《冲压工艺及模具设计》课程设计.doc

附录A 课程实验与课程设计A.1 冲压工艺及模具设计课程实验实验是本课程教学环节之一，通过实验(并完成实验报告)，现场观察有关冲压工序的变形情况，自己动手操作设备，接触模具，从而对课程内容有更深入的体会和理解。实验内容可根据具体的教学条件而定。一般可安排下列实验：(1)间隙对冲裁件质量的影响；(2)最小弯曲半径与回弹角的测量；(3)拉深系数的测定；(4)冲模结构与拆装。A.2 冲压工艺及模具设计课程设计A.2.1 课程设计目的(1)综合应用和巩固本课程及相关课程的基础理论和专业知识，培养学生的初步设计能力，使学生系统地掌握产品零件的成形(或成型)工艺编制及模具设计的基本方法和步骤。(2)培养学生分析问题和解决问题的能力。学生通过对产品零件的工艺性分析，能综合考虑成形工艺和模具设计等内容，独立编制成形工艺规程、设计模具，正确运用技术标准和资料，完成模具技术工作人员在模具设计与制造方面所必须具备的基本训练。(3)在课程中培养学生认真负责、踏实细致的工作作风和严谨的科学态度，强化质量意识和时间观念。A.2.2 课程设计步骤1. 设计准备1) 阅读产品零件图(1)设计前应预先准备好设计资料、手册、图册、绘图用具、图纸、说明书用纸。(2)认真研究任务书及指导书，分析设计题目的原始图样、零件的工作条件，明确设计要求及内容。(3)熟悉各种可采用的模具结构形式及其优缺点。2) 冲件图样分析产品零件图是分析编制冲压方案、设计模具的重要依据，对零件图的分析主要是从冲压工艺的角度出发，对冲压件的形状、尺寸(最小孔边距、孔径、材料厚度、最大外形)、精度、表面粗糙度、材料性能等逐项分析，确定冲压工序图。若有与冲压工艺要求相悖者，应采取相应的解决措施或与指导教师协商更改。(1)工艺分析。合理的冲压工艺，既能保证冲件的质量，使冲压工艺顺利进行，提高模具寿命，降低成本，提高经济效益，同时给模具的设计、制造与修理带来方便。所以必须对指定的冲压件图样进行充分的工艺分析，在此基础上，拟订各种可能的不同工艺方案。工艺分析主要是分析冲件的形状、尺寸及使用要求，分析冲件的工艺性；根据成形规律，确定所用冲压工艺方法；根据生产批量、冲压设备、模具加工的工艺条件等多方面因素，进行全面的分析、研究，确定冲件的工艺性质、工序数量、工序的组合和先后顺序。在几种可能的冲压工艺方案中，选择一种经济、合理的工艺方案，并填写冲压工艺卡。(2) 制订冲压工艺。制订冲压工艺方案时，应做如下工作： 备料。确定板料、条料的规格、要求，并计算出材料利用率。 确定工序性质、数目、先后顺序、工序的组合形式。 确定辅助工序及规范。 确定操作及定位方法。 进行必要的工艺计算。2. 模具的总体设计1) 模具类型及导向方式的确定(1) 单工序模。 冲件形状简单且精度低时，可不用导向，即采用敞开模。 冲件精度较高、批量较小且所用材料厚而凸模强度较大时，可采用固定导板导向，即采用固定导板模。 冲件形状复杂、精度较高且为中、大批生产时，用导柱、导套导向，此种形式生产中常用(导柱导套有滑动式和滚动式两种，一般都用滑动式，只有冲件精度很高时才用滚动式)。冲件孔小，凸模多且强度弱时采用弹压导板导向。(2) 组合工序模。组合工序模均有导向，其选择方式与单工序模的、两项相同。2)滑动式模架选择无导向和用固定导板导向的模具都设有标准模架，需查阅手册参照标准规格设计，用导柱、导套导向和弹压导板导向的模具一般都有标准模架，随导柱位置的不同有对角导柱模架、后侧导柱模架、中间导柱模架和四角导柱模架等，可根据需要选择。3)压料、卸料装置的选择在选用压料、卸料装置的形式时，应考虑操作方式，即板料送进和定位是手动操作还是自动化操作(要求学生设计手动操作)，还需考虑出料方式是上出料，还是下出料。压料、卸料装置根据冲件平整度要求或料的厚薄来确定，对于冲件平整度要求高、且料薄的情况宜用弹压卸料板，这样既可压料又可卸料，且卸料板随上模上下运动，直观性强，操作方便，弹压卸料板是生产中常用的一种卸料装置。若板料较厚，用弹压卸料板难以卸料时，宜选用固定卸料装置卸料。一般在零件形状简单、要求不高时，采用固定卸料方式，此方式可简化模具结构，但是因为工作部位封闭，送料只能靠手感，操作不便，安全性较差。4)定距方式的确定单工序模具且单排排样，一般用挡料销定位即可，若用双排排样需调头送料时，有时要联合使用挡料销和始用挡料销。组合工序模中的正装式复合模一般用固定挡料销定距，而对于倒装复合模，也可用固定挡料销，但需在凹模上开设让位孔，若挡料销让位孔离凹模型腔太近时，则要用钩形固定挡料销或活动挡料销，以免削弱凹模强度。组合工序的级进模，其定距方式有首次挡料加固定挡料和侧刃定距两种方式，若跳步步数较少(12步)且板料较厚时，可用始用挡料销加固定挡料定距，跳步步数较多时，则用侧刃定距。由于侧刃定距方便且容易实现自动化送料，所以在现在生产的级进模中应用愈来愈广泛。若定距尺寸要求较高，即可在以上两种方式中增加导正销，以提高定距精度。3. 画排样图并计算材料利用率画排样图是极为重要且技术性很强的设计工作，排样图的合理与否，直接影响到材料的利用率、零件质量、生产率、成本以及模具的结构与寿命等。1) 排样图的内容排样图的内容包括排样方法、零件的冲裁过程(模具类型)、定距方式(用侧刃定距时侧刃的形状、位置外材料利用率、步距、搭边、料宽及其公差，对有弯曲、卷边工序的零件还要考虑材料的纤维方向。2) 画排样图的注意事项(1)能从排样图的剖切线上看出是单工序模还是级进模或复合模。(2)级进模的排样要反映冲压顺序。(3)级进模的排样图要考虑凹模强度，凹模洞口之间的壁厚小于5mm时，要留空步。(4)级进模的排样图要能看到定距方式，一般未反映的为始用挡料加固定挡料，侧刃定距时要画出侧刃冲切条料的位置。(5)排样图上的尺寸、公差要完整。3) 排样图的设计方法和步骤(1)一般是先从排样的角度考虑并计算材料的利用率，对于复杂的零件通常是用厚纸片剪成35个样件，排出各种可能的方案。(2)其次从模具尺寸的大小、结构的难易程度、凹模强度、模具寿命、材料利用率等诸方面综合考虑，选择一种合理的排样方案。(3)查出搭边，计算步距和料宽，根据标准板(带)料的规格确定料宽和公差。(4)将选定的排样方案画成排样图，按模具类型和冲裁顺序打上适当的剖切线，标上尺寸和公差。4. 工艺计算1) 计算压力中心从排样图上找出冲切条料的线段(即模具的受力部分)，按公式计算压力中心。2) 计算凹模轮廓尺寸从排样图上找出凹模工作洞口，在考虑压力中心影响的同时，计算凹模轮廓尺寸、确定送料方向，查有关标准选择典型的组合形式和有关尺寸、类型、规格及代号。3) 计算模具刃口尺寸对于冲裁模，根据冲件的尺寸公差按配作法计算模具刃口尺寸。对于弯曲模、拉深模的工作零件尺寸，按有关要求进行计算。4) 计算冲裁力、推件力、卸料力根据所选类型的冲模及规格，校核如下内容。(1)模具与压力机的闭合高度是否相适应。(2)压力机的漏料孔能否漏下冲件和废料。对有弹顶装置的模具，还应使漏料孔大于弹顶器外形尺寸，即工作台漏料孔要大于凹模工作洞口最大壁间距和弹顶器的最大外形尺寸。(3)模具下模座外形尺寸与压力机工作台面尺寸是否相符，按下模座外形尺寸+(5070)mm=冲床工作台面尺寸校核，若其中一项不符，则应重选压力机，一般是类型不变，增大压力机规格。5. 绘制模具装配图根据所选模具的结构规格，查出模架外形尺寸。按既定的模具闭合高度及模架外形尺寸，考虑排样图及明细表位置，按比例11确定图纸规格，即可绘制装配草图。1) 绘制装配草图(1)先打开上模，画下模的俯视图，再画模具工作位置的主视图，模具工作位置的主视图一般应按模具闭合状态画出，但为了使上、下模重合部分表达清楚，可以将上、下模错开一段距离画图，错开后长宽方向仍应按闭合时的位置状态画图。画模具装配草图时，模具零件的结构、尺寸应相应确定，且应考虑零件的加工工艺性。(2)选择定位元件(定位销、始用挡料销、侧面导板、侧刃等)的类型尺寸，计算定位零件的位置。(3)进行小凸模的强、刚度校核，并根据凸模形状，确定相应的加工方法和固定方式。一般圆凸模用车、磨法加工，用带台肩的固定方式固定，异形凸模用线切割和成形磨削加工，用铆接固定方式固定，无论哪种固定方式，若固定端为圆形，工作端为非圆形，则都必须在固定端的接缝处加防转销。对大截面的凸模一般采用螺钉紧固，但凸模与固定板必须加销钉定位。(4)计算弹压卸料板的台阶高度和宽度尺寸。(5)确定推板、打板的结构形状，计算推板、打板的活动空间。(6)计算顶杆、打杆的长度。(7)确定模柄类型和尺寸，需考虑以下关系(、两式应成立)： 模柄台阶+固定部分=上模座厚度； 模柄全长<上模座厚度+压力机滑块的模柄孔深； 模柄安装部分的直径与压力机滑块的模柄孔径配合。2) 标注尺寸应标注侧面导板的进料宽度尺寸和公差、闭合高度尺寸(指实际闭合高度，不是拉开后的画面高度)及模具外形尺寸。3) 填写零件明细表按顺时针或逆时针方向标上零件序号并填写零件明细表。明细表中，除序号中名称要全部填写外，标准件应写明标准代号和规格，非标准件要注明零件图的图号，零件的材料及热处理硬度。4) 绘制模具零件图绘制完模具装配草图，整个模具结构设计基本完成，零件的结构形状和相关尺寸也已基本上心中有数。绘制零件图时要注意如下事项：(1)结构要合理，工艺性要好。(2)零件形状必须表达清楚，投影要正确。必须以最少的视图表达清楚为宜，且要符合国家最新制图标准的规定画法。(3)尺寸、公差、形状位置公差、表面粗糙度、材料、热处理、硬度及有关技术要求要合理、完整。(4)注意有关零件的相互位置关系，如： 用侧刃定距时，侧面导板上的侧刃让位孔要与侧刃的形状、位置相对应。 用始用挡料销固定挡料销组合定位时，侧面导料板上的让位槽形状尺寸应与始用挡料销相适应，位置应与固定挡料销成步距关系。 卸料板的台阶宽度和高度尺寸与侧面导板的送料宽度及侧面导板的高度相适应。 推板应与凹模形状尺寸相适应，推板打板的活动空间为58mm。 顶杆长度应能打下料来，并保证打杆的活动空间为58mm。固定板的内形应与凸模结构形状相适应。采用台阶固定时，其内形上部要有让位槽，铆接时应有倒角。 凸模固定板、卸料板、凹模的型孔位置应一致，对于不对称的形状要注意方向以防画反。 相互联系的螺、销孔的孔距尺寸应相同。另外，在画零件图时，若发现结构形状尺寸与装配草图不符时，要反复推敲，对装配草图上不合理的结构与尺寸要及时修改。5) 绘制模具总装配图模具装配图除主、俯视图外，图面右上角为本工序的工序图或排样图，右下角为明细表，要标注模具封闭高度及外形尺寸、技术要求、所选用压力机的规格型号。6. 编写设计说明书完成课程设计全部工作后，应将其全部工作依先后顺序编写成设计说明书，要求字迹工整，语言简练，文字通顺，说明书应以16开纸或专用说明书纸书写，四周留有边框，说明书封面应写明课程设计题目，说明书开始应有前言或序言，说明课程设计题目的选题意义，还可谈谈课程设计的收获及体会。说明书还应包括以下内容：(1)目录。(2)简述设计的任务与要求。(3)冲件的工艺分析。(4)工艺方案的制订及分析比较。(5)排样设计及材料利用率计算。进行排样与模具结构及生产率、操作安全分析，然后确定排样方案，画出排样图。(6)填写工艺规程卡。(7)模具结构设计的分析过程。(8)冲压力、推件力、卸料力的计算过程及选用压力机类型和规格的依据。(9)压力中心的计算过程。(10)凹模轮廓尺寸计算过程和典型组合的选择。(11)冲模主要零件的结构形状、材料、公差的选择及技术要求的说明。(12)小凸模强度、刚度校核过程。(13)凸、凹模工作刃口尺寸计算过程。(14)其他计算过程及需要说明的内容。(15)该设计的优、缺点及改进措施。(16)设计所用的参考资料。A.2.3 课程设计题目图A-1图A-15中选择的课程设计题目，都是来自生产实践中的冲压件。1. 齿轮螺栓垫片(见图A-1)技术要求： 去除毛刺。 材料：Q235，t=1.5mm。 大批量生产。图A-1 齿轮螺栓垫片2. 差速器螺栓垫片(见图A-2)技术要求： 去除毛刺。 材料：Q235，t=1.0mm。 大批量生产。图A-2 差速器螺栓垫片3. 柴油机排气管法兰(见图A-3)技术要求： 去除毛刺。 材料：Q235，t=3.0mm。 中批量生产。图A-3 柴油机排气管法兰4. 止动件(见图A-4)技术要求： 去除毛刺。 材料：Q235，t=0.5mm。 大批量生产。图A-4 止动件5. 电机主机端板(见图A-5)技术要求： 去除毛刺。 材料：Qbe2，t=1.5mm。 大批量生产。图A-5 电机主机端板6. 前减震器上支架(见图A-6)技术要求： 去除毛刺。 材料：20，t=4mm。 大批量生产。图A-6 止动件7. 磁轭(见图A-7)技术要求： 去除毛刺。 材料：10，t=1mm。 大批量生产。图A-7 磁轭8. 回油管夹片(见图A-8)技术要求： 去除毛刺。 材料：0.8钢，t=0.35mm。 大批量生产。图A-8 回油管夹片9. 弹簧片(见图A-9)技术要求： 去除毛刺。 材料：QSn6.5-0.1Y，t=0.5mm。 大批量生产。图A-9 弹簧片10. 固定夹(见图A-10)技术要求： 去除毛刺。 材料：QSn6.5-0.1Y，t=0.5mm。 大批量生产。图A-10 固定夹11. 电器开关网芯(见图A-11) 技术要求： 端面平整、光洁。 材料：H62，t=1.2mm。 小批量生产。图A-11 电器开关网芯12. 柴油机滤清器外壳(见图A-12) 技术要求： 去毛刺。 材料：08F，t=1.5mm。 中批量生产。图A-12 柴油机滤清器外壳13. 自行车中轴碗(见图A-13)技术要求： 氧化处理。 材料：15钢，t=2.5mm。 大批量生产。图A-13 自行车中轴碗14. 拖车轴端盖(见图A-14)技术要求： 表面涂漆。 材料：Q235，t=2.0mm。 小批量生产。图A-14 拖车轴端盖15. 汽车制动调整臂(见图A-15)技术要求： 去毛刺。 材料：08F，t=1.0mm。 大批量生产。图A-15 汽车制动调整臂A.3 课程设计实例零件名称：垫片材料：45钢(冷轧，退火)料厚：1.5mm批量：200万件/年零件：见图A-16。图A-16 垫片A.3.1 垫片冲压工艺分析1. 产品结构形状分析 由图A-16可知，产品为圆片落料、圆片冲孔。产品形状简单对称，无窄槽、尖角；孔与孔之间、孔与零件边缘之间最小距离满足要求。2. 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析1) 尺寸精度外形：，属于IT14级。内形：，属于IT14级要求普通冲裁尺寸精度低于ITl3级，现在产品的设计精度低于ITl3级，所以尺寸精度满足要求。2) 冲裁件断面质量因为一般用普通冲裁方式冲2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达，毛刺允许高度为；本产品在断面粗糙度和毛刺高度上没有太严格的要求，所以只要模具精度达到一定要求，冲裁件的断面质量可以保证。3. 产品材料分析对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料是45钢，属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度和塑性指标适中，经退火后，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。另外产品对于厚度和表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。4. 生产批量由产品的生产纲领200万件/年可知，产品批量为大批量，很适合采用冲压加工的方法，最好采用复合模或连续模，若是能加上自动送料装置，会大大提高生产效率，降低成本。A.3.2 垫片冲压工艺方案的确定完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工的工艺方案分为以下3种。1. 第1种方案采用单工序逐步加工(1) 冲孔、落料单工序模，工序简图如图A-17所示。冲孔 落料图A-17 冲孔、落料单工序模(2) 落料、冲孔单工序模，工序简图如图A-18所示。落料 冲孔图A-18 落料、冲孔单工序模特点：由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便。但生产率低，工件精度低，不适合大批量生产。2. 第2种方案采用复合模加工成形 工序简图如图A-19所示。图A-19 冲孔、落料复合序模特点：生产率较高，工件精度高。但模具制造较复杂，调整维修较麻烦，使用寿命低。3. 第3种方案采用级进模加工成形工序简图如图A-20所示。图A-20 冲孔、落料级进模特点：生产率高，便于实现机械化、自动化，但模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低。根据本零件的设计要求，以及各方案的特点，决定采用第2种方案比较合理。A.3.3 垫片冲模结构的确定1. 模具的形式经分析，此工件有两个孔，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模。2. 定位装置1) 纵向定位纵向定位装置采用伸缩式挡料销纵向定位，安装在下模座和活动卸料板之间。工作时，可随凹模下行而压入孔内，工作很方便。2) 横向定位横向定位采用导料螺栓。因为它结构简单，使用方便，对模具强度削弱小。3. 卸料装置1) 条料的卸除采用弹性卸料板。因为是倒装式复合模，所以卸料板安装在下模。2) 工件的卸除采用打料装置将工件从上模落料凹模中推下，落在模具工作面上。3) 冲孔废料的卸除采用下模座上漏料孔排出。冲孔废料在下模的凹凸模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排出。4. 导向零件针对本产品精度要求不高，采用滑动式导柱导套进行导向即可。5. 模具本设计决定采用中间导柱模架。A.3.4 垫片冲压工艺计算1. 排样排样如图A-21所示。图A-21 排样图1) 搭边查表2.21，确定搭边值，。当mm时 mm，mm2) 条料宽度采用无侧压装置。冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸mm条料宽度公差，查表2.22。mm，根据式2.25，mm3) 材料利用率送料步距mm一个步距内制件的实际面积mm22. 计算冲压力45钢退火，MPa，取MPa。查表2-19，1) 冲孔冲裁力(N)2) 落料冲裁力(N)3) 卸料力(N)4) 推料力凹模刃口直壁高度mm，(N)5) 顶件力(N)6) 总冲压力(N)初选压力机：J23-25。3. 计算模具压力中心由于该零件完全对称于相互垂直的两条对称线，所以模具的压力中心在几何图形的中心点上。4. 计算模具刃口尺寸1) 冲孔凸、凹模由表2.12查得mm mmmm由表2.15查得mm mm由表2.16查得因为故能满足分别加工法的要求。mmmm凹模型孔中心距mm2) 落料凹、凸模由表2.15查得mm mm由表2.16查得因为故不满足分别加工法的要求。采用配合加工mm凸模按凹模尺寸配留间隙mm，mmA.3.5 垫片复合模主要零件的设计计算1. 落料凹模落料凹模，如图A-22所示。图A-22 落料凹模尺寸1) 求厚度根据式(2-36)， Nmm2) 求长度和宽度L、B。查表2-28，得mmmm。查表2-29得，mm2. 冲孔凸模长度及强度校核1) 冲孔凸模长度mmmm2) 凸模强度压应力校核压应力校核按式2.29，(mm)凸模选用材料Cr12，MPa。取MPa45钢退火，MPa。mm设计mm，所以凸模强度符合要求。3) 凸模刚度细长杆失稳校核无导向装置的圆形凸模细长杆失稳校核按式2.33。mm所以凸模刚度符合要求。3. 卸料弹簧设计1) 单个弹簧所承受的负荷已知总卸料力(N)设卸料弹簧个数为个所以N2) 根据的大小，从标准中初选弹簧规格初选弹簧参数：弹簧中径mm；弹簧钢丝直径mm；节距=7.8mm；最大许用工作负荷N；最大负荷下的许用压缩量mm；弹簧的自由长度mm；弹簧有效圈数；最大负荷下的单圈变形量mm。3) 弹簧压缩量mm4) 校核弹簧最大压缩量校核公式 式中：F最大负荷下的许用压缩量，mm，mm； 弹簧压缩量，mm，mm 卸料板工作行程，mm，取mm； 凸凹模修磨余量，mm， mm，取mm。所以 mm结论：因为所选弹簧满足公式，所以所选弹簧规格符合要求，8个弹簧的均匀分布。4. 凸凹模长度确定，壁厚校核 凸凹模各部分尺寸1) 凸凹模长度确定mm式中：弹簧的自由长度，mm，； 弹簧压缩量，mm，mm； 卸料板厚度，mm，取mm。2) 凸凹模壁厚校核查表2.30，倒装复合模凸凹模最小壁厚mm；此题中mm所以满足最小壁厚的要求，按图设计的凸凹模符合要求。5. 凸凹模固定板尺寸凸凹模固定板形状为圆形，厚度为2530mm。6. 垫板结构与设计垫板的形状与凸模固定板一致，一般为圆形或矩形，垫板厚度一般为310mm。垫板的材料选用T8工具钢，热处理硬度为4852HRC。垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度。 7. 卸料板的设计1)卸料板的形状及尺寸卸料板与形状凹模一致，厚度mm；卸料板材料选45钢，不用热处理淬硬。2) 卸料板上成形孔的设计取弹压卸料板与凸模的双面间隙为0.10.3mm。8. 模架设计根据mm上模座选用GB2855.981上模座选用GB2855.1081选用铸铁HT200。导柱选用GB2861.181，导套选用GB2861.681，A.3.6 垫片复合模装配图的设计绘制垫片复合模装配图，如图A-23所示。图A-23 垫片冲孔、落料复合模装配图1导柱；2导套；3螺钉；4冲孔凸模；5螺钉；6打杆；7模柄；8推料杆；9推板；10销钉；11垫板；12凸模固定板；13上模板；14落料凹模；15活动挡料销；16活动挡料销弹簧；17弹性卸料板；18弹簧；19卸料螺钉；20凸凹模固定板；21下模板；22凸凹模；23导料销；24骑缝螺钉；25销钉；26紧固螺钉