垫圈的冲孔落料级进模设计.docx
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垫圈的冲孔落料级进模设计
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目录
前言---------------------------------------------------2
第一章：
绪论
1.1冲压模具的发展------------------------------------------------3
1.2模具产品的介绍------------------------------------------------4
第二章：
冲压工艺分析
2.1冲裁件的形状和尺寸--------------------------------------------5
2.2冲裁件的工艺方案----------------------------------------------5
2.3冲裁件的排样--------------------------------------------------6
2.4冲裁的压力中心------------------------------------------------8
2.5冲裁力的确定--------------------------------------------------9
2.6冲压设备的选择------------------------------------------------10
第三章：
冲压模具的设计
3.1凸、凹模的尺寸与公差------------------------------------------11
3.2固定与支承零件------------------------------------------------14
3.3导向零件------------------------------------------------------15
3.4确定模具的闭合高度--------------------------------------------16
3.5落料模具零件材料的选择----------------------------------------17
毕业设计小结----------------------------------------------18
附表------------------------------------------------------19
致谢------------------------------------------------------23
参考文献--------------------------------------------------24
前言
毕业设计是大学三年的综合性实践环节，目的是通过课题的设计研究，培养综合运用各门课程知识的能力，培养独立分析问题和解决问题的能力。
在指导老师的安排和精心指导下，这次毕业设计这次毕业设计从确定设计课题，拟定设计方案，设计过程到毕业答辩都是按照毕业设计工作计划进行。
该课题是真题真做，虽然难度不是很大，但是要使设计图纸能直接用于生产，去造出零件，装配成机器，并能满足使用要求，也不是容易的。
要做好设计工作，减少失误，就需要在设计中主动向老师请教，查阅技术资料和其他专业文献，充分发挥主观能动性，积极思考，大胆创新，这样，我们的毕业设计才有亮点，而且对自己以后的工作有莫大的帮助。
并且要认真修改图纸错误，修改设计说明说，让毕业设计的错误之处达到最少值。
应该说，我基本完成了这套冲裁模的设计工作，通过这次设计，我学到了很多知识和技术。
这次设计中，分析了垫圈的3种工艺方案：
单工序模生产，复合模生产以及级进模生产。
采用级进模，减少模具和设备的数量，工件精度高，便于操作和实现生产自动化。
介绍了毛坯的排样图，计算数据以及设计了垫圈冲孔落料级进模的模具结构。
由于本人的设计水平有限，必然在设计中仍然有很多缺点和错误，敬请老师们批评和指正。
江西蓝天学院
机械工程与自动化07统本
（1）班：
张昪
2011年4月1日
第一章绪论
一、冲压模具的发展
随着工业发展，工业产品的品种、数量越来越多；对产品质量和外观的要求，更是日趋精美，华气。
因此，结合中国具体情况，学习国外模具工业建设和模具生产的经验，宣传、推行科学合理化的模具生产，才能推进模具技术的进步。
全面推行模具标准化：
模具标准化是现代模具设计与制造的基础。
推行模具标准化上实现模具合理化生产必备条件。
美国、德国进行模具标准化工作已有100年的历史。
而中国由于模具标准化程度不高，造成生产供应的标准件品种、规格不齐，质量不高，不能满足互换性要求。
为此，应当采取相应措施，针对模具生产特点，组织行业力量，进行快捷、适时地对模具生产企业进行标准化生产，以便全面推行模具标准化工作。
推行模具设计与制造一体化：
由于模具和制造之间的关系密切，可以说，制造是设计的延续。
而采用人工设计方法比较迟缓，不可能实现模具设计与制造一体化，也不可达到优化设计的要求。
实践证明，模具cad/cam技术是当代最合理的模具生产方式。
推行模上具专业化生产：
模具生产将可以实现高度标准化、通用化和系统化，有利于采用先进设计与制造技术，使模具越做越精，同进，有利于缩短生产周期，降低生产费用。
制造工艺规范化和生产过程控制与管理：
模具制造是模具设计的延续，是验证设计正确性的过程。
重视模具制造的规范化有利于使模具生产过程趋于科学化、合理化。
在模具企业中，对模具生产过程进行计算机控制与管理，是实现合理化生产的保证和条件。
从模具设计、生产准备、加工与装配、试模的全过程始终处于控制与管理之中，因此，推进模具生产过程控制与管理有利于提高模具制造精度与质量，减小生产周期与生产费用。
二、产品的介绍
垫圈：
形状呈扁圆环形的一类紧固件。
置于螺栓、螺钉或螺母的支撑面与连接零件表面之间，起着增大被连接零件接触表面面积，降低单位面积压力和保护被连接零件表面不被损坏的作用；另一类弹性垫圈，还能起着阻止螺母回松的作用。
垫圈是机械装置中关键零件之一,随着机械工业的迅速发展,其中垫圈零件的数量日益增加,过去,采用复合模进行生产,虽然生产率高,但是制造周期长,生产成本高,现把导柱模架的设计进行简易化,这样可以降低制造模具生产成本,缩短制造周期,同时又能保证零件的质量和尺寸,现采用一种行之有效的工艺方法,即冲孔-落料连续模冲压工艺。
第二章冲压工艺分析
一、冲裁件的形状和尺寸：
由图可见，该零件形状简单、对称，是由圆组成的，料厚为1mm。
有一个直径9mm和一个直径61mm的圆组成；孔与孔，孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为52mm。
因为对于冲压件的外形尺寸为自由公差，因此，冲裁件内外所能达到的经济精度为IT14，孔中心与边缘距离尺寸公差为±0.2mm，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。
其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用利用导正销进行定位、刚性卸料装置、自然漏料方式的冲孔落料模进行加工。
图2-1
二、冲裁件的工艺方案
在分析了冲压件的工艺性之后，通常在对工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式的分析基础上，制定几种不同的冲压工艺方案。
从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和模具寿命高低、工艺成本、操作方便和安全程度等方面，进行综合分析、比较，确定适合于工厂具体生产条件的最经济合理该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可用以下3种工艺方案
方案一：
先落料、后冲孔，采用单工序模生产。
方案二：
落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。
方案三：
冲孔-落料连续冲压，采用级进模生产。
方案一：
模具结构简单，但需要两道工序两套模具，生产效率较低，难以满足该零件的年产量要求。
方案二：
用复合模加工。
复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。
但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。
复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。
方案三：
采用级进模加工。
级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。
对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。
但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。
通过以上3种方案的分析比较，对该零件冲压生产以采用方案3为佳。
三、冲裁件的排样
3.1、排样的确定
1）有废料排样有废料排样的材料的利用率较低，但制件的质量和冲模寿命较高，常用于制件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。
2）少废料排样这种排样方法，材料利用率较高，常用于某些尺寸要求不高的制件排样。
3）无废料排样这种排样方法，材料利用率最高，但对于制件的形状结构要求严格，所以，其应用范围有一定的局限性，制件设计时要考虑这方面的工艺性能。
3.2、搭边
排样时制件与制件之间、制件与条料边缘之间留下的余料叫搭边.
合理的搭边值选择应在保证制件质量的前提下,越小越省料.据搭边的经验数表,得零件的排样图为下图所示:
图2-2
根据零件形状两式件间按矩形取搭边值a1=1.5mm，侧边取搭边值a=1.5mm。
则进距：
h=61+1.5＝62.5mm≈63mm
条料宽度：
由附表一查得∆=0.6mm
B=D+2a+△
所以B=61+2*1.5+0.6=64.6mm ≈65mm
其中：
B——条料宽度的公称尺寸（mm）
D——制件在宽度方向的尺寸（mm）
a——侧搭边的最小值（mm）
∆——条料宽度的单向（负向）公差（mm）
3.3材料利用率
衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。
材料的利用率η是指零件的实际面积A0与所用材料面积A的百分比,即:
η=A0/A×100%
=84.7%
1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心
2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
3）形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。
图2-3
根据图形分析：
因为工件图形对称，故落料时F落的压力中心在上O1；
冲孔时F孔1、F孔2的压力中心在O2上
四、冲裁力的确定
计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机，设计模具以及检验模具的强度。
压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。
1）落料力F落=KLtζ
式中F——冲裁力（N）
L——冲裁周长（mm）
t——板材厚度（mm）
ζ——材料的抗剪强度（MPa）
K——系数
∴F落=1.3X234.18X3X350=319655.7N=320KN
2）冲孔力
1、中心孔
F1=KLtζ=1.3X（∏X33）X3X350=141441.3N=141KN
2、两个小孔
F2=2KLtζ=2X1.3X（∏X12.3）X3X350=35146.02N=35KN
3）冲裁时候的推件力
由附表二得Kt=0.045
凹模为直筒形刃口其h取5~10mm
则卡在凹模内的数量为n=h/t=6/3=2
F推落=nKtF落=2X0.045X3X320=86KN
F推孔1=nKtF1=2X0.045X3X141=38KN
F推孔2=nKtF2=2X0.045X3X35=10KN
则总的冲压力为
F总=F落+F1+F2+F推落+F推孔1+F推孔2
=320+141+35+86+38+9
=630KN
五、冲压设备的选择
（1）压力机的选择，必须满足以下要求：
Hmax﹣5㎜≥Hm≥Hmin﹢10㎜
式中Hmax,Hmin—分别为压力机的最大、最小装模高度，㎜
Hm—模具闭合高度，㎜
当多副模具联合安装到一台压力机上时，多副模具应有同一个闭合高度。
（2）压力机的公称压力Fg必须大于冲压计算的总压力F总。
即Fg＞F总
（3）压力机的滑块行程必须满足冲压件的成形要求。
对于拉深工艺，为了便于放料和取件，其行程必须大于拉深件高度的
2-2.5倍
（4）为了便于安装模具，压力机的工作台面尺寸应大于模具尺寸，一般每边大50-70㎜。
工作台垫板孔应保证冲压件或废料能漏下。
从满足冲压工艺力的要求来看,可选用JG23-80开式双柱可倾式压力机
其压力机规格见附表三
第三部分冲压模具的设计
3.1、凸、凹模工作部分尺寸
确定凸、凹模间隙及制造公差。
对于冲孔部分，采用凸、凹模分开加工的方法
由附表四查得：
凸凹模间隙Zmin=0.460mm,Zmax=0.640mm.
Zmax—Zmin=0.640—0.460=0.18mm
由附表五查得：
对冲Φ33孔时δT=-0.020mmδA=+0.030mm
对冲Φ12.3孔时δT=-0.020mmδA=+0.025mm
所以满足分开加工时│δT│+│δA│≤Zmax—Zmin的要求。
dT=（dmin+x∆）0-δT=（33+0.5*0.05）0-0.020=33.0250-0.020mm
dA=（dT+Zmin）+δA0=（33.025+0.460）+0.030=33.4850+0.03mm
对于冲Φ12.3的孔
dT=（dmin+x∆）0-δT=（12.3+0.5*0.2）0-0.020=12.40-0.020mm
dA=（dT+Zmin）+δA0=（12.4+0.460）0+0.250=12.860+0.25mm
对于落料部分因制件的外形较复杂，为了保证凸、凹模具之间的间隙，采用凸模与凹模配合加工的方法。
由于落料时以凹模为基准件，因此先做好基准件，然后配加工凸模。
根据凸模或凹模上尺寸性质的不同分别计算如下：
A类：
凸模或凹模在磨损后会增大的尺寸；
B类：
凸模或凹模在磨损后会减小的尺寸；
C类：
凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸。
由图可知：
尺寸R12，R30，930-0.5，59.40-0.2为A类尺寸
对于未注公差取IT14级。
由标准公差数值表查得：
即120-0.3629.70-0.52
由上附表六查得磨损系数X=0.5
AA1=（12-0.5X0.36）+0.36/40=11.82+0.090mm
AA2=（29.7-0.5X0.52）+0.52/40=29.44+0.130mm
AA3=（93-0.5X0.5）+0.5/40=92.75+0.1250mm
AA4=（59.4-0.5X0.2）+0.2/40=59.3+0.050mm
落料凸模按凹模实际尺寸配作，保证最小间隙为0.460mm。
凹模外形尺寸的确定
凹模厚度：
H=Kb（≥15mm）据下表K取0.18
=93.74X0.35
=33mm
所以故凹模最终尺寸为230mm×160mm×33mm如下图所示：
图3-1
冲孔凸模的设计：
凸模的型式有两种：
圆形凸模和非圆形凸模。
圆形凸模的结构又分冲小圆孔凸模、冲中型圆孔凸模、冲大圆孔或落料用的凸模等等，由于本产品所冲的孔很小，所以选择冲小圆孔凸模和冲中型圆孔凸。
凸模的长度一般是根据结构上的需要而确定的。
该零件的凸模它是凸模固定板和凹模板厚度之和
凸模长度：
L=H1+H2+H3+H
式中H1------固定板厚度（mm）
H2------垫板厚度（mm）
H3------导料板厚度（mm）
H-------附加长度（mm）
所以：
L=70mm
如图所示
图3-2
3.2固定与支撑零件
（1）模架的选择
上、下模座要承受和传递冲压力，所以应有足够强度和刚度。
刚度不足，将影响冲模寿命。
因此模座应有足够厚度，铸造模座需经时效处理，下模座外形尺寸没边应至少超过压力机台面孔约50mm。
本套模座选应矩形模座，模座外形尺寸应比凹模相应尺寸大40—100mm。
模座厚度一般取凹模厚度的1—1.5倍。
因此上下模座的尺寸基本可以确定：
上模板：
350×300×40
下模板：
350×300×40
（2）固定板
固定板外形有圆形和矩形两种，主要用于固定小型凸模和凹模，由于本套模具的外形基本为矩形，综合节约材料等方面因素的影响，选用矩形固定板。
如图所示：
图3-3
（3）模柄
模柄的形式较多，主要有：
（1）旋入式
（2）压入式
（3）凸缘式
（4）浮动式
本套模具采用的是旋入式模柄。
3.3导向零件
导向零件是为了保证模具冲压时，上下模有一精确的位置关系。
在中小型模具中最广泛采用的导向零件是导柱和导套。
本套模具采用两个导柱（导套），导柱安装在下模座，导套安装在上模座。
导套选择A型导套A25×95×38GB2861.6-81如图所示
图3-4
导柱选择A型导柱A25x180GB2861.1-81如图所示
图3-5
3.4导正销
冲裁中，先进入已冲孔中，导正条料位置，保证孔与外形的位置，消除送料误差的销件称为导正销。
导正销主要用于连续模，一般安装在第二工位以后的落料凸模工作端面上或凸模固定板上。
导正销由导入和定位两部分组成，导入部分一般用圆弧或圆锥过渡，定位部分为圆柱面。
设计有导正销的连续模时，挡料销的位置应保证导正销导正条料过程中条料活动的可能。
次套模具的挡料销的位置为e=40.19mm
如图所示：
3.5模具的闭合高度
模具闭合高度一般通过下式确定
H模=上模座厚度+冲头长度+凸凹模厚度+下模座
=40+65+75+40
=220
查开式可倾压力机规格知,800KN压力机最大闭合高度为300mm（封闭高度调节量80mm）,故所设计的模具闭合高度H模=220mm满足要求,闭合高度设计合理。
五、落料模具零件材料的选择
冲模经常在频繁冲击状态下工作，因此冲模零件应具有足够的强度和韧性；而冲模工作部分零件，不但要求有足够的强度和韧性，还要有高度的硬度、耐模性、耐冲击性和淬火后变形小等特性。
正确地选用冲模材料，对于产品质量，冲模寿命和成本都有直接影响。
在选用冲模材料时，应考虑下列因素：
（1）冲压制件生产批量的大小
（2）冲压材料的性能、工序种类及冲模零件的工作条件。
（3）我国冲模生产和供应情况以及本厂现有的条件，力求减少材料牌号和规格。
零件名称
常用材料
一般热处理要求
凸模
CrWMn;Cr12;Cr12Mov
HRC60-62
凹模
CrWMn;Cr12;Cr12Mov
HRC60-62
侧刃
CrWMn;Cr12;Cr12Mov
HRC60-62
固定板
Q235
垫板
45
HRC43-48
卸料板
Q235、（45）
HRC43-48
上、下模座
HT20-40
导柱、导套
20
渗碳淬火HRC60-64
挡料销（钉）
45
HRC43-48
导料板
Q235,45
始用挡块
45
HRC43-48
承料板
Q235
推板
45
HRC43-48
顶杆
45
HRC43-48
打杆
45
HRC43-48
模柄
Q235
Q235
总结
到今天为止,两个多月的毕业设计终于可以画上一个句号。
在自己努力和指导老师的指导下，我比较好地完成了这次毕业设计的任务，通过这次毕业设计，我对机械设计过程有了一定了解，学到了很好有用的本领。
毕业设计不仅是对前面扬学知识检验，而且也是对自己能力提高。
主要收获和体会如下：
第一.学到了产品设计的方法。
产品设计过程是创造性劳动的过程，产品的设计应按科学程序进行，一般包括课题调研、拟定设计方案，总体设计，零部件设计、技术资料整理、产品试制、改进设计等过程，一个产品须经过多次改进，才能完善和成熟。
第二．提高了综合应用各门知识的能力。
以前课程设计接触课程知识比较窄。
这次毕业设计是设计一台完整的机器。
要把机器和每个零件设计出来,需要制造工艺和电气方面的知识。
第三．巩固了计算机绘图能力。
以前用CAD绘图，仅仅是知道主要指令的操作，通过这次绘图大量的图样，更加熟悉了机械制图中常用指令的操作方法，用简便快速方法画出完整正确的零件图样。
第四．提高了收集资料和查阅手册的能力。
收集资料是做毕业设计的前期准备工作，资料是否全面、可靠，关系到整个毕业设计的进程。
查阅手册是设计过程中随时要做的事情。
只有广泛收集有用的资料才能设计出比较好的产品。
第五．明确了设计必须与生产实际相结合，产品才有生命力。
因此在设计过程中，一定下企业调查，要虚心听取老师和工程技术售货员的意见，不断发行设计，完善设计。
第六．培养了严谨的科学作风。
科学工作来不得半点虚假，在设计过程中每一个结构、零件、材料、尺寸、公差都反映在图纸上，每一个错误都会造成经济损失，因此，在设计过程中必须要有高度的责任心，要有严肃认真的工作态度。
总之，对我们本科毕业生来说，经历了这次毕业设计，为今后从事生产第一线的技术发行工作、技术管理工作将有非常大的帮助。
附表一：
条料宽度公差见表
条料宽度B
/mm
材料厚度t/mm
<1
1-2
2-3
3-5
-50
0.4
0.5
0.7
0.9
50-100
0.5
0.6
0.8
1.0
附表二：
卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
Kx
Kt
Kd
钢
≤0.1
0.065-0.075
0.1
0.14
＞0.1-0.5
0.045-0.055
0.063
0.08
＞0.5-2.5
0.04-0.05
0.055
0.06
＞2.5-6.5
0.03-0.04
0.045
0.05
附表三：
JG23-80开式双柱可倾式压力机规格
公称压力/KN
800
滑块行程mm
130
行程次数次/分
45
最大装模高度mm
380
装模高度调节量mm
90
滑块中心线至床身距离mm
290
工作台板
前后mm
540
左右mm
800
工作台孔
前后mm
320
左右mm
360
直径mm
280
滑块底面
前后mm
350
左右mm
370
立柱间的距离mm
380
模柄孔尺寸
直径mm
60
深度mm
80
床身最大可倾角
30
附表四：
冲裁模初始双面间隙Z（mm）
材料厚度
/mm
08,10,35,09Mn，Q235
Zmin
Zmax
2.5
0.360
0.500
2.75
0.400
0.560
3.0
0.460
0.640
3.5
0.540
0.740
附表五：
规则形状冲裁时凸、凹模的制造公差（mm）
公称尺寸/mm
凸模偏差δT
凹模偏差δA
≤18
>18~30
>30~80
-0.020
+0.020
+0.025
+0.030
80~120
-0.025
+0.035
附表六：
摩擦系数x
料厚t
/mm
非圆形
圆形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差
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