齿轮螺栓垫片冷冲工艺与模具设计

河南机电高等专科学校毕业设计1绪论大学三年的学习即将结束，毕业设计是其中最后一个实践环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。随着工业的发展，工业产品的品种和数量不断增加。换型不断加快，使模具的需要不断增加，而对模具的质量要求越来越高。模具技术在国民经济中的作用越来越显得更为重要。模具是一种特殊的模型，用来塑造(制造)产品；从工艺的角度，模具是一种成型制品的特殊工艺装备。模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60％—80％的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定着产品质量的高低，因此，模具被称之为“工业之母”。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。目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还比较的落后，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。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既能满足大量需要，又有较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。根据上述需要量大、技术含量高、代表发展方向、出口前景好的原则选择重点发展产品，而且所选产品必须目前已有一定技术基础，属于有条件、有可能发展起来的产品。冲压是一种先进的少无切削加工方法，具有节能省材、效率高、产品质量好、重量轻、加工成本低等一系列优点,在汽车、航空航天、仪器仪表、家电、电子、通讯、军工、日常用品等产品的生产中得到了广泛的应用.据统计，薄板成型后，制造了相当于河南机电高等专科学校毕业设计2原材料的12倍的附加值,在国民经济生产总值中，与其相关的产品占四分之一，在现代汽车工业中，冲压件的产值占总产值的59%。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成大学三年的课程学习、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过生产实习，我对于冷冲模具有了一个全新的认识，丰富和加深了对各种模具的结构和动作过程方面的知识。在指导老师的细心指导下和在工厂师傅的讲解下，我们对于模具的设计和制造工艺有了系统而深刻的认识。同时在实习现场亲手拆装了一些典型的模具实体并查阅了很多相关资料，通过这些实践，我们熟练掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。通过在图书馆借阅相关手册和书籍，更系统而全面了细节问题。锻炼了缜密的思维并使我们初步具备了设计工作者应有的素质。设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中难免有不妥之处，恳请各位老师指正。设计者：余正生2015年04月15日河南机电高等专科学校毕业设计3第一章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1.1零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。1.1.1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。1.1.2冲孔的工艺性有两个11的孔，尺寸精度一般。河南机电高等专科学校毕业设计41.1.3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：11.5ct。根据工件的尺寸可得4.5C1t，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倍的料度即0.35dt。由任务书零件图易于看出工件的尺寸符合要求。1.1.4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。河南机电高等专科学校毕业设计5第二章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φ11mm的孔与外圆之间的最小距离为4.5mm，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，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。河南机电高等专科学校毕业设计6第三章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。3.1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11.5amm，最小搭肩值22.2amm。3.2确定零件的排样方案设计模具时，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。图2排样方案3.3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。即河南机电高等专科学校毕业设计727274.2Lamm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：0000max10.500.500.5027221.575BDamm所以确定条料的宽度B为00.5075mm导料板间距离750.575.5ABCmm（无侧压装置）maxD—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。1a—搭边值C—导料板与条料之间的间隙0.5C（查表2.5.5）3.4计算材料的利用率根据一般的市场供应情况，原材料选用125015001mmmmmm的冷扎薄钢板。每块可剪150075mmmm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】100%nABS式中A—一个冲裁剪的面积2mm。n—一个步距内的冲裁件数量。B—条料宽度2mm。S—步距mm。材料利用率：978.495236%29.275河南机电高等专科学校毕业设计8第四章计算冲压力和初选压力机4.1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：bPKLt式中P—冲裁力（KN）。K—系数，一般取1.3L—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aMP。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b0.8，故冲裁力表达式又可表示为：bb1.3ttPLL查手册【3】235Q的ba375500MP＝取极限值ba500MP＝211150034.56PKN孔＝＝104.5150034.25PKN落＝＝34.5652.2586.81PPPKN孔冲落＝＝＝查表2.6.1【1】卸料力系数X0.04K＝卸料力0.0486.813.47XXPKPKN冲＝＝推件力TTPnKP冲河南机电高等专科学校毕业设计9TK—推件力系数,由手册查得TK＝0.055n—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=6/1.5＝4T40.05586.8128.64TPnKPKN冲工序总力86.813.4728.64118.92ZXTFPPPKN冲4.2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/mmJ23-1616055220300×4503545J23-2525065270370×56030554.3确定压力中心用解析法求模具的压力中心的坐标。按比例画出零件尺寸，选用坐标系XOY。如下图3（下页）所示。因零件左右对称，即xc＝0。故只需计算yc。将工件冲裁周边分成L1、L2、L3、L4、…L10、L11基本线段，求出各段长度的重心位置:河南机电高等专科学校毕业设计10图3压力中心的计算L1＝40mmY1=27mmL2＝9.948mmY2=25.44mmL3＝5.39mmY3=20.91mmL4＝5mmY4=17mmL5＝5.39mmY5=13.09mmL6＝3.84mmY6=10.05mmL7＝6.26mmY7=3.92mmL8＝5mmY8=0mmL9＝4.87mmY9=3.38mmL10＝28.29mmY10=7mmL11＝34.54mmY11=17mm1122334455667788991010111101234567891011LyLyLyLyLyLyLyLyLyLyLyYLLLLLLLLLLL40279.94825.445.3920.915175.3913.093.8410.056.263.92504.873.3828.29734.5417409.9485.3955.393.846.2654.8728.2934.5416.6河南机电高等专科学校毕业设计11第五章模具结构形式的选择与确定5.1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。5.2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。5.3导向方式的选择为了提高模具寿命和工作质量，方便安装调整，该复合模采用后侧导柱的导向方式。5.4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。5.5送料方式采用手动送料。河南机电高等专科学校毕业设计12第六章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min0.100Zmmmax0.140Zmmmaxmin0.1400.1000.0