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1、湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计止动件的成型工艺与模具设计MOLD DESIGN AND STAMPING TECHNOLOGY FOR MOTION-STOPPING COMPONETS学生姓名： 学 号：200941914324年级专业及班级：2009级机械设计制造及其自动化（3）班指导老师及职称： 副教授学 部：理工学部湖南长沙 提交日期：2013年5月 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集
2、体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要 1关键词11 前言12 零件图及工艺方案的拟订 3 2.1 零件图及零件工艺性分析 3 2.2 工艺方案的确定 33 工艺设计 43.1 计算毛坯尺寸 4 3.2 确定落料时排样方案 4 3.3 翻边预制孔的尺寸确定 5 3.4 工序的合并与工序顺序 6 3.5 计算各工序的压力 6 3.6 压力机的选取及压力中心的确定 74 模具类型及
3、结构形式的选择75 模具工作零件刃口尺寸及公差的计算8 5.1 落料刃口尺寸计算 9 5.2 冲预制孔刃口尺寸计算 10 5.3 冲中间的腰形孔的刃口尺寸计算 116 模具零件的选用、设计及必要的计算12 6.1 凹模的设计 12 6.2 凸模的设计 12 6.3 凸、凹模的设计 13 6.4 选择模架及确定其他冲模零件 137 压力机的校核148 模具的动作原理及综合分析159 凸模、凹模、凸凹模加工工艺方案及模具装配15 9.1 凸模、凹模、凸凹模加工工艺路线 15 9.2 落料冲孔模装配 1610 弯曲、翻边、切断的冲压工艺分析17 10.1 材料分析 17 10.2 结构分析 17 1
4、0.3 精度分析 1811 零件的工艺计算18 11.1 弯曲工艺计算 18 11.2 翻边工艺计算 19 11.3 切断工艺计算 2012 压力机的选取与压力中心的计算2113 模具类型及结构形式的选择2114 模具零部件设计22 14.1 弯曲凹模的设计 23 14.2 垫板的设计 23 14.3 顶板滑动板的设计 23 14.4 标准模座的选用 23 14.5 凸凹模的设计 23 14.6 凸凹模固定板的设计 23 14.7 弹性元件的设计 2415 模具刃口尺寸的计算24 15.1 弯曲凸、凹模刃口尺寸的计算 24 15.2 翻边凸、凹模的刃口尺寸的计算 24 15.3 切断凸、凹模的
5、刃口尺寸的计算 2516 模具的动作原理及装配2517 总结25参考文献26致谢26附录27止动件冲压成形工艺与模具设计摘 要：本次设计的是复合冲裁模，复合冲裁模是在冲床的一次冲压过程中可以同时完成两步或两步以上的工序。该复合模将落料、冲孔两步工序在一起完成。该模具选取了合理的凸、凹模间隙及模具结构，完成工件的加工要求，它具有操作方便、一次成形、生产效率高地特点。阐述了零件冲压复合模具的整体结构及工作过程。为保证冲裁件的质量，说明了复合模具设计和加工注意的要点。该设计思路和步骤可扩展应用到其它类似零件的冲裁加工中。 关键词:模具设计；模具加工； 冲压；复合冲裁模全套图纸，加153893706M
6、old Design and Stamping Technology for Motion-stopping ComponentsAbstract: This paper focuses on the designing of compound die,which can finish two or more stepes simultaneously during one stamping process.The compound die can complete blanking and punching at the same time.It selects reasonable mal
7、e and female die clearance and die structrure to meet processing requirements .It is featured by convenient operation,one-step forming and high production efficiency.The paper illustrates its bulk structure and working procedures as well as designing and processing precautions to guarantee quality.T
8、he designing ideas and procedures can be further applied to blanking and punching of other similar parts.Key works: die design; die manufacturing; stamping; compound die1 前言冲模根据用途可分为：单工序冲模、级进冲模、复合冲模、精冲模、通用与经济5种结构形式。为适应现代制造业产品生产“多品种，少批量”的要求，单工序冲模可采用快换模架、模芯、机械手与IT技术构成柔性冲压单元或冲压线。【1】冲模在各类模具中应用最广，用量也最大，年
9、产量约占各类模具总年产量的50%。冲模制造技术对精度要求很高，期中典型的工序集成式级进模与复合冲模的典型件互换性精度要求达到0.005mm“零误差”。大中型板材成型冲模，多为含有冲孔、拉深、成形弯曲等多道工序构成的传递型级进结构形式，工序间的传递多采用机械手和IT技术，以适应现代制造业产品大批量生产、技术要求高的特点。【2】冲模是进行专门设计与制造、实行单件生产规模的专用、定制型产品。采用建立标准化和生产经验积累基础上的冲模CAD/CAM/CAE,已成为现代冲模设计与制造的先进方式，提高了冲模精度等级和综合生产能力。【3】冲压工艺在汽车、电器、仪表、各种民用轻工业以及航空、航天等的生产方面占据
10、十分重要的地位。因此，冲压工艺是一种产品质量较好且成本较低的的加工工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。从总体来看，现代冲压工艺与模具的主要发展方向可以归纳为以下几个方面：1)冲压成型工艺与理论的研究今年来，冲压成型工艺有很多新的发展，特别是精密冲裁，精密剪切，复合材料成形，软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的成形精度日趋精确，生产率也有极大的提高，正在把冲压加工提高到高品质、新的发展水平。2)冲压加工自动化与柔性化为了适应大批、高效率的生产需要，在冲压模具和设备上广泛应用了各种自动化的进、出料机构。专门配置了机械手或机器人，这不仅大大提高了冲压件的生产品质和生产率，而
11、且增加了冲压工作和冲压工人的安全性。在中小件的大批量生产方面，现已广泛应用多工位级进模、多任务位压力机或高速压力机。在小批量多品质生产方面，正在发展柔性制造系统（FMS），为了适用多品质生产是不断更新模具的需要，已成功地发展了一种快速换模系统。现在，量生产方面，换一副大型冲压模具，仅需6-8分钟即可完成；此外，近年来，集成制造系统（CIMS）也正被引入冲压加工系统，出现了冲压加工中心，并且是设计、冲压生产、零件运输、仓储、品质检验及生产管理等全面实现自动化【4】。3)自从美国Die Comp 公司于1971年在简单级进模中首先将CAD/CAM技术引入到冲模设计与制造中以来，冲模CAD/CAM技
12、术已成为冲压工艺与模的主要发展方向之一。1978年日本机械工程试验室开发了MEL系统，采用了图形显示设备和交互图形设计技术，使CAD开始走向实用化。我国在冲压模具的CAD/CAM方面也取得了重大的进展，上海交通大学在80年代初期开展了大规模的CAD/CAM研究开发工作，目前在上海交通大学已建立了模具CAD/CAM国家工程中心，在华中科技大学建立了模具CAD/CAM国家重点实验室。【5】由于新技术的应用和引导，模具技术在国民经济中的地位愈来愈大，在一定程度上决定了我国机械制造业在21世纪的市场竞争能力，为此，我们要有足够的认识。2 零件图及工艺方案的拟订2.1 零件图及零件工艺性分析图1 零件图
13、Fig.1 Parts drawingQ195，是碳素结构钢，含碳量mmin,所以翻边系数满足要求。3.4 工序的合并与工序顺序本制件的冲压过程中一共包含五道基本工序:落料、冲孔、弯曲、翻边、切断。采用两套复合模具生产。有以下两种复合方案：方案一：落料和弯曲复合；冲孔、翻边、切断复合方案二：落料和冲孔复合；弯曲、翻边、切断复合方案一中考虑到冲孔翻边的凸凹模的壁厚太小，强度不够，故采用方案二：先落料和冲孔复合，然后弯曲、翻边、切断复合。3.5 计算各工序的压力由教材可知材料Q195的抗拉强度=350Mpa冲裁力根据教材公式(5.2) F=Lt (5)式中 L冲裁周长 t材料厚度=99.77mm故
14、 F =99.771.2350=42KN表2 卸料力、推件力和顶出力因素Table 2 Factors of unloading force, pushing force and ejecting force 厚度/mm 0.52.5 0.040.05 0.040.05 0.06 (1)卸料力 (6)F 冲裁的冲裁力，N卸料力系数，查得教材表2.10，为0.042故 =0.045421.89KN(2) 推件力查表取=0.055 (7) n 同时卡在凹模洞口的件数，凹模具的直壁高度取为4.8mm，故n=4.8/1.2=4 推件力 =40.05542=9.24KN（3）由教材公式(5.14)知 顶
15、件力查表得=0.06故 =0.0642 =2.52kN3.6 压力机的选择及压力中心的确定本复合模采用弹性卸料装置和下出料方式，所以由教材公式（2.15）知总冲裁力FZ=+Fx =42+9.24+1.89 (8)=53.13KN53KN根据以上结果和压力机的规格。冲压设备拟选用公称压力为63KN的压力机。由于采用这种排样方式，则冲压过程中毛坯是中心对称的。故其压力中心即为其几何中心。4 模具类型及结构形式的选择该止动件的实体尺寸较小，相对厚度较大。模具采用弹性卸料和下出料的方式，卡在凹模中的制件由顶件装置顶出。由于倒装操作方便，能装顶件装置，既能提高生产效率又能保证生产安全。孔的废料通过凸凹模
16、的孔往下漏掉。【7】综合考虑操作方便性和安全性、凸凹模的强度、凹模的外形尺寸、制件的精度要求等，选用倒装结构。毛坯通过导向销钉沿送料方向导向，通过活动定位销钉定位。模具的导向装置：由于中间导柱模架的中心通过制件的压力中心，导向情况较好。且送料也比较方便。故综合考虑，选用中间导柱的形式。模柄采用压入式，用内六角圆柱头螺钉连接在上模板上。模具的结构如图所示。图3 落料冲孔复合模装配图Fig.3 Blanking-piercing assembly diagram1.下模座 2.卸料螺钉 3.凸凹模固定板 4.卸料板 5.凹模 6.凸模固定板 7.导柱 8.导套 9.上模座 10.垫板 11.顶板滑
17、动板 12.紧固螺钉 13.顶杆 14.带肩推杆 15.模柄 16.紧固螺钉 17.凸模 18.定位销 19.凸模 20.导套 21.推件器 22.导柱 23.定位销 24紧固螺钉 25.带螺纹推杆 26.弹性体5 模具工作零件刃口尺寸及公差的计算模具的工作零件是由落料凹模、冲孔凸模、落料冲孔凸凹模等组成。冲裁模凸、凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙，其双面间隙用Z表示，单面间隙为Z/2。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量、冲裁力、模具寿命等影响很大，所以冲裁间隙时冲模设计中的一个很重要的工艺参数。【8】 设计模具时一定要选择合理的间隙，使冲裁件的断面质量较好，所需冲裁力较小，模具寿命较高。生产中
18、通常是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，就可以冲出良好的零件。这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。纯铜、含碳（0.08%0.2%的软钢）间隙如下：表 3 冲裁模初始双面间隙Table 3 Double-faced gap Z of the blanking die厚度t 1.2 0.072 0.096 5.1 落料刃口尺寸计算根据落料件的特点，采用凸模和凹模配合加工的方法,由教材表2.18可知 (9) 式中 基准件尺寸（mm） 相应的工件极限尺寸（mm） 内径的公差基准件的极限偏差（mm），当标注形式为（）或（）时，=；当标注形式为（）时，= X磨损系
19、数，其值参见教材表2.17A1 =(3.8-10.12)=3.68A2 =(15-0.430.75)=14.68 A3 =(37.9-0.620.75)=37.44A4 =(6-0.30.75)=5.78A5 =110.054落料凹模的尺寸如下图所示：图4 落料凹模Fig. 4 Female blanking die落料凸模以凹模为基准配作，凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相关部分尺寸配制，保证双面间隙值（由上表查得）Zmin =0.072 Zmax =0.096 5.2 冲预制孔刃口尺寸计算用分开加工的方法，参照教科书表格2.14查表得 由教材表2.16可查的以下公式：凸模尺寸为： (11)
20、凹模尺寸为： 式中 、冲孔凹、凸模基本尺寸（mm）； 工件制造公差（mm）； X 因数；为了保证新的冲模间隙小于最大合理间隙，必须保证 Zmax Zmin (12)由教材表2.14查得=0.02 =0.02 =不满足分开加工的要求，故采用凸凹模配合加工的方法凸凹模0.79的孔=(0.68)如图：图5 凸凹模Fig. 5 Male and female die凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相关部分尺寸配制，保证双面间隙值Zmin =0.072 Zmax =0.0965.3 冲中间的腰形孔的刃口尺寸计算 (13)= 故不能采用凸、凹分开加工的方法。采用凸、凹模配合加工的方法，其刃口尺寸如上图。6
21、模具零件的选用、设计及必要的计算6.1 凹模的设计根据制件特点，选用矩形凹模。在其上面开设所需要的凹模孔口，用螺钉和销钉固定在上模座上。因制件形状简单，制件尺寸也不大，故选用整体式矩形凹模比较合理。凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证镙孔间、镙孔与销孔及镙孔或销孔与凹模口间的距离不能太近，否则会影响模具寿命。【8】一般镙孔与销孔、镙孔或销孔与凹模口间的距离取大于两倍孔径值，其最小许用值可参考表。6.1.1 凹模的外形尺寸计算：凹模的外形尺寸常用下列经验公式确定。凹模的厚度,由教材公式（2.38）知 (14) 凹模的壁厚，由教材公式（2.39）知 (15) 式中 K 凹模厚度系数值，查教材表2.
22、20 b 冲裁件的最大外形尺寸，mm取K =0.37 则 =0.3737.9=14.023mm 取凹模的厚度=15mm，壁厚c=23 凹模的宽度B=6+2c=52凹模的长度L=37.9+223=87.9根据工件图样及标准，在分析受力情况及保证壁厚强度的前提下，取凹模的规格为：LB=10063mm,上模座。6.2 凸模的设计6.2.1 凸模的结构形式与固定方法在这里我们选用直通式凸模，采用台肩式固定方法固定，其中台阶与凸模固定板按H7/m6或H7/n6配合，由于所冲预制孔的尺寸较小，故该凸模采用护套式。6.2.2 凸模长度计算凸模的长度尺寸应根据模具的具体结构确定，同时要考虑凸模的修磨量及固定板
23、与卸料板之间的安全距离等因素。凸模长度可按下式计算由教材公式（2.25） L =H1+H2 +H3 +H (16) 式中 L -凸模长度，mm；H1 -凸模固定板的厚度，mm； H2 -卸料板的厚度，mm； H3 -模具在最低工作位置时，凸模伸入凹模的深度，mm；H -附加长度，凸模固定板与卸料板之间的安全距离。 故 L =H1 +H2 +H3 +H =37mm6.3 凸凹模的设计凸凹模的结构简单，其规格为57mm63mm52mm，壁厚满足要求。6.4 选择模架及确定其他冲模零件6.4.1 模架的选择模架是上、下模座与导向零件的组合体。模架的外形尺寸根据凹模周界尺寸和安装要求确定。冲模模架已经
24、标准化，除特殊类型外，尽可能按标准选择。根据冲模的上、下模座的材料性质可分为铸铁模架和钢板模架两种，由于我设计的模具的压力不大，又考虑到经济性，故考虑选用铸铁模架。根据凹模周界尺寸100mm63mm，查表选取典型组合结构806325（30），考虑到本模具制件精度要求不高，故拟选用滑动导向中间导柱矩形模架。查冷冲模国家标准，取得上、下模座的规格为：上模座 1006325 GB/T2855.9下模座 1006330 GB/T2855.106.4.2 导向零件导向零件是为了保证上模相对下模的正确运动。导向零件有导柱、导套、导板，并且都已经标准化，但生产中最常用的是导柱和导套。导柱、导套的尺寸规格根据
25、所选标准模架和模具实际闭合高度确定并保证有足够的导向长度。由于模架的规格为1006325 GB/T2855.9，查表得导柱、导套的规格为： 导柱1：18100 GB/T2861.1导柱2: 20100 GB/T2861.1导套1: 186523 GB/T2861.6导套1: 206523 GB/T2861.6导柱、导套间采用的间隙配合，导柱与下模座采用过盈配合，导套与上模座配合为的过盈配合。6.4.3 凸模固定板与垫板凸模固定板的作用是将凸模固定在上模座或下模座的正确位置上。凸模固定板为矩形或圆形板件，外形尺寸通常与凹模一致，厚度可取凹模厚度的60%80%。固定板与凸模为H7/m6或H7/n6
26、配合，压装后应将凸模端面与固定板一起磨平。垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力，以防止模座被挤压损伤。垫板的外形尺寸与凹模一致，厚度可取310mm， 6.4.4 紧固件冲模中用到的紧固件主要是螺钉和销钉，其中螺钉起联接固定作用，销钉起定位作用。螺钉和销钉都是标准件，种类很多，但冲模中广泛使用的螺钉是内六角螺钉，它紧固牢靠，螺钉头不外露，模具外形美观。销钉常用圆柱销。螺钉和销钉的规格应根据冲压工艺力的大小和凹模厚度等条件确定。螺钉规格可参考下表选用，销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格。选取螺钉规格为M8、销钉的公称直径为。各被联接件的销孔应配合加工，以保证位置精度。销钉与销孔之间
27、采用配合。6.4.4 弹性元件的设计弹性元件选用聚胺酯弹性体了，规格为：451710，使用两个聚胺酯弹性，其压缩量可通过改变聚胺酯的硬度来调节，为了使弹性体工作可靠，取最大硬度的聚胺酯，硬度A=85，卸料力=1.89KN，则其压缩量为0.3H=3.5mm，满足要求。7 压力机的校核压力机的工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。由以上条件查表得选用公称压力为63KN的开式曲柄压力机。其相关技术参数为：公称压力：63KN滑块行程：50mm最大封闭高度：170mm封闭高度调节量：40mm工作台尺寸：前后：200mm左右：315mm模柄孔尺寸：直径：30mm深度：50m
28、m压力机的最小闭合高度为170-40=130mm模具的实际最小闭合高度，故需在工作台上垫上垫板，垫板的厚度为15mm，这样公称压力和闭合高度均符合要求。8 模具的动作原理及综合分析该复合模采用倒装式，弹性卸料和下出料方式，起始时，通过导料销导向，挡料销进行毛坯定位。此后，上模下行，同时完成落料和冲孔并压下活动导料销和挡料销。完成冲裁后，制件将卡在落料凹模中，坯料将箍紧在凸凹模上，当回程时，箍紧在凸凹模上的坯料被弹性卸料板刮下，卡在落料凹模中的制件通过顶件装置顶下。同时活动导料销和活动挡料销弹起。完成一个冲裁周期。该模具采用倒装式，操作方便，安全。出件也比较容易，工作可靠。 9 凸模、凹模、凸凹
29、模加工工艺方案及模具装配9.1 凸模、凹模、凸凹模加工工艺方案冲模的成形零件主要包括凸模、凹模、凸凹模等。这类零件的加工，根据其结构、形状特点及精度要求，可以采用不同的加工形式。目前，常用的机械加工方法主要有成形车削、线切割、成形铣削、成形磨削、冷挤压成形、钳工整修成形等。对于形状比较简单的旋状体轴类零件及套类零件，可以采用普通车削加工，此次我设计的冷冲模由于零件相对简单，所以模具结构也很简单，故主要加工零件都可以靠线切割、普通车床车削、铣床铣削而成，具体如下：9.1.1 凸模加工工序 工序 05 下料；工序 10 锻造圆形毛坯；工序 15 退火处理消除锻造内应力，改善材料性能；工序 20 车
30、削 车出整个外形，单边留0.1mm精加工余量；工序 25 热处理 粹火提高零件的硬度，耐磨性，回火并消除淬火后的内应力；工序 30 磨削 磨削外圆及两端面；工序 35 钳工 倒棱、去毛刺；工序 40 检验。9.1.2 凹模加工工序工序 5 划线 以凹模相互垂直的两侧面为基准，划出凹模中心线和各孔位置及型孔轮廓线（可用样板划线）；工序 10 按位置加工螺钉孔、销钉孔；工序 15 线切割加工出凹模内型腔，再用立式铣刀铣出与顶件块相配合的内腔工序 20 热处理 粹火提高零件的硬度，耐磨性，回火并消除淬火后的内应力；工序 25 钳工 倒棱、去毛刺；工序 30 检验；9.1.3 凸凹模加工工序 工序 05 下料；工序 10 锻造矩形毛坯；工序 15 退火处理消除锻造内应力，改善材料性能；工序 20 线切割出整个外形，单边留0.1mm精加工余量，钻铰工作型孔，单边留0.1mm精加工余量；工序 25 划线 以加工的相互垂直的两侧面为基准，划出凹模中心线和各孔位置及型孔轮廓线（可用样板划线）；工序 30 按位置加工螺钉孔；工序 35 热处理 粹火提高零件的硬度，耐磨性，回火并消除淬火后的内应力；工序 40 磨削 磨削两端面工序 45 钳工 倒棱、去毛刺；工序 50 检验；9.2 模具的装配如图所示为
