紫铜垫片倒装复活模设计.doc

贵州航天职业技术学院 课程设计题 目 紫铜垫片倒装复活模设计 系 别： 机械工程系专 业： 机械制造与自动化班 级： 机制1班学生姓名： 李品灏学 号： A153GZ0210201006指导教师： 苗玉摘 要模具生产的工艺水平及科技含量的高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力。当今社会的进步和发展，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来。因此，模具的发展与人们的生活关系越来越紧密。我们利用模具加工各种的工件，以便来满足人们的需要，模具的发展给我们带来了新的生活，新的时代。因此这次我们的毕业设计要求设计一个模具以便检验自己所学模具有关方面的知识是否牢固。由于产品的材料和工艺特性不同，生产用的设备也各异，模具种类繁多，但用的最为广泛的大约有以下几种：冷冲压模、塑料成型模、锻造模、精密铸造模、粉末冶金模、橡胶成型模、玻璃成型模、窑业制品模、食品糖果模、建材用模等。其中以冷冲压模、塑料模的技术要求和复杂程度较高。在这次设计中根据所给题目的要求，我首先对冲压件进行了分析，分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求，再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，选择了冲孔落料的方案。根据对零件的综合分析，在本人这次设计中我设计的模具是倒装冲孔落料复合模，主要介绍的是模具的冲孔落料，冲压生产中应用最广泛的工序之一。由于材料和厚度的原因，我采用的加工方法为：采用复合工序冲孔落料模进行加工。关键词： 紫铜垫片、冲孔、落料、复合模目 录摘 要 . II1 工件的工艺性分析 . 11.1冲压件的工艺性分析 . 11.2冲裁工艺方案的确定 . 12 主要数据的计算 . 32.1 排样方案的确定及计算 . 32.2冲压力的计算 . 52.3模具压力中心的确定 . 82.4 冲模刃口尺寸及公差的计算 . 83 模具结构及模具零件的设计 . 133.1模具类型的选择 . 133.2定位方式的选择 . 133.3卸料装置与推件装置的选取 . 143.4导向方式的选择 . 163.5工作零件的设计 . 164 闭模高度的计算 . 235 模具总装图 . 246 模具材料的选用 . 257 模具的装配与检测 . 267.1模具的装配 . 267.2模具检测 . 26结 论 . 30致 谢 . 311 工件的工艺性分析零件简图 ：如图1.1所示工件名称 ：紫铜垫片生产批量 ：大批量材 料 ：紫铜厚 度 ：0.5mm图1.1零件图1.1冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。此工件只有冲孔和落料两个基本工序，材料为紫铜，紫铜有较好的塑性，很容易进行冷热加工，适合冲裁。工件结构比较复杂，尺寸全部为自由尺寸，作为普通冲裁，其经济精度一般在IT12IT14级，取落料精度为IT14级，冲孔精度为IT13级。1.2冲裁工艺方案的确定该工件包括冲孔、落料两个基本工序，可以有以下三种方案：方案一：先落料，后冲孔，需要两套模具，采用单工序模生产；方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产，需要一套模具； 方案三：冲孔落料级进模，需要一套模具。 三种方案比较见表1.1表1.1三种方案的比较由于这样一个工件按单工序模具来加工，则需两个工序，即需要两套模具，两台设备，模具制造费用大，生产效率低，且不容易保证尺寸精度，操作不便，也不够安全。所以方案一不合理。若采用模具级进则模具制造难度加大，工件的尺寸也不容易保证。生产效率也不高，所以方案三也不合理。而采用复合模制冲件时，由于这个工件的结构不太复杂而且轴对称，复合模的成本不是太高，制造的难度也不大，容易保证尺寸的精度，操作也方便，安全性好，生产效率高。所以综合考虑，对以上三种模具特点的比较后，方案二比较合理。所以采用方案二的复合模。2 主要数据的计算2.1 排样方案的确定及计算在冲压生产中，节约和减少废料具有重要的意义，在模具设计中，排样设计是一项极为重要的、技术性很强的设计工作，排样的合理与否直接影响到材料的利用率、制件质量、生产率与成本以及模具寿命等，所以排样工作的好坏是左右冲裁经济效益的重要因素之一。冲裁所产生的废料分为两种，一是工件的各种内孔产生的废料，它取决于工件的形状，一般不能改变，称为设计废料；二是由于工件之间的搭边和工件与条料侧面的搭边、板料的料头、料尾而产生的废料，它取决于冲压方式和排样方式，称为工艺废料。提高材料利用率最主要的途径是合理排样使工艺废料尽量小，另外在满足工件使用要求的前提下，适当的改变工件的结构形状也可以提高材料的利用率。排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刃”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。搭边值的大小与下列因素有关： 材料的力学性能。硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。 工件的形状与尺寸。尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。 材料厚度。薄材料的搭边值应取的大一些。 送料方式及挡料方式。用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。 常用的排样方法有三种： 有废料排样：指沿工件全部外形冲裁，工件与工件、工件与条料边缘都留有搭边，此种排样的缺点是材料利用率低，但有了搭边就能保证冲裁件的质量，模具寿命也高。少废料排样：指模具只沿着工件部分外形轮廓冲裁，只有局部搭边的存在。 无废料排样：指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在，模具刃口沿条料顺序切下，直接获得工件。少废料、无废料排样的缺点是工件质量差，模具寿命不高，但这两种排样可以节省材料，还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点。并且工件须具有一定的形状才能采用少、无废料排样。上述三类排样方法，按工件的外形特征主要分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排等形式。总上所述排样如图2.1所示。表2.1 搭边值表根据零件形状两式件间按矩形取搭边值a=1.5mm，侧边取搭边值a1=1.2mm。 条料的送料步距按下式：h=d+a1 (21)式中 h送料步距（mm）;a1最小搭边值（mm）;则步距：h=63.79+1.565mm 条料宽度按下式：b=D=(D+2a+C)=D 2-2其中D为冲裁件宽度方向的最大尺寸；C为导料板与最宽条料之间的间隙查表取C=0.5。8/37页表2.2导料板与最宽条料之间的间隙表b-D=(40+21.5+0.5)-0.4=43.50-0.4mm导料板间的距离为44mm。2.2冲压力的计算2.2.1 落料力材料的抗剪强度 t=240Mpa2-3=1.3215.90.5240=33680.4N其中 F冲裁力 L冲裁周边长度 t材料厚度 t材料抗剪强度 K系数 2.2.2 冲孔力中心孔：=1.380.80.5240=12604.8N2个小孔：=1.331.40.5240=9796.8N2.2.3 冲裁时的推件力和卸料力及压力机的选择表2.3卸料力、推件力及顶件力系数查表2.3 K推=0.03, K卸=0.02 序号1的凹模刃口形式，h=5mm，则 n=故F推落=nK推F落=0.0310(9796.8+1260.8)=3317.28NF推=0.0233680.4h5=10个 t0.5（2-4）=673.608N为避免各凸模冲裁力的最大值同时出现，且考虑到凸模相距很近时避免小直径凸模由于承受材料流动挤压力作用而产生倾斜或折断故把三冲孔凸模设计成阶梯凸模如图2.2。其凸模间的高度差H与板料厚度t有关即t3mm H=t, t3mm时H=0.5t.因此高度差H=0.5mm。 则最大冲压力：11/37页F总=F落+F冲1+F冲2+F卸F推33680.4+9796.8+12604.8+673.608+3317.28=60072.88N=60.07288KN2-5查表选取国产63KN开式压力机 其最大装模高度为170mm 最小装模高度为130mm模柄孔尺寸为直径30mm，深度为50mm工作台尺寸左右为315mm、前后200mm，厚度40mm 工作台孔尺寸：左右150mm、前后70mm、直径110mm 立柱间距离：150mm 倾斜角3002.3模具压力中心的确定对于级进模以及轮廓形状复杂或多凸模的冲裁模，必须求出冲压力合力的作用点即压力中心。模具的压力中心应与模柄的轴线重合，否则会影响模具及压力机的精度和寿命。一切对称冲裁件的压力中心，均位于其轮廓图形的几何中心点上。对于该工件，由工件形状可知压力中心位于圆心上。如上图1.1根据图形分析，因为工件图形对称， 所以该工件的压力中心为该工件的中心。2.4 冲模刃口尺寸及公差的计算因冲模加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两类：（1）按凸模与凹模图样分别加工法：它主要用于圆形或简单规则形状的工作,因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别加工。（2）按凸模与凹模配作法加工：常用于冲制复杂形状的冲模。这种加工方法的特点是模具的间隙有配置保证，工艺比较简单，不必校核dA+dTZmax+Zmin的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。表2.4 初始双面间隙Zmax、Zmin由表2.4 确定初始双面间隙Zmax、 Zmin的值：Zmin=0.025mm Zmax=0.035mm Zmax-Zmin=0.035mm-0.025mm=0.010mm设凸、凹模的制造偏差值分别按公式：dT0.4(Zmax-Zmin) （2-6）13/37页dA0.6(Zmax-Zmin) （2-7） 其中dT、dA分别是凸、凹模的制造公差。 2.4.1 冲孔部分取dT0.4(Zmax-Zmin)=0.004mm;dA0.6(Zmax-Zmin)=0.006mm. 冲两小孔+0.22mm 对于冲小孔j10mm转换为j100利用公式 DT=(dmin+xD)-dT （2-8）+d（2-9） DA=(DT+Zmin)0A其中 x磨损系数的选取查下表2.5是工件的公差值表2.5磨损系数表因孔的公差等级为IT13级，所以查上表得x=0.75则 DT=(dmin+xD)-dT=(10+0.750.22)-0.004=10.1650-0.004mm+dDA=(DT+Zmin)0A=(10.165+0.025)0+0.006+0.006mm= 10.190mm冲中心孔+0.55mm采用第二中方法加工即配合加工。 对于冲中心孔j20mm转换为j200设以凸模为设计基准件，属于B类第二类尺寸磨损后将会减小的尺寸按公式Bj=(Bmin+xD)-D （2-10）04其中 Bj模具基准尺寸(mm)；Bmin工件极限尺寸(mm)；工件公差(mm)；+0.55则冲j200mm部分：DT=(20+0.0750.33)+0.18mm DT=(4+0.0750.18)对于400-0.554=20.24750-0.0226mm00.18-40=4.1350-0.046mm mm=10.1650-0.066mm+0.22mm DT=(10+0.750.22)对于1000.22-4凹模与凸模尺寸基本相同分别是20.2475mm、4.135mm、10.165mm不必标注公差，但要保证最小双面合理间隙值Zmin=0.025mm。 2.4.2 落料部分对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用配合加工方法当以凹模为基准件时，凹模磨损后刃口部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸第一类尺寸。它的基本尺寸及制造公差的确定方法按公式Aj=(Amax-xD)0 （2-11）其中 Aj模具基准尺寸(mm)Amax工件极限尺寸(mm) 工件公差(mm)其落料精度为IT14级，查公差表将尺寸R10mm、R20mm、40mm 、80mm分别转化000为R100-0.22mm、R20-0.62mm、40-0.62mm、80-0.74mm,查表2.5取x=0.5+D图3.2凹模刃口3.5.2 凹模结构形式的选择凹模的结构形式有整体式和组体式两种，两种结构形式的比较如下表3.6。表3.6凹模两种结构形式的比较由于工件是大批量的生产，而且整体尺寸较小，则根据上面的比较表可选用整体式的凹模结构。3.5.3 冲孔凹模选用凹模的刃口形式有直壁形、锥形和凸台式三种，这几种形式比较如表3.7。表3.7凹模刃口形式的比较在本套复合模中，采用的是倒装的形式，而且凹模内有推件块，所以凹模内不会积存工件，而锥形的又不利于工件的推出和间化模具的结构，则根据上面的比较表选用直壁形的刃口形式，刃口无斜度有一定的高度，刃磨后刃口尺寸不变，但刃口后端漏料部分设计成带有一定斜度，凹模工作部分强度较好。如图3.3图3.3冲孔凹模刃口h为刃口高度，a为斜角，查表2.11得h=5mm, a=222/37页表3.8凹模刃口高度3.5.4 凸模固定形式的选择凸模的固定形式有：采用凸模固定板固定、与上模板直接固定和采用低溶点合金或环氧树脂浇注固定三种，各自的特点的比较如下表。表3.9固定形式的特点比较由于本工件是大批量的生产，且内孔有一定的精度要求，模具采用的是复合模，则从上表的比较中可选用凸模固定板固定的形式固定凸模，而这里的固定板又是与落料凹模一体的，即凸模的凸肩与落料凹模的上端以H7/p6过渡配合。 3.5.5 凸模结构尺寸小孔凸模为圆形，采取台阶式凸模，它的强度刚性较好，装皮修磨方便，与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6或H7/n7）制造，最大直径的作用是形式台肩，以便固定，保证工作时凸模不配拉出，材料选取T10A,热处理硬度为5862HRC。其凸模长度计算L=h1+h2+t+h 公式：（3-3）其中h1凸模固定板厚度 h1=(0.60.8 )H凹=0.6024=14.4mmt材料厚度 0.5mmh2卸料板厚度8mmh增加长度，一般选取1020mmL=14.4mm+8mm+0.5mm+15.1mm=38mm凸模的结构形式如图3.4图3.4凸模结构图冲中心孔中心孔为非圆形凸模，采用台肩固定法，对于该凸模凸起的部分可以采用嵌入式的镶拼结构，把凸起部分与凸模拼合后嵌入到固定板凹槽内，为了防止凸模转动需要在固定端接缝处加防转销，其结构如图3.5图3.5中心孔凸模该凸模的长度L=38.5 mm。 3.5.6 凸凹模的选取凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。凸、凹模的结构大到分为整体式和镶拼式的两种，镶拼式结构适合于大，中型和形状复杂，局部容易损坏的整体凸模式或凹模，而此处所需的凸凹模形状较简单，所以选用整体式来加工凸凹模。它的内外圆均为刃口，凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为倒装结构时，内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。其凸凹模最小壁厚见表3.10。表3.10凸凹模最小壁厚查表选取d=1.8mm。 该凸凹模的长度L=37mm。其凸模的结构5.模柄16. 内六角螺钉 17.冲大孔凸模 18.垫板 19.小孔凸模 20.凹模 21.凸凹模 22.固定板 23.圆柱销 24.活动挡料销 25.卸料螺钉26.弹簧 27.凸模镶块工作原理：该模具为倒装复合摸，冲压时可自动送料，板料由卸料板5上的活动挡料销6挡料送进。 工作时上模下行，由凸凹模（21）、落料凹模（20）、冲孔凸模（17、19）完成落料冲孔，使工件成型，工作完成后上模上行，当滑块碰到上死点时，打杆和推板开始工作，将工件从凹模内推出落下，冲孔废料从工作台孔内直接落下。6 模具材料的选用利用模具生产制品零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重要性条件。而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。冷冲模材料应具有的性能：冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的性能。1. 应具有较高的变形抗力：主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。其中硬度是模具注意重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作零件热处理后的硬度在60HRC强度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。2. 应具有较高的断裂抗主要抗力指标有材料的抗冲击性能抗压强度、抗弯强度 断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性，也是作为防止断裂的一个重要依据。其基体中碳含量越高冲击韧性越高。故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性。3. 应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，需要在硬度高的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物 相同硬度下，提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用有刮痕凹槽等4. 应具有较好的冷、热加工工艺性：钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。总上所述：凸、凹模采用工作部分局部淬火(硬度58-62HRC)，材料也用淬火变形小的CrWMn模具钢。7.1模具的装配 7 模具的装配与检测复合模是指在冲床一次行程中冲制产品两道或两道以上工序的冲模，这种模具结构复杂，装配要求高，但由于模具生产率高，各内、外型面间的相对位置精度高，故广泛应用于精密零件的加工。本模具为落料冲孔复合模其装配一般按下面的步骤进行：装配压入式模柄，垂直上模座端面，装后同磨大端面齐平。将凸模装入凸模固定板，保持与固定板端面垂直，同磨端面平齐将凸凹模装在固定板上，并保持与固定板端面垂直，同磨端面齐平。确定凸凹模固定板 在下模座上的位置，用平行夹板夹紧，作凸凹模固定板上的螺孔和下模座上的螺钉过孔，并保持孔位置一致。划下模板漏料孔线，加工漏料孔，按凸凹模的孔每边加大约1mm。按凹模上的孔引作凸模固定板和上模座的螺钉过孔。将带凸模的固定板装在上模板上，螺钉不要拧得过紧，进行试装合模，使导柱缓慢进入导套，如果凸模与凸凹模的孔对的不太正，可轻轻敲打凸模固定板，利用螺钉过孔的间隙进行调整，直至间隙均匀。此时用划针在上模板上划出凸模固定板位置。在上模组件上增加凹模，重新合模，作冲裁外形和各孔的全面细致的间隙调整，其中包括用冲纸法试验，直至获得均匀的间隙。上模和下模分别钻较销孔（防止位置移动），装入销钉，并保持销与孔有适当的过盈。其它零件可按图装配，达到要求后打标记。7.2模具检测冲模装配前，应该对零、组件进行检查、复查的内容有:（1）冲裁模的刃口部分应锋利,拉伸模的弯曲的工作型面应过度圆滑,表面粗糟度应符合要求;（2）工作热处理后的实际硬度值是否符合要求,如有碳化合物偏析要求应技术要求的规定;（3）外行的非工作锐边是否已经倒角或导圆;（4）零件不应有沙眼、缩空、裂纹、磨削退火或机械损伤;（5）可卸导柱的椎面与趁套上椎孔的吻合长度面积应不小于80%。冲模可以选用标准模架,也可使用与其他冲模零件同时加工制造的非标准模架。在冲模装配前,应检查模架各零件的工作表面不应有划痕、浮锈、沙眼、裂纹和其他机械损装配完成后应检测的内容有:冲裁模的间隙的间隙应均匀分布，其公差不大于2020%；冲裁模凹模的刃口面沿冲裁方向应平直，允许有向后逐渐增大者应不大于 15的斜度，其表面粗糙度Ra值不大于0.8mm ，镶拼要配合紧密无缝隙；冲裁模的凸凹模、凸模和凹模在装配后应磨口，并分别对上模座的上平面或下模座的下平面平行，允许0.01：100，其表面粗糙度Ra=0.80.4mm；卸料板、推件板和顶件块除保证与凸模、凸凹模和凹模的高度在0.20.8mm范围内；应调整卸料螺钉，以保证挟料板的压料表面对冲模安装基面的平行度误差不大于0.05：100；同一冲模冲同一长度的顶杆允差不31/37页大于0.1mm；下垫板和下模座的漏料孔按凹模或凸凹模尺寸每边加大0.51mm，装配后的位置应一致，不允许有卡料现象。此外，所有经磨削的零件应在装配前退磁。冲模装配后，要通过试冲对模具和制件进行综合考察与检测。试冲时，对冲模和制件出现的各种问题及缺陷要认真进行质量分析，找出产生问题的原因，并对冲模进行适当调整和修理，再次进行试冲，直至模具工作正常，得到合格的制件。冲裁质量分析见表7.2表7.2冲裁质量分析结 论这次的毕业设计是大学三年中的最后一个环节，是对三年的学习生活中所学的知识一个汇总和概括，使我们每个人都能总合运用所学的知识。在校期间，开设有机械制图及AUTOCAD、机械设计、机械制造、液压传动、数控机床及编程、PLC等课程，这些课程有电子的，有专业课程设计的，对我们搞好这次毕业设计有很大的帮助，综合运用好这些课程，对我这次有巨大的帮助。即将毕业的我，在以后的工作中难免会遇到一些问题或麻烦，如机器损坏或零件老化等一系列问题时，这时就要靠自己以前所学的知识和积累的经验去解决它。随着科学技术的高度发达，一些质量优、性能好、效率高、能耗低、价格低廉的产品将开发出来并淘汰那些老的生产技术或设备。因此，我们应该树立良好的设计思想，重视对自己进行机械设计能力的培养；增加设计方面的知识而努力。综合运用好这些课程，加之我们平时的知识积累和老师的极大的帮助和指导，为这次课程设计提供了非常有利的保障。因水平有限，设计中必然有许多不足之处，还望