模具毕业设计39垫板冲压模具设计Word下载.docx

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3.易规范标准

国家机械制图标准对机械制图的线型、线宽、尺寸标柱样式、文字样式等均有明确的规定，利用AutoCAD相应的样式设置，可以相应的满足这些标准要求。

4.便于图形的保存和打印

AutoCAD设计的图形，可直接通过绘图仪打印到硫酸纸，不再需要描图员描图，无论绘制的图形有多大量，均可运用磁盘、光盘等储存介质进行保存，图纸保存质量高、寿命长。

基于上述优点，利用AutoCAD进行模具绘图时，能大大提高绘图效率，减轻设计工作量。

虽然用AutoCAD有很多优点，但也有不足之处，如绘制零号、一号图幅的图形时，由于计算机屏幕的限制，用户不能直观查看整个图形只能通过AutoCAD提供的鸟瞰试图、显示缩放、移动等功能了解全图，这对没多少设计经验的用户来说，会影响设计中的直观判断。

1.3Pro/e在模具设计中的应用

在这次设计过程中，采用Pro/e绘图的次数并不多，但是在绘制三维图时，全部采用Pro/e，在导图时也采用了。

第二章工艺分析与模具结构形式设计

2.1工艺分析

2.1.1冲裁件的形状与尺寸要求

工件名称：

垫板

工件简图：

如图2.1.1所示

生产批量：

10万件（大批量）

材料：

QSn6.5-0.1

材料厚度t：

0.3mm

（图2.1.1）

冲裁件的尺寸要求：

㈠零件图上所有没注公差的尺寸，属自由尺寸，可按IT14级确定工件的尺寸的公差，最小孔边距2.1mm公差为-0.11.属11级精度。

查公差表可得歌尺寸公差：

零件外形：

25-00.52mm;

零件内形：

40+0.3mm;

10+0.25mm

孔心距：

5.5±

0.3mm

2.2制定工艺方案

2.2.1零件工艺要求

此工件只有冲孔和落料两个工序。

材料为QSn6.5-0.1，具有良好的冲压性能，适合冲裁。

工件结构简单，有一个Φ4mm的椭圆孔和两个Φ1mm的孔孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为2.1mm（椭圆与Φ1、两个Φ1的孔之间、及椭圆、Φ1与外圆之间的厚度）。

工件的尺寸全部为自由公差，可看着IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。

2.2.2工序顺序的编排与工序组合

该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有以下三种工艺方案：

方案一：

先落料，后冲孔。

采用单工序模。

方案二：

落料——冲孔复合冲压。

采用复合模生产。

方案三：

冲孔——落料级进冲压。

采用级进模生产。

方案一模具结构简单，但是需要两道工序两副模具，成本要求高而且生产效率低，难以满足大批量生产要求。

方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但工件最小壁厚2.1mm小于凸、凹模许用的最小壁厚尺寸3.2mm，模具强度较差，制造困难大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。

方案三也只要一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。

通过对上述三种方案的比较分析，该件的冲压生产采用方案三为佳。

第三章工艺计算

3.1毛坯展开计算

毛坯长L

毛坯宽B=（Lmax+2a+C）=25+2×

1.5+0.5=28.5mm

式中：

L——毛坯长度；

B——毛坯宽度；

D——条料宽度方向冲裁件最大尺寸；

A——侧搭边值，见《冲压模具设计与制造》表2.5.2；

C——导料板与最宽条料之间的间隙，其最小值见《冲压模具设计与制造》表

2.5.5。

3.2排样优化设计

3.2.1搭边

此工件中的圆形或圆角r>

2t。

所以工件与侧面的距离a取1.5mm，工件与工件之间取a1为1.2mm。

t——为材料厚度；

3.2.2排样方案设计

排样方式最主要采用提高材料的利用率，降低成本及保证冲裁件及模具的使用寿命为前提。

故方案有废料的直排方式，如图3.2.2所示：

（图3.2.2）

有废料直对排：

（图3.2.3）

3.2.3排样方案比较

排样图方案一

一个步距的材料利用率：

η=A/Bsｘ100％

A=220-2πφ-（πR+0.6ｘ4）=198.8mm

工件的步距s为：

B+a=12.2mm

η=A/Bs=198.8/28.5ｘ12.2ｘ100％=57.1％

方案二的材料利用率：

s　=B+a=26.2mm

　　　　　　　　　　η=198.8／14ｘ26.Ｘ100％＝54.4％

查板材标准选用700mm×

800mm的刚板，每张刚板可剪裁25张条料（28mm×

800mm），每张条料可冲1625个工件，则ηθ：

Ηθ=nA1÷

LB×

100％

=1625×

198.8÷

770×

800×

100%

=52.4%

故一张刚板的材料利用率为25.4%

η——一个步距的材料利用率；

B——工件宽度；

A——一个步距内冲裁件的实际面积；

B——条料宽度；

s——步距.

根据选择的排样方式冲裁件的冲裁步骤：

（1）先冲两个φ1和椭圆

（2）对工件的外形状落料

3.2.4排样方案选择

方案一的材料利用率比方案二的高，方案一在冲裁过程中工件飞的刚性、强度都相较方案二好。

在满足材料利用率及工件最后的刚性等条件下，排样方式选择方案一。

3.3冲压力的计算

3.3.1冲裁力的计算

冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的。

通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。

工件的冲裁力为：

F=KLtτb

=1.3ｘ68ｘ0.3ｘ300=7956（N）

F——冲裁力；

L——冲裁周边长度；

t——材料厚度；

τb——材料抗剪强度；

K——系数（一般取值1.3）

3.3.2退料力、顶出力的计算

退料力﹑顶出力包括卸料力、推件力和顶件力

卸料力：

从凸模上卸下卡住的料所需要的力；

推件力：

将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力；

顶件力：

逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力。

卸料力的计算：

Fx=KxF

=0.05Ｘ7956=397.8（N）

推件力的计算:

Ft=nKtF

n=h/t=3/0.3=10

Ft=10Ｘ0.063Ｘ7956=5014.3（N）

顶出力的计算:

Fd=KdF

=0.08Ｘ7956=636.5（N）

式中:

F——冲裁力;

Kx、Kt、Kd——卸料力、推件力、顶件力系数,见《冲压模具设计与制造》

表2.6.1;

n——同时卡在凹模内的冲裁件（或废料）数;

n=h/t

h——凹模洞口的直刃壁高度;

t——板料厚度。

3.3.3降低冲裁力的方法

为了实现小设备冲裁大工件,或使冲裁过程平稳以减少压力机振动,常采用以下方法降低冲裁力。

1.阶梯凸模冲裁

在多凸摸的冲模中,将凸模设计成不同的长度,使工件端面呈阶梯式布置,这样,各凸模冲裁力的最大峰值不同时出现,从而达到降低冲裁力的目的。

2.斜刃冲裁

用平刃口冲裁模具时,沿刃口整个周边同时冲切材料,故冲裁力很大。

若将凸模（或凹模）刃口平面作成与其轴线倾斜一个角度的斜刃,则冲裁时刃口就不是全部同时切入,而是逐步地将材料切离,这样就相当于把冲裁件整个周边长分成若干小段进行剪切分离,因而能明显降低冲裁力。

3.加热冲裁（红冲）

3.4计算压力中心

模具的压力中心就冲压合力的作用点。

确定模具的压力中心

（1）按比例画出图形的轮廓，如图3.4.1

图3.4.1

（2）任意位子画出坐标轴X、Y，如图3.4.1所示。

（3）将组成图形的轮廓划分为若干简单的线段求出各线段长L1、L2、L3…Ln

L1=πR1=3.14×

4.1=12.9mm

L2=1/4πR2=1/4×

3.14×

4＝3.14mm

L3＝8.46mm

L4=1/2πD=1/2×

3.14×

11＝17.3mm

L5=15.4mm

（4）确定各段的重心位置X1、X2、…X3和Y1、Y2、…Y3。

L1（6,6.9）;

L2（12.94,4）;

L3（13.7,0）;

L4（21.4,5.5）;

L5（17.17,11）

（5）按《冲压模具与设计》公式（2.6.12）、（2.6.13）算出压力中心坐标（X0、Y0）。

X0=L1X1+L2X2+L3X3+L4X4+L5X5÷

L1+L2+L3+L4+L5

=77.4+40.6+115.9+370.22+264.4÷

12.9+3.14+8.46+17.3+15.4

=14.08

Y0=L1Y1+L2Y2+L3Y3+L4Y4+L5Y5÷

L1+L2+L3+L4+L5

=89+12.56+0+95.15+169.4÷

57.2

=6.4

零件的压力中心即所求的中心如图3.4.2所示：

（图3.4.2）

第四章冲压设备选

4.1典型冲压设备概述（曲柄压力机）

曲柄压力机的工作原理：

利用曲柄连杆机构进行工作，电动机通过带轮及齿轮带动曲轴运动，经连杆使滑块作直线往复运动。

曲柄压力机分为偏心压力机和曲轴压力机，二者区别主要在主轴，前者主轴是偏心轴，后者主轴是曲轴。

偏心压力机一般是开式压力机，而曲轴压力机有开式和闭式之分。

曲柄压力机的特点有：

生产率高，适合与各种冲压加工。

4.2冲压设备选择原则

4.2.1冲压设备类型的选择

（1）中小型冲压件选择开式机械压力机

（2）大中型冲压件选择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择偏心压力机

（4）大量生产的冲压件选择高速压力机或多工位自动压力机

4.2.2冲压设备规格的确定

压力机的选用原则：

（1）公称压力公称压力的大小，表示压力机本身能够承受的冲击大小。

（2）滑块行程长度是指曲柄旋转一周滑块所移动的距离，其值为曲柄半径的两倍。

（3）行程次数行程次数即指滑块每分钟冲击次数。

（4）工作台面尺寸

（5）滑块模柄孔

（6）闭合高度

（7）电动机功率的选择

4.3选择冲压设备

对于曲柄压力机来说，必须满足以下要求：

（1）压力机的标称压力必须大于冲压的工艺力的总和FZ。

即FZ>

ΣF。

更确切地说，应该是冲压过程的负荷曲线必须在压力机的许用负荷曲线之下。

该工件采用刚性卸料：

ΣF=F+FT=7956+5014.3（N）=12970.3（N）

即：

FZ≥1297.0（N）≈12.97（KN）

（2）压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求。

（3）压力机的行程要满足工件成形的要求。

（4）压力机的台面尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并要留有固定模具的位置。

一般每边应大出50～70mm以上。

压力机台面上的漏料孔尺寸必须大于大件（或废料）的尺寸。

鉴于该工件属小型大批量生产，在保证费用地等情况下，选择开式机械压力机。

根据工件的冲压总工艺力选择：

J23-3.15开式可倾压力机（3.15表示公称压力为31.5KN）压力机的技术参数为：

滑块公称压力P0：

31.5KN

滑块行程S：

25mm

行程次数（快速）：

200次/s

连杆调节量：

25mm

最大闭合高度：

120mm

最大装模高度：

100mm

工作台尺寸（前后×

左右）：

100mm×

90mm

模柄孔尺寸：

φ25mm×

40mm

最大倾斜角度：

450

垫板尺寸（厚度×

孔径）：

25mm×

φ50mm

第五章模具结构设计

5.1模具总体结构设计

5.1.1方案分析

由冲压工艺分析得知，冲裁该工件选择级进模，所以该模具类型为级进模。

5.2模具闭合高度分析

5.2.1闭合高度概述

模具的闭合高度是指冲裁模在最低工作位置时，上模座板上平面至下模座下平面之间的距离。

5.2.2估算模具闭合高度

模具的闭合高度与压力机装模高度的关系：

Hmax-M-H1≤H≤Hmax-H1

实际上使用：

Hmin-H1+10mm≤H≤Hmax-H1-5mm

式中：

H——模具闭合高度；

Hmin——压力机的最小闭合高度；

Hmax——压力机的最大闭合高度；

H1——垫板厚度；

M——连杆调节量；

Hmin-H1——压力机的最小装模高度；

Hmax-H1——压力机的最大装模高度。

根据所选的压力机可知：

Hmin=120mm

装模高度调节量为25mm

Hmax=145mm

估算模具闭合高度：

100-25+10≤H≤120-25-5

即85≤H≤90

估取模具闭合高度为：

88mm

第六章模具主要零部件设计

6.1凸、凹模设计

6.1.1计算冲裁间隙

根据冲裁件的要求,对于尺寸精度和表面质量要求不高的零件，在满足冲裁件的要求的前提下，以降低冲裁力、提高模具寿命的目的下，根据《冲压模具设计与制造》表2.3.3得双面冲裁间隙值：

Zmin=0.021;

Zmax=0.027

6.1.2凸、凹模刃口尺寸计算

⑴落料

设工件的尺寸为D-△0，根据计算原则，落料时以凹模为设计基础。

首先确定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸；

将凹模尺寸减去最小合力间隙值即得到凸模。

DA=（DA-Zmin）0+δT

DT=（Dmax－χ△－Zmin）0-δT

Φ11RA=（11-0.052）0+δT=10.950+0.0.02

RT=（11-0.5×

0.14-0.052）0-δT

=10.890-0..02

Φ8.2RA=（8.2-0.052）0+0.02=8.150+0.02

RT=（8.2-0.5×

=8.080-0.02

⑵设冲孔尺寸为d0+△，根据计算原则，冲孔时以凸模为设计基准。

首先确定凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸；

将凸模尺寸增大最小合理间隙值即得到凹模尺寸。

dT=（dmin+x△）0-δT

dA=（dT+Zmin）0+δA=（dmin+x△+Zmin）0+δA

Φ1RT=（1+0.5×

0.14）0-0.02=1.070-0.02

RA=（1+0.5×

0.14+0.021）0+0.021=1.090+0.02

Φ4RT=（4+0.5×

0.14）0-0.02=4.070-0.02

RA=（4+0.5×

0.14+0.03）0+0.02=4.100+0.02

⑶孔心距属于磨损厚基本不变的尺寸。

在痛一工步中，在工件上冲出孔距为L±

△／2两个孔时，其凹模型孔中心距Ld可按下式计算：

Ld=L±

1/8△

两个φ15.5Ld=5.5±

1/8×

0.14=5.5±

0.018

上述式中：

DA、DT——落料凸、凹模尺寸；

dT、dA——冲孔凸、凹模尺寸；

Dmax——落料件的最大极限尺寸；

dmin——冲孔件孔的最小极限尺寸；

L、Ld——工件孔心距和凹模孔心距的公称尺寸；

△——工件制造公差，查表值0.14；

Zmin——最小合理间隙；

X——磨损系数，取0.5，按IT8级制造；

δT、δA——凸、凹模的制造公差，可按IT6~IT7级选取，查《冲压模具设计与制造表2.4.1得。

6.1.3凸模结构设计

Φ1的两个孔的凸模采用加全程保护与向导如图6.1.3所示

Φ4的椭圆选择圆形凸模.

采用固定卸料板卸料及导料板时，凸模按下式计算：

L=h1+h2+h3+h

导料板h1=6mm，卸料板厚h2=12mm,凸模固定板厚=12mm,凸模修模量h=15mm.则：

L=6+12+12+15=45mm

注：

凸模固定板厚度是凹模厚度的0.6—0.8倍取得，凸模修模量包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度（0.5—1mm）、凸模固定板与卸料板的安全距离等，一般取10—20mm。

6.1.4凹模结构设计

凹模的采用圆形凹模，使用螺钉固定。

图6.1.4

凹模厚度

H=（0.1×

P）-3P取12971N

≈10.9mm

凹模的长度

L=b+2c

=25+2×

26

=77mm

凹模的宽度

B=步距+工件宽+2c

=12.2+11+2×

=75.2mm

步距=12.2mm,工件宽=11mm

H——凹模厚度；

P——总冲裁力；

L——凹模的长度；

B——凹模的宽度；

b——冲裁件长度；

c——凹模壁厚26；

见《模具设计与制造实训》表6-2

根据GB/T8057—95，确定凹模外形尺寸为100×

80×

20。

凹模的刃口形式，如又图所示：

刃口高度H=3（《冲压模具设计与制造》表2.9.4所示）

6.2卸料装置设计

卸料装置分为固定卸料装置、弹性卸料装置和废料切刀三种。

质量要求高而且板料较薄的宜选用弹性卸料装置。

此工件选用弹性卸料装置。

图6.2.1

1——弹性元件（橡胶）；

2——卸料板

卸料板厚经验值取=12mm,外形尺寸与凹模一致。

6.3弹性元件的选择

弹性元件主要包括弹簧和橡胶，主要为弹性卸料提供作用力和行程。

在此工件中，选用橡胶作为弹性元件。

6.3.1橡胶的选择原则

橡胶的允许承受的负荷较大，安装调整灵活方便，是冲裁模中常用的弹性元件。

橡胶的选择原则：

⑴为保证橡胶正常工作，所选橡胶应满足预压力要求：

F0≥

F0——橡胶在预压缩状态下的压力（N）；

FX——卸料力。

⑵为保证橡胶不过早失效，其允许最大压缩量不应超过其自由高度的45%。

一般取：

△H2=（0.35～0.45）H0

△H2——橡胶允许的总压缩量；

H0——橡胶的自由高度。

橡胶预压缩量一般取自由高度的10%～15%。

△H0=（0.10～0.15）H0

式中△H0为橡胶预压缩量（mm）。

故△H1=△H2-△H0=（0.25～0.35）H0

即△H1=△H’+△H∥

△H’——卸料板的工作行程，△H’=t+1，t为板料厚度；

△H∥——凸模刃口修模量。

⑶橡胶高度与直径之比按下式校核：

0.5≤H0/D≤1.5

D——橡胶外经（mm）。

6.3.2卸料装置橡胶的选择

⑴根据工艺性质核模具结构确定橡胶性能、形状为长方体和数量1。

冲裁卸料选用较硬橡胶。

⑵根据卸料力求橡胶横截面尺寸

Fxy=AP

所以，橡胶的横截面积为

A=Fxy/P

Fxy——橡胶所产生的压力，设计时取大于或等于卸料力（即F0）；

P——橡胶所产生的单位面积压力，与压缩有关，其值可按《冲压模具设计与制造》图2.9.35确定，设计时预压力下的单位力；

A——橡胶横截面积。

橡胶允许的总压缩量:

△H2=（0.35～0.45）H0

△H1=△H2-△H0=（0.25～0.35）H0

△H1=△H’+△H∥

△H’=t+1=0.3+1=1.3mm

△H∥=3mm（根据《冲压模具设计与制造》表2.9.4取得）

故△H1=1.3+3=4.3mm

H0=4.3/（0.2