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1、济南大学泉城学院毕业设计 济南大学泉城学院毕 业 设 计题 目 GS125鞍座挂钩支架 的冲压工艺及模具设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 0701 学 生 崔哲 学 号 20073006008 指导教师 张明哲 二一 一 年 五 月 三十 日- 1 -济南大学泉城学院毕业设计摘 要本次毕业设计的任务是设计鞍座挂钩支架的冲压工艺及模具设计。首先对给定的鞍座挂钩支架进行了冲压工艺性分析，明确了冲压该零件所需的基本工序。针对支架的结构特点，分析了成形过程的两种不同冲压工艺方案，经过综合分析、比较,确定了该零件的最佳冲压方案，确定了工序数目与顺序。进行了工艺参数、凸凹模刃口尺寸、凹模厚度、
2、外形等模具主要结构的计算，根据所得数据确定了模架及其它零件。设计出落料模、冲孔模和弯曲模的三套工序的一整套冲压模具，并给出了模具的结构图以及分析了模具结构的特点。该模具结构及工艺方案合理、正确，模具设计简单、使用可靠、维修性好；弯曲模一次定位冲程，生产效率高、工件精度高该模具已在生产单位试用，使用维护方便，安全可靠，大大减轻了工人的劳动强度，使用效果良好，经济效益明显，可推广使用且能实现模具制造的基本要求。关键词：鞍座挂钩支架；冲压工艺；模具设计；凸模；凹模ABSTRACTThe graduation project is to design the task of linking the s
3、addle bracket and die stamping process design.First, the given saddle are linked to support analysis of stamping process, and requires to clear the the basic process of the parts stamping. Support for the structural characteristic of the forming process of the stamping process in two different progr
4、ams, a comprehensive analysis, comparison, and determine the best stamping of the part program, to determine the number and order process. The process parameters, cutting edge punch and die size, die thickness and shape of the calculation of the main structure, such as mold, according to the data id
5、entified the mold, and other parts. Design Chula material mold, punching die and bending die stamping die set of three processes, and gives the mold structure and the characteristics of the mold structure.The mold structure and process scheme is reasonable, correct, mold design simple, reliable, mai
6、ntenance is good; bending die a positioning stroke, high efficiency, high precision parts production unit in the mold trial, convenient maintenance, safe and reliable, greatly Reduce the labor intensity, with favorable results obvious economic benefits, can promote the use of mold and can achieve th
7、e basic requirements. Key words： saddle hook bracket; stamping process; mold design; punch; die目 录摘要. .IABSTRACT.II1 前言.11.1国内外研究现状.11.2 选题的目的及意义.22零件的工艺分析及方案选择.32.1零件的工艺性分析.32.1.1鞍座挂钩支架的工艺性分析.32.1.2毛坯尺寸的计算.42.1.3工艺方案的制订.43落料模具的设计.73.1冲压工艺的计算 .7 3.1.1排样方案 .7 3.1.2冲压压力的计算.83.1.3模具的压力中心计算. .9 3.1.4模具刃
8、口尺寸的计算. .93.2落料主要零件的设计.10 3.2.1落料凹模的设计.10 3.2.2落料凸模的设计.11 3.2.3落料卸料板的设计.11 3.2.4落料模座的设计.11 3.2.5凸凹模垫板的设计.11 3.2.6闭合高度的设计.11 3.2.7模柄、导柱、导套的选用12 3.2.8模具材料的选用.12 3.2.9最终的模具结构图.124冲孔模具的设计.144.1冲孔工艺参数计算.144.1.1冲压压力的计算.144.1.2模具的压力中心计算.154.1.3模具刃口尺寸的计算.154.2冲孔主要零件的设计.17 4.2.1冲孔凹模的设计.174.2.2冲孔凸模的设计.17 4.2.
9、3冲孔弹性卸料板的设计.17 4.2.4冲孔模座的设计.18 4.2.5凸凹固定板的设计.18 4.2.6闭合高度的设计. 18 4.2.7模柄、导柱、导套的选用. 18 4.2.8模具材料的选用. 19 4.2.9最终的模具结构图.195弯曲模具的设计.205.1弯曲工艺的计算.20 5.1.1凸模圆角半径.20 5.1.2弯曲件回弹值的计算.20 5.1.3最小弯曲半径.20 5.1.4弯曲力的计算.215.2弯曲模工作部分尺寸计算.215.2.1凹模圆角半径.215.2.2模具冲压中心的确定.225.2.3凹模工作部分深度的设计计算.225.3弯曲模零件的设计和选用.225.3.1凹模的
10、尺寸.225.3.2凸模的尺寸.235.3.3固定板的设计.235.3.4模座设计.235.3.5闭合高度的设计.235.3.6模柄、导柱、导套的选用.245.3.7模具材料的选用.245.3.8最终的模具结构图.24结论.25参考文献.26致谢.27- 27 -1 前言1.1国内外研究现状：改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本
11、和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、Euclid-IS等国际通用软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等
12、方面做出了贡献。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。由于近年市场需求的强大拉动，我国模具工业发展很快，市场广阔。模具在我国涵盖了各种用于金属和非金属成型的特殊装备。总的来看，技术含量低的模具早已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量较高的中、高档模具还
13、远不能满足国民经济发展的需要，轿车覆盖件冲模、精密复杂塑料模、电子接插件和电子产品模具等高档模具仍有很大一部分依靠进口。中国经济连年高速发展，为模具工业的发展提供了广阔的空间。中国消费结构和产业结构的加快升级，将带动对先进模具制造技术，先进设备需求的旺盛。1.2选题的目的及意义：模具设计与生产越来越成为现代加工业的重要组成部分，所以我选择做冲压工艺及模具设计。鞍座挂钩支架的冲压工艺及模具设计是典型的冲压件，通过设计其冲压工艺，可以使我对冲压工艺的设计更加熟悉，提高对冲压工艺工序图、模具装配图、部件图、零件图的读图、绘图和设计能力，从而进一步提高分析、解决实际问题方面的能力，并加深对冲压成型的理
14、解；通过设计其冲压模具，可以巩固所学的专业知识。2零件的工艺分析及方案选择2.1零件的工艺性分析2.1.1鞍座挂钩支架的工艺性分析鞍座挂钩支架如图2.1所示，该零件的材料为Q235，板厚为2mm，大批量生产，该零件在高温条件下工作，表面不允许有折皱及折痕等缺陷。图2.1 鞍座挂钩支架从技术要求和使用条件来看，零件的精度要求一般，适合冲压生产。其工件最小圆角半径2mm符合最小圆角半径要求，工件的冲压精度和粗糙度都要求不高，符合冲裁要求。2.1.2毛坯尺寸的计算工件的主要成形工序为落料、冲孔、弯曲，所以毛坯的尺寸为各部分尺寸的相加，从而计算出毛坯的直径。弯曲毛坯尺寸的长度计算，其中圆角半径r=2，
15、t=2。属于圆角半径r0.5t的弯曲件。弯曲件由于变薄不严重，按中性层展开原理，坯料总长度应等于弯曲件的直线部分和圆弧部分长度之和，即： L= (2-1) L=L1+L2+ .(2-2)其中：L1=100mm,L2=100,r=2mm,t=2mm.x=0.32,所以：L=204.15mm。即竖边的高度为204.15mm。其余的尺寸如图2.2所示：图2.2 鞍座挂钩支架弯曲部分工艺参数图2.1.3工艺方案的制订经过以上分析，可以进一步明确，该零件的冲压加工包括以下基本工序：落料、冲孔、弯曲。此工件的成形工艺可以有以下几种方案：方案一：按照基本工序顺序：落料冲上面圆孔冲底面大孔弯曲方案二：冲上面圆
16、孔，冲底面大孔复合，其他按照基本工序：落料冲上面圆孔、底面大孔弯曲分析以上两种方案，可以看到：方案一：按照基本工序排列的冲压工艺每步工序都只使用简单模具，结构简单，制造周期短，价格较低，适合中小批量生产，但是由于工序较多，操作不方便，零件的尺寸不易控制，又增加了模具数量，依照零件的批量要求来看，单工序模不合适。方案二：冲上面圆孔，底面大孔复合，实现几道工序在一副模具上完成，减少了工序数和模具数，降低模具的费用和零件的生产费用，冲压出的工件质量较高，符合零件大批量的要求，并且复合模具容易实现，提高了经济效益，降低了生产成本。通过上述对两种方案的分析，最终选用方案二：落料冲上面圆孔、底面大孔弯曲（
17、1）零件的排样图，如图2.3。 搭边的最小宽度大于塑变区的宽度，由板厚2mm查搭边数值表，沿边搭边为2.5mm，工件间搭边为2.2mm。2.52.52.2图2.3 排样图（2）第一步工序：落料，工件如图2.4图2.4 落料工件图（2）第二步工序：冲上面圆孔、底面大孔，工件如图2.5。图2.5 打孔工件图（3）第三步工序：弯曲，工件如图2.6。图2.6 弯曲工件图3落料模具的设计3.1 冲压工艺的计算3.1.1 排样方案查搭边数值表，确定搭边数值。当t=2mm时，沿边搭边为2.5mm，工件间的搭边为2.2mm。2.52.52.2图3.1 排样图（2）第一步工序：落料，工件如图3.1一个进距的材料
18、利用率% (3-1)式中 A冲裁件的面积； n一个进距内冲裁件数目； b条料宽度； h进距；所以 =70.52%3.1.2 冲压压力的计算（1） 落料冲裁力 (3-2)式中 K系数；选择设备吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动因素，实际冲裁力可能增大，因此取k=1.3； 落料件周长；mm； 材料抗剪强度； 材料抗拉强度；Q235 =375460，取=420；所以 =1.3804.852420 =878.90（KN）（2） 推件力的计算 (3-3)式中 n卡在凹模洞口里的工件数； 推件力系数；查之值表，取=0.055； F 落料力；所以 =48.34（KN）（3） 总冲压力的计算 (3-
19、4) =878.90+48.34 =927.24（KN）（4） 压力机的初步选择选择设备吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能、波动等因素，实际冲裁力可能增大，所以应取 (3-5) =1.3927.24 =1205.4(KN) 因此初步选择压力机的型号为JA21160开式压力机，公称压力为1600KN，最大封闭高度为450mm，最小封闭高度为320mm。3.1.3 模具的压力中心计算毛坯外形为不规则圆形，用CAD工具测量模具的压力中心位于X=81，Y=84。3.1.4模具刃口尺寸的计算落料凸、凹模刃口尺寸：根据落料厚度t=2mm、冲孔模刃口始用间隙查得间隙值Zmin=2Cmin=0.246m
20、m，Zmax=2Cmax=mm。 (3-6)根据凸凹模的制造极限偏差表查得凸凹模的极限偏差为：凹模：为了保证冲模的间隙小于最大合理间隙： (3-7) 因为 满足条件。由于零件为圆形且比较简单，所以凸凹模可以分开加工，且零件的公差等级为IT12，精度要求不高。落料凹模的尺寸：由公式得： (3-8)已知：L1=204mm， 查表得公差：L2=100mm， 2=0.35mm，L3=104mm， 3=0.35mm，L4=100mm， 4=0.35mm，L5=100mm， 5=0.35mm，L6=200mm， 6=0.46mm。将数据带入公式得落料模具的尺寸：得落料凸模的尺寸：由公式得： (3-9) 3
21、.2落料主要零件的设计3.2.1 落料凹模的设计（1） 厚度Ha凹模的厚度可根据公式： H=Kb (3-10)查表得：K=0.120.18，取H=35mm。凹模的外形尺寸：根据凹模壁厚公式： C=(1.52)H (3-11)取壁厚C=45mm。（2） 刃壁形式因为此模结构简单，同时材料较薄，结合冲模凹模的刃壁形式选择直壁形式。（3） 凹模的固定形式利用销钉和螺钉固定在下模座上。3.2.2落料凸模的设计（1） 凸模长度的计算：h1凸模卸料板厚度，17mm，h1 =17mm；（2） h2增加长度。它包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度3-5mm、凸模固定板与卸料板的安全距离等。这里取3mm，h=3
22、mm；（3） 同时根据压力机的闭合高度范围；取 ： H凸模=87（mm）3.2.3 落料卸料板的设计由于所设计的厚度仅为2mm，且要求表面平整，可采用有导向的刚性卸料版： 卸料板长宽： BL：290290mm 卸料板厚度： h0=17mm卸料板材料选用45钢，不用热处理淬硬。3.2.4 落料模座的设计（1） 模座的外形尺寸由于凹模的外形尺寸BL=290290mm，根据上模座的厚度为凹模厚度的1.52倍，H凹=35mm；所以上模座的厚度确定为55mm；可查模架标准结构表确定：上模座的尺寸为31531555进而可确定：下模座的尺寸为31531570（2） 模座的材料一般选用铸铁HT200，也可选用
23、A3,A5结构钢，本设计从降低模具成本考虑选用铸铁HT200。3.2.5 凸凹模垫板的设计（1）根据模具整体的闭合高度的设计：可以取上垫板的厚度为：H上垫板=45mm，（2）根据模具整体的闭合高度的设计：可以取下垫板的厚度为：H下垫板=40mm。3.2.6 闭合高度的设计落料模闭合高度是指模具在最低的工作位置时，下模座的底平面至上模座的顶平面之间的距离（不含模柄高度）。压力机的闭合高度是指滑块在下止点时工作台面（不含垫板高）至滑块下平面件的距离。在落料模具中：闭合高度范围是： 329mm379mm。而我们选的压力机的闭合高度范围是：320mm450mm。 压力机最大闭合高度，=450mm； 压
24、力机最小闭合高度，=320mm；所以 落料模闭合高度满足H。3.2.7模柄、导柱、导套的选用根据所选压力机的模柄孔，根据标准件表，查得相应标准的模柄，选标准的凸缘模柄d=76mm，D=78mm。根据标准件表，选用标准的导柱、导套，按标准选用时，长度应保证上模座在最低位置时，导柱上端面与上模座顶面距离不小于1015mm，而下模座底面与导柱面的距离s不小于5mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合，导套的外径与上模座导套孔采用过盈配合，导套的长度保证在冲压开始时导柱一定要进入导套10mm以上。选B型的导套、导柱：D1=60mm，d1=45mm；D1=65mm，d1=50mm；3.2.8模具材料的
25、选用凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作，并伴有温度的升高，工作条件极其恶劣。所以对凸凹模的材料要求有较好的耐磨性，耐冲击性，淬透性和切削性。硬度要大，热处理变形小，而且价格要低廉。结合上述原则，由凸、凹模材料的选用与热处理表5推荐材料有：a) 凸模，凹模，凸凹模均采用9Mn2V；b) 导柱，导套采用20 钢；c) 挡料销，定位销，固定板，凸模固定板采用45 钢；d) 卸料板，顶件板采用Q235钢；e) 上、下模座采用HT200；3.2.9最终的模具结构图根据以上的分析与计算，设计出最终的落料模具，如图3.2。图3.2 落料模装配图4 冲孔模具的设计4.1冲孔工艺参数计算4.1
26、.1冲压压力的计算（1）冲裁力的计算由公式 F冲= (4-1)其中：k=1.3，L=228.4mm，t=2mm， L冲孔件总周长；mm； 材料抗剪强度； 材料抗拉强度；Q235 =375460，取=420；所以： F冲=1.3228.42420=249.41（KN），（2）推件力的计算由公式 ， (4-2)其中：n=1，k=0.055，F=249.41(KN),n卡在凹模洞口里的工件数； 推件力系数；查之值表，取=0.055； F 冲裁力；所以： =13.72（KN）（3）卸料力的计算由公式 ， (4-3)其中：K=0.05，F=249.41(KN),K卸卸料力系数；查之值表，取K卸=0.05
27、；所以： F卸=0.05249.41=12.47（KN）（4）总冲压力的计算 (4-4) =249.41+12.47+13.72 =275.6（KN）（5） 压力机的初步选择选择设备吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能、波动等因素，实际冲裁力可能增大，所以应取=1.3275.6=358.28(KN) (4-5) 因此初步选择压力机的型号为JH2340开式压力机，公称压力为400KN，最大封闭高度为330mm，最小封闭高度为265mm。4.1.2 模具的压力中心计算YX图4.1 落料模装配图如图4.1所示，计算如下：两个孔的坐标分别为：X1=0,X2=0,Y1=0,Y2=100,周长： L1
28、=134.2mm，L2=94.2mmXo=， (4-6) Yo=41.24 (4-7)所以： 压力中心为（0，41.24）4.1.3模具刃口尺寸的计算根据落料厚度t=2mm、冲孔模刃口始用间隙查得间隙值Zmin=2Cmin=0.246mm，Zmax=2Cmax=mm。 (4-8)根据凸凹模的制造极限偏差表查得凸凹模的极限偏差为：凸模：为了保证冲模的间隙小于最大合理间隙： (4-9) 因为 (4-10)满足条件。由于零件为圆形且比较简单，所以凸凹模可以分开加工，且零件的公差等级为IT12，精度要求不高。冲孔凸模的尺寸：由公式得： (4-11)式中 d 冲孔件内径的基本尺寸，mm，d=25mm；
29、工件的制造公差，mm，=0.46mm； X 磨损系数，x=0.5；已知： L1=30mm， 查表得公差：L2=30mm， 2=0.25mm，L3=20mm， 3=0.21mm，L4=30mm， 4=0.25mm，L5=20mm， 5=0.21mm，将数据带入公式得冲孔模具的尺寸：得冲孔凹模的尺寸：由公式得： (4-12) 4.2冲孔主要零件的设计4.2.1 冲孔凹模的设计（1）凹模孔口的设计凹模孔口的形式：该零件的冲裁模选择常用的直刃壁孔口凹模，凹模孔口的高度不宜过大，此零件t=2mm：由公式： 当t=0.55mm，h=510mm，取 h=5mm（2）凹模厚度的计算根据公式： H=Kb (4-
30、13)查表得： K=0.120.18，取H=35mm。4.2.2冲孔凸模的设计（1）凸模的固定形式 根据冲制零件的形状、尺寸、加工方法的不同，凸模有多种固定形式，本设计凸模以台肩与固定板固定。（2）凸模的长度凸模的长度根据零件的结构来确定，由公式：Lt=Ht+H1+Ho (4-14)其中 ： 凸模的长度； 凸模固定板的厚度； 凸模进入凹模的长度； 自由长度；所以 Lt=35+3+62.5=100.5mm4.2.3 冲孔弹性卸料板的设计冲孔选用弹性卸料板，其中弹性卸料板与凸模的双边间隙一般为0.1mm-0.2mm，为了可靠卸料，弹性卸料板应高出凸模0.5mm。卸料板的尺寸：外形一般与凸模的固定板
31、的外形一致，固定板一般与凹模外形一致。厚度差手册得：H=16mm，卸料板材料选用45钢，不用热处理淬硬。4.2.4 冲孔模座的设计（3） 模座的外形尺寸由于凹模的外形尺寸BL=315250mm，根据上模座的厚度为凹模厚度的1.52倍，H凹=35mm，所以上模座的厚度确定为50mm，可查模架标准结构表确定上模座的尺寸为31525050，进而可确定下模座的尺寸为31525060，（4） 模座的材料一般选用铸铁HT200，也可选用A3,A5结构钢，本设计从降低模具成本考虑选用铸铁HT200。4.2.5 凸凹固定板的设计（1）根据模具整体的闭合高度的设计：可以取上固定板的厚度为：H上垫板=35mm，即
32、上垫板的尺寸为：31525035（2）根据模具整体的闭合高度的设计：可以取下固定板的厚度为：H下垫板=35mm，即下垫板的尺寸为：315250354.2.6 闭合高度的设计落料模闭合高度是指模具在最低的工作位置时，下模座的底平面至上模座的顶平面之间的距离（不含模柄高度）。压力机的闭合高度是指滑块在下止点时工作台面（不含垫板高）至滑块下平面件的距离。在落料模具中：闭合高度范围是：269.5mm300mm。而我们选的压力机的闭合高度范围是：265mm330mm。 压力机最大闭合高度，=330mm； 压力机最小闭合高度，=265mm；所以 落料模闭合高度满足H。4.2.7模柄、导柱、导套的选用根据所
33、选压力机的模柄孔，根据标准件表，查得相应标准的模柄，选标准的凸缘模柄d=50mm，D=52mm。根据标准件表，选用标准的导柱、导套，按标准选用时，长度应保证上模座在最低位置时，导柱上端面与上模座顶面距离不小于1015mm，而下模座底面与导柱面的距离s不小于5mm，导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合，导套的外径与上模座导套孔采用过盈配合，导套的长度保证在冲压开始时导柱一定要进入导套10mm以上。选B型的导套、导柱：D=55mm，d=39mm；4.2.8模具材料的选用凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作，并伴有温度的升高，工作条件极其恶劣。所以对凸凹模的材料要求有较好的耐磨性，耐
34、冲击性，淬透性和切削性。硬度要大，热处理变形小，而且价格要低廉。结合上述原则，由凸、凹模材料的选用与热处理表推荐材料有：a)凸模，凹模，凸凹模均采用9Mn2V；b)导柱，导套采用20 钢；c)挡料销，定位销，固定板，凸模固定板采用45 钢；d)卸料板，顶件板采用Q235钢；e)上、下模座采用HT200；4.2.9最终的模具结构图根据以上的分析与计算，设计出最终的冲孔模具，如图4.2。图4.2 冲孔模装配图5 弯曲模具的设计5.1 弯曲工艺的计算5.1.1(1) 无圆角半径(较小)的弯曲件(r0.5t) 根据中性层长度不变原理计算。因为r=2.0mm0.5t=0.52mm=1mm，属于有圆角半径的弯曲件。所以弯曲件的展开长度按直边区与圆角区分段进行计算。视直边区在弯曲前后长度不变，圆角区展开长度按弯曲前后中性层长度不变条件进行计算。弯