车门垫板冲压模具课程设计.docx
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车门垫板冲压模具课程设计
摘要………………………………………………………………………1
引言…………………………………………………………………………2
1.冲裁件的工艺性分析…………………………………………………3
2.确定工艺方案…………………………………………………………4
3.模具的结构形式………………………………………………………6
4.模具的设计计算………………………………………………………8
（1）排样方式与材料利用率…………………………………………8
（2）冲裁力计算………………………………………………………9
（3）压力中心的计算…………………………………………………10
（4）主要零件的尺寸计算……………………………………………10
5.主要零部件的设计……………………………………………………13
6.模架与导套、导柱的选用……………………………………………14
7.压力机的选用…………………………………………………………15
8.模具的装配……………………………………………………………16
小结…………………………………………………………………………17参考书目……………………………………………………………………18
摘要
模具是典型的按订单单件生产的行业，每一个订单都要与客户进行详细的业务和技术方面的沟通，否则将会产生严重的后果。
我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。
国外模具自产自配比例一般为30%，我国冲压模具自产自配比例为60%。
这就对专业化产生了很多不利影响。
现在，技术要求高、投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件模具、多工位级进模和精冲模等。
而一般冲模专业化程度就较低。
由于自配比例高，所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。
但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策。
该模具是根据市场要求所设计的，通过对零件的认识可知，该零件所用的材料是Q235钢板，生产批量为小批量生产，再经过方案比较，故选择级进模生产作为该副模具工艺生产方案即比较加工又便于经济；经过计算分析完成该模具的主要设计计算；选出符合该模具的定位方式、卸料出件方式导向方式；设计模具的工作部分即凸、凹模的设计，选择模具的材料即确定每个零部件的加工方案；仅接着根据模具的装配原则，完成模具的装配装配模具试冲通过试冲可以发现模具设计和制造的不足，并找出原因给予纠正，并对模具进行适当的调整和修理。
引言
由于历史和体制上的原因，我国模具专业化和标准化水平一直很低，其中冲压模具的专业化比塑料模和压铸模更低。
这在一定程度上妨碍了冲压模具的发展，根据国内外模具专业化情况来看，专业化可以有多层意思：
1）模具生产独立于其他产品生产，专业生产模具外供；2）按模具种类划分，专门从事某一类模具（如冲压模具）生产；3）在某一类模具中，按其服务对象或模具工艺与尺寸大小，选取该类模具中的某种模具（例如汽车覆盖件模具、多工位级进模具、精冲模具等等）进行专业化生产；4）专业生产模具中的某一些零件（如模架、冲头、弹性元件等）供给模具生产企业；5）按工序开展专业化协作。
例如目前社会上专门从事模具设计的公司、专门进行型腔加工或电加工协作的企业、专门接受测量或热处理委托业务的企业与专业从事抛光业务的企业等等，这种多层次的专业化促进了模具行业的发展。
但专业化的路途仍旧遥远，必须加快进程才能适应形势。
在信息化带动工业化发展的今天，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，我国冲压模具必须尽快提高水平。
通过改革与发展，采取各种有效措施，在冲压模具行业全体职工的共同努力奋斗之下，我国冲压模具也一定会不断提高水平，逐渐缩小与世界先进水平的差距。
“十一五”期间，在科学发展观指导下，不断提高自主开发能力、重视创新、坚持改革开放、走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型轨道上来，我国的冲压模具的水平也必然会更上一层楼。
1．冲裁件的工艺分析
如图1所示工件为客车车门垫板。
材料为Q235，厚度t=4mm。
图1车门垫板
冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。
在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。
良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便与产品质量稳定等要求。
零件尺寸公差无特殊要求，按IT4级选取，利用普通冲裁方式可达到图样要求。
由于该件外形简单，形状规则，适于冲裁加工，材料为Q235钢板,σb=450Mpa。
2、确定工艺方案
方案一：
先冲孔，后落料。
单工序模生产。
方案二：
冲孔—落料复合冲压。
复合模生产。
方案三：
冲孔—落料级进冲压。
级进模生产。
表1各类模具结构与特点比较
模具种类比较项目
单工序模
（无导向）（有导向）
级进模
复合模
零件公差等级
低
一般
可达IT13～IT10级
可达IT10～IT8级
零件特点
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度较厚
小零件厚度0.2～6mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件
形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm
零件平面度
低
一般
中小型件不平直，高质量制件需较平
由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面
生产效率
低
较低
工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高
冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低
安全性
不安全，需采取安全措施
比较安全
不安全，需采取安全措施
模具制造工作量和成本
低
比无导向的稍高
冲裁简单的零件时，比复合模低
冲裁较复杂零件时，比级进模低
适用场合
料厚精度要求低的小批量冲件的生产
大批量小型冲压件的生产
形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产
根据分析结合表分析：
方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。
方案二只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。
冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小。
方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。
通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案三级进模为佳，弹性卸料，自然漏料，为增强模具的强度，在中间留一空工位。
3.模具的结构形式
（1）模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。
（2）操作方式
该零件的生产批量不是很大，合理安排生产采用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。
（3）卸料、出件方式
为了便于操作，提高生产率，采用弹性卸料方式，因采用级进模生产，故采用凸模与卸料板推下的出件方式。
（4）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，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。
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，以与大量生产用的自动冲压模架。
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，为提高模具寿命和工件质量，该级进模采用考虑零件厚度较后，模架类型与精度，采用对角导柱模架导向方式，即方案一最佳。
（5）工作过程
将剪裁好的板料15送入模具中，由定位销定位。
冲压时，上模降下，卸料板16先压住板料15，上模继续下降闭合，冲孔凸模11、12冲出孔，落料凸模9，冲出零件，废料被凸模11、12推出，零件由凸模9推出；冲完后磨具开启，上模上升，卸料板16把板料15从凸模9、11、12上卸下；继续送进板料进行下一次冲压。
冲下的废料和零件落在落料槽中，隔一段时间由工人用推杆从落料槽中推出。
1-导套2-上模座3-凸模固定板4-垫板5、21-圆柱销
6、17-内六角螺钉7、10-螺钉8-模柄9-落料凸模
11-冲孔小凸模12-冲孔大凸模13-卸料螺钉14-卸料橡皮
15-料板 16-卸料板18-凹模19-下模座20-定位销22-导柱
图2车门垫板冲孔、落料级进模
4、模具的设计计算
（1）排样方式与材料利用率
由表查得搭边数值：
a=3.5，a1=3.2
进距s=B+a1=40+3.2=43.2mm
条料宽度b=L+2a=375+2×3.5=382mm
板料规格拟选用4×1500×2300
采用纵裁：
裁板条数n1=B/b=1500/382=3条余354mm
每条个数n2=（L-a1）/s=（2300-3.2）/43.2=53条余7mm
每板总个数n总=n1×n2=3×53=159个
材料利用率η总=（n总A/LB）×100%
=（159×10580）/（2300×1500）×100%
=48.76%
采用横裁：
裁板条数n1=L/b=2300/382=6条余8mm
每条个数n2=（B-a1）/s=（1500-3.2）/43.2=34条余28mm
每板总个数n总=n1×n2=6×34=204个
材料利用率η总=（n总A/LB）×100%
=（204×10580）/（2300×1500）×100%
=62.56%
由此可见，采用纵裁有较高的材料利用率和较高的剪裁生产率，考虑到剪裁剩余量，将搭边值a由3.5增大到4，a1由3.2增大到4。
所以最终剪裁方式为383×1500的条料，具体排样图如图3。
图3排样图
（2）冲裁力计算
冲孔力F1=L1tσb=[85×2+20π+9π+65×2+23-18+2×50+23]×4×450=9N
L1：
冲孔的周长t：
板料厚度σb：
材料抗拉强度（MPa）
切断力F2=L2tσb=（375×2+40×2）×4×450=1494000N
L2：
每个零件的外边周长
冲裁力F=F1+F2=934308+1494000=2428308N
冲孔与落料部分的卸料力
查表2-37K卸=0.04
Fx=FK卸=×0.04N=97132N
冲孔与落料部分的推料力
查表K推=0.045
取洞口直刃壁高度h=8mm
F推=FK推h/t=×0.045×8/4=218547N
总冲压力
F总=F+Fx+F推=+97132+218547=N
（3）压力中心的计算
X0=[（85×2+20π）×95.5+215×9π+65×2×247.5+2.5×2×280+50×2×305+23×330+830×187.5]/[（85×2+20π）+（9π+65×2+2.5×2+50×2+23）+375]=191.3
因为条料宽383mm，则X0取191.5
Y0=[（85×2+20π）×12.5+（9π+65×2+2.5×2+50×2+23）×12.5+830×100.5]/[（85×2+20π）+（9π+65×2+2.5×2+50×2+2.5）+830]=66.6
Y0取67
取压力中心坐标为（191.567）
图4压力中心分析图
（4）主要零件的尺寸计算
①凹模外形尺寸
由表查得，凹模高度H=40mm，壁厚C=60mm。
故凹模外型尺寸为480mm×120mm×40mm。
②凸模固定板
凸模固定板的外形与尺寸通常与凹模板相同，厚度为凹模板厚度的0.6～0.8倍。
H1=（0.6～0.8）H=24mm～32mm取整数30mm
固定凸模的型孔决定与凸模的结构设计，对于用螺钉固定的直通式凸模，要求型孔按凸模实际尺寸配作成M7/h6。
我们选择的尺寸为480mm×120mm×30mm。
③垫板的采用与厚度
垫板作用是承受凸模或凹模的压力，防止过大的冲压力在上下模板上压出凹坑，影响模具正常工作。
是否采用垫板，以承压面较小的凸模进行计算，冲小矩形孔的凸模承压面的尺寸为20×85+π×10×10，其承压应力
σ=F/A=[（85×2+20π）×4×450]/（20×85+π×10×10）MPa=208.06MPa
铸铁模板的σb=90～140Mpa，
即σ＞σb
因此须采用垫板，垫板厚度取10mm。
选择外形尺寸为480mm×120mm×10mm的标准件，材料为45号钢。
④卸料橡皮的自由高度
根据工件材料厚度为4mm，冲裁时凸模进入凹模深度取6mm，考虑模具维修时刃磨留量2mm，再考虑开启时卸料板高出凸模lmm，则总的工作行程h工件=13mm
橡皮的自由高度
h自由=h工件/（0.25～0.3）=43～52mm
取h自由=45mm
模具在组装时橡皮的预压量为
h顶=（10%～15%）h自由=4.5～6.75mm
取h顶=6mm
由此可算出模具中安装橡皮的空间高度尺寸为39mm。
⑤卸料板厚度
卸料板厚度一般情况下取10～15mm，考虑到板料较薄，这里取卸料板的厚度为10mm。
⑥冲孔凸模尺寸
凸模固定板高度：
h1=30mm
卸料板高度：
h2=10mm
导尺高度：
h3=4mm
附加高度：
h=34mm
凸模高度：
L=h1+h2+h3+h
=30mm+10mm+4mm+34mm
=78mm
冲孔大凸模长度140mm宽度35mm
冲孔小凸模长度120mm宽度30mm
⑦凸凹模刃口尺寸
由表2-23，查得凸凹模初始间隙：
Zmin=0.64mm,Zmax=0.88mm
由于冲孔落料部位形状简单规则且尺寸性质相同，因此凸凹模刃口尺寸采用分开加工。
冲孔尺寸：
dp=（d+X△）0-δpdd=（dp+Zmin）0+δd=（d+X△+Zmin）0+δd
落料尺寸：
Dd=（D-X△）0+δdDp=（Dd-Zmin）0-δp=（D-X△-Zmin）0-δp
凹模按凸模配制，并保证单边间隙为0.21-0.29
5．主要零部件的设计
本模具是采用手工送料的级进模，落料凸模面积较大可直接用螺钉固定，冲孔凸模则须用固定板固定，凹模可直接用螺钉与圆柱销固定。
卸料装置采用弹性的，导向装置采用导柱导套。
板料的定位和导向采用定位销和导向销。
详见图5。
模具国标规定了两种卸料螺钉，即圆柱头卸料螺钉（GB2867.5-81）与圆柱头内六角卸料螺钉（GB2867.6-81），均具有如下特点：
螺纹长度虽短但与光杆段有台阶，可保证旋入弹压卸料板后不易松动；螺钉长度是指光杆段长度且有公差要求，便于保证弹压卸料板工作平面与凹模面平行；螺钉材料为35号钢且要求热处理硬度为28～38HRC，以便保证螺钉有足够的强度，能够承受卸料过程中反复作用的拉应力。
冲模上的紧固件包括连接螺钉和定位销钉。
受力较大的连接螺钉一般都采用内六角螺钉，其特点是用35号钢制造，并淬火达28～38HRC，因此可承受较大的拉应力。
受力不大的小螺钉可以采用普通圆柱头螺钉，但一般不用半球头螺钉或沉头螺钉。
前者一字槽容易拧环，后者装配时不便调整。
定位销钉采用普通圆柱销，可以承受一定的切应力。
该模具中的标准件为：
螺钉 GB/T70—76
圆柱销 GB/T119—2000
挡料销GB/T2866.11—81
模柄是连接上模和压力机的零件，这里采用的具体规格是B50×100GB2862.3-81。
由四个螺钉固定到上模座上。
6．模架与导套、导柱的选用
该冲孔、落料级进模级进模为横向送料，零件精度较低，加工批量不大，因此选用铸铁滑动导向对角导柱模架。
根据凹模的周界尺寸为500mm×315mm，因此选：
模架500×315×245～290ⅠGB/T2851.1如图5所示。
图5铸铁滑动导向对角导柱模架
由于选择了标准模架，导套和导柱的基本尺寸也就决定了，导柱为45×230×60，导套为45×125×48。
7．压力机的选用
该模具的主要参数：
总冲压力：
F总=N
闭合高度：
H模=250mm
外廓尺寸：
500mm×315mm
该零件尺寸精度较低，尺寸较大，因此选用操作空间大，操作方便，容易安装机械化的附属设备和成本低廉的开式曲柄压力机JA21—3150A。
该压力机的主要技术规格为：
公称压力：
3150KN
滑块行程：
200mm
行程次数：
30次/min
最大装模高度：
500mm
装模高度调节量：
150mm
工作台尺寸：
1250mm×800mm
工作台孔尺寸：
650mm×350mm
8.模具的装配
（1）导柱导套的装配
导柱导套和模座的配合都为过盈配合，一般都用压力机将导柱导套分别压入下模座和上模座。
装好后检查导柱对下模座底平面，导套对上模座上平面的垂直度,其误差应在要求的范围内。
（2）凸模的装配
凸模用固定板将其装在模座上的，凸模与固定板是采用过渡配合，装配时是在压力机上将凸模压入固定板的，检查其垂直度后,将凸模尾部与凸模上平面一起磨平并将凸模端面磨平。
凸模、固定板、垫板和上模座安装在一起，用圆柱销定位，螺栓固定。
（3）装配下模
先将下模座和凹模叠加起来，然后用圆柱销定位，最后用螺钉固定。
（4）装配上模
把上模座、垫板、固定板、橡胶卸和料板按顺序叠加起来，然后用圆柱销定位，然后用卸料螺钉把卸料板、橡胶与上模座连接。
然后再安装模柄。
（5）试冲与调整
装机试冲并根据试冲结果进行相应调整。
小结
为期两周的专业模块课程设计结束了，本次课程设计让我学到了很多知识，同时也感到了模具设计的艰辛不易。
在此特地感谢伍俏平老师对我的辅导与督促，正是有了伍老师对我们课程设计完成的进度与质量的时时监督，才让我如期完成了本次的课程设计。
此课程设计对车门垫板零件的冲压模具进行了设计，采用了冲孔、落料级进模的结构形式。
主要论述了冲孔、落料级进模的结构设计与计算，包括确定模具的结构型式，计算了模具闭合高度和压力中心，凸、凹模间隙和刃口尺寸的确定，模具主要零件的选择和设计，并对冲压设备进行了选取。
其中着重阐述了凸、凹模的设计过程，最后绘制了模具的凸、凹模零件图和车门垫板级进模装配图（附图）。
参考书目
1、肖祥芷、王孝培主编.中国模具设计大典（第2版）．江西科学技术出版社,2003
2、许发樾主编模具制造工艺与装备机械工业出版社2003
3、薛啓祥主编．冲压工艺与模具设计实例分析机械工业出版社，2008
4、甘永立主编．几何量公差与检测明（第8版）．上海科学技术出版社，2007
5、大连理工大学工程画教研室编．机械制图（第5版）．高等教育出版社，2003
6、王芳主编冷冲压模具设计指导机械工业出版社1998
7、刘鸿文主编．材料力学（第4版）．高等教育出版社2004
8、王立刚主编冲模设计手册机械工业出版社2002
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