太阳能铝边框冲孔模设计.docx
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太阳能铝边框冲孔模设计
基于电池板铝边框冲孔模的设计
摘要
如今冲压业与塑料工业的发展迅猛，冲压模具与塑料模具在其中发挥着至关重要的作用。
对于即将毕业又提前就业的我们如何选择一个比较适合的毕业设计课题呢？
课题是我自己在厂里找的。
即选了一套冲裁模，然后一方面根据厂里的实际生产情况，另一方面再运用我在学校里学到的一定的基础知识（即理论知识），从而完成我的毕业设计。
关键词：
冲压冲压模具冲裁模
目录
摘要…………………………………………………………………………………I
第一章引言
1.1毕业设计简介……………………………………………………………1
1.2介绍工厂情况……………………………………………………………1
1.3选题原因…………………………………………………………………1
1.4选题意义…………………………………………………………………2
第二章设计课题
2.1工艺分析…………………………………………………………………3
2.2工艺计算…………………………………………………………………4
2.2.1凸、凹模间隙的确定…………………………………………………4
2.2.2凸、凹模刃口尺寸的计算……………………………………………6
2.2.3冲裁力及压力中心……………………………………………………8
2.3冲压模的设计……………………………………………………………9
2.3.1模具总体设计…………………………………………………………9
2.3.2非标准零件设计………………………………………………………10
2.3.3冲模标准模架和零件…………………………………………………13
1）模架…………………………………………………………………13
2）标准零件……………………………………………………………14
结语……………………………………………………………………………15
参考文献………………………………………………………………………16
致谢……………………………………………………………………………17
第一章引言
1.1毕业设计简介
课题是我自己在厂里找的。
即选了一套冲裁模，然后一方面根据厂里的实际生产情况，另一方面再运用我在学校里学到的一定的基础知识（即理论知识），从而完成我的毕业设计。
1.2介绍公司情况
公司名为江阴爱康太阳能器材有限公司，位于华士镇穿山路61号。
公司目前主要加工太阳能电池板铝边框、游戏机铝边框、天花支架、切割US铝框等等。
加工出来的产品相当于是半成品。
这其中的加工过程的工序是比较简单，一条生产线的工序一般是切断、切边、冲孔、落料、钻孔、扩孔、吹气、放治具、去毛刺、过程检查、成品检查、擦酒精、打包，最后将箱子置于托盘上捆包。
这相应的设备有：
切割机、冲床、折弯机、钻床、治具等等。
厂里加工的原材料是铝合金型材，材质软、规格6063-T5，加工时有一定的粘性，表面是一层保护膜，是通过氧化电泳，喷砂处理而成的，当把型材放入模具内加工时，用力大一点，型材很容易被撞伤和擦伤，所以加工时应轻拿轻放。
厂里的模具均是单工序摸，而且是结合实际生产设计的。
模具结构比较简单，但是结很紧凑、精致和巧妙。
如冲压落料加工时，落料摸上无摸柄与冲床上的滑块相连接。
这样的话，这个模具是如何使凸、凹摸分开的，从而完成一次落料加工的呢？
冲空加工时，冲空模具是装在折弯机上的，这与一般情况下，折弯机是用来弯曲加工的有所不同。
因为加工材料为铝合金型材，由其材质规格知：
含铝量为95%，所以加工中要注意两点：
1、材质软，则用力要小。
2、加工过程中，需时常加油。
因为加工时有铝屑粘在刃口上。
而且对加什么油也要结合实际考虑一下。
不象一般用机油润滑，而是用切削油。
原因是机油也有粘性，这样起不到作用。
1.3选择这个课题的原因
做毕业设计，是我们的学习内容。
那是与一般在学校里上课的性质是不一样
的。
学校里主要是理论知识的学习，但是我们大三学生是要在边工作的情况下完成毕业设计。
做毕业设计时，要结合实际生产，再运用自己所学的知识，即理论与实际相结合。
1.4意义
如今冲压业与塑料工业的发展迅猛，冲压模具与塑料模具在其中发挥着至关重要的作用。
对于即将毕业又提前就业的我们如何选择一个比较适合的毕业设计课题呢？
我所在的单位是一家以冲压加工产品的工厂。
冲压加工时肯定是需要冲压模具的。
这就为我们的毕业设计提供了一个素材。
我们在一方面做毕业设计时，再结合实际情况，从而学到无法从书本知道的知识，进而对其中有些不足之处提出自己的改进方法。
这样，锻炼了我们的思考能力，也解决了有关模具的问题，更扎实了自己的基础知识，丰富了自己的实践经验。
第二章设计课题
（即设计模具）
2.1工艺分析
1）分析制件的冲压工艺性
首先介绍产品
产品如图：
材料：
铝合金型材、
冲压件图名称：
铝边框，
料厚2.5mm
孔3—φ9、φ3.4由冲孔制成。
其次分析冲裁的结构工艺性
1、加工该产品时，只需冲四个孔，该产品是太阳能电池板铝边框，其中3—φ9的孔是做固定用的，Φ3.4的孔是用于接电线的。
冲这样的孔只需通过冲孔模加工一道工序便完成了，但如何设计模具？
在哪种设备上加工呢？
2、冲孔时，因受凸模强度限制，孔的尺寸不宜过小。
用一般冲模冲圆孔时，对1）硬钢，圆孔直径d≥1.3材料厚度t；
2）软铜及黄铜，圆孔直径d≥1.0材料厚度t；
3）铝及锌，圆孔直径d≥0.8材料厚度t。
这种情况下，只需就第三个条件满足便可以。
该冲压件图中最小圆孔直径d=3.4，材料厚度t=2.5mm，经过演算可知d＞0.8材料厚度t，即符合要求。
2）分析比较和确定工艺方案
针对开始介绍的产品的形状，加工要求，进行模具工艺的分析。
方案一：
四个孔同时进行加工
方案二：
四个孔分开进行加工
方案一生产效率高，并节约了工作时间。
方案二生产效率较低，而且工作时间长。
通过以上两种方案的分析比较，对该冲压件生产以采用方案一为佳。
3）确定冲模类型及结构形式
冲压是建立在金属塑性变形的基础上，利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力，使其产生塑性变形或者分离，从而获得所需冲压件的一种压力加工方法。
这其中包含了冲压加工的三要素：
冲压工艺与模具，冲压设备和冲压材料，后两者都已介绍过了，现在就重点在“冲压工艺与模具”上，难点也在这。
关于冲裁模的基本类型从3个方面看：
1、冲压冲下部分是废料，这道工序在冲压工艺中是分离工序中的一类工序，称为冲孔。
2、产品只需冲4个孔，只有一道工序，即可以直接采用单工序模生产。
单工序模：
一般只有一对凸、凹模，在压力机的一次行程中只完成一道冲压工序的模具。
按上、下模导向形式看：
常用导柱模。
因为上、下模上分别装有导套、导柱两种导向零件，用以保证凸、凹模工作时的准确位置。
4）选择冲压设备
板料液压折弯机，顾名思义，应该是做弯曲板料用的，但是我们厂不是这样用的，它是结合实际需要，又要考虑模具的结构形状才使用的。
该折弯机的公称压力400kN,型号WC67Y-40T/2200.
设备加工原理：
将模具的下模座固定在工作台上，通过弹簧将上模座支撑住，保证一定的装模高度。
当折弯机施力时滑块向下运动同时弹簧被压缩，即凸、凹模闭合，完成冲孔加工，后来折弯机卸力时，滑块向上运动，弹簧张开，使上模座上移，从而实现凸、凹模分开，以后依次往复运动。
2.2工艺计算
2.2.1凸、凹模间隙的确定
1冲裁间隙是指冲裁凸、凹模工作部分的尺寸之差。
即
2Z=DA-dT
式中Z——冲裁间隙（mm）；
DA——凹模刃口尺寸（mm）;
dT——凸模刃口尺寸（mm）;
冲裁间隙影响着冲裁时变形的大小，对冲裁过程有很大的影响。
②间隙对模具寿命的影响
过小的间隙会引起：
（Ι）冲裁力、侧压力、摩擦力、卸料力、推料力增大，甚至会使材料粘连刃口，则更加剧刃口的磨损
（Π）引起二次剪切，产生的碎屑也会使磨损加大。
（Ⅲ）落料件或者废料往往会梗塞在凹模洞口，导致凹模胀裂。
过大的间隙会引起：
（Ι）冲裁力、卸料力等减小，从而刃口磨损减小。
（Π）零件毛刺增大，反而使刃口磨损加大。
所以合理的间隙值可适当弥补模具制造精度不高和动态间隙不均引起的不足，不至于啃伤刃口，起到延长模具生命的作用。
③间隙对冲裁力的影响
间隙增大，材料所受的拉应力增大，冲裁力有一定程度的降低。
间隙减少，材料所受拉应力减小，压应力增大，使冲裁力增大。
间隙合理时，冲裁力最小。
④间隙对冲裁件质量的影响
间隙过小时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向外错开一段距离。
当凸模继续下压时，在上、下裂纹中间将产生二次剪切，在制件断面形成两个光亮带。
而夹在中间的是撕裂面，并在端面出现挤长的毛刺。
间隙过大时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向内错开一段距离。
材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，易产生剪裂纹，致使断面光亮带减小，圆角带增大，所形成的厚而大的拉长毛刺难以去除，制件翘曲严重。
⑤采用经验公式法
Z/2=ct
式中c——与材料性能、厚度有关的系数（见表1）；
t——材料厚度（mm）
表1系数c
材料
料厚t/mm
t＜3
t＞3
软钢
0.06～0.09
当断面质量无特殊要求时，将t＜3mm的相应c值放大1.5倍。
铝合金
0.06～0.10
硬铜
0.08～0.12
结合实际：
查表1，查得系数c=0.06～0.10
t=2.5
代入公式可求得
Zmin=0.3mmZmax=0.5mm
2.2.2凸、凹模刃口尺寸的计算
①刃口尺寸计算原则
（Ι）在进行模具刃口加工尺寸计算时，冲孔以凸模为基准模，落料时以凹模为基准模。
（Ⅱ）考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔的尺寸公差范围内的较大尺寸；设计落料模时，凹模的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。
（Ⅲ）确定冲裁件刃口制造公差时，应根据冲裁件的精度要求。
当凸、凹模分开加工时，其公差还应该满足下式要求：
│δT│+│δA│≤Zmax-Zmin
式中δT、δA——凸、凹模制造公差
Zmin、Zmax——最大和最小合理间隙
②确定凸、凹模工作部分尺寸。
单件生产，或者冲制薄料零件，形状复杂的零件，为了保证凸、凹模的间的一定的间隙值，常采用凸模与凹模配加工的方法。
配加工是冲孔以凸模为基准件，落料以凹模为基准件，先做好基准件，然后以基准件为基准加工另一件，使它们保持一定的间隙。
因此，只在基准件上标注尺寸和制造公差，另一件只标注基本尺寸并注明配做所留间隙值。
根据凸模或者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；
对于落料凹模或者冲孔凸模磨损后将会增大的A类尺寸，则刃口基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。
A类尺寸=（制件的最大极限尺寸-xΔ）+1/4Δ0
对于落料凹模或者冲孔凸模磨损后将会减小的B类尺寸,则刃口基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。
B类尺寸=（制件的最小极限尺寸+ xΔ）-
对于凸模或凹模在磨损后基本保持不变的C类尺寸,不必考虑磨损的影响,凸、凹模的基本尺寸取制件的中间尺寸，其上下偏差按对称分布，
C类尺寸=制件的中间尺寸±1/8Δ
其中Δ——冲裁件制造公差；
X——磨损系数，在0.5～1之间，与制造精度有关，可查表2选取
表2磨损系数x
料厚t/mm
非圆形
圆形
1
0．75
0．5
0．75
0．5
工件公差Δ/mm
1～2
<0.2
0.21～0.41
≥0.42
<0.20
≥0.20
2～4
<0.24
0.25～0.49
≥0.50
<0.24
≥0.24
冲孔Φ9，Φ3.4尺寸的计算
由于冲孔时凸模为基准件，因此先计算凸模刃口尺寸
由图可知尺寸Φ9±0.3mm，Φ3.4±0.3mm均为B类尺寸.
由表2可查x=0.5
加工Φ9的孔
dT=（8.7+0.5×0.6）=9
冲孔凹模按凸模实际尺寸配作，保证最小间隙0.3mm.
加工Φ3.4的孔
dT=（3.1+0.5×0.6）=3.4
冲孔凹模按凸模实际尺寸配作，保证最小间隙0.3mm.
2.2.3冲裁力及压力中心
Ⅰ、计算冲裁力
公式：
F=1.3Ltτ
F:
冲裁力（N）
L：
冲裁周长（mm）
t：
材料厚度（mm）
τ：
材料的抗剪强度（MPa）
冲孔力F1
F1=3×1.3πd1t+τ1.3πd2tτ
式中取τ=260MPa
d1=9mm
d2=3.4mm
t=2.5mm
将数值带入得：
F1=80.66kN
公式：
F2=nK2F
n:
卡在凹模内的冲孔废料数目
n=h/t
h:
凹模洞口的直壁高度（mm）
t：
材料厚度（mm）
K2：
推料力系数
式中n=2
K2=0.05
将数值带入得：
推料力F2=8.07kN
则冲压总工艺力F为：
F=F1+F2=（80.66+8.07）kN=88.73kN
确定折弯机的规格时应遵循的基本原则是：
折弯机的公称压力必须大于冲压工序所需压力。
对于一般施力行程较小的冲压工序（如冲裁、浅弯曲、浅拉深等）
P≥（1.1～1.3）Fg
式中P：
折弯机的公称压力kN;
Fg:
冲压总工艺力kN。
从满足冲压工艺力的要求看：
可选用400kN的折弯机。
Ⅱ、压力中心的确定
从侧向看：
其中F1，F2表示前后导柱弹簧力（F1=F2）；
F3：
冲孔力；
F4：
限位力。
为了保证F4随着F3的变化而变化，即需使它们关于中心线对称。
综上所述：
四力合力位于中心线上。
所以，折弯机的力应与合力重合，即折弯机滑块装在模具的中心。
2.3冲压模的设计
2.3.1模具总体设计
设计一套模具，首先根据零件图进行分析，计算一定的凸、凹模尺寸，选择模架和模具类型。
装配图见图纸。
2.3.2非标准零件设计
1）凸模
常见的圆形凸模结构形式如图所示
（a）（b）
图（a）为A型圆凸模，适用于直径d=1～15mm的凸模；
图（b）为B型圆凸模，适用于直径d=8～30mm的凸模.
凸模的固定一般采用图（a）,（b）所示,凸模和固定板之间采用过渡配合,凸模装入固定板后,端面进行配磨.
凸模长度L应根据模具的具体结构而定.
为了保证刚度与强度，避免应力集中，将凸模做成台阶结构及用圆角过渡。
材料Cr12MoVGB1299-85
硬度HRC58-62
尾部回火HRC40-50
所以d=φ3.4mm的凸模选用A型圆凸模（如图）；
d=φ9mm的凸模选用B型圆凸模（如图）。
在一般情况下,凸模的强度是足够的,所以没有必要进行强度校核.
2）凹模
下图是冲裁模常用的几种凹模刃口形式.
图（a）为锥形孔口凹模,α一般取15′～30′,由于孔内不易积存工件或废料,孔壁所受的摩擦力及胀力小,所以凹模的磨损及每次的修磨量小,但刃口强度较低,每次刃磨后凹模尺寸增大.这种形式的凹模一般用于精度要求不高,形状简单,材料厚度较薄的工件的冲裁.
图（b）,（c）为直筒形刃口,图中h取5～10mm,α取3°～5°.其特点是刃口强度较高,修磨后刃口尺寸不变,孔口容易积存工件或废料,推件力大且磨损大.这种刃口的凹模适用于形状复杂或精度要求较高的冲裁.
图（a）图（b）图（c）
凹模的轮廓尺寸，因其结构形式不同，受力状况也不同，所以视具体情况而定。
凹模是设计为带有圆凹模形式的，这样的话，在凹模刃口有磨损时，方便更换。
所以d=φ3.4mm（如图）和d=φ9mm的凹模（如图）。
材料为Cr12MoVGB1299-85
硬度HRC58-62
凹模刃口尺寸按凸模φ3.4mm，φ9mm实际配作，保证间隙在0.3mm～0.5mm。
3）凸模固定板
固定的作用是将2个凸模按位置关系连成整体并通过螺钉、销钉固定在上模座上。
固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本一致，厚度取（0.6～0.8）H凹，且固定板与凹模的配合常采用H7/n6orH7/m6配合.
材料为45钢。
凸模压入固定板后，其尾部应与固定板压入平面同磨。
所以凸模φ3.4mm，φ9mm固定板零件（如图）。
4）凹模固定板
固定的作用是将2个凹模按位置关系连成整体并通过螺钉、销钉固定在下模座上。
厚度取H凹，且固定板与凹模的配合常采用H7/n6orH7/m6配合。
材料为45钢。
凹模压入固定板后，其尾部应与固定板压入平面同磨。
虽然固定凹模的结构是一样的，但是其中的螺钉、销钉固定位置是有所不同的。
所以凹模φ3.4mm，φ9mm固定板零件（如图）。
5）卸料板
通过卸料螺钉固定在上模座上，卸料板的外形与凹模轮廓尺寸不一样。
材料为45钢。
加工φ3.4mm，φ9mm的卸料板一张和加工φ9mm的卸料板一张
具体外形如图纸。
6）垫板
垫板的作用是防止模座受凸模和凹模尾部挤压而损坏模座。
所以我上模座的下面和下模座的上面都设计了一定厚度的垫板。
选用材料：
45钢
热处理：
淬火54-58HRC。
具体外形如图纸。
这个分别有四张：
加工φ3.4mm，φ9mm的上、下垫板两张和加工φ9mm的上、下垫板两张。
7）出屑垫
出屑垫的作用是
①：
能保证一定的闭合高度；
②便于堆放废料以及清理废料。
通过螺钉、销钉固定在下模座上，出屑垫的外形与凹模轮廓尺寸基本一致。
具体外形如图纸。
7）限位柱
目的是为了保证模具加工时在一定的高度内。
上下对称。
8）挡料块
保证零件的准确定位。
2.3.3冲模标准模架和零件
1）模架
采用四导柱模架其上下滑动平稳、导向准确，常用于制件尺寸精度要求高或尺寸大的冲压模具，也用于大量生产的自动冲压模具。
模柄及上、下模座中间联以导向装置的总体称为模架。
（1）上、下模座
模座是模具的基础件。
上、下模座不仅要有足够的强度、刚度，而且还要能抗压与吸振。
模座常用材料为HT200、HT250或ZG35、ZG45。
模座大体分为圆形、椭圆形、方形、长方形4种。
而我选用的是，A3。
因为实际加工中，这样的材料很常见的。
由于加工的零件长，考虑到加工的难易程度，将上、下模座设计成方形。
具体外形如图纸。
其中左视图中2-M12螺钉孔是工艺孔，知识便于加工时吊装用
的，在设计时是不用画出来的。
（2）导柱和导套
导柱和导套的结构与尺寸都可直接由国家标准中选用。
在选用时应注意导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10-15mm,这是因为模具修磨后其闭合高度将减小。
下模座与导柱底面的距离应为0.5-1mm。
导柱和导套的配合精度，可根据冲裁模的精度、模具寿命、间隙大小来选用。
一般为H7/n6的配合精度。
通过相关资料，选用φ30*250的导柱
φ50*120的导套标准件。
（3）模柄
在我这套模具中，不需要模柄。
原因有两个：
[1]折弯机的力是作用与模具的横向中心线上的；
[2]考虑到上模座的长度。
2）标准零件
（1）弹簧
（2）内六角螺钉M10
（3）卸料螺钉M8
（4）圆柱销Φ10、Φ12
（5）橡胶Φ30
参考文献
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重庆大学出版社，2004.
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上海交通大学出版社，2004.
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上海交通大学出版社，2004.
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2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
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