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吊耳冲压模具设计毕业论文
吊耳冲压模具设计毕业论文
1绪论1
2冲压件工艺分析2
2.1冲压的工艺方案分析与确定2
2.2定位方式的选择3
2.4吊耳零件有关工艺与设计4
2.4.1排样方式的确定及其计算4
2.4.2条料宽度的确定5
2.4.3确定步距7
2.4.4材料利用率7
3模具总体设计8
3.1冲压力与压力中心计算8
3.1.1冲压力计算8
3.1.2压力中心计算10
3.1.3冲裁模间隙的确定12
3.2工作零件刃口尺寸计算14
3.2.1刃口尺寸确定的原则14
3.2.2刃口尺寸确定的方法14
3.2.3刃口尺寸计算15
3.3工作零件结构设计17
3.3.1冲孔凸模设计17
3.3.2落料凹模设计18
3.3.3凸凹模设计20
4其它模具零件的设计23
4.1卸料板的设计23
4.2垫板的设计24
4.3凸模固定板设计25
4.4凸凹模固定板26
4.5模架的选用27
4.6压力机的规格选用28
5标准零件的选用31
5.1活动挡料销及导料销31
5.2推杆31
5.3圆柱销31
5.4卸料螺钉31
5.5六角圆柱头螺钉32
5.7卸料弹簧33
5.8导柱导套33
5.9模座34
6模具总装配图35
结论37
致谢38
参考文献39
附录40
零件图A40
装配图B40
1绪论
现代模具行业是技术、资金密集型的行业。
现代模具是高技术背景下的工艺密集型工业,是高技术人才密集型行业。
它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务。
冲模技术的水平直接和生产率、产品质量（尺寸公差和表面粗糙度等）、一次刃磨的寿命以及设计和制造模具的周期紧密相关。
提高冲模技术水平有利于获得优质、高效、低耗、廉价的产品，技术经济效果显著，深受制造行业的重视。
冲压—就是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。
吊耳件运用于较多的机械产品和生活用品中，例如：
桶，卷扬机整体起吊用吊耳。
其上的电机、减速器等的起吊用吊环螺钉。
吊耳常设在机架等处，有铸造、锻造或焊、接铆接等形式，不可拆卸，承载能力大且稳定，常用于设备的整体起吊。
吊环螺钉属于可拆卸形式，常用于独立小部套的起吊。
本次设计零件一般是冲裁件，材料是45钢，厚度是根据受力情况而定，精度等级也根据用途而定，一般为IT12～IT14级，大批量生产本设计注重在模具的设计方案、方法上面。
零件简单，但属于金属加工，有较难的模具加工工艺，所以必须采用复合冲裁或级进模冲裁才能冲出工件。
这样冲出的工件才具有更高的精度，且加工速度也可得以提高。
2冲压件工艺分析
图2-1吊耳零件图
工件名称：
吊耳
生产批量：
大量
材料：
45钢
材料厚度：
2mm
此工件只有落料和冲孔两个工序。
材料为45钢具有良好的冲压性能，适合冲裁。
工件相对简单，有2个Ø4的孔1个Ø8的孔孔与孔，孔与边缘之间的距离也满足要求，因该零件在安装时精度要求较高；所以孔之间的精度为IT12级，其余的为自由公差IT14级尺寸精度较高，该工件所有尺寸为自由尺寸，查表《实用冲压技术手册》P469，附录G冲压基准件标准公差数值表，可得各尺寸公差为：
零件轮廓：
30
、11
、9
、R7
、Ø4
、Ø8
孔心距：
20
、17
断面粗糙度：
Ra6.3。
2.1冲压的工艺方案分析与确定
该工件包括落料，冲孔两个工序，可以有以下三种方案：
方案一：
落料——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——落料级进冲压，采用级进模生产。
方案一结构模具简单，但需要两道工序两套模具，成本高而生产效率低，制造容易模具寿命长,难以满足大批量生产要求。
方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高工序比较集中，占用设备和人员少，适用于大批量生产，但模具结构复杂，成本高，方案三也只需一副模具，生产率高，操作方便，但模具结构复杂，制造周期长，对零件定位复杂。
倒装的凹模在上，凸模在下,正装的凸模在上，凹模在下；其次是卸料方式的不同,倒装卸料是打杆，正装的是推杆！
该零件精度要求不高正装复合模结构较为简单，成本较低。
综上所述，考虑到该件的批量大，为保证各项技术要求，选用方案二为佳，采用自然落料的倒装式复合模。
2.2定位方式的选择
为保证冲裁出外形完整的合格零件，毛坯在模具中应该有正确的位置，正确位置是依靠定位零件来保证的。
由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类很多，设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选择。
因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销。
因为该零件较小，为倒装复合模，所以控制条料的送进步距采用活动挡料销。
2.3卸料、出件方式的选择
弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用在冲裁料厚在2.5mm以下的板料，由于有压料作用，冲裁件比较平整。
弹压卸料板与弹性元件（弹簧或橡皮）、卸料螺钉组成弹压卸料装置。
卸料板与凸模之间单边间隙选择（0.1～0.2）t，若弹压卸料板还需对凸模起导向作用时，弹性元件的选择，应满足卸料力和冲模结构的要求。
为使卸料可靠，卸料板应高出模具刃口工作面0.3～0.5mm，材料采用45钢，热处理淬火硬度43～48HRC。
因为工件料厚2mm，相对较薄，卸料力不大，由此可知卸料、出件方式的选择可采用弹性卸料装置卸料。
2.4吊耳零件有关工艺与设计
2.4.1排样方式的确定及其计算
方案一：
有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。
方案二：
少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
方案三：
无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。
通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。
考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。
图2-2排样图
排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。
搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。
搭边过大，浪费材料。
搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。
搭边值通常是由经验值确定，表（2-1）所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。
表2-1搭边a和数a1值
材料厚度
圆形件半径r＞2t的工件
矩形工件边长L＜50mm
矩形工件边长L＞50mm
或r＜2t的工件
工件间a1
沿边a
工件间a1
沿边a
工件间a1
沿边a
＜0.25
0.25~0.5
0.5~0.8
0.8~1.2
1.2~1.6
1.6~2.0
2.0~2.5
2.5~3.0
1.8
1.2
1.0
0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
2.0
1.5
1.2
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.2
1.8
1.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.0
1.8
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
2.2
1.8
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
3.0
2.5
2.0
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8t
据制件厚度与制件的排样方法可查表（2-1）得工件间为1.8沿边为2。
2.4.2条料宽度的确定
排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度与进距就可计算出。
计算条料的宽度时须要考虑三种情况：
（1）有侧压装置时条料的宽度；
（2）无侧压装置时条料的宽度；
（3）有定距侧刃时条料的宽度；
图2-3有侧压装置时条料的宽度确定
图2-4无侧压装置时条料的宽度确定
本设计采用的是无侧压装置的模具。
条料宽度公式：
B＝[D＋2a＋c]
（mm）（2-1）
式中:
c—条料与导料板之间的间隙（即条料的可摆动量）：
B≤100,c=0.5～1.0；B>100,c=1.0～1.5查表（2-1）；
B—条料宽度基本尺寸；
a—侧面搭边,查表（2-1）；
D—条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸；
—条料下料剪切公差，
B=（D+2a+c）-△0
B=（30＋2×2+1）
=350-0.5（mm）
表2-2剪料公差及条料与导料板之间隙（mm）
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
100～150
0.6
0.7
0.9
1.1
150～220
0.7
0.8
1.0
1.2
表2-3条料宽度偏差（mm）
条料宽度B/mm
材料厚度t/mm
～0.5
＞0.5～1
＞1～2
～20
0.05
0.08
0.10
＞20～30
0.08
0.10
0.15
＞30～50
0.10
0.15
0.20
2.4.3确定步距
送料步距S：
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。
进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。
条料宽度的确定与模具的结构有关。
进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。
复合模送料步距S=零件的长度+搭边值（2-2）
S＝23+2.2
＝25.2（mm）
2.4.4材料利用率
材料利用率通常是指在一个进距的制件实际面积与所用毛坯面积的百分比η：
η=F/F0×100%=F/AB×100%（2-3）
式中：
η材料利用率（%）；
F—冲裁件的实际面积（mm2）；
F0—所用材料面积，包括工件面积与废料面积；
A—送料进距（相邻两个制件对应点的距离）；
B—条料宽度（mm）。
η=F/F0×100%=F/AB×100%
=30×11+14×8+（3.14×7²/2）-（3.14×42+3.14×22×2）/25.2×34×100%
=61%
3模具总体设计
3.1冲压力与压力中心计算
冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。
通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。
表3-1部分常用冲压材料的力学性能
材料名称
牌号
材料状态
抗剪强度
抗拉强度
伸长率
屈服强度
普通碳素钢
Q195
未退火
260～320
320～400
28～33
200
Q235
未退火
310～380
380～470
21～25
240
Q275
未退火
400～500
500～620
15～19
280
优质碳素结构钢
08F
已退火
220～310
280～390
32
180
08
已退火
260～360
330～450
32
200
10
已退火
260～340
300～440
29
210
20
已退火
280～400
360～410
25
250
45
已退火
440～560
550～700
16
360
65Mn
已退火
600
750
12
400
3.1.1冲压力计算
计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力Fp一般可以按下式计算：
Fp=KptLτ（3-1）
式中：
τ—材料抗剪强度，；
L—冲裁周边总长（mm）；
t—材料厚度（mm）;
系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均），润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数Kp，一般取1~3。
当查不到抗剪强度r时，可以用抗拉强度σb代替τ，而取Kp=1的近似计算法计算。
根据公式3-1可得出详见表（表3-3）。
抗剪强度
按退火45钢板计算，查表（《实用冲压技术手册》P329，表8－49黑色金属的机械性能），得45钢退火τ=440～560；取τ=500MPa。
表3-2卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
Kx
Kt
Kd
钢
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~0.25
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.
0.~0.
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.
0.
0.
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
铝、铝合金
纯铜，黄铜
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
对于表中的数据，厚的材料取小直，薄材料取大值。
表3-3冲压力
项目分类
项目
公式
结果
备注
冲压力
落料力F落
F落=1.3ltτ
137800N
τ=500MPa
L=106mm
冲孔力F冲
F冲=1.3ltτ
65312N
L=50.24mm
卸料力F卸
F卸=K卸F冲
3265.6N
查表5得K卸=0.05
推件力F推
F推=nK推F落
9646N
n=h/t=12/2=6
K推=0.07
总冲压力F总
F总=F落+F冲+F卸+F推
216023.6N
3.1.2压力中心计算
模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。
为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
冲模的压力中心，可以按下述原则来确定：
（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以用解析计算法求出冲模压力中心。
解析法的计算依据是：
各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。
求出合力作用点的坐标位置0，0（x=0,y=0），即为所求模具的压力中心如图（图3-1），根据公式：
（3-2）
（3-3）
先求合力，即使有力矩也要转化成单一的力矢量；然后选取任意点作转动中心根据力矩平衡原理求作用点的坐标。
最后从作用点出发画出合力交与物体表面得到的交点即压力中心。
得出表（表3-4），最后画出压力中心图如图（图3-1）。
表3-4压力中心计算
基本要素长度L/mm
各基本要素压力中心的坐标值
X
Y
L1=30
0
0
L2=11
15
5.5
L3=8
11
11
L4=8
7
15
L5=21.98
0
19
L6=8
-7
15
L7=8
-11
11
L8=11
-15
5.5
L9=25.12
0
19
L10=12.56
-10
5.5
L11=12.56
10
5.5
合计156.12
0
10.1
图3-1压力中心
由以上计算结果可以看出该工件的压力中心在（0，10.1）这一点。
3.1.3冲裁模间隙的确定
冲裁间隙时指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸dr的差值（如图3-2），是设计模具的重要工艺参数。
图3-2冲裁间隙
（1）间隙对冲裁件尺寸精度的影响
冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。
（2）间隙对模具寿命的影响
间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一，冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利。
设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。
考虑到制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的围作为合理间隙，只要间隙在这个围，就可以冲出良好的制件，这个围的最小值称为最小合理间隙Zmin，最大值称为最大合理间隙Zmax。
考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Zmin。
根据始用间隙表（3-5）查得材料45号钢的最小双面间隙Zmin=0.260mm，最大双面间隙Zmax=0.380mm
表3-5冲裁模初始用间隙2c（mm）
材料
厚度
08、10、35、
09Mn、Q235
16Mn
45、50
65Mn
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
小于0.5
极小间隙
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.2
1.5
1.75
2.0
2.1
2.5
2.75
3.0
.3.5
4.0
4.5
5.5
6.0
6.5
8.0
0.040
0.
0.064
0.072
0.092
0.100
0.
0.132
0.220
0.246
0.260
0.260
0.4000.460
0.540
0.610
0.720
0.940
1.080
0.060
0.072
0.092
0.104
0.
0.140
0.180
0.240
0.320
0.360
0.380
0.500
0.560
0.640
0.740
0.880
1.000
1.280
1.440
0.040
0.
0.064
0.072
0.090
0.100
0.132
0.170
0.220
0.260
0.280
0.380
0.420
0.480
0.580
0.680
0.680
0.780
0.840
0.940
1.200
0.060
0.072
0.092
0.104
0.
0.140
0.180
0.240
0.320
0.380
0.400
0.540
0.600
0.660
0.780
0.920
0.960
1.100
1.200
1.300
1.680
0.040
0.
0.064
0.072
0.090
0.100
0.132
0.170
0.220
0.260
0.280
0.380
0.420
0.480
0.580
0.680
0.780
0.980
1.140
0.060
0.072
0.092
0.104
0.
0.140
0.180
0.240
0.320
0.380
0.400
0.540
0.600
0.660
0.780
0.920
1.040
1.320
1.500
0.040
0.
0.064
0.064
0.090
0.090
0.060
0.072
0.092
0.092
0.
0.
3.2工作零件刃口尺寸计算
3.2.1刃口尺寸确定的原则
（1）凸、凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁生产的技术经济效果，是冲裁模设计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律、冲模的磨损规律和经济的合理性，遵循以下原则：
①设计落料模时，应以凹模尺寸为基准，间隙取在凸模上，靠减小其尺寸获得；设计冲孔模时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上，靠增大其尺寸获得。
②根据冲模的磨损规律，凹模的磨损使落料件轮廓尺寸增大，因此设计落料模时，凹模的刃口尺寸应等于或接近工件的下极限尺寸；凸模的磨损使冲孔件的孔径尺寸减小，因此设计冲孔模时，凸模的刃口尺寸应等于或接近工件的上极限尺寸。
③冲裁模在使用中，由于磨损间隙值将不断增大，因此设计时无论是落料模还是冲孔模，新模具都必须选取最小合理间隙
，使模具具有较长的寿命。
④根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级。
（2）工作零件刃口计算
凸、凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁生产的技术经济效果，是冲裁模设计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律、冲模的磨损规律和经济的合理性，遵循以下原则：
①设计落料模时，应以凹模尺寸为基准，间隙取在凸模上，靠减小其尺寸获得；设计冲孔模时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上，靠增大其尺寸获得。
②根据冲模的磨损规律，凹模的磨损使落料件轮廓尺寸增大，因此设计落料模时，凹模的刃口尺寸应等于或接近工件的下极限尺寸；凸模的磨损使冲孔件的孔径尺寸减小，因此设计冲孔模时，凸模的刃口尺寸应等于或接近工件的上极限尺寸。
③冲裁模在使用中，由于磨损间隙值将不断增大，因此设计时无论是落料模还是冲孔模，新模具都必须选取最小合理间隙
，使模具具有较长的寿命。
④根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级。
3.2.2刃口尺寸确定的方法
模具刃口尺寸计算方法分为两种。
（1）凸模和凹模分开加工
在这种情况下，需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。
落料时，间隙取在凸模上；冲孔时，间隙取在凹模上。
凸模和凹模分开加工的优点是凸模和凹模具有互换性，可以批量生产。
但是为了保证合理的间隙，要求加工凸模和凹模的机床精度高，加工难度大，因此凸模和凹模分开加工的方法仅适用于形状简单的冲裁模。
（2）凸模和凹模配合加工
所谓配合加工就是在凸模和凹模中先选定一件为基准件，制造好后用它的实际刃口尺寸来配做另一件，使它们之间达到最小合理间隙值。
落料时，先做凹模，以它为基准件配做凸模，保证最小的合理间隙值；冲孔时，先做凸模，以它为基准件配做凹模，保证最小的合理间隙值。
凸、凹模配合加工方法有利于获得最小合理间隙，放宽对模具加工设备的精度要求，而冲模的生产规模多数情况下均属于单件或小批量生产，因此，目前多数工厂均采用配合加工法生产凸模和凹模。
所以，根据工件图，确定落料部分以落料凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙值配制。
既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。
设冲孔尺寸为
，设工件尺寸为D
根据以上原则，冲孔时以凸模为设计基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙2Cmin。
凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。
3.2.3刃口尺寸计算
根据工件图，确定落料部分以落料凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙值配制。
既以落料凹
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