勾板冲裁模具设计

FILENAME勾板冲裁模具设计第6页共14页PAGEPAGE6目录1引言 22冲压件工艺分析 23冲压工艺方案的确定 24主要设计计算 34.1排样方案的确定及其计算 34.2冲压力的计算 44.3冲压设备的选定 44.4模具压力中心的确定 54.5冲裁间隙及模具工作部分尺寸的确定 75模具结构设计 85.1凹模的设计 85.2凸模的设计 95.3选择标准模架 105.4其他结构尺寸的确定 105.5模具闭和高度的计算 115.6绘制模具总装图 126模具的装配 12致谢 13参考文献 13勾板冲裁模具设计作者：孟阔指导老师：许伟（安徽农业大学工学院07机制合肥230036）摘要：板料冲压是金属塑性加工的一种基本方法，冲压模具则是推行冲压工艺必不可少的工艺设备。近年来，由于模具技术的迅速发展，模具设计与制造已成为一个行业，它的应用也越来越广泛。我本次毕业设计的课题是勾板冲裁模的设计，首先我从工艺的合理性出发，分析勾板的结构特点和精度要求，确定最佳冲压工艺方案；然后通过查阅冲压模具设计的相关文献，综合考虑多方面的影响因素，包括载荷与压力机的实际情况、模具的强度和使用寿命、加工过程的可操作性与安全性等，再经过复杂严谨的工艺计算，最终确定模具的结构形式。最后用AUTOCAD绘制出模具总装图及各组成非标准零件图,并用三维软件CATIA绘制出三维造型，完成整个设计过程。关键词：勾板冲裁模冲孔落料图1勾板零件图零件名称：勾板生产批量：大批量材料：Q235厚度：1.5mm1引言随着机械工业的迅速发展，人们对冷冲压技术的重视程度越来越高。生产效率高、产品一致性好、应用范围广等特点得到社会各界越来越多的业内人士的认同，模具设计制造已成为一个新兴的热门行业。本人本次毕业设计的题目是勾板冲裁模具的设计，这是对我以往所学专业知识、思维、创新以及动手能力的一次综合测试，整个设计过程我本着实事求是、严肃谨慎的态度认真完成，力图获得使自己最大的收获。设计说明书主要包括冲压件工艺分析、冲压工艺方案的确定、主要设计计算、模具结构设计和模具的装配五大部分。附带设计图形包括二维和三维图形，意在准确清晰的表达出模具的结构，使人一目了然。本论文参考了大量的资料，从结构设计到CAD制图均得到指导老师许伟的尽心辅导，并提出很多宝贵的意见，在此表示忠心的感谢！冲压件工艺分析此工件形状相对复杂，其轮廓由若干直线段和圆弧段组成，它的加工过程只有冲孔和落料两个工序。材料是Q235钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件内部有五个φ3mm的小孔，孔与孔之间、孔与边缘之间的距离也都是满足加工要求的，最小壁厚为3.5mm。工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁就可以满足加工要求。3冲压工艺方案的确定该工件包括冲孔和落料两个基本工序，可以有以下三种工艺方案：方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模进行加工。方案二：落料冲孔复合冲压。采用复合模进行加工。方案三：冲孔落料级进冲压。采用级进模进行加工。比较这三种工艺方案，方案一模具结构简单，但需要两副模具，两次分别进行加工，生产效率太低，难以满足大批量的生产要求；方案二只需一副模具，压力机一次行程内可完成两道工序，工件的精度及生产效率都较高，但是根据工件材料厚度1.5mm查得凸凹模需用最小壁厚为3.8mm，，而工件的最小壁厚为3.5mm＜3.8mm，还是不能满足加工要求。方案三同样只需一副模具，生产效率相对于方案二更高，操作方便，工件的精度也能满足要求，且适合大批量生产。综上所述，采用方案三作为最终的冲压工艺方案最佳。4主要设计计算4.1排样方案的确定及其计算勾板的形状大致为角尺形，要提高材料利用率，应尽量减少废料，采用纵向单件斜排，如图2所示。搭边值通过查表，取工件与工件之间为2mm，工件与条料边缘之间为2.5mm,两相邻工件之间的纵向距离取20mm，即条料进距。选择条料宽度为72mm，长度为1500mm，每个条料可冲裁出74个工件。图2排样图条料宽度(单边侧刃定距)：B=D+2b+b=65+2×2.5+2=72mm,式中D为垂直于送料方向的工件的最大尺寸；b为工件与条料边缘的搭边值，b为侧刃冲切料边的宽度。两导料板间距B=B+2C=72+2×0.5=73mm。每个冲裁件的面积（包括内形结构废料）：A=3.14×5×5÷2＋20×10＋29×12＋30×12＋6×6÷2-12×12÷2=932.5mm一个条料上总的材料利用率：η=nA/LB×100%=74×932.5÷1500÷72×100%=65.7%4.2冲压力的计算该模具采用冲孔落料级进模，选择刚性卸料装置和下出料方式。冲裁力F=KLt=1.3×224.25×1.5×350=153050.6N,式中L为冲裁件的周长,mm;t为材料厚度，mm;为材料抗剪强度，MPa;K为系数，常取K=1.3。项目分类项目计算公式计算结果备注排样单个冲裁件面积A/932.5mm²搭边值查表取工件与工件之间a=2mm,工件与条料边缘之间b=2.5mm每条料出件数n=74采用单边侧刃定距，条料与导料槽间隙2C=1mm条料规格B×L/72mm×1500mm步距S/20mm材料利用率ηη=nA/LB×100%65.7%冲压力冲裁力FF=KLtτ153050.6NK=1.3，τ=350MPaL=224.25mm,t=1.5mm推件力FF=nKF33671.1NK=0.055n=h/t=6/1.5=4冲压工艺总力∑F∑F=F+F186721.7N刚性卸料，下出件冲裁功WW=XFt/1000142.3JX=0.62推件力F=nKF=4×0.055×153050.6=33671.1N，式中n为同时卡在凹模中的工件(或废料)数目，n=h/t=6/1.5=4,h为凹模刃口直壁高度，mm,t为料厚，mm;K为查表取值。冲压工艺总力∑F=F+K=153050.6+33671.1=186721.7N冲裁功（平刃冲裁）W=XFt/1000=0.62×153050.6×1.5÷1000=142.3J表1排样与冲压力的相关计算数据汇总4.3冲压设备的选定经过计算，选择日本三井公司生产的BSTA-30高速压力机可满足使用要求，其主要技术参数如下：公称压力：300KN滑块行程：40mm滑块行程次数：120次·min最大封闭高度：22封闭高度调节量：45工作台尺寸（前后×左右）：540mm×工作台垫板厚度：60mm电动机功率：5.5KW机器质量：1t校验：压力机的公称压力大于冲裁所需的工艺总力，且留有38%的余量。电动机功率P=5.5KW﹥==4.5KW,式中n为滑块行程次数，k为系数，取0.8，W为冲裁功。所以，所选压力机满足使用要求且操作安全。4.4模具压力中心的确定冲压力合力的作用点称为压力中心。为了保证压力机和冲模正常平稳地工作，必须使冲模的压力中心通过模柄轴线与压力机滑块中心重合。图3如图4建立平面直角坐标系，由于制件形状相对复杂，可先将其分解为若干简单的直线段及圆弧段，再进行压力中心的计算。冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中点。冲裁圆弧段时，其压力中心的位置按公式y=RS/b计算，式中b为弧长，其余符号含义如图3所示。该级进模总的压力中心按公式X=LX/L,Y=LY/L计算。压力中心具体数据见表2。图4表2压力中心数据表基本要素长度L/mm各基本要素压力中心的坐标值XYL1=15.7046.18L2=20-533L3=1-5.523L4=17-614.5L5=16.9700L6=3021-6L7=12360L8=24246L9=8.4899L10=11617.5L11=15.523L12=20533L13=9.4214.1457.14L14=9.4214.1432.14L15=9.4214.1422.14L16=9.4234.1414.14L17=9.4244.1414.14合计224.2512.5517.334.5冲裁间隙及模具工作部分尺寸的确定按照冲裁间隙选取的原则，因冲裁过程力能消耗较小，且冲裁件尺寸精度要求不高，为提高冲模寿命，宜选取Ⅲ类间隙（大间隙）。工件材料为Q235低碳钢，材料厚度为1.5mm，查表得：其间隙值(单面)Z=0.066mm，Z=0.120。冲孔时，先确定凸模刃口尺寸，凸模刃口的基本尺寸取接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内仍可使用，而凹模刃口的基本尺寸按凸模刃口的基本尺寸加上一个最小合理间隙值来确定。落料时，先确定凹模刃口尺寸，凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内仍能冲出合格制件，凸模刃口的基本尺寸则按凹模刃口基本尺寸减去一个最小合理间隙值来确定。4.5.1冲孔处凸凹模刃口尺寸计算冲圆孔结构简单，可采用凸凹模分开加工的方法，图中孔尺寸未标注公差，按IT14级公差处理，孔尺寸为φ3mm先求出凸模尺寸d=(d+)=(3+0.5×0.25)=3.125mm后求出凹模尺寸d=(d++2Z)=(3.125+2×0.066)=3.257mm备注：δ+δ=0.02+0.02=0.042(Z－Z)=2×（0.120－0.066）=0.108式中δ、δ分别为凸凹模的制造公差4.5.2外轮廓落料凸凹模刃口尺寸计算由于外轮廓形状稍显复杂，可采用配合加工的方法，同样图中未标注公差的尺寸，按IT14级公差处理。先确定凹模刃口尺寸，凹模磨损后尺寸变大的有R5mm，17mm，16.968mm，30mm，12mm，24mm，11mm；凹模磨损后尺寸磨损后尺寸变大的尺寸AR5mm处，A=(5－0.75×0.3)=4.775mmA=（4.775－2×0.066）=4.643mm17mm处，A=（17－0.75×0.43）=16.677mmA=（16.677－2×0.066）=16.545mm16.968mm处，A=（16.968－0.75×0.43）=16.645mmA=（16.645－2×0.066）=16.513mm30mm处，A=（30－0.75×0.52）=29.610mmA=（29.610－2×0.066）=29.478mm12mm处，A=（12－0.75×0.43）=11.677mmA=（11.677－2×0.066）=11.545mm24mm处，A=（24－0.75×0.52）=23.610mmA=（23.610－2×0.066）=23.478mm、11mm处，A=（11－0.75×0.43）=10.677mmA=（10.677－2×0.066）=10.545mm②磨损后尺寸变小的尺寸B20mm处，B=（20+0.75×0.52）=20.390mmB=（20.390+2×0.066）=20.522mm8.484mm处，B=（8.484+0.75×0.36）=8.754mmB=（8.754+2×0.066）=8.886mm磨损后尺寸不变的尺寸C10.125mm处，C=10.01mmC=10.01mm5模具结构设计5.1凹模的设计①凹模的孔口形式。凹模的孔口采用直筒式孔口，其直壁部分的高度在前面已经提及，取h=6mm，锥形部分的出料斜角，取β=2º。②凹模外形尺寸的确定凹模高度可根据冲裁力的大小按以下公式计算，即H=kk=1.37×1×=33.98mm式中，k为凹模冲裁轮廓长度修正系数，查表取值k=1.37；k为凹模材料修正系数，查表取值k=1。经圆整，取H=34mm。凹模壁厚C=1.2H，取C=40mm。凹模宽度B=b+2C=65+2×40=145mm，b为冲裁件凹模长度（送料方向）L＞35.5+20+2×40=135.5mm，取最终确定凹模轮廓尺寸为145mm×140mm×③凹模的固定方式该凹模采用整体凹模，用螺钉和销钉固定，螺钉规格为M8，销钉规格为φ8，各有四个。凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取a=（1.7—2.0）d，这里取a=16mm，螺孔到凹模孔、螺孔到销钉的距离一般取b＞2d，这里取b=24④凹模的强度校核凹模材料选为Cr12MoV，硬度60—64HRC。凹模在冲裁过程中受弯曲应力：σ=1.5F/H²=1.5×153050.6÷34²=198.6MPa＜[σ]=294MPa所以，凹模强度满足要求，安全可靠。其结构尺寸如图01所示。5.2凸模的设计5.2.1冲孔凸模的设计本例中冲件料厚为1.5mm，冲孔凸模为圆形凸模，凸模直径为3.125mm，大于冲件料厚，凸模材料选为Cr12MoV，硬度为52—58HRC，凸模固定在凸模固定板中，采用挂耳固定，与之配合按H7∕m6。其承压能力（压应力）σ===360.5MPa＜=2000MPa抗纵弯能力（最大允许长度）L===69.3mm可选用圆凸模尺寸为φ3.125mm×54mm。其结构尺寸如图5.2.2落料凸模的设计结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，同样固定在凸模固定板中，采用挂耳固定，与之配合按H7∕m6，凸模材料选为Cr12MoV，硬度为52—58HRC。其结构尺寸如图03所示。5.3选择标准模架根据凹模外形尺寸，选择相近规格的标准铸铁滑动导向对角导柱模架，冲压时模架承载刚度大，受力平衡，上模座在导柱上运动平稳，适合纵向送料。其凹模周界范围为L=160mm，B=160mm，上模板厚度为45参照标准GB／T2861.1，选用φ28mm×180mm和φ32mm×180mm的导柱（A型）各一个，相应的导套（A型）尺寸分别为φ28mm×110mm×43mm、φ32mm×110mm×43mm。5.4其他结构尺寸的确定①凸模垫板：凸模垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低对模座的单位压力，防止模座被压出陷痕而损坏。在这里，根据实践经验，凸模垫板的厚度取H=8mm，其外形尺寸与凸模固定板相同，材料选用45钢。其结构尺寸如图04所示。②凸模固定板：凸模固定板和冲裁凸模相连接部分的形状应尽量简单，本例中做成矩形，其厚度以确保冲压受力时能够稳定为原则。按实践经验，此处厚度取H=16mm。凸模固定板的外形尺寸与凹模的外形尺寸相同，材料为45钢。其结构尺寸如图05所示。③刚性卸料板：卸料结构是用于将条料、废料从凸模上卸下的装置，分刚性卸料装置和弹性卸料装置两种。本例中，用于冲件料厚大于0.8mm且精度要求不高的场合，采用刚性卸料装置卸料力大，卸料可靠。卸料板的厚度取H=14mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为42—48HRC。其结构尺寸如图06所示。④导料板：为了便于材料的送进与导向，在卸料板与凹模之间有两个导料板。两导料板之间的距离即等于条料的宽度加上一定的间隙，在前面已提及，并计算求得准确的结果，在此不再赘述。导料板的结构形式可参阅JB／T7648.6—2008来选定，其外形尺寸与凹模的外形相当。其厚度查阅资料，按板料厚度来选取，这里取H=4mm。导料板采用45钢制造，热处理硬度为28—32HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。其结构尺寸如图07所示。⑤承料板：本例中所采用的导料板是分离式的，为使所送进的条料能平稳地被拖住，在导料板的送入端处，应增设一承料板。其结构尺寸如图08所示。⑥侧刃：侧刃用于控制条料送进的步距和定位，本例中采用单边侧刃定距。工作时，每次行程在条料侧边切去一段等于步距大小的料，下次送料时以此空缺的后沿定位。此处定位精度要求不高，采用结构简单的长方形侧刃。其结构尺寸如图09所示。⑦导正销：导正销又称导头，其以尖圆头一端先进入零件预先冲出的定位孔中，以辅正送料中的误差，起到精确定位的作用。本例中导正销装配在第二工位以后的落料凸模上，冲裁时与侧刃相配合，插入前工位已冲好的孔中进行精确定位。其结构尺寸如图10所示。⑧模柄：模柄的作用是把上模部分与压力机的滑块相连接，并将作用力由压力机传给模具。此处选择压入式模柄，上模板与模柄之间的配合为H7∕m6。其结构尺寸如图11所示。⑨凸模长度：以上尺寸都确定以后，凸模的长度尺寸便可随之确定，同时要考虑凸模的修磨量及固定板与卸料板之间的安全距离等因素。凸模长度过短则凸模不能插入凹模刃口内对条料进行冲切，但若凸模过长又降低其工作时的稳定性，其长度应按公式L=H+H+H+H取值。式中H为附加长度，它包括凸模的修模量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板的安全距离等，这里取H=20mm，则L=16mm+14mm+4mm+20mm=54mm。5.5模具闭合高度的计算冲模的闭合高度，是指冲模处于闭合状态（工作行程最低点）时，上模板的上平面至下模板的下平面的高度。冲模设计时，必须使冲模的闭合高度与压力机的闭合高度相适应，通常应满足下列关系式：H－5mm≥H≥H＋10mm式中，H为压力机的最大闭合高度，H=220mm，H为压力机的最小闭合高度，H=175mm，H为冲模的闭合高度。本例中，为冲裁模，不需考虑冲裁料厚（与料厚无关），但需考虑刃口进入量：H=h+h+h+h+H－，式中h为上模板的厚度，h为下模板的厚度，h为凹模的厚度（即高度），h为凸模的厚度（即长度），H为凸模垫板的厚度，对于普通冲裁取=1mm。H=45mm+55mm+34mm+54mm+8mm经检验，215mm＞H=195mm＞185mm，满足使用要求。5.6绘制模具总装图通过以上设计计算，模具各组成部分的结构尺寸都已清晰，便可得到模具总装图。模具总装图主要用来表达模具的结构、工作原理和零件的装配关系。模具主要由上模板