尹海垫圈冷冲模设计.docx
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尹海垫圈冷冲模设计
毕业论文
论文名称压布板冲压模具设计
系别机械系
专业模具设计及制造
班级07模具四二班
姓名尹海
学号
指导老师
完成日期
指导教师评语
建议成绩：
优良中及格不及格
指导教师签字
年月日
最终评定成绩：
优良中及格不及格
系主任签字
年月日
一章绪论
1.1冲压加工的概述
1.1.1冲压的概念
冷冲压是在室温条件下，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，从而获得所需冲件的一种压力加工方法。
在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成冲件（或零件的一种特殊工艺装备，称为冷冲模。
合理的冲压成形工艺，先进的模具，高效的冲压设备是必不可少的三要素。
冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件,具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。
1.1.2冲压加工及分类
冲压加工因冲件的形状，尺寸和精度的不同，所采用的工序也不同，概括起来可以分为分离工序和成形工序。
分离工序是指坯料在模具刃口做用下，沿一定的轮廓线分离而获得冲件的加工方法。
分离工序主要有冲孔、落料、切断等。
成形工序是指坯料在模具压力作用下，使坯料产生塑性变形，但不产生分离而获得具有一定形状的尺寸的冲件的加工方法。
成形工序主要有弯曲、拉深、翻边、胀形等。
1.1.3冲压及其模具技术发展
（1）冲工艺分析计算现代化
（2）模具计算机辅助设计、制造分析（CAD/CAM/CAE）一体化的研究和应用。
（3）冲压生产自动化。
（4）为适应市场经济的需求，大批量与多品种小批量生产共存，开发了适宜于小批量生产的各种简易模具、经济模具、标准化且容易交换的模具系统等。
（5）推广和发展冲压新工艺和新技术。
（6）与材料科学结合，不断改进板料性能，以提高冲件的成形能力
（7）开发新的模具材料。
1.2冲压设备的选用及制造特点
1.2.1冲压设备的选用
压力机应根据冲压工序的性质、生产批量的大小，模具的外形尺寸以及现有设备等情况进行选择。
压力机的选用，包括选择压力机类型和压力机规格两项内容。
1．压力机类型的选择
（1）中，小型冲压件选用开式机械压力机。
（2）大，中型冲压件选用双柱闭式机械压力机。
（3）导板模或要求导套不离开导柱的模具选用偏心压力机。
（4）大量生产的冲压件选用高速压力机或多工位自动压力机。
（5）校直、整形和温热挤压工序选用摩擦压力机。
（6）薄板冲裁，精密冲裁选用刚度高的精密压力机。
（7）大型，形状复杂的拉深件选用双动或三动压力机。
（8）小批量生产中的大型厚板件的成形工序多采用液压压力机。
1.2.2制造的特点和模具材料选用的原则
冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还在经济方面，都具有许多独特的优点。
主要有：
1）冲压加工是少无切削加工方法之一，是一种省能、低耗、高效、的加工方法。
因而成本较低。
2）具有一模一样的特征，所以产品质量稳定。
3）冲压加工可以加工壁薄、重量轻、形状复杂、表面质量好.
4）冲压生产靠压力机和模具完成加工过程，其生产效率高、操作简便、易于机械化与自动化。
模具材料的选用，不仅关系到模具的使用寿命，也直接影响到模具的制造成本。
选择模具材料应遵守如下原则：
1）满足使用要求，应具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐冲击性、抗疲劳。
2）根据冲压材料和冲压件生产批量选用材料。
3）模具材料应具有良好的加工工艺性能，便于切削加工，淬透性好、热处
理变形小。
4）满足经济性要求。
1.3模具CAD/CAE/CAM技术
冲压技术的进步首先通过模具技术的进步来体现出来。
对冲模技术性能的研究已经成为发展冲压成形技术的中心和关键。
20世纪60年代初期，国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。
通过以计算机为主要技术手段，以数学模型为中心，采用人机互相结合、各尽所长的方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体，使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。
模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。
模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。
它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化[4]。
模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。
展望国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展，本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中，通过与计算机技术的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快，学科领域交叉之广前所未见。
今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物，其特点将反映在专业化、网络化、集成化、智能化四个方面。
主要表现在[4]：
（1）模具CAD/CAM的专业化程度不断提高；
（2）基于网络的CAD/CAE/CAM一体化系统结构初见端倪；
（3）模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目；
（4）与先进制造技术的结合日益紧密。
1.4模具的发展与现状
模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，也是高新技术产业的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平
的重要标志。
随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。
目前我国模具工业的发展步伐日益加快，“十一五期间”产品发展重点主要应表现在[2]：
（1）汽车覆盖件模；
（2）精密冲模；
（3）大型及精密塑料模；
（4）主要模具标准件；
（5）其它高技术含量的模具。
目前我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，其中，冲压模占模具总量的40%以上，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。
以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。
轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。
在设计制造方法、手段上已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。
但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，以国外相比还存在一定的差距。
标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，存在一定差距。
二章设计任务书
课程设计的零件及设计技术要求
零件图
零件名称：
垫板
零件所用材料：
Q235
材料厚度：
0.5mm
生产批量：
大批量
（二）课程设计工作内容及完成时间
1.分析零件的成型工艺性
2.工艺方案和模具零件结构尺寸的确定
3.压力机的选用
4.绘制模具装配图
5.绘制模具零件图
6.编制设计说明书
（三）主要参考资料、文献
1.《冲压工艺与模具设计》机械工业出版社
2.《冲压模具设计手册》机械工业出版社
3.《冲压成型工艺与模具设计》高等教育出版社
4.CAD、Pro/E、CAM等软件工具书
5.机械制图、公差、金属材料与热处理等书
三章计算说明书
3.1．1冲压件工艺性分析
1．材料
该垫圈选用的冲裁材料Q235钢，该类钢属于普通碳素结构钢，Wc<0.22%具有良好的塑性、韧性、冲压性能及一定的强度、好的冷变性能，应广泛应用于一般要求的零件，如力不大的拉杆、连杆等。
当钢材厚度（直径）≤16mm时，屈服强度σs≥235Mpa；抗拉伸强度（375~460）Mpa；延伸承=26%；20℃时，纵向V形冲击力功akv=27J；当冲裁零件的厚度为0.5mm时，τ=（303～372）MPa，σb=（375～460）MPa。
2零件结构
从零件图可知，该零件结构简单，且上下、左右对称，零件外形轮廓为光滑的圆形，因此适合冲裁。
3件尺寸精度
外形尺寸其公差等级为IT14级，内形尺寸其公差等级为IT12级，孔中心距为60其公差等级为IT12级。
总结：
以上零件各组成尺寸的精度要求，都满足冲裁工艺要求。
3.1.2冲压工艺方案的确定
完成该零件的冲压加工所需要的冲压基本性质的的工序只有冲孔、落料两道工序。
从工序可能的集中与分散，工序间的组合可能来看，该零件的冲压工艺可有以下三种方案。
方案一：
先落料后冲孔，采用单工序模生产
单工序冲裁模又称简单模，是指在压力机一次行程内只完成一个工序的冲裁模，如落料模、冲孔模、切断模等。
落料模常见有三种形式：
1）无导向的敞开式落料模2）导板式落料模3）导柱式弹顶落料模。
冲孔模的结构与一般的落料模相似，但冲孔模有自己的特点，特别是冲小孔的模具，必须考虑凸模的强度和刚度，以及快速更换凸模的结构，成型零件上侧壁孔冲压时，须考虑凸模水平运动方向的转换机构等。
方案二：
冲孔-料连续冲压，采用连续模生产
连续模又称级进模，跳步模，是指在压力机在一次行程中，依次在几个不同的位置上同时完成多道工序的冲模。
整个冲件的形成是在连续过程中逐步完成的。
连续成型是工序集中的工艺方法，可使切边、切口、切嘈、冲孔、塑性成型、落料等多种工序在一幅模具上完成，连续模可以为普通连续模和多工位精密级进模。
方案三：
落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产
复合模是指在压力记得一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道分离工序的模具。
复合模的设计难点是如何在同一工作位置上合理地布置好几对凸凹模。
复合模特点是：
结构紧凑、生产率高、冲件精度高，特别是冲裁件孔对外形的位置度容易保证。
但复合模构复杂，对模具精度要求高，模具装配精度也要求高，使成本提高。
主要用于批量大，精度要求高的冲裁件。
方案一：
模具结构简单，但需两道工序两幅模具，生产效承低，难以满足该零件的年产量要求。
方案二；只需一副模具，生产效率较高，但零件的冲压精度稍差。
欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，故其模具制造、安装较复合模复杂。
方案三；也只需要一副模具，冲压件的行位精度和尺寸精度容易保证，且生产效承也高。
尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。
结论：
经分析零件结构采用方案三（复合模）生产为佳。
3.1.3排样方法的确定
1.排样方法介绍；
冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。
合理的排样是降低成本和保证冲件质量及模具寿命的有效措施，排样应考虑以下原则：
1）提高材料利用率（不影响冲件使用性能前提下，还可适当改变冲件形状）2）合理排样方法使操作方便、劳动强度低且安全3）模具结构简单、寿命长4）保证冲件质量和冲压件对板料纤维方向的要求。
1）
3）
排样图
排样方法为三种：
1）有废料排样2）无废料排样3）少废料排样
采用少、无废料排样可以简化冲裁模结构，减少冲裁力。
但是，因条料车本身的公差及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。
同时，由于是模具单面受力（单边切断时），不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。
为此，排样时必须统筹兼顾，全面考虑。
总结：
采取有废料的排样方法
2.确定搭边值
a）搭边值的大小与下列因素有关
b）材料的力学性能，软材料，易脆搭边值要大一些，硬材料搭边值要小些。
c）材料的厚度，材料越厚，搭边值越大。
d）零件的形状和尺寸。
e）排样的形状。
f）送料及档料方式。
有废料排样
导板之间有侧压装置时候或者用手将条料贴紧单边到料板
查教材表3-12，两件之间的搭边a1=2mm工件边缘搭边a=1mm
步距为S=37mm调料宽度B=（D+2a）
=（92+2×2）
=96
（查教材3-13得δ=0.5）
3.材料利用率
零件实际面积与所用板料面积的百分比。
一个步距内材料利用率：
η=（A/BS）×100%
=[1080/（37×96）]×100%
=66.2%
查钢板标准，选用900×1000的钢板，每张钢板可剪成25张条料（96mm×900mm），每张条料可冲24个
η总=（nA/900×1000）×100%=[（600×960.84）/（900×10000）]×100%=64.05%
3.2．冲裁力和压力中心的计算
1.冲裁力的计算
1）落料力：
F落=1.3Lδτ=1.3×1000×0.5×303=1.97kN
2）冲孔力：
F冲=πdδσb=3.14×17.5×0.5×418=1.14kN
3）卸料力：
F卸=K卸˙F落=0.05×1.97=0.1kN
4）推件力：
F推=nK推˙F冲=20×0.063×1.14=1.43kN
5）总冲裁力：
F总=F落+F冲+F卸+F推=4.64kN
2.压力中心确定
对垫圈的形状和结构分析：
工件上下、左右对称，因此压力中心在工件的几何中心上，压力中心的坐标为（0，0）。
压力中心图
四章凸、凹模刃口尺寸的计算及工作零件设计
一>凸凹模
查表3-8得Zmin=0.04mmZmax=0.06mmZmax–Zmin=0.02mm
查得2-Φ10
：
x=0.75Φ25
：
x=0.5
设凸凹模分别按IT6和IT7级加工制造则
冲孔：
●dp=（dmin+x△）
=（10+0.75×0.12）
mm=10.09
mm
●dp=（dmin+x△）
=（25+0.5×0.62）
mm=15.81
mm
●dd=（dp+Zmin）
=（10.09+0.04）
=10.13
mm
●dd=（dp+Zmin）
=（15.81+0.04）
=15.85
mm
校核：
∣δp∣+│δd│≤│Zmax–Zmin│0.008+0.012=0.06–0.02即0.02=0.02
满足条件
孔心距尺寸：
Ld=（Lmin+0.5△）±0.125△
={[（60.09）+0.5×0.18]±0.125×0.18}=18±0.023mm
落料：
这类磨损是增大尺寸它们的尺寸公差大于13级x1=0.5,x2=0.5,x3=0.5
B1=（160+0.5X0.8）=160.4
B2=（120+0.5X0.72）=120.36
二>工作零件
1.凹模尺寸（凹模按结构分为整体式和镶拼式）我们选择镶拼式
凹模厚度：
H=kb=0.2×96.25=19.25mm
凹模壁厚：
C=（1.5～2）H=（28.88～38.5）mm
实际取C=30mm
查标准JB/T7643.1-2008凹模宽度100mm
因此，确定凹模外形尺寸为70mm×100mm×20mm，
2.凸凹模尺寸
凸凹模长度L=h1+h2+h=14+15+18=47mm
其中h1为凸模固定板厚度；h2为弹性卸料板厚度；h为增加高度（包括凸模进入凹模深度、弹性元件安装高度等）.
3.冲孔凸模尺寸
冲孔凸模长度：
L凸=h1+h2+h3=14+6+6=26mm
其中h1为凸模固定板厚度；h2为空心垫板厚度；h3为凹模垫板厚度。
4.根据凹模零件尺寸，结合倒装式复合结构特点，查标准JB/T7643.4-2008。
确定其他模具结构零件，见表1：
表1
序号
名称
长×宽×高
材料
数量
1
上模板
125×80×6
T8A
1
2
凸模固定板
125×80×14
45
1
3
空心垫板
125×80×6
45
1
4
卸料板
125×80×15
45
1
5
凸凹模固定板
125×80×16
45
1
6
下垫板
125×80×6
45
1
根据模具零件结构尺寸，查标准GB/T2855.1-2008选取后侧导柱125mm×100mm×（120～150）mm标准模架一幅。
五章冲压设备的选用及工艺
一>
跟据总冲压力F总=243.59kN，模具闭合高度、冲床工作台面尺寸等，并结合现有设备，选用J23-40开式双柱可倾冲床，并在工作台面上备制垫块，其主要技术参数如下：
公称压力：
400kN滑动行程：
长度80mm；行程次数45次/min
最大闭合高度（有垫片）：
235mm最小闭合高度（有垫片）：
170mm
模柄孔直径：
50mm模柄孔深度：
70mm
打杆直径：
＜16mm打杆孔深度：
70mm
打杆行程：
40mm上滑块台面前后：
260mm
上滑块尺寸左右：
300上滑块不进入导轨
滑块中心至机身距离：
250mm工作台台面前后：
260mm
工作台尺寸左右：
720mm工作台漏料孔：
Φ150mm
二>模具主要零件加工工艺规程的编制
表2冲孔凸模加工工艺规程
工序号
工序名称
工序内容
设备
工序简图（示意图）
1
备料
将毛坯锻成圆棒Φ8
2
热处理
退火
3
车削
按图车全形，单边留0.2mm精加工余量
车床
4
热处理
按热处理工艺
淬火、回火达到
58～62HRC
5
磨削
磨外圆、两端面达设计要求
磨床
6
钳工精修
全面达到设计要求
7
检验
表3落料凹模加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
设备
工序简图（示意图）
1
备料
将毛坯锻成
129×85×24
2
热处理
退火
3
粗刨
刨六面达到
125×81×21
互为直角
刨床
4
热处理
调质
5
磨平面
光六面，互为直角
磨床
6
钳工划线
划出各孔位置线、型孔轮廓线
7
铣漏料孔
达到设计要求
铣床
8
加工螺钉孔、销钉孔及穿丝孔
按位置加工螺钉孔、销钉孔及穿丝孔
钻床
9
热处理
按热处理工艺，淬火、回火达到60～64HRC
10
磨平面
磨上下、平面光
磨床
11
线切割
按图切割型孔达到尺寸要求
12
钳工精修
全面达到设计要求
13
检验
六章模具总装配图的绘制
其他零件明细表
表4
序号
名称
数量
材料
热处理
标注代号
参考尺寸
1
下模座
1
HT200
GB/T2855.2-2008
104×64×6
2
卸料螺钉
4
45
24-28HRC
JB/T7650.5-2008
3
导柱
3
60-64HRC
GB/T2861.1-2008
4
固定板
1
45
28-32HRC
JB/T7643.1-2008
104×64×6
5
橡胶
1
6
导料销
2
45
JB/T7649.10-2008
7
落料凹模
1
60-64HRC
JB/T7643.1-2008
104
64×16
8
推件块
1
45
34-38HRC
9
固定板
1
45
28-32HRC
JB/T7643.1-2008
104×64×14
10
导套
2
58-62HRC
GB/T2861.3-2008
11
垫板
1
T8A
54-58HRC
12
销钉
1
13
上模板
1
HT200
GB/T2855.1-2008
104×64×14
14
模柄
1
Q235
JB/7646.1-2008
15
打杆
1
45
28-42HRC
16
螺钉
1
45
GB70.1-2000
M8
25
17
冲孔凹模
2
T10A
56-60HRC
JB/T5825-2008
18
凸凹模
1
T10A
60-64HRC
19
挡料销
1
45
43-48HRC
JB/T7649.10-2008
总装图
七章模具主要零件图的绘制
凹模
1>冲大、小圆凸模
设计总结
课程设计是一种综合性较强的专业实践环节，它的知识面宽、学科广、综合性强，通过这次课程设计，我巩固了以前学过的知识，提高了查阅资料能力，使我更加认识到课程设计的重要性，从而提高了我理论联系实际的设计能力和动手能力。
为我今后走向工作岗位打下了一定的基础。
本次设计，在查阅了相关文献后，我设计了用来加工垫圈的加工工艺设备——落料-冲孔复合模。
通过这次设计，我尝到了许多的东西。
首先对于autoCAD和pro/E的应用更加熟练；其次，通过模具设计我对于模具设计的流程基本上熟悉。
能较正确的选用适当的标准件。
这次设计是对以前所学的专业知识的一次综合性的实践。
涉及到机械制图、金属材料与热处理、.冲压工艺与模具设计、公差以及CAD/CAM等各个方面的内容。
设计过程中按照任务书的要求和目的，循序渐进，力求数据准确，结构合理。
参考了许多文献资料。
由于本人水平有限，改革探索经验不足，组织工作还有缺陷，何况形势总在不断发展，现在未完远不能说本设计的相关内容特别完善。
还需要在改革的实践中不断检验，不断修改、锤炼、不断完善，永无休止。
其中修改方向可以向导柱导套型、柔性化、及其它结构上的修改，以至完善
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