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1、-机械毕业设计（论文）-齿轮螺栓垫片冲压成形工艺与模具设计长32（全套图纸）-第 19 页1 绪 论目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿美元，出口模具4.91
2、亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。全套图纸，加153893706在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下
3、几方面的不足: 第一，体制不顺，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是1520万美元，有的高达2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三
4、，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。 第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成
5、较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。 设计者：刘涛 2009年5月15日2 零件的工艺性分析工件名称：齿轮螺栓垫片生产批量：大批量材料：A3钢 厚度：1mm图1 零件图2.1 零件的总体分析该零件为齿轮螺栓垫片，材料为A3钢，即为Q235的旧牌号，具有良好的塑性、韧性、冷冲压性能，能够进
6、行一般的冲压加工。零件形状较为复杂，采用圆弧过渡，但零件对称分布，有冲孔、落料两个工序特征。2.1.1外形落料的工艺性齿轮螺栓垫片属于中等尺寸零件，料厚1mm，外形较为复杂，采用圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损，尺寸精度要求一般。2.1.2冲孔的工艺性有两个10的孔，尺寸精度一般。2.1.3冲裁件的孔边距和孔间距为避免工件变形和保证模具强度，孔边距和孔间距不能过小。【1】其最小许可值当取：。根据工件的尺寸可得 ，所以工件的尺寸符合要求。冲孔时因凸模强度限制孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断，查表2.7.3【1】知，工件上孔的直径大于或等于0.35倍的料度
7、即。由任务书零件图易于看出工件的尺寸符合要求。2.1.4尺寸精度图示零件的尺寸均未注公差的一般尺寸，按惯例取IT14级，尺寸精度较低，符合一般冲压的经济精度要求。3 工艺方案的确定该零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔，可拟订出以下三种工艺方案。方案一：单工序模生产。方案二：落料冲孔复合模。方案三：冲孔落料级进模。 采用方案一，生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该工件为大批量生产，方案二和方案三更具有优越性。该零件10mm的孔与外圆之间的最小距离为4mm，大于此凸凹模允许的最小壁厚（2.7mm）（1），可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料连续模。但复合模模具的形位精度和尺寸精度容易保证
8、，且生产率也高。尽管模具结构比较复杂但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。级进模虽生产率也高，但零件的冲裁精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造、安装较复合模复杂。通过对上述三种方按的分析比较，该零件的冲压生产采用方按二的复合模为佳。4 排样设计与计算设计复合模时，首先要设计条料排样图。根据工件的形状选择有废料排样，且为直排的形式，虽然材料的利用率低于少废料和无废料排样，但工件的精度高，且易于保证工件外形的圆角。4.1确定搭边与搭肩值搭边和搭肩值一般是由经验确定的，查表2.5.2【1】。取最小搭边值为，最小搭肩值。4.2确定零件的排样方案设计模具时，
9、条料的排样很重要。分析零件形状可知，确定排样方案：条料从右至左送进，落料凸模的冲压力比较均匀，零件形状精度容易保证。条料的排样如图2所示。2 排样方案4.3计算送料步距和条料的宽度按如上排样方式，并根据工件的尺寸确定送料步距为搭肩值与工件宽度之和。即查表2.5.3可知条料宽度单向偏差为0.50mm，由公式计算如下：所以确定条料的宽度B为导料板间距离（无侧压装置）条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。搭边值C导料板与条料之间的间隙（查表2.5.5）4.4计算材料的利用率根据一般的市场供应情况，原材料选用的冷扎薄钢板。每块可剪规格条料16条，材料剪切利用率达96。材料利用率通用公式【1】式中A一个冲裁剪的
10、面积。n 一个步距内的冲裁件数量。B条料宽度。S步距。材料利用率： 5 计算冲压力和初选压力机5.1冲裁工序总力的计算由工件结构和前面所定的冲压方案可知，本模具采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模。考虑到模具刃部被磨损、凸凹模不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响。本模具采用普通平刃口模具冲裁，其冲裁力P按下式计算：式中 P冲裁力（KN）。K系数，一般取1.3 L冲裁件剪切周边长度（mm）。t冲裁件材料厚度（mm）被冲材料的抗剪强度。上式中抗剪强度与材料种类和坯料的原始状态有关，可在手册中查询，为方便计算，可取材料的，故冲裁力表达式又可表示为：查手册【3】的 取极限值查表2.6.
11、1【1】卸料力系数卸料力推件力推件力系数,由手册查得n同时卡在凹模的工件(或废料)数,其中n=h/th凹模刃部直壁洞口高度（mm），t料厚( mm) 查手册【5】表2.9.4 可得和h=6mm,故n=6/1.54工序总力5.2初选压力机压力机的公称压力必须大于或等于工序总力。查手册【2】初选开式可倾压力机参数初选压力机型号为J23-16和J23-25，见表一。表一 所选择压力机的相关参数型号公称压力/kN滑块行程/mm最大封闭高度/mm工作台尺寸/mm可倾斜角/。封闭高度调节量/mmJ23-16160552203004503545J23-252506527037056030555.3 确定压力
12、中心 模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心和压力机滑块的中心线相重合。否则冲压时滑块会承受偏心载荷，导致滑块的滑轨和模具的导向部分不正常磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件的质量降低模具寿命甚至损坏模具。而本模具所冲裁的制件形状左右对称，所以模具的压力中心在几何图形的中心点上。6 模具结构形式的选择与确定6.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用倒装复合冲压，所以模具类型为倒装复合模。6.2定位方式的选择因为该模具采用的是条料，所以选用导料销和挡料销来实现对冲裁条料的定位。6.3导向方式的选择为了提高模具寿命和工作质量，方便安装调
13、整，该复合模采用后侧导柱的导向方式。6.4 卸料方式该模具采用倒装结构，冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下。工件厚度为1mm，料厚相对较厚，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。6.5 送料方式采用手动送料。7 模具工作零部件刃口尺寸的计算该零件属于无特殊要求的一般冲孔落料件，外形尺寸由落料获得，小孔尺寸则由冲孔得到。查表2.3.3可知 又模具的精度等级为IT14级。查表2.2【4】 取7.1冲裁孔的凸、凹模刃口尺寸的计算凸模尺寸凹模尺寸校核：即 满足公差间隙条件。7.2外形落料凸模、凹模刃口尺寸的计算此落料件为形状较为复杂的零件，所以利用凸凹模配作法，这种方法有利于获得最小的合理间隙，放宽对
14、模具的加工设备的精度要求。以落料凹模为基准件，由公差表查得工件个尺寸的公差等，确定x采用配作法，计算凹模的刃口尺寸，首先是根据凹模磨损后轮廓变化情况正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小，还是不变这三种情况，然后分别按不同的计算公式计算。a、凹模磨损后会增大的尺寸-第一类尺寸A 第一类尺寸： b、凹模磨损后会减小的尺寸-第二类尺寸B 第二类尺寸：c、凹模磨损后会保持不变的尺寸 第三类尺寸C 第三类尺寸：其落料凹模的基本尺寸计算如下：第一类尺寸：磨损后增大的尺寸：第三类尺寸：磨损后基本不变的尺寸：图3 落料凹模刃口部分尺寸落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是71.63mm、16.7
15、85mm、4.775mm、19.74mm、39.69mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值Zmin=0.100（落料凸模、凹模刃口部分尺寸分别见图4、5）图4 落料凸模刃口部分尺寸8 模具主要零部件设计8.1工作零部件的结构设计8.1.1落料凹模的设计凹模采用整体式凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割加工。安排凹模在模架上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。整体式凹模装于下模座上, 凹模高度可按经验公式计算，即 凹模高度H=Kb 凹模壁厚C=(1.52)H式中b-凹模孔的最大宽度（但B不小于15mm）C-凹模壁厚
16、， 指刃口至凹模外形边缘的距离K=系数（查表240【5】K=0.22）凹模高度H=Kb=0.2271.63=15.76mm 按表取标准值H=16mm凹模壁厚C= C=(1.52)H =24mm32mm（）凹模壁厚取32mm。凹模宽度凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取（1.72.0）d, 图5 凹模上的螺孔设计与选用d为螺孔的距离，由于凹模厚度为16mm，所以根据表2.46【2】查得螺孔选用4M8的螺钉固定在下模座。故选用如图6 。 螺孔到凹模外缘的最小距离【6】：a2=1.5d=1.58=12mma3=1.13d=1.1389mm凹模上螺孔到销孔的距离一般取b2d,所以b应大于16。根据上述方法
17、确定凹模外形尺寸须选用矩形凹模板16012516（JB/T7643.1）【6】8.1.2 冲孔凸模的设计因为所冲的孔均为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式。一方面加工简单，另一方面便于装配与更换。查表1214【5】冲两个孔的圆形凸模可选用标准件B型式。如图7所示。图6冲孔凸模的结构形式凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的，其凸模长度用下列公式计算： L=h1+h2+h3+h式中 L凸模长度， mm h1凸模固定板高度，mm h2卸料板高度，mm h3导料板高度，mm h附加高度，一般取1520mm冲裁10mm孔凸模尺寸及其组件确定和标准化（包括外形尺寸和厚度） 小
18、凸模长度 L=20+14+6+18=58mm由小凸模刃口d=11.15mm查手册【2】表2.54可知 h=5mm, D1=16mm, D=15mm, L=58。小凸模强度校核 要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力，即 对于圆形凸模 式中 圆形凸模最小截面直径，mm t冲裁材料厚度，mm 冲裁材料的抗剪强度，取140Mpa【3】 凸模材料许用强度，取120Mpa【3】dmin=4.67mm 所以承压能力足够。抗纵向弯曲力校核对于圆形凸模（有导向装置） 式中 Lmax 允许的凸模最大自由长度，mm F 冲模力,N 凸模最小截面的直径，mm= =631.99mm 所
19、以长度适宜。凸模固定端面的压力q =式中q凸模固定端面的压力，MPa F落料或冲孔的冲裁力，N 模座材料许用压应力（查表得120160Mpa【3】） q =0.91MPa凸模固定板端面压力小于120160Mpa，凸模固定板承受的压力合适。8.1.3落料凸模（凸凹模）的设计结合工件外形并考虑加工，外形凸模用线切割机床加工成直通式凸模，用两个M8的螺钉固定在垫板上，凸模按下式计算：L=h1+h2+h3+h其中： h1为固定板厚度（20 mm），h2为卸料板厚度（14mm），h3为导料板厚度（6 mm）， h为附加长度，主要考虑凸模进入凹模的深度（1mm）及模具闭合状态下卸料板到凸模固定板间的安全距
20、离（15mm20mm）等因素。所以：L=20+14+6+1+17=58 mm凸模固定板材料可用45钢，结构形式和尺寸规格见手册【5】表15.57可得16012520。8.2定位装置的设计与标准化【6】8.2.1挡料销及导料销的设计与标准化由设计结构可得该套模具所用挡料销与导料销的规格尺寸一样，根据手册【4】选用。型号：JB/T7649.9 625mm材料为45钢的圆柱挡料销,硬度4348HRC8.2.2挡料销与导料销位置的确定由模具整体结构设计，导料销及导料销都应通过卸料板固定于模具的凸凹模上。且在模具闭合状态下，应高出卸料板3mm【1】。根据分析选用废料孔后端定位时挡料销位置如图8 图7 挡
21、料销的位置 L=D/2+C+d/2+0.1 =72/2+74.2+6/2+0.1mm=113.3mm 8.2.3导料销位置的确定导料销位于条料的同一侧，采用从右向左的送料方式，送料的方向导料销应装在后侧。8.3卸料装置的设计及标准化【7】8.3.1弹性卸料板的结构形式模具采用倒装结构，选用手册【6】图77（b）的卸料板形式。由表78查得弹性卸料板厚度为12mm。装模具时卸料板孔与凸凹模得单边间隙为0.10mm，在模具开启状态，卸料板应高出模具凸凹模工作刃口0.30.5mm，以便顺利卸料，卸料板的工作行程为3.5mm。8.3.2卸料螺钉的选用采用圆柱头卸料螺钉45钢，热处理硬度3545HRC 规
22、格 M1290 JB/T7650.58.3.3卸料弹簧的设计及选用根据模具结构初选6根弹簧，每根弹簧的卸料力为：根据预压力和模具结构尺寸,查手册【5】试选弹簧的具体参数是:D=35mm, d=6mm, H0=120mm , t=14.5mm, F许=960N, H1=88.4mm, 并计算如下：校核：所以所选弹簧是合适的。弹簧的规格为： 外 径：D=35mm 钢丝直径：d=6mm 自由高度：H0=120mm 装配高度：H2=H0-H0 =120mm26.04mm93.96mm8.4推件装置的设计与标准化【5】8.4.1刚性推件装置的设计与标准化本套模具的推件装置所需推件力大，且为了推件平稳可靠
23、，应采用刚性推件装置。其结构形式见手册【5】8.4.2推件块的设计本推件块的端面外形应跟落料凹模的刃口形状一致，整体外形应设计成台阶式以便与凹模配合完成推件，而在冲裁时不致与把推件块推出滑到模外。推件块在自由状态下应高出凹模面0.20.5mm。推件块和凹模的配合：由于外形件的相对尺寸较大，外形形状相对复杂，所以推件内形与凹模为间隙配合H8/f8，推荐外形与凹模为非配合关系，属内导向。8.4.3连接推杆的选用为了使推件装置推出平稳采用3根推杆。每根推杆所承受的力为：由手册查取适合本装置的推杆规格为：665mm 8.4.4推板的设计由推出结构需要，推板适宜选用圆形即手册的A型。8.4.5打杆的设计
24、 打杆选用带肩A型打杆与推板配合以起到平稳推件作用。 其材料45钢 热处理硬度4348HRC 规格： A11110mm JB/T7650.18.5支撑固定零件的设计与标准化【6】由凹模周界L160mm,B=125mm，及卸料板的外形尺寸，材料选为HT200,0I级精度的后侧导柱模架。技术要求按JB/T80701995的规定。8.5.1模架的选用上模座标记：16012540 GB/T2855.5下模座标记：16012550 GB/T2855.6模柄标记： B4090 GB/T2862.381（见于手册5）8.5.2 凸模固定板的设计因凸凹模的尺寸较大所以直接用螺钉紧固在下模座上。凸模固定板的设计
25、:为了保证安装、固定牢靠，凸模固定板必须有一定的厚度，由经验公式【6】计算凸模固定板厚度。H=（11.5）D=（11.5）11.215mm11.215mm16.823mm查手册【6】表7-2本模具取H=16mm，其外形尺寸应与凹模的外形尺寸一致规格为160mm125mm16mm8.5.3垫板的设计【6】在本模具采用的弹性卸料装置中，上模座中设有推板等零件的装置和让位空间，会使的其厚度变薄，影响其抗压强度，所以应设一块垫板。其规格根据凹模外形尺寸选取160mm125mm12mm。8.6导向零件的设计与标准化【6】本组模具采用的是后侧导柱模座只需两对相同型号的导柱导套。本模具冲裁间隙小应按H6/h5配合，材料选用20钢热处理要求渗碳深度0.81.2mm，硬度5862HRC ，技术要求按JB/T80701995的规定。导柱标记： B20h510030 GB/T2861.2导套标记： B20H64523 GB/T2861.28.7 紧固零件的设计与标准化【6】本模具采用螺钉固定，销钉定位。其具体数据如下：内六角圆柱头螺钉标记：GB/T70.1 M1070 螺钉标记：GB/T5782 M1235 销钉标记：GB/T11.21 8m680