支架连接板连续模设计.docx

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支架连接板连续模设计

支架连接板连续模设计

（郑州电力高等专科学校）

毕业设计

题目　支架连接板连续模设计

专业数控技术

学生张建堂

指导教师张秀　丽

二零一一年

前言

本设计主要分为两部分，一部分是对支架连接板进行冲压工艺分析与计算，另一部分是对支架连接板进行模具设计。

首先，对零件进行分析与计算，其中包括工艺分析与设计方案的确定，设计排样方式，计算冲裁力与选择冲压设备。

其次，对支架链接板进行模具设计。

主要是直接与冲压相关的部件的设计以及标准件的选用。

此次设计是将我所学专业知识进行运用的一次机会，当然，由于我没有设计经验，不仅要多向老师和同学请教，还要借助模具设计手册、计算机绘图软件，并参阅大量优秀文献。

一来可以帮助我圆满完成此次设计任务，二来可以培养我的设计能力和文件检索能力。

通过本次毕业设计，要达到以下目的：

综合运用机械专业所学的理论与生产实际知识，进行一次冷冲压模具设计的实际训练，提高自己的设计水平和实际工作能力。

进一步了解模具设计到模具制造的整个工艺流程。

提高自己进行模具设计到基本技能，能熟练运用AutoCAD、Pro/E等计算机绘图软件以及查阅各种设计相关的资料与手册，熟悉设计标准与规范等。

1模具工业的发展…………………………………………………4

1.1选题的背影及目的……………………………………………4

1.2模具工业的发展现状及市场前景………………………………4

1.3国内外的研究动态…………………………………………5

1.4我国冲压行业存在的阻力………………………………………7

1.5本设计采用的方法……………………………………………8

2工艺性分析及工艺方案确定…………………………………………7

2.1工艺性分析……………………………………………………7

2.2工艺方案确定…………………………………………………8

3冲压工艺计算…………………………………………………………………11

3.1凸模和凹模分别加工时的尺寸的计算…………………………………………………１１

3.2冲裁工作及其计冲裁工作的排样方式算…………………………………………１３

3.3材料利用率计算………………………………………………15

3.4冲裁力的计算…………………………………………………17

3.5压力中心的确定及相关计算…………………………………14

3.6卸料橡胶的设计………………………………………………144确定各工序模具种类及型式………………………………………14

4.1凸模组件及其结构设计………………1５

4.2凹模设计…………………………………………………………17

4.3凸模与凹模的固定……………………………………………14

4.4卸料部件的设计………………………………………………14

4.5定位零件的设计………………………………………………15

4.6导料板的设计……………………………………………17

4.7模架及其它零部件设计………………………………………14

4.8模具零件加工工艺……………………………………………15

5模具的装配及确定冲压设备………………………………………14

5.1模具总装配图…………………………………………………17

结束语…………………………………………………………………18

参考文献……………………………………………………………19

１模具工艺的发展

1.1选题的背景及目的

模具工业是国民经济各部门发展重要基础产业之一。

由于冲压加工具有节材、节能和生产率高等突出特点，决定了冲压产品成本低廉，效益较好，因而冲压生产在制造行业中占有重要地位。

冷冲压加工是在室温下，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冲压件的一种压力加工方法。

我们知道，冷冲模则是将材料加工成所需冲压件的一种工艺设备。

冷冲模在实现冷冲压加工中是至关重要的，没有先进的冲模技术，就不能实现先进的冲压工艺。

冲压加工技术应用范围十分广泛,在国民经济各工业部门中，几乎都有冲压加工或冲压产品的生产。

如飞机、拖拉机、汽车、电器、仪表、铁道、电信、化工以及轻工日用新产品中均占有相当的比重。

并具有如下特点：

1）、生产率高、操作简单、容易实现机械化和自动化，特别适合于成批大量生产；

2）、冲压零件表面光洁，尺寸精度稳定，互换性好，成本低廉；

3）、在材料消耗不多的情况下，可以获得强度高，刚度大，而重量小的零件；

4）、可得到其他加工方法难以加工或无法加工的复杂形状零件。

随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，模具已成为当代工业生产的重要手段，冲压生产和模具工业得到了世界各国的高度重视。

另外一个方面，很好的撑握冷模具的设计方法，在以后的工作中对我有很大的帮助，所以我选择冷模具设计作为我的毕业题目。

本设计是支架连接板连续模设计。

1.2模具工业的发展现状及市场前景

模具产业的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志。

目前，世界模具市场可以说是供不应求，市场需求量维持在700亿至850亿美元，被称为“不衰亡工业”。

同时，我国的模具产业经过几十年的曲折发展，也迎来了新一轮的发展机遇,从以前只能靠进口到现在部分进口，已经跨越了以大步，但还有一些精密的冲模自己还不能生产，只能依靠进口来满足生产的需要。

1.3国内外的研究动态

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新与进步。

其主要表现在以下几个方面：

1）、随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使模具的设计和应用更为方便。

计算机技术与模具技术完美结合，模具计算机机辅助技术（CAD、CAM、辅助工程（CAE）是20世纪70年代迅速发展起来的，到80年代已进入了实用化，大大减少了模具设计与制造人员的重复劳动，使设计人员可以把主要精力放在创新和开发上。

特别是pro/E、UG等软件的应用，数控技术的发展，以及电火花和线切割技术的推广更一步推动了模具产业的发展。

2）、简易制模工艺的研究，为了及时的更新产品的花色品种，降低成本和适应小批量产品生产的要求，开展了简易制模工艺。

3）、模具标准化，目前发达国家模具标准化程度达到模具加工工作量的30％以上，并且有完美的标准化体系列，包括零件标准和模架标准，国际化组织已制定了国际模具系列标准，标准件品种多，规格全，质量高，而且均已商品化，特别是对一些通用件的使用越来越多，其大大提高了他们的互换性，加强了各个地区的合作。

对整个模具行业水平的提高也起到了重要作用。

1.4我国冲压行业存在的阻力。

阻力一：

机械化、自动化程度低。

目前，代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用较少，中、小企业设备普遍比较落后，耗能耗材高，环境污染严重，精冲机价格昂贵，是普通压力机的5-10倍，多数企业无力投资，阻碍了精冲技术在我国的推广应用，尤其是内高压成形设备投资大，国内难以起步；阻力二：

生产集中度低。

；阻力三：

冲压板材自给率不足，品种规格不配套；阻力四：

科技成果转化慢，先进工艺推广慢；阻力五：

大、精模具依赖进口；阻力六：

专业人才缺乏。

业内掌握先进设计分析技术和数字技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要。

另外，众多合资公司由外方进行工程设计，掌握设计权、投资权，我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。

1.5本设计采用的方法

1）、在图书馆电子阅览室查阅相关资料。

在学校图书馆有大量

书籍关于冷冲模具设计，并且电子阅览室的中文全国书刊也有许多优秀的论文作为参考。

2）、采用计算机辅助设计。

我熟习AutoCAD、solidworks对我的作图非常有帮助。

3）、基于实例设计。

根据产品功能及市场信息，从实例库中选

出与设计要求最接近的实例，作为参考，并仔细构思出新观念。

4）、向师傅．老师请教。

副教授汤师傅对冲压模具经验丰富，

所以向他请教了许多，还有向我最好的同学请教了不少。

5）、分割设计方法。

即一种把复杂的东西简单化的，分为数个模块单个分析，然后综合起来的有效方法。

２工艺性分析及工艺方案确定

2.1工艺性分析

使板料分离的冲压工艺称为冲裁。

冲压工艺的种类很多，常用的有切断、落料、冲孔等。

从板料上冲下所需形状是工件（或毛坯）称为落料。

在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）称为冲孔。

冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀;表面光洁，无擦伤、无裂纹；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。

在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。

我设计的零件如图

（1）所示，需要由落料和冲孔二道工序共同完成。

冲裁件的材料为20号碳素结构钢，生产批量为大批量，厚度为1mm，材料的抗剪切强度为275-392MP、抗拉强度为353-500MP、屈服点为245MP、伸长率为25MP，且形状较为规则，尺寸较小，公差为自由公差，精度要求IT14，便于冲压，普通冲裁能满足要求。

由于冲裁件没有断面粗糙度的要求，我们不必考虑。

表

（1）20号钢不同热处理状态下的机械性能：

状态

热 处 理 状 态

HB

σs

σb

δ

ψ

（MPa）

（%）

1

原始状态

152

490

540

17

60

2

加热到680～700℃保温3小时随炉冷却

130

320

430

32

3

加热到740～760℃保温3小时随炉冷却

133

300

430

34

68

4

加热到1050℃保温1小时，随炉

95

210

400

36

66

5

加热到870～890℃，保温1小时空冷；然后加热到600～700℃保温4小时，炉冷

95

240

390

42

71

图

（1）

冲裁件孔与孔、孔与边缘的距离，受模具强度、冲裁件质量的制约，其值不应过小，应满足a>2t、d>1.5t,所以由冲件图可知：

a=1X2=2d=1.5X1=1.5

2.2工艺方案确定

冲压设备一般都采用机械压力机，利用计算机程序控制，组成高生产率的自动冲压生产线。

对于大规模的批量生产，需要在短时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身和设备质量安全事故，因此安全生产是一个重要的问题。

可采用以下几个方案：

（1）方案一（级进模导正销定距）

级进模是多工序模的一种，对于支架连接板这种既需落料，又要冲孔的平面零件，采用该冲裁模结构可以减少设备和工人的数量和各道工序间半成品的运输。

模具结构上很难实现在一个工位完成所有工序。

采用级进模。

将冲孔、落料工序分两副模具完成，第一副模具完成冲孔，第二副模具完成落料工序。

因为冲裁件是在几个不同位置上逐步形成的，为保证孔与外行的相对位置精度，严格控制送料步距，可以采用导正销定距。

（2）方案二（倒装复合模）

复合模是多工序模的一种,不存在冲压时的定位误差问题，将落料凹模装在上模上,称为倒装复合模。

倒装复合模的废料能直接从压力机台面落下，而冲裁件从上模推下，比较容易引出去，因此操作方便。

（3）方案三（正装复合模）

正装复合模方案完成工序和倒装复合模完成的工序一样。

凸凹模在上模。

弹性卸料板卸料。

对于较软、较薄的冲裁件能达到平整要求，冲裁件的精度也较高。

方案比较：

方案一：

采用级进模冲裁，导正销定距。

级进模冲裁具有精确、安全性好，工作效率高的特点。

用导正销定距结构简单，当两定位孔间距较大时，定位也较精确。

生产效率较高，使用较为方便。

方案二：

倒装复合模，冲孔废料由下模漏出，工件落在下模表面，需要及时清理。

但是考虑到复合模结构复杂，安全性相对较低加工难度较大，成本也高。

方案三：

正装复合模，冲孔废料和工件都落在下模表面，安全性更差。

综合以上三个方案分析比较结果说明，考虑零件的生产批量，精度、生产成本、安全等要求。

本零件采用第一方案最为合适。

　　　　３冲压工艺计算

3.1凸模和凹模分别加工时的尺寸的计算

冲裁后的零件应保持一定的尺寸精度、良好的断面质量和无明显的毛刺。

冲裁件的尺寸精度与许多因素有关，如冲模的制造精度、材料的性质、冲裁间隙和冲裁件的形状等。

对断面质量，起决定作用的是冲裁间隙。

冲裁间隙是指冲裁凹模与凸模之间的尺寸之差。

即Z＝Ｄ凹－Ｄ凸。

凸、凹模工作部分尺寸直接决定了冲裁件的尺寸和间隙大小，是模具上最重要的尺寸。

落料件以凹模为设计基准，冲孔件以凸模为设计基准。

在考虑工作时的磨损规律时，为了提高模具寿命，在制造新模具时把凹模尺寸做得趋向于落料件的最小极限尺寸，把凸模尺寸做得趋向于冲孔件的最大极限尺寸。

凹、凸模之间应保证有合理间隙，制造模具时常用两种方法来保证间隙的合理：

一种是分别加工法，分别规定凹、凸模的尺寸公差，分别进行制造；另一种是单配加工法，用凹、凸模相互单配的方法来保证合理间隙，加工后，凹、凸模对号入座，不能互换。

由于第一种方法主要用于冲裁件的形状简单、间隙较大的模具，而且用分别加工的凹模与凸模具有互换性，制造周期短，便于成批制造。

在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。

结合该模具的特点，工作零件的形状相对较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。

因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算。

凹模、凸模分别加工时的尺寸计算公式：

（1）落料

（2）冲孔

（3）孔心距　　　=L±

为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即

≤

冲制图示零件，材料为20号钢，料厚t=1mm。

计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。

由图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。

外形由落料获得，冲孔获得。

查表2-2得：

Zmax=0.140mmZmin=0.100mm

Zmax－Zmin=（0.150-0.100）=0.050mm

查得凸模与凹模的制造偏差：

落料部分δ凸＝－０.０２０mmδ凹＝＋０.０２mm

|δ凸|+|δ凹|＝０.０４0mm〈0.05mm

冲孔部分δ凸＝-0.020mmδ凹＝+0.025mm

|δ凸|+|δ凹|＝0.045mm<0.05mm

故能满足|δ凸|+|δ凹|≤Zmax－Zmin的要求。

查表得,x=0.75

（1）冲孔：

d凸=（dmin+X△）-δ凸=（4+0.75x0.16）=4.12mm

d凹=（Dmin+X△+Zmin）+δ凹=（4.12+0.10）=4.22mm

（2）落料：

D凹=（Dmax－X△）+δ凹=（24-0.75X0.2）=23.85mm

D凸=（D凹－Zmin）=（23.85-0.10）=22.85mm

表2

表

3

材料厚度t（mm）

非圆形

圆形

制件公差△（mm）

<1

1~2

2~4

>4

<0.16

<0.20

<0.24

<0.3

0.16~0.36

0.2~0.42

0.24~0.5

0.30~0.6

>0.36

>0.42

>0.50

>0.60

<0.16

<0.20

<0.24

<0.3

>0.16

>0.20

>0.24

>0.30

系数X

1

0.75

0.5

0.75

0.5

3.2及其计冲裁工作的排样方式算

设计级进模，首先要设计条料排样图。

为提高材料利用率，使操作方便、安全、劳动强度低，模具结构简单、寿命较高支架连接板的形状对称、规整，为提高材料利用率，适合直排。

查《冲压手册》表2-17，两工件之间搭边值a=0.8mm，侧边取a=1.0mm。

送料步距为A=8+0.8=8.8mm；

条料宽度为B=（D+2*a）0-Δ，

查《冲压手册》表2-19得，条料宽度偏差Δ=0.5mm，冲裁件垂直于送料方向的尺寸为D=24mm，则B=（D+2*a）0-Δ=（24+2*1.0）0-0.5=260-0.5mm

3.3材料利用率计算

板料规格选用0.5*1000*2000mm；

采用纵裁时:

每板的条数n1=1000/40=25条余零

每条的工件数n2=2000/12.5=160件余零

每板的工件数n=n1*n2=25*160=4000个

利用率为：

η=4000*10*35/（1000*2000）*100%=70%

采用横裁时:

每板的条数：

n1=2000/40=50条余零

每条的工件数：

n2=1000/12.5=80件余零

每板的工件数：

n=n1*n2=50*80=4000个

利用率：

η=4000*10*35/（1000*2000）*100%=70%

经计算横裁.纵裁时板料利用率相同都为70%,故采用横裁或纵裁都可以。

采取如图

（2）所示排样方法：

图

（2）

3.4冲裁力的计算

冲裁力是选择压力机的主要依据，也是模具设计所必须的数据。

该模具为级进模，拟选择弹性卸料装置，下出件。

查表得材料20的抗张强度为δb=350X1.3=455MPa;

落料尺寸：

L1=60；冲孔尺寸：

L2=25.12

F总＝Ltδb

=85.12×1×455

=38729.6N

上模卸料力：

F卸＝k×F

＝0.03×38729.6

＝1161.89N

F推＝nK推F=8*0.05*38729.6=15491.84N

F总=F+F卸+F推=38729.6+1161.89+15491.84=55383.33N

根据计算结果，冲压设备拟选用J23-25。

3.5压力中心的确定及相关计算

计算压力中心时，先画出凹模型口图，如图（C）所示。

在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上，由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，模具中心选在坐标原点O。

若选用J23-25冲床，C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求

图（3）

3.6卸料橡胶的设计

选用的四块橡胶板的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。

拟定四个圆环，外圈直径20，中孔直径8，自由高度为39，预压量＝39×10％＝3.9；压缩量＝39×30％＝11.7；在工作行程（6mm）范围内，实际压缩量为26％，卸料力F卸=0.03×38729.6＝1161.89N满足力要求。

４确定各工序模具种类及型式

冲压工艺的方案确定后，各工序的模具种类也就自然确定。

支架连接板的冲模第一次冲孔模，第二次落料模。

随着模具工业的迅速发展，国家对模具的类型、导向方式实行了标准化，因此在进行模具设计时，仅需设计直接与冲压件有关的部分，其余部分可以从标准中选取，使模具设计工作大大简化。

其结构形式如图（4）所示。

图（4）

工件上面共有两个位置对称，大小一致，直径为4的圆孔。

所以只需要设计一种规格的凸模两个。

定位方式的选择。

因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。

控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。

而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。

卸料、出件方式的选择。

因为工件料厚为1.0mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。

又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。

　导向方式的选择。

为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用中间导柱的导向方式。

4.1、凸模组件及其结构设计

1）、落料凸模。

结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，2个M8螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。

其总长L可按公式2.9.2计算：

L=20+14+1.2+28.8=64mm

具体结构如图所示。

图（5）

表4落料凸模加过程工工艺

工序号

工序名称

工序内容

设备

1

备料

将毛坯锻成10X30X50

2

热处理

退火

3

刨

刨六面，互为直角，留单边余量0.5

刨床

4

热处理

调质

5

磨平面

磨六面，互为直角

平面磨床

6

钳工划线

划出各孔位置线

7

加工螺钉孔、安装孔及穿丝孔加工螺钉孔、安装孔及穿丝孔

按位置加工螺钉孔、销钉孔及穿丝孔

钻床

8

热处理

按热处理工艺，淬火回火到58—62HRC

9

磨平面

精磨上、下平面

10

线切割

按图线切割，轮廓达到尺寸要求

线切割

11

钳工精修

全面达到设计要求

12

检验

凸模材料凸模在工作中的受力情况非常复杂，既有冲压力，也有刃口与工件和凹模的摩擦力，还受到拉应力，弯曲应力和冲击应力。

因此模具刃口要有高的耐磨性，能承受冲裁时的冲击力。

还应具有高的硬度与适当的韧性。

在本设计中，因为各个凸模的形状较为简单，故选用T10A材料来制造。

冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。

凸模结构如图所示。

图（6）

表5冲孔凸模加过程工工艺

工序号

工序名称

工序内容

设备

1

备料

备料φ6mmX80mm

2

热处理

退火

3

车外圆

车外圆达配合尺寸

车床

4

工作尺寸

车工作尺寸达要求

车床

5

倒角

倒角达要求

车床

6

钳工

抛光达表面要求

7

热处理

淬火,回火,保证HRC58~62

8

钳工

磨平上下表面达要求

9

检验

4.2、凹模设计

凹模采用直壁式刃口凹模。

刃口强度高，制造方便，刃磨后型孔尺寸基本不改变，对冲裁间隙无明显影响，适合于本设计。

凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。

其轮廓尺寸可按公式2.9.3、2.9.4计算：

凹模厚度H=kb=0.35×24mm=8.4mm（查表2.9.5得k=0.35）

    凹模壁厚c=（1.5～2）H=12.6～16.8mm

    取凹模厚度H=15mm，凹模壁厚c=30mm，

    凹模宽度B=b+2c=（24+2×30）mm=84mm

    凹模长度L取95mm（送料方向）

    凹模轮廓尺寸为15mm×84mm×95mm，结构如图所示。

图（7）

凹模的刃口形状是指凹模型孔的轴剖面形状。

在本设计中采用斜壁式，因为刃壁带有斜度，冲件或废料不易滞留在刃孔内，因而减轻对刃壁的磨损，一次刃磨量较少。

刃口工作部分强度好，适用于冲件为任何形状。

各种板厚的冲裁模，刃口尺寸随刃磨变化。

其具体形状如下图所示，各个尺寸分别为h1=6mm，h=18mm，β=2°，α=15′

图8、刃口形式

表6:

表7凹模加工工艺过程

工序号

工序名称

工序内容

设备

1

备料

将毛坯锻成205mmX165mmX60mm

2

热处理

退火

3

铣

铣六面,厚度留单边磨量0.2~0.3mm

铣床

4

平磨

磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直

平面磨床

5

钳工

划各型孔,螺孔,销孔位置划漏孔轮廓线

6

钳工

加工好凸模,配作冲孔凹模达要求

7

铣

铣漏料孔达要求

铣床

8

钳工

钻铰6Xφ10,钻攻4XM12

钻床

9

热处理