机械课程设计冲孔落料级进模.doc

xx大学课 程 设 计题 目：冲孔落料级进模课程设计班级：模具姓名：XXX指导教师：XXX完成日期：XXX一、设计题目如图1所示的冲件为大批量生产，材料为45钢，材料厚度为1.5mm,设计冲裁模。二、原始资料(1) 被加工零件的零件图（草图） 1张(2) 生产类型:中批或大批大量生产三、上交材料(1) 被加工工件的零件图 1张(2) 模具装配图（A0或A1，结合具体零件决定） 1张(3) 模具主要零件图，具体情况结合设计内容，由指导老师指定(4) 课程设计说明书(包含方案选择、设计计算等内容，8000字左右) 1份四、进度安排(参考)(1) 熟悉零件,画零件图 2天 (2) 选择方案,确定模具类型及结构草图 3天(3) 计算分析，画模具装配图及主要模具零件图 7天(4)编写说明书 2天(5) 准备答辩 1天五、指导教师评语 该生设计的全过程表现 ，设计内容反映的基本概念 综合运用知识和分析解决问题能力 ，说明书书写 ，工程绘图图纸表达 ， 外语水平 。综合评定成绩： 指导教师日期摘要冷冲压模具在模具中占有相当重要的地位，产品波及范围大，约占模具总数的一半，所以受到各方面的高度重视，而冲压件的质量好坏在很大程度上取决与模具设计、制造的技术水平。本设计要求的制件材料为45钢，且厚度为1.5mm，大批量生产，涉及落料、冲孔，所以采用级进模是非常适合的。设计的级进模采用弹性卸料，、挡料，导柱、导套配合导向，通过冲孔凸模、落料凸模和凹模共同作用，完成冲制过程。在滑块的一次行程内，完成所有冲压要求，从而大大的提高了生产效率。冲压模具设计的全过程：1. 经工艺分析工艺计算，间隙值的选择，确定了该设计工艺流程及冲模结构形式。2. 同时对所设计的模具分别进行了分析说明，3. 对压力机做出了合理的选择，4. 整个过程采用AutoCAD软件绘制模具的二维装配图和个别零件图。关键词：冲孔；落料；模具设计；级进模；生产效率AbstractCold stamping mould in mould occupies an important position, product scope affected big, accounts for about half of the total number of mould, so by every aspect highly, and stamping quality stand or fall depends greatly on and mold design and manufacturing technology level. This design requirement of stamping materials for 45 steel, and the thickness of 1.5 mm, mass production, involving blanking, punching, so using progressive die is very suitable. Design of progressive die using elastic and unloading, and block material, guide pin, guide set with guidance, through the punching the punch, blanking the punch and dies, the joint action, complete blunt system process. The slide block within the trip, complete all stamping requirements, thus greatly improve the efficiency. Stamping mould design process of: 1. The process analysis process calculation, inner-space value choice, to determine the design process and die structure. 2 at the same time the design of mold respectively were analyzed and explained, 3. To press a reasonable choice, 4. The whole process using AutoCAD software rendering mould 2d drawings and individual detail drawings.Key words: Punching, Blanking, Mould design, Progressive die, Production efficiency目录前言11冲压基础知识21.1冲压的概念、特点及应用21.2冲压的基本工序及模具31.3冲压技术的现状及发展方向32冲压件工艺性分析52.1材料52.2结构与尺寸52.3精度与冲裁件断面质量63冲裁工艺方案的确定64选择模具总体结构形式64.1确定模架类型及导向方式64.2送料定位机构设计74.3卸料出件方式的选择75必要的工艺计算75.1排样设计与计算75.1.1搭边75.1.2材料利用率85.2计算冲压力85.3计算模具压力中心95.4计算凹凸模工作部分尺寸并确定其制造公差106冲裁模主要零部件设计116.1工作零件的结构设计116.1.1凹模116.1.2垫板116.1.3凸模固定板126.1.4卸料方式126.1.5冲孔凸模与异形凸模结构尺寸确定136.1.6导料板的设计136.1.7模架与其他零部件设计137参考文献15前言随着现代化大工业的飞速发展，加上用模具加工成型产品具有生产效率高、产品质量稳定、互换性好、材料利用率高、操作简单、安全性好、工人劳动强度低、适用范围大、产品成本低等诸多优点，在电子、电器，仪表、仪器，航空、航天，汽车、摩托车、船舶制造，家用电器，文化用品、娱乐用品，医疗器械，日常生活用品及各种产品包装等生产行业中，均得到了非常广泛的应用。很多产品中，有很多组成零件是用模具或经过模具制作出来的，其比例有的竟达到80%以上。所以，模具已成为制造业不可缺少的重要组成部分在欧美、日本等发达国家，模具工业得到迅速的发展，并成为一种独立的产业，其模具生产的总产值有的已超过本国的机床制造业总产值。他们生产的模具大量出口到发展中国家，得到丰厚的利润回报。制造大型、精密、复杂、长寿命模具，已成为衡量一个国家机械加工水平的重要标志。多年来，我国大多是以生产企业自行设计、制作模具，为本企业产品服务。模具制作水平的高低，在一定程度上代表了这些企业自身的机械加工水平。但由于受多种因素的影响，技术水平和生产能力受到约束，发展缓慢，很多用于产品生产的模具不得不从国外进口，给企业和产品生产带来很大负担。在世界模具工业飞速发展的影响和促进下，我国的模具工业也得到了快速发展。模具的标准化、专业化和产业化取得了长足的进步，引进和研制先进的加工技术和设备、模具新材料的选用为模具制造的进步创造了良好的条件7。本毕业设计是垫片模具设计，涉及落料、冲孔的级进模。条料放入模具后，上模座随着滑块下行，同时进行落料和冲孔，冲压结束后，在顶杆的作用下制件从拉深凸模上顶出。1冲压基础知识1.1冲压的概念、特点及应用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。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。冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。1.2 冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。1.3 冲压技术的现状及发展方向随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。(1) 冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。(2) 冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。 (3) 冲压设备和冲压生产自动化方面性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。(4)冲压标准化及专业化生产方面模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。2冲压件工艺性分析冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。一般的讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。以上要求是确定冲压件的结构，形状，尺寸等对冲裁件工艺的实应性的主要因素。根据这一要求对该零件进行工艺分析。2.1材料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。本设计的产品材料为45钢，查参考文献1表1-3，抗剪强度，抗拉强度，屈服极限，伸长率。其力学性能是强度、硬度不是特别高高，适合冲裁加工。另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证。2.2结构与尺寸由图可知，产品为特殊件落料、冲孔。工件结构相对简单，无狭槽，中间有一个2.6mm的孔，孔与孔之间最小距离为，满足C> t，所以工件结构与尺寸均适宜冲裁加工。2.3精度与冲裁件断面质量任务书对冲件无精度要求，取IT14级，查参考文献2知，普通冲裁时对于该冲件的精度要求为IT10IT14级，一般要求落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级，所以精度满足要求，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12.5-3.2um，毛刺允许高度为0.13mm,本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求，只需满足也与轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求，冲裁件断面的质量就可以保证。3冲裁工艺方案的确定方案1：先落料，后冲孔，采用单工序模生产方案2：冲孔、落料级进冲压，采用级进模生产方案3：落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产方案1的模具结构简单，只有一对凸模与凹模，但需两道工序和两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案3的制造较复杂，成本高。方案2，工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方案，可以连续供料，模具制造简单等方面考虑，决定采用级进模。4选择模具总体结构形式冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凹模承受的张力较大，因此凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。4.1 确定模架类型及导向方式采用对角导柱模架，这种模架的导柱在模具对角位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜，导柱导向可以提高模具寿命和工件质量，方便安装调整。4.2 送料定位机构设计采用固定挡料销纵向定位，安装在橡胶垫和活动卸料板之间，以及始用挡料销，工作时很方便。4.3卸料出件方式的选择该工件料厚1.5mm，尺寸较小，所以卸料力也较小，拟选择弹性卸料，因为是级进模，所以卸料板安装在下模，工件从凹模中落下，下模座上采用漏料也排出，冲孔废料在下模的凹模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排出，采用下出件结构。5 必要的工艺计算5.1排样设计与计算零件外形类似T形 ，可以采用单排、直对排；考虑到零件为中等批量生产，如果采用单排，则模具尺寸和结构就会相应增大，从而增加模具生产成本，所以本设计决定采用直对排结构。如图所示。5.1.1 搭边查参考文献1,确定搭边值与1当t=1.5mm时，=2.0mm，1=1.8mm，=0.9X2.0=1.8mm, 1=0.9X1.81.65mm条料宽度 B=Lmax+2a+c=12.51+2X1.8+0.5=16.7mm5.1.2材料利用率 式中 材料利用率； A步距（相邻两个制件对应点之间的距离）； F一个步距内冲裁件的实际面积； B条料宽度用Pro-e软件计算得F76.3mm2A=18.8mm B=16.7mm所以5.2计算冲压力冲裁力公式为 式中 冲裁力； 冲孔冲裁力；落料冲裁力5.2.1 冲孔冲裁力 式中 K系数（取K=1.3）； 孔的个数，n=4； 冲孔周长，mm 材料厚度， 材料抗剪强度，由前文知MPa。=2890N5.2.2冲裁力 P1=1.3X43.8X1.5X500=42705NP2=1.3X3.14X2.6X1.5X500=7959.9N5.2.3卸料力 式中 卸料系数，查参考文献1知0.08，取。所以 P=2533.3N5.2.4 推件力 式中 推料系数，查参考文献1 ，取 同时卡在凹模洞孔内的件数，。所以 P=1114.6N冲裁时，压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和，即大于总的冲压力。总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同，当采用弹压卸料装置和下出件的模具时，总的冲压力为P总=64344.5N初选压力机：Jc23-100。5.3 计算模具压力中心 计算压力中心时，先用AutoCAD画出凸模刃口图，然后如下表：压力中心数据表基本图形长度各基本要素压力中心的坐标值XYL1=43.807.35L2=43.89.45.16L3=8.218.83.25L4=8.228.29.26代入参考文献1公式得X0=7.7Y0=6.3 所以压力中心为制件的中心5.4计算凹凸模工作部分尺寸并确定其制造公差5.4.1计算模具刃口尺寸模具采用级进模结构，计算刃口尺寸时宜采用分开加工法计算。零件上包含6个尺寸查得冲裁模刃口双间隙mm，mm。1）落料刃口尺寸计算：由表查得 ，。由表查得X=0.75，则：校核 ,满足间隙公差条件;2）冲2.6mm孔刃口尺寸计算：的凸凹模的制造公差由表查得 ，.由表查得X=0.75，则：校核 ,满足间隙公差条件。 6 冲裁模主要零部件设计6.1工作零件的结构设计6.1.1 凹模凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心线重合。查阅参考文献3实用模具设计与制造手册 取凹模厚H=22mm C=30mm;查参考文献4按推荐值取 凹模 100mmX80mmX22mm模架上模座 100mmX80mmX25mm模架下模座 100mmX80mmX30mm闭合高度最小为110mm,最大高度为130mm6.1.2垫板垫板的作用是承受凸模或凹模的压力。当凸模或凹模与模座接触的端面上产生的单位压力超过模座材料的许用挤压应力时，就应在凸模或凹模与模座的接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板。垫板的外形尺寸与凹模相同，厚度可取4-10mm，材料为45号钢，热处理厚硬度为40-45HRC。参照标准取100X80X6-45钢 JB/T7643.36.1.3凸模固定板凸模固定板的作用是将凸模固定在上模座或下模座的正确位置上。固定板外形尺寸通常与凹模一致，厚度可取凹模厚度的60%-80%。固定板与凸模固定板的配合通常是H7/m6,压装后应将凸模端面与固定板一起磨平。凸模固定板可选用Q235或45号钢。本例选取凸模固定板100X80X16-45钢 JB/T7643.26.1.4弹压卸料(1)卸料板的设计弹压卸料装置是由卸料板、弹性元件（弹簧或橡胶）、卸料螺钉等零件组成。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，常用于厚度小于1.5mm的板料，由于有压料作用，冲件平直度较高。在模具开启状态时，卸料板应高出零件刃口0.3-0.5mm，以便顺利卸料。查参考文献3，卸料板厚度为8mm。(2)卸料螺钉的选用卸料板上设置6个卸料螺钉，公称直径为M10,螺纹部分为8X15mm.卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面0.5mm,有误差时可以在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。(3)卸料橡胶的设计卸料橡胶的设计计算如下所示.选用的4块橡胶的厚度一致，以免造成受力不均匀、运动歪斜，影响模具的正常工作。 假设考虑了模具结构，选用2个圆筒形的聚氨脂橡胶，则每个橡胶所承受的预压力为FyF卸/n=2533.3/4=633.325N 确定橡胶的横截面积A。取hy=0.3h0,查参考文献1表2-16，得p=1.1Mpa,则A=Fy/p=633.325/1.1=575.75mm2 确定橡胶的横截面尺寸。假设选用直径为8mm的卸料螺钉，橡胶上螺钉过孔的直径d=10mm,则橡胶外径D根据(D2-d2)/4=A求得为了保证足够的卸料力，可取D=32mm。 计算并校核橡胶的自由高度h0 取h0=16mm因为h0/D=22/15=1.47，因为0.5h0/D1.5，故所选橡胶符合要求。橡胶的安装高度ha=h0-hy=16-0.3X2211mm6.1.5冲孔凸模与异形凸模结构尺寸确定（1）冲孔凸模长度结合工件外形并考虑加工，加凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，凸模用2个5的圆柱销吊装在固定板上，取垫块厚度为6mm,与凸模固定板的配合为H7/m6。冲孔凸模长度等于凸模固定板，垫块，落料凹模之和。L=13.2+1.5+15.4+16.9=46.1mm 取标准48mm （2）凸凹模工作尺寸计算凸凹模级进模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件，其工作端的内外缘都是刃口，正装式级进模的凸凹模内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可小些。本例中采用正装式级进模，凸凹模总长等于固定板，橡胶安装高度，卸料板厚度，导料板四者之和。L异形凸模=12+19.8+8+6=45.8mm 整合取48mm6.1.6 导料板的设计导料板的如图所示，导板的内侧与条料接触，外侧与凹模平齐，导料板与条料之间的间隙取0.5mm(查表2-9)，这样就可确定导料板的宽度；导料板的厚度按表2-15取6mm。导料板材料为45钢，热处理硬度为40-45HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。6.1.7模架与其他零部件设计以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格。查得上模座厚度为25mm,下模座厚度35mm，闭合高度范围110-130该模具闭合高度：H闭=H上模+H垫+L凸模+L凹模+H下模-h2=25+6+30+25.8+35-1=125.8mm闭合高度在110-130之间，满足条件。7参考文献1冲压工艺与模具设计M，北京：清华大学出版社，2009 2许发樾，实用模具设计与制造手册M，北京：机械工业出版社，2001 3夏巨谌，中国模具设计大典M，江西：江西科学技术出版社，20004田嘉生，冷冲模设计基础M，北京：航空工业出版社，19945李明尧，模具CAD/CAMM，北京：机械工业出版社，20046李大鑫,张秀棉. 模具技术现状与发展趋势综述J模具制造, 2005,(02) 7赵昌盛 ,朱邦全. 我国模具材料的应用发展J模具制造, 2004,(11) 8李育锡. 机械设计课程设计M，陕西：西北工业大学出版社，2008