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毕业设计正文

台州学院

毕业设计说明书

设计题目：

转子片级进模设计

设计编号：

学院：

机电与建筑工程

系别：

机电工程系

专业：

05材料成型及控制

班级：

2005级

（1）班

学号：

0510230110

姓名：

郑茜

指导教师：

高玉新

完成日期：

2009年4月26日

答辩日期：

2009年5月10日

摘要

本文主要介绍了转子片冲压模具的设计，包括制件冲压工艺性分析和确定；包括冲压模设计计算，主要有相关工艺计算，凸、凹模零件以及主要零部件结构的设计，还有模具总体设计等方面。

通过对转子片的工艺分析，最终确定为3工位级进模。

较为详细地叙述了冲压模具工作零件的设计、定位零件的设计、卸料装置的设计和模架选择等。

关键词

级进模；转子片；模具设计

Abstract

thepiecerotorstampingdiedesignisintroducedinthispaperincludingstampingdiedesignandcalculation,technology-relatedterms,thestructuredesignofthepunch、cavityandthemaincomponents.Throughtheanalysisofrotor-chiptechnologythethree-positionprogressivedieisultimatelyadopted,andthedesignofworkingparts,positioningparts,dischargingdeviceandthechoiceofmoldisDescribed.

Keywords

ProgressiveDie;rotorplate;diedesign

目录

摘要、关键词………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract、Keywords……………………………………………………………………Ⅱ

目录………………………………………………………………………………………Ⅲ

1.引言……………………………………………………………………………………6

2．确定工艺方案及模具结构型式………………………………………………………7

2.1分析制件的冲压工艺性………………………………………………………………7

2.2分析比较和确定工艺方案……………………………………………………………7

3．工艺计算………………………………………………………………………………8

3.1计算料条宽度、确定步距、排样设计………………………………………………8

3.2计算冲压力……………………………………………………………………………9

3.3确定压力中心…………………………………………………………………………9

3.4材料利用率的计算……………………………………………………………………9

4．凸、凹模零件设计……………………………………………………………………9

4.1冲裁刃口尺寸公差的计算……………………………………………………………9

4.1.1冲孔ø10mm凸、凹模刃口尺寸的计算……………………………………………10

4.1.2冲12个嵌线槽凸、凹模刃口尺寸计算…………………………………………10

4.1.3外形落料凸、凹模刃口尺寸计算…………………………………………………11

4.2确定凸、凹模零件结构尺寸…………………………………………………………12

4.2.1冲孔、落料凹模结构、尺寸确定…………………………………………………12

4.2.2凹模固定板外形结构和尺寸确定………………………………………………13

4.2.3凸模尺寸确定……………………………………………………………………13

5．模具主要零部件的结构设计………………………………………………………13

5.1工作部分零件………………………………………………………………………13

5.1.1冲Φ10mm孔的凸模设计…………………………………………………………13

5.1.2冲12个嵌线槽凸模设计…………………………………………………………14

5.1.3落料凸模设计……………………………………………………………………14

5.2定位零件……………………………………………………………………………14

5.2.1送进导向零件……………………………………………………………………14

5.2.2送料定距零件……………………………………………………………………14

1）导正销………………………………………………………………………………15

2）定距侧刃……………………………………………………………………………15

3）侧刃挡块……………………………………………………………………………15

5.3卸料和推件装置……………………………………………………………………16

5.3.1卸料弹簧的设计…………………………………………………………………16

5.3.2卸料螺钉的设计…………………………………………………………………17

5.3.3卸料板孔和凸凹模间隙…………………………………………………………17

5.4模架及其零件………………………………………………………………………17

5.4.1滑动导向模架和滚动导向模架…………………………………………………17

5.4.2导向零件…………………………………………………………………………17

5.5支承及夹持零件、紧固零件的设计………………………………………………18

5.5.1模柄………………………………………………………………………………18

5.5.2紧固件……………………………………………………………………………18

5.5.3垫板尺寸确定……………………………………………………………………19

5.5.4固定板尺寸确定…………………………………………………………………19

6.模具的总体设计……………………………………………………………………19

6.1模架的选择…………………………………………………………………………20

6.2模架参数的确定……………………………………………………………………20

6.3凸模强度校核………………………………………………………………………21

6.3.1压应力校核………………………………………………………………………21

6.3.2弯曲应力校核……………………………………………………………………21

7.选定冲压设备………………………………………………………………………22

8.绘制模具总图………………………………………………………………………22

9.设计总结………………………………………………………………………23

参考文献…………………………………………………………………………………25

谢辞………………………………………………………………………………………24

1.引言

此次设计的目的，是巩固大学四年所学，并进一步提高对模具设计的认识。

通过自己动手，查找设计所需的相关内容，逐步摸索。

设计中会遇到很多问题，这需要我们充分扩展思维，通过指导老师适当的指导，将棘手的问题一一解决。

冲压工艺在工业生产中的应用十分广泛，而冲压模具是实现冲压工艺必不可少的工艺装备。

冲模设计水平将直接影响到铲平质量、生产效率、生产成本与操作者的安全。

级进冲模是冷冲压模具中一种先进、高效的冲压模具。

对于一般冲压模具而言，结构较为复杂，模具的制造难度及精度要求相对较高，制作周期较长，因而对模具设计及工艺编排专业技术人员的要求更高。

模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。

因此从设计技术来说，发展重点在于大力推CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。

模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。

对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。

由于本人水平所限，书中难免有不足之处，恳请老师批评指正，本人深表感谢。

2.确定工艺方案及模具结构型式

2．1分析制件的冲压工艺性

（1）冲压材料件材料分析：

硅钢的抗剪强度为186Mpa，抗拉强度为225Mpa，伸长率为26%，此种材料有足够的强度，适宜于冲压生产。

（2）工件结构及尺寸精度分析：

该零件形状复杂，由圆弧和直线组成。

为大批量生产，制件厚度为0.35mm。

冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT13，该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证，其他尺寸标注，生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求。

根据以上分析，此产品冲压工艺性较好，故选择冲压方法进行加工。

工件简图如图1所示：

图1工件简图

2．2分析比较和确定工艺方案

由于转子冲件的精度要求较高，形状也比较复杂，适宜采用多工位级进模进行冲压，冲件的冲压工序为冲孔和落料。

冲件的异形孔较多，在级进模的结构设计和加工制造上都有一定的难度。

3.工艺计算

3．1计算条料宽度、确定步距、排样设计

查最小工艺搭边值表，确定搭边值，两侧搭边值各取a1=1.5mm，两工件间的搭边值a=3.2mm,步距S=D+a＝47.2+3.2mm=50.4mm。

条料宽度B=（Dmax+2a＋C）0-△,查送料最小间隙Cmin表得：

C=0.5mm，查条料宽度偏差表得△=0.5mm，则得B=（47.2＋2×1.5+0.5×2）0-0.5mm=51.20-0.5mm。

转子片为大批量生产，选用整卷料硅钢片带料，采用冲压设备附设的自动送料装置送料，其送料精度可达±0.05mm。

为了进一步提高送料精度，在模具中使用导正销作精定位。

综合以上工艺分析，整带料即为该冲件本体的载体形式，为保证冲件的关键尺寸及相对位置精度，在冲制导正钉孔的同时应考虑把转子片的12个线槽孔一起冲出。

确定的排样图如图2所示：

工位1为冲导正钉孔，转子片各槽孔，工位2为冲转子片中间孔，工位3为转子片外形落料，共三个工位。

导正钉孔直径ø2.5mm。

图2排样图

3．2计算冲压力

冲压力等于冲孔时的冲压力和落料时的冲压力之和。

查钢铁材料的力学性能表,得硅钢的抗剪强度τ=186MPa。

K的取值依据冲裁刃口而定，平刃口，K=1～1.3；斜刃口，K=0.2～0.6。

考虑刃口的磨损，生产批量和材料厚度等因素的影响，一般取K=1.3。

根据公式F=KLtτ计算，L为冲裁周边长度，t为材料厚度。

落料力F落=KLtτ=47.2пΧ0.35Χ1.3Χ186N=12.54KN

冲孔力F冲=KLtτ=[（150/360Χ3п+9.44Χ2+9Χ2/360Χ45.2п+2+12/360Χ47.2п）Χ12+10п]Χ0.35Χ1.3Χ186N=40.07KN

落料时的卸料力F卸=K卸F落查表取K卸=0.06

故F卸=K卸F落0.06Χ12.54KN=0.75KN

F总=F落+F冲+F卸=12.54+40.07+0.75=53.36KN

为了保证冲裁力足够，一般冲裁时压力机吨位应比计算的冲压力大30%左右，即

F总’=1.3×F总=1.3×53.36KN=69.368KN

3．3确定压力中心

因该工件为中心对称，故压力中心为该冲裁件轮廓图形的几何中心上。

3．4材料利用率的计算

根据一般的市场供应情况，选用原材料。

一个步距的材料利用率为η＝S1÷S0×100%=970.18mm2÷（51.2mm×50.4mm）×100%=40.33%。

4.凸、凹模零件设计

4．1冲裁刃口尺寸公差的计算

查较大间隙的冲裁模具初始双面间隙表得：

间隙值Zmin=0.021mm，Zmax=0.028mm。

4.1.1冲孔ø10mm凸、凹模刃口尺寸的计算

查简单形状冲裁件冲裁时的δ凸、δ凹值表得：

δ凸=0.020mm，δ凹=0.020mm。

因为，Zmax-Zmin<δ凸+δ凹，所以选用配作法制造模具刃口。

Δ=0.007-（-0.034）=0.027mm,查表得，磨损系数x=0.75

冲孔时，应以凸模为基准来配作凹模。

当以凸模为基准时，凸模磨损后，冲裁件尺寸变小，因此属于B类尺寸。

B凸=（B+xΔ）0-δ凸=（10+0.75Χ0.027）0-0.02=10.020-0.02mm

B凹=（B+xΔ+Zmin）+δ凹0=（10+0.75Χ0.027+0.021）+0.020=10.04+0.020mm

4.1.2冲12个嵌线槽凸、凹模刃口尺寸计算

由于形状较复杂，故采用配作法，这种方法有利于获得最小的合理间隙，放宽对模具的加工设备的精度要求。

工件图中未标注公差的尺寸，查相关文献得出其极限偏差：

R1.50-0.14，9.440-0.22，50-0.18，10-0.14，1.510-0.14，ø45.20-0.39，ø47.20-0.39,2.50-0.14。

δ凸、δ凹取1/4Δ。

其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：

1）凸模磨损后，冲裁件尺寸变大。

1凸=（A-xΔ）+δ凸0=（1-0.75Χ0.14）+0.0350=0.89+0.0350mm

1凹=（A-xΔ-Zmin）0-δ凹=（1-0.75Χ0.14-0.021）0-0.035=0.870-0.035mm

47.2凸=（A-xΔ）+δ凸0=（47.2-0.75Χ0.39）+0.0980=46.91+0.0980mm

47.2凹=（A-xΔ-Zmin）0-δ凹=（47.2-0.75Χ0.39-0.021）0-0.098=46.890-0.098mm

2）凸模磨损后，冲裁件尺寸变小。

R1.5凸=（B+xΔ）0-δ凸=（1.5+0.75Χ0.14）0-0.035=R1.600-0.035mm

R1.5凹=（B+xΔ+Zmin）+δ凹0=（1.5+0.75Χ0.14+0.021）+0.0350=R1.63+0.0350mm

9.44凸=（B+xΔ）0-δ凸=（9.44+0.75Χ0.22）0-0.055=9.600-0.055mm

9.44凹=（B+xΔ+Zmin）+δ凹0=（1.5+0.75Χ0.22+0.021）+0.0550=9.63+0.0550mm

5凸=（B+xΔ）0-δ凸=（5+0.75Χ0.18）0-0.045=5.140-0.045mm

5凹=（B+xΔ+Zmin）+δ凹0=（1.5+0.75Χ0.18+0.021）+0.0450=5.16+0.0450mm

45.2凸=（B+xΔ）0-δ凸=（45.2+0.75Χ0.39）0-0.098=45.490-0.098mm

45.2凹=（B+xΔ+Zmin）+δ凹0=（45.2+0.75Χ0.39+0.021）+0.0980=45.51+0.0980mm

2.5凸=（B+xΔ）0-δ凸=（2.5+0.75Χ0.14）0-0.035=2.600-0.035mm

2.5凹=（B+xΔ+Zmin）+δ凹0=（2.5+0.75Χ0.14+0.021）+0.0350=2.63+0.0350mm

3）凸模磨损后，冲裁件尺寸不变。

1.51凸=1.51凹=C±δ凸=1.51±0.035mm

4.1.3外形落料凸、凹模刃口尺寸计算

查简单形状冲裁件冲裁时的δ凸、δ凹值表得：

δ凸=0.020mm，δ凹=0.030mm

因为，Zmax-Zmin<δ凸+δ凹，所以选用配作法制造模具刃口。

Δ=0.39mm,查表得，磨损系数x=0.75

落料时，应以凹模为基准来配作凸模。

凹模磨损后，冲裁件尺寸变大。

A凹=（A-xΔ）+δ凹0=（47.2-0.75Χ0.39）+0.030=46.91+0.030mm

A凸=（Amax-xΔ-Zmin）0-δ凸=（47.2-0.75Χ0.39-0.021）0-0.02=46.890-0.02mm

凸模刃口尺寸按凹模刃口尺寸配作,保证双面间隙在0.021～0.028mm之间。

（落料凹模刃口部分尺寸如图3所示）

图3落料凹模刃口尺寸

4．2确定凸、凹模零件结构尺寸

4.2.1冲孔、落料凹模结构、尺寸确定

该模具为三工位级进模，为拆装方便，应采用镶套式凹模。

镶套式凹模与固定板常用过渡配合（H7/m6）。

加工时内外形孔中心要求同轴度很高，常控制在0.02mm之内，这样才具有良好的互换性和便于维修。

应采用筒带式凹模刃口。

筒带式凹模的刃口强度高，刃磨后凹模工作尺寸不增大，孔口下方制成斜度，以便冲裁件或废料顺利漏出，取倾斜角为2°，刃口高度一般取板料厚度的2-5倍。

此处，冲孔和充槽凹模刃口高度取6mm，落料凹模刃口高度取10mm。

这样，既可保证凹模刃口有足够的修磨量，又不至于使凹模洞内积料过多，导致洞壁承受较大的胀力和摩擦力。

冲孔落料凹模外形结构确定：

冲孔和落料凹模均采用圆凹模，采用H7/m6配合，直接装在凹模固定板板中，通过螺钉和圆柱销与各板连接，螺钉和螺钉、螺钉与销钉之间距离要合理，保证凹模板的强度。

凹模的上下表面应保持水平，凹模孔轴线应与凹模顶面保持垂直，型孔表面粗糙度Ra=0.8-0.4µm。

凹模材料为Cr12MoV。

其热处理硬度略高于凸模，达到60-64HRC。

4.2.2凹模固定板外形结构和尺寸确定

凹模固定板厚度H：

可按以下经验公式计算：

H=

=

=17.47mm

凹模固定板壁厚C:

取C=1.5H=1.5Χ17.47=26.205mm

C值不应小于30-40mm,以满足螺钉孔、圆柱销孔的安排。

此处，取30mm。

垂直于送料方向的凹模宽度B=S+（2.5-4.0）H=50.4+3Χ17.47=102.81mm

送料方向上的凹模长度L=S1+2C=47.2Χ3+3.2Χ2+1.5+2Χ30=209.5mm

最后依据设计尺寸，按冲压模具标准模架凹模周界尺寸系列，确定凹模固定板外形尺寸为：

250mmΧ160mmΧ22mm。

凹模固定板的材料为45钢，调质处理，硬度为38-42HRC。

4.2.3凸模尺寸确定

凸模长度根据结构上的需要来确定。

凸模长度的确定主要根据模具结构、修模、操作安全、装配等因素的需要。

本模具采用弹性卸料板，故凸模长度的确定按以下公式计算：

L=h1+h2+t+h

式中h1——凸模固定板厚度（mm）

h2——卸料板厚度（mm）

t——导料板厚度（mm）

h——附加长度，主要考虑凸模进入凹模的深度及模具闭合状态下卸料板到凸模固定板间的安全距离等因素（mm），凸模进入凹模深度不应超过0.5，此处取0.5mm。

L=h1+h2+t+h=36mm+14mm+4mm+（19.5mm+0.5mm）=74mm

凸模固定板的厚度为H=（1-1.5）D，取36mm，凸模固定板的材料为45钢，调质处理，硬度为38-42HRC。

5.模具主要零部件的结构设计

5．1工作部分零件

5.1.1冲Φ10mm孔的凸模设计

为了增加凸模的强度和刚度，凸模非工作部分直径应制成逐渐增大的多级形式，所以选用B形圆凸模。

采用压入式以过盈配合H7/m6紧固在凸模固定板上，顶端形成台肩，以便固定，并保证在工作时不被拉出。

为防转，凸模头部右侧应磨平至杆部右侧。

同时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合

5.1.2冲12个嵌线槽凸模设计

12个嵌线槽凸模为非圆形凸模。

为使凸模加工方便，将其做成等断面，即直通式凸模。

采用压入式以过盈配合H7/m6紧固在凸模固定板上，并用横键防止卸料时凸模脱落出凸模固定板。

5.1.3落料凸模设计

采用压入式以过盈配合H7/m6紧固在凸模固定板上，顶端形成台肩，以便固定，并保证在工作时不被拉出。

为防转，凸模头部右侧应磨平至杆部右侧。

凸模材料选择9Mn2V，硬度58～62HRC，尾部回火40～50HRC，工作部分的刃口应尖锐锋利，无倒钝，裂纹，黑斑，缺口等缺陷，热处理时必须均匀，无脱碳、软点、裂纹、或显著的变形等现象。

凸模工作部分的直径对配合部分直径的同心度允许差不应超过配合部分的直径允许的二分之一。

各非工作部分外缘的锐角必须倒圆或倒边角,用以防止应力集中。

凸模，凹模，固定板及座板间的固定选用螺钉和圆柱销固定。

螺钉和螺钉、螺钉与销钉之间距离要合理，保证各板的强度。

5．2定位零件

5.2.1送进导向零件

选用导料板作为送进导向零件。

将其与卸料板分开制造。

设计时，两导料板间距离应等于条料宽度加上一个间隙值，目的是使条料顺利送进，导料板的厚度H取决于导料方式和板料厚度。

查导料板厚度表，取导料板厚度为4mm。

两导料板宽度分别为53.9mm和54.4mm。

两导料板尺寸为：

250mmΧ53.9mmΧ4mm，250mmΧ54.4mmΧ4mm。

5.2.2送料定距零件

在多工位级进模中，定距定位比较可靠，也是应用最多的一种混合定距定位。

这种定位方法是在一瞬间内先粗定位，后精定位，最终达到精确定位的要求。

本模具采用侧刃作粗定位，导正销用于精定位。

此时，侧刃刃口切料长度尺寸应做成略大于送料步距尺寸0.04-0.12mm,取0.1mm,以便导正销导入定位孔时，条料能有一定微量的后退，获得良好的定距效果。

1）导正销

从结构的强度和导正钉稳定性等综合考虑，设置两个导正销，导正销直径取ø2.46mm。

导正销工作直径与条料上被导正的孔之间的配合间隙大小，对定位精度和冲压工作的顺利进行有较大影响。

配合间隙过大，会引起定位精度降低，配合间隙过小，导正销易使导正孔变形，甚至会引起条料卡死、抱住在导正销上，影响模具正常工作，同时还会加快导正销的磨损。

本模具步距精度要求一般，材料薄，查表并综合考虑，取0.04mm，即导正孔直径取ø2.5mm。

导正孔在第一工位冲出。

导正销工作时，通过条料还要伸出较长一段长度，对应的凹模上需加工成通孔，即让位孔。

让位孔与导正销直径之间保持足够间隙，一般取Z=（0.12-0.2）t，，取0.2t，即0.07mm。

导正销的导入端头部形状设计成锥形。

，适用于小孔的导正。

由于导正孔较小，采用小锥度20°。

在锥度与工作直径的相交处和锥尖部分，有圆弧过渡，加工成光滑状。

导正销工作直径段伸出长度h一般取（0.8-1.5）t，取h=t=0.35mm

导正销应有足够的强度、硬度和耐磨性，选用优质工具钢T10A，并经热处理淬火，硬度为60-64HRC，工作部分表面粗糙度小，Ra=0.4µm

2）定距侧刃

侧刃是一种特殊的凸模。

侧刃将条料冲出缺口，条料上形成小台阶，送料时利用小台阶被导料板挡住定位，实现级进送料。

侧刃断面的长度等于送料步距，条料送进一次，压力机行程一次，侧刃在条料上冲下一个长度等于步距的料边。

采用侧刃和导正销定距方式时，侧刃长度cˊ应等于步距c加（0.1-0.2）mm。

故cˊ=c+0.1=50.4+0.1=50.5mm。

3）侧刃挡块

一般情况下，导料板是不淬硬的，为了提高挡料部分的硬度和耐磨性，将导料板的侧刃旁局部镶嵌挡块，即侧刃挡块。

侧刃挡块要求耐磨，选用优质工具钢T10A经热处理淬火处理制成，硬度为54-58HRC，