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1、-毕业设计（论文）-排气管垫片冲压模具设计（全套图纸三维）-第 13 页毕业设计（论文）题目：排气管垫片冲压模具设计 系 名 机械工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 学生姓名 指导教师 职 称 讲 师 2016年 2月 24 日摘 要窗体顶端本次设计的题目为排气管垫片冲压模具的设计。在本文中，通过借鉴传统冷冲压模具设计的全过程。其主要过程是从产品的设计流程出发，从而设计出针对该塑件的冲压模具。首先，通过对冲压模具进行分析，进一步了解冲压件的特性然后进行冲压模具的设计，前提是所选的冲压件必须适应冷冲压加工的要求。冲压工艺方案和结构的确定是为了进一步设计出冲压模具，并用于试样分析并求出
2、重叠值，确定模具的压力中心，然后对冲压模具进行设计计算，定位部件选择和结构分析，并解决技术难题，最终通过AutoCAD绘图软件，绘制该冲压件的零件图纸和模具装配图。关键词：冷冲压；排气管垫片；冲压模具设计全套图纸，加153893706Abstract This design is punching blanking design of the compound die, product as a convex shaped gasket. In this paper, the whole process of cold stamping die design. The article is m
3、ain process from product process analysis of the final design of the stamping die, first of all, based on the understanding of the parts, parts for process analysis, to determine the work pieces with cold stamping processing requirements. Stamping process scheme and structure determination for the F
4、lip Style compound die punching, and the design of compound die. In addition to the parts layout analysis and calculation on the boundary, pressure, and to determine the pressure center of the mould is focus on the analysis of the parts of the punch, die and punch die structure and design, calculati
5、on, selection and structure analysis of positioning component, and the fixed mode to point, finally drawing by AutoCAD the assembly diagram, parts diagram and related parts of the composite mold. Key words: Cold stamping；convex shaped gasket；Compound die design目 录第一章 前言6 1.1冲压模具的分类7 1.2冲压加工的特点7 1.3冲
6、压模具的种类8第二章 冲压工艺性分析及冲压方案的确定10 2.1冲压工艺性分析10 2.2冲压工艺方案的确定11第三章 排样设计及计算11 3.1展开尺寸计算12 3.2排样方案12 3.3确定搭边值13 3.4确定条料宽度计算利用率13第四章 冲裁力的计算及确定压力中心14 4.1冲裁力的计算14 4.2确定压力中心15第五章 冲裁工艺计算16 5.1选择双面间隙16 5.2冲裁模刃口尺寸计算原则16 5.3冲孔和落料刃口尺寸计算17第六章 各零件结构尺寸18 6.1凹模的设计18 6.2凸模设计18 6.3 凸模凹模的材料选定19 6.4 凸模固定垫板的设计19 6.5 卸料部分的设计19
7、 6.5.1 卸料装置20 6.5.2 推件和顶件装置20 6.5.3 橡胶的选用21 6.6 模架、模座和导柱导套23 6.6.1 模架类型24 6.6.2模座25 6.6.3导柱与导套的选用26 6.6.4模柄的选用27结论78参考文献29致 谢30第一章 前 言1.1冲压模具的分类 冲压是利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。 一般模具的组成：1.工作零件。2.定位零件。3.压料、卸料、顶料零件。4.导向零件。5.安装、固定零件。6.缓冲零件。7.安全零件及其它辅助零件。8.存放限制器。1.2 冲压加工的
8、特点 冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。 冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比
9、重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造、铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中采用冲压工艺，许多工业部门就必须要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代。1.3 冲压模具的种类 冲压模具的形式很多，一般可按以下几个主要特征进行分类。根据工艺性质分类（1）冲裁模 沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。（2）弯曲模 使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。（3）拉深模 是把板料毛坯制成开口空心件，或
10、使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。（4）成形模 是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。 根据工序组合程度分类（1）工序模 在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。（2）级进模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。（3）级进模（也称连续模） 在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。第二章 冲压工艺性分析及冲压方案的确定2.1 冲压工艺性分析零件的工艺性分析是
11、指分析该零件采用冲压加工的难易程度和经济性。分析时，要根据制件零件图或者实物，分析其几何形状、尺寸、料厚、结构工艺性、精度及表面粗糙度要求、制件材料、生产数量等是否符合冲压要求。工件图：2.2 冲压工艺方案的确定该制件采用大批量生产，主要包括落料，冲孔、切口、切断、弯曲几个基本工序，可以采用的工艺方案有： （1）先落料，再冲孔，采用工序模生产 （2）落料冲孔级进冲压，采用级进模生产 （3）冲孔落料连续冲压，采用连续模（级进模）生产。 方案（1） 模具结构简单，制造周期短，成本低，但需要两道工序 ，两套模具才能完成该零件的加工。两套模具使成本相应的也提高了，生产效率低。难以满足零件大批量生产的需
12、要。 方案（2） 采用级级进模冲裁时，生产效率高，操作方便，但误差较大，对于此冲件不合理。 方案（3） 采用级进模冲裁，冲出的零件精度和平直度较好，生产效率高，并且可以节约成本。通过以上分析得出该零件采用方案（3）级进模冲裁。第三章 排样设计及计算3.1展开尺寸计算 运用UG软件对排气管垫片零件进行工程图的绘制，工程图如图3.1所示： 图3.1 排气管垫片工程图 3.2排样方案 方案一 方案二 方案三图3-2 排样方案方案一和方案二采用送料的方式如图所示，方案三和方案四采用的送料如图所示。由于考虑到生产实际的要求我们采用横向送料的方式，首先确定方案一为合适的方案。3.3确定搭边值排样中相邻两个
13、零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。 搭边值要合理确定，搭边值过大，材料利用率低，过小时搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。根据表3-1查得搭边值：，表3-1 板料冲裁时的最小搭边值板料厚度人工送料自动送料圆形非圆形往复送料111111.51.521.5322.521-221.52.523.52.5322-32.5232.543.53.533-432.53.5354434-5435465545-6546576656-8657687768768798873.4确定条料宽度计算利用率条料宽度公式如下
14、：其中,B为条料宽度；D为条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a为冲裁件与条料侧边之间的搭边（侧搭边值）；为条料宽度公差查表得。计算利用率：通常是以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率來表示，其中, S为送料步距；A为材料面积；为材料利用率；计算得到方案一：mm；方案二：；有计算结果得出方案二的利用率高于方案一，最终决定采用方案二进行排样。第四章 冲裁力的计算及确定压力中心4.1冲裁力的计算利用普通平刃凸模和凹模冲裁时其冲裁力的计算公式为：b其中：-冲裁力； -冲裁力系数，一般取-冲裁周边长度（）； -冲裁料厚()； b-抗剪强度（）；为了方便计算b，其中为材料抗弯强度，查表得。卸料力、推
15、件力、顶件力系数：查表4-1得，；表4-1 卸料力、推件力、顶件力系数 材料材料厚度（mm）xtd不锈钢3冲裁力：卸料力：推件力： n为留在凹模刃口内料的个数；h为凹模刃口垂直高度；t为料厚； 总冲压力：根据计算结果选取压力机为J23-25型开式双柱可倾冲床。主要参数如下：表4-2 J23-25型开式双柱可倾冲床公程力250KN公程力行程5mm滑块形成次数80最大封闭高度260mm工作台尺寸360560（mm）工作台板厚度65mm模柄孔尺寸4060主电动机功率3Kw4.2 确定压力中心模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重
16、合；否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。 由于冲件Y方向对称，故压力中心，=8.68mm由以上计算可得，冲压件的压力中心坐标为（0,8.68）第五章 冲裁工艺计算5.1选择双面间隙冲裁间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命的影响很大。因此，设计模具时一定要选择一个合理的间隙。间隙在这个范围内，就能得到质量合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙，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（）。由表查得， 表5-1 冲裁模初始双面间隙z （）5.2 冲裁模刃口
17、尺寸计算原则 冲裁件的尺寸精度主要取决与模具刃口的尺寸的精度，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。由于凸、凹模之间存在间隙，使落下的料和冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，结果使间隙越来越大。落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准；设计冲孔模时，以凸模尺寸为基准。考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料凹模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。凸凹模间隙则取最
18、小合理间隙值。确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困能，增加成本，延长生产周期；如果对刃口要求过低（即制造公差过大）则生产出来的制件有可能不合格，会使模具的寿命降低。刃口加工的方法有两种，一种是凹模与凸模分别加工法，另一种是凸模与凹模配合加工法配作法。采用凸模凹模分开加工时，应在图样上分别标注凸模凹模刃口尺寸与制造公差，为了保证间隙值应满足下列关系式：当出现的情况，当大的不多时可以适当调整以满足上述条件，这时凸凹模的公差直接按公式，和确定。如果出现时，就采用配做法。配作法就是先按设计尺寸制造出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准
19、件的实际尺寸按间隙配制另一个零件。5.3 冲孔和落料刃口尺寸计算冲孔刃口计算：，表5-2 冲孔凸模、凹模的极限偏差基本尺寸凸模极限下偏差凹模极限上偏差-0.020+0.020+0.025+0.0300.025+0.035进行调整: 查表5-3得将已知数据和查表结果带入公式：表5-3 系数材料厚度t/mm非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差/mm落料刃口尺寸计算：当以凹模为基准件时，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此属于第一类尺寸。， = = = =凹模磨损后变小的尺寸，为第二类尺寸。 =其中、为不变尺寸=第六章 各零件结构尺寸6.1 凹模的设计冲裁时凹模承受冲裁力和侧向力的作用，
20、由于凹模结构形式不一，受力状态又比较复杂，目前还不能用理论计算法确定凹模尺寸，在生产中都采用经验公式概略的计算凹模尺寸。凹模厚度为： 其中：系数 冲裁件最大的外形尺寸 表6-1 系数kb/mm系数k501000.22，取H=30MM.垂直于送料方向的凹模长度,取送料方向的凹模宽度：其中：其中：-送料方向的凹模刃壁至凹模边缘的最小距离表6-2 材料宽度B材料厚度t mm.凹模外形：mm.图6-1 凹模6.2 凸模设计根据需要，现在选定台阶式凸模，这种凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸可以不相同，工作部分可以为异形，但一般做成圆形或矩形，凸模与固定板配合先用H7/m6。其中，-凹模的厚度；-凸模
21、固定板的厚度；-增加高度，包括凸模的修正量，凸模进入凹模的长度图6-2 冲小孔凸模6.3 凸模凹模的材料选定凹模所用的材料和凸模的选材基本相同。热处理要求比凸模的硬度稍高一些，为 。技术要求按。通用技术条件和凸模类似。凸模选定为，热处理要求达到，尾部回火至。6.4 凸模固定垫板的设计凸模固定垫板在级进模中同时具有固定凸模和落料作用的工作零件。它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小值限制。凸模固定垫板的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，
22、则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。表6-3 倒装级进模凸凹模的最小壁厚C料厚t/mm0.40.60.811.2最小壁厚C1.41.82.32.73.2图6-3 凸模固定垫板6.5 卸料部分的设计卸料装置包括卸料、推件和顶件等装置。其作用是当冲裁完成一次冲压之后，把冲裁件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，卸料是指把冲裁件或废料从凸模上卸下来；推件和顶件一般指把冲裁件或废料从凹模中卸下来。6.5.1 卸料装置卸料装置主要包括固定卸料装置、弹压卸料装置和废料切刀三种。固定卸料板结构简单、工作可靠，卸料力较大，适合用于平整度要求不高或厚板料制件的卸料。弹压卸料装置是由卸
23、料板、弹性元件（橡胶）、卸料螺钉等零件组成。弹压卸料既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较高。适用于质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁。考虑到模具结构的特点以及工件厚度为1mm，故采用弹性卸料装置。6.5.2 推件和顶件装置推件和顶件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料，向下推出的机构称为推件一般装在上模内；向上顶出的机构称为顶件，一般装在下模内。推件装置主要有刚性推件装置和弹性推荐装置两种。一般刚性推荐装置较多，由打杆、推板、连接推杆和推件块组成。经过考虑选择打杆直接推动推件块，工作原理是在冲压结束后上模回程时利用打杆将凹模内的工件推出，其推件力大，工作可靠。6.5.3 橡胶的选
24、用模具中的弹性元件主要有弹簧和橡胶板，橡胶板允许承受的载荷较弹簧大，安装调整方便。依据实际需要，选用橡胶板做为弹压卸料装置中的弹性原件。橡胶作为冲模卸料或推、顶件用时，与弹簧的选用方法相类似。也是应根据卸料力或推（顶）件力的要求以及压缩量的要求来校核橡胶的工作压力和许可的压缩量，以保证满足模具结构要求与设计的要求。橡胶允许承受的负荷较大，安装调节灵活方便，是常用的弹性元件。主要为弹性卸料压料及顶件装置提供作用力和行程。橡胶的选用原则：橡胶工作压力的计算式中：橡胶工作压力（即用作卸料或顶件的工艺力）； 橡胶横截面积； 单位压力，与橡胶的压缩量、形状有关，取，计算橡胶横截面积为：；则橡胶的工作压力
25、为：式中：橡胶在预压缩状态下的压力，； 卸料力，橡胶压缩量和厚度的确定橡胶压缩量不能过大，否则会影响其压力和寿命。产生实践表明，橡胶最大压缩量一般应不超过其厚度的，而模具安装时橡胶应预先压缩。所以橡胶厚度与其许可压缩量之间关系为：选定橡胶板的厚度，则其许可压缩量为：；最大压缩量等于； 安装时的预先压缩量等于。橡胶板的校核橡胶板的工作压力应大于卸料力，橡胶的许可压缩量大于模具需要的压缩量。同时应校核橡胶的工作厚度与外径的比值在之间，才能保证橡胶正常工作。；需要的压缩量；经过以上校核，橡胶板的设计符合使用要求。6.6 模架、模座和导柱导套6.6.1 模架类型模架是由上、下模座、模柄及导向装置（最常
26、用的是导柱、导套）组成，模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台面。对模架的基本要求有足够的强度与刚度，以保证工作时整个模具系统的稳定。模架主要分为两大类：一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模模架；导柱模模架按导向结构形式分为滑动导向和滚动导向两种。滑动导向模架的精度分为I级和II级。滚动导向模架分为0I级和0II级。各级对导柱、导套的配合精度、上模座、下模座下平面的平行度、导柱轴心线对下模座下平面的垂直度等都规定了一定的公差等级。另一类是由导板、下模座，导柱、导套组成
27、的弹压导板模架。模架及其组成零件已经标准化，并对其规定了一定的技术条件。1.导柱模模架分为滑动导向模架和滚动导向模架。滑动导向模架有6种结构形式，中间导柱模架，对角导柱模架，后侧导柱模架，后侧导柱窄型模架，中是导柱圆形模架，四导柱模架。滚动导向模架有4种结构形式，即对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架和后侧导柱模架。对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架的共同特点是：导向装置都安装在模架的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠。所以要求导向精确可靠的都采用这3种结构形式。对角导柱模架上、下模座的工作平面模向尺寸L一般大于纵向尺寸B，常用于横向送料的级进模、纵向送料的单工序模或级进模。中间导柱模
28、架只能纵向送料，一般用于单工序模或级进模。四导柱模架常用于精度要求较高或尺寸较大制件的和产及大批量生产用的自动模。后侧导柱模架(图6-4)的特点是导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便，但如果有偏心载荷，压力机导向又不精确，就会造成上模座歪斜，导向装置和凸、凹模都容易磨损，从而影响模具寿命，帮一般用于较小的冲模。图6-4 后导柱模架2. 弹压导板模架：弹压模架的特点是，作为凸模导向用的弹压导板与下模座以导柱导套为导向构成整体结构。凸模与固定板是间隙配合而不是过渡配合，因而凸模在固定板中有一定的浮动量。这种结构形式可以起到保护凸模的作用，一般用于带细长凸模的连续模。结合本次模具的大小及上模座的
29、具体结构、模具复杂性及模架的精度。模具的生产成本等因素，根椐中华人民共和国国家标准选择标准，选择代号为GB 2858.581的选用滑动后侧导柱模架，其结构形式如图：选用模架的主要尺寸：表6-4 模架尺寸L540B625H最大255最小2104555材料：HT200热处理：调质6.6.2 模座 在选用和设计时应注意：（1）尽量选用标准模架，而标准模架的型式和规格就决定了上、下模座的型式和规格。（2）所选用或设计的模座必须与选用的压力机的工作台和滑块的有关尺寸相适应，并进行必要的校核。（3）模座一般采用、等材料。（4）模座的上、下表面的平行度应达到要求，平行度一般为4级。（5）上、下模座的导套、导
30、柱安装孔中心距必须一致，精度一般要求在以下；模座的导柱、导套安装孔的轴线应与模座的上、下平面垂直，安装滑动式导柱和导套时，垂直度一般为4级（6）模座的上、下表面粗糙度Ra值为，在保证平度的前提下，可允许Ra值为6.6.3 导柱与导套的选用导柱与导套的结构与尺寸按所选定的模架，以及模具的具体结构配合选用标准件。导柱、导套与模座的配合为过盈配合。1.导柱：根据所选用的滑动中间导柱模架的模架形式，结合整体模具的设计，根椐中华人民共和国国家标准选择标准，选择代号为GB 2861.190的选用A型导柱，其结构形式如图：图6-5 A型导柱基本尺寸选取：材料选取及热处理加工：20钢，热处理硬度HRC5662（渗碳淬火）。2.导套：配合导柱，椐中华人民共和国国家标准选择标准，选择代号为GB 2861.690的选用A型导套：