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模具类毕业设计论文


沈阳航空职业技术学院毕业课题综合训练说明书

第一章 引言
模具是工业产品生产用的重要工艺装备,它是以其自身的特殊形状通过一定 的方式使原材料成形(成型)。现代产品生产中,模具由于其加工效率高、互换 性好、节约原材料,所以得到广泛的应用[1]。 冲压加工是利用安装在压力机上的模具,对放置在模具内的板料施加变形力, 使板料在模具内产生变形,从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技 术。由于冲压加工常在室温下进行,因此也称冷冲压。冲压成形是金属压力加工 方法之一,是建立在金属塑性变形理论基础上的材料成形工程技术。冲压加工的 原材料一般为板料或带料,故称为板料冲压。冲压工艺是指冲压加工的具体方法 和技术经验,冲压模具是指将板料加工成冲压零件的特殊专用工具。 冲压生产靠模具和压力机完成加工过程,其特点有:质量稳定,互换行好;可以 获得难以制造的壁薄、重量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件;不但节能, 而且节约金属;它是一种高效率的加工方法。 生产中为满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量大小、原材料性能的要求,冲 压加工的方法是多种多样的。但是,概括起来可以分为分离工序与成形工序两大 类。分离工序又可分为落料、冲孔和剪切等,目的是在冲压过程中使冲压件与板料 沿一定的轮廓线分离。成形工序可分为弯曲、拉深、翻孔、翻边、胀形、缩口等, 目的是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形,并转化成所要求的制件形状。

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第二章 冲压件工艺性分析
2.1 冲裁件的工艺性分析
冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性。即冲裁件的结构、形状、 尺寸及公差等技术要求是否符合冲裁加工的工艺要求,难易程度如何。工艺性是 否合理,对冲裁件的质量、模具寿命和生产效率有很大影响。良好的冲裁工艺性 能使材料消耗少、工序数量少、模具结构简单且使用寿命长、产品质量稳定。

2.1.1 冲裁件的形状和尺寸
(1)冲裁件的形状设计应尽量简单、对称,同时应减少排样废料。 (2)除在少、无废料排样或采用镶拼模结构是,允许工件有尖锐的清角外,冲 裁件的外形或内孔交角处应采用圆角过渡,避免清角。 (3)尽量避免冲裁件上过长的悬臂与窄槽,它们的最小宽度 b
? 1 .5 t



(4)冲裁件的凸起和凹槽宽度不应小于板料厚度 t 的两倍,冲裁件孔与孔之间, 孔与零件边缘间的壁厚,因受模具强度和零件质量的限制,其值不能太小。一般 要求 c
? 1 .5t

, c' ? t 。

(5)冲裁件的孔径因受冲孔凸模强度和刚度的限制,不宜太小,否则容易折断 和压弯。冲孔最小直径与孔的形状、板料力学性能、板料厚度有关。

2.1.2 冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度
(1)冲裁件的尺寸精度要求,应在经济精度范围以内,对于普通冲裁件,起经 济精度不高于 IT11 级,冲孔件比落料件高一级。金属冲裁件的内、外形的经济精 度不高于 IT11 级。一般落料精度最好低于 IT10 级,冲孔精度最好低于 IT9 级。 (2)非金属冲裁件、内外形的经济精度为 IT14、IT15 级。 (3)冲裁尺寸标注符合冲压工艺要求。

2.2 异形垫圈工艺分析
冲裁件材料是 08 钢,属于优质碳素结构钢,具有较好的塑性和韧性,主要用来 制造冷冲压零件。冲裁件结构形状简单,无尖角,零件图上所有尺寸均未标注公差,

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属于自由尺寸,按 IT14 级确定工件的尺寸公差,如图 2.1 所示。经查公差表 ,各 尺寸为:
? 60
0 ? 0 . 74

[3]

mm

,

30

? 0 . 52 0

mm

,

30

? 0 . 52 0

mm

? ? , R 6 0 0 .3 mm , R 3 0 0 .25 mm 。

图 2.1 制件图

经上诉分析,产品的材料性能符合冲压加工要求。

2.3 制定工艺方案
2.3.1 冲裁模的选择
(1)单工序冲裁模 单工序冲裁模是指在压力机一次行程内只完成一种冲压工序,而不论冲裁的 凸(或凹)模是单个还是多个.单工序模有落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边 模等。 如采用单工序冲裁模,该零件需落料单工序模和冲孔单工模。由于采用单工序 模进行加工,模具制造简单、维修方便,但加工效率底、零件精度较低,所以不 适合大批量生产。若采用单工序冲裁模,需要落料和冲孔两道工序才能完成,不 但零件的精度难以保证,模具数量和工序会增加,而且工序管理也变得复杂。 (2)级进冲裁模 级进冲裁模又称连续冲裁模,是指压力机在一次行程中,依次在模具几个不同 位置上同时完成多到冲压工序的冲模。 连续冲裁模生产效率高,便于实现生产的自动化,操作方便、安全,适零件 大批量生产。其缺点是模具结构复杂、制造加工困难、模具成本较高。
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(3)复合冲裁模 复合冲裁模是指压力机在一次行程中,在模具同一部位同时完成数倒冲压工 序的模具。 复合模结构紧凑、生产效率高、工件精度高,特别是制件孔对外形的位置容 易保证。对条料的要求不高,对边角余料也可进行加工。但是模具结构复杂,模具 制造成本低、周期长。适用于大批量生产。 因此适用于大批量加工冲孔和落料两道工序的零件的是连续冲裁模和复合冲 裁模,两者比较后采用复合冲裁模。

2.3.2 确定复合模类型
按照凹模位置的不同,复合模分为倒装复合模和顺装复合模两种。 (1)顺装复合模冲裁时冲孔的废料在下模或条料上,不易清除,故很少采用。 (2)倒装式复合模废料直接由凸模从凸凹模孔推出,零件被凸凹模顶入凹模孔 内,待冲压结束后由推件板推出。 因此加工该零件采用倒装式复合模。

2.4 排样设计
排样设计是指冲裁件在条料或板料上的布置方式。排样与否不但影响材料的 经济利用,还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成 本等技术、经济指标[9]。

2.4.1 排样设计原则
(1)提高材料利用率。 (2)改善操作性。 (3)使模具结构简单合理、寿命高。 (4)保证制件质量。

2.4.2 排样的选择
(1)有废料排样 有废料排样是指在冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间均有工艺余 料废料,冲裁是沿冲裁件的封闭轮廓进行的。 (2)少废料排样

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少废料排样是指只在冲裁件之间或只在冲裁件与条料侧边之间留有搭边。冲 裁只沿冲裁件的部分轮廓进行,材料利用率可达 70%~90%。 (3)无废料排样 无废料排样是指在冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间均无搭边存 在,冲裁件直接由切断条料获得的。材料利用率可高达 85%~90%。 采用少废料、无废料排样时,材料利用率高,不但有利于一次行程获得多个 冲裁,还可以简化模具结构、降低冲裁力,但是因为条料本身的公差以及条料导 向与定位所产生的误差将直接影响冲裁件,所以冲裁件的尺寸精度较低。同时, 在有些无废料排样中,冲裁时模具会单面受力,不但会加剧模具的磨损,降低模 具寿命,而且也直接影响到冲裁件的断面质量。有废料排样时冲裁件质量和模具 寿命较高。 所以,在排样设计中选择有废料排样。

2.4.3 排样形式
根据冲裁件板料上的排样方式,有直排、单行排、多行排、斜排、对头直排和 对头斜排等多种排列方式。

2.4.4 排样设计
(1)搭边 冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间留下的工艺余料称为搭边。 搭边的作用:补偿定位误差,保持条料有一定的距离,以保证零件质量和送 料方便[9]。 冲裁件冲裁时,搭边过大,会造成材料浪费,搭边太小,冲裁是容易翘曲或 被拉断,不仅会增大冲件毛刺,有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口,降 低模具寿命,或影响送料工作。搭边值的合理数值主要取决于冲裁件的板料厚度, 材料性质,外廓形状及尺寸大小等,一般来说,材料硬时,搭边值可取小些,软 材料或脆性材料,搭边值应取大些,板料厚度大,需要的搭边值大,冲裁件的形 状复杂,尺寸大,过渡圆角半径小,需要的搭边值大,手工送料或有侧压板导时, 搭边值可取小些。 根据此零件材料的厚度 0.8mm、外轮廓形状及尺寸查找有关资料:
a 1 ? 0.8
a ? 1 .0

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(2)送料进距与条料宽度 模具每冲裁一次,条料在模具上前进的距离称为送料进距。当单个进距内只冲 裁一个零件时,送料进距的大小等于条料上两个零件对应点之间的距离:
A ? D ? a1

式中

A —送料进距,mm。
D —平行于送料方向的冲裁件宽度,mm。

a 1 —冲裁件之间搭边值,mm。

在式中 故:

D ? 60 mm

a1 ? 0 . 8

A ? D ? a 1 ? 60 ? 0.8 ? 60.8mm

(3)条料宽度 冲裁前通常需要按要求将板料裁剪为适当宽度的条料,为保证送料顺利,不 因条料过宽而发生卡死现象,条料的下料公差规定为负偏差,条料在模具上送进 时,一般都有导料装置,有时还要使用侧压装置(侧压装置是指在条料送进过程 中,在条料侧边作用一横向压力,使条料紧贴料板一侧送进的装置)。 当条料在无侧压装置的导料板之间送料时,条料宽度 B 按下式 计算:
B ? [ D ? ( a ? ? ? c )? ? 2 ]
0

式中

B

— 条料宽度的基本尺寸,

D— 条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸,
a

— 侧搭边值, — 条料下料剪切公差, — 条料与导料板之间的间隙,

?
c

本设计采用的是无侧压装置的,公式为:
B ? [ D ? ( a ? ? ? c )? ? 2 ]
0

在式中

L ? 60

a ? 1 .0

? ? 0 .5
0

c ? 0 .1

故:

B ? [ D ? ( a ? ? ? c )? ? 2 ]

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? [ 60 ? 2 ? (1.0 ? 0.5 ? 0.1)] ? 63 . 2 ? 0 . 5 mm
0 0 ? 0 .5

(4)排样图

图 2.2 排样图

(5)材料利用率 材料利用率是冲压工艺中一个非常重要的经济技术指标。其计算可用一个进 距内冲裁件的实际面积与毛坯面积的百分比表示:
? ? A / BS ? 100 %

式中

A— 一个进距内冲裁件实际面积, S— 送料进距, B— 条料宽度,
mm

mm

2





A 经 cad 软件画图后直接测量出面积为 2296.8 mm B=63.2mm,S=60.8mm 故:
? ? A / BS ? 100 %
? 2296 . 8 63 . 2 ? 60 . 8 2296 . 8 3842 . 56 ? 100 %

2

?

? 100 %

? 60 %

此制件排样利用率为 60%。
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第三章 冲裁工艺计算

3.1 冲裁模刃口尺寸计算
3.1.1 凸、凹模刃口尺寸计算原则
(1)落料件尺寸由凹模尺寸决定,冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。 (2)设计落料模时,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,凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。 (3)凹模和凸模制造公差主要与冲裁件的精度和形状有关。

3.1.2 凸、凹模刃口尺寸计算
由于模具加工方法不同,凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造的表注 也不同,刃口尺寸的计算方法可分为两种情况,一种是互换法,另一种是配作法。 互换法适于加工圆形和规则形状的冲裁件。 配作法适于加工形状复杂或薄料冲裁件。 在这里根据该零件料厚 t=0.8 选用配作法加工。 (1)查找有关资料[1]: A= ? 60 0 0 .74 mm , ?
D= R 6 0
? 0 .3

X ? 0 .5

? , B= 30 0 0 .52 mm

X ? 0 .5

? , C= 30 0 0 .52 mm

X ? 0 .5



mm

X ? 0 .5

? ,E= R 3 0 0 .25 mm , X

? 0 .5



(2)凹模尺寸 刃口尺寸计算公式:
A ? ( A max ? x ? ) 0
? 0 . 25 ?

式中

A
X

— 磨损后增大的刃口尺寸,mm。 — 系数与工件制造精度有关。
? 0 . 25 ?

A ? ( A max ? x ? ) 0

? (60 - 0.5 ? 0.25 ) 0

? 0 . 25 ? 0 . 74

= 59 . 88 ? 0 .185 mm

0

(3)凸模尺寸
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刃口尺寸计算公式:
B ? ( B min ? x ? ) ? 0 . 25 ?
0

式中

B
X

— 磨损后变小的刃口尺寸,mm。 — 系数与工件制造精度有关。
0

B ? ( B min ? x ? ) ? 0 . 25 ? ? ( 30 ? 0 . 5 ? 0 . 52 ) ? 0 . 25 ? 0 . 52
0

= 30 . 26

0 ? 0 . 13

mm
0

C ? ( B min ? x ? ) ? 0 . 25 ? ? ( 30 ? 0 . 5 ? 0 . 52 ) ? 0 . 25 ? 0 . 52
0

= 30 . 26

0 ? 0 . 13

mm
0

D ? ( B min ? x ? ) ? 0 . 25 ? ? ( 6 ? 0 . 5 ? 0 . 3 ) ? 0 . 25 ? 0 . 3
0

= 6 . 15

0 ? 0 . 075

mm
0

E ? ( B min ? x ? ) ? 0 . 25 ? ? ( 3 ? 0 . 5 ? 0 . 25 ) ? 0 . 25 ? 0 . 25
0

= 3 . 125

0 ? 0 . 063

mm

(4)不变的尺寸 刃口尺寸计算公式:
C ? ( C min ? 0 . 5 ? ) ? 0 . 125 ?

式中

C

— 磨损后不变的刃口尺寸,mm。 — 系数与工件制造精度有关。 凸凹模刃口尺寸按凸模、凹模相应部位的尺寸
30 . 26
0 ? 0 . 13

X

(5)凸凹模刃口尺寸的确定 配制分别为
3 . 125
0 ? 0 . 063

59 . 88

0 ? 0 . 188

mm



mm



30 . 26

0 ? 0 . 13

mm



6 . 15

0 ? 0 . 075

mm



mm

,尺寸间隙(0.072-0.104)配作。

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3.2 冲裁力及压力中心计算
3.2.1 冲裁力计算
冲裁力是选择压力机的重要依据,也是模具设计和模具强度校核的依据。压力 机选择时必须使压力机吨位大于设计所需的冲裁力。对于平刃口模具冲裁,冲裁 力可按下式计算:
F ? kA ? ? ktL ?

式中

F — 冲裁力,KN。 L — 冲裁断面周长,mm。
?

— 材料抗剪强度,MPa。

t — 冲裁件厚度,mm。 k — 系数,一般为 1.3mm。; 为了加工简便,也可用材料的抗拉强度 ? b 按下式估算:
F ? Lt ?
b

在式中查找有关资料: ?
L ? 282 . 74 mm

? 300 MPa t ? 10 . 8 mm

故:

F ? ktL ? ? 1 . 3 ? 282 . 74 ? 0 . 8 ? 300 ? 88214 . 88 N

≈89kN

3.2.2 总压力计算
为了使冲裁过程连续,操作方便,就需要把箍在凸模上的材料卸下,把卡在 凹模孔内的冲件或废料推出。顺着冲裁方向将零件或废料从凹模形腔推出的力称 推件力 F 推 。
F卸 ? K 卸 F

式中

K卸
F

— 卸料力系数,查表[1] K 卸 — 冲裁力,N。

? 0 . 05



故: 公式: 式中

F 卸 ? K 卸 F ? 0 . 05 ? 89 KN ? 4 . 5 KN
F 推 ? nK


F

K推
F

— 推件力系数,查表[1] K 顶 — 冲裁力,N。

? 0 . 05



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故: 总压力为;

F推 ? n K



F ? 3 ? 0 . 05 ? 89 KN ? 13 . 35 KN

F ? ? F 卸 ? F 推 ? F ? ( 89 ? 4 . 5 ? 13 . 35 ) KN ? 106 . 85 KN

3.2.3 压力中心的确定
冲裁压力中心就是冲裁力的合力作用点。 确定原则: (1)对称形状的单个冲裁件,冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。 (2)工件形状相同且分布位置对称时,冲模的压力中心与零件对称中心重合。 (3)形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出。 该设计属于形状对称的冲裁件,所以压力中心就是该工件的几何中心。

3.3 压力机的选择
选择的压力机的公称压力要大于 106.85KN, 所选择压力机的型号为 J23-16 表 3.1。该压力机公称压力为 160 KN ,机身刚度大,适用于大中型压力机[8]。
表 3.1 J23-16 压力机参数

公称压力 行程次数 模柄孔尺寸 连杆调节长度

160(kn)

主电机功率

1.5(kw) 55(mm) 220(mm) 300/450(mm)

120(次/min) 滑块行程 40/60 (φ mm*mm) 最大闭合高度 45(mm) 工作台尺寸

3.4 模具的闭合高度
模具的闭合高度 H 是指模具在最低工作位置时,上、下模之间的距离。在确 定模具闭合高度之前,应先了解冲床的闭合高度。冲床的闭合高度是指滑块在下 止点时,滑块底平面到工作台(不包括冲床垫板厚度)的距离。冲床的调节螺杆 可以上、下调节,当滑块在上止点位置,调节螺杆向上调节,将滑块调整到最上 位置时,滑块底面到工作台的距离,称为冲床的最大闭合高度 H
最大

;当滑块在下

止点位置,调节螺杆向下调节,将滑块调整到最下位置时,滑块底面到工作台的 距离,称为冲床的最小闭合高度 H 最小。 为使模具正常工作,模具闭合高度必须与冲床的闭合高度相适应,介于冲床 最大和最小闭合高度之间,一般要满足下式:
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H
最大

?5? H ? H

最小

? 10

根据冲裁力选择的压力机

H

最大

? 220 mm

, H 最小 ? 165 mm , H ? 184 mm

H 最大 ? 5 ? 220 ? 5 ? 215 mm
H 最小 ? 10 ? 110 ? 10 ? 120m m

, H 最小 ? 10 ? 165 ? 10 ? 175 mm

故满足条件: 215 ? 184 ? 175

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第四章 冲裁模零件设计

4.1 导向及支承固定零件
4.1.1 导柱和导套
对于生产批量大、要求模具寿命高、制件精度较高的冲裁模,一般采用导柱、 导套来保证上、下模的精确导向。导柱、导套的结构形式有滑动和滚动两种。在 这里采用的是滑动式的。 滑动导柱、导套:滑动导柱、导套都是圆柱形。其加工方便,容易装配,是 模具行业应用最广的导向装置。滑动导柱、导套中导柱的直径在 16~60 mm 之间, 长度 L 在 90~320 mm 之间。按标准选用时, L 应保证上模座在最低位置时(闭合 状态),导柱上端面与上模座顶面距离不小于 10~15 mm ,而下模座底面与导柱 底面的距离不小于 5 mm 。导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合(H7/r6),导 套的外径与上模座导套孔采用过盈配合(H7/r6)。导套的长度 L 1 须保证在冲压时导 柱一定要进入导套 10 mm 以上。 导柱与导套之间采用间隙配合(H7/h6),根据冲压工序性质,冲压件的精度 及材料厚度等的不同,其配合间隙也稍有不同。凸、凹模间隙小于 0.3 mm 时, 采用 H6/h5 配合;大于 0.3 mm 时,采用 H7/h6 配合。拉深厚度为 4~8 mm 的金 属板时,采用 H7/f7 配合。 结论:本课题导向零件选择滑动导柱、导套。 导柱如图 4.1 所示: 标 材 记:HB814-75 25d×150 料:20 钢 按 GB699-65 的规定

热 处 理:渗碳深度 0.8~1.2 淬火 HRC60~64 技术条件:按 HB892-75 的规定 中 心 孔:按 GB145-59 的 A 型的规定,光洁度为 ? 7

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25d×150 图 4.1 导柱

导套[如图 4.2 所示: 标 材 记:25D×85 HB816-75 料:20 钢 按 GB699-65 的规定

热 处 理:渗碳深度 0.8~1.2 淬火 HRC60~64 技术条件:按 HB892-75 的规定;

25D×85 图 4.2 导套

导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合(H7/r6); 导套的外径与上模座导套孔采用过盈配合(H7/r6); 导柱与导套之间采用间隙配合(H7/h6);

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4.1.2 上、下模座
模座分带导柱和不带导柱两种,根据生产规模和产品要求确定是否采用带导 柱的模座。在这里采用的是带导柱的模座。带导柱标准模座的常用形式及导柱的 排列方式有以下几种: (1)后侧导柱模座:两个导柱装在后侧,可以三面送料,操作方便,但冲压时 容易引起偏心距而使模具歪斜。因此,适用于冲压中等精度的冲压件的模具。 (2)对角导柱模座:两个导柱装在对角上,便于纵向或横向送料。由于导柱装 在模具中心对称位置,冲压时可防止由于偏心力距而引起的模具歪斜。适用于在 快速行程的冲床上,冲制一般精度冲压件的冲裁模或级进模。 (3)中间导柱模座:两个导柱﹑导套位于模具左右对称线上,受力均衡。适用 于横向送料和由单个毛坯冲制的较精密的冲压件。 (4)四导柱模座:四个导柱冲裁的导向性能良好,适用于冲制比较精密的冲压 件。 (5)按标准选择模座时,应根据凹模(或凸模)、卸料板和定位装置等的平面 布置来选择模座的尺寸。一般应取模座的尺寸 L 不大于凹模尺寸 40~70 mm 。模 座厚度为凹模的 1~1.5 倍。下模座的外形尺寸每边应超出冲床台面孔边 40~ 50 mm 。 结论:本课题选择的模座形式为后导柱模座。

图 4.3 上模座

上模座如图 4.3 所示: 标 材 记:140×120×40 HB1933-75 料:HT20-40 铸铁 按 GB976-67 的规定

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技术条件:按 HB893-75 的规定

图 4.4 下模座

下模座如图 4.4 所示: 标 材 记:140×120×40 HB1932-75 料:HT20-40 铸铁 按 GB976-67 的规定

技术条件:按 HB893-75 的规定

4.2 冲孔凸模
课题所选用的凸模结构形式为直通式结构,工作部分的尺寸由计算求得,

图 4.5 冲孔凸模 - 16 -

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凸模长度计算:
L ? 36 mm

式中 h=16—凸模固定板厚度 凸模 材 料:T8A 钢 按 YB5-59 的规定

热 处 理:淬火 HRC58-62 技术条件:按 HB892-75 的规定

4.3 落料凹模
4.3.1 凹模的结构形式
(1)整体式凹模 模具结构简单,强度好,但在使用中,凹模刃口局部磨损、损坏就必须整体更换, 同时由于凹模的非工作部分也采用模具钢材,所以成本较高。这种形式适用于小型 冲压件及尺寸精度要求比较高的模具。 (2)组合式凹模 其凹模工作部分和非工作部分是分别制造的。工作部分采用模具钢制造,非 工作部分则由普通材料制造,模具制造成本低,维修方便,适于大、中型精度要 求不太高的冲压件使用。 (3)镶拼式凹模 其优点是加工方便,易损部分更换容易,降低了复杂模具的加工难度。适于 冲制窄臂、形状复杂的冲压件。 这里选用的是整体式的凹模。

4.3.2 凹模刃口形式
(1)直筒式 主要应用在冲裁形状复杂或精度较高、直径小于 5mm 的工件。直筒台阶式和 直筒式常用于带有顶出装置的复合模。直筒锥形常用于单工序冲模及连续冲模中, 凹模下部锥度主要为便于卸料。 (2)锥形 多用于冲裁形状简单、精度要求不高的零件。 (3)台阶式
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适用于冲裁 0.3 mm 以下的工件。这种凸台式凹模刃口,适用于间隙较小的薄 料冲裁。 因此根据本设计零件要求,所设计出的凹模为整体式、直筒台阶式凹模。

4.3.3 凹模外形尺寸的设计
冲裁凹模的的外形尺寸可按经验计算。 凹模高度 式中
h a ? Kb
ha

( h a ? 15 mm )

[1]

— 凹模厚度,mm。 — 修正系数。

K b

— 最大孔口尺寸,mm。
b=60
? 14mm

本设计中

K ? 0 . 22

h a ? K b ? 0.22 ? 60 ? 13.22mm

凹模壁厚 故:

C ? (1.5 ~ 2.0)h
C 取 25mm

a

,凹模壁厚 C=21-28mm

L ? b ? 2C ? 6 0 ? 2 ? 25 ? 110mm

估算出的 C

? 25mm

。凹模的直径应取 1 20mm ,凹模如图 4.6 所示。

图 4.6 凹模 - 18 -

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料:T8A 钢

按 YB5-59 的规定

热 处 理:螺钉、圆柱销孔及工作部分加工后淬火 HRC58-62 技术条件:按 HB892-75 的规定

4.3.4 凹模固定方法
采用螺钉和销钉直接固定在支承件上的凹模,这种凹模板已经有标准,它与 标准固定板、垫板和模座等配合使用。

4.4 凸凹模结构形式
本设计所选的凸凹模结构形式为抬肩式,台阶式的凸凹模装配修磨方便,强 度、 刚性好, 工作部分的尺寸由计算求得,与凸凹模固定板按过渡配合(H7、m6) ; 最大直径的作用是形成台肩,以便固定,保证工作时凸模不被拉出,,如图 4.7 所示。 结论:本课题的凸凹模所采用的材料为 Cr12MoV 钢,淬火硬度 HRC58~62。

图 4.7 凸凹模 - 19 -

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4.5 卸料装置的设计
4.5.1 推件装置
在这里我采用的是弹性推出弹性卸料的装置,这种卸料装置靠弹簧或橡胶的 弹性压力,推动卸料板的动作而将材料卸下。 推料块的外形与落料凹模成间隙配合按照 H8/f7,也可以根据板料厚度取适当 间隙。 本课题所采用的推料块材料为 45 钢,淬火硬度 HRC58~62,如图 4.8 所示。

图 4.8 推件块

4.5.2 卸料板
卸料板的形状一般与凹模形状相同,卸料板的厚度,可按下式计算:
H
x

? 0 . 8 ~ 1 . 0) H a (

式中

H
H

x

— 卸料板厚度,mm。 — 凹模厚度,mm。

a

本式中

H a ? 1 7 .5 m m

- 20 -

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故:

H

x

? 0 .8

H a ? 0 . 8 ? 17 . 5 ? 14 mm

卸料板型孔形状基本上与凹模孔形状相同(细小凹模孔及特殊型孔除外),因 此在加工时一般与凸模配合加工。在设计时,当卸料板型孔对凸模兼起导向作用 时,凸模与卸料板的配合精度为 H7/f6;对于不兼导向作用的弹性卸料,一般卸料 板型孔与凸模单面间隙(0.1~0.2)t,而钢性卸料板、凸模与卸料板单面间隙为 (0.2~0.5)t,并保证在卸料力的作用下,不使工件或废料拉进间隙内为准。 标 材 记:Φ 120×14 HB823-75 料:A3 钢 按 GB700-65 的规定

技术条件:按 HB892-75 的规定 冲裁模的卸料装置常采用弹性卸料机构,特别是一些冲裁件的冲切断面垂直 度要求较高和粗糙度值要求较低,其卸料机构的弹压作用尤为重要。常用的弹性卸 料机构有两种,即橡胶卸料和弹簧卸料方式,如图 4.9 所示。但实际生产中,常因 某些冲裁件的结构比较简单,尺寸较小,而且冲切断面质量要求不高。为了降低模 具制造成本,缩短生产周期,常常采用橡胶卸料冲裁模的卸料装置[7]。

橡胶模具模型 - 21 -

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综上所述,本套模具选择橡胶卸料方式。

4.6 模柄
模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上,常用的模柄形式: (1)整体式模柄:模柄与上模座成整体,用与小型模具上。 (2)带台阶的压入式模柄:它与模具安装孔用 H7/h6 配合,可以保证较高的 同轴度和垂直度,适用于各种中小型模具。 (3)带螺纹的旋入式模柄:与上模连接后,为防止松动,拧入防转螺钉紧固, 垂直度精度较差,主要用于小型模具。 (4)有凸缘的模柄:用螺钉、销钉与上模座紧固在一起。适于较大的模具。 (5)为浮动式模柄:它由模柄、球面垫块和接板组成。这种结构可以通过球面 垫块消除冲床导轨误差对冲模导向精度的影响。适用于有滚珠导拄、导套导向的 精密冲模。 在设计模柄时要注意,模柄的长度不得大于冲床滑块里模柄孔的深度,模柄 直径应与模柄孔一致。 结论:本课题选择带台阶的凸缘模柄,如图 4.10。 标 材 记:B30×25 HB824-75 料:A3 钢 按 GB700-65 的规定

技术条件:按 HB892-75 的规定

图 4.10 模柄 - 22 -

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4.7 固定板
凸、凹模固定板的作用是将凸模安装在上模座或下模座的正确位置上,其外 形常为矩形或圆形,尺寸通常与凹模一致,厚度可为凹模厚度的(0.6~0.8) H 凹 凸 模固板,凸凹模固定板如图 4.11 所示。 结论:本课题选择凸模与凸模固定板用 H7/m6 配合,凸凹模与凸凹模固定板 用低熔点合金粘结。 固定板 标 记:Φ 120×16 HB833-75

技术条件:按 HB892-75 的规定 材 料:A3 钢 按 GB700-65 的规定

a. 凸模固定板 图 4.11 固定板

b. 凸凹模固定板

- 23 -

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第五章 模具工作过程
将板料放在卸料板 23 上,并通过挡料销定位,模具工作时,滑块下降带动上 模部分下降使导柱 24 进入导套 20 导向作用,凹模 13 和冲孔凸模 9 与下模的凸凹 模 18 作用,同时进行落料与冲孔,将零件与条料分离,冲出的零件位于凹模孔内, 冲孔的废料则留在凸凹模的孔内,并通过漏料孔排除模外,待上模抬起,人工将 顶杆恢复原状,向下施加压力,使工件在推料块 12 的作用下从凹模孔内落下,下 模的弹性元件释压,将余料从凸凹模外壁卸下,这就是该模具的工作过程,如图 5.1 所示。

图 5.1 装配图

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第六章 模具主要零件加工工艺规程
6.1 凹模加工工艺规程
凹模工艺加工规程[12],如表 6.1。
表 6.1 凹模

工序号 1 2 3 4 5 6

工序名称 下料 锻造 热处理 普车 普铣 平磨

工序内容
? 8 0 ? 6 7 .5 m m (按等体积法计算后加上锻造

设备 锯床

的上烧损量)[6] 锻成Φ 125×25 退火(消除锻后残余内应力、降低硬度) 外圆尺寸达Φ 120.5×25 六面尺寸达Φ 120.5× 20.5(磨削余量单面 0.5mm) 磨上下大平面,留精磨余量 0.2mm 画销孔、螺钉过孔及漏料孔中心位置线,钻、

ΦΦ 铣床 磨床

7

钳工

铰销钉孔 2- ? 8 进行配钻加工;钻螺钉过孔 4-M8

8 9 10 11 12 13

数控铣 热处理 平磨 退磁 钳工 检验

铣 零 件内部花孔 ,和刃口基本尺寸预留 0.1mm 淬火、回火达硬度 HRC62-85 磨上下平面达设计要求; 磨一对垂直侧基面 对角尺

数控铣床

磨床

研磨刃口,销孔达到设计要求

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6.2 凸凹模加工工艺规程
凸凹模工艺加工规程,如表 6.2。
表 6.2 凸凹模

工序 号 1

工序名称

工序内容 Φ 50×80(按等体积法计算后加上锻造的上烧 损量) 段成Φ 75×55(除考虑锻造后的加工余量外,还

设备

下料

2

锻造

应加上线切割时的装夹和为减少线切割时零件 变形影响的料边尺寸 8~10 mm);

3 4 5

热处理 普铣 平磨

退火(消除锻后残余内应力,降低硬度) 铣面尺寸达Φ 70×50 磨端面,对垂直侧基面对角尺,上下表面磨削 之间高度 45mm (坐标镗)画穿丝孔中心位置线(3 个),钻 铣床 磨床

6 7 8 9 10 11 12 13

钳工 钻削加工 热处理 线切割 数控铣 平磨 钳工 检验

穿丝孔 ? 5 mm 深 45mm; 钻削 2× ? 11 的孔,扩孔 ? 12 淬火、回火达硬度 HRC58-62 利用线切割加工所有刃口尺寸余留 0.3mm 按程序加工,加工型面留研磨量 0.015 mm 磨出 2×2 槽 6 个 研磨型面,配作刃口达设计要求 线切割机床 数控铣 磨床 摇臂钻

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参考文献
[1] 张荣清主编.冲压工艺与模具设计.北京:高等教育出版社,2003.8(2008 重 印). [2] 周世学.机械制造工艺与夹具.北京:北京理工大学出版社,2006.6. [3] 胡 荆 生 主 编 . 公 差 配 合 与 技 术 测 量 基 础 . 北 京 : 中 国 劳 动 社 会 保 障 出 版 社,2000.6. [4] 许发樾主编.冲材模设计应用实例. 北京:机械工业出版社,2002.41-56. [5] 许得珠.机械工程材料.北京:高等教育出版社,2001.6. [6] 司乃骏,许德珠主编.热加工工艺基础.北京:高等教育出版社,2001(2006 重印). [7] 高佩福主编.实用模具制造技术. 北京:中国轻工业出版社,1999.38-61. [8] 孙凤勤,阎亚林主编.冲压与塑压成形设备. 北京:高等教育出版社,2003. [9] 成虹.冲压工艺与模具设计.北京:高等教育出版社,2006.7 [10] 许发樾主编.模具钳工工艺. 北京:机械工业出版社,2005.211-218. [11]郭铁良主编.模具制造工艺学.北京:高等教育出版社,2007.7(2007 重印).

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我经过这段时间不懈的努力和陈老师的细心指导,终于写到毕业设计的最后 一页了,真是轻松了许多。 在做毕业设计这段时间内,陈老师广博的知识和严谨的工作态度使我受益, 对我们的选题、画图和论文都给于很大帮助。虽然这些话很短,这也代表着我对 老师一颗真诚的心,在这说一句陈老师辛苦了,谢谢老师在毕业设计中给予我的 一切帮助。再此,我也感谢这些日子以来以来带过我的老师们把我的知识又提升 到了一个档次。祝愿天下所有积极奋斗在教育事业上的工作者身体健康合家幸福。 感谢我的同学,在这三年的大学生活中,给予我最无私的帮助,因为有了他 们,我的学习生活快乐而充实,使我的大学生活充满了一辈子都难以抹去的回忆。

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第一章 引言 .................................................................................................................... 1 第二章 冲压件工艺性分析 ............................................................................................ 2 2.1 冲裁件的工艺性分析 ........................................................................................ 2 2.1.1 冲裁件的形状和尺寸 ............................................................................. 2 2.1.2 冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度 ......................................................... 2 2.2 异形垫圈工艺分析 ........................................................................................... 2 2.3 制定工艺方案 ................................................................................................... 3 2.3.1 冲裁模的选择 ......................................................................................... 3 2.3.2 确定复合模类型 ..................................................................................... 4 2.4 排样设计 ........................................................................................................... 4 2.4.1 排样设计原则 ......................................................................................... 4 2.4.2 排样的选择 ............................................................................................. 4 2.4.3 排样形式 .................................................................................................. 5 2.4.4 排样设计 ................................................................................................. 5 第三章 冲裁工艺计算 .................................................................................................... 8 3.1 冲裁模刃口尺寸计算 ......................................................................................... 8 3.1.1 凸、凹模刃口尺寸计算原则 ................................................................... 8 3.1.2 凸、凹模刃口尺寸计算 ........................................................................... 8 3.2 冲裁力及压力中心计算 ................................................................................... 10 3.2.1 冲裁力计算 ............................................................................................. 10 3.2.2 总压力计算 .............................................................................................. 10 3.2.3 压力中心的确定 ..................................................................................... 11 3.3 压力机的选择 ................................................................................................... 11 3.4 模具的闭合高度 ............................................................................................... 11 第四章 冲裁模零件设计 .............................................................................................. 13 4.1 导向及支承固定零件 ....................................................................................... 13

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4.1.1 导柱和导套 ......................................................................................... 13 4.1.2 上、下模座 ......................................................................................... 15 4.2 冲孔凸模 .......................................................................................................... 16 4.3 落料凹模 .......................................................................................................... 17 4.3.1 凹模的结构形式 ................................................................................. 17 4.3.2 凹模刃口形式 ..................................................................................... 17 4.3.3 凹模外形尺寸的设计 ......................................................................... 18 4.3.4 凹模固定方法 ..................................................................................... 19 4.4 凸凹模结构形式 ............................................................................................ 19 4.5 卸料装置的设计 ............................................................................................ 20 4.5.1 推件装置 .............................................................................................. 20 4.5.2 卸料板 ................................................................................................. 20 4.6 模柄 ................................................................................................................ 22 4.7 固定板 ............................................................................................................ 23 第五章 模具工作过程 .................................................................................................. 24 第六章 模具主要零件加工工艺规程 .......................................................................... 25 6.1 凹模加工工艺规程 ......................................................................................... 25 6.2 凸凹模加工工艺规程 ..................................................................................... 26 参考文献 ........................................................................................................................ 27 致 谢 ........................................................................................................................ 28


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