冲压课程设计-- 支撑圈冲压工艺及模具设计.doc

广东工业大学课程设计任务书题目名称 支撑圈冲压工艺及模具设计 学生学院 材料与能源学院 专业班级 材料成型及控制工程专业模具班 姓 名 学 号 一、课程设计的内容根据给定的冲压零件图进行产品的冲压工艺分析和比较，制定合理的冲压工艺方案，进行有关工艺计算，确定冲压模具的类型和结构，选择冲压设备，绘制模具的装配图及零件图，编制冲压工艺卡，并撰写设计说明书。二、课程设计的要求与数据1. 课程设计时间共2周，按时独立完成课程设计任务，符合学校对课程设计的规范化要求；2. 绘制所设计模具的装配图和非标件零件图：图纸整洁，布局合理，图样和标注符合国家标准；3. 编制冲压工艺卡，撰写设计计算说明书（约20页）：要求公式使用准确，计算正确，语言流畅，书写工整，插图清晰整齐；4. 设计说明书与图纸按学校规定装订成册。三、课程设计应完成的工作1. 冲压工艺设计：包括分析零件的冲压工艺性，拟订冲压件的工艺方案，确定合理的排样形式、裁板方法，并计算材料的利用率；确定模具结构及尺寸等；2. 根据总冲压力及考虑模具的结构尺寸选择成形设备的型号；3. 模具结构及其零部件设计：设计一道工序的冲模，绘制冲模总装配图及主要零件图；4. 冲压工艺过程卡片；5. 设计计算说明书。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1布置题目，工艺分析与工艺计算教1-2116.246.252工艺方案比较与模具结构草图教1-2116.266.273绘制模具总装配图教1-2116.284绘制零件图，编冲压工艺卡教1-2117.017.055编写设计说明书教1-2117.067.076答辩，提交所有资料教1-2117.08五、应收集的资料及主要参考文献1 自编. 冲模设计课程设计指导书M. 广东工业大学，2011.2 自编. 冲模图册M. 广东工业大学，2011.3 姜奎华主编. 冲压工艺与模具设计M. 北京: 机械工业出版社, 1999.4 李志刚主编. 中国模具设计大典M. 南昌: 江西科学技术出版社, 2003.5 罗益旋主编. 最新冲压新工艺新技术及模具设计实用手册M. 长春: 吉林出版发行集团, 2004.6 肖景容, 姜奎华主编. 冲压工艺学M. 北京: 机械工业出版社, 2000.7 郝滨海编著. 冲压模具简明设计手册（第二版）M. 北京:化工工业出版社, 2009.发出任务书日期： 2011 年 6 月 10 日 指导教师签名：计划完成日期： 2011 年 7 月 8 日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：目录广东工业大学课程设计任务书 1引言 4工艺分析 5工艺方案的确定 9必要的尺寸计算9主要零部件设计16其他零件结构尺寸计算18冲压设备的选用20模具零件的加工21模具的装配22结束语22参考文献23附录1：工艺卡附录2：产品图附录3：装配图附录4：零件图项目设计及计算过程计算结果一、引言二、零件的冲压工艺分析三、工艺方案的确定四、必要的尺寸计算五、落料冲孔复合模主要零部件设计六、落料拉深复合模的其他零件结构尺寸设计计算七、落料拉深工序模具整体结构的说明和确定八、设备的选用九、模具零件的加工十、模具的装配十一、结束语十二、参考文献1引言零冲压工艺规程是模具设计的依据,而良好的模具结构设计又是实现工艺过程的可靠保证,若冲压工艺有所改动,往往会造成模具的返工,甚至报废,冲裁同样的零件,通常可以采用几种不同方法,工艺过程设计的中心就是依据技术上先进,经济上合理,生产上高效,使用上安全可靠的原则,使用上安全可靠的原则,使零件的生产在保证符合零件的各项技术要求的前提下达到最佳的技术效果和经济效益。设计冲压工艺过程要从分析产品的零件图入手，分析零件图包括技术和经济两个方面：（1） 冲压加工方法的经济性分析冲压加工方法是一种先进的工工艺方法，因其生产率高，材、利用率高，操作简单等一系列优点而广泛使用，由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用。批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作 该零件可能会更有效果。（2） 冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度，在技术方面，主要分析该零件的形状特点，尺寸大小，精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求，良好的工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，而且寿命长产品质量稳定，操作简单，方便等。不论冲压件的几何形状和尺寸大小如何，其生产过程一般都是从原材料剪切下料开始，经过各种冲压工序和其他必要的辅助工序加工出图纸所要求的零件。对于某些组合冲压件或精度要求较高的冲压件，还需要经过切削焊接或铆接等加工才能完成。2 本设计的工件形状简单尺寸比较小的工件，尤其材料比较薄，外形落料及冲孔工序所能达到精度为IT14，工件无尖角，凹陷等其他的突变。其外形尺寸精度无特别要求，可认为该工件的精度要求能够在冲压加工中得到保证。工件信息如下： 图1.1 工件图工件简图：如图1.1所示名称：支撑圈生产批量：大批量材料：08钢要求设计此工件的模具。 2.1 零件材料的分析 冷冲压模具包括冲裁、弯曲、拉深、成形等各种单工序模和由这些基本工序组成的复合模、级进模等各种模具。设计这些模具时，首先要了解被加工材料的力学性能。材料的力学性能是进行模具设计时各种计算的主要依据。故在分析零件冲压成形工艺，设计冲压模具前，必须要了解和掌握材料的一些力学性能，以便设计。现将弹簧片工件材料为锡磷青铜的力学性能主要参数及其概念叙述如下： （1）屈服点：材料开始产生塑性变形时的应力值，单位N/。弯曲、拉深、成形等工序中，材料都是在达到屈服强度时进行塑性变形而完成该工序的成形的。经查表取 = 196MPa。 （3）抗拉强度。材料受到拉深作用，开始产生断裂时的应力值，单位是MPa。= 450MPa。 （4）抗剪强度b。材料受到剪切作用，开始产生断裂时的应力值，单位是MPa。取b = 300MPa。 （5）弹性模量E。材料在弹性范围内，表示受力与变形的指标，弹性模量大，表示材料受力后变形较小，或者说，产生一定的变形需要较大的力。E = 186 x MPa。（6）屈服比/=0.56，是材料的屈服强度与抗拉强度之比，其值越小，表示材料允许的塑性变形区越大，在拉深工序中，材料的屈服比较小时，所需的压边力和所需克服的摩擦力相应的减小，有利于提高成形极限。 （7）伸长率。在材料性能实验时，试件由拉伸试验机拉断后，对接起来测量长度，其伸长量与原长度之比称为伸长率，其数值用“”表示，其数值越大表示材料的塑性越好。经查表可得，材料为08钢的伸长率= 33。 综上所述，对08钢的力学性能分析，主要是为了便于模具设计中各参数的计算，故在后序的模具设计中各参数的计算均以上面所取的数值进行计算。同时由于材料强度低,塑性好,适用于制造受力不大的冲压件和拉深件,并有利于冲压成形和制件质量的提高,还具有良好的冲压成形性能,即有良好的抗破裂性,良好的贴模和定形性,所以具有良好的冲压性能。22工件冲压工艺性的分析冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。虽然冲压加工工艺过程包括备料冲压加工工序必要的辅助工序质量检验组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工艺性的涵义也不完全一样。这里我们重点分析零件的结构工艺性。 该零件为支撑圈，结构较简单。这是一个不带底面的内孔翻边件，零件是形状对称，无凹陷或其他形状突变，属于典型的板料冲压件。零件外形上没有公差要求，。该零件形状比较简单，尺寸小。初步确定其生产工序为：拉深冲孔翻边修边的方案加工。但能否一次翻边成型达到零件所要求的高度，仍需进一步校核计算。1、翻边工序计算（1）判断一次翻边能否达到所要求的高度。查相关表初取极限翻边系数 K=0.45而零件的总高度h =11.58 =15.5mm由此可知一次翻边不能达到零件高度要求，需要采用先拉深，然后冲孔并翻边的工艺。计算翻边高度：初选do=15mm，do/to=10,得，Ko=0.45K=do/dm=15/33.50.45故，取取do=15mm,极限翻边系数 K=0.45由相关公式得翻边所能达到的最大高度：于是，由以上分析可计算翻边前需要拉深的高度为根据上述分析计算可画出翻边前拉深后的半成品图，如图1.2所示，取修边余量为。图1.2 翻边前拉深后的半成品图2、拉深工序计算：拉深后半成品的大经为：则初算落料毛坯的直径为计算相对厚度：确定拉深次数：根据拉深系数 0.48查拉深系数相关表可知拉深次数为1，故可一次拉深成形。31选择基本工序由零件图分析可得，基本工序包括落料（外轮廓）、拉深、冲孔（直径为15孔）、翻边。3.2确定冲压顺序在冲压分析的基础上，找出工艺与模具设计的特点与难点，根据实际情况提出各种可能的冲压工艺方案，内容包括工序性质，工序数目，工序顺序及组合方式等，有时同一种冲压零件也可能存在多个可行的方案，通常每种方案各有优缺点，应从产品质量生产效率，设备占用情况，模具制造的难易程度和模具的使用寿命的高低，生产成本，操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较，确定出适合于现有生产条件的最佳方案，故在一定的条件下，以最简单的方法，最快的速度，最少的劳动量，最少的费用，可靠的加工出符合图样各项要求的零件，在保证加工质量的前提下，选择经济合理的工艺方案。 确定工艺方案及模具形式：1、根据对冲压零件的形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果，确定冲压所需的基本的工序，如落料、冲孔、拉深、整形等。 2、根据初步工艺计算，确定工艺数目，如冲压次数、拉深次数等。 3、根据个工序的变形特点、质量要求等确定工序顺序。 一般可按照下列原则进行：1）、对冲带孔的或有缺口的冲裁件，如选用简单模，一般先落料，再冲孔或切口，使用级进模，则先冲空孔或切口后落料 2）、对于到孔的拉深件，一般先拉深，后冲孔，但孔的位置在零件底部且孔径尺寸要求不高时，也可先冲孔后拉深。 3）、对于形状复杂的拉深件，为便于材料变形和流动，应先形成内部形状，再拉深外部形状。4）、整形或校平工序，应在冲压件基本成型以后进行。4、根据生产批量和条件（冲压加工条件和模具制造条件）确定工序组合。生产批量大时，冲压工序应尽可能组合在一起，用复合模具；小批量生产用单工序简单模。 由于支撑片冲压成形需要的多道工序完成，因此选择合理的成形工艺方案十分重要，考虑到生产批量大，应在生产合格零件的基础上尽量提高生产效率，降低生产成本。 要提高生产成本，应该尽量选择合理的工艺方案，选择复合能复合的工序，但复合程度太高，模具的结构复杂，安装调试困难，模具成本高，同时可能降低模具的强度，缩短模具寿命。 然而根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序，冲压该零件需要的基本工序有落料、拉深、冲孔、翻边。 工序的组合方案及比较如下：根据零件的结构，在冲裁部分工艺方案可以有以下几种：方案一：采用拉深、冲孔、翻边、落料、修边的单工序模来进行生产。其特点是：模具结构简单，制造方便，但是要用到五道工序，需要五副模具，在成本上是比较高的，而且生产率比较低，在生产中难以保证零件的尺寸精度，一般只适用于生产小批量和精度要求的零件。因而单工序难以满足该零件生产要求。方案二：采用拉深、冲孔、翻边、落料、的复合模。复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但是复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。方案三：采用级进模加工。级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂后孔边距较小的冲压件，用简单模后复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但是级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。综合以上的三个方案，根据零件的结构以及该零件是大批量生产的，因此选用方案二为佳。4 必要的尺寸计算1）、计算毛坯尺寸 2）、排样设计与计算排样方法的确定根据工件的形状，确定采用无废料排样的方法是不可能做到的，但能采用有废料和少废料的排样方法。应为是有规则的圆形件，所以采用单排方案。如图4.1所示，由冲压工艺与模具设计表213确定搭边值，根据零件形状，两工件间按圆件取搭边值,侧边取搭边值。 图 4.1 排样图查冲压工艺与模具设计表214和215可取条料宽度公差。条料与导板之间的间隙。则板料的宽度为：进距：因此，一个进距内的材料利用率为：3）、计算冲压力该模具采用刚性卸料和下出料方式。（1）落料力查冲压工艺与模具设计附表12得08刚的(2)冲孔力（3）冲裁时的推件力 查冲压工艺与模具设计表22得，夹在凹模刃口的冲孔废料块数n=1。(4) 计算拉深力根据相对厚度0.045（1-m）=0.02214，查冲压工艺与模具设计表418可知不需要使用压边圈。查冲压工艺与模具设计表420，按线性关系取修正系数K=1.2。按照公式计算需要拉深力为： (5)计算翻边力采用圆柱形平底凸模时，圆孔翻边力可用下式计算，查冲压工艺手册得，则翻边力 4）、确定模具的压力中心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，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 冲模的压力中心，可按下述原则来确定： 对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 形状复杂的零件、多孔冲模、 级进模的 压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和 等于诸力的 合力对该轴的力矩。求出合力作用点的 座标 位置 O0(x0,y)，即为所求模具的压力中心。计算公式为：因冲裁力与冲裁周边长度成正比， 所以式中的各冲裁力 P、Pn，可分别用各冲裁周边长度 L、Ln代替，即：由于设计的为对称形状的单个圆形冲裁件，所以冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。5）、冲模刃口尺寸及公差的计算 （1）加工方法的确定模具制造有凸模和凹模分开加工和凸模和凹模配合加工两种方法，凸模和凹模分开加工是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸，此种方法适用于圆形和简单的工件；凸模和凹模配合加工可使凸模和凹模具有互换性，便于模具成批制造，但需要较高的公差等级才能保证合理间隙，模具制造困难，加工成本高。所以此方法是与加工形状复杂或薄板制件的模具。结合模具制造及工件的形状特点，选用凸模和凹模分开加工的方法。 （2）落料部分 由冲压工艺与模具设计表210查得凸、凹模的制造公差,查冲压工艺与模具设计表211得x=0.5，查冲压工艺与模具设计表25，取，则可计算刃口尺寸。 (3) 冲孔部分 查表210，取，查表211，取。 （4）拉深部分该工件要求外形尺寸，因此拉深时以凹模为基准，间隙取在凸模上。单边间隙Z=1.1，查冲压工艺与模具设计表423取凸凹模的制造公差为：。凹模尺寸按相关公式得 凸模尺寸按公式得 圆角处的尺寸经分析，其以凸模成形，则以凸模为基准，间隙取在凹模上。5、有关模具的设计计算（1）确定落料外形尺寸：凹模厚度：H=Kb=0.3x65.63=19.7mm，由于太薄不便于使用，取28 mm.。C-剪切轮廓线到凹模外形最近边缘的尺寸 C=(1.5-2.0)H=42-56mm ,取47mm。 图 5.1落料凹模尺寸（2）确定拉深凸模与凹模的外形尺寸拉深凸模结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成带肩台阶式凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换，与凸凹模固定板的配合按H7/m6。凸凹模长度Lp=58.58mm图5.2凸凹模外形尺寸凸模采用台阶式，与凸模固定板的配合按H7/m6的配合。 凸模长度L=44 mm图5.3凸模外形尺寸 6、有关模具的设计计算1、选择上模版和下模版及模柄 根据选用的压力，采用GB2851.681的后侧带导柱形式的模架。根据规格标准GB2855.1181确定上模座厚度为50，根据GB2855.1281确定下模座厚度为60mm。由于模具较长故不宜采用模柄。2、凸模固定板、垫板由于冲孔后采用自然落料装置，而且为了对凸模的固定，所以垫板厚度取10mm，凸模固定板根据凸模的径向尺寸可取28mm。凸模固定板对凸模起着固定和加大凸模在冲压时的强度，对凸模有着定位的作用。3、闭合高度磨具的闭合高度应为上模座、下模座、凸模、凹模、垫板和固定板等的厚度总和，即H=204mm所选压力机的闭合高度，。满足4、导柱、导套按GB2861.281选d=28mm,其中导柱长度有170mm。按GB2861.681选d=28mm的导套， L=100mm。7.1 模具类形的选择 采用滑动导向后侧导柱式模架的导向方式，带有导柱的冲裁模适合于精度要求较高，生产批量较大的冲裁件，且导柱模结构比较完善，对后侧导柱的导向方式可从三个方向进行送料。故相应选后侧导柱模架。因为它的模具较高所以选取比较大一点的模架模架的结构与尺寸都直接由标准中选取，相关参数如下：凹模周界L: 160凹模周界B: 160闭合高度(参考)|最小: 180闭合高度(参考)|最大: 2201、上模座 数量1 规格: 160160452、下模座 数量1 规格: 160160553、导柱 数量2 规格: 28170 4、导套 数量2 规格: 2810038导柱与导套结构由标准中选取，尺寸由模架中参数决定。导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10-15mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm。导柱与导套之间的配合为H7/h6,导套与上模座之间的配合为H7/r6，导柱与下模座之间的配合为R7/h5。导柱与导套材料采用20钢，热处理硬度为（渗碳）56-62HRC。上下模座材料采用HT200钢.7.2 定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进步距和导向采用三个活动挡料销实现。活动挡料销d=6mm。7.3 卸料、出件方式的选择 根据模具冲裁的运动特点以及考虑材料的厚度,该模具采用刚性卸料方式比较方便。7.4 导柱、导套位置的确定为了提高模具的寿命和工件质量，方便安装、调整、维修模7.5 模柄 按GB2862.3-81选B型凸缘模柄d=40mm，D=85mm，78=64 mm。7.6 凸模的固定拉深凸模采用凸台式凸模，凸台镶嵌在凸模固定板上，而凸模固定板用螺钉紧固在上模座上。7.7 落料凹模的固定凹模、凸模固定板及垫板以及上模座用螺钉紧固。7.8 凸凹模的紧固因为凸凹模两端都设计成台阶式固定于凹凸模固定板上。可查冷冲压模具设计指导表8-8和8-9：7.9 垫板查中国模具设计大典取垫板为16016087.10 凸模固定板查中国模具设计大典取固定板为16016018设备工作行程需要考虑工件成型和方便取件,因此,主要根据冲压力及滑块行程来选择压力机,对于其他参数,入装模具高度,工作台尺寸等也进行校核,所选压力机必须通过所有校核。8 落料拉深复合模设备的选用：为保证工作的正常安全使用选择以下公称压力较大的设备J23-16，该压力机参数见表9.1.1：公称压力（KN）160 发生公称压力时滑块离下极点距离/mm5滑块行程/mm70标准行程次数（不小于）/(次/min)115最大闭合高度/mm固定台和可倾/mm220活动台位置最低/mm300最高/mm160闭合高度调节量/mm60滑块中心到机身距离/mm160工作台尺寸/mm左右430直径300工作台孔尺寸/mm左右220前后110直径160立柱间距离（不小于）/mm220模柄孔尺寸（直径深度）/mm3050工作台板厚度/mm60表8.1.1 J23-16压力机参数模具的闭合高度H模具应介于压力机的最大装模高度Hmax与最小装模高度Hmin之间，否则就不能保证下常的安装与工作。其关系为：Hmin+10mmH模具Hmax-5mm若模具的闭合高度H模具Hmax，则该压力机不能用，若H模具 Hmin，则可以加垫板。实际由以上已经算得H模具=204mm则满足Hmin+10mmH模具Hmax-5mm的要求。9模具零件的加工普通零件的加工是按产品零件图要求全部加工完毕，再进行总装。而模具零件的加工有些是不能按模具零件图全部加工完毕的，要待部件组装或整模组装时修配或配钻，所以模具零件图上的形状和尺寸是否全部加工出来，还要根据模具加工的装配方法而定。若以凸模凹模为基准装配时，零件图上的导柱孔在零件加工时就不加工，若以四导柱导套作型腔，凸模相对位置控制基准时，则凹模及凸模固定板的导柱孔应与凹模或凸模固定板的型孔在各板之上同时加工出来。使用铣床加工一个零件时，必须先把零件的相关尺寸、材料、使用刀具、加工参数确定下来，保证加工能顺利完成，同时，设计方面也要考虑到加工的难易程度，以减少加工的困难，在加工模具零件之前要慎重考虑各种细节。在买回来的模板里，要确定模板的加工基准，哪些面是基准面，这一般在订购模板时会标明哪几个面是经过打磨，之后就是把加工基准定下来，当然事前必须准备好零件图，根据零件图来定位加工方案，如果要用到数控编程，就必须把加工原点定出来。定好加工方案后，就可以开始加工，先把工件装夹到虎口钳上，使用铜锤敲击以使工件被夹紧，然后打表，在打表时要非常小心，当表很靠近工件时，不能使用加速进给，否则很容易碰坏仪器，在校平行度时，最好先来回走几遍，观察大概偏向，然后要小心敲击工件，使其保持在很小的偏差范围就行了，把两个基准方向的平行度定好后，就要用分中器确定原点坐标，在设置坐标时要将分中器的半径算进去，这样才能使主轴对应工件原点，x-y平面的坐标定下来后，就要把刀具装到铣床上，使用半径范围内的夹具把刀具夹紧，装上道具后就是确定z方向上的原点，一般选择工件表面为0以方便编程。之后就是加工，如果是选用数控加工，必须使程序和当前铣床的刀具起点相一致，否则加工位置就会错误，同时还要察看刀具路线是否会超出铣床的工作行程，防止出事故。如果程序没错，就可以传到数控铣床运行。不同刀具要使用不同转速，钻孔要比铣槽的转速慢，进给速度要根据观察来手动调试，加工时要时刻观察走刀情况，同时适当加冷却液及扫除铁屑，若发生事故，必须马上停止。当程序完成后，刀具就会回原点，继续做下一工序。10 模具的装配根据简单模的工作特点,先装上模,再装下模较为合理,并调整间隙,试冲,返修.具体过程如下:1、 上模装配仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求,形状并作好划线,定位等准备工作.先将凸模与凸模固定板装配,再与凹模板装配,并调整间隙.把已装配好的凸模及凹模与上模座,并在次检查间隙是否合理后,打入销钉及拧入螺丝.2、下模装配仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求,形状并作好划线,定位等准备工作.先将凸凹模放在下模座上,再装入凸凹模固定板并调整间隙