课程设计(论文)-垫片的落料冲孔模具设计

燕山大学课程设计说明书题目：垫片的落料冲孔模具设计学院（系）：机械工程学院年级专业：07级模具专业学号：070101020017学生姓名：指导教师：教师职称：教授燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：基层教学单位：学号070101020017学生姓名专业（班级）07级模具设计题目垫片的落料冲孔模具设计设计技术参数见工件图设计要求制订零件的冲压工艺；设计模具总图；设计主要零部件的零件图。进行三维设计工作量完成A1图纸1.5张；完成计算说明书20页完成全部或部分零部件、装配体的三维设计工作计划2010年11月29日——2010年12月10日内完成设计任务参考资料李天佑编：《冲模图册》王孝培编：《冲压设计资料》指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。年月日目录冲裁工艺分析………………4冲裁工艺方案的确定………5选择模具的结构形式………6进行必要的工艺计算………9模具的主要零部件设计……14压力机有关参数………………21前言模具课程设计师比较全面的训练，其意义在于为以后的设计工作打基础，培养学生在设计过程中严肃认真、刻苦钻研、一丝不苟、精益求精的态度，使其在设计思想、方法和技能各方面都获得锻炼和提高。经过一学期对模具整体结构和细节的学习和了解，为了更进一步的了解模具制造和加工，利用所学模具知识设计一套简单的垫板冲压模具，来巩固所学模具知识。通过完成模具课程设计，综合应用和巩固模具设计课程以及相关课程的理论基础和专业知识，系统地掌握产品零件的成形工艺分析、模具结构设计的基本方法和步骤、非标准模具零件的设计等模具设计基本方法。同时，学会了正确运用技术标准和资料，培养了认真负责、踏实细致的工作作风和严谨的科学态度，强化了质量意识和时间观念，形成了从业的基本职业素质工件图工件为垫片，材料为Q235，厚度为2mm，大批量生产。一冲裁件工艺性分析1、材料：该冲裁件的材料为Q235，属于优质碳素结构钢。2、零件：该零件形状简单、对称，由圆弧和直线组成。查表得冲裁件圆孔精度为IT14级，此工件既有冲孔又有落料工序。此工件满足冲裁的加工要求，孔与孔，孔与工件边缘之间的最小壁厚大于8mm。工件尺寸为公差，可看作IT14级，尺寸精度一般，普通冲裁完成要求。查公差表可得各尺寸公差为：零件外形：φ400-0.52mmφ500零件内形：φ20-0.32+0.36结论：适合冲裁。二冲裁工艺方案的确定（1）方案种类：该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有三种工艺方案：方案一：先冲孔，后落料。采用单工序模生产方案二：冲孔落料级进冲压。采用级进模生产方案三：采用落料-冲孔同时进行的复合模生产（2）方案比较：方案一：结构简单，但需要两道工具两副模具，成本高而生产效率低，模具寿命低，冲压精度差，操作也不安全，难以满足中批量生产要求。方案二：级进模是一种多工位，效率高的加工方法。但级进模轮廓尺寸较大，采用此方案会加大模具尺寸，使加工难度提高，因而也排除此方案。方案三：只需要一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸较小，模具的制造成本不高。故本方案采用先冲孔后落料的方法。（3）方案的确定:孔与孔，孔与工件边缘之间的最小壁厚大于8mm,零件尺寸标注，生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，本套模具采用冲孔-落料复合模，一次冲压成型.：三模具结构形式的确定1、正装式复合模和倒装式结构比较：正装式复合模具适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距较小的冲裁件。倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件、卸件，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，所以应用十分广泛。由工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合模结构采用倒装复合模及弹性卸料和定位销定位方式。2、模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，所以模具类型为倒装式复合模。3、操作与定位方式（1）操作方式零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，也能满足生产要求，这样就可以降低生产成本，提高经济效益。（2）定位方式因为导料销和固定挡料销结构简单，制造方便。且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距采用固定挡料销。4、卸料、出件方式（1）卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1～0.2）t，若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、倒装复合模的卸料装置。综上所述采用弹性卸料版。（2）出件方式因采用倒装式复合模生产，故采用上出件为佳。5、确定送料方式采用由右向左的送料方式。6、确定导向方式方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成模具歪斜。因此，适用于冲压中等精度的较小尺寸冲压件的模具，大型模具不宜采用此种形式。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模具架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命保证工件质量，并考虑生产效率以及加工方便性等因素，该倒装式复合模采用后侧导柱的导向方式，即方案二最佳。四进行必要的工艺计算1、排样计算条料宽度、确定步距、计算材料利用率（1）排样方式的选择方案一:有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。方案二：少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。方案三：无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一位佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。（2）计算条料宽度搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命，影响送料工作。搭边值通常由经验确定，《冲压设计资料》表2-3所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。根据零件厚度t=2mm，查表2-3确定搭边值a=2.5mma1=即：挡料钉定位（采用无侧压装置）的条料宽度BB=(L+2a+C)-△0B=（95+2×2.5）-△0=1000-0.74mm（3）确定步距送料步距S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。步距确定的原则是：最小条料宽度保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。复合模送料步距S=67.70mm排样图如图所示：（4）计算材料利用率η等于工件有用面积/条料面积η=A/BSx100%式中A：一个工件有用面积，用CAD作图，分析面积得2199.41mm。B：条料的宽度S：步距材料利用率η=2199.41x2/（67.70x100）x100%=64.98%2、冲压力的计算：冲裁力：查《冲压设计资料》得τ=400MPK卸=0.045K推=0.055周长L=310.98mm冲裁力P=KLtτ=1.3×310.98×2×400=323419.2N卸料力P卸=K卸P=0.045×323419.2=11613.42N推件力P推=nK推P=3×0.055×65543.2=10781.63N（n=h/th=6mmt=2）总冲压力：F因为采用刚性卸料和上出料方式F总=323419.2+11613.42+10781.63=345814.25N3、模具压力中心的确定该冲裁件为左右对称零件且使用复合模加工。选定坐标系xoy，因零件左右对称，即Xc=0，故只需计算Yc.将工件冲裁周边分为l1,l2,………………l5基本线段，求出各段的长度及重心位置。l1=(70-10√3)*2Y1=(70-10√3)/2l2=2π*20*1/2Y2=(70-10√3)+(10+10√3)/2l3=(25-20)*2Y3=80+(25/2-10)/2l4=2π*25*1/3Y4=70+(25√3)2*3/(12*2π*25)+25/2l5=20πY5=70得出Yc=56.774、模具刃口尺寸的计算：对外轮廓的落料，由于形状复杂，故采用加工配合法。以凹模为基准时，查的其极限偏差R20-0.25R50-0.30R200-0.52R250-0.52700-0.74经查表因数x,当Δ<0.20,x=1Δ≥0.42,x=0.50.21≤Δ≤0.41x=0.75按式：Aj=(Amax-xΔ)0+Δ/4R2凹=（2-0.75*0.25）0+0.25/4=1.81250+0.0625R5凹=（5-0.75*0.30）0+0.3/4=4.7750+0.075R20凹=（20-0.5*0.52）0+0.52/4=19.740+0.13R25凹=（25-0.5*0.52）0+0.52/4=24.740+0.1370凹=（70-0.5*0.74）0+0.52/4=69.630+0.18520凹=（20-0.5*0.52）0+0.52/4=19.740+0.13冲孔部分计算如下表：基本尺寸及分类冲裁间隙磨损系数计算公式制造公差计算结果冲孔凸模Dmin0+△=φ20-0。32+0.32同上同上dp=（dmin+x△）0-δpδp=0.020dp=(20+0.5*0.52)0-0.02△/4dd=(20.26+0.32)0+0.025=20.580+0.025五主要零部件的设计1、工作零件的结构设计（1）、落料凹模落料凹模采用整体凹模，采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据将压力中心与模柄中心重合。其外形尺寸按相关公式计算：经查表得凹模厚度H=28mm凹模长度L=L1+2l1（其中L1为平行于送料方向度量的凹模洞孔最大距离，l1为凹模孔壁至边缘的距离，查表得l1=40）L=L1+2l1=50+2×40=130mm凹模宽度B=195凹模的长×宽×高为130×195×28mm设计图见装配图。（2）、凸凹模零件外形相对复杂，根据实际情况并考虑加工，为了满足凸凹模强度和刚性，将凸凹模设计成台阶式，使装配修磨方便。采用成形铣、成形磨削加工，凸凹模总高H：H=52mm（3）、冲孔凸模台肩式凸模这种结构主要用于断面简单的，如图形、方形等，装配修磨方便，具有较好的固定性和稳定性。经常采用。直通式凸模这种结构对于冲制非图形制件非常实用。综合比较选用台肩式的凸模。所冲孔为圆形孔，为了便于装配和满足凸模强度将冲孔凸模设计成阶梯式，采用数控车床加工，其总长：L=45凸模结构形式的选择：采用B型圆凸模2、卸料部件的设计（1）、卸料板的设计采用刚性卸料板，45钢制造，淬火硬度40～45HRC，卸料板轮廓尺寸及落料凹模轮廓尺寸相同，查表确定厚度为14mm。（4）、推件块的设计推件块的设计如下图所示：（5）、推杆的选择由摸柄的中心孔尺寸d3=φ11.5mm以及总高H=91mm查表《冲模设计手册》选用带肩推杆A10×100mm。3、模架及其他零件部件的选用该模具采用后侧导柱模架，这种模架的导柱只在模具一端（后侧），冲压时可三面送料，操作方便，以凹模轮廓尺寸为依据，选择模架规格。（1）、后侧导柱模座尺寸如下表：凹模周界上模座尺寸LBDHhL1SA1A2RL2D=(H7)基本尺寸偏差200200—45302102101302354580450+0.025LBD下模座尺寸200200—5040210210130135458032-0.050-0.025（2）、选择导柱导套的各部分尺寸导柱d/mm×L/mm—φ32mm×160mm导套d/mm×L/mm×D/mm—φ32mm×105mm×43mm（3）、由凹模的周界尺寸查《冲模设计手册》确定模具其他工作零件的结构尺寸如下表：名称长×宽×厚mm材料数量凸模垫板130×195×10451凸模固定板130×195×15451刚性卸料板130×195×14451（4）、模具闭合高度HH=H上+H垫+H凸固定+H凹+H凹凸模+H下=45mm+10mm+15mm+28mm+52mm+50mm=200mm（5）、定位零件的选择在装配时需要保证各零部件的相对位置保证不变，因此需要用定位销限制各零件的位置。因为几块板叠加在一起比较厚，所以采用圆柱销定位（便于加工定位孔）。（6）、导料与挡料销的选择导料采用圆柱销。选用φ8x10mm共4个，具体布置位置见装配图。挡料销采用固定挡料销A10x13（7）、紧固零件的选择为满足模具的装配要求（螺钉的端面不允许露出上下模座等零件的表面）和在压力机上面的安装以及装配的紧固性，故选用圆柱头内六角螺钉。下模座四颗M10 x80内六角紧固螺钉。上模座四颗M10x50内六角紧固螺钉（8）、摸柄的选择摸柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。根据压力机摸柄孔尺寸φ50mm选择带台阶的压入式模，它与模座安装孔用H7/n6配合，可以保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。查《冲模设计手册》选择A40x91mm的摸柄。摸柄与模座的底部应加一个防转销（M6x23），防止在冲裁的过程中摸柄与模座发生转动引起模架的震动，影响整个模架配合的紧凑性，从而破坏了制件的精度。六压力机有关参数压力机的选择由前面知F总=345814.25N查《模具课程设计指导》选择开式双柱可倾压力机J23-16能满足要求。其主要技术参数如下：公称压力：400KN滑块行程：100mm最大闭合高度：300mm工作台尺寸（前后×左右）：420mm×630mm摸柄孔尺寸（直径X厚度）：φ50mm×70mm最大倾斜角度：30°总结本次模具课程设计让我系统巩固了大学两年的学习课程，通过本次设计使我更加了解到模具加工在实际生产中的重要地位。从2010年11月29日开始历经2周的时间，系统的巩固了如《机械制图》、《机械设计基础》、《工程材料》、《互换性》、《模具设计基础》以及《加工工艺》等专业课程。从分析零件图到模具的设计与装配图的绘制，在指导老师的带领下，每一个环节都是我自己设计制作的。因此，对以前所学的知识有了很大的巩固与提高。在此期间也遇到了设计上的很多困难，尤其是在选择弹压橡胶的环节琢磨了很久，最后通过询问老师以及查阅大量的参考书才得以解决。该设计还存在着一些不足，还望各位读者给以指出。在此衷心的感谢本组的成员以及指导老师，这次的成果是在大家的共同努力下完成的。参考文献[1]刘心冶.冷冲压工艺及模具设计[M].重庆：重庆大学出版社，1998[2]卢险峰.冲压工艺模具学[M].北京：机械工业出版社，2000[3]梁柄文.实用板金冲压工艺图集[M].北京：机械工业出版社，1999[4]模具实用技术丛书编委会.冲模设计应用实例[M].北京：机械工业出版社，2002[5]杜东福.冷冲压工艺及模具设计[M].长沙：湖南科学技术出版社，1990[6]成虹.冲压工艺与模具设计[M].成都：电子科技大学出版社，2000[7]冯柄尧.模具设计与制造简明手册[M].上海：上海科学技术出版社，1998[8]王树勋,高广升.冷冲压模具结构图册大全[M].广州：华南理工大学出版社，1988[9]郑家贤.冲压工艺模具设计实用技术[M].北京：机械工业出版社，1999燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩：指导教师：年月日答辩小组评语：成绩：评阅人：年月日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年月日基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有