落料丶冲孔倒装复合模.doc

课程设计说明书课程设计说明书 题 目: 冲压工艺及模具设计 学院(直属系): 年级 、专业: 学 生 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 开 题 时 间: 2015 年 11 月 23 日完 成 时 间: 2015 年 12 月 11 日学习态度（15）技术水平与实际能力（25）创新（10）说明书（报告书、图纸）质量（50）总评摘要 本次设计为冲压工艺及模具设计，要求在设计模具之前对工件进行必要的数据分析，确保设计出来的模具具备在外形丶尺寸丶材料等方面符合冲压模具工艺设计的要求。首先通过计算，确定落料和冲孔的冲压工序，接着制定相对应的落料-冲孔工艺方案，并且利用计算的数值选取合适的压力机，相对应的模架，以及模柄类型。在对工件进行充分的计算和分析之后确定落料-冲孔的方案是： 利用落料冲孔倒装复合模来完成该工件的制造。最后利用CAD绘图工具绘制出模具装配图和工件图以及排样图，按照设计时所计算的数据以及设计思路编写设计说明书。 【关键词】：落料-冲孔；工艺设计；AutoCAD；模具设计。 目 录摘要1引言31零件的工艺分析41.1 冲裁剪的形状和尺寸41.2 冲裁件的精度和表面粗度41.3 冲裁件的料42.冲裁工艺的方案确定 53.冲裁件的排样 5 3.1冲裁件的排样方式 5 3.2材料的利用率 6 3.3 排样图 74.压力机的计算及压力机的选择8 4.1 冲压力的计算 8 4.2 压力机的选择 8 4.3 压力中心 95.模具类型及结构类型的选择9 5.1 模具类型 9 5.2 结构形式 106.刃口尺寸的计算 10 6.1 凸凹模间隙 10 6.2 计算凸丶凹模刃口尺寸及公差107.模具部件的设计丶计算及选用 12 7.1 凹模设计 12 7.2 凸模设计 14 7.3 凸凹模的设计 16 7.4 定位零件 17 7.5 卸料与推件零件 17 7.6 模架 18 7.7 校核压力机 19总结 19致谢 20参考文献 21引言 冲压加工是金属塑性成形方法之一，具有优质丶高效丶节能丶节材丶成本低的显著优点，广泛应用于机械丶汽车丶电子和家电等国民经济多个领域，成为材料成形的重要手段，具有不可替代的作用，它是利用安装在压力机上的模具，在常温下对材料施加外力，使其产生分离或变形，从而获得具有一定尺寸丶形状丶和性能的工件。其加工对象一般为金属板料，故又称为板料冲压；又由于在常温下加工，所以也成为冷冲压。它是压力加工的的方法，是机械制造中先进的加工方法之一。在冷冲模加工中，冷冲模就是冲压加工所用的工艺装备。没有先进的冷冲模，先进的冲压工艺无法实现。由于冲压加工的零件形状尺寸精度要求批量大小原材料性能等不同，其冲压方法多样，但概括起来可分为分离工序和变形工序两大类分离工序，其原理是将冲压件或毛坯沿一定的轮廓互相分离；变形工序是材料不生产破坏的前提下使毛坯发生塑性变形，形状所需要的形状及尺寸的制件。 冲压方法多种多样，但根据成形特点，冲压工艺可分为分离和成形工序两大类。分离工序是将冲压件沿一定的轮廓线相互分离，冲压时板料所受应力超过强度极限，从而导致一部分与另一部分分开，如落料丶冲孔丶切断丶切边等。成形工序是在不破坏材料的前提下，施加外力使其产生塑性变形，获得所需形状尺寸与形状如拉深丶弯曲丶翻边等。与其他加工方法相比，冷冲压工艺有以下特点：冲压制品具有良好的质量，如表面光洁，精度较高，尺寸稳定，互换性好；质量好，刚性好，强度高；冲压工艺还可以加工其他加工方法难以加工的工件，如薄壳零件，带有翻边丶起伏丶加强筋的工件等。冲压制品不需要或仅需要少量的切削加工，材料利用率高，工件的材料成本较低。 生产效率高，操作简单，易于实现机械化和自动化。装备先进的生产线，可实现送料丶冲压丶取件丶废料清除的全自动化操作，劳动强度低。冲压加工所用的模具，结构一般比较复杂，生产周期长丶成本较高。因此冲压工艺多用于成批丶大量的生产，单件丶小批量生产受到一定限制。冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，生产周期长丶成本较高。考虑到成本以及利润的问题，在单件丶小批量生产中采用冲压工艺受到一定限制，冲压工艺多用于大批量生产。但是近年来发展的简易冲模丶组合冲模丶锌基合金冲模等为单件丶小批量生产采用冲压工艺创造了快速发展的条件。由于冷冲压有许多突出的优点，因此在机械制造丶电子丶电器丶等各个行业中得到广泛的应用。此次冲压工艺及模具的课题设计真正目的在于，利用理论知识联系实际生活，根据指导老师提供的工件制定相应的设计方案并绘制出模具零件丶模具装配图，熟练掌握设计模具的方法与技巧，要求在绘制装配图的过程中认真丶仔细，严谨的学习态度才得以达到本次设计的目的。 1. 零件的工艺性分析1.1 冲裁件的形状和尺寸.该零件形状简单，结构对称，料厚t=2mm。如图1所示： 图1 冲裁件 1.2 冲裁件的材料冲裁件外形的精度不高于GB1800-79IT11级，故此冲裁件的精度选IT14。根据冲压手册表2-6丶2-10丶2-11查得各尺寸的公差，公差标注按“入体原则”，即：对被包容尺寸（轴的外径，实体长、宽、高），其最大加工尺寸就是基本尺寸，上偏差为零；对包容尺寸（孔径、槽宽），其最小加工尺寸就是基本尺寸，下偏差为零。 分别如下：工件外形： 28.7 20 工件内形： 61.3冲裁件的材料 冲裁件的材料为 08钢，标准：GB/T600-1998 ,为极软碳素钢，强度丶硬度很低，而且其塑性和韧性极高，具有良好的冲裁丶拉深丶墩粗丶弯曲丶拉延等冷加工性能。其抗拉强度=450Mpa，抗剪强度=300Mpa ，其冲裁加工性 能好，实用性好。 综上本次设计所用的工件材料工艺性较好，可以进行冲裁加工。2. 冲裁工艺的方案制定。该工件包括落料丶冲孔两个基本工序，可以采用以下几种方案：方案一： 先落料丶在冲孔，采用单工序模生产；方案二： 用冲孔-落料连续冲压，采用急进模生产；方案三： 采用落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。分析方案一： 模具结构简单，容易加工和模具的维修，但是需要落料和冲孔两道工序，两套模具来完成，导致生产效率低，成本增加，能以实现零件大量生产的要求。分析方案二：模具结构复杂，制造相对困难，且误差较大，成本相对增加，并且对压力机要求很高。根据零件结构简单，所以本次模具设计采用落料-冲孔倒装复合模，即方案三，提高了生产效率，同时降低总成本。并且冲出的零件精度和平直度好，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量。根据以上分析，该零件采用复合冲裁工艺方案三。3.冲裁件的排样3.1冲裁件的排样 冲裁件在条料上的布置方法称为排样。合理排样是降低成本丶保证制件质量和提高模具寿命的有效措施。由于工件较为简单所以排样主要分为两种方案。方案1：直排。从1500x1000mm的钢板，剪成宽33.5mm的条料30条，每冲75件，一共可以冲出2250件。方案2，横排。从1500X1000mm的钢板裁剪，剪成宽20mm的条料50条，没冲44件，一共可以冲出2200件。所以冲裁件在条料上的布置方式为直排式，排样方法为有废料排样法，尽管这样钢材的材料利用率相对较低，但是为了保证冲裁件的质量，模具寿命长度，且方便工人操作，和考虑到工人的安全问题直排式为比较合适的排样。冲裁件是手工送料，根据课本冲压工艺及模具设计表2.10，查得材料的搭边值：工件为矩形件，且边长L<50mm。故：工件间的搭边值：a=1.8mm；工件与条料侧边的搭边值：a=2.15mm3.2材料的利用率计算。 每次只冲一个零件的步距： A=D+a式中 D-平行与送料方向的冲裁件宽度，mm： a-冲裁件之间的搭边值，mm；所以平行与送料步距方向的冲裁件宽度D=20 mm根据计算送料步距 A=D+a=20+1.8mm=21.8 mm当导板之间有侧压装置时，或用手将条料紧贴单边导料板（或者两个单边导料销时），设计冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸为D，条料宽度按下式计算，即： B=(D+2a+) 式中 D-冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸 a-工件与条料侧边的搭边值（取2.15）mm 板料剪裁时的下偏差，mm 根据冲压手册查表 2-19 =0.5mm故条料宽度 b=（28.7+22.15+0.5）=33.5mm 一个零件步距零件的实际面积S=574-93.14=545.74mm 一个步距内所需要的毛坯面积S=AB=21.833.5=730.3mm故材料的利用率 =100=100=74.83.3 排样图。排样图如图2所示：图2 排样图4.压力机的计算及压力机的选择。4.1 压力机的计算 已知：工件材料：08钢 材料厚度：2mm 查表7-13，=450MPa =300MPa 查表2-38，K=0.0450.055 取0.05 对于普通平刃口的冲裁,其冲裁里F的计算可按公式：F=Lt 式中L-冲裁件的周长，mm； t板料的厚度，mm；冲裁件外周长 L=97.4mm冲孔件内周长L=18.84mm冲圆孔力 F=Lt=Lt13 =18.421.3300 =14.695 kN落料力 F=Lt=97.421.3300 =75.972 kN卸料力 F= KF=0.0575.972=3.7986 kN推件力 F=KFn (n= h查冲压课本223页取6mm，故n为3)所以推件力F=KFn =0.0514.6953 =2.204 kN 此模具采用的是弹压卸料装置和上出件模具，所以压力机的总冲力是 F= F+ F+ F+ F=96.67 kN4.2 压力机的选择 根据总冲裁力为 96.67 KN，故查冲压手册表9-3得选取压力机为：开式双柱可倾压力机 J23-10 ，其工艺参数如下： 公称压力为： 10t 滑块行程为： 60mm 行程次数为： 145次/min 最大闭合高度：180mm 滑块中心线至床身距离：130 工作台尺寸： 360mm240mm 模柄孔尺寸：30mm50mm 倾斜角： 30 4.3压力中心位置。由于工件形状是对称结构，故压力中心在冲孔圆心。如图所示： 图35.1模具类型模具类型及结构形式的确定 根据对定子冲片的工艺分析，拟采用落料丶冲孔倒装复合模，倒装复合模的优点是废料能直接从压力机台面落下，而冲裁件从上模推下，比较容易引出去，因此操作方便安全，且易于安装送料装置，这样可以保证零件所要求的各项精度指标，工序次数少，生产效率高。模具主视图如下图4所示： 图45.2结构形式 定位：该模具采用固定链接螺钉及圆柱销钉链接和定位。固定：落料凹模由四个内六角螺钉连接，冲孔凸模由固定板固定。 卸料：板料采用板料从落料凸模上卸下，板料动力由弹性橡皮提供，制件由落料凹模里的推件块推出，其动力由打杆提供，冲孔废料由落料孔排出。6刃口尺寸计算6.1凸凹模间隙 冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模工作部分之间的尺寸之差，即 Z=D+ D通常,模具间隙是指凸丶凹模侧壁之间的间隙,即侧边间隙.单侧的间隙称 为单边间隙;两侧间隙之和称为双边间隙.如无特殊说明,冲裁间隙一般是指 双边间隙.而冲裁间隙冲裁间隙是直接关系冲件断面质量丶尺寸精度丶模具 寿 命和能力消耗的重要工艺参数;而冲裁间隙数值主要与材料太号,供应状态和厚度有关.根据冲压手册表2-23，得到材料为08钢，料厚t=2mm的初始双面间隙是： Z=0.246mm Z=0.360mm6.2 计算凸丶凹模刃口尺寸及公差 工件落料尺寸的确定 根据工件的形状丶厚度及公差,查冲压工艺及模具设计表2.6得出磨损系数 为0.5 计算落料凹模尺寸28.7尺寸 D=(28.7-0.50.52) =28.44mm20 尺寸 D=(20-0.50.52)=19.74mm落料凸模的基本尺寸与凹模相同,分别为 28.44丶19.74,并且以0.2460.360mm间隙与落料凹模配制. 冲孔凸丶凹模刃口尺寸的确定冲孔部分为圆形,采用分别加工法,根据料厚t=2mm材料为08钢,查表得:Z=0.246mm Z=0.360mmZ- Z=0.360mm-0.246mm=0.114mm对于圆孔6,根据冲压手册表2-29得凸丶凹模制造偏差 =+0.017mm=-0.012mm所以 |+|=0.029mm < 0.0114mm且孔形简单,故采用分别加工法.则6冲孔工序的凸丶凹模尺寸分别按下式计算:d=(d+)d=( d+ Z) 式中d-为冲孔凸模的基本尺寸， d-为冲孔凹模的基本尺寸， 冲裁件的公差， -磨损系数，则6冲孔工序的凸丶凹模尺寸分别为： d=（6+0.50.25） =6.125mm d= (6.125+0.246) =6.371mm7.模具部件的设计丶计算及选用 7.1凹模的计算7.1.1凹模的结构设计及固定方式凹模洞口形状的选择；凹模洞口形状均为直壁式，孔壁垂直于顶面。刃口尺寸不随修磨刃口增大，刃壁高度取6mm。故冲件精度比较高，刃口强度也足够。凹模的固定方式：凹模通过螺钉丶销钉固定在凹模固定板上。其凹模的结构简图如图5所示： 图5.凹模的结构简图7.1.2凹模材料和主要技术要求 凹模的材料选用是 T10A。为提高模具的寿命与冲裁件的精度，凹模的底面和型孔的孔壁应光滑，表面粗糙度为R=0.80.4m。底面与销孔的R=1.60.8m。凹模的材料与凸模一样，目的是保证二者寿命相当，起热处理硬度略高于凸模，达到6064HRC。7.1.3 凹模的轮廓尺寸 根据冲压手册表2-40得， K=0.42 则 凹模高度：H=kb=0.4228.7=12.054mm < 15mm 凹模壁厚：C=(1.52)h=18.08124.108mm <（3040mm） 由于凹模高度和凹模壁厚的计算值均小于压力机参数最小值，所以取 凹模高度 H=25mm； 凹模壁厚C=30mm .7.2凸模设计7.2.1 凸模的结构设计及固定方式 凸模是台阶式的凸模，其刃口部分是圆形状，结构较为简单，通过固定板固定，链接螺钉连接，销钉定位，其配合采用过度配合。 凸模的结构简图如图6所示： 图6.冲孔凸模7.2.2凸模材料和主要技术要求 凸模材料选用T10A。模具刃口要有较高的耐磨性，并且能承受冲裁时候的冲击力。因此应有较高的硬度和适当的韧性。热处理硬度取5862 HRC。凸模工作部分的表面粗糙度R=0.80.4m，固定部分 R=1.60.8m。因冲孔凸模直径较小，所以要对凸模进行强度校核。7.2.3凸模长度计算 凸模的结构根据模具结构来确定。凸模长度计算公式 L=h+h计算， 式中 L凸模长度，mm； h-凸模固定板厚度，mm；h-落料凹模的厚度，mm次模具的固定板厚度15mm，凹模高度25mm；故凸模高度 L=40mm .7.2.4凸模的强度与刚度校核凸模的压应力校核：凸模材料采用碳素工具钢T10A，其许用应力=1800 MPa，板料的抗剪强度=300 MPa，料厚t=2mm，凸模的最小直径d应满足：d=4=1.3mm而d=6mm 即 d1.3mm故凸模的强度足够。凸模的弯曲应力校核：该模具使用有导向装置的凸模，凸模的最大自由长度L应满足： L270式中L-允许的凸模最大自由长度，mm d凸模的最小直径，mm； F冲裁力，N；因为L=40mm270=80.3mm所以凸模的刚度满足要求。凸模垫板承压计算：圆形凸模承受面的压应力=式中 F冲裁力，N；A-承压面积，mm；D凸模承压面的直径，mm； -模座材料的许用压应力，MPa； 若大于，侧需加垫板。凸模承压面的面积A=28.26mm，冲裁力F=14695N；由于模座选用材料为HT200，根据冲压手册表8-50，取=100MPa，故：=520MPa>100MPa所以需要加垫板。7.3 凸凹模的设计7.3.1 凸凹模的结构设计及固定方式凸凹模的结构简图如图7所示：凸凹模采用固定板固定，内六角螺钉连接，销钉定位，与凸凹模固定板采用过渡配合。 图7.7.3.2凸凹模的强度校核 根据冲压工艺及模具设计表8.3，得凸凹模的最小壁厚为4.9mm，实际设计模具最小壁厚是5mm，故符合强度要求。7.3.3凸凹模尺寸的确定凸凹模的外刃口尺寸按凸模尺寸配做并且保证最小间隙为Z=0.246mm，内形刃口尺寸按凸模尺寸配做并保证最小间隙 Z=0.246mm。7.3.4凸凹模的材料和技术条件 凸凹模材料采用碳素工具钢T10A，淬硬5660HRC。7.4 定位零件冲模的定位零件是用来控制条料的正确送进以及单个毛柸的正确位置及控制送料方向的步距。用导料销控制送料方向，采用两个活动导料销。其尺寸为其机构与挡料销结构相同。采用从右到左送料，因此导料销在后侧。根据冲压手册表10-56；选取A型导料销，材料：T08A GB129386 热处理：HRC5054基本尺寸是直径d=6mm，长度L=28mm.同时采用一个固定一个挡料销控制送料步距。根据冲压手册10-60，得所选挡料销的尺寸如下：A642 即：D=6mm ，d=4mm，h=2mm。7.5 卸料与推件零件卸料装置采用的是弹性卸料装置，由卸料板丶橡皮和卸料螺钉组成。卸料板的基本尺寸是895mm。橡皮采用的是不规则形状，材料为聚氨酯橡胶，橡皮允许承受的载荷较大，同时便于安装。所用的橡皮自由高度为15.4mm。卸料螺钉是根据冲压手册10-64选用M8的圆柱头内六角卸料螺钉。其直径d=8mm，长度60mm。推件装置采用刚性推件装置，装与上模部分，推件力是由压力机传递给打杆丶推件板丶推杆传给推件板的。推件板是根据冲压手册10-55，选用B型推件板，规格B25其中R=4mm， GB2867.4 材料：45号钢 热处理：HRC4348 .推杆根据冷冲压模具设计实用手册表5-50，选用直径为d=4mm。长度L=40mm的推杆。7.6 模架模架是由上丶下模座丶模柄及导柱丶导套组成。模架是整幅模具的骨架，模架的全部零件都固定在模架上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座是用螺钉压板固定在压力机工作台面上，上丶下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，同时引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。根据凹模周界，选用后侧导柱模架，查冲压手册表10-30，其基本尺寸如下：凹模周界尺寸：L=100mm， B=80mm闭合最小高度为140mm，闭合最大高度为165m，上模座的基本尺寸为 1008030mm；下模座的基本尺寸为 1008040mm；导柱的基本尺寸为20100mm；导套的基本尺寸为207028模柄根据已选的压力机J23-10，查冲压手册表10-47选用直径d=30mm，D=75mm，H=64mm；材料为A3的A型凸缘模柄 即A3075 GB2862.3-81.A37.7 校核压力机本次设计的模具在最低工作位置时，上丶下模板二底面间的距离应小于压力机的最大装模高度；已知设计的模具闭合高度为 H=160mm。同时得到最小闭合高度为140mm；最大闭合高度为165mm，所设计的模架闭合高度H应满足的关系为： H-5 H H+10,即满足165-5160mm140+10，因此所选用的压力机满足要求。总结模具，作为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制件与零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切削加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员么有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其他加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化特点。设计出正确合理的模具不仅能提高产品质量、生产率、使用寿命，还可以提高产品经济效益。在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部分作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。 致谢本次设计是在查五生老师的悉心指导下完成的。使我深刻的感受到了作模具设计不单单需要大量的精力和时间，还需要对工作十分严谨的态度；当时刚开始的时候几乎是零基础，后来在查老师的指导下一步一步完成了设计，中间有想放弃的念头，也有忽悠老师的念头，但是这些念头在老师的严格威力压迫下破灭了，大家都说跟着查老师你进步了很多，我也由衷的再次感谢老师，但是我所设计出来的模具还是问题很多，以后需要对自己的工作态度更加严谨丶苛刻，同时本次模具设计过程倾注了老师大量的心血的，在此：谨向查老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！参考资料1 王卫卫. 材料成形设备.M北京.机械工业出版社.2011.62 查五生 . 冲压工艺及模具设计.M.重庆:重庆大学出版社，2014. 3 王孝培 . 冲压手册 .M.北京：机械工业出版社，2000.4 丁松聚 . 冷冲模设计.M.北京：机械工业出版社，2010.5 李天佑 . 冲模图册.M.北京.机械工业出版社，2000.6 张玲玲 . 机械制图.M.成都.西南交通大学出版社，2011. - 22 -