冲压工艺过程设计与冲压模具设计.docx

模具设计与制造课程设计 综合实训报告 目录第一章 冲压工艺过程设计.31.1零件分析.3 1.1.1 冲压件的材料分析.3 1.1.2 冲压件的结构分析.3 1.1.3 冲压件的结构工艺性分析.41.2 确定冲压件的总体工艺方案.41.2.1 确定工艺方案.41.2.2 工艺计算.6.1.2.3 工艺卡片.8第二章冲压模具设计.82.1 冲孔落料模设计.82.1.1 相关的模具计算.82.1.2 模具结构形式.112.1.3 模具的总装配图.112.1.4 选择标准零件.122.1.5 选择冲压设备，校核基本参数.12 2.1.6 冲孔落料零件图.13 2.2 第一次弯曲模具设计.16 2.2.1 相关的模具计算.16 2.2.2 第一次弯曲模具的总装配图.16 2.2.3 选择标准零件.17. 2.2.4 选择冲压设备，校核基本参数.17 2.2.5 第一次弯曲零件图.17. 2.3 第二次弯曲模具设计.20 2.3.1 相关的模具计算.20. 2.3.2 模具的总装配图.20 2.3.3 选择标准零件.22 2.3.4 选择冲压设备，校核基本参数.22 2.4 冲孔模具零件设计.22 2.4.1 相关的模具计算.222.4.2 模具结构形式.232.4.3选择标准零件.232.4.4 模具的总装配图.242.4.5 选择冲压设备，校核基本参数.26 2.4.6 冲孔零件图.26第三章 冲压模具制造.32 3.1 冲孔模具制造.32 3.1.1 冲孔零件的加工过程.32 备注.38零件名称：托架（见右图）生产批量：5万件/年材 料：08钢板编制冲压工艺方案设计模具结构。第一章 冲压工艺过程设计1.1零件分析 1.1.1 冲压件的材料分析1） 08钢为优质碳素结构钢 （根据GB69965）其化学成分为： C ：0。05 0。12% Si : 0.17 0.37% Mn : 0.35 0.65% P 0.035% S 0.04% 2） 08钢的特性强度不高，但塑性、韧性很好，焊接性优良，无回火脆性，有良好的深冲、拉深、弯曲、镦粗等冷加工性能，但存在时效敏感，淬硬性和淬透性极低，一般在热轧供应状态或正火后使用，退火后导磁率较高，剩磁较少3）08钢的用途宜制作受力不大，要求塑性高的零件，大多轧制成薄板、钢带，供作只求容易加工成形而不要求强度的覆盖零件和焊接构件，如深冲器皿，汽车车身，各种容器等。此外，也可作心部强度要求不高的渗碳、碳氮共渗零件和螺钉螺母冷镦加工件，退火后还可以用作电磁铁或电磁吸盘等磁性零件。4）优质碳素结构钢08钢的力学性能 已退火状态下，抗剪强度为260 360MPa ，抗拉强度b为 330 450MPa，伸长率10为32%， 屈服强度s为200MPa。5）冲压件的理论质量 冲压件厚度为1。5mm，理论质量为11。78kg/m 1.1.2冲压件的结构分析 此冲压件为形状对称且左右弯曲半径一致的弯曲件。其主要的形状、尺 寸可以由落料、弯曲、冲孔、精修和整形等工序获得。该冲压件采用1。5mm的钢板冲压而成的，可保证足够的刚度和强度。其主要的配合尺寸有10 0+0.03 mm ，5+00.03 mm ， 15+00.12 mm 。15+00.12 mm 的尺寸精度不要求那么高，为IT1112级，4个5+00.03 mm 小孔与10+00.03 mm 之间的相对位置要准确，尺寸精度为IT9级。零件图上所有未标注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级来确定工件尺寸的公差。根据（GB/T 1800。31998） 未标注公差的尺寸公差为25+00.52 mm， 30+00.52 mm ，36+00.62 mm ，46+00.62 mm 。 1.1.3冲压件的结构工艺性分析该件的相对弯曲半径为r/t=1.5/1.5=1。弯曲件的直边高度为H 2t=2*1。 5=3；弯曲件的孔边距离为L=0。5mm t .孔的位置处于弯曲变形区内，所以应先弯曲后冲孔；该件没有工艺缺口、槽和工艺孔。1.2 确定冲压件的总体工艺方案 1.2.1 确定工艺方案制成该零件所需的基本工序为冲孔、落料和弯曲。其中冲孔和落料属于简单的分离工序，弯曲成形的方式可以有图2所示的三种。图2工艺方案零件上的孔，尽量在毛坯上冲出，以简化模具结构。该零件上的10孔的边与弯曲中心的距离为6mm，大于1.0t（1.5mm），弯曲时不会引起孔变形，因此10孔可以在压弯前冲出，冲出的10孔可以做后续工序定位孔用。而4-5孔的边缘与弯曲中心的距离为1.5mm，等于1.5t，压弯时易发生孔变形，故应在弯后冲出。完成该零件的成形，可能的工艺方案有以下几种：方案一：落料与冲10孔复合，见图3（a），压弯外部两角并使中间两角l预弯45º，见图3（b）,压弯中间两角，见图3（ 方案二：落料与冲10孔复合，见图3（a）,压弯外部两角，见图4（a），压弯中间两角，见图4（b）,冲4-5孔，见图3（d）。方案三：落料与冲10孔复合，见图3（a），压弯四个角图5，冲4-5孔，见图3（d）。图4方案二图5压弯四个角方案四：全部工序组合采用带料连续冲压，如图6所示的排样图。在上述列举的方案中，方案一的优点是：模具结构简单，模具寿命长，制造周期短，投产快；工件的回弹容易控制，尺寸和形状精确，表面质量高；各工序（除第一道工序外）都能利用10孔和一个侧面定位，定位基准一致且与设计基准重合，操作也比较简单方便。缺点是：工序分散，需用压床，模具及操作人员多，劳动量大。方案二的优点是：模具结构简单，投产快寿命长，但回弹难以控制，尺寸和形状不精确，且工序分散，劳动量大，占用设备多。方案三的工序比较集中，占用设备和人员少，但模具寿命短，工件质量 （精度与表面粗糙度）低。图6 级进冲压排样图方案四的优点是工序最集中，只用一副模具完成全部工序，由于它实质上是把方案一的各工序分别布置到连续模的各工位上，所以它还具有方案一的各项优点。缺点是模具结构复杂，安装、调试、维修困难、制造周期长。综上所述，考虑到该零件的批量大不，为保证各项技术要求，选用方案一。其工序如下：落料和冲10孔；压弯端部两角；压弯中间两角；冲4-5孔。1.2.2工艺计算1毛坯长度毛坯长度按图7分段计算。毛坯总展开长度L0L0=2（l1+l2+l3+l4）+l5由图7-15：l1 =9mm;L3=25.5mml5=22mml2=2/(R+kt)=3.14/2(1.5+0.14×1.5) =3.32mml4=l2L0=2(9+3.32+25.5+3.32)+22=104.28(取104-O.5mm)图7 弯曲件毛坯长度计算图2排样及材料利用率由于毛坯尺寸较大，并考虑操作方便与模具尺寸，决定采用单排。取搭边a=2 a1=1.5则进距A=30+1.5=31.5mm条料宽度B=104.28+2×2=108.28（取108mm）板料规格选用采用直排时：工件的实际面积：F=31.5×104.28=3284.92mm2 利用率：=F/AB=3284.92/31.5/108.28=96.3%经计算直排时板料利用率为96.3，故决定采用直排。3计算压力及初选冲床(1)落料与冲孔复合工序，见图3（a）。冲裁力 F1=(L+l)c×t L=2(104.28+30)=268.56mml=×10=32.3mmt=1.5mmb=400Mpa故P1=(268.56+32.3)×400×1.5=179970(N)卸料力 Pa=K0×P0=0.04×179970=7198.8(N)推件力 Pi=n×Kt×P2=4×0.055×179970 =39593.4(N)总冲压力 P0=Pt+P0+Pt=179970+7198.8+39593.4=226762.2(N)=22.68(t)选用25吨冲床。(2)第一次弯曲，见图3（b）首次压弯时的冲压力包括：预弯中间两角、弯曲和校正端部两角及压料力等。这些力并非同时发生或达到最大值，开始只有压弯曲力和预弯力，滑块至一定位置时开始压弯端部两角，最后进行镦压。为安全可靠，将端部两角的压弯力Pw、校正力Pa及压料力Pj合在一起计算。总冲压力 P0=Pw+Pa+PjPw=Bt2b/r+t=30×1.52×40/1.5+1.5=900(N)Pj=0.5Pw=0.5×900=450(N)Pa=F×qF=1670mm2（校正面积）q=80MPa(单位校正力)故Pa=1670×8=133600(N)得P0=9000+4500+133600=147100(N)=14.7(t)选用25吨冲床(3)第二次弯曲，见图3（c）二次弯曲时仍需压料力，故所需总的冲压力：P0=Pw+Pj式中 Pw=Bt2b/r+t=30×1.52×40/1.5+1.5=900(N)Pj=0.5Pw=4500(N)故 P0=900+4500=5400(N)选用16吨冲床4.冲4-5孔，见图10（d）4个 5孔同时冲压，所需的总压力 P0=Pw+Pe Pe=nd×t×b=4××5×1.5×4.=37680(N) P0=K0×Ph=0.04×37680=1510(N) 故 P0=37680+1510=39190(N) 选用25吨压力机 (4) 压力机的规格及参数 根据总冲压力 ,并结合现有设备,粗选用J23-25开式双柱可倾冲床,并。其主要工艺参数如下： 公称压力： 250KN 滑块行程： 65mm 行程次数： 55次分 最大闭合高度： 270mm 工作台尺寸: 370×560mm1.2.3工艺程卡见附件第二章冲压模具设计2.1冲孔落料模设计2.1.1 相关的模具计算 1冲裁力的计算 在上章以计算得179970N 2压力中心的确定 本模具的冲件为对称形状的单个冲件，冲件和压力中心与与零件的对称中心相重合。 3凸凹模刃口尺寸的计算总裁模具的间隙计算由已知数据再 根据教程表2.2.4 得，落料冲孔复合模的初始化用间隙2C2Cmax =0。19mm 2Cmin =0。15mm 凸模和凹模刃口的计算坯料1。5*30*104 mm由落料获得， 10+00.03 mm由冲孔获得2Cmax2Cmin =(0.19 0.15) mm = 0.04 mm由公差表查得10+00.03 为IT9级， 取X=1mm； 坯料1。5×30×104mm为IT14级，取X=05mm； 其中，零件图上没有标注公差的尺寸查得104+00.87mm ，30+00.52 mm设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则，冲孔： dp =(dmin +x× )0-p= (10+1×0.03)0-0.009 mm =( 10.03 ) 0-0.009 mmdd = (dp + 2Cmin )0+d= (10.03 + 0.15)+00.015 mm = 10.18 +00.015 mm校核 p+d 2Cmax 2Cmin0.009 + 0.015 0.19 0.150.024 0.04 （满足间隙公差条件）落料 方向一 ： Dd = ( Dmax - x ×)+0d= ( 104 0.5 × 0.87 )+00.035mm= 103.565+00.035mm Dp = ( Dd 2Cmin )0-p = ( 103.565 0.15 )0-0.022 mm = 103.4150-0.022mm 校核 0.022 + 0.035 = 0.057 0.04 由此可知，只有缩小p、d提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，此时可取 p = 0.225 ×0.04 = 0.009 mm d = 0.375 × 0.04 = 0.015 mm故 Dd = 104.435+00.015 mm Dp = 104.2850-0.009 mm 方向二： Dd = ( Dmax - x ×)+0d = （30 0.5 × 0.52 ）+00.021 mm =29.74+00.02mm Dp = ( Dd 2Cmin )0-p = ( 29.74 0.15 )0-0.013 mm = 29.590-0.013 mm 校核 0.013 + 0.021 = 0.034 0.04 （满足间隙公差条件）1/4圆弧半径的尺寸计算： Dd = ( Dmax - x *)+0d = （ 2 0.5 × 0.25 ）+00.01 mm = 1.875+00.01 mm Dp = ( Dd 2Cmin )0-p = ( 1.875 0.015 )0-0.006 mm = 1.7250-0.006 mm 校核 0.01 + 0.006 = 0.016 0.04 ( 满足公差间隙条件 )2.1.2 模具的结构设计 采用倒装式的模具结构(1)凹模的外形尺寸 凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度、刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的。 凹模的厚度为 H =KB （ 15mm ） = 0.38×104 = 39.52 40 mm 凹模的壁厚为 C = 2×H （ 30 40 mm ） = 2 × 40 = 80 mm 式中B为冲裁件的最大外形尺寸，K为系数，是考虑板料厚度影响的系数，可查教材表2.8.2 (2) 定位方式 本模具采用倒装复合模,因此采用活动挡料销和定位板的形式定位。 (3) 卸料方式 本模具有冲孔的工序需要压料，因此采用弹压卸料板，其卸料板由弹簧和卸料螺钉组成。 (3) 推件方式 推件装置弹簧加推件块的方式。2.1.3 冲孔模具的装配图1、2、4、紧固螺钉 2、推件弹簧 3、冲孔凸模 5、上模座 6、导套7、卸料弹簧 8、导柱 9卸料螺钉 10下模座 11、垫板 12、挡料销 13、卸料板14、销钉 15、落料凹模 16、推件块 17、落料凹模固定板 2.1.4 选择标准零件 (1) 模座的选择：根据凹模的尺寸及压力机的闭合高度选择GB2855.5-81.HT200 200×200mm 闭合高度210×255mm (2) 导柱的的规格：32×190mm 导套的规格：32×115×48mm (3) 卸料弹簧的选择；根据模具的安装位置，选用6个弹簧，则每个弹簧的负荷为： F预=F卸/N=7198/6=1199N 查表，并考虑到模具结构尺寸，安GB2089-80初选弹簧参数为：d=6 Dt=32 t=9.93 Fj=1360 h0=65 n=5.5 hj=19.3 L=7.54 h预=hj/Fj×F预=19.3/1360×1199=16mm 检查弹簧最大压缩量是否满足条件 h预+h工作=16+2.5=18.519.3 故所选弹簧是合适的。(4) 卸料螺钉 根据卸料弹簧的高度选用GB2867.6-81圆柱头内六角卸料螺钉 规格：10×70mm(5) 模柄 选用A50×100 GB2862.3-A32.1.5 选择冲压设备，校核基本参数 (1) 选用的压力机第一章以有 现只需要校核其闭合高度 H=236<250闭合高度2.1.6 冲孔落料零件图 2.2第一次弯曲模设计2.2.1 相关的尺寸计算(1)弯曲模工作部分尺寸的设计凸模圆角半径弯曲件的相F总对弯曲半径较小，取凸模圆角半径等于工件内侧的圆角半径R，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径Rmin。凹模圆角半径 V形凹模的圆角半径 R底=(0.60.8)(R凸+t) =0.8×(1.5+1.5) =0.8×3 =2.4mm 凸凹模间隙 凸凹模的间隙值是靠调节机床的闭合高度来控制的,不需要在设计时和制造时确定间隙2.2.2 第一次弯曲的装配图2.2.3 选择标准零件 (1) 模座的选择：根据凹模的尺寸及压力机的闭合高度选择GB2855.5-81.HT200 200×200mm 闭合高度210×255mm (2) 导柱的的规格：32×190mm 导套的规格：32×115×48mm (3) 模柄的选择： 选择压入式模柄 A50×105mmGB2861.1-A32.2.4 选择冲压设备，校核基本参数 (1) 选用的压力机第一章以有 现只需要校核其闭合高度 H=235<闭合高度2.2.5 第一次弯曲的零件图2.3第二次弯曲模设计2.3.1 相关的尺寸计算(1)弯曲模工作部分尺寸的设计凸模圆角半径弯曲件的相F总对弯曲半径较小，取凸模圆角半径等于工件内侧的圆角半径R，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径Rmin。凹模圆角半径 形凹模的圆角半径 R底=(0.60.8)(R凸+t) =0.8×(1.5+1.5) =0.8×3 =2.4mm 凸凹模间隙 弯曲U形件时，其凸凹模间隙的大小一般可按下公式计算 C=t+Kt式中 C=弯曲凸凹模单边间隙 t = 材料厚度 = 材料厚度正偏差 K = 系数取0.05 查表得 C=t+Kt =1.5+0.02+0.05×1.5 =1.595mm弯曲力的计算、校正弯曲力的计算、顶件力的计算、压料力的计算上第一章以算过，这里就不做计算了。2.3.2装配简图2.3.3 选择标准零件 (1) 模座的选择：根据凹模的尺寸及压力机的闭合高度选择GB2855.5-81.HT200 200×160mm 闭合高度180×220mm (2) 导柱的的规格：28×170mm 导套的规格：28×100×38mm (3) 卸料弹簧的选择；根据模具的安装位置，选用4个弹簧，则每个弹簧的负荷为： F预=F卸/N=450/4=125N 查表，并考虑到模具结构尺寸，安GB2089-80初选弹簧参数为：d=3.5 Dt=18 t=5.93 Fj=557 h0=50 n=7.5 hj=16.0 L=537 h预=hj/Fj×F预=16.0/557×125=3.5mm 检查弹簧最大压缩量是否满足条件 h预+h工作+h修磨=3.5+2.5+6=1215 故所选弹簧是合适的。(6) 卸料螺钉 根据卸料弹簧的高度选用GB2867.6-81圆柱头内六角卸料螺钉 规格：10×70mm(7) 模柄 选用压入式A50×100 GB2862.3-A32.3.4 选择冲压设备，校核基本参数 (1) 选用的压力机第一章以有 现只需要校核其闭合高度 H=196闭合高度2.4冲孔模设计2.4.1 相关的模具计算 1冲裁力的计算 在上章以计算得1510N 2压力中心的确定 本模具的冲件为对称形状的单个冲件，冲件和压力中心与与零件的对称中心相重合。 3凸凹模刃口尺寸的计算总裁模具的间隙计算由已知数据再 根据教程表2.2.4得，落料冲孔复合模的初始化用间隙2C2Cmax =0.132mm 2Cmin =0.240mm 凸模和凹模刃口的计算2Cmax2Cmin =(0.240-0.132) mm = 0.180 mm由公差表查得5+00.03 为IT9级， 取X=1mm； 设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则，冲孔： dp =(dmin +x× )0-p= (5+1×0.03)0-0.009 mm =5.03 0-0.008 mmdd = (dp + 2Cmin )0+d= (5.03 + 0.132)+00.012 mm = 5.126 +00.012 mm校核 p+d 2Cmax 2Cmin0.009 + 0.015 0.240.1320.020.108 （满足间隙公差条件） 孔距尺寸= Ld=(Lmin+0.50)±0.125 =(15+0.5×0.12) ±0.125×0.12mm =15.06±0.015mm2.4.2 模具的结构设计(1)凹模的外形尺寸 凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度、刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的本模具只冲孔,因此应用孔的直径来确定。 凹模的最小厚度为 H =KB （ 15mm ） = 0.38×5=1.9mm 凹模的最小壁厚为 C = 2×H （ 30 40 mm ） = 2 ×1.9= 3.8 mm 实际中应应考虑模具的结构加大其尺寸 式中B为冲裁件的最大外形尺寸，K为系数，是考虑板料厚度影响的系数，可查教材表2.8.2 (2) 定位方式 本模具采用凹模下陷的方式直接定位(3) 卸料方式 本模具有冲孔的工序需要压料，因此采用弹压卸料板，其卸料板由弹簧和卸料螺钉组成。并结合手动取件,在凹模上开有取件槽 (4) 出料方式 本模具采用下出料的方式 (5) 凸凹模的固定方式 都采用台阶固定的方式2.4.3 选择标准零件 (1) 模座的选择：根据凹模的尺寸及压力机的闭合高度选择GB2855.5-81.HT200 200×160mm 闭合高度190×220mm (2) 导柱的的规格：28×170mm 导套的规格：28×100×38mm (3) 卸料弹簧的选择；根据模具的安装位置，选用6个弹簧，则每个弹簧的负荷为： F预=F卸/N=1510/6=251N 查表，并考虑到模具结构尺寸，安GB2089-80初选弹簧参数为：d=3.5 D2=18 t=5.93 Fj=557 h0=50 n=7.5 hj=16.5 L=537 h预=hj/Fj×F预=16.2/557×250=7.3mm 检查弹簧最大压缩量是否满足条件 h预+h工作+h修磨=7.3+1.8=15.116.2 故所选弹簧是合适的。(8) 卸料螺钉 根据卸料弹簧的高度选用GB2867.6-81圆柱头内六角卸料螺钉 规格：10×70mm(9) 模柄 选用选用压入式A50×100 GB2862.3-A32.4.4 模具装配图1、导套 2、上模座 3、模柄 4、止动销 5、12、紧固螺钉 7凸模固定板 8、卸料螺钉 9、卸料板 10、凸模 11、下模座 13、凹模 14、销钉 15、凹模固定板16、卸料螺钉 17、导柱2.4.5 选择冲压设备，校核基本参数 (1) 选用的压力机第一章以有 现只需要校核其闭合高度 H=185<闭合高度2.4.6 冲孔零件图1、凸凹模2、卸料板3、凹模固定板4凸模固定板5、上模座6下模座第三章 冲压模具制造3.1 冲孔模具制造3.1.1 冲孔零件的加工过程十堰职业技术院工艺卡材料：Cr12零件号:车间:学校车间规格：90×65×55mm零件名称:凹模第一组种类：锻件产品改动标志工序号工序名称工序内容设备名称型号1备料锻件(退火状态) 90×65×55mm3粗铣铣六面见光铣床4平磨磨长度尺寸至85.5宽度60.5高度50.5磨床5铣用数控铣直接铣出工件达到要求(除孔)数控洗6钻钻 钻5的孔铰 铰孔到5.17钻床7磨磨5.17孔达到要求磨床10检验11钳工研配 将凹模配入安装固定孔更改核对校定签名日期十堰职院工艺卡材料： T10A零件号:规格：×mm车间:学校车间种类：棒料零件名称:冲孔凸模第一组硬度：56产品改动标志工序号工序名称工序内容设备名称型号1备料棒料（退火状态）×mm2热处理退火硬度为3车车端面，打顶尖孔，车外圆至mm掉头车另一端面长度至尺寸mm打顶尖孔双顶尖顶，车外圆尺寸至.±.mm，.±0.mm 12.4±0.5mm车床4检验5热处理 淬火，硬度至HRC 6磨削磨削外圆尺寸至5.030-0.008,80-0.025120-0.025 磨床7线切割切除工作端面顶尖孔，长度尺寸至mm要求磨床8磨削磨削端面至a如零件图所示10检验11钳工钳修装配更改核对校定签名日期十堰职业技术院工艺卡材料：45号钢零件号:车间:学校车间规格：164×144×17mm零件名称: 卸料板第一组种类：板料产品改动标志工序号工序名称工序内容设备名称型号1备料板料 164×144×17mm2热处理调质 硬度 2428HRC加热箱3粗铣铣六面达160.5×140.5×17.5mm,并使两大平面和相邻两侧面相互垂直铣床4平磨磨光两大平面尺寸达17.2并磨两相邻侧面使四面垂直，垂直度达0.02/100mm磨床5钳工划线 台