《盖帽垫片的工艺分析及模具设计10000字（论文）》

I一、绪论1.1研究背景与意义冲压工艺技术是一种对小型零部件进行加工的工艺方法，其操作简便适合大批量的生产。它的核心技术就是对模具的制造进行冲裁加工，它的出现是生产水平提高的显著标志，随着生产水平的快速发展，模具的种类也大大增加，其精密度和复杂度也大大的提升。模具的设计可以说是冲压的一个载体，通过对模具的尺寸、类变型号、用途等的分析。可以对不同的产品进行模具的制造，来达到高精度高效率的生产。1.2研究现状模具在我国机械和工程领域中的应用范围是非常大和深入的,其范围覆盖了许多行业和领域。但就对于现阶段的发展水平来说，我国的模具制造技术水平相对于世界而言还是远低于一些其他国家，但相对于我国的模具产业制造的零件产值以达到了世界的前列。模具是一种适合于大多数零件制造的一种方式，在我国许多的机械制造的工厂中普遍的应用其模具生产制造。可以这么说，模具的生产方式在我们国家还是有着举足轻重的地位。相关的研究中,吴张基于可塑性理论和物理实验,给出了单轴拉伸试验得到的伸长率δ与拉伸冲压成形极限的定量关系,主要解决了单纯的拉伸试验可以得出成形极限的问题。还建立了拉伸冲压操作的成形极限列线图,以应用于工程。1.3工艺介绍对于本次要进行的设计来说,冲孔和拉深的工艺引用最为之多。拉深冲压法就是把毛料进行拉伸冲压来得到一个空心件,或者把其他空心件再次冲压改变其产品形状与毛料尺寸的一种新型冲压拉深方法。拉深式立体时空系统中的两个心件主要结构是通过依靠当前同时位于一个凸模底部以外的一个物体经由流入圆形到一个凹模上所得而形成。冲孔法就是把密封材料沿着两个密封孔的轮廓垂直线条的方向进行分离,密封除了轮廓垂直线以外的其他材料会被切割出来成为密封零件或其他工序件。1.4冲压模具的特点冲压法就是为了提供质量,降低材料损失而进行的一种大规模生产。冲压式机械的制造技术主要用来制作各类比较小规模的零部件及塑料制品。尽量减少废物排放或者说是没有其它废物的生产,而且在某些情况下,它们仍然是具有边角的剩余物,也都是能够被充分利用。1.5课程设计的内容本次课程设计为盖帽垫片模具的设计，设计的开始首先要对所设计的零件进行数据的分析处理，根据零件的形状及尺寸的大小来选择一个合适的模具设计的工艺，并进行模具的CAD图形绘制及各部位的零件结构图的绘制。在这里所选择的加工工艺为冲压模具加工，盖帽垫片是一种小型的连接性的辅助零件，其具有引用广泛的特点，且需求量大，单个的制造生产太过于繁琐，因此这里便需要冲压模具来进行加工处理。通过冲压模具的加工来实现大批量、大规模的生产制造。

二、盖帽垫片零件与工艺分析2.1零件分析本次课题研究所加工的产品是一款金属垫片,用于机械行业,结构简单,采用极进模冲压的工序。零部件附图产品规格附图(2.1)产品原材料钢板是一种厚度1mm的钢板Q235钢板,要求每年大批量生产一次.此系列零部件均可作为一种典型的液压缓冲件和剪力件。图2-1零件示意图2.2工艺分析材料选为Q235钢，硬度适中，塑性良好，韧性好等特点，在冲孔，拉延，弯曲和焊接中非常合适。垫片的结构简单，只有两个R8的孔，及两个圆形片通过一个条形片相连接，且料厚为1mm，零件尺寸：两个孔的间距为(25±0.3)mm.孔的半径为4.5mm，两个圆形片的半径为8mm，两个圆形片的间距为（25±0.3）mm，孔距为：（8-4.5）=3.5大于最小壁厚2.7。条形片的上下间距为（8±0.2）mm，大于最小壁厚2.7。综上所述，一般的冲裁均能满足其精度要求。2.3工艺方案的确定工艺方案的确定是为了更好的进行加工，一套有条理的工艺方案可以简洁明了的进行运作，还可以有效的避免操作失误。因此要结合所需的要求了制定一个符合要求的方案。复合式冲裁法就是在压力机的运行动作过程中,在与模具相同的位置上,同时地完成多个的动作工序;级进式进模的冲裁器就是把一个以上级出的进冲进模裁件的几个运动工序,排列组合起来后并形成一定的运动顺序,组成一个个的级进模,在机械压力机的运行一次进冲运动的整个行程中,模具在不相同的运行速度和运动位置上都要求同时至少能够单独完成多个的一次级出冲进模裁件工序,除最初几次级进冲程外,每次级进冲程都至少要求可以同时能够完成一个以上级出模进冲程的裁件。该类工件主要包括冲孔和落料质量两个基础性的工序,可以分为以下三个工艺设计方案:方案一:首先开始进行冲孔落料,再开始进行落料冲孔。采取单部件工序模块化制造。方案二:落料机冲孔。采用复合模具制造。方案三:冲孔级落料层进行冲压。采取一次级进模。该产品设计方案一般是结构简单,但必须在具有两到三道工序、两副成型模具后再做才可以加工实现,生产线的效率也相对较低,如此则可能会严重浪费大量人力、物力、财力,从资本市场和经济社会的实体经济有序发展两个角度考虑出发需要考虑得并且不妥当,难以达到产品大批量生产的实际要求。方案三这技术是一种多手艺工位、效率高的大型零部件进模加工制造技术,但由于各个不同等级的大型进模冲压轮廓零件尺寸比较大,制造复杂,成本相对较高,一般特别认为适合于各种类型大批量、小规模的大型冲压轮廓零部件。并且由于使用工作台的周期长,模具的结构复杂,使得模具生产成本不会太高。方案二也就是可以采用大型模具冲压生产,一般每次生产只需一副冲压模具就可以能完全冲压成型和材料加工即可制造,模具所必要的材料零部件一般具有的是整体结构紧凑,冲压后出来的模具制件在材料生产效和材料加工上的精度都相对比较好,适于大批量的大型工件开模生产。冲裁件是薄材的小型级压拉伸件,模具的设计制造生产过程中它的工作量一般相对于其他级压改进模具还要少。通过对以上三种解决方案进行了分析和比较,该类型工件在冲压制造中所选择的方法以及解决方案二最优。2.3工艺计算2.3.1计算冲压力冲压力的计算数值对于确定压力机的选择有着很大的关系，压力机的最大吨位必须不能超过或不得等于所规定要求的最大冲压切剪力,以满足企业对冲压切剪机的制造生产工艺的特殊要求。一般使用情况下的它可以通过使用如下公式式来进行数值计算:2.3.2冲裁力的计算（1）冲裁力计算按照上式：式中：由查表，Q235钢的抗剪强度。根据零件图可求得轮廓长度则2.3.3卸料力的计算=式中经查表《冲压模具简明设计手册》取值。则==（KN）2.3.4顶件力的计算=经查手册《冲压模具简明设计手册》表，K其取值为；则==×=(KN)2.3.5总冲裁力的计算在冲裁的时候，各个冲裁工艺上力的总和要等于压力机的公称压力值式中：冲裁力，卸料力，推件力，则:

三、排样设计3.1毛坯排样设计合理排样就可以使用相同的材料去冲出较少的零部件,减少了材料的消耗。如果使用率太过于低下对于各个方面都有着不可估量的损耗，冲裁过程中的质量,原材料的经济费用,生产效果、生产工艺操作及使用年限。其中排样的含义就是要求保证使用最少的原材料消费和最大的劳务生产率来获取一个合格的部件。由于传统毛坯在各种类型板料上都只具有可以被板料截取的几个方位之一,这也是因为决定不了毛坯的材料排样以及设计方案的复杂和材料多样化。典型的各种毛坯材料排样:对称单列、斜排、对称单列、无耗损的材料毛坯排样、多列、混合或双排。1.条料搭边值的确定搭边是指设计的零件与毛坯条料间的距离。其作用是对定位做出差补,使其出现的误差可以保留在预计的估算中,并且保证了零件的品质和工作精度,还可以使条料具备一定刚度,不会发生拉伸,便于输送,并且可以大大地提高了冲模机械的使用寿命。材料的边缘厚度大约为1mm时,条料的边缘长度搭边应该必须是相等大于20mm,在材料搭边上我们通常可以通过选择下式取a=0.8mm,a1=1mm。2.条料的宽度条料本次需无侧压,通过数据可以确定条料的宽度偏差及与导料销的间距为c1=0.8，△=0.5由参考文献{3}中公式2-24得==mm3.步距冲裁模的运动步向间距主要目的是专门用来用于确定每一个运动条料向前在模具上每一步送入一次,所以就需要沿着一个模具运动方向连续向前运动。步距的基本工位大小,在机械模具中也指的就是两个工位相邻模具工位之间的步距中心差一点的步距。连续连接模中任意一个连接相邻的两个连接工位之间的连接距离也都应该基本相等。图3-1排料示意图在利用率的计算中按一个工位的值来进行运算，就是把零件的面积与一个工位的面积进行比值，按式:==带入数据可得：===3.2毛坯材料的利用率1.排样的确定方法根据冲裁件特有的性质，排样方式可选择的有俩种：直排，有废料排样。2.送料进距方式的确定有效的节约毛坯利用率,就要合理地选择配套的搭边数。搭边的值较小,会造成冲裁时切口出现不均匀的切口，为了提高模具的使用时长与冲裁的质量，所以要使冲裁时的塑性变形的宽度低于搭边的宽度，在这里搭边值取材料的厚度。搭边值的大小与铸造的材料、尺寸、形状、厚度及送料挡料的方式有关联。

四、冲压零件的尺寸设计4.1冲裁的间隙4.1.1冲裁间隙对于冲裁工艺的影响冲裁工件间隙大小是目前用来改变各种冲裁工件机械制造工艺工序最重要的一个基本技术参数,其基本设计间隙的不断增大可能会直接导致轴对冲压模具剪裁的应力、装卸时电动机的轴向摩擦力等大大降低,因而即使造成轴与模具间的磨损也可能会大大降低。但是当卸料间隙面积持续地不断增大,卸料机的能力就必然会随之不断增加,又严重地直接影响了卸料模具的使用寿命。一般说在间隙厚度范围大小为(10%~15%)t时的这种模具的耐磨损最低,且这种模具的使用寿命相对较高。图4-1冲裁间隙图由于控制冲裁裁剪间隙对控制断面产品质量、工件尺寸的大小和产品尺寸的最大精度,模具的使用寿命,冲剪裁力的各种直接因素会使零部件的冲裁口出现不确定的断面,长时间的使用会造成精密度下降，以及对模具的消耗造成使用寿命降低。冲剪剪切力最小这些在多个场合上得到了应用的必备条件。因此,我们将在实际模具制造和使用中,其中的总体设计要求原则上就是在需要能够尽量保证充分地满足各种冲裁件模具断面的使用质量及模具。必须以尺寸控制精度为前提,才需要能够尽量使冲裁模具的使用寿命尽可能地得到延长。4.1.2冲裁间隙的选择方式根据实用间隙表6-2查得材料08钢的最小双面间隙，最大双面间隙。表4-1冲裁模初始双边间隙值mm材料厚度小于0.5极小间隙(或无间隙)间隙取值（0.246~0.36）mm，凸模与凹模洞口面应有保留有（0.1~0.2）mm的间距。4.2冲裁模刃口尺寸计算4.2.1凸、凹模刃口尺寸1)凹模与落料件俩者之间的尺寸息息相关，在不同的条件下间隙的取值各不相同，冲孔时要以凸模作为基准件，间隙值取在凹模上，在落料时反之。2)考虑到在冲裁的过程中具有摩擦，不可避免的会出现磨损现象，所以设计刃口时，要考虑取合理的尺寸公差。在磨损时，刃口尺寸减小应取尺寸公差比较小的值，反之取尺寸公差较大的值鉴于此次设计中使用了一种不规则型的零件,因而采取了奥姆凸模交替配合的方式进行加工,从而计算出刃口的大小。本次铸造的零件均为落料品,因而以凹模尺寸为基础进行铸造凸模,首先我们需要计算凹模尺寸的真实间距,依据凹模尺寸之间的差别配做凸模,在凹模零件图上仅仅需要将标注顺序按照凹模进行加工就好了,查表显示其间距大约为0.246-0.36mm。有两种主要利用计算基本方式,第一种是通过对凹模和凸模的刃口图样误差进行分析运算;第二种利用计算法的方法为利用凸模和凸与凹模相互进行匹配的工作法。该类缓冲件的尺寸比较多,若直接采用凸模或凹式的分开切割法进行计算,计算繁琐,且由于其中的数目和材料重量相对较大,不宜直接采用,故选择第二种方法:将凸模和凹式相互匹配的切割方法。在已有的尺寸中，未注尺寸精度的按IT9来计算，对应A类尺寸的有：、对应B类尺寸的有：对应C类尺寸的有：具体计算如表6-2。表4-2工作零件刃口尺寸计算尺寸类型公称尺寸公式计算后尺寸其中，x为磨损系数。查表得：精度在IT10级以上精度在IT1-IT13级精度在IT14级4.2.2凸模、凹模的结构设计凹模的外观一般分为矩形或者圆型,在这里我们会采用矩形。在设计凹模凸模时根据外部的尺寸要选取合适的强度及厚度做考虑。凹模各类尺寸计算公式如下：凹模边壁厚（4-1）凹模边壁厚（4-2）凹模板边长（4-3）凹模板边宽（4-4）表4-3系数K值材料料宽s/mm材料厚度t/mm查表4-1得：K=0.3。根据公式（4-1）可计算落料凹模板的尺寸大小：凹模厚度：==（mm）根据公式（4-2）可计算凹模边壁厚：==（mm）取整后，选择凹模大体尺寸L×B×H=125mm×125mm×30mm。凹模的采用刃口加工形式,考虑到由于在本案中生产的批量相对较大,因此我们选择了一种采用刃口形式加工零件强度相对较高的凹模,即如图框下图所示。各个部分零件外形轮廓图图在进行压模取整后结果显示如下图4-1，4-2所示:图4-1凸模图4-2凹模

五、冲裁模主要零件的设计5.1定位和导向零件由于各零件之间的位置存在一定的偏差,因此便需要定位零件进行导向，来实现精准的冲裁。定位零部件的类型也是非常广泛,用于定位条料的主要定位元件包括挡料销,导料板,导料板,侧压器,导正销,侧刃等,用于定位条料的主要定位元件就是定位销,导料板。定位机械零件基本已经达到了标准化,可以按照坯体材料和工序件的形貌、尺寸、精度以及模具的结构类别与对于制造效率有着较高的要求进行选择。因为此类模具中所需要的材料均为条物,在控制输入条物的运行及输出条物的送入方位时均以导料板,不带侧压。5.2卸料板的设计5.2.1卸料板外型设计在整个模具中还需卸料板的辅助运作。卸料板在模具中起到对毛坯余料及工件的排出作用，还对凹凸模起到了定位的作用，卸料板的外型大小与凹模的内部的外型大小是一致的。卸料板与凸凹模的缝隙系数由下表5-1所示。取0.15mm。卸料板厚度检查见下表5-1,卸料板和凹模内部的外型大小相同。根据凹模尺寸125mm×125mm×30mm,从而我们就可以决定卸料板的大小,卸料板的厚度为15mm。表5-1卸料板与凸凹模间隙值材料厚度t/mm单边间隙Z/mm5.2.2卸料板整体精度的确定对于卸料板精度的确定来说，卸料板的整体对于精度要求并不高，在这里选取的绝对为IT14级，粗糙度选取Ra3.2。而内部轮廓螺纹精度较高所以选取IT11级，粗糙度选取Ra1.6。5.3固定板的设计考虑凸模在冲裁过程中强度较弱，因此便需要固定板来进行辅助，并且固定板对于模具的其他零部件起到一个稳固的作用。凸模与凹模固定板的配合按H7/m6。凸模固定板厚度取15mm。5.4垫板的设计考虑在运行过程中不会受其他因素的影响，及各零部件可以单独运行，因此便需要垫板的辅助来实现，根据零件尺寸大小及本次模具设计，及冲压手册的数值，所选取的零件尺寸为：推板的尺寸为125mm×125mm×10mm。5.5标准模架一般来说，模具框架由上部模具片、下部模具片、导向筒、导向套筒4个工件构成。标准的模块化框架中不包含模块化方向盘。模框是整个模具的骨架，是连接模具主要部分的载体。模具的所有部分都被固定在上边，承担冲裁过程的所有负荷。模具框架的上模具座和下模具座分别由滑动块和冲压装置的工作台固定。上模片和下模片之间的正确位置是由导向筒和导向套筒实现的。模架的分类与选用由于导向件的摩擦系数不相同，为了保持力的平衡，将模具分为滑动导向件和滚动导向件。由于模架的种类不同，导柱的安装也不同，所以分为各种模架的形状。滑动式导向模框的导向筒和导向套筒的构造非常简单，便于加工和组装。经过综合分析，选用图b的后侧导柱模架。5.6模柄及固定零件模柄：作用：使上模可以在压力机的滑块上的位置保持不变。要求：需要模柄的中心线和模具的压力中心一致。应用：通常投入在1000KN以下的模具上。类型及应用场合：旋入式：下图a）所示，大多用于有导柱的小型冲件。压入式：下图b）所示，在模具的运用中，通常运用工件中、小型冲件中。凸缘式：下图c）所示，在模具的运中多在较大型模具冲件时使用。槽型模柄和通用模柄：下图d）、e）所示，经常参与简单模具的生产。图5-1模柄示意图模柄的尺寸选择；确定各种模柄的品牌首先需要了解到各种模具的品牌型号和其尺寸,再依照所选品牌型号的压力机模柄及各孔的数量尺寸来确定其模柄。在对模柄进行选型的过程中还应特别注重安装模柄的直径d和其长度L,这些都是与滑块内部模柄孔道的大小相适宜。模柄的直径最佳方法取决于每个模柄的孔宽,并且采用间隙方式配合H11/dII,模柄长度适宜小于每个模柄孔深度5到l0mm之间。本设计中运用一个挤压模柄。螺钉及销钉作为一个合格的标准件,所设计的模具则根据标准件要求做出选型。标准的螺钉主要是用于固定模具上的零配件,并且销钉还起到了定位的作用。模具中普遍采用的标准件销钉类型主要包括内六角形的销钉和半圆锥型的销钉。其中M6~M12mm螺钉和φ4~φ10mm的外六角形销钉最为常用。5.7模具闭合高度上模座：=下模座：＝导柱：=22145导套：=22842垫板的厚度定为：80mm压力机的最佳闭合高度是:270mm,所选用j23-25压力机就能够达到这样一个模具的闭合高度。

六、模具总体设计6.1模具概要设计在此次新型冲孔方式落料成型模具的主要整体基础结构设计中我们一般可以将其结构划分表现为两个主要步骤:第一步按照此次工序中所需要排样的设计结果来详细确定此次模具主要基础整体结构及其框架,确定用于组成此次冲孔方式落料成型模具和拉伸模的主要基本结构单元和连接形式,对于此次模具的设计制造和加工安装及其使用都对此提出了具体要求;第二步详细决定了各个主要结构单元部件的相互组合以及零件和连接部位之间的相互联系。该系统结构设计所分析得到的设计结论可作为整体模具零件安装装配图和模具零部件设计明细表。在工业模具基本结构设计中具有概要性的模具设计一般来说是它是对工业模具基本结构设计的一个重要开始,它以工业生产制艺工序的模具排样图和示意图文件作为模具设计主要依据,根据工业生产对模具零部件的性能要求,确定了用于冲孔模的落料成型模具和拉伸模的基本模具结构设计框架。结构设计概述中的内容主要包括有:(1)模具的基本框架和结构:根据定位的方式以及引导的方式来确定;卸料的方式以及进出件的方式来确定;(2)一个模具的基本模板尺寸:一般包括一个模具的整体工作模板空间及其尺寸、各块工具模板的涂层厚度、闭合孔的高程。6.2模具零件结构形式确定本系列模具零件工作基本原理为直接利用冲孔式自动落料机对模具零件来加工制作而可完成的。弹性和可卸载的料板机构进行安全卸料,采用带有安全带传动装置的顶杆式机构进行安全顶料。6.1模具二维图导料阀对销零件通过自动导向,定位阀对面板零件进行双向定位,推杆通过双向导料阀对销零件进行导向推入导料制件,并在这种基础上逐步完成了导料零件的安装冲孔、落料等各个工序。模具主要产品包括上式下模座、凸模座固垫板(上式下模底盘)、压力传动机构固定板、卸料模固定板、凸凹模固定板、压力传动机构上模底盘(以及下式下模底盘)、定位板、下式上模座、导柱、引线套。冲孔式凹型落料机与模具凹型落料模周边分界线冲孔长160mm,宽140mm,模具冲孔,总宽度201mm。此管于模具上闭合高程190mm。凸式固定板套件能够同时作为一个直接装配完整的圆型冲孔板或者是凸式、凹型模板。所有的新型冲孔均可以采用冲孔顶端固定铆接加工方法进行固定到冲孔卸料板上,装配工作完成后即可进行冲孔磨平。与凹模的密合垫板连接应尽量采用密合螺钉自动拧紧捆扎、销钉自动定位等操作方式。卸料板为一整块,采用四根圆形螺钉进行连接固定。6.2.1定位机构正确地把冲压工件定位安放到受压冲模上与为了有效限制使用受压缓冲定位材料的工件入口和进给口的步距,完成接下来的工件冲压定位作业,就不再需要精心选择各种类型的冲压定位器。定位精度对于要求比较高时,要选择充分考虑坯体定位粗细的精度和定位准确性高的坯体定位工序装置,分步有序执行;例如当一个坯体定位材料部件需要经过两个以上的定位工序后再来一次进行坯体定位时,它们之间的两个定位点位置应该一定是相同的。6.2.2卸料机构卸料机构的主要功能就是把物体或者零件从一个凸模上全部卸下,有时还可以当成一块压料板来防止物体的变形,并且它还能够有效地协助送料方向和对凸模进行保护。根据它们的材料质地可以划分为两种:固定式刚性卸料板和弹性式卸料板。在本次的模具设计中采用弹性卸料板，除卸料外还可进行压料的作用，很适合薄型板的冲裁。6.2.3导向机构对于模具生产批量大,要求延长模具产品使用寿命及冲冲制件材料加工工艺精度更高的大型冲模。一般而言,宜尽量选择上模导向控制机构,以便有效保证上模、下模准时的控制精度。上、下模的材料导向,在凸、凹模制件启动前或者也就是上模压料板与下模制件完全接触前就相同了的地位都应该完全地配合上。导向传递机构主要包括有传递导柱、导套和底部传递器等机构,侧面传递导板和顶部传递器的导向机构及底部导块。在此类副型的模具中因为这些零件的外形体积小和尺寸相对较小,所以对于制件制造精度的成本要求也相对来说更高。所以我们选择了滑动导套与横向旋入式滑动模柄导柱相互配合、后置杆与滑动方向导柱相互配合搭配,这样四个滑动导柱搭配方法,使得滑动导向杆的精度相对平稳,而且其在工作时的精度也相对较高。6.3压力机的选择参照设计手册的数值，根据模具选择的闭合高度，本文采用型号为J23-25的压力机以便生产。表4-1为压力机的技术参数：（《冲压模具简明设计手册》表13.10，P389）表6-1压力机参数型号工作台尺寸前后左右

总结通过大量的文献查询学习，本文采用了冲孔和拉深的方法和利用文献中的设计经验来设计一款可以投入实际生产工作的盖帽垫片的模具，设计中参考了多样零件的国家标准，以达到可以投入使用的目的。通过对压力机等各部分工作部件的计算筛选，可以大大提高该模具对盖帽垫片的生产效率。通过研究探讨，本文对如何减小切削力和冲压间隙进行了改善，大大提升了模具的使用寿命。

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