铰链落料冲孔复合模具设计.doc

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1、第一章 概述1.1 课题的来源与选题依据1.课题来源：企业开发研制产品需要。选题依据：根据学生所学专业及教学大纲要求，结合相关企业实际生产需要及设计模式，促使学生将所学专业基础知识及专业知识具体应用到实践中，培养其理论联系实际的能力。 1.1.1 课题的意义及目的随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压及模具技术也在不断革新与发展，主要表现在以下几个方面：1）工艺分析计算方法现代化近几年来，国外开始采用有限变形的弹塑性有限方法，对复杂成型件的成型过程进行应力，应变分析的计算机模拟，只预测某一工艺方案对零件成型的可能性和会发生的问题，将结果显示在图形的终端上，供设计人员进行修改和选择。2

2、）模具设计制造现代化为了加快产品的更新换代，缩短模具设计周期，工业发达国家正在大力开展模具计算机辅助设计和制造的研究，并已在生产中运用。3）冷冲压生产机械化与自动化为了大量生产的需要，冲压设备由低速压力机发展到高速自动压力机。4）发展新的成型工艺为了满足产品更新换代和小批量生产的需要，发展了一些新的成型工艺，简易模具，数控冲压设备和冲压柔性制造技术等。5）不断改进板料的冲压性能目前世界各先进工业国不断研制出冲压性能良好的板料，只提高冲压成型能力和使用效果。设计目的：1）掌握冷冲压模具的设计方法，要求我们将理论与实际密切联系起来力求所学知识更完备。2）培养综合运用所学知识，独立解决实际问题的能力

3、，并提高模具的设计与制造水平。3）熟悉查阅有关资料的手册的方法，了解成型模具的工艺要求及结构特点。4）为了使我们为以后的工作打下良好的基础。第二章 冲压工艺过程设计2.1 冲压件的工艺分析2.1.1 根据零件的使用条件和技术要求进行工艺分析该零件(铰链)主要用于电信设备上零部件的安装固定以及用于其它地方，可以说用途甚为广泛。有两个该零件通过销一样的东西将其结合就形成了铰链，但问题的关键是要注意卷圆部分以及八字孔，而其它部分要求并不是十分严格，只要能达到产品使用目的就可以。2.1.2 根据零件的形状、尺寸精度和材料进行工艺分析1 冲裁件的形状和尺寸a.该冲裁件形状简单、对称、可采用少废料直排，提

4、高材料利用率，并且该冲裁件的外形4处交角处采用了圆角过渡，而八字形孔要保证其尖角不允许圆角过渡，但卷圆端部的两个90尖角不符合冲裁工艺要求，故需要设工艺圆角，其圆角值可查冲压工艺与模具设计 表2.6.1 Rmin=0.35t=0.352.5=0.875mm，取Rmin=1mm。b.因该冲裁件本身就没有悬臂与狭槽，故不需考虑其最小宽度b。c.因受模具强度和零件质量的限制，冲裁件中孔与孔之间以及孔与零件边缘之间的壁厚值不能太小，若是太小零件质量不易保证。查书冲压工艺与模具设计图2.6.2 知必须满足ct ，即c2.5，而该冲裁件上Cmin=9-5.2=3.8c 故满足要求。d.冲裁件的孔径由于受冲

5、孔凸模强度和刚度的限制而不宜太小，否则凸模易折断和压弯。该冲裁件的材料为SS400 ， =400510Mpa，查书冲压工艺与模具设计表2.6.2知自由凸模最小冲孔孔径d1.3t=1.32.5=3.25mm，而该零件的最小孔径d=8.43.25mm 故满足要求。e.该零件上尺寸90、70，20、40等都是自由公差按IT14取，尺寸趋近IT14级，而尺寸8.50.3、10.40.2、8.40.2均在IT14级以下，普通冲裁加工可获得的零件尺寸公差等级可以查冷冲压模具设计指导表8-19，当t=2.5mm时，内孔、孔中心距和孔边距高于IT14，故该冲裁件可以用普通冲裁完成。2 弯曲工艺性分析a.弯曲件

6、的最大弯曲圆角半径可以不加限制，只要措施得当控制其回弹量即可，查书冲压工艺与模具设计表3.3.1 最小相对弯曲半径Rmin/t的实验数值：当弯曲线与板料轧纹方向垂直时Rmin=0.62.5=1.5mm；当弯曲线与板料轧纹方向水平时Rmin=1.22.5=3mm；而R=5Rmin 故满足要求。b.由后面尺寸展开计算知直边L2=18.42mm， 即H=L2=18.42mm2t=22.5=5mm，故弯曲件的直边高度也满足要求。c.孔边至弯曲半径中心的距离L 查冲压工艺与模具设计P120 图3.3.14知 L2t 而L=26.44-9-8.5-4.2=4.742t=22.5=5mm。故不能满足要求，应

7、先弯曲后冲孔。但尺寸相差不大，且考虑该八字形孔是固定螺栓让孔，形状和尺寸要求并不是很高，允许有少量的变形，如果重新做模具其成本大大增加，所以综合考虑仍然采用冲孔落料复合模。2.1.3 材料分析SS400材料分析宝钢钢铁股份有限公司厂标国家标准Q/BQB 321-2003GB912-89/GB 3274-88（GB710-91/GB711-88）SS400Q235、Q245化学成分牌号公称厚度化学成分SS40022.0CSiMnPS0.210.301.400.0350.035力学性能牌号下屈服强度/MPa（）抗拉强度/Mpa（）断后伸长率180弯曲试验V型冲击试验Lo=50mmLo=20mmb=

8、25mmB=40mmb35弯心直径公称厚度/mm公称厚度/mm温度试验冲击功率16165516162452354005102117213a注： a.拉伸试验取横向试样；屈服现象不明显，采用Rpa2；对拉伸试验取Lo=50mm，b=25mm的试样，即为GB/T228中P14试样。b.弯曲试验取横向试样。冲裁试验时试验宽度为35mm。c.冲击试验取纵向试样，冲击试验仅适用于厚度不小于12.0mm的产品。d.WEL-TENS90RE的拉伸试样取Lo=50mm，b=25mm。根据材料分析SS400韧性较好，塑性较好，弹性模量较大（E=206GPa）适宜冷冲压成形加工。2.2 确定工艺方案2.2.1 冲

9、压工序类型和工序数量的确定该零件为电信设备上零部件的安装固定，故该零件为中批量生产，工艺性较好，可以从零件图上直观确定该冲裁件所需的基本工序有：落料、冲孔、预弯、卷圆、弯曲。2.2.2 工序组合及方案比较方案一：落料冲8.4孔冲10.4孔预弯卷圆弯曲。方案二：复合模冲孔落料（落料与冲8.4孔）冲10.4孔预弯卷圆弯曲。方案三：落料与冲8字形孔的级进模预弯卷圆弯曲。方案比较：方案一：此方案需要6副模具，工作量较大，较烦琐，成本较高，生产率低。方案二：虽然此方案要5副模具才能完成，但相对方案一6套模具来说已经减轻工作量，并且每副模具都较简单，而且加工质量比较好，成本也较低。方案三：虽然此方案只需要

10、4副模具，但第一副模具是涉及级进模，此副模具结构较复杂，而且制造成本较高，同时冲孔时冲孔的质量比较差，没有方案二的冲孔质量好；八字孔一次成型，孔与孔连接处应力较集中，影响模具强度。综合考虑：采用方案二2.2.3 各工序模具结构形式的确定工序 冲孔落料复合模，采用倒装式。工序 冲孔模，采用顺装，镶套式凹模，下漏料。工序 弯曲预弯R圆角，顺装，带顶板校正弯曲。工序 弯曲模卷圆R圆角，立式卷圆模。工序 弯曲模成形弯曲，顺装，带顶板校正弯曲。2.2.4 计算并确定每个工序的形状和尺寸，绘制各工序图、排样图，并且计算材料利用率1.复合模（冲外形及2-8.40.2孔）1) 计算弯曲件毛坯展开尺寸该零件圆角

11、半径为R=5mm查书冲压工艺与模具设计知道 R=50.5t=0.50.25=1.25mm故选单向弯曲件的毛坯展开长度计算公式为：因查书冲压工艺与模具设计表3.3.3知道 x=0.38 因r / t =4.25/2.5 =1.7查书冲压工艺与模具设计表3.3.5知道 k=0.61则卷圆部分 图2-1-1 毛坯弯曲图 图2-1-2 弯曲角度可得L1=26.44mm L2=18.42mm所以毛坯展开尺寸为L=L1+L2+L3+L4=26.44+18.42+4.67+30.24=79.77mm因零件弯曲成形时材料伸长趋势影响故取L=79.8mm。 图2-2 毛坯展开图2) 确定排样方案搭边和条料宽度的

12、确定查书冲压工艺与模具设计表2.5.2因工件材料t=2.5mm且为矩形工件 L50mm,知a1=2.5,a2=2.8考虑补偿定位误差，保持条料有一定的刚度可取 a1=3mm ,a=3mm 条料宽度的确定。、c查表2.5.3知 =0.8 c=0.4此处为无侧压装置则取。按制件在材料上的排列来看排样方案取为直排,详见排样图 图2-3 排样图3）计算材料利用率2.冲孔模（工序图）3.预弯（工序图）由前面尺寸展开计算知L1=26.44mm，L2=19.42mm，L3=4.67mm设L5(225圆弧长)，查书冲压工艺与模具设计表3.3.5知道 k=0.614卷圆（工序图）5.零件图2.2.5 计算各工序

13、的冲压力，初选压力机1）复合模冲孔落料冲裁力计算 该零件材料为SS400 取落料 查书冲压模具设计指导表2-20知 =0.04 =F落料=89775+3591=93366冲8.4孔 查书冲压模具设计指导表2-20知=0.04 =初选压力机 J23-162）冲10.4孔查书冲压模具设计指导表2-20知=0.04 =初选压力机 J23-103）预弯按校正弯曲时的弯曲力计算查书冲压模具设计指导表3.3.6知 q=4060 MPa取q=60MPaA6.2563=393.75（弯曲件被校正部分的投影面积）=qA=60393.75=23625N初选压力机 J23-104）卷圆按自由弯曲时的V形弯曲件弯曲力

14、计算查书冲压模具设计指导（3.3.14）知k=1.3=20475N式中b为弯曲件的宽度（mm）；t为弯曲件的厚度（mm）；r为内圆弯曲半径（mm）；为弯曲件的抗拉强度（MPa）；K为安全系数，一般取1.3。初选压力机 J23-105）弯曲按校正弯曲时的弯曲力计算查书冲压模具设计指导表3.3.6知 q=4060 MPa取q=60MPaA4.3663=274.68N（弯曲件被校正部分的投影面积）=qA=60274.68=16480.8N初选压力机 J23-10第三章 冲压模具设计3.1 模具结构形式的确定我所设计的是铰链落料冲孔（8.4）复合模具，经分析：我采用倒装复合模，它的定位方式可以采用一个

15、固定挡料钉做步挡钉定距，两个活动挡料钉做侧挡钉导料，卸料方式可以采用弹压卸料，刚性打料推件，详情见模具工装设计图。3.2 计算模具压力中心，确定模具受力中心的位置落料工序图中考虑到倒圆角，由于计算较复杂且要求并不是太严格，所以我们将其近似看成是直线，以直线计算较方便，图见工序图 图3-1 零件图各点坐标：A（0，22.5）B（13.015，0）C（32.78，38.25）D（60.29，31.5）E（79.8，15.75）零件关于X轴对称 所以模具的压力中心为 （33.8 , 0）该零件左右对称中心坐标为（39.9，0）与（33.8 , 0）相差不大，在模柄范围内，为使模具结构对称，降低模具材

16、料成本，选模具的压力中心为（39.9，0）。3.3 计算或估算模具各主要零件（凹模、凸模固定板、垫板，凸模）的外形尺寸，并确定标准模架以及卸料橡胶或弹簧的自由高度等。1设计凹模的外形尺寸查书冲压工艺与模具设计表2.8.2知系数k=0.35凹模外形尺寸综合考虑并查冷冲模国家标准 取 即凹模尺寸 （）凹模材料可以选用W6Mo5Cr4V2。2设计主要零部件外形尺寸1）垫板垫板的作用是承受凸模或凹模的压力，防止过大的冲压力在上、下模座上压出凹坑，影响模具正常工作，垫板厚度根据压力机大小选择，一般取。而此副模具上垫板需考虑打板活动量，故取 而下垫板可按冷冲模国家标准查取 ，而垫板的外形尺寸与凹模轮廓尺寸

17、基本一致 则，材料为45钢，热处理后硬度为。则 上垫板尺寸下垫板尺寸 （）2）固定板固定板主要用于小型凸模或凸凹模等工作零件的固定，固定板的外形与凹模轮廓尺寸一致，厚度取即 取，材料可选Q235或45钢。则上、下固定板尺寸 （）3）卸料板卸料板外形尺寸考虑安装条料纵向送料的挡料钉，宽度尺寸需放大，并且根据排样图上挡料钉位置尺寸取其宽度 ，长度仍与凹模一致，即 ， 厚度按冷冲模国家标准取 ，则卸料板的尺寸4）卸料橡皮的自由高度根据工件材料厚度，冲裁时凸模进入凹模深度取2mm考虑模具维修时刃磨量再考虑开启时卸料板高出凸模，则总的工作行程，取，模具在组装时橡皮的预压量为 取5）模架的选择查中华人民共

18、和国国家标准GB28512875-81冷冲模.1984-01-01实施.国家标准总局 批准选冷冲模滑动导向模架中间导柱模架 250200220265 GB2851.5-813.4 确定凸、凹模的间隙，计算凸凹模工作部分尺寸1）查书冲压工艺与模具设计表2.2.3知 冲裁件精度在IT14时 也可以查书冲压工艺与模具设计表2.3.1设凸、凹模分别按IT6，IT7级加工制造，则落料 展开尺寸试模修正冲孔孔距尺寸 =落料凸凹模的基本尺寸与凹模相同，分别是62.7mm，89.6mm，79.8mm,8.4mm，不必标注公差，但要注明以0.360.5mm的双面间隙与落料凹模配做。3.5 校核压力机初选压力机型

19、号为J23-16，该压力机最大闭合高度为220mm，而模具的总闭合高度为250mm，由这一条就可以说明：初选型号为 J23-16的压力机不能满足要求，故改选型号为 JH21-60的压力机。该压力机的主要技术规格公称压力/KN 600公称压力行程/mm 4滑块行程/mm 140行程次数/次 70最大闭合高度/mm 300闭合高度调节量/mm 70滑块中心线到机身距离/mm 270工作台尺寸/mm 870520 (左右前后)工作台孔尺寸/mm 150模柄孔尺寸/mm 5060 (直径深度)电机功率/kw 5.51.是否满足1.模具总闭合高度由压力机 JH21-60 知道 由知所以满足要求2.公称压

20、力是否大于冲压计算的总压力，即所以满足要求3.滑块行程是否满足冲压件的成形要求所选压力机滑块行程为140mm而冲裁此零件的行程只需约6mm远远小于140mm所以满足要求4.工作台尺寸是否大于模具尺寸所选压力机工作台尺寸/mm 870520 (左右前后)而模具为 480280所以工作台尺寸每边肯定大于70mm，并且工作台垫板孔能保证废料漏下。因此满足要求根据上面计算综合考虑课题设计（复合模落料、冲孔）等条件以及其他因素压力机选 JH21系列开式固定台压力机选压力机型号为 JH21-60结 论时光匆匆而逝，为了更好的适应以后的工作，培养我们能运用所学的专业知识独立解决实际生产问题的能力，以及巩固和

21、扩大课堂教学内容提高工艺计算机械制图的各科设计资料的能力，为今后工作岗位从事专业工作拟定出更为经济合理的制造工艺及设计模具打下良好的基础，在此基础上我们进行了两周的课程设计。通过此次冷冲模设计是我知道：冷冲模是建立在金属塑性变形的基础上，在常温下利用安装在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一定形状、尺寸和性能的零件的一种压力加工方法。并且，通过这次冷冲模设计，使我重新温习了以前所学过的有关机械方面的知识，并且通过查阅资料了解了一些新的知识，使我对模具设计有了初步的了解。致 谢时间过的真快，转眼两个星期过去了，我的课程设计也将结束，仍清楚记得拿到课程设计课题时，不知如何

22、下手的尴尬场景。在此，我首先要感谢这么多年来能让我认真学习的母校辽宁工程技术大学，要感谢我的指导老师王洁在课程设计选题以及研究方法上给予的悉心指导，老师的学识令我受益匪浅。参考文献1 成虹冲压工艺与模具设计 北京 高等教育出版社 20022 王芳冷冲压模具设计指导 北京 机械工业出版社 19993 王之栎机械设计综合课程设计北京 机械工业出版社 2003 4 李培根机械工程基础北京 机械工业出版社 20025 胡荆生公差配合与技术测量基础(第二版) 北京 中国劳动社会保障出版社 20006 陈于萍高晓康编著，互换性与测量技术北京 高等教育出版社 20027 吴宗泽机械零件设计手册北京 机械工业出版社 20038 许发樾实用模具设计与制造手册北京 机械工业出版社 19929 朱传礼 林蒲生高等学校毕业设计论文指导手册机械卷北京 高等教育出版社 199810 中华人民共和国国家标准GB28512875-81冷冲模1984-01-01实施 国家标准总局 批准