齿轮螺栓垫片冷冲工艺与模具设计

1、绪绪 论论 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， 6080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。

2、 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 相当于原材料

3、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

4、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 第第一一章章 零零件件的的工工艺艺性性分分析析 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. .1 1 零零件件的的总总体体分分析析 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 1. .1 1 外外形形落落料料的的工工艺艺性性 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. .1 1. .2 2 冲冲孔孔的的工工艺艺性性 有两个11 的孔，尺寸精度一般。 1 1. .1 1. .3 3 冲冲裁裁件件的的孔孔边边距距和和孔孔间间距距 为避免工件变形和保证模具强

5、度，孔边距和孔间距不能过小。 【1】其最小许可值当 取：。根据工件的尺寸可得 ，所以工件的尺寸符合要求。 11.5ct: 4.5C 1t 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。由任务书零件图易于看出工 0.35dt 件的尺寸符合要求。 1 1. .1 1. .4 4 尺尺寸寸精精度度 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。 第第二二章章 工工艺艺方方案案的的确确定定 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11mm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

6、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。 第第三三章章 排排样样设设计计与与计计算算 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 3. .1 1 确确定定搭搭边边与与搭搭肩肩值值 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， 1 1.5amm 最小搭肩值。 2 2.2amm 3 3. .2 2 确确定定零零件件的的排排样样方方案案 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. .3 3 计计算算送送料料步步距距和和条条料料的的宽宽度度 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

7、与工件宽度之和。即 2 7274.2Lamm 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： 00 00 max10.50 0.500.50 2722 1.575BDamm 所以确定条料的宽度B 为 0 0.50 75mm 导料板间距离（无侧压装置） 750.575.5ABCmm 条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。 max D 搭边值 1 a C导料板与条料之间的间隙（查表2.5.5） 0.5C 3 3. .4 4 计计算算材材料料的的利利用用率率 根据一般的市场供应情况，原材料选用的冷扎薄钢板。 125015001mmmmmm 每块可剪规格条料16条，材料剪切利用率达96。 150075mmmm 材料利用率通用公式 【1】 100% nA BS 式中A一个冲裁剪的面积。 2 mm n 一个步距内的冲裁件数量。 B条料宽度。 2 mm S步距。 mm 材料利用率： 978.495 2 36% 29.2 75 第第四四章章 计计算算冲冲压压力力和和初初选选压压力力机机 4 4. .1 1 冲冲裁裁工工序序总总力力的的计计算算 由工件结构和前面所定的冲压方案可知，本模具采

8、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： b PKLt 式中 P冲裁力（KN） 。 K系数，一般取1.3 L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。 a MP 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，故冲裁力表达式又可表示为： b 0.8 bb 1.3 ttPLL 查手册【3】的 取极限值 235 Q ba 375500MP: ba 500MP 2 111 500 34.56PKN 孔 104.5 1 500 34.25PKN 落 34.5652.25 86.81PPPKN 孔冲落 查表2.6.1【1】卸料力系数 X 0.04K 卸料力 0.04 86.81 3.47 XX PK PKN 冲 推件力 TT PnK P 冲 推件力系数,由手册查得 T K T K 0. 055 n同时卡在凹模的工件 (或废料)数,其中n=h/t h凹模刃部直壁洞口高度（ mm） ，

9、 t料厚( mm) 查手册【5】表2.9.4 可得和h=6mm,故n=6/1.54 T 4 0.055 86.8128.64 T PnK PKN 冲 工序总力 86.81 3.4728.64118.92 ZXT FPPPKN 冲 4 4. .2 2 初初选选压压力力机机 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 /mm J23-16160552203004503545 J23-25250652703705603055 4 4. .3 3 确确定定压压力力中中心心 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xc0。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 : 图3 压力中心的计算 L140mm Y1=27mm L29.948mm Y2=25.44mm L35.39mm Y3=20.91mm L45mm Y4=17mm L55.39mm Y5=13.09mm L63.84mm Y6=10.05mm L76.26mm Y7=3.92mm L85mm Y8=0mm L94.87mm Y9=3.38mm L1028.29mm Y10=7mm L1134.54mm Y11=17mm 11223344556677889910101111 0 1234567891011 L yL yL yL yL yL yL yL yL yL yL y Y

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