盾形垫片冲压模具设计课程设计打印版.doc
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模具设计综合实践
序言
在现在工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造，锻造，冲压，塑料，粉末冶金，陶瓷制品等生活生产行业中得到广泛应用。
由于采用模具能提高生产效率、节约材料、降低成本，并且可以保证一定的加工质量要求，所以，汽车，飞机、拖拉机电器、仪表、玩具和日常用品等产品的零部件很多都采用模具加工。
随着工业科学技术的，工业产品的品种和数量不断增加，产品的改性换代加快，对产品质量、外观不断提出新的要求，对模具质量的要求也越来越高。
，如果模具设计及制造水平落后，产品质量低劣，制造周期长，必将影响产品的更新换代，使产品失去竞争能力，阻碍生产和经济的发展。
因此，模具设计及制造技术在国民经济中的地位是显而易见的。
冲压是在室温下，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，从而获得所需的零件的一种压力加工方法。
冷冲压在工业生产中应用十分广泛，其加工效率高，且操作方便，易于实现自动化；冲压时模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，一般不破坏冲压件的表面质量，而且寿命比较长，所以冲压件质量稳定，互换性好具有“一模一样”的特征；可以加工出尺寸范围比较大、形状复杂的零件，如小到钟表的秒针，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料冷变形硬化效应，冲压件强度和刚度均较高；冲压没有切屑废料的生成，材料的消耗小，且不需要其他的热设备，也是一种省料的加工方法；冲压件陈本较低；但是冲压一般使用的模具具有专用型，有时一个复杂的零件需要数套模具才能加工成型，且模具精度较高，技术要求高，是技术密集型产业，所以只有在冲压件生产批量较大杜锋情况下才能充分的体现从而获得较好的经济效益。
摘要
当今社会的进步和发展，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来。
因此，模具的发展与人们的生活关系越来越紧密。
我们利用模具加工各种的工件，以便来满足人们的需要，模具的发展给我们带来了新的生活，新的时代。
因此这次我们的毕业设计要求设计一副模具以便检验自己所学模具有关方面的知识是否牢固。
由于产品的材料和工艺特性不同，生产用的设备也各异，模具种类繁多，但用的最为广泛的大约有以下几种：
冷冲压模、塑料成型模、锻造模、精密铸造模、粉末冶金模、橡胶成型模、玻璃成型模等。
其中以冷冲压模、塑料模的技术要求和复杂程度较高。
随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。
为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。
在本次毕业设计中利用计算机辅助设计（CAD）绘制模具主要工作零件图和模具的总装配图，运用了数控切削加工、数控线切割电加工等先进加工技术。
是一次对所学知识的全面总结和运用，是巩固和加深各种理论知识灵活运用的实践过程。
在这次设计中根据所给题目的要求，首先对冲压件进行了分析，分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求，再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，选择加工方案。
根据对零件的综合分析，在这次设计中我设计的模具是倒装落料冲孔复合模，主要介绍的是冲裁工艺、冲裁模的结构与设计、冲裁模落料冲孔的工作原理等。
希望能够灵活运用所学的专业知识和技能，圆满完成此次的毕业设计。
题目3.盾形接板冲裁模
图1工件图
1.冲裁件工艺分析和确定模具类型：
1.1分析冲裁件的工艺性；
该零件形状简单、规则，既有冲孔，又有落料两个工序。
冲裁件的材料是08钢，大批量生产，厚度为1mm，抗剪强度为260-360MPa,取310MPa;抗拉强度取215-410MPa,取为410MPa;屈服强度为200MPa，伸长率为27%。
由《模具设计与制造》表2-3、2-4、2-5查得，冲裁件内外所能达到的经济精度为IT11，孔中心与边缘距离尺寸公差为±0.125mm，剪切面表面粗糙度为Ra12．5。
冲裁件的外形和内形的圆角处没有尖角，孔与孔之间和孔与边缘的距离符合要求。
将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，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，故决定采用利用挡料销进行定位、刚性卸料装置、推出方式的冲孔落料模进行加工.
1.2.制定冲裁工艺方案，确定模具类型；
工艺方案一：
先冲孔，后落料。
采用单工序模生产。
模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，两副模具，成本相对较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度，质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产需要故而不选此方案。
工艺方案二：
采用落料-冲孔复合模加工。
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，制造困难，周期长，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。
工艺方案三：
采用先冲孔后落料的级进模加工。
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。
比较方案一，方案二与工艺方案三，对于所给零件t=1mm，由于复合模冲裁零件时，只需要一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，且模具的制造成本不高，故本方案用先冲孔后落料的方法。
方案的确定;综上所述，本套模具采用冲孔落料复合模。
2.冲裁工艺计算
2.1排样设计；
采用单行排列的方案，见下图。
图2排样图
（一）确定搭边值：
材料的厚度是1mm，根据表2.7可得冲裁模之间的搭边值为mm，边距为1.8mm。
（二）确定材料宽度：
采用有侧压装置，查表2.8、2.9得，条料的下料宽度偏差为1.0mm，间隙为1.0mm
条料B=（L+2a+o）=61×cos30×2+2×3+0.5=113mm
一个步距长度为A=R52+R46+R15+a1=52+46+15+3=113mm，宽度为113mm。
所以材料利用率为
S1：
冲裁件的面积，mm2，S0:
一个步距内条料的面积n：
一个进距内的冲件数，B：
条料的宽度，mm，A：
进距，mm。
2.2冲压力（冲裁力、卸料力、推件力、顶件力）计算；
（1）普通平刃口冲裁模的冲裁力F：
F=KLt
其中：
F-冲裁力（N）L-冲裁周边长度（mm）t-材料厚度（mm）
-材料抗剪强度（MPa）K-系数-材料抗拉强度（MPa）
查资料知08钢的抗拉强度取为410MPa，抗剪强度为310MPa
计算冲裁周边长度：
L=3×（2×36.45×π×15÷180+2×√（46^2－37^2）+47.1π×52÷180）=349.48mm
则冲裁力=
（2）卸料力，推荐力及顶件力的计算
查表2-17得Kx=0.03，Kt=0.05，Kd=0.06
卸料力：
推件力：
顶件力：
式中：
F为冲裁力（N），n为同时梗塞在凹模内工件（或废料）数,
t为材料厚度，分别为卸料力，推件力，顶件力系数。
2.3模具压力中心的确定；
该零件用冲孔-落料复合模进行加工，冲孔和落料在一步进行，冲孔时其图形为对称形状，其压力中心位于轮廓图形的几何中心，即圆心，落料时其图形为对称形状，其压力中心位于轮廓图形的几何中心，即冲孔凸模圆心，即工件的几何中心.
2.4确定凸、凹模间隙，计算凸、凹模刃口尺寸；
该冲裁件为08钢板，板料厚度为1mm,故查表2.11初始冲裁间隙为：
查得:
zmin=0.10mmzmax=0.13mm
加工方法的确定：
结合模具及工件的形状特点，此模具制造宜采用配做法，凸，凹模工作部分尺寸计算：
其落料件按凹模磨损后尺寸增大，减小和不变的规律三种，落料时选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按要求；配作冲孔时，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按要求；只需在配作时保证最小双面合理间隙值Zmin=0.46mm。
根据表9-13查公差数值。
落料凸、凹模的尺寸如下图所示：
图3落料凹凸模
第一类尺寸：
、根据表2.13得磨损系数都为：
0.75
第二类尺寸：
、、根据表2.13得磨损系数为：
0.75
第三类尺寸：
46±0.31，根据表2.13得磨损系数为：
0.75
A类：
Aj=（Amax—X×Δ）：
属于落料凹模
=15-0.75×0.16=14.88mm
=52-0.75×0.22=51.84mm
=27.33-0.75×0.16=27.22
B类:
Bj=（Bmin+x*）属于冲孔凸模
=10+0.75×0.08=10.06mm
=73+0.75×0.12=73.09mm
C类：
C=（Cmin+0.75）Δ=45.84+0.75×0.24=46.02±0.025mm
凸（凹）模刃口尺寸按凹（凸）模实际刃口尺寸配制,保证最小双面合理间隙值0.46mm
2.5初选压力机；
压力机公称压力的确定
由于采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模具,则压力机公称压力为：
根据总冲压力的大小并结合工件高度初步选择压力机为开式可倾压力机J23-25其参数如下图所示：
公称压力250KN
滑块行程65mm
最大封闭高度270mm
垫板厚度100mm
滑块中心线至床身距离290mm
闭合高度调节量55mm
工作台尺寸560mm370mm
模柄孔尺寸40mm60mm
3.设计模具总装配图和模具零件图：
3.1模具总体结构设计：
3.1.1模具结构形式选择
根据上述分析，本零件的加工包含冲孔、落料等工序，确定为复合模冲压，因此选用倒装式结构。
3.1.2定位方式的选择；
该冲裁模采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板；控制条料的送进步距采用挡料销，用于精确定位采用导正销，还有用于单个坯料或工序件的定位采用定位板和定位销。
3.1.3卸料、出件方式的选择
因为工件的料厚为1mm，推力比较小，所以采用固定卸料装置比较方便、利用刚性推件器推出，向下冲孔落料方法。
3.1.4导柱、导套的确定
为了提高模具的寿命和工件质量，方便安装、调整、维修模具，该级进模采
用中间导柱模架。
3.2相关主要零部件设计：
3.2.1工作零部件的结构设计
（1）落料凹模凹模采用整体凹模，用销钉定位，螺钉连接于下模座，直筒形刃口表2-21方案2，具体尺寸如下：
凹模刃口高度10mm，α=30′β=3°；
凹模厚度H=kb=0.18×113=20.34mm，圆整为50mm；
凹模壁厚C=（1.5～2）H=30.51～40.68mm,取40mm；
凹模宽度B=b+2c=113+2×40=193mm；
凹模长度L=113+2×50=213mm,取为300mm,所以凹模轮廓尺寸为300mm。
凹模的材料用GrWMn。
凹模的轮廓尺寸300mm×250mm×60mm
（2）冲孔凸模凸模采用阶梯式凸模，具体尺寸如下：
根据图样：
工件有4个孔，其中有3个孔的大小相等，需要设计2支凸模，固定板厚度为0.7×20.34=16.272mm，取为20mm.卸料板厚度10mm，导料板的厚度选9mm，增加长度为16mm，凸模的长度为：
L=固定板厚度+卸料板厚度+导料板厚度+增加长度=20+18+14+16=57mm
凸模的固定方法采用台肩固定，凸模与固定板之间采用H7/m6配合，台肩固定。
凸模的直径应约为47mm。
凸模固定板选矩形的厚度为20mm，材料选用45钢，垫板取8mm，材料为45钢，热处理到HRC43-48，凸模的材料选用GrWMn，该模具直径较大，不必进行校核。
3.2.2定位零件的设计
（1）导柱（导套）采用2个导柱，导柱安装在下模座，导套安装在上模座，分别采用过盈配合H7/r6，采用滑动导柱形式，材料为20钢。
（2）挡料销使用固定圆形挡料销，装在凹模上，挡料销的高度为4mm。
导料板导料板间的距离为121mm，导料板的高度为9mm，材料Q235。
导正销装在凸模上，采用普通A型，固定结构采用丝堵将弹簧固定在导正销上。
定位板定位板头部的高度为4mm。
3.2.3卸料、出件零部件设计，包括橡胶或弹簧的设计校核
（1）卸料机构设计.
在结构概要设计中以确定采用固定卸料板，卸料板为整体板，材料为Q235凸模与卸料板的双边间隙为0.5mm，按照H7/h6配合制造，采用刚性推件器。
根据安装位置拟选6个弹簧，每个弹簧的预压力为：
F=冲裁卸料力/6=3.06KN，
查表9-32圆柱螺旋压缩弹簧，初选弹簧规格为d=6mm，D=30mm，h0=60mm，Fj=1700，hj=13.1mm，n=7，f=1.88mm，t=7.8mm,其中d为材料直径，D为弹簧大径，Fj为工作极限负荷，h0为自由高度，hj为工作极限负荷下变形量，n为有效圈数，t为节距。
弹簧的总压缩量为△H=冲裁力/工作极限负荷+极限负荷下变形量/有效圈数=48.88mm。
（2）送料与出件方式（本模具采用手工送料。
）
有工序排样图可知，产品的零件在送料过程中，下落料（送料方向由右向左）因此为了使废料顺利落下，下模座的落料孔应比凹模落料孔大，在使用中应注意从模具下侧收集冲制好的产品零件。
3.3选取标准模架和其他标准件；
（1）选标准模架
该模具采用中间导柱模架，这种模架的导柱在模具中间位置，冲压时可以防止由于偏心力矩引起的模具歪斜，材料08钢。
以凹模周界尺寸为依据查表9-48得
L=315mmB=250mm
导柱:
d（mm）×L（mm）分别为Ø35×230、Ø40×230（GB/T2861.1）
导套：
d（mm）×L（mm）×D（mm）为Ø35×125×48、40×125×48（GB/T2861.6）
上模座：
（GB/T2855.1-90）300mm×250mm×50mm
下模座：
（GB/T2855.2-90）300mm×250mm×60mm
上模座H上取50mm，下模座H下取60mm，上垫板的厚度H垫取8mm。
（2）选模柄
根据上述计算结果，该模具为中小模具，可采用上模用模柄固定，下模采用螺接式固定于压力机下台面的方式。
查表时选用该压力机的模柄安装尺寸为ø30X60。
选冷冲模国标，可选用压入式模柄，具体尺寸见表9-41。
（3）其他标准件
模板采用螺钉固定选用圆柱头内六角螺钉，销钉定位，由于各凸模平面尺寸都比较小，所以用模板上的型孔配合定位。
1）同一组合中，螺钉的数量一般不少于3个（被联接件为圆形时为3-6个，为矩形时4-8个），并尽量保证定位可靠。
2）螺钉和销钉的规格应根据冲压工艺力大小和凹模厚度等条件确定。
螺钉规格可查表，销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格。
螺钉的旋入深度和销钉的配合深度不能太浅，也不能太深，一般可取其公称直径的1.5-2倍。
3）螺钉之间、螺钉与销钉之间，螺钉、销钉距凹模刃口及外边缘的距离，均不应过小，以防降低模板强度，其最小距离可查表。
4）各被联接件的销孔应配合加工，以保证位置精度。
销钉与销钉之间采用H7/n6或H7/m6配合,查表可选用螺钉规格为螺钉6XM10X55，
5）圆柱销可选取：
6X35a：
1.2（GB/T117-2000）
6）卸料螺钉可取：
10×55（GB/T7001-2000）
固定板厚度20mm
卸料板厚度10mm
导料板长X厚240X9
承料板125X40
3.4选取压力机；
该模具的闭合高度H闭为：
H闭=H上+H下+H垫++H+L-h=50+60+8+51+41.5-1.5=209mm
式中：
L—凸模高度，mm；h—凸模冲裁后进入凹模的深度，mm。
H为凹模厚度，mm
可见该模具的闭合高度小于所选压力机的最大封闭高度270mm，大于所选压力机的最小装模高度90mm，所以初选的J23-25压力机可以满足使用要求。
工作台尺寸560mm×370mm，
工作台孔尺寸￠260mm×200mm×290mm，
模柄尺寸Ø30mm×60mm，
滑块底面尺寸350mm×370mm
床身最大倾角为30°。
3.5绘制模具总装配图；
图4模具总装配图
3.6绘制模具零件
图5落料凹模
图6冲孔凸模
图7卸料板
4.模具材料的选用
利用模具生产制品零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。
是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重要性条件。
而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。
冷冲模材料应具有的性能：
冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。
冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。
模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。
因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的以下几点性能。
1.应具有较高的变形抗力：
主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。
其中硬度是模具注意重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。
工作零件热处理后的硬度在60HRC强度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。
2.应具有较高的断裂抗主要抗力指标有材料的抗冲击性能抗压强度、抗弯强度断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性，也是作为防止断裂的一个重要依据。
其基体中碳含量越高冲击韧性越高。
故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性。
3.应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：
对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，需要在硬度高的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物相同硬度下，提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用有刮痕凹槽等
4.应具有较好的冷、热加工工艺性：
钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。
总上所述：
凸、凹模采用工作部分局部淬火材料也用淬火变形小的模具钢。
5.模具的装配与检测
5.1模具的装配
复合模是指在冲床一次行程中冲制产品两道或两道以上工序的冲模，这种模具结构复杂，装配要求高，但由于模具生产率高，各内、外型面间的相对位置精度高，故广泛应用于精密零件的加工。
本模具为落料冲孔复合模其装配一般按下面的步骤进行：
①装配旋入式模柄，垂直上模座端面，装后同磨大端面齐平。
②将凸模装入凸模固定板，保持与固定板端面垂直，同磨端面平齐
③将凸凹模装在固定板上，并保持与固定板端面垂直，同磨端面齐平。
④确定凸凹模固定板在下模座上的位置，用平行夹板夹紧，作凸凹模固定板上的螺孔和下模座上的螺钉过孔，并保持孔位置一致。
⑤划下模板漏料孔线，加工漏料孔，按凸凹模的孔每边加大约1。
⑥按凹模上的孔引作凸模固定板和上模座的螺钉过孔。
⑦将带凸模的固定板装在上模板上，螺钉不要拧得过紧，进行试装合模，使导柱缓慢进入导套，如果凸模与凸凹模的孔对的不太正，可轻轻敲打凸模固定板，利用螺钉过孔的间隙进行调整，直至间隙均匀。
此时用划针在上模板上划出凸模固定板位置。
5.2模具的检测
冲模装配前，应该对零、组件进行检查、复查的内容有:
（1）冲裁模的刃口部分应锋利,拉伸模的弯曲的工作型面应过度圆滑,表面粗糟度应符合要求;
（2）工作热处理后的实际硬度值是否符合要求,如有碳化合物偏析要求应技术要求的规定;（3）外行的非工作锐边是否已经倒角或导圆;（4）零件不应有沙眼、缩空、裂纹、磨削退火或机械损伤;（5）可卸导柱的椎面与趁套上椎孔的吻合长度面积应不小于80%。
6.总结和其它要说明的问题；
通过这次关于盾形垫片冲裁模的课程设计让我真正提高了理论联系实际的能力，从设计到作图的整个过程我都是认真完成的，期间也遇到了许多困难和问题，通过查阅资料和与同学讨论，我把这些难题真正的消化和理解，也正是这些难题让我更深入了解了设计概念和设计技巧，设计才能得以更好的进行，通过这次课程设计，使我对冲裁模模具设计有了更多的认识和了解，为我今后的工作和学习打下坚实的基础。
7.致谢
此次本人的模具设计课程设计一直是在夏之垣老师的悉心指导下进行的。
夏老师治学态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲。
夏老师在模具设计与制造方面具有丰富的教学与实践经验，并且在整个课程设计过程中，夏老师不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，给以悉心的指导和指正，使得我的课程设计能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我能够将理论中的结果与实际相结合。
使我做了许多有益的思考。
在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。
另外，他对待问题的严谨作风也给我留下了深刻的印象。
在此表示深深的谢意。
此外，我还要感谢我的同学们在整个过程中对我的相互帮助和配合，使我感受到了团结的力量，这将对我以后的工作与生活产生积极而深远的影响。
8.参考文献
[1]林承全.《冲压模具课程设计指导与范例》.化学工业出版社，2011.3
[2]刘靖岩.《模具设计与制造》.中国轻工业出版社,2009.9
[3]付建军.《模具制造工艺》.机械工业出版社,2004.08
[4]彭建生.《模具设计与加工速查手册》.机械工业出版社,2006.5
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