制动垫片冲压模具设计

湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-1-第一章绪论模具是现代化工业生产的重要工艺装备,是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。模具作为一种生产工具已经广泛的地应用于各行各业，其发展之快，模具需求量之多，是前所未有的，今天，在国民经济的各个工业部门都越来越多地依靠模具来进行生产加工，模具已成为国民经济的基础工业，现代工业产品的品种和生产效益的提高，在很大程度上取决于模具的发展和技术经济水平。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。与机械加工及塑性加工的其它方法冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）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。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。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下：(1)冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。模具是工业生产的基础工业装备，在电子、汽车、电机、仪器仪表、家电通讯等产业中，﹪60~﹪80的零部件均依靠模具成型，而在模具行业中又以冲压模具和注塑模具所占比重最大，本书就以一个具体的冲压模具来介绍一个模具的设计制造过程，通过分析该模具的设计制造过程来掌握模具的设计特点，弄清制造工艺流程，知道模具设计及模具制造的发展方向，为以后冲压模具的设计制造奠定良好的基础。为了更进一步加强我们的设计能力，巩固所学的专业知识，在毕业之际，特安排了此次的毕业设计。毕业设计也是我们在学完基础理论课，技术基础课和湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-2-专业课的基础上，所设置的一个重要的实践性教学环节。在设计该冲压模具的过程中为了使读者能够轻松的看懂，故在说明书中插入了很多生动的图片。但需要说明的是插入的图片都是在CAD上画好后拷屏过来的，比例不确定，仅供读图时参考。同时在本书的最后还附有关键零件的机械加工工艺卡片和关键零件的数控加工程序，供读者需要时参考。由于编者的能力有限，实践经验不够，本书的有些内容难免不够妥善，甚至会有些错误。希望读者，特别是指导老师积极提出批评和改进意见，以便修正提高。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-3-第二章冲压零件的工艺性分析2.1零件的工艺性分析该零件是一个制动垫片，如图1.1所示，垫片属如薄壁板材，生产批量较大，材料为45号钢，成型工艺好，可采用冲压。由于该零件形状复杂，一次加工较难成形，需要经过冲孔、切断、落料等多道工序加工而成，故加工该零件应采用三工位的冲裁级进模。图1.1制动垫片2.2排样和搭边排样设计的原则①提高材料的利用率：冲裁件生产批量大，生产效率高，材料费用一般会占总成本的60℅以上，所以材料利用率是衡量排样经济性的一项重要指标，应合理的设计零件外形及排样，提高材料利用率。②改善操作性：冲裁件排样应使工人操作方便、安全、劳动强度低。一般来说，在冲裁生产时应尽量减少条料的翻动次数，在材料利用率相近的情况下，应选用条料宽度及进距小的排样方式。③使模具结构简单合理，使用寿命高。④保证冲裁件的质量。冲裁件在板料、条料或带料上的布置法称为排样法，称为排样。排样是否合理，直接影响到材料的利用率，零件质量，生产率，模具湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-4-结构与寿命等。因此，在冲压工艺中和模具设计中，排样是一项极为重要的技术性很强的工作。根据工件的形状，排样采用直排形式，采用始用挡料销控制初始步距，采用活动挡料销控制冲压过程中的送料步距。根据材料的厚度查《模具实用技术设计综合手册》表2.7最小工艺搭边值，工件间距a1=2.5mm,边距a=2.8mm，送料方式采用手动送料。由于工件本身形状的限制，故菜用了有废料的排样方式，这虽然在材料利用率方面没有少废料排样和无废料排样高但能够消除条料宽度误差和条料导向误差的影响，并可以感受模具的受力状态提高模具的寿命。排样图如图1-2。送料步距A：A=120+a1…2.1=120+2.5=122.5mm冲裁件通常需要按要求将板料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的现象，条料的下料公差规定为负偏差。条料在模具中送进时，一般都有导料装置，有时还要用侧压装置（侧压装置是指在条料送进过程中，在条料的侧边作用一定的策压力，使条料紧贴导料板一侧送进的装置）。根据条料的公差等级IT14查标准公差数值表3-2的得公差值为0.87，当条料在有侧压装置或要求手动保持条料紧贴单侧导料板送料时，条料宽度按下式计算：条料[宽度]B：B=(L+2a+△)087.0…2.2=(120+2×2.8+1)087.0=126.6087.0其中△为滚剪板机下料偏差，查《模具实用技术设计综合手册》得△=1mm式中:B—条料的宽度;L—工件横向最大尺寸；a1—横搭边△----条料宽度公差,见表2-11---表2-12(采用滚剪机下料.)C1为条料与导料板的单面间隙见表2-13，查《冷冲压模具设计指导》得C1=0.1毫米。2.3材料利用率的计算冲出的工件的重与这段条料重量之比的百分数称为材料利用率。材料利用率：N=s1/s0×100%...2.3S1=3.14×1212/6=11367.22mm2η=S1(B×A)×100%=11367.22/(122.5×125.6)×100%=74%式中s1为一个进距内冲裁件的实际面积，单位mm2，S0为一个进距内所需毛坯面积，单位mm2，A为送料进距，单位㎜，B为条料宽度，单位㎜。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-5-图1.2条料的排样图2.4冲裁件的精度与粗糙度冲裁件的经济公差等级为IT14级,一般落料公差等级最好低于IT10级,冲孔件公差等级最好低于IT9级,取落料精度为IT12冲孔精度也为IT12也为由表3-2可得落料公差、冲孔公差分别为0.35㎜,0.3㎜.由表3-6得孔中心距公差±0.15㎜，因此可用于一般精度的冲裁,普通冲裁可以达到要求.由于冲裁件没有断面粗糙度的要求,我们不必考虑.2.5冲裁件的材料表由1-3可得,45号钢,抗剪强度τ=500Mpa,断后伸长率16%,此材料具有良好的塑性级较高的弹性,冲裁性较好,可以冲裁加工.2.6确定工艺方案.该冲裁件包括落料、切断和冲孔三个基本工序,可采用的冲裁方案有单工序冲裁,复合冲裁和级进冲裁三种.零件属于大批量生产,因此采用单工序须要模具数量较多,生产率低,所用费用也高,不合理;若采用复合冲,可以得出冲件的精度和平直度较好,生产率较高,但因零件的孔边距太小,模具强度不能保证，并且模具结构复杂容易出故障;用用级进模冲裁时,生产率高,操作方便,通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题,根据以上分析,该零件采用级进冲裁工艺方案.2.7冲裁力的计算45号钢的抗剪强度t=500Mpa，抗拉强度L=600Mpa，延伸率16℅，屈服点360Mpa，弹性模数204000Mpa，此种材料有足够的强度，适胰于冲裁。冲压力F=KLTｔ；为冲裁力，单位N；L为冲裁力的周边长度，单位mm；湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-6-K为系数，取K=1.3，ｔ为材料的抗剪强度，单位为Mpa；T为材料的厚度，单位为mm.①冲孔时L=3.14X65=204.20mm冲裁力：F=KLTｔ…2.4=1.3X204.20X4X500=530.92（KN）查表2.10得K卸=0.03K推=0.045卸料力：F卸=K卸XF=0.03X530.92=15.93（KN）推件力：F推=nK推F=2X0.045X530.92=47.78（KN）冲孔总压力：F∑=F+F卸+F推=532.92+15.93+47.78=594.63（KN）②切断时L=2XL小耳XL大耳L小耳=（42-32.5）X2+1/8X3.14X84=19+32.97=51.97mmL大耳=（60.5-32.5）X2+1/6X3.14X121=56+63.32=119.32mmL=2X51.97+119.32=223.26mm冲裁力：F=KLTｔ=1.3X223.26X4X500=580.48（KN）卸料力：F卸=K卸XF=0.03X580.48=17.41（KN）推件力：F推=nK推F=2X0.045X580.48=52.24（KN）切断总压力：F∑=F+F卸+F推=580.48+17.41+52.24=650.13（KN）③落料时L=3.14X120X5/6=314.16mm冲裁力：F=KLTｔ=1.3X314.16X4X500=816.82（KN）卸料力：F卸=K卸XF=0.03X816.82=24.50（KN）推件力：F推=nK推F=2X0.045X816.82=73.52（KN）落料总压力：F∑=F+F卸+F推=816.82+24.50+73.52=914.84（KN）模具总压力：F总∑=119.32+650.13+914.84=2479.81（KN）2.8压力中心的计算冲裁模的压力中心是指冲裁力合力的作用点。在设计冲裁模时，压力中心要与冲床滑块中心重合，否则冲模在工作中就会产生弯距，使冲模产生歪斜，从而会加速冲模导向机构的不均匀磨损，冲裁间隙得不到保证，刃口迅速变钝，直接影响冲裁件的质量和模具的使用寿命，冲摸压力中心的确定对多工序冲裁模尤为重要。因此冲模设计时必须确定模具的压力中心，并且使其通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心与冲床滑块重合。（1）简单形状的零件，其压力中心的计算①对称形状的零件，其压力中心位于忍口轮廓形状的几何中心上。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-7-②等半径的圆弧段的压力中心，位于任意角2a的平分线上，且距离圆心为X0的点上。X0=rsinaa…2.5③复杂工件或多冲模冲裁时，其压力中心的计算根据力矩平衡原理，即各分力对坐标轴力矩之和等于其合力对该坐标轴的力矩。比例画出工件的轮廓图，如图1.3；在任意处选取坐标轴X，Y将工件分解成若干直线段或弧段，L1、L2、L3、L4…………………L11，因冲裁力与轮廓线长度成正比关系，故用轮廓线长度代替冲裁力F。图1.3压力中心的计算图计算各基本线段的重心到Y轴的距离X1、X2…X11，和到X轴的距离Y1、Y2、Y3…Y11，则根据力矩原理可得压力中心的计算公式为X0=11....211111...2211LLLXLXLXL…2.6Y0=11....211111...2211LLLXLYLYL…2.7先计算各直线和弧段的长度：L1=3.14×65=204.1㎜L2=3.14×120×61=62.8㎜L3=60-42=18㎜L4=42-32.5=9.