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1、 毕业设计（论文）论文题目： 服务器铁盒后盖挡片 系 别：* 专 业：模具设计与制造 班 级：* 学 号：* 学生姓名：* 指导教师：* 目 录1 前言32 冲裁弯曲件的工艺分析32.1 冲压件工艺性分析32.1.1 材料32.1.2 结构与尺寸42.1.3 精度42.2 冲裁工艺方案的确定42.3 选择模具总体结构形式42.3.1 确定模架类型及导向方式42.3.2 定位方式的选择42.3.3 卸料、出件方式的选择42.4 必要的工艺计算52.4.1 排样设计与计算52.4.2计算冲压力63 总冲裁力、卸料力、推料力、顶件力、弯曲力和总冲压力73.1计算冲裁力F73.2弯曲力FC的计算83.
2、3计算模具压力中心94 冲裁模间隙的确定105 计算凸、凹模工作部分尺寸并确定其制造公差116 卸料弹簧的设计126.1 弹簧的选择与计算126.2 卸料弹簧的选择原则126.3 卸料弹簧的选用与计算步骤127 工作零件的结构设计137.1凹模的设计137.2定位零件的设计167.3 卸料零件的设计177.4 模架及其它零部件设计178 选择压力机型号189 绘制模具总装图及非标准零件零件图1810 总 结19参考文献19服务器铁盒后盖挡片摘要：冲压成型是金属成型的一种重要方法，它主要适用于材质较软的金属成型，可以一次成型形状复杂的精密制件。本课题就是将石化、化工、电力等行业的法兰密封结构中的
3、垫片作为设计模型，将冷冲模具的相关知识作为依据，阐述冷冲模具的设计过程。 本设计对指定工件进行的级进模设计，利用Auto CAD软件对制件进行设计绘图。明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。并绘制了模具的装配图和零件图。 本课题通过对工件的冲压模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。 关键词：级进模；弯曲；冲孔1 前言 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，工业产品的品种和数量的不断增加，更新换代的不断加快，在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批
4、量和多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量，高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。2 冲
5、裁弯曲件的工艺分析 如图1-1所示的冲件为大批量生产，材料Q235，材料厚度为0.2mm，设计冲裁模。设计过程如下：2.1 冲压件工艺性分析2.1.1 材料Q235普通碳素钢，抗剪强度304373MPa、抗拉强度b432461MPa、屈服极限s253MPa、伸长率1021%25%。具有良好的冲压性能，适合冲裁加工。2.1.2 结构与尺寸工件结构相对较复杂，有一个5.2的孔；孔与边缘最小壁厚为5.9mm，大于倒装复合模的凸凹模最小壁厚1.8mm（见资料AP98）；均适宜于冲裁加工，有三边弯曲，弯曲深度分别是16.2mm和20mm，冲裁两个异性孔，它的最大长度70mm，最大宽度51.2mm，冲裁两
6、个长方形孔，长为30.5mm，宽度为5mm。2.1.3 精度工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。2.2 冲裁工艺方案的确定该工件包括落料、冲孔和弯曲三个基本工序，可采用以下三种工艺方案：方案一：先落料，后冲孔，最后弯曲，采用单工序模生产。方案二：落料冲孔复合冲压，然后弯曲，采用复合模生产。方案三：冲孔落料弯曲级进冲压，采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需两副模具，工件的精度高，但工件最小壁厚5.9mm较接近凸凹模许用最小壁厚3.8mm，模具强度较差，制造难度大，并且冲压后成
7、品件留在模具上，在清理模具上的废料时会影响冲压速度，操作不方便。方案三只需一副模具，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分析比较，该件的冲压生产宜采用方案三。2.3 选择模具总体结构形式由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。2.3.1 确定模架类型及导向方式该模具采用对角导柱模架，这种模架的导柱在模具对角位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。导柱导向可以提高模具寿命和工件质量，方便安装调整。2.3.2 定位方式的选择该冲件采用的坯料是条料，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侧刃粗定距，导正销精定距。采用手工操
8、作。2.3.3 卸料、出件方式的选择因为该工件料厚0.2mm，尺寸较小，所以卸料力也较小，拟选择弹性卸料、下出件方式。2.4 必要的工艺计算2.4.1 排样设计与计算该冲件外形大致为矩形，采用直排时材料利用率最高，如图1-2为排样方法。搭边值取a11.8mm和a0.75a0.7521.5mm，条料宽度为715mm，步距离为A98.7mm，一个步距的材料利用率约为74。（计算详见表1-1）图1-1 零件图图1-2 零件排样图2.4.2计算冲压力该模具采用级进模，拟选择弹性卸料、下出件结构。根据计算结果，冲压设备拟选J23-25。（冲压力的相关计算详见表1-2）表1-1 排样相关计算项目分类计算方
9、法及结果排样冲裁件面积除了用数学方法计算外，这里我们推荐用Auto CAD辅助完成此类计算。它的好处是方便、快捷、准确。方法：将零件图按实际尺寸画好，将边界生成多段线，用查询面积命令求面积（同时还可得到周长），再进行必要计算。具体步骤：绘图将轮廓生成多段线（绘图菜单边界选择多段线拾取点在图形轮廓内点一下鼠标，生成多段线或者采用pedit命令）求面积（工具菜单查询面积根据图形结构情况在命令行选择相应操作，主要是加减运算在多段线轮廓上点一下，在命令行得到面积值和轮廓线长度） 操作过程如下图所示：本例题结果：冲裁件面积F=52248mm2料宽B710.25+1.5+2.25715mm步距A96.8+
10、1.898.6mm利用率一个步距的材料利用率： 表1-2 冲压力相关计算3 总冲裁力、卸料力、推料力、顶件力、弯曲力和总冲压力由于冲裁模具采用弹压卸料装置和自然落料方式。总的冲裁力包括F总冲压力。 Fp总冲裁力。 FQ卸料力FQ1推料力。FQ2顶件力FC弯曲力3.1计算冲裁力F根据常用金属冲压材料的力学性能查出Q235的抗剪强度为304373Mpa冲压力冲裁力冲裁件周长可用上面类似方法，得到面积的同时也可求得周长。对于直线也可用尺寸标注的方法直接得到。如果所求对象轮廓复杂且不封闭，可用直线将对象两个端点相连，再将轮廓转化成多段线求得周长后减去辅助连接直线长度（可用对齐标注得到辅助连接直线长度）
11、。 可知L=662mmF冲KLtb1.36620.235060242N其中：b350MPa（查资料AP6670） 卸料力F卸K1F0.04602422409.68N 其中：K10.04（查资料AP78）推件力F推nK2F100.0556024233133.1N 其中：K20.055（查资料AP79）；nht20.210冲压工艺压力FF冲+ F卸+ F推60242+2409.68+33133.195784.78N3.2弯曲力FC的计算 影响弯曲力大小的基本因素有变形材料的性能和质量；弯曲件的形状和尺寸；模具结构及凸凹模间隙；弯曲方式等，因此很难用理论的分析法进行准确的计算。实际中常用经验公式进行
12、慨略计算，以作为弯曲工艺设计和选择冲压设备的理论。 形弯曲件的经验公式为： Fu=0.7KBt2b/+t Fu冲压行程结束时不校正时的弯曲力。 B弯曲件的宽度（mm）。 t弯曲件的厚度（mm）。 内弯曲半径（等于凸模圆角半径）（mm）。 b弯曲拆料的抗拉强度(MPa)(查机械手册b=400(MPa)。 K安全系数，一般取1.3.根据公式 Fu1=0.7KBt2b/(+t) =0.71.3478.50.22400/(3+0.2) =2177.175(KN) Fu2=0.7KBt2b/(+t) =0.71.3300.22400/(3+0.2) =136.5(N)Fu=Fu1+Fu2=2177.17
13、5+136.5=2313.675（N） 对于顶件或压料装置的弯曲模，顶件力或压料力可近似取弯曲力的30%80%。 F压=80% Fu =80%2314 =1851.2(N) 弯曲力: FC= Fu+ F压=2314+1851.2=6479.2(N) F总=F+Fc=6479.2+95784.78=102264N3.3计算模具压力中心 计算压力中心时，先画出凸模刃口图，如图1-3所示。在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成16共6组基本图形，用解析法求得该模具的压力中心O点的坐标（16.4，-3.4）。（相关计算详见表1-3） 图1-3 凸模刃口图 由Auto
14、 CAD打开排样图，直接标注测量得到重心： X=22.6mm Y=-24.5mm4 冲裁模间隙的确定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，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin，最大值称为最大合理间隙Cmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。冲裁间隙的大小对冲裁
15、件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，而降低了模具的寿命。较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具寿命而，但出现间隙不均匀。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。由于硬吕与中碳刚的间隙取值是一样的，所以硬吕材料的间隙值与中碳刚的间隙取值一样。 根据实用间隙表 81 查得材料Q235的最小双面间隙2Cmin=0.040mm，最大双面间隙2Cmax=0.
16、060mm表81 冲裁模初始用间隙2c(mm)材料厚度08、10、35、09Mn、Q23516Mn40、5065Mn2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax小于0.5极小间隙0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.52.753.0.3.54.04.55.56.06.58.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.5400.6100.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.
17、1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.9401.2000.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2001.3001.6800.0400.0480.0640.0720.0900.
18、1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.500.0.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.126注：取08号钢冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙的25%。5 计算凸、凹模工作部分尺寸并确定其制造公差 由于凸、凹模的形状相对较简单，冲裁间隙较大，故凸、凹模
19、可采用分开加工法确定凸、凹模刃口尺寸及公差。适宜采用线切割机床加工凸模、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，具体计算见表1-4所示。表1-4 工作零件刃口尺寸计算分类尺寸尺寸转换计算公式及结果备注落料66查资料AP6162得冲裁双面间隙：Zmax0.060mmZmin0.040mm冲裁件精度IT14级以下：磨损系数x0.5查资料AP61得到d和p校核满足61030冲孔590弯曲16.220 6卸料弹簧的设计 在冲裁模卸料与出件装置中，常用的元件是弹簧和橡胶，考虑本模具的结构，该模具采用的弹性元
20、件为弹簧。 6.1 弹簧的选择与计算 在卸料装置中，常用的弹簧是圆柱螺旋压缩弹簧。这种弹簧已标准化（GB20891980），设计时根基所要求的压缩量和生产的压力按标准选用即可。 6.2 卸料弹簧的选择原则 a、为保证卸料正常工作，在非状态下，弹簧应该预压，其与压力应大于等于单个弹簧承受的卸料力，即 FyFx/n 公式（101）式中 Fy弹簧的预压力，N； Fx卸料力，N； N弹簧根数。b、弹簧的极限压缩量应大于或等于弹簧工作时的总压缩量，即 HjH=Hy+Hx+Hm 公式（102）式中 Hj弹簧的极限压缩量，mm； H弹簧工作时的总压缩量，mm； Hy弹簧在余压力作用下的预压量，mm； Hx卸
21、料板的工作行程mm； Hm凸模与凸凹模的刃磨量，mm，通常取Hm=410mm。C、选用的弹簧能够合理的布置在模具的相应空间。6.3 卸料弹簧的选用与计算步骤a、根据卸料力和模具安装弹簧的空间大小，初定弹簧根数n，计算每个弹簧应产生的预压力Fy。b、根据根据预压力和模具结构预选弹簧的规格，选择时应使弹簧的极限工作压力大于预压力，初选时一般可取Fj=（1.52）Fy。C、计算预选弹簧在预压力下的预压量Hy Hy= FyHj /Fj 公式（103）d、校核弹簧的极限压缩量是否大于工作时的实际总压缩量，即 HjH=Hy+Hx+Hm。如不满足，则需重选弹簧规格，直至满足为止。e、列出所选弹簧的主要参数：
22、d（钢丝直径）D2(弹簧中径)t（节距）h0 （自由高度）n（圈数）Fj（弹簧的极限压力）Hj（弹簧的极限工作量）由于固定夹的料厚为1.2mm,计算除的卸料力为4550N。假设考虑模具结构，初定弹簧的根数n=4，则每个弹簧的预压力为 根据公式101 FyFx/n=4550/41137(N)初选弹簧规格，按2Fy估算弹簧的极限工作压力Fj Fj=2Fy=21137=2274(N)查标准GB20891980，初选弹簧规格为dD2 h0=435100, Fj=1400, Hj=30.9(mm)计算所选弹簧的的预压量Hy 根据公式103 Hy= FyHj /Fj=113730/1400=24.3（mm
23、）。校核所选弹簧是否合适。卸料板的工作行程Hx=0.6+1=1.6（mm）,取凹模刃磨量为4（mm）,则弹簧工作时的总压缩量为： H=Hy+Hx+Hm=24.3+1.6+4=29.9(mm) 应为HHj=30.9mm，故所选弹簧合格。 所选弹簧的主要参数为：d=4mm,D2=35mm,t=12.5mm,n=12圈，h0=100mm, Fj=1400, Hj=30.9(mm)。弹簧的标记为：弹簧435100 GB20891980.7 工作零件的结构设计7.1凹模的设计凹模采用整体凹模，各种冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合
24、。 模具厚度的确定公式为： H=Kb式中：K系数值，考虑板料厚度的影响；b 冲裁件的最大外形尺寸；安上式计算后，选取的H值不应小于（1520）mm;表101 系数值Ks/mm材料厚度t/mm1336501001002002000.300.400.200.300.150.200.100.150.350.500.220.350.180.220.120.180.450.600.300.450.220.300.150.22查表101得：K=0.1 H=0.1710.3 =71.03mm取H=80mm模具壁厚的确定公式为： C=(1.52)H =1.580280 =120160mm凹模壁厚取C=140m
25、m凹模长度的确定公式为： L=b+2C =710.3+2140 =990.3mm 取L=1000mm凹模宽度的确定公式为： B=710.3+2140 =990.3mm凹模的长度要考虑导料销发挥的作用，保证送料粗定位精度。取B=1000mm。 （送料方向）凹模轮廓尺寸为1000mm1000mm80mm。凹模材料选用Cr12，热处理6064HRC。凹模结构尺寸如下图所示： 图1-4 凹模补充：因模具典型组合和主要零部件设计已经标准化，所以可过查以通询模具设计与制造简明手册（冯炳尧等编 上海科学技术出版社）得到模具整体结构尺寸。查资料AP166可得以下尺寸：凸模长度：560mm配用模架闭合高度：14
26、00mm1600mm孔距（见资料AP163图1-68）：s503mm；s190mm；s265.5mm；s3133mm垫板厚度：50mm固定板厚度：150mm卸料板厚度：150mm导料板长度：1900mm凹模厚度：250mm螺钉、销钉、卸料螺钉公称直径及长度、使用数量等。说明：以上数据并非一成不变，此标准化结构及尺寸是象征着该套模具结构的合理性和使用的安全性，根据模具具体结构和使用情况的不同这些尺寸可以做适当调整。考虑到具体计算结果和备料方便，本示例部分零件取如下尺寸：垫板：1900mm1926mm50mm固定板：1900mm1926mm150mm卸料板：1900mm1926mm150mm导料板
27、长度：1100mm凹模厚度：1900mm1926mm250mm落料凸模和冲孔凸模结合工件外形并考虑加工，将凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，用2个的圆柱销吊装在固定板上，与凸模固定板的配合按H7m6。其总长L可参考教材“凸模长度计算”并考虑橡胶安装高度进行计算：L560mm取68.5mm具体结构尺寸可参见图1-5所示。 a）落料凸模 b）冲孔凸模和侧刃 图1-5 凸模 图1-6 导正销7.2定位零件的设计导料销落料凸模下部设置一个导正销，借用工件上mm孔作导正孔。导正销的结构如图1-6所示。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正，考虑料厚t0.2mm和装配后卸料板下平面超出凸模端面0.5mm，
28、所以导正销高出凸模端面直线部分的长度为2mm。导正销采用H7r6安装在落料凸模端面，导正销导正部分与导正孔采用H7h6配合。导料板的设计导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模平齐，导料板与条料之间的间隙取0.6mm（见教材“搭边和条料宽度的确定”部分内容计算），这样就可确定了导料板的宽度，导料板的厚度按教材“定位零件”部分设计查表选择。导料板采用45钢制作，热处理硬度为4045HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板结构尺寸如图1-7所示。图1-7 卸料板7.3 卸料零件的设计卸料板的设计卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为20mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4045HR。C采用线切
29、割机床加工，保持与凸模单边间隙0.15mm。卸料螺钉的选用卸料板上设置6个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M1015mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面0.5mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。7.4 模架及其它零部件设计该模具采用自制四柱导柱模架。H闭H上模H垫LHH下模h21360mm式中 L凸模长度；mmH凹模厚度；mmh2凸模冲裁后进入凹模的深度，h21mm。8 选择压力机型号通过校核，选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。其主要技术参数如下：公称压力：250kN滑块行程：65mm最大闭合高度：270mm最大装
30、模高度：220mm工作台尺寸（前后左右）：370mm560mm垫板尺寸（厚度孔径）：50mm200mm模柄孔尺寸：40mm60mm9 绘制模具总装图及非标准零件零件图通过以上设计，可得到如图1-8所示的模具总装图。模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模（6个）、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。条料送进时采用侧刃作为粗定距，在落料凸模上安装一个导正销，利用条料上mm的孔作为导正销孔进行导正，以此作为条料送进的精确定距。操作时完成第一步冲压后，把条料抬起向前移动，顶在侧刃挡块上，冲压时凸模上的导
31、正销再作精确定距。侧刃比步距长0.1mm。当用导正销作精确定位时，由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.1mm而完成精确定距。零件图略。 图1-8 装配图10 总 结在这次的毕业设计中，我综合了三年来所学的所有专业知识，使我受益匪浅。不仅使自己的专业技能有所发挥并且掌握的更为熟练，也加强了在大学阶段所学专业理论知识的巩固。在做毕业设计的过程中，在设计和绘图都遇到方面遇到了一些问题，经过老师和同学的指导帮准，再加上自身不懈的努力，问题得到了及时解决。这次的毕业设计使我对冷冲压模具设计有了一定的认识，在模具设计过程中，不仅把大学三年所学到知识加深了，还学会了查有关书籍和资料，能够把各科灵活的运用到设计中去。这次的毕业设计不仅是对自己大学三年的考核，也是在工作之前对自身的一次全面、综合型的测试。这为今后的工作做好了铺垫和奠定了一定的基础。参考文献1王孝培主编. 冲压手册M. 北京:机械工业出版社，1990、20-22 .2冲模设计手册编写组. 冲模设计手册M. 北京:机械工业出版社，1998、150-154 。3张毅主编. 现代冲压技术M. 北京:国防工业出版社，1994、102-105 .4冲压工艺及模具设计编写委员会. 冲压工艺及模具设计M. 北京:国防工业出版社，1993、54-55 .
