毕业设计论文门套固定连接片冲压复合模设计.docx

毕业设计论文门套固定连接片冲压复合模设计.docx

《毕业设计论文门套固定连接片冲压复合模设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文门套固定连接片冲压复合模设计.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

毕业设计论文门套固定连接片冲压复合模设计

摘要

本设计主要介绍了门套固定连接片冲孔、落料复合模设计的全过程。

通过对支板进行了详细的工艺分析、确定冲压工艺方案及模具结构形式，然后进行模具总体设计，再进行参数计算与选择。

在设计过程中除了编写设计说明书外，还采用CAD软件完成模具装配图和非标准零件图的绘制。

关键词：

门套固定连接片;冲压模具;设计

1绪论

冷冲模课程设计是一个重要的专业实训环节，学生通过对金属制件进行冲压或弯曲成形工艺与冷冲模具的综合性分析设计训练，要求达到以下目的：

1.通过课程设计帮助学生具体运用和巩固《冷冲压工艺与模具设计》课程及相关课程的理论知识，了解冷冲模具设计的一般方法和程序。

2.训练学生查阅相关技术资料（如《模具设计与制造简明手册》《冷冲模结构图册》等），使学生能够熟练的运用有关技术资料，熟悉有关国家标准、规范，使用经验、数据，进行估算等方面接受全面的训练。

⒊掌握冷冲模设计的基本程序和方法，综合运用《冷冲压工艺与模具设计》及相关专业课程的知识，并按照相关的技术规范进行冲压模具设计的基本技能训练，为今后在实际工程设计中打好基础。

2冲压件工艺分析

门套固定连接片年产量为20万件，采用大批量生产，材料为Q235钢，厚度为1.8mm，未注公差为IT14。

零件如图2-1所示：

图2-1零件简图

2.1材料分析

表2-1部分碳素钢抗剪性能

材料名称

牌号

材料状态

抗剪强度τ/MPa

碳素结构钢

08

已退火

300~360

Q235

303~372

Q275

392~490

由上表2-1可知：

Q235钢具有较好的冲裁成形性性能，适合要求较高的零件。

综合评比均适合冲裁加工。

2.2零件结构

零件结构形状相对简单，无尖角，对冲裁加工较为有利。

凸、凹模允许的最小壁厚2.7mm，小于最小孔边距5.3mm。

所以，用倒装式复合模冲压这个零件。

2.3尺寸精度

由于本零件给定的精度都按生产所需经济精度要求IT14查表2-2得：

属于A类尺寸的有：

、

、

；

属于B类尺寸的有：

、

；

属于C类尺寸的有：

、

；

通过查公差等级表，我们发现普通冲裁能够满足零件精度要求。

表2-2常见零件公差等级表

公差等级

IT4

IT5

IT6

IT7

IT8

IT9

IT10

IT11

IT12

IT13

IT14

基本尺寸/mm

/μm

/mm

≤3

＞3~6

＞6~10

＞10~18

＞18~30

＞30~50

＞50~80

＞80~120

＞120~180

＞180~250

＞250~315

＞315~400

＞400~500

3

4

4

5

6

7

8

10

12

14

16

18

20

4

5

6

8

9

11

13

15

18

20

23

25

27

6

8

9

9

13

16

19

22

25

29

32

36

40

10

12

15

18

21

25

30

35

40

46

52

57

63

14

18

22

27

33

39

46

54

63

72

81

89

97

25

30

36

43

52

62

74

87

100

115

130

140

155

40

48

58

70

84

100

120

140

160

185

210

230

250

60

75

90

110

130

160

190

220

250

290

320

360

400

0.10

0.12

0.15

0.18

0.21

0.25

0.30

0.35

0.40

0.46

0.52

0.57

0.63

0.14

0.18

0.22

0.27

0.33

0.39

0.46

0.54

0.63

0.72

0.81

0.89

0.97

0.25

0.30

0.36

0.43

0.52

0.62

0.74

0.87

1.00

1.15

1.30

1.40

1.55

3冲裁方案的确定

3.1冲裁工艺方案的确定

在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上，根据冲裁件的特点确定工艺方案。

工艺方案分为冲裁工序的组合和冲裁顺序的安排。

3.2冲裁工艺方法的选择

冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种。

单工序冲裁是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。

复合冲裁是在压力机一次行程内，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的冲压工序。

级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压力机的一次行程中条料在冲模的不同位置上，分别完成工件所要求的工序。

其三种工序的性能见表3-1：

表3-1单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性能

比较项目

单工序模

复合模

级进模

生产批量

小批量

中批量和大批量

中批量和大批量

冲压精度

较低

较高

较高

冲压生产率

低，压力机一次行程内只能完成一个工序

较高，压力机一次行程内可完成二个以上工序

高，压力机在一次行程内能完成多个工序

实现操作机械化自动化的可能性

较易，尤其适合于多工位压力机上实现自动化

制件和废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械操作

容易，尤其适应于单机上实现自动化

生产通用性

通用性好，适合于中小批量生产及大型零件的大量生产

通用性较差，仅适合于大批量生产

通用性较差，仅适合于中小型零件的大批量生产

冲模制造复杂性和价格

结构简单，制造周期短，价格低

冲裁较复杂零件时，比级进模低

冲裁较简单零件时低于复合模

复合模的特点是生产效率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。

由于零件的生产要求的是大批量生产、零件的尺寸较小，制造相对比较难，为提高生产率，根据上述方案分析、比较，宜采用复合模冲裁。

3.3冲裁结构的选取

按照复合模工作零件的安装位置不同，分为正装式复合模和倒装式复合模两种，两种的优点、缺点及适用范围见表3-2：

表3-2正装式复合模、倒装式复合模的优点、缺点及适用范围

比较项目

正装（顺装）式复合模

倒装式复合模

结构

凸凹模装在上模，落料凹模和冲孔凸模装在下模

凸凹模装在下模，落料凹模和冲孔凸模装在上模

优点

冲出的冲件平直度较高

结构较简单

缺点

结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作

不宜冲制孔边距离较小的冲裁件

适用范围

冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件

不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单、又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸料可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛

通过对正装式复合模和倒装式复合模两种优点、缺点及适用范围的分析比较，正装式复合模适合于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。

而倒装式复合模不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式冷冲模结构简单，可以直接利用压力机打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。

综上所述，该制件结构形状简单，精度要求较低，孔边距较大，宜采用倒装式复合模。

4模具总体结构的确定

4.1模具类型的选择

按照复合模工作零件的安装位置不同，分为正装式复合模和倒装式复合模两种，两种的优点、缺点及适用范围见表4-1。

表4-1正装式复合模、倒装式复合模的优点、缺点及适用范围

比较项目表

正装（顺装）式复合模

倒装式复合模

结构

凸凹模装在上模，落料凹模和冲孔凸模装在下模

凸凹模装在下模，落料凹模和冲孔凸模装在上模

优点

冲出的冲件平直度较高

结构较简单

缺点

结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作

不宜冲制孔边距离较小的冲裁件

适用范围

冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件

不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单、又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸料可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛

正装式复合模适合于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。

倒装式冷冲模不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式冷冲模结构简单，可以直接利用压力机打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。

综上所述，该制件结构形状简单，精度要求较低，孔边距较大，宜采用倒装式复合模。

由以上冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，模具类型为倒装式复合模。

4.2送料方式的选择

由于零件的生产批量是大批量及模具类型的确定，合理安排生产可采用前后自动送料方式。

4.3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销，无侧压装置。

控制条料的送进布局采用挡料销定距。

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。

4.4卸料、出件方式的选择

刚性卸料是采用固定卸料板结构，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。

当卸料版只起卸料作用时与凸模间隙随材料厚度的增大而增加，单边间隙取（0.2～0.5）t。

当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙，此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。

主要用于卸料力较大，材料厚度大于2mm的材料。

弹性卸料具有卸料与压料的双重作用，主要用在冲料厚在2mm及以下厚度的板料，卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1～0.2）t，若弹性卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙性小于冲裁间隙，常用作落料模、冲孔模、症状复合模的卸料装置。

由于有压料作用，冲裁件比较平整。

弹压卸料板与弹性元件、卸料螺钉组成弹压装置。

工件平直度较高，料厚为1.8mm相对较薄，卸料力不大，由于弹性卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进状态，且弹性卸料板对工件施加的柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。

4.5导向方式的选择

方案一：

采用对角导柱模架。

由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。

常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。

方案二：

采用后侧式导柱模架。

由于前面和左右不受限制，送料和操作比较

方便。

因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损对模具使用寿命有一定影响。

方案三：

采用四导柱模架。

具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。

常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件及大量生产用的自动冲压模架。

方案四：

采用中间导柱模架。

导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。

（a）（b）（c）（d）

图4-1导柱模架

（a）中间导柱模架（b）后侧导柱模架（c）对角导柱模架（d）四角导柱模架

根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用后侧导柱模架，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。

由于前面和左、右不受限制，能满足工件成型的要求。

即方案二最佳。

5模具设计工艺计算

5.1排样方式的选择

冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。

排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。

排样的方法有：

直排、斜排、对直、混合排，根据设计模具制件的形状、厚度、材料等方面全面考虑。

因此有下列三种方案：

方案一：

有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。

冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。

方案二：

少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

方案三：

无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。

采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响，冲裁件的尺寸精度不易保证，所以采用方案二。

分析零件的形状，应采用单直排的排样方式，零件的排样方式如图5-1所示。

图5-1示意图

5.1.1搭边值和条料宽度确定

（1）搭边值的确定

搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；同时，搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高模具寿命。

由材料的性能、厚度和形状可确定搭边值。

两工件之间的搭边：

a1=1.8mm

工件与侧面的搭边：

a=2.0mm

（2）条料宽度的确定

根据模具的结构不同，可分为有测压装置的模具和无测压装置的模具，测压装置的作用是用于压紧送进模具的条料（从条料侧面压紧），使条料不至于侧向窜动，以利于稳定地加工生产。

由于本套模具设计时有冲孔凸模起定位作用，落料尺寸要求不高，所以选用无侧压装置。

故按以下公式计算：

（5-1）

式中：

B-条料宽度；

D-条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；

a-侧搭边值，参照表5-1得：

a=2.0mm；

-条料宽度的单向（负向）偏差，参照表5-2得：

=0.5mm；

C-导料板与最宽条料之间的间隙，参照表5-3得：

C=0.5mm；

表5-2剪切条料宽度偏差

条料

/mm

材料厚度t

0~1

1~2

2~3

3~5

0～50

0.4

0.5

0.7

0.9

50～100

0.5

0.6

0.8

1.0

100～150

0.7

0.7

0.9

1.1

表5-3导料板与条料之间的最小间隙C

材料厚度t

无侧压装置

有侧压装置

条料宽度B

条料宽度B

100以下

100～200

200～300

100以下

100以上

～0.5

0.5

0.5

1

5

8

0.5～1

0.5

0.5

1

5

8

1～2

0.5

1

1

5

8

2～3

8

1

1

5

8

3～4

0.5

1

1

5

8

所以根据以上理论数据由公式（5-1）得出：

条料宽度：

＝（46+4+0.5）0-0.50＝50.50-0.50

送料步距A：

送料步距的大小应为条料上冲裁件的对应点之间的距离，每次冲1个零件的步距按式：

A＝D＋a1，A＝36+1.8＝37.8mm。

5.1.2材料的经济利用率

冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用率材料的经济性指标。

一个步距内的材料利可用下式表示用率

：

（5-2）

式中：

A-一个步距内冲裁件的实际面积；

B-条料宽度；

S-步距。

计算冲压件的面积：

A=1285.92mm2

根据公式（5-2）得一个步距的材料利用率为：

=

100%=

≈85.4%

最终选用排样图如图5-2所示：

图5-2排样示意图

5.2冲裁力的计算

计算冲裁力的目的是为了选用合理的压力机，设计模具以及检验模具的强度。

压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。

一般可按下公式计算：

式中FP-------冲裁力（N）；

L--------冲裁周边长度（mm）；

t--------冲裁料厚（mm）；

τb---------------抗剪强度（MPa）；

（1）落料力计算按上式：

式中：

F落――落料力（N）；

L――工件外轮廓周长（mm）；

T――材料厚度（mm），t=1.8mm；

τ――材料抗剪强度（MPa）。

材料为Q235钢，由查表，

。

根据零件图可算落料轮廓长度L=139.1mm

则

≈90.1KN

（2）冲孔力

式中

――冲孔力（N）；

L――工件外轮廓周长（mm）；

T――材料厚度（mm），t=1.8mm；

τ――材料抗剪强度（MPa）。

由查表，

。

根据零件图可算冲孔轮廓长度L=37.7（mm）

则

2.落料时的卸料力的计算

=KX

式中

-----------卸料力（N）；

-----------落料力（N）

KX------卸料系数，查《冲压模具简明设计手册》表3-11，P57其值为0.03～0.04，取K=0.04。

则

=KX

=0.04×90.1KN≈3.6（KN）

3.冲孔时的推件力的计算

式中

-------------推料力（N）；

K1------推料系数，查《冲压模具简明设计手册》表3-11，其值为0.05；

n------梗塞在凹模内的制件或废料数量，n=h/t，h为刃口部分的高（mm），t为材料厚度（mm），其中，h=5mm，t=1.8mm，取n=3，

则

=nkT

=3×0.05×3.60≈0.54（KN）

冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于各冲裁工艺力的总和

=

+

+

+

式中：

冲裁力

=90.1KN，

=24.4KN，卸料力

=3.6KN，推料力

=0.54KN，则:

=

+

+

+

=118.64kN

5.3冲压设备的选择

计算得总冲压力是118.641KN，所选压力机的公称压力必须大于或等于总冲压力的1.3倍。

所以选用公称压力为160KN的机械压力机J23-16。

压力机主要参数经查《冲模设计手册》、《冲压模具设计师手册》、《冲压手册》得表5-4。

表5-4J23系列开式可倾压力机主要技术参数

技术参数

型号

J23-3.15

J23-6.3

J23-10

J23-16

J23-25

J23-35

J23-40

J23-63

滑块公称

压力

31.5

63

100

160

250

350

400

630

滑块行程

25

35

45

55

65

100

100

120

封闭高度

120

150

180

220

270

290

330

360

连杆调节量

25

30

35

45

55

60

65

70

滑块中心线至机身距离

90

110

130

160

200

200

250

300

滑块地面尺寸

左右

100

140

170

200

250

250

300

300

前后

90

120

150

180

220

220

260

260

模柄孔尺寸

直径

25

30

30

40

40

40

50

50

深度

40

55

55

60

60

60

70

80

垫块厚度

30

30

35

40

50

65

65

90

最大倾斜角

45

45

35

35

30

30

30

30

工作台尺寸

左右

250

310

370

450

560

610

700

710

前后

160

200

240

300

370

380

460

480

6刃口尺寸的计算

冲裁件的尺寸精度主要决定于模具的刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。

正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。

6.1冲裁间隙的确

冲裁间隙是影响冲裁工序最重要的工艺参数，其定义为冲裁凸模与凹模之间的空隙尺寸，如图6-1所示。

设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高。

冲裁过程中模具的失效形式一般有磨损、变形、崩刀和凹模刃口胀裂四种。

间隙大小主要对模具磨损及胀裂产生影响。

间隙增大可以使冲裁力、卸料力等减小，因而模具的磨损也减小。

但当间隙继续增大时，卸料力增加，又影响模具寿命。

一般间隙为（10%~15%）t时的磨损最小，模具寿命较高。

图6-1冲裁间隙图

由于冲裁间隙对断面质量、工件尺寸精度、模具寿命、冲裁力等的影响规律并非一致，所以，并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量最佳、尺寸精度最高、模具寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。

所以在实际生产中，其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪切断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最长。

目前在生产中，广泛采用经验法和查表法来确定合理的间隙植。

本套模具采用查表法予以确定其间隙值。

根据实用间隙表6-1查得材料Q235钢的最小双面间隙Zmin=0.22mm，最大双面间隙Zmax=0.32mm。

表6-1冲裁模初始双边间隙值mm

材料

厚度

08、10、35、

09Mn、Q235

16Mn

40、50

65Mn

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

小于0.5

极小间隙（或无间隙）

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.2

1.5

1.75

2.0

2.1

2.5

2.75

3.0

.3.5

4.0

4.5

5.5

6.0

0.040

0.048

0.064

0.072

0.092

0.100

0.126

0.132

0.220

0.246

0.260

0.260

0.400

0.460

0.540

0.610

0.720

0.940

1.080

0.060

0.072

0.092

0.104

0.126

0.140

0.180

0.240

0.320

0.360

0.380

0.500

0.560

0.640

0.740

0.880

1.000

1.280

1.440

0.040

0.048

0.064

0.072

0.090

0.100

0.132

0.170

0.220

0.260

0.280

0.380

0.420

0.480

0.580

0.680

0.680

0.780

0.840

0.060

0.072

0.092

0.104

0.126

0.140

0.180

0.240

0.320

0.380

0.400

0.540

0.600

0.660

0.780

0.920

0.960

1.100

1.200

0.040

0.048

0.064

0.072

0.090

0.100

0.132

0.170

0.220

0.260

0.280

0.380

0.420

0.480

0.580

0.680

0.780

0.980

1.140

0.060

0.072

0.092

0.104

0.126

0.140

0.180

0.240

0.320

0.380

0.400

0.540

0.600

0.660

0.780

0.920

1.040

1.320

1.500

0.040

0.048

0