角垫片复合冲压模设计毕业设计 推荐.docx

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角垫片复合冲压模设计毕业设计推荐

密级：

学号：

109202010114

本科生毕业论文（设计）

角垫片复合冲压模设计

学院：

机械工程学院

专业：

机械工程及其自动化

班级：

09机械本

（2）班

学生姓名：

谢玉成

指导老师：

何寅

完成日期：

学士学位论文原创性申明

本人郑重申明：

所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。

本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

学位论文作者签名（手写）：

签字日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，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。

本学位论文属于

保密□，在年解密后适用本授权书。

不保密□。

（请在以上相应方框内打“√”）

学位论文作者签名（手写）：

指导老师签名（手写）：

签字日期：

年月日签字日期：

年月日

摘要

本论文的设计为角垫片的复合冲压模具设计，由制件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先需要对零件的工艺性进行仔细分析，确定正确的冲裁工艺方案，然后通过工艺的设计计算进行排样设计和材料利用率的分析，进行冲压力的计算和压力中心的计算，完成冲压设备的初选择，对成形零件的设计计算，再对模具结构和主要零件的设计，然后画好零件图和画好装配图，然后完成压力机安装尺寸的校核。

在其中的结构设计工作里，本文主要对凸模、凹模、凹凸模、固定板、卸料版、模具、条料送进和定位方式、推件装置等进行了设计，对于部分零件选用的是标准件，这里就没深入设计；最后完成设计。

关键词：

复合冲压；角垫片；凹模；凸模；凹凸模；

Abstract

ThisdissertationisdesignedCompoundstampingdieAngleofgasket.Duetothesizeoftheparts,materials,massproductionrequirements,Firstneedtoanalyzepartsmanufacturability,Blankingprocessfirstneedtodeterminethemanufacturabilityofparts,Andthenthroughtheprocessofdesignandcalculationanalysisoflayoutdesignandmaterialutilization.Theimpactforceiscalculatedandthecalculationofpressurecenter.Earlyfinishstampingequipmentselection.Designandcalculationofformedparts.Andthentothedesignofdiestructureandmainparts.Drawdetaildrawingsandassemblydrawing,andchecktheinstallationofpresssize.Inwhichthestructureofthedesignwork,thisarticlemainlytothepunch,concavedie,concaveandconvesxdie,fixedplate,discharging,mould,materialsentandpositioningway,ejectingdeviceandsoonhascarriedonthedesign.Selectionforsomepartsarestandardparts,thereisnofurtherdesign.Thefinaldesign.

Keywords:

Compoundstamping;Angleofgasket;Die;Punch;Concaveandconvexdie;

目录

第1章绪言1

1.1概述1

1.2冲压模的分类及简介1

1.3冲压模的特点1

1.4冲压工艺在制造业中的地位1

1.5冲压技术的发展趋势2

1.6本论文内容的简介2

第2章工件的工艺分析3

2.1冲压工件的工艺分析3

2.2确定工艺方案3

第3章工艺计算5

3.1排样设计及其材料利用率的分析计算5

3.1.1排样设计5

3.1.2材料利用率的分析5

3.2冲裁力的计算6

3.2.1冲孔力的计算6

3.2.2落料力的计算6

3.2.3卸料力的计算7

3.3计算压力中心7

3.4冲压设备的初选择8

第4章计算成型零件尺寸9

4.1冲裁间隙分析9

4.2落料模尺寸计算9

4.3冲孔模尺寸计算10

第5章模具结构和主要零件的设计11

5.1冲孔凸模的结构设计和卸料板、固定板的选取11

5.2落料凹模的结构设计11

5.3冲孔凹模与落料凸模的结构设计12

5.4模架的选择13

5.5条料送进和定位方式的选择14

5.6推件装置的选择14

5.7绘制零件图与装配图14

5.7.1绘制落料凹模零件图14

5.7.2绘制落料凸模零件图15

5.7.3装配图的绘制16

5.7.4绘制冲孔凸模17

第6章校核压力机安装尺寸19

第7章总结与展望20

8.1结论20

8.2展望20

参考文献21

致谢22

第1章绪言

1.1概述

在当今社会，冲压工艺在现实生活和实际工业生产中的应用非常广泛，涉及领域包括电子、电器、机械、航空、车辆、仪表以及日用品工业。

而零冲压工艺规程又是模具设计的重要依据，良好的模具结构设计是实现工艺过程的可靠保证。

冲压加工属于塑性加工的范畴，冲压加工的原材料主要为带料及金属板料，而冲压加工的对象是三维薄壁零件和平板。

冲压加工是以模具为工具，通过压力机提供动力，使得板料自身发生塑性成形或分离。

由于冲压加工的过程基本上是在室温条件下进行的，所以又称其为冷冲压[1]。

1.2冲压模的分类及简介

冲压工艺可以分成冲裁、弯曲、翻边、拉深、膨胀、局部成形等基本工序，加工形状复杂的冲压件需要通过多道单工序或组合工序顺序加工来完成[1]。

冲压工艺研究的是如何根据零件的形状特点、材料性能、成形规律和技术要求来制定出既科学有经济的工艺方案。

冲压模具是执行冲压加工的工具，根据工序的组合方式，可以分为级进模、单工序模和复合模。

考虑到用途和要求差异，它可以分为普通、简易、高效率、高寿命和高精度这几种冲模。

对于冲压模具的设计和结构方案的选择，必须要综合考虑到冲压件的生产条件、技术要求、经济成本和生产批量等各方面的因素。

1.3冲压模的特点

冲压件的尺寸精度、形状以及表面质量取决于模具，不受冲压工的技术水平的影响，所以冲压件在生产中的加工质量可以得到保证。

冲压加工也可以通过塑性变形制造出复杂形状的零件，这是其他工艺很难以实现的。

在一般的冲压装置上，冲压加工具有很高的生产率并大大的降低了生产成本。

在大量的生产中采用冲压加工钣金件是最经济实惠的工艺方法，以冲裁为例吧，一般的冲裁模的寿命可以达到几百万次，硬质合金冲裁模的寿命则可以达到几千万至上亿次。

还有冲压生产的材料废弃率很低，通常情况下它的材料利用率可以达到70%以上。

1.4冲压工艺在制造业中的地位

因为冲压加工具有很多优点，比如它的生产率高、成本较为低廉，不单可以加工出复杂形状的工件而且质量也较为稳定，在很多行业中的应用都十分普遍。

在全球形形色色的钢材品种里，用作冲压加工的带料和板料就占有67%之多。

在模具行业的生产总值里，冲压模具就占有一半之多[3]。

在航天航空的薄壳制件中，冲压件占70%以上的比例[2]。

所以，当前在轻工、机械、电子、国防等工业部门的产品零件中，它的成形方式已经转向优先选用塑性加工工艺，使得制件优质、低耗和成本低，在激烈的市场竞争中占据显著的优势[2]。

1.5冲压技术的发展趋势

（1）冲压生产及模具制造向专业化生产的方向发展。

（2）板材的成形设备向自动化、机械化、精密化和柔性化的方向发展[1]。

（3）CAD/CAE/CAM运用技术的日趋成熟，它代表着模具设计与制造的发展方向[2]。

（4）着重发展模具表面的各种强化超硬处理等方面技术，使模具的使用寿命得以提高。

1.6本论文内容简介

本论文的设计分为六个章节，第一章为绪言，了解冲压和对冲压模的分析介绍；第二章节为工件的工艺分析，对工件作出准确的工艺分析和确定工艺方案；第三章节为工艺计算，它包括排样设计和它的材料利用率分析计算，还有冲压力的计算、压力中心的计算和冲压设备的选择；第四章对工件各个尺寸的计算。

如落料模尺寸计算、冲孔模尺寸计算等；第五章节为对模具主要零件和它的结构进行准确的设计，画出零件图及装配图；第六章是校核压力机安装尺寸，确保所有尺寸均符合安装要求；第七章为总结与展望。

第2章工件的工艺分析

2.1冲压工件的工艺分析

图2.1角垫片

图2.1角垫片为所需生产的工件图，该工件的材料采用Q235号钢，厚度定为2（mm），尺寸精度是IT9级，用于大批量生产。

根据工件的形状尺寸、厚度、材料，在进行冲压工艺设计过程中，从以下几点进行分析：

1、孔径的太小是否合适，太小会导致凸模强度不够。

2、该工件有两道工序完成，是否应该分为两个工位完成，还是一个工位完成，哪种方法能更好的保证达到加工的要求，应该认真验算；

3、此工件大批量生产，应该重视模具材料和结构的选择。

4、该模具的落料凹模形状较复杂，应注意它的制造工艺和精度。

对于所冲小孔Φ14（mm），查文献《冲压工艺与模具设计》（表2-17）得，可冲孔的最小孔径d>=1.5t，因而Φ14（mm）孔符合工艺要求；分析零件的尺寸标注情况，符合要求。

所以适合冲裁。

2.2确定工艺方案

根据工件的工艺分析，其基本工序有落料和冲孔两种，按其先后顺序组合可得以下三种方案：

（1）采用单工序模生产（先落料后冲孔）；

（2）采用级进模生产（冲孔--落料连续冲压）；

（3）采用复合模生产（冲孔--落料复合冲压）；

考虑到工件的生产批量较大、工件自身的尺寸较小，方案

（1）的生产效率低下且操作安全系数低，不适用；方案

（2）虽然容易实现自动化生产，但价格与工位成比例上升，需要为它分别设计配套模具，过程较为复杂、成本高，所以这个冲裁方案不适合；方案（3）中在同一工位里能同时完成两道共序，符合生产要求且操作简单，所以这个方案最好。

按照复合模工作零件的安装位置不同，可以分为正装式复合模和倒装式复合模两种：

正装复合模凸凹模在上模，落料凹模和冲孔凸模在下模；倒装式复合模凸凹模在下模，落料凹模和冲孔凸模装在上模[8]。

（这里选择的复合模生产为倒装式复合模）

第3章工艺计算

3.1排样设计及其材料利用率的分析计算

3.1.1排样设计

冲裁件在条料或板料上的排列方法称为排样。

排样的作用有很多，合理的排样可以减少材料的浪费，它是核算材料定额、材料剪裁的依据，排样为模具结构设计提供重要的参考。

因为工件的形状比较复杂，且加工起来比较困难，为了能加工出最好的产品，这里采用的是单排排样方案如图3.1排样图所示：

图3.1排样图

查文献《冲压工艺与模具设计》（表2-12）可知，搭边尺寸a的取值，得a＝3（mm），a1＝2（mm）。

由图1-1角垫片可以算出冲裁件垂直于送料方向的尺寸D=

=216.37（mm）

又因为a=3（mm），所以根据条料宽度B的计算公式：

B=

=216.37+2*3=222.37（mm）

可得步距H=

=76.36（mm）

这样排样将只有一个工位，将冲孔和落料两道工序复合在一起，冲孔落料。

3.1.2材料利用率计算分析

由文献《冲压模具技术手册》可知材料利用率的计算公式:

η＝nA/bh×100%[2]

式中：

n——在整块板上冲裁的零件数；

A——一个零件的实际面积，A＝12916（mm²）；

b——条料宽度（mm）；

h——送料步距（mm）；

得：

η＝[12916/（222.73×76.36）×100%≈76.07%

3.2冲裁力的计算

在冲裁过程中板料受到凸模施加的压力称为冲裁力；模具的设计和压力机的选用都以冲裁力为重要根据。

其计算公式为:

F=ltσb[3]

式中：

F——冲裁力（N）；

l——冲裁工件周边长度（mm）；

t——冲裁工件材料厚度（mm）；

σb——被冲工件材料的抗拉强度（MPa）

3.2.1冲孔力的计算

由公式：

F冲＝ltσb

根据制件材料类型选得：

σb——材料的抗拉强度，460（MPa）；

而：

l＝2×14π＝87.92（mm）；

t=2（mm）；

所以得：

F冲＝87.92×2×460＝80.89（KN）.

3.2.2落料力的计算

由公式：

F落＝ltσb

式中t=2（mm）；

σb=460（MPa）；

而：

l＝40×1.41+2×42+2×91+2×133＝588.4（mm）；

所以得：

F落＝588.4×2×460＝541.33（KN）

3.2.3卸料力的计算

由公式：

F卸＝KP

式中F卸——卸料力（KN）；

K——卸料力系数，由文献《冲压工实际操作手册》（表2-26）可得：

K取0.05；

P——冲裁力（KN）；

得：

F卸＝0.05×（541.33+80.89）＝31.46（KN）。

总冲裁力的计算:

F总＝F冲+F落+F卸+F推＝80.89+541.33+31.46+27.07＝680.75（KN）

3.3计算压力中心

（Y）

（X）

图3.2压力中心分析图

因为该工件为轴对称的零件，所以它的重心在对称中心线上，因此计算压力

中心时仅考虑如图3.2所示Y方向的值。

根据：

XC=∑ly/∑l；

另外，又有∑ly＝l1×y1+l2×y2+l3×y3+l4×y4

＝133×47.02+42×108.89+14.14×123.74+14π×101.12

＝17024.48；

∑l＝l1+l2+l3+l4=133+42+14.14+14π

＝233.08；

所以Xc＝17024.48/233.08

≈73.04（mm）。

3.4冲压设备的初选择

压力机的主要技术参数是模具设计中选择冲压设备和确定模具结构的重要依据。

（1）公称压力：

就是指滑块离下止点钱某一特定角度（称为公压力角，为20o-30o角）是，滑块所容许承受的最大工作压力。

（2）滑块行程：

是指滑块从上止点运动到下止点中间所走过的路程。

滑块行程应能保证毛培顺利放入模具和顺利取出。

（3）闭合高度：

指在下止点的滑块由它的底表面到垫板下表面的高度。

（4）工作台面尺寸：

工作台的宽度尺寸和面长都不能比模具下模座尺寸的小，要比它大，为更好安装固定模具用的垫铁、压板和螺栓，工作台面尺寸要求大模具下模座的最大尺寸的60（mm）至100（mm）。

（5）漏料孔尺寸：

当废料要穿过工作台漏料孔下落，或者弹顶装置要安装在模具的底部的时候，漏料孔尺寸须大于弹顶装置或下落件的外形尺寸。

（6）电动机的功率：

必须保证压力机的电动机功率大于冲压时所需的功率。

结合上文冲压力计算给出的数值，查文献《冲压工艺与模具设计》（表1-4），初选压力机型号规格为J23-100。

它具有操作方便简洁，成本消耗低和工作台为三面敞开等优点。

该压力机与模具设计的有关参数为：

公称压力：

1000（KN）；

最大闭合高度：

400（mm）；

滑块行程：

140（mm）；

工作台尺寸：

900mm×600（mm）；

封闭高度调节量：

110（mm）；

模柄孔尺寸：

φ60mm×75（mm）；

工作台板厚度：

50（mm）。

第四章计算成形零件尺寸

4.1冲裁间隙分析

冲裁间隙是指冲裁模的凸模与凹模刃口轮廓相应尺寸的差值。

冲裁间隙是冲裁工艺的重要参数，对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命、冲裁力等都有很大的影响。

在冲压实际生产中，间隙值的确定需要根据零件的具体要求，综合考虑上述各种因素来选择一个合理的间隙范围。

根据材料厚度为2（mm）由文献《冲压模具技术手册》（表3-6），得：

间隙值Zmax＝0.40（mm），Zmin＝0.28（mm）。

4.2模具刃口尺寸计算

计算模具刃口尺寸方法有：

凸模和凹模独立加工时的尺寸计算和凸模和凹模配合加工时的尺寸计算两种计算方法；在这里采用的是凸模和凹模独立加工时的尺寸计算。

因为这种方法适用于圆形或形状简单的冲裁件，而且这种方法加工制造的凹模和凸模时间短、可利于成批制造和具有可互换性。

根据文献《模具设计基础及模具CAD》（表4-2和表4-3）及文献《冲压工实际操作手册》（表1-20）；可以推算出落料凸、凹模的尺寸参数（x）、标准公差值（Δ）以及落料凸、凹模的基本数据尺寸计算公式：

考虑到工件的制造精度要比模具的制造精度低3至4级，因此将模具的制造精度设定为IT6级，则有如下表4.1落料模尺寸计算数值：

表4.1落料尺寸计算

工件数值

凸模尺寸

凹模尺寸

校核：

δ凸＋δ凹≤Zmax－Zmin＝0.40－0.28＝0.12（mm）

由校核表可以得出凸、凹模的尺寸偏差都符合要求的限制，所以经选用的δ凸、δ凹可用。

4.3冲孔模尺寸计算

通过校核：

δ凸＋δ凹≤Zmax－Zmin＝0.40－0.28＝0.12mm

由此可得出所选的δ凹、δ凸是符合要求的。

对

的孔冲裁模的制造公差可以查阅文献《冲压工实际操作手册》（表1-20），得出δ凸＝0.011mm，δ凹＝0.011mm，所以：

＝

＝

由文献[3]的表2-13两孔中心距离公差得：

对孔心距L＝140.1±0.06

L凹＝（140.1＋0.5×0.06）±0.06/8＝140.04±0.0075（mm）

工件尺寸如图4.2所示：

图4.2工件尺寸图

第五章模具结构和主要零件的设计

模具零件按作用分类可以分为工艺零件和结构零件两类；工艺零件包括工作零件（凸模；凹模；凸凹模）、定位零件（挡料销；导正销；凸、凹模固定板；倒料板、导料销；侧压板）、卸料及压料零件（侧刀、侧刃挡块；承料板；卸料板；顶件器；压料板），结构零件包括支承固定零件（上模座、下模座；模柄；凸凹模固定板；垫板；）、导向零件（导板、导柱、导套、导筒）、紧固件及其他零件（螺钉；销钉；其他零件）。

5.1冲孔凸模的结构设计和卸料板、固定板的选取

由于冲件的尺寸和形状都有不同，它的装配工艺、加工的条件也有不同，所以导致在实际生产中被使用的凸模结构形式有很多种。

按结构形式分有直通式、整体式、带护套式、镶拼式和阶梯式等；按刃口形状分有斜刃的和斜刃的等；按截面形状分有非圆形和圆形的等。

直通式凸模采用成形铣削或成形磨削加工、线切割加工，截面形状复杂的凸模广泛应用这种结构。

所以在这里冲孔凸模的结构形式为直通式，其结构和冲孔凸模的零件图所示，凸模与固定板之间采用的是基轴制过盈配合（

），凸模与卸料板之间的单边间隙是0.4（mm）。

凸模的长度计算公式为：

L=h1+h2+h3+h

式中：

L——凸模长度值（mm）；

h1——固定板厚度，为0.7H凹＝28（mm）；

h2——卸料板厚度值为18mm；

h3——导料板厚度或料厚（mm）；

h——附加长度，通常取为15至20（mm），此处取20（mm）；

算出：

L＝28﹢18﹢2﹢20＝68（mm）。

5.2落料凹模的结构设计

该工件形状虽然较为复杂，但为了设计方便，凹模采用整体式凹模，具体结构如凹模零件图所示，根据文献[2]《冲压模具技术手册》（表3-21与表3-22）可知落料凹模壁厚C的值为45（mm）至58（mm），这里取C＝45（mm）；确定长度与宽度的边界值为L×B＝315×250mm。

根据文献[2]《冲压模具技术手册》的凹模经验公式得：

凹模最小厚度H凹=

＝

＝37.23mm

取落料凹模的厚度为40mm；

5.3冲孔凹模与落料凸模的结构设计

冲孔凹模与落料凸模构成凸凹模，具体结构如零件图图所示。

图4.1凸凹模

图4.2落料凹模

5.4模架的选择

模座由下模座和上模座构成，模座是冲模所有零件安装的基本体，又承受着和传递着大部分冲裁力，因此要具有足够的刚度、强度和足够大的外形尺寸。

上下模座通过导柱、导套的连接形成模架。

常用的标准模架有中间导柱模架、对角导柱模架、后侧导柱模架和四导柱模架。

后侧导柱模架的特点是导向装置在后侧，横向或纵向送料都比较方便。

由前面凹模尺寸确定的边界尺寸L×B＝315×250mm后可根据文献《中国模具设计大典》（表22.3-46）为参照选取滑动导向后导柱模架400mm×355mm×195mm-240mm/GB/7181.1-1995。

导套：

32H5×100mm×38mm；材质为20钢。

导柱：

32h5×190mm；材质为20钢。

下模座：

315mm×250mm×50mm；材质为HT200。

上模座：

315mm×250mm×40mm；材质为HT200。

5.5条料送进和定位方式的选择

选用挡料销为定位装置，可保证条料送进的步距，挡料销作为活动挡料装置；选用导料销作为图2-2X方向的定位，可保证条料送进平直。

5.6推件装置的选择

推件装置的选择应该选取带有弹性元件和推杆的装置，它的安全系数高，受力均匀，如装配图所示。

5.7绘制零件图与装配图

5.7.1绘制落料凹模零件图

如图5.1

图5.1落料凹模零件图

5.7.2绘制落料凸模零件图

如图5.2

图5.2凸凹模零件图

5.7.3装配图的绘制

如下图5.3所示

图5.3装配图

5.7.4绘制冲孔凸模

如下图5.4所示

图5.4冲孔凸模

第6章校核压力机安装尺寸

根据前文可以知道，所选用的模座外形尺寸为400×355（mm），闭合高度为195-240（mm），因为所选用的压力机工作台尺寸是900mm×600mm，最大闭合高度是400mm，封闭高度调节量为110（mm），由文献《冲压模具技术手册》（表2-5）可得所加垫板厚度为100（mm），通过验算也满足：

Hmin+10<=H模<=Hmax-5，符合安装的要求，所选模柄孔尺寸与本副模具相符合。

第7章结论与展望

7.1结论

通过对本次课件的设计，我掌握了综合运用冲压工艺的理论知识对一般冲压过程中遇到的实际问题进行分析并解决的能力。

通过这次的设计