模具设计毕业设计

PAGEPAGE30绪论模具工业作为一种新兴工业，它有节约原材料、节约能源、较高的生产效率，以及保证较高的加工精度等特点，在国民经济中越来越重要。模具技术成为衡量一个国家制造水平的重要依据之一，其中冲载模具在模具工业中举足轻重的地位。冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。本次毕业设计的目的是对所学知识的全面总结和运用，巩固和加深各种理论知识灵活运用。目标是通过这次毕业设计，可以很好的培养独立思考，独立工作的能力，为走上工作岗位从事技术工作打下良好的基础。此次毕业设计课题为片装弹簧冲压级进模。首先对垫板的冲压工艺进行了分析，介绍了落料冲孔模结构设计的要点，同时编制了落料冲孔复合模的制造工艺和装配工艺。设计题目：片状弹簧冲压级进模如图1-1材料：黄铜H68（半硬）生产批量：20万件/年料厚：1mm图1-1片状弹簧1冲压工艺分析及工艺方案的定1.1工艺分析该制件形状简单，尺寸较小，厚度适中，一般批量，属普通冲压件，制件尺寸精度为IT14级。由制件图分析可知：（1）2-∮3.5㎜两孔壁距及周边距仅2.25～2.5㎜。（2）制件头部有15的非对称弯曲，控制回弹是关键。（3）制件较小，从安全考虑要采用适当的取件方式。（4）有一定的批量，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。1.2工艺方案的确定根据制件工艺性分析，其基本工序有落料，冲孔和弯曲三种。按其先后顺序组合，可得如下五种方案：落料-弯曲-冲孔，单工序冲压落料-冲孔-弯曲，单工序冲压冲孔-切口-弯曲-落料，单件复合冲压冲孔-切口-弯曲-切断-落料，两件连冲复合冲孔-切口-弯曲-切断，两件连冲级进冲压方案（1），（2）属于单工序冲压，由于此制件生产批量较大，尺寸又较小，这两种方案生产率较低，操作也不安全，故不宜采用。方案（3），（4）属于复合式冲压，由于制件结构尺寸小，壁厚小，复合模装配较困难，强度也会受到影响，寿命不高，又因冲孔在前，落料在后，以凸模插入材料和凹模内进行落料，必然受到材料的切向流动压力，有可能使∮3.5㎜，凸模纵向变形因此采用复合冲压，除解决了操作安全性和生产率等问题外，又有新的难题。因此使用价值不高也不采用。方案（5）属于级进冲压，既解决了方案（1），（2）的问题又不存在方案（3），（4）的难点，故此方案最为合适。1.3模具结构形式的确定因制件材料较薄，为保证制件平整，采用弹压卸料装置。它还可对冲孔小凸模起导向作用和保护作用。为方便操作和取件，选用双柱可倾压力机纵向送料，因制件薄而窄采用侧刃定位，生产率高，材料消耗也不大。综上所述，由《冷冲模设计指导》表4-2，4-7应选用弹压卸料纵向送料典型组合结构形式，对角导柱滑动导向模架。2冲压工艺计算及设计2.1计算毛坯尺寸相对弯曲半径为R/t=2/1=2﹥0.5式中R——弯曲半径（mm）t——料厚（mm）可见，制件属于圆角半径较大的弯曲件，应先求弯曲变形区中性层曲率半径（mm）=r+xt式中r——零件的内弯曲半径t——材料厚度x——中性层位移系数见《冷冲压技术》表4-5由《冷冲压技术》表4-5应变中性层位移系数x值查出x=0.38=（2+0.38x1）mm=2.38mm由圆角半径较大（r﹥0.5t）的弯曲件毛料长度计算公式l=∑l+∑l；l=式中l——弯曲件毛料展开长度（mm）∑l——弯曲件各直线段长度之和（mm）∑l——弯曲件各弯曲部分中性层展开长度之和（mm）由图1-2可知∑l=AB+BC；∑l=CE+EF式中AB=20mmBG=36-20=16mmOD=2+1+2=3mmOC==4mmBO==16.56mmBC=BO-OC=16.56-4=12.56mm=arccos=36.87=90-36.87=53.13图1-2几何关系图∑l=（20+12.56）mm=32.56mm∑l=（+）=8.14mml=（32.56+8.14）mm=41mm画排样图因2-∮3.5mm的孔壁距较小，考虑到凹模强度，将两个孔分两步冲出，冲孔与切口工步之间留一空位工步，故该制件需六个工步完成。由参考文献1表2-9切断工序中工艺废料带的标准值，表2-10切口工序中工艺废料的标准值，表2-13条料宽度公差，表2-14侧刃裁切的条料的切口宽F得F=1.5mmS=3.5mm=0.5mmC=3mm（考虑到凸模强度实取C=5mm）由侧刃条料宽度尺寸B（mm）的确定公式B=（L+1.5a+nF）-得条料宽度BB=（2l+C+2F）=（41x2+5+2x1.5）mm=90mm如图1-3所示，画排样图查表3-8，选板料规格为1500mmx600mmx1mm，每块可剪600mmx90mm规格条料16条，材料剪裁利用率达96%。图1-3排样图2.2计算材料利用率=x100%式中A——一个步矩内冲裁件的实际面积B——条料宽度S——步矩=ｘ100%=65%2.3计算冲压力完成本制件所需的冲压力由冲裁力，弯曲力及卸料力，推料力组成（1）冲裁力F（N）的计算公式F=KLt或F=Lt式中K——系数，K=1.3L——冲裁周边长度（mm）——材料的抗剪强度（MPa）——材料的抗拉强度（MPa）t——材料厚度（mm）由冷冲模设计指导表3-12得=343MPa(取350MPa)F=350ｘ1x﹛４ｘ3.5x3.14+2x（3.5+41x2）+2x（12+1.5）+2x8.5+5﹜=93.1kN(2)弯曲力F——为有效控制回弹采用校正弯曲F=AP式中Ａ——变形区投影面积（㎜）Ｐ——单位面积校正力（MPa）查表４-８可取单位面积校正力P=60MPaF=2AP=2x8.5x39x60N=39.8kN（3）卸料力F和推料力F由计算公式F=KFF=KFn式中K，K——系数。查《冷冲压技术》表3-19卸料力，推料力和顶件力的系数得K=K=0.05n——卡在凹模直壁洞口内的制件（或废料）件数，一般卡3~5件，取n=5F=0.05x93.1kN=4.7kNF=5x0.05x93.1=23.3kNF=F+F+F+F=93.1+39.8+4.7+23.3=160.9kN2.4设备类型的选择设备类型的主要依据是所完成的冲压工序性质，生产批量，冲压件的尺寸及精度要求，现有设备条件等。中小型冲压件主要选用开式单柱（或双柱）的机械压力机；大中型冲压件多选用双柱闭式机械压力机。根据冲压工序可分别选用通用压力机，专用压力机（挤压压力机，精压机，双动拉深压力机）。大批量生产时，可选用高速压力机或多工位自动压力机；小批量生产尤其大型厚板零件的成型时，可采用液压机。摩擦压力机结构简单，造价低，在冲压时不会因为板料厚度波动等原因而引起设备或模具的损坏，因而在小批量生产中常用于弯曲，成型，校平，整形等工序。对板料冲裁，精密冲裁，应注意选择刚度和精度高的压力机；对于挤压，整形等工序应选择刚度好的压力机以提高冲压件尺寸精度。压力机技术参数选择主要依据冲压件尺寸，变形力大小及模具尺寸，并进行必要的校核。对于该制件查参考文献表1-8开式双柱可倾压力机（部分）参数，可初选压力机型号规格为J23-252.5计算压力中心该制件的图形规则，两件对排，左右对称，故采用解析法求压力中心较为方便。如图1-4所示图1-4计算压力中心因为左右对称所以X=0只需求Y根据合力矩定理有Y===36.7mm≈37mm说明：计算中尺寸41.5比制件毛坯尺寸大0.5mm，目的是避免在切口工序时模具或条料的误差引起制件边缘毛刺的增大。2.6计算凸、凹模刃口尺寸本制件形状简单，可按分别加工法计算刃口尺寸查表，材料抗剪强度与间隙值的关系和规则形状（圆形，方形）冲裁凸，凹模的制造公差Z=0.12mmZ=0.20mm=0.02mm=0.02mm+=（0.02+0.02）mm=0.04mmZ-Z=（0.20-0.12）=0.08mm满足+≤Z-Z所以可用分注尺寸法计算公式及表3-7磨损系数，查出X=0.5冲孔∮3.5刃口尺寸d=（3.5+0.5x0.30）mm=3.65mmd=（3.65+0.12）mm=3.77mm（2）切口和切断刃口尺寸由于在切口和切断口工序中，凸，凹模均只在三个方向与板料作用并使之分离，并由图2-3可知，尺寸C和S既不是冲孔尺寸也不是落料尺寸，要正确控制C和S两个尺寸才能间接保证制件外形尺寸，为使计算简便，直接取C和S值为凸模基本尺寸，间隙取在凹模上。a，切断刃口尺寸d=5mmd=（5+0.12）mm=5.12mmb，切口刃口尺寸d=3.5mmd=（3.5+0.12）mm=3.62mm（3）侧刃尺寸侧刃为标准件，根据送料步矩和修边值查侧刃值表，按标准件侧刃尺寸。由参考文献表2-11侧面切口尺寸得侧刃宽度B=6mm，侧刃长度L=12mm间隙取在凹模上，故侧刃孔口尺寸为B=6.12mmL=12.12mm2.7凹模各孔口位置尺寸由于该制件尺寸较多，包括两侧刃孔位置尺寸，四个小孔位置尺寸，两切口模孔位置及切断孔口位置尺寸。其基本尺寸可按排样图确定，其制造公差按参考文献表2-2冲裁件，精度应为IT9级，但该制件送进工步数较多，累积误差过大，会造成凸凹模间隙不均，影响冲裁质量和模具寿命，故而应将模具制造精度提高。考虑到加工经济性，在送料方向的尺寸按IT7级制造，其它位置尺寸按IT8~IT9级制造，凸模固定板与凹模配制。如图1-5凹模孔口到凹模周界尺寸凹模孔口具体尺寸如图1-6所示图1-62.8卸料板各孔口尺寸卸料板各型孔应与凸模保持0.5Z间隙，这样有利于保护凸，凹模刃口不被“啃”伤，椐此原则确定具体尺寸。见图1-7图1-72.9凸模固定板各孔口尺寸凸模固定板各孔与凸模配合，通常按H7/n6或H7/m6选取，该制件选H7/n6配合，查冷冲模设计指导表3-19可得各型孔尺寸公差。如图1-8图1-82.10回弹值的确定与所有塑性变形一样，塑性变形时伴有弹性变形，当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失，使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具尺寸不一至，这种现象叫回弹。影响回弹的因素包括：材料的力学性能变形程度弯曲中心角弯曲方式及弯曲模工件的形状为了得到一定形状与尺寸精度的工件，应当确定回弹值。由于影响回弹的因素很多，用理论计算方法很复杂，而且也不准确。通常在设计及制造模具时，往往先根据经验数值和简单的计算来初步确定模具工作部分尺寸，然后在试模时进行修正。由工艺分析可知，本制件弯曲回弹影响最大的部位是在15角处，相对弯曲半径R/t=2〈5，卸载后弯曲件圆角半径的变化是很小的。此处属小圆角V形弯曲所以只考虑回弹值，由参考文献图4-15弯曲的回弹值可知15角处由于回弹可能小于15，但回弹值不会很大，所以弯曲凸凹模均可按制件基本尺寸标注，在试模后稍加修模即可。3冲模结构设计3.1凹模设计因制件形状简单，虽有六个工步但总体尺寸并不大，选用整体式矩形凹模较为合理，因生产批量较大，由冷冲模设计指导表3-16选用Cr12MoV为凹模材料。a，确定凹模厚度H值由公式H===21mmb，确定凹模周界尺寸LxB由文献凹模孔壁厚的确定公式，凹模孔口轮廓线为直线时：W=1.5H，由图1-6和参考文献图3-13得W=1.5H=1.5x21mm=32mmL=150~160mmB=130~140mm由表4-43矩形凹模标准可查到较为靠近的凹模周界尺寸为160mmx140mmx20mm，据此值查表4-2可得典型组合160x140x140~170（单位为mm）（GB2872.1-8）。凹模宽度140mm这个尺寸虽然不是优先选用参数但根据图2-5计算出B值与之最接近，而且当B=140mm时，压力中心与凹模几何中心重合，故选定此尺寸。3.2凸模设计（1）凸模的长度其长度主要根据模具结构，并考虑修磨，操作安全，装配等的需要来确定。此制件采用固定卸料版和导料板冲模，其长度L可按公式L=h1+h2+h3+h计算：式中h1固定板厚18㎜；h2导料板厚8㎜；h3板材厚度1㎜；h增加长度12.5㎜L=18+8+1+12.5=39.5㎜冲孔凸模所谓小孔，一般系指孔径小于被冲板料的厚度或直径小于1mm的圆孔和面积小于1的异形孔。冲小孔的凸模强度和刚度差，容易弯曲和折断，所以需利用导板模或弹压卸料板对凸模进行保护与导向。3.3模具总体设计模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。定位方式的选择因为模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步局采用定位销。而第一见的冲压位置使用始用导料板定位。卸料、出件方式的选择因为工件料厚为1mm，相对较薄，卸料力也比较小，故采用弹性卸料。又因为是级进模生产，所以采用下出件生产比较便于操作与提高生产效率。导向方式的选择为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用中间导柱的导向方式。3.4选择模架及确定其它冲模零件尺寸由凹模周界尺寸及模架闭合高度在140~170mm之间查表4-7选用对角导柱模架，标记为160x140x140~170I（GB/T2851.1-90）3.5校核压力机安装尺寸校核压力机安装尺寸要对冲模总体高度，模座闭合高度等有所查找。冲模总体结构尺寸必须与选用的压力机想适应即模具的总体平面尺寸应该与压力机工作台或垫板尺寸和滑块下平面尺寸想适应；模具的封闭高度应与压力机的装模高度或封闭高度相适应。冲模的封闭高度是指模具工作行程终了时上模座的上平面至下模座的下平面之间的距离。压力机的封闭高度是指滑块在下止点位置时，滑块的下平面至工作台上平面之间的距离。而压力机装模高度是指压力机滑块在下止点时，滑块下平面至垫板上平面之间的距离。封闭高度和装模高度相差一个垫板厚度。模座外形尺寸为250mmx230mm，闭合高度为160mm由于J23-25型压力机工作台尺寸为370mmx560mm，最大闭合高度为270mm，连杆调节长度为55mm所以在工作台上需加一50~100mm的垫板即可安装。第四章冲模零件加工工艺设计本副冲裁模，模具零件加工的关键在工作零件、固定板以及卸料板，若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。下表为凹模的加工工艺过程。设计是注意至少要设计出凸模和凹模的工艺过程。需写清楚详细的制定过程。冲压工艺卡冷冲压工艺卡片产品型号零件名称片状弹簧冲压级进模产品名称零件型号毛坯尺寸材材料技术要求每毛坯可制件数料牌号及规格毛坯质量辅助材料条料600x9050H68（半硬）1500x600x1工序号工序名称工序内容加工箭图设备工艺装备工时0下料剪床上载板600x90Q11-6x25001冲压冲孔，切口弯曲，切断连续冲压（一次两件）J23-25冲孔弯曲级进模2检验按产品图纸检验345678编制日期审核日期会签日期标记处数更改文件号签字日期标记更改文件号签字日期凹模机械加工工艺过程卡冲模零件机械加工工艺过程卡模具名称片状弹簧冲压级进模零件名称凹模材