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冲压工艺及模具设计课程设计冲孔-落料件冲压工艺及模具设计 目录 第一章 零件设计任务. 1 第二章 冲裁件的工艺分析. 2 2.1工件材料. 2 2.2工件结构形状. 2 2.3工件尺寸精度. 2 第三章 冲裁工艺方案. 3 第四章 模具结构形式的选择. 4 4.1模具的类型的选择. 5 4.2卸料装置. 5 4.2.1条料的卸除. 5 4.2.2卸料方式. 5 4.3定位装置. 5 4.3.1送料形式. 5 4.3.2定位零件：. 5 4.4.模架类型及精度. 5 4.4.1模架. 5 4.4.2.精度. 6 第五章 冲压工艺计算：. 7 5.1排样. 7 5.1.1排样方案分析. 7 5.12计算条料宽度. 7 5.1.3确定布距：. 8 5.1.4计算材料利用率. 8 52冲压力计算. 9 5.2.1冲裁力计算. 9 5.2.2卸料力、顶件力的计算. 10 5.3压力中心的计算. 11 5.4模具工作部分尺寸及公差. 11 5.4.1落料凸凹模尺寸. 11 5.4.2冲孔凸凹模尺寸. 12 第六章 主要零部件设计. 13 6.1凹模的设计. 13 6.2凸模的设计. 14 6.2.1.冲孔凸模：. 15 6.2.2.落料凸模. 15 6.2.3凸模的校核：. 15 6.3固定板的设计. 16 6.3.1.凸模固定板: . 16 6.4模架以及其他零部件的选用. 16 第7章 校核模具闭合高度及压力机有关参数. 17 7.1 校核模具闭合高度. 17 7.2 冲压设备的选定. 17 第8章 设计并绘制模具总装图及选取标准件. 18 第9章 结论. 19 第10章 参考资料 20 第一章 零件设计任务 材料为ST12，材料厚度为2mm，大批生产。 本产品分为冲孔-落料、拉深-翻边两道工序，根据拉深-翻边件毛坯展开计算公式，得到冲孔-落料工序的工件平面图。 材料：ST12 材料厚度：2mm 未标注尺寸按照IT10级处理. 1 第二章 冲裁件的工艺分析 2.1工件材料 ST12是普通冷轧钢，与q195、SPCC、DC01牌号材质基本相同。 ST12力学性能：屈服强度a MPa280；抗拉强度 MPa270410；断后伸长率%28；表面质量：FC-高级的精整表面，FB-较高级的精整表面。 适合冲裁加工。 2.2工件结构形状 工件结构相对简单且对称，外形为直径为125mm的圆，有两个直径为10.5mm的两个小圆孔，一个直径为38mm中心大孔。满足冲裁的加工要求。孔与孔、孔与工件边缘之间的最小壁厚大于7mm，普通冲裁即可满足要求。 2.3工件尺寸精度 零件内、外形尺寸均未标注公差,属自由尺寸,可按IT14级确定工件尺寸的公差,经查表得,各尺寸公差分别为： 零件外形: 1250-0.3； 零件内形: 10.5+0.25 、380孔心距: 80±0.2。 利用普通冲裁方式可以达到零件图样要求。 +0.30+0.10； 2 第三章 冲裁工艺方案 3.工艺方案 完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工工艺方案分为以下2种： 方案种类。 根据制件工艺性分析，要加工此零件，分析出以下两种方案。 方案一：一次性实现落料和冲孔，一次性完成零件的生产，采用复合模。 方案二：先冲孔，后落料，采用单工序模。 方案比较。 方案二：属于单工序冲压。模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，成本相对较高，生产率低。第一道工序完成之后，进入第二道工序，必然会加大误差，使工序质量和精度会较差，达不到所需要的要求，不易满足生产的要求。再加之此制件生产批量大，尺寸较小，这种方案生产率低，一般不宜采用。 方案一：为复合冲裁模，在同一部位同时完成了零件的生产，对于这种大批量生产零件，大大的提高了生产效率。 方案的确定。 综上所述，本设计模具采用冲孔-落料复合模。 3 第四章 模具结构形式的选择与确定 4.1模具的类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用复合模方式冲压。 复合模有两种结构形式：正装式复合模和倒装式复合模。 考虑到该工件成形后，脱模方便性，正装式复合模成形后工件留在下模，需要向上推出工件，取件不方便；倒装式复合模成形后工件留在上模，只需要在上模装一副推件装置即可脱模，所以本设计采用倒装式复合模。 4.2卸料装置 根据模具冲裁的运动特点，该模具采用弹性卸料方式比较好，因而在此选用弹簧。采用推件块，利用模具的开模力来推工件，既安全有可靠。即采用刚性装置取出工件。 4.3定位装置 4.3.1送料形式 虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产，可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。采用横向送料方式，即由左向右送料。 4.3.2定位零件： 因为该模具采用的是，控制条料的卷进方向采用导料销，控制条料的送进步距采用挡料销来定步距。 4 4.4.模架类型及精度 4.4.1模架 方案1若采用四导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，能承受级进模高速冲压次数。 方案2. 若采用对角导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料; 方案3. 若采用后侧导柱导柱模架，可三方送料，操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑。 综上，结合本冲孔、落料复合模的特点，另外考虑到送料与操作的方便性，模架采用后侧式导柱的模架，用导柱导套导向。选用方案3。 4.4.2.精度 由于零件材料厚度一般，尺寸中等，由于零件精度要求不是很高，但冲裁间小， 因此采用I级模架精度。 第五章 冲压工艺计算： 5.1排样 5.1.1.排样方案分析 方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。 方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具5 寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。 方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。 通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。 5.1.2.计算条料宽度 根据零件形状，查<<冲压模具设计手册>>工件之间搭边值a=1.5mm, 工件与侧边之间搭边值a1=1.8mm,条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值 0BD=(Dmax+2´a+0.2)0D 公式 式中： Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a1-冲裁件之间的搭边值；=1.8mm。 板料剪裁下的偏差；可得=0.30mm。 B0=1252×1.8+0.2 =1290-0.30 故条料宽度为1290-0.30，所以条料宽度在125129mm。 5.1.3.确定布距： 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。 进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。 6 送料步距S62.5mm62.5mm1.5mm 126.5(mm） 排样图 5.1.4.计算材料利用率 一个步距内的材料利用率 /BS×100% 式中 A一个步距内冲裁件的实际面积； B条料宽度； S步距； Ap(62.52-192-2*5.25)h=67.16% BS(129*126.5)7 5.2.冲压力计算 5.2.1.用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算： F=KLtb ( 公式5-3) 式中 F冲裁力； L冲裁内周边长度之和； t材料厚度； b材料抗剪强度； K系数，系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取=1.3。查表取b=250Mpa F=KLtb =1.3*3.14*(2*10.5+38)*250*2=120.42KN 5.2.2卸料力、推料力的计算 n梗塞在凹模内的制件或废料数量(n=h/t=1)； h直刃口部分的高(mm)； t 材料厚度(mm) KX=0.05；KT=0.06 卸料力FX=KXF =0.05*120.42=6.02KN 推料力FT=nKTF =1×0.06×120.42 =7.22KN 所以总冲压力FZ=F+FX+FT=120.42+6.02+7.22 =133.66KN 根据冲压力计算结果拟选压力机规格为： 应选取的压力机公称压力：25t. 因此可初选压力机型号为J23-25。 8 5.3.压力中心的计算 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。该零件为中心对称图形，其几何中心即为压力中心。 5.4.模具工作部分尺寸及公差 5.4.1落料凸凹模基本尺寸计算 适合采用凸凹模配作加工。配作法加工的特点是模具的间隙由配做保证，工艺比较简单，无需较核TAZmaxZmin的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易，所以采用配作法加工。 (A)落料凹模刃口尺寸。落料的轮廓尺寸为1250-0.3。 按磨损情况分类计算： i)凹模磨损后增大的尺寸，按冷冲压工艺及模具设计公式： DA=(Dmax-X);计算，取 A=/4=0.075，制件精度为IT14级，故X=0.5 +0.075+0.075DA1 =(125-0.5×0.3)0=124.850 ii)凹模磨损后不变的尺寸，按冷冲压工艺及模具设计公式：CA=±0.5A: 计算，取A=/4 =0.1，制件精度为IT14级，故X=0.5 80±0.2: Cd1=(79.8+0.5×0.4)±0.4/8=80±0.05 落料凸模刃口尺寸计算 制件精度不高，为IT12级，确定刃口间隙时主要考虑模具寿命，故应该取较大间隙。查表得： 9 Zmax=0.160mm Zmin=0.120mm 所以 Z=Z max=0.160mm 落料凸模刃口尺寸 B1=0-0.075=125.010-0.075mm 5.4.2冲孔凸凹模尺寸计算 冲两个小孔 查表得 Zmin=0.06mm Zmax=0.10mm ,则 Zmax-Zmin=0.10mm-0.06mm=0.04mm +0.30+0.25由表查得：10.5工制造，则 为IT14级，取x=0.75，凸模和凹模分别按IT6和IT7级加00dp=(dmin+x)0=mm=10.788-0.008-0.008mm -dp+dd+0.012+0.012dd=(dp+Zmin)0=0mm=10.9080mm 校核：dp+dd£Zmax-Zmin 0.008+0.012£0.10-0.06 0.02<0.04 故满足间隙公差条件。 (2)冲中心大孔 查表得 Zmin=0.06mm Zmax=0.10mm ,则 Zmax-Zmin=0.10mm-0.06mm=0.04mm 由表查得：380制造，则 00dp=(dmin+x)0-dp=-0.008mm=38.075-0.008mm +dd+0.012+0.012dd=(dp+Zmin)0=0mm=38.1350mm +0.10为IT12级，取x=0.75，凸模和凹模分别按IT6和IT7级加工校核：dp+dd£Zmax-Zmin ； Zmax-Zmin=0.10mm-0.06mm=0.04mm 10 0.008+0.012£0.10-0.06 0.02<0.04 故满足间隙公差条件。 第六章 主要零部件设计 6.1工作零件结构设计 6.1.1落料凹模 落料凹模采用整体凹模，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重合。其外形尺寸按相关公式计算： 凹模厚度： H=KB=0.40*120=48mm 取凹模厚度H=50mm 凹模壁厚 c=(1.52)H=(75100)mm 取凹模壁厚c=80mm 凹模宽度 B=b2c =2080×2=180(mm) 取凹模宽度B=200mm 凹模长度L=S12S2 =602×80=220(mm) 取凹模长度L=250mm 凹模整体轮廓尺寸L×B×H=250mm×200mm×60mm 6.1.2落料凸模与冲孔凸模 所冲孔为圆形孔，为方便装配和满足凸模强度将冲孔凸模设计成阶梯式，采用数控铣床、线切割加工。其总长按相关公式计算： Lh1hh 25352080(mm) 与之相对应卸料凸模长度也为80mm。 11 6.2卸料部件的设计 6.2.1卸料板的设计 卸料板采用45钢制造，淬火硬度4045HRC，卸料板轮廓尺寸与落料凹模轮廓尺寸相同，厚度为20mm。 6.2.2卸料螺钉的选用 卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为8mm,螺纹部分为M6×20mm,卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间，以保证卸料的正常运动。卸料螺钉拧紧后，应使卸料螺板超出凹模端面1mm,有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。 6.3模架及其他零部件的选用 以凹模轮廓尺寸为依据，选择模架规格。选两组相同导套、导柱。导柱d/mm×L/mm为28mm×125mm,导套d/mm×L/mm×D/mm为28mm×85mm ×42mm。 上模座厚度H1取45mm,垫板厚度取15mm,固定板厚度取25mm,卸料板厚度取20mm,凹模厚60mm，下模坐厚度取50mm。 模具闭合高度H H4515802520+60+20 265(mm) 6.4凸模的校核： 考虑冲孔凸模的直径较小，故需对最小凸模进行强度和刚度校核： 1、刚度的校核： 根据凸模校核公式：L90d2/F 公式带入数据可得：=206mm L：为凸模的允许最大工作尺寸，而设计中，凸模的工作尺寸为80206,所以钢度得以校核，符合要求。 2、强度校核: 凸模的最小直径d应满足: 12 d>=5.2t´t=2.17mms压=5.2´2´2501200 公式 10.5>2.17 所以凸模强度得以校核，符合要求。 6.5固定板的设计 6.3.1.凸模固定板: 1、凸模固定板的厚度：其厚度取25mm。 2、凸模固定板的外形尺寸根据核准选取板的规格为：L´B=250mm´200mm 3、材料：选用45#钢。 4、配合及连接件：凸模与凸模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,6个螺钉与上模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凸模的保持一致,顶部与凸模铆接,因此必须倒角。 6.3.2. 凹凸模固定板 凹凸模固定板的外形尺寸与凸模固定板一致，各空位置也保持一致。查表可得厚度H=30. 6.6模架以及其他零部件的选用 模架：该模具为复合模，采用后侧导柱模架，能使上模座在导柱上滑动平稳。以凹模轮廓尺寸为依据，选择模架规格。 上模座查表可知：厚度取45mm，外形尺寸为：250×200垫板厚度取45mm,下模座厚度取50mm，外形尺寸与上模座一致为，250×200垫板厚度取50mm。根据上下模座选取导柱为28mm×125mm,导套为28mm×85×33。 模柄采用凸缘式模柄 D50×91 JB/T 7646.3 凸模固定板 250×200×25 45钢JB/T 7646.3 13 卸料板 h=19 H=20 垫板 250×200×15 45钢JB/T 7643.3 挡料销 F6 圆柱销 F10 卸料螺钉用M8，凸凹模固定用M12，凹模固定也用M12，模柄固定用M8 第7章 校核模具闭合高度及压力机有关参数 7.1 校核模具闭合高度 经计算该模具闭合高度H=265mm，而选450kN压力机最大装模高度为270mm, -5>H>(Hmin-H垫板)+10 公式 式中 Hmax-压力机最大闭合高度 330mm Hmin-压力机最小闭合高度 270mm H垫板-垫板厚度为45mm 将以上数据带入公式7-1，得235<H<280.故满足要求，所以可选。 7.2 冲压设备的选定 通过较核，选择开式双柱可倾式压力机J能满足使用要求。其主要技术参数如下： 公称压力：450KN 滑块行程：120mm 最大闭合高度：270mm 最大装模高度：330mm 工作台尺寸：440mm×810mm 模柄孔尺寸：50mm×60mm 14 第八章 其它需要说明的问题 8.1冲压模具制造技术要求 模具精度是影响冲压件精度的重要因素之一，为了保证模具精度，制造时应达到以下技术要求： a、组成冲压模具的所有零件，在材料加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。 b、组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并达到规定的平行度和垂直度要求 c、模具的功能必须达到设计要求. d、为了鉴别冲压件的质量，装配好的模具必须在生产条件下试模，并根据试模存在问题进行修整，直至试出合格的冲压件为止。 8.2设计并绘制模具总装图、选取标准件 按已确定的模具形式及参数，从冷冲模标准中选取标准件。 绘制模具装配图，见附图。 15 8.3绘制非标准件零件图 根据已确定的零件结构及参数，按照制图标准绘制非标准件零件图，见附图。 第九章 结论 本次设计是在龚老师和黄老师的悉心指导下完成的。不仅使我树了远大的学术目标、掌握了基本的模具设计方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本次模具设计过程中的每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！ 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。 16 第十章 主要参考书目录 1 曾霞文 徐政坤主编.冷冲压工艺及模具设计.长沙：中南大学出版社，2006 2 王 芳主编.冷冲压模具设计指导.北京：机械工业出版社，1999 3 付宏生主编.冷冲压成形工艺与模具设计制造.北京：化学工业出版社，2005 4 肖景容 姜奎华主编.冲压工艺学.北京：机械工业出版社，1999 5 徐茂功 桂定一主编.公差配合与技术测量.北京：机械工业出版社，2000 6 王孝培主编.冲压手册.北京：机械工业出版社，1988 7 催忠圻主编.金属学与热处理.北京：机械工业出版社，2000 8 谭海林 陈勇主编.模具制造工艺学.长沙：中南大学出版社，2006 9 廖念钊 莫雨松等主编.互换性与技术测量.北京：中国计量出版社，2000 10 张定华主编.工程力学.北京：高等教育出版社，2000 11 梁耀能主编.工程材料及加工工程.北京：机械工业出版社，2001 17