是安装在固定的卸料板上的，起档料作用的装置。送料的时候，因为搭边会撞击到档料销端头斜面，所以档料销抬起就会越过搭边。此时档料销会套在落料后的废料孔里面，立刻回拉条料，利用搭边抵住档料销圆弧面，就可以定距。运用回带式的档料装置，因为每次送料时，搭边可以用来撞击档料销，这时候，板料不要过薄，一般会大于0.8mm，不过软铝板也不怎么适用1。 (4)始用档料装置：在选用级进模时，此问题显得非常的突出，应设置档料装置，在两个工位的级进模上。如果要增加一个工位，就得增加一个始用档料装置，运行太过麻烦。所以，工位比较多的级进模基本上都不会采用档料销来定距1。 (5)侧刃与侧刃挡块：侧刃可以被分

21、为平面型（型）和台阶型（型）两种类型，每种还有三个型号（A型、B型和C型）。一般在厚度大于1mm时，板料会采用台阶型进行冲裁，冲裁前凸出那部分先进入凹模导向，因为存在侧压力，所以会导致侧刃损坏1。 (6)导正销：运用侧刃来确定距离得时候，因为侧刃冲切过后的条料宽度比较准，可以很小的间隙跟着导料板来导料，故通常以为侧刃的定位的准确度较高。不过都属于接触定位，材料变形、毛刺等因素都能影响它，定位精度低于0.1mm。如果工件对形状的要求过高，不管是哪一种定距的方法，都满足不了要求。这时候，要想提高定距的精度，可采取设置导正销的方法1。 (7)定位板与定位销:块料、单个毛坯和工序件一般都是用定位板和定

22、位销定位。工序件定位面既可以用外形，也可以用内孔，应该由工件的形状、尺寸大小及定位准确定一起决定。外形简单的一般用外缘定位，复杂点的通常就采用内孔定位1。因为用级进模方式生产，又只有单单两个工位，准确度的要求也不高，故就用固定挡料销导料。2.4.4 卸料的方式和出件的方式 弹性卸料：若该卸料板既起卸料的作用又起压料的作用，则该卸料板是弹性卸料板。 刚性卸料：卸料板采用的是固定的结构。经常在硬厚精度要求不高的工件卸料时运用此法。因为工件平直度较高，料厚为2.0mm，相对较薄，卸料力较小，弹性卸料板会有一定的缓冲，工件表面得到较好的保护，因此采用弹性卸料方式。2.4.5 导向方式常见的导向方式有三

23、种，如下：1. 导板式导向装置：此种装置有两种形式，分别为：固定导板和弹压导板。导板的导向孔要按凸模的断面形状来加工，在冲压或刃磨中，凸模不能离开导板，故起到导向的作用1。工件形状比较复杂，导板加工和热处理也比较复杂，故在生产中，大多使用导柱及导套导向1。2. 导柱导套导向装置：导柱与导套的打牌都用H7/h6或H6/h5，而且成对得配合。要求导向的可靠，为了保证安装尺寸，导柱应该略长一点的，可以更好的保证导向性1。3. 滚珠导向装置：是一种无间隙导向，其精度较高、寿命较长，可用于精冲裁模、硬质合金模、高速冲模和其他精密的模具1。因为课题选用级进式冲裁模，又冲裁件具有较高的准确度，故选用导柱导套

24、式的导向装置。第3章 冲压工艺设计与计算3.1排样方式和材料利用率3.1.1排样的方式模具的设计，首要的就是要设计材料排样图。合理排样对提高材料利用率、降低生产成本具有重要的意义，但本次设计的金属压圈为圆柱形，结构简单，故本次的金属压圈级进模的设计排样方案只能选定为直排。3.1.2确定搭边值排样与冲裁件中，还有冲裁件与条料中间留下的工艺材料既是搭边。搭边有以下两个作用：第一是对定位产生的误差和剪板产生的误差进行补偿，保证冲出的零件合格；第二是能增多条料的刚度，使得条料送进简单。冲裁过程还有冲裁件质量与搭边的宽度有关。搭边很大的时时候，材料的利用率较低；搭边很小的时候，搭边的强度和刚度就不够，冲

25、裁时可能被拉断，也可能把单边拉到模具间隙里，使得冲裁力不均匀，使模具刃口损坏。所以，搭边值的设置应该适当，数值现在根据经验来定。通常来说，硬度大的材料的搭边值较小，软材料、脆材料的搭边值较大；冲裁大的或者是有复杂形状的时候，搭边值也较大；比较厚的材料的搭边值也比较大；用手工送料的方式或者是有侧压装置的搭边值要较小。最小工艺搭边值如表3-1所示。 表3-1 最小工艺搭边值 （mm）厚度材料 t圆件及r2t的圆角矩形件边长L50矩形件边长L50或圆角r2t工件间1 沿边工件间1 沿边 工件间1 沿边40.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590

26、.360.420.500.600.160.200.2418303080-0.020+0.020+0.025+0.03080120-0.025+0.035120180180260-0.030+0.040+0.045260360360500500-0.035-0.040-0.050+0.050+0.060+0.0703.3.2.2落料的模具刃口尺寸落料尺寸为42的圆弧时查表3-4、3-5得：p = 0.020mm ，d=0.025mm，x=0.75。由式（3-4）得：=0.020+0.025=0.045mmZmax-Zmin；不符合要求，由于尺寸相差太大，故只能采用凸、凹模配做法则凹模磨损后尺寸变

27、大。则以凹模为基准件计算凸、凹模尺寸即Dd=（Dmax）=（420.750.2）=41.85mm。为保证最小间隙Zmin=0.12mm所以取Dp=Dd-Zmin=41.85-0.12=41.73mm。凹、凸模尺寸如图3-7、3-8所示。图3-5 凹模刃口尺寸图3-6 凸模刃口尺寸3.4 冲裁力的计算计算冲裁力的目的就是选择合适的压力机，一般的，压力机的吨位肯定比计算的冲裁力大，来满足冲裁的要求，普通平刃冲裁模，冲裁力F一般按下式计算： F=KLtb (3-5）式中，F为冲裁力(N)；t为材料厚度（mm）；L为冲裁周边长度（mm）； K为系数；系数K是修正系数，考虑到在生产中，模具间隙值有波动和

28、不均为、刃口的磨损和厚度波动的影响而给出的，一般取K=1.3。 由图2-1计算得出零件内外周边之和为L=167.4mm，由表2-3材料性能得Q235钢的抗剪强度为b=141188Mpa，取b=160Mpa，成品厚度t=2.0mm。由式（3-5）得：F=1.3167.42160=69.64KN。图3-7 凹模刃口尺寸 图3-8 凸模刃口尺寸3.4.2 计算卸料力和推件力 压力机、卸料装置或顶件装置提供出来的力可用作卸料力、推件力和顶件力，材料的力学性能、材料的厚度、模具的间隙、凹模洞口的结构、搭边大小、润滑情况等都会影响这些力，一般常用下列经验公式计算：卸料力 FX=KXF （3-6）推件力 F

29、T=nKTF （3-7）顶件力 FD=KDF （3-8）式F为冲裁力（N）；n为同时梗塞在凹模内的工件（或废料）数；n= h为凹模洞口的直壁高度（mm）； t为材料厚度（mm）。 KX、KT、KD为卸料力系数、推件力系数、顶件力系数，见表3-6。查表3-6 得KX=0.040.05；取KX=0.045。卸料力 FX=KXF=0.04569.64=3.14KN；查表3-7 得 KT=0.06，h=6mm，n=3；推件力 FT=nKTF=30.0669.64=12.54KN。3.5 冲压设备的选择所计算出的冲压力必须小于压力机的公称压力。计算总压力FZ ，采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模：FZ

30、=F+FX+FT =69.64+3.14+12.54=85.32KN。压力机公称压力 P（1.11.3）FZ，通常情况下都是取系数为1.3，则P1.3FZ=1.385.32=110.92KN。由表3-8可得所选用的型号为J23-40。表3-6 卸料力系数、推件力系数和顶件力系数材料厚度t/mmKXKTKD钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.030.070.030.090.03铝、铝合金纯铜、黄铜0.0250.08

31、0.020.06表3-7 凹模参数主要参数材料厚度th/mm备注6.0表3-8 小型压力机参数 （mm）压力机型号公称压力/KN横杆断面尺寸（长宽）横杆孔尺寸（长宽）横杆孔距滑块下底面的距离J23-16J23-40J23-63J23-80J23-10016040063080010003515501860257030502070209025110351303595236270858090 第4章 冲压模具零件设计4.1工作零件的设计4.1.1凹模的设计4.1.1.1凹模的厚度H和和壁厚C根据经验公式，凹模的厚度H： H=KB（H15mm） （4-1） 凹模壁厚C： C=（1.52）H（C3040

32、mm） （4-2）式中，B为凹模孔的最大宽度；K为系数。则查表4-1知道K为0.42，由4-4则凹模的厚度H=0.4239mm=16.38mm，取H=18mm，由（4-2）得凹模壁厚C=218mm=36mm，取C=45mm。 表4-1系数K值Bmm料厚mm0.512332000.300.200.150.100.350.220.180.120.420.280.200.150.500.350.240.180.600.420.300.224.1.1.2凹模的外形尺寸 由于凹模的高度H=18mm，凹模的厚度C=45mm。根据JB/T7643-1994查表4-2得圆模的外形尺寸长度和宽度LB=6250m

33、m，厚度h=10mm。 表4-2矩形和圆形凹模的外形尺寸 (mm)矩形凹模的长度和宽度LB矩形和圆形凹模的厚度h圆形凹模直径d6250、636310、12、14、16、18、20628063、8080、1008012、14、16、18、20、2280、100125100、125125、（140）10014、16、18、20、22、25125（140）125、160100、16012516、18、20、22、25、28(100)160160、200（140）、20016016、20、22、25、28、32160做出凹模的加工图纸，见附录2。4.1.2冲孔凸模的设计将凸模固定在板上，冲孔为20mm

34、，适用于d=830mm，故采用B型圆形凸模，采用凸缘固定凸模。4.1.2.1冲孔凸模的长度凸模的长度为： L=H1+H2+H3+H4+H5 （4-3）式中，H1为凸模固定板的厚度（mm）；H2为卸料板的厚度（mm）；H3为导尺（导板）或坯料厚度（mm）；H4为模进入凹模的深度（mm）；H5为附加长度（mm）。由相关数据知：H1=20mm，H2=10mm，H3=2mm，H4=8mm，H5=25mm。由式（4-3）得：L=20+10+2+8+25mm=65mm。4.1.2.2凸模强度的校验（1）承压能力校验 （4-4）式中 ，d为凸模直径（mm）；t为毛坯的厚度（mm）；为毛坯材料的抗剪强度（Nm

35、m2）；c为凸模材料许用压力（Nmm2）。由式（4-4）得：=5=1.6，故符合要求。（2）失稳弯曲极限度校验本设计中为有导向圆形截面凸模故 Lmax270 （4-5）式中，P为冲材力；d为凸模直径。由（4-5）得Lmax=65mm270=613.64mm，故符合要求。做出凸模的零件图如附表1。4.2定位零件设计所选的是固定挡料销，由表4-3查得d=8mm，d1=4mm，h=2mm，L=10mm，如图4-1所示。表4-3 固定挡料销（JBT7649.10-1994) (mm)D(h11)d1(m6)hL基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差 60-0.0753+0.008+0.0023880-0.0

36、904+0.012+0.00421010313160-0.1108+0.015+0.0063132010416250-0.13012+0.018+0.00720图4-1 固定挡料销4.3卸出料零件4.3.1卸料板本设计中所选为弹性卸料，且其外形尺寸通常与凹模相同，查表4-4的卸料板的尺寸为LBH=625010mm。 表4-4 卸料板的最小厚度 (mm)制 件厚 度卸料板的宽度50 5080H固H弹H固H弹0.8686100.81.56108124.3.2弹性元件 本设计中所用的为圆钢丝螺旋压缩弹簧，选用国家标准原件6.03040-2左GBT2089-1994 -DZn。4.4 模架及组成零件4.4.1模架的设计由凹形模的外形尺寸LB=6250mm，查表4-5得上模座为625020mm，下模座为625025mm，导柱1690mm，1890mm，导套166018mm，186018mm。4.4.2模柄由于模具简单，模柄与上模板可为一体，如图4-2所示。 图4-2模柄简图 表4-5 GBT2851-90 凹 模 周 界闭 合高 度（参考） H零件件号、名称及标准编号123456上模座GBT