数控技术毕业设计（论文）门扣冲压模具设计.doc

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1、宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）题目：门扣冲压模具设计系 部 机 电 技 术 系 专 业 名 称 数 控 技 术 与 运 用 班 级 数控1054班 姓 名 学 号 指 导 教 师 二零零七年八月二十五日摘 要 冲压模具在工业生产中应用广泛。冲压模具的设计充分利用了机械压力机的功用特点，在室温的条件下对坯件进行冲压成形，生产效率提高，经济效益显著。冲压模具的设计充分利用了机械压力机的功用特点，在室温的条件下对坯件进行冲压成形，生产效率提高，经济效益显著。本文介绍的模具实例结构简单实用，使用方便可靠，对类似工件的大批量生产具有一定的参考作用。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，

2、严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。关键词:冲压、模具、制造 AbstractPunchingdiehasbeenwidelyusedinindustrialproduction.Thepunchingdiesthatutilizedthefeatureofthenormalpunchshapedtheworkpieceintheroomtemperature,anditsefficie

3、ncyandeconomicsituationisexcellent.Thediesherediscussedcanbeeasilymade,convenientlyused,andsafelyoperated.Anditcouldbeusedasthereferenceinthelargescaleproductionofsimilarworkpieces.Punchingdiehasbeenwidelyusedinindustrialproduction.Inthetraditionalindustrialproduction,theworkerworkveryhard,andtherea

4、retoomuchwork,sotheefficiencyislow.Withthedevelopmentofthescienceandtechnologynowadays,theuseofpunchingdieintheindustialproductiongainmoreattention,andbeusedintheindustrialproductionmoreandmore.Self-actingfeedtechnologyofpunchingdieisalsousedinproduction,punchingdiecouldincreasetheefficienceofproduc

5、tionandcouldalleviatetheworkburden，soithassignificantmeaningintechnologicprogressandeconomicvalue.Keyword:punching、die、manufacture目 录1 绪 论12 冲裁件的结构工艺性分析13 冲压工艺方案的确定24 排样设计24.1材料利用率24.2排样方法44.3搭边值、条料宽度与导料板间距离的确定45 冲裁力相关的计算7 5.1 计算冲裁力的公式75.2 总冲裁力、推料力、卸料力、顶件力和总冲压力75.3 计算总冲裁力8 5.4按卸料力公式计算卸料力FQ85.5 按推料力公

6、式计算推料力FQ195.6 按顶件力公式算顶件力FQ295.7 计算总冲压力 96 模具压力中心的确定与计算 107 冲裁间隙 128 凸模与凹模刃口尺寸的计算 138.1 刃口尺寸计算的基本原则138.2 刃口尺寸的计算方法148.3 计算凸凹模刃口的尺寸149 模具总体设计1810主要零部件的设计 19 10.1 工作零件的结构设计1910.1.1 外形凸模的设计1910.1.2 内孔凸模设计1910.1.3 凹模的设计2010.2 导料板的设计2110.3 卸料板的设计2210.4定位零件的设计2210.5模架及其它零件的设计22 11模具总装图2312压力机的选择23 总结24致谢25

7、参考文献261 绪 论改革开放以来，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

8、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 冲裁件的结构工艺性分析 由零件图2.11可知，该冲压件有落料和冲孔两个工序，外形简单、精度要求不高。材料为Q235A钢：具有良好的塑性、焊接性、可锻性及良好的冲压性能，常用来制造焊接结构件和冲压件。工件结构形状：冲裁件外形应尽量避免有尖角，为了提高模具寿命，在所有90清角改为R1的倒角。尺寸精度：按公差IT12查出来的。尺寸精度较低，普通冲裁完全能够。 图2.11零件图3 冲压工艺方案的确定该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有以下三

9、种工艺方案：方案一 ：先落料，后冲孔，采用单工序模生产。方案二：冲孔-落料复合冲压，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。方案一单工序冲裁模指在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。该模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足中批量生产的要求。方案二复合冲裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。该模具只需要一副模具，工件的精度及生产效率都很高，但工件最小壁厚3.5mm接近凸凹模许用最小壁厚3.2mm，模具强度较差，制造难度大，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。方案三级进模（

10、又称为连续模、跳步模）：是指压力机在一次行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的模具。它也只需要在一副模具内可以完成多道不同的工序，可包括冲裁、弯曲、拉深等，具有比复合更好的生产效率。它的制件和废料均可以实现自然漏料，所以操作安全、方便，易于实现自动化。难以保证制件内、外相对位置的准确性因此制件精度不高。通过对上述三种方案的的分析比较，因为该制件的精度要求不高，用于中批量生产。所以该制件的冲压生产采用方案三为佳。4 排样设计4.1、材料利用率材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率表示：=(nA1/hB)100%式中 材料利用率（%）；n 冲裁件的数目；A

11、1 冲裁件的实际面积(mm2)；B 板料宽度(mm)；h进距计算冲压件的面积：A1=9030-（1010+104） =2700mm-140mm=2660(mm2)条料宽度计算：B=90mm+2mm2mm=94mm进距的计算：h=30+1.8=31.8mm一个进距的材料利用率：=(nA1/hB)100% =(12660/9431.8) 100% =89%由此可之，值越大，材料的利用率就越高，废料越少。工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。 图4.21排样图4.2排样方法根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有废料、

12、少废料和无废料排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。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，但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差的影响，所以模具冲裁件的公差等级较低。同时，因模具单面受力（单边切断时），不但会加剧模具的磨损，降低模具的寿命，而且也直接影响到冲裁件的断面质量。根据我设计模具制件的形状、厚度、材料等方面的全面考虑，排样方法采用直排式排样法。如图4.21所示4.3搭边值、条料宽度与导料板间距离的确定1、搭边值的确定排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留

13、下的工艺余料，称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或影响送料工作。搭边值通常由经验确定，表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。表4.31 搭边a和a1数值材料厚度圆件及r2t的工件矩形工件边长L50mm矩形工件边长L50mm或r2t的工件工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a0.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.01

14、21.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t根据制件厚度与制件的排样方法可以查表4.31得；搭边值工件间a为2mm 沿边a1为1.8mm2、条料宽度的确定排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度和进距也

15、就可以设计出。计算条料宽度有三种情况需要考虑；有侧压装置时条料的宽度。无侧压装置时条料的宽度。有定距侧刃时条料的宽度。有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进。条料宽度公式：B=（D+2a）其中条料宽度偏差上偏差为0，下偏差为。D条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。a侧搭边值。表4.32 剪料公差及条料与导料板之间隙（mm）条料宽度B/mm材料厚度t/mm112233550501001001501502202203000.40.50.60.70.80.50.60.70.80.90.70.80.91.01.10.91.01.11.21.3D取值由设计条料宽度方向冲裁件的最大尺寸为90(mm)侧搭边

16、值a可以从表4.31中查出为2(mm)故带入条料宽度公式得；B=（90+22）-00.6=94 -00.6(mm) 查表4.32中，可得条料宽度偏差下偏差为-0.6(mm)3、导料板间距离的确定条料的宽度确定了，进而就可以确定导料板间距离。表4.33导料板与条料之间的最小间隙Zmin（mm）材料厚度t/mm有 侧 压 装 置条 料 宽 度B/mm100以下100以上0.50.5112233445555555888888 导料板间距离公式： A=B+Z=D+2a+ZZ导料板与条料之间的最小间隙（mm）； 查表4.33得Z=5mmA=D+2a+Z =90+22+5 =99（mm） 5 冲裁力相关的

17、计算 5.1计算冲裁力的公式 计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力F p一般可以按下式计算：Fp=KptL 式中 材料抗剪强度，见附表（MPa）；L冲裁周边总长（mm）；t材料厚度（mm）;系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均），润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数Kp，一般取13。当查不到抗剪强度r时，可以用抗拉强度b代替，而取Kp=1的近似计算法计算。由于材料Q235钢无法查到其抗剪强度，故取起抗拉强度b代替抗剪强度，查表可知

18、b=450(MPa)。5.2总冲裁力、推料力、卸料力、顶件力和总冲压力由于冲裁模具采用刚性卸料装置和自然落料方式。 F总冲压力。 Fp总冲裁力。 FQ卸料力 FQ1推料力。FQ2顶件力5.3计算总冲裁力 Fp=F1+F2F1落料时的冲裁力。 F2冲孔时的冲裁力。冲裁周边的总长（mm）落料周长为： L1=（90+2+2）2+（105）+30 =268（mm）冲孔周长为： L2=（2R）+（122）=23.14（82）+24 =25.12+24 =49.12 (mm)落料冲裁力为： F1=KptL1 =11.5268450 =180900(N)冲孔冲裁力为： F2=KptL2 =11.549.12

19、450 =33156(N) 所以可求总冲裁力为： Fp =F1+F2 =180900+33156 =214056（N）表5.41 卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKxKtKd钢0.10.10.50.50.252.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.095.4按卸料力公式计算卸料力FQFQ=KxFp查表5.41 得Kx=0.04根据公式得FQ=KxFp=0.0

20、4214056=8562.24(N)5.5按推料力公式计算推料力FQ1 FQ1=nKtFp取n=3查表5.41 得Kt=0.055n根塞在凹模内的制件或度料数量（n=h/t）根据公式得 FQ1=nKtFp =30.055214056 =0.156214056=33392.736(N)5.6按顶件力公式算顶件力FQ2FQ2=KdFpKd查表5.41 得0.06根据公式得FQ2=KdFp=0.06214056=12843.36（N）5.7计算总冲压力 根据公式得 F=Fp+FQ1 =214056+33392.736 =247448.74(N)6 模具压力中心的确定与计算模具压力中心是指冲压时诸冲压

21、力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。零件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置0，0（x=0,y=0），即为所求模具的压力中心。Xo=L1X1+L2X2+LnXn/L1+L2+LnYo=L1Y1+L2Y2+LnYn/L1+L2+Ln下面用解析法确定与计算模具的压力中心： 图6.11压力中心1、

22、按比例画出凸模刃口的轮廓形状，选坐标XOY。如图6.11所示2、把刃口轮廓分为20段，并确定各段长度，具体数值列于下表6.11中。表6.11落料件的压力中心计算数据线段长度（mm）力压中心位置压力中心坐标xyL1=30L2=30L3=2L4=10L5=2L6=50L7=10L8=10L9=10L10=10L11=10L12=50L13=2L14=10L15=2L16=30L17=12L18=12.56L19=12L20=12.56 C1=0.530=15C2=0.530=15C3=0.52=1C4=0.510=5C5=0.52=1C6=0.550=25C7=0.510=5C8=0.510=5C

23、9=0.510=5C10=0.510=5C11=0.510=5C12=0.550=25C13=0.52=1C14=0.510=5C15=0.52=1C16=0.530=15C17=0.512=6C18=0.512.56=6.28C19=0.512=6C20=0.512.56=6.28-45-30-15-10-520454035404520-5-10-15-30-30-22.73-30-37.2716313029303126211611612321-12-16-20-16落料凸模的压力中心坐标：Xn=L1X1+L2X2+LnXn/L1+L2+Ln=30-45+30-30+2-15+10-10+2

24、-5+5020+104512.56(-37.27)/30+30+2+10+2+50+10+10+12.56=-1853.5/317.12=-5.85Yn= L1Y1+L2Y2+LnYn/L1+L2+Ln=3016+3031+230+1029+230+5031+102612.56(-16)/30+30+2+10+2+50+10+10+12.56=3512/317.12=11.08所以求得模具压力中心的坐标值为（-5.85 , 11.08）。根据要求拟选压力机为J2325。7 冲裁间隙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

25、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

26、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。 根据实用间隙表 7.11 查得材料Q235的最小双面间隙2Cmin=0.123mm，最大双面间隙2Cmax=0.420mm表7.11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0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.5

27、2.753.0.3.54.04.55.56.06.58.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.5400.6100.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800

28、.6800.7800.8400.9401.2000.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2001.3001.6800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800

29、.9201.0401.3201.5000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.126注：取08好钢冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙的25%。 8 凸模与凹模刃口尺寸的计算8.1、刃口尺寸计算的基本原则冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具合理的间隙值模具刃口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，是设计冲裁模的主要任务之一。模具刃口的制造精度与工件的尺寸精度和加工方法有关，若采用分别标注尺寸和分别加工的方法制造凸模和凹模的刃口尺寸时，凸模和凹模的制造公差1和2必须满足不等式t+a Zmax-Zmin

30、。因为凹模为孔，公差取单向正值；凸模为轴，公差取单向负值。生产中对普通冲裁件，凹模刃口尺寸制造公差按IT7级精度选取；凸模刃口尺寸公差按IT6级精度选取。若采用配合方法加工时，凹模或凸模刃口尺寸的制造公差可按制件的尺寸精度提高三四级取值，也可以按下表8.11选取。表8.11冲裁模刃口制造精度与制件精度关系 制件精度刃口制造精度板料厚度 t (mm)0.50.81.01.52.03.04.05.06.0IT6IT7IT8IT8IT9IT10IT10/IT7IT8/IT9IT10IT10IT10IT12IT12/IT9/IT12IT12IT12IT12IT12IT148.2刃口尺寸的计算方法由于模

31、具的加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可以分为两种情况。凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。对与该制件应该选用凸模与凹模配合加工方法。对于该工件的模具，为了保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值，必须采用配合加工。此方法是先做好其中一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件的实际尺寸来配合加工另一件，使它们之间保留一定的间隙值，因此，只在基准件上标注尺寸制造公差，另一件只标注公称尺寸并注明配做所留的间隙值。这p与d就不再受间隙限制。根据经验，普通模具的制造公差一般可取=/4（精密模具的制造公差可选46m）。这种方法不仅容易保证凸、凹模间隙枝

32、很小。而且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。在计算复杂形状的凸凹模工作部分的尺寸时，可以发现凸模和凹模磨损后，在一个凸模或凹模上会同时存在三种不同磨损性质的尺寸，这时需要区别对待。第一类：凸模或凹模磨损会增大的尺寸；第二类：凸模或凹模磨损或会减小的尺寸；第三类：凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸；8.3计算凸凹模刃口的尺寸。凸模与凹模配合加工的方法计算落料凸凹模的刃口尺寸。1、凹模磨损后变大的尺寸，按一般落料凹模公式计算，即Aa=（Amax-x） 2、凹模磨损后变小的尺寸，按一般冲孔凸模公式计算，因它在凹模上相当于冲孔凸模尺寸，即Ba=(Bmax+x)3、凹模磨损后无变化的尺寸，其基本计算公

33、式为Ca=(Cmax+0.5)0.5A。为了方便使用，随工件尺寸的标注方法不同，将其分为三种情况：工件尺寸为C时Ca=(C+0.5) 0.5A。工件尺寸为C时Ca=(C-0.5) 0.5A。工件尺寸为C时Ca=CA式中 Aa、Ba、Ca相应的凹模刃口尺寸；Amax工件的最大极限尺寸；Bmin工件的最小极限尺寸；C工件的基本尺寸；工件公差；工件偏差；x系数，为了避免冲裁件尺寸偏向极限尺寸（落料时偏向最小尺寸，冲孔时偏向最大尺寸），x值在0.51之间，与工件精度有关可查表8.31或按下面关系选取。工件精度IT10以上 x=1工件精度IT11IT13 x=0.75工件精度IT14 x=0.5A、0.

34、5A、A凹模制造偏差，通常取A=/4。 A=/4。表8.31 系数x料厚t(mm)非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差/mm1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30（一）、对冲孔的刃口尺寸进行计算如图 8.31 所示的门扣的落料零件图，计算凸、凹模的刃口尺寸。考虑到零件形状比较复杂，采用配作法加工凸、凹模。凹模磨损后其尺寸变化有三种情况, 落料时应以凹模为基准件来配作凸模。 图8.31 落料凹模(1)、凹模磨损后变大的尺

35、寸：A1a、A2a、A3a、A4a。刃口尺寸计算公式： Aa=（Amax-x）工件精度均为IT12、查表 8.31 得：x1=x2=x3=x4=0.75 A1a=(90-0.750.35)+00.250.35=89.7375+00.0875 A2a=(30-0.750.21)+00.25 0.21 =29.8425+00.0525 A3a=(30-0.750.21) +00.25 0.21 =29.8425+00.0525A4a=(10-0.750.15) +0-00.0375=9.8875+00.0375(2)、凹模磨损后变小的尺寸：B1a、B2a。 刃口尺寸计算公式： Ba=（Bmin+x） 查表8.31 得；x1=x2=0.75 B1a=(9.85+0.750.15)-0 0.25 0.15=9.9625-00.0375 B2a=(9.85+0.750.15) -0 0.2