垫片制件工艺分析与模具设计_课程设计说明书.doc

沈阳航空航天大学课程设计说明书 0 （一） 基本内容： 1、 学会查阅资料和有关手册； 2、 按要求绘制被加工件零件图 a4 一张； 3、 对所给零件进行成形工艺分析，拟定最佳成形工艺方案并进行工艺 设计、计算； 4、 合理地选择模具结构，进行有关的结构设计和计算； 5、 能够正确地进行凸、凹模工作尺寸计算和尺寸标注； 6、 正确地选择压力机设备，进行有关使用参数的校核和计算； 7、 按照有关国家标准正确地绘制模具装配图及非标准件零件图（总量 不少于一张 0图纸）： 8、 编写课程设计说明书（正文字数不少于 3500 字） ； （二）基本要求： 1、 借阅参考资料。独立完成零件工艺分析及资料收集工作； 2、 模具结构类型合理，尺寸计算正确； 3、 绘制的模具装配图及零件图符合国家机械制图标准规定； 4、 设备选择合理实用； 5、 设计说明书思路清晰； （三）主要参考书： 1、 田嘉生. 冷冲模设计基础. 航空工业出版社，1994. 2、 虞传宝. 冷冲压及塑料成型工艺模具设计资料. 机械工业出版社， 1993. 3、 许发樾. 模具标准应用手册. 机械工业出版社，1994. 4、 郑大忠. 模具结构图册. 机械工业出版社，1995. 5、 王孝培. 冲压手册. 机械工业出版社，1990. 6、 国家标准总局. 冷冲压国家标准. 国家标准出版社. 1981. 沈阳航空航天大学课程设计说明书 1 摘摘 要要 本次综合实训设计垫片的冲压模具，零件结构简单对称，料厚较小，设计 者将其设计为级进模模具，主要有冲孔落料两道工序。本说明书以图文并茂的 方式对此零件的模具设计加以介绍，主要叙述了从零件的工艺性分析到模具结 构的设计、工艺计算、冲模结构的设计以及主要零件设计等，直到最后的模具 装配图、零件图、排样图等一系列的设计过程。其中详尽的分析讲述了针对于 该零件的冲压模具完整设计方法，读者可以从本说明书中简单、明确的了解该 设计的主要思想路线及合理设计制造方案，加深对级进模模具设计知识的了解、 应用以及提升关于级进模模具的分析问题、解决问题的能力。 关键词：关键词：垫片、级进模、冲孔落料、模具、设计 65mn 钢板应用：65mn 钢板强度、硬度、弹性和淬透性均比 65 号钢高，具有过 热敏感性和回火脆性倾向，水淬有形成裂纹倾向。退火态可切削性尚可，冷变 形塑性低，焊接性差。受中等载荷的板弹簧，直径达 7-20mm 的螺旋弹簧垫圈弹 簧环。高耐磨性零件，如磨床主轴、弹簧卡头、精密机床丝杆、切刀、螺旋辊 子轴承上的套环、铁道钢轨等。 力学性能：抗拉强度 =980(100) 屈服强度=784(80) 伸长率？10（%）=8 断面收缩率（%）=30 硬度：热轧1.5t 要求（其中料厚 t 为 1.0mm, 可得出 c=8-8.22=3.9mm, 1.5t=1.5mm） 。 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。本设计的产品材料是 10 号钢，其力学性能是强度、硬度 和塑性指标适中，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。另外产品对于表面质 量等没有严格要求，所以尽量采用国家标准板材，其冲裁出的产品的表面质量 等就可以保证。 经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。 沈阳航空航天大学课程设计说明书 5 1.1.2 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析 1) 尺寸精度 根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，采用 it14 级精度，普通冲裁 可满足要求。 2) 粗糙度、断面质量 查冲压手册表 2-12 得，一般冲裁件冲材料厚度 t1.0mm 金属板 料时，其断面粗糙度为 3.2m；本产品在断面粗糙度和尺寸精度上均要求 不高，所以断面质量可以保证，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。 1.2 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定 完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工的工艺方案分为以下三种： 1.2.1 第一种方案第一种方案 采用单工序逐步加工 1)冲孔落料单工序模，工序简图见图 1-2-1-1。 2)落料冲孔单工序模，工序简图见图 1-2-1-2。 特点：由于单工序模，模具制造简单，维修方便。但生产率低，工件精度 低，不适合大中批件的生产。 沈阳航空航天大学课程设计说明书 6 图 1-2-1-1 冲孔落料单工序模简图 图 1-2-1-2 落料冲孔单工序模简图 1.2.2 第二种方案第二种方案 采用复合模加工成形，工序简图见 1-2-2。 特点：生产率较高，工件精度高。但模具制造较复杂，调整维修较麻烦， 使用寿命低。 图 1-2-2 冲孔落料复合模 沈阳航空航天大学课程设计说明书 7 1.2.3 第三种方案第三种方案 采用级进模加工成形，工序简图见图 1-2-3。 特点：生产率高，便于实现机械化、自动化，适合加工复杂的小型冲裁件， 但模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低。 图 1-2-3 冲孔落料级进模 根据本零件的设计要求以及各方案的特点，决定采用第三种方案级进模加 工成形比较合理。 第第 2 章章 冲压工艺计算冲压工艺计算 2.1 排样排样 采用直排有废料排样，虽然此零件斜排能够提高材料利用率，但是设计计 算复杂。排样图见 2-1-1。 沈阳航空航天大学课程设计说明书 8 图 2-1-1 排样图 2.1.1 搭边搭边 查冲压手册表 2-17 得，当 t=1.0mm 时，确定侧搭边值 a=2mm,工件间 搭边值 a1=1.5mm。 2.1.2 条料宽度和导尺间距离条料宽度和导尺间距离 采用单边侧刃。 条料宽度：b=l+2a+nb=l+1.5a+nb (a=0.75a) 式（2- 1） 导尺间距离：a=b+z0=l+1.5a+nb+ z0 式（2- 2） a 1=l+1.5a+y 式（2- 3） 式中 l冲裁件垂直于送料方向的尺寸,l=62.5mm; n侧刃数,n=1； b侧刃切去的条料宽度,查冷冲压模具设计难点与技巧表 1-7 得 b=1.5mm； y冲切后条料宽度与导料板的间隙，查冷冲压模具设计难点 与技巧表 1-7 得 y=0.10mm； 沈阳航空航天大学课程设计说明书 9 z0条料与导料板之间的间隙，查冷冲压模具设计难点与技巧 表 1-6 得 z0=0.1mm； b=62.5+1.52+11.5=67mm a=67+0.1=67.1mm a 1=62.5+1.52+0.10=65.6mm 2.1.3 送料步距送料步距 级进模送料步距 s=d+a1=40+1.5=41.5 式（2- 4） 式中 d冲裁件横向最大尺寸,d=40mm; 2.1.4 材料利用率材料利用率 一个步距内材料利用率 =a/bs100 式（2- 5） 式中 a一个步距内冲裁件的实际面积 b条料宽度 s步距 图 2-1-4 面积计算参照图图 2-1-4 沈阳航空航天大学课程设计说明书 10 =arccos(20-8)/23=58.55 =90-=31.45 a=84/360+204/360+2（8+20）（23-12）1/2 -24.1-211 =1182.97mm =1182.97/(6741.5)100%=42.5% 2.2 计算冲压力计算冲压力 2.2.1 冲裁力计算冲裁力计算 采用平刃口模具冲裁时，其冲裁力 f 可按下式计算： f=klt 式（2- 6） 式中 f冲裁力 l冲裁件周边长度 t材料厚度，t=1.0mm 材料抗剪强度，查手册10 钢，=255333，取 =300 k修正系数，一般取 k=1.3 冲裁力公式为 p=p孔p落 式 （2-7） 冲孔冲裁力 p孔 其中 l孔=22+28.2=38.4mm p孔=1.338.41.0300=47048n 取 p孔=47kn 落料冲裁力 p落 沈阳航空航天大学课程设计说明书 11 其中 l落=40431.45/360+16458.55/360+4（23-12） 1/2 =155.1mm p落=1.3155.11.0300=60489n 取 p落=60.5kn 冲裁力 p=p孔p落 =47+60.5=113.5kn 式（2- 8） 2.2.2 卸料力、推件力与顶件力的计算卸料力、推件力与顶件力的计算 常用下列经验公式：px=kxp 式（2- 9） pt=nktp 式（2- 10） pd=kdp 式（2- 11） 式中：kxktkd分别为卸料力系数、推件力系数与顶件力系数，查 冲压模具设计表 2-20 得 kx =0.045，kt =0.055，kd =0.06 f冲裁力 n同时卡在凹模孔内的冲裁件数 采用弹性卸料装置和下出料方式冲模时 p=p+ px +pt 卸料力 px =0.045113.5=5.1kn 冲孔推件力 pt1 =20.05547=5.17kn 落料推件力 pt2=10.05560.5=3.33kn 总冲压力 p=p+ px +pt1 + pt2 =113.5+5.1+5.17+3.33=127.1kn 式（2- 12） 沈阳航空航天大学课程设计说明书 12 对于冲裁工序，压力机的公称压力应大于或等于冲裁时总压力的 1.11.3 倍，即 p0 （1.11.3）p =139.8165.2 ，查冲压手册表 9-3 得，选择 开式压力机，公称压力 250kn。 2.3 压力中心的计算压力中心的计算 图 2-3-1 建立坐标系于落料中心，如图 2-3-1。 压力中心到 y 轴距离 x=（l落 0+l孔 41.5+ 2l销 41.5/2+ l刃 32.8）/（l落 +l孔 +l销+l刃）=25.5mm 式（2-13） 压力中心到 x 轴距离 y 近似看作 0。 第第 3 章章 级进模凸凹模设计级进模凸凹模设计 3.1 模具刃口尺寸的计算模具刃口尺寸的计算 3.1.1 冲孔凸、凹模冲孔凸、凹模 冲孔（22 8.2 3 ） ，设计时大孔小孔参考图 3-1-1-1，导正钉孔参 考图 3-1-1-2。 冲孔件时，尺寸为内形尺寸，基准型面为凸模。 d凸=（d+x） 式（3- 0 t 沈阳航空航天大学课程设计说明书 13 1） 其中 d凸冲孔凸模刃口尺寸； d凹冲孔凹模刃口尺寸； x摩擦系数,冲裁件精度为 it14 时，x=0.5； 工件孔径公差，mm，=0.16mm; t凸模刃口尺寸制造偏差，mm，查冲压手册表 2-28 得， t大 =0.020mm，t小=0.020； a凹模刃口尺寸制造偏差，mm,查冲压手册表 2-28 得， a大 =0.020mm，a小=0.020mm； zmin凸、凹模最小合理间隙，mm，查冲压模具设计表 2-10 得，zmin=0.100mm，zmax=0.140mm； 大孔：d凸=（22+0.50.16）=22.08 mm 0.02 0 0.02 0 d凹=*22.08mm 小孔：d凸=（8.2+0.50.16）=8.28 mm 0.02 0 0.02 0 d凹=*8.28mm 导正钉孔：d凸=（3+0.50.16）=3.05 mm 0.02 0 0.02 0 d凹=*3.08mm 校核间隙：zmax-zmin=0.04mm；t +a =0.04mm；所以满足 zmax- zmint +a 的条件；所以各孔凸、凹模刃口尺寸均计合理。 沈阳航空航天大学课程设计说明书 14 图 3-1-1-1 图 3-1-1-2 3.1.2 落料凹、凸模落料凹、凸模 落料件时，尺寸为外形尺寸，基准型面为凹模。设计参考图 3-1-2-1。 a1=62.5 d凹1=(a1-x）+0t 式 （3-2） 沈阳航空航天大学课程设计说明书 15 a2=40 d凹2=(a1-x）+0t 式（3- 3） 其中 d凸落料凸模刃口尺寸； d凹落料凹模刃口尺寸； x摩擦系数,冲裁件精度为 it14 时，x=0.5； 工件孔径公差，mm，=0.74mm; t凸模刃口尺寸制造偏差，mm 查冲压手册表 2-28 得， t =0.020mm；。 a凹模刃口尺寸制造偏差，mm,查冲压手册表 2-28 得， a =0.020mm d凹 1=（62.5-0.50.74）=62.13mm 0. 0.02 0.02 0 d凹 2=（40-0.50.74）=39.63mm0. 0.02 0.02 0 d凸 1=*62.13 d凸 2=*39.63 校核间隙：zmax-zmin=0.04mm；t +a =0.04mm；所以满足 zmax- zmint +a 的条件；所以各孔凸、凹模刃口尺寸均计合理。 为了方便加工，因为凸模较多，以先加工凸模，再凹模配合凸模加 工的方法。所以用尺寸转化法将凹模尺寸转化到凸模上。 d凸 1 =（d凹 1 +-zmin）=(62.13+0.02-0.100) =62.05mm 式 0 t 0 t0. 0.02 （3-4） d凸 2 =（d凹 2 +-zmin）=(39.63+0.02-0.100) =39.55mm 式 0 t 0 t0. 0.02 （3-5） d凹 1 = *62.05 d凹 2 =*39.55 沈阳航空航天大学课程设计说明书 16 图 3-1-2-1 3.2 凹模的设计凹模的设计 3.2.1 凹模厚度凹模厚度 h 的计算的计算 凹模厚度：h=kb 式（3- 6） 式中 k系数，查冲压手册表 2-40 得 k=0.22 b工件最大外形尺寸 h=0.2262.5=13.75mm 取凹模厚度为 25mm 凹模壁厚：c=（1.52）h 式（3- 7） 取 c=30mm 3.2.2 凹模长度和宽度凹模长度和宽度 b=62.5+2c=122.5mm l=2(c+20+25.5)=151mm 沈阳航空航天大学课程设计说明书 17 按照冲压模具设计手册取 blh=12516040 3.2.3 凹模材料凹模材料 凹模材料一般选择 cr12mov 3.2.4 凹模固定方法凹模固定方法 凹模与下模座用 4 个 m8 的螺栓装配，4 个 m6 的销钉固定。 3.3 凸模的设计凸模的设计 凸模的长度 l=h1h2h3y 式中： h1为凸模固定板的厚度 h2为卸料板的厚度 h3为导料板的厚度 y为附加的长度，包括凸模刃口尺寸的修磨量，凸模进入凹模的 深 度（0.51mm），凸模固定板与卸料板的安全距离 a 等。其中 a 取 1520. l=28+15+6+5+15=63mm 3.3.1 凸模强度凸模强度压应力校核压应力校核 校核公式为： 式（3- 压 孔 min f p 8） 式中 p冲孔冲裁力，n，p=47kn， 孔孔 f凸模最小断面积，f=r =3.144.1=52.8mm ， minmin 22 凸模材料的许用压应力，mpa，材料为 cr12mov，查手 压 册，=(10001600)mpa。 压 沈阳航空航天大学课程设计说明书 18 因为 =890mpa min f p孔 8 . 52 47000 压 所以凸模强度符合要求。 3.3.2 凸模材料凸模材料 凸模材料一般选择 cr12mov 第第 4 章章 基本冲模结构的确定基本冲模结构的确定 4.1 模具的形式模具的形式 级进模按其自动化程度，分为级进模和自动模两类；按其完成冲压工序的 不同，主要分为冲裁类级进模、成形类级进模两大类。其中，冲裁类级进模常 见的形式有冲孔、落料级进模，冲孔、切断级进模，拉伸、弯曲级进模等。很 明显，本零件的加工采用冲孔、落料级进模。 4.2 定位装置定位装置 采用导料板和长方形定距侧刃进行粗定位。 定距侧刃切去条料旁侧少量材料而达到挡料的目的。由于条料厚度较薄所 需送料力较小，若采用双边侧刃浪费原材料，且模具尺寸增大浪费模具成本， 所以本设计采用单边侧刃。 采用梯形导正钉导正进行精定位，以保证相对位置和步距的精度。 4.3 卸料装置卸料装置 4.3.1 条料的卸除条料的卸除 采用弹性卸料板。卸料板不仅起卸料作用或兼保导向作用，而且还起到 压料作用。 沈阳航空航天大学课程设计说明书 19 4.3.2 废料及工件的卸除废料及工件的卸除 废料和工件经过漏料孔及冲床工作台面的漏料孔落出。 4.4 导向装置导向装置 采用滑动式导柱导套导向，主要是为保证凸模和凹模之间的小间隙，满足 零件较大的生产批量，并使零件的冲裁质量得到保证。 4.5 模架模架 采用四导柱模架，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。具备导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点，所以采用四导柱 模架。 第第 5 章章 级进模主要零件设计级进模主要零件设计 5.1 卸料弹簧设计卸料弹簧设计 1根据总卸料力 px 估计拟用弹簧个数 n，算出每个弹簧所承受负荷 p弹 。 取卸料弹簧个数为 n=4 p弹 =px /n=51/4=12.5 式（5- 1） 2查表冲压手册10-1 弹簧选 21822 3fj=135n hj=12.3mm h预=f预fj/hj =12.512.3/135=1.14 式（5- 2） h预+h工作+h修磨=1.14+2+6=9.14hj 式 （5-3） 故所选弹簧是合适的。 沈阳航空航天大学课程设计说明书 20 5.2 凸模固定板设计凸模固定板设计 凸模固定板形状为矩形 125160,厚度约取凸模的 40%，取厚度为 28mm。 5.3 垫板设计垫板设计 理论上，确定是否需要垫板的方法如下： 条件：冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用压应力， 这时需要凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。即下列情况需要加垫 板。 ， ; 式（5- yy p y f 5） 式中 凸模端面压应力，mpa； y 模座材料许用压应力，铸铁约为 100mpa，钢约为 200mpa； y p冲裁力，n； f凸模上端面面积，mm ； 2 式（5-6） ay mp f p f 38 2968 113500 296832211421 . 4497.1182 2 因上模板采用铸铁材料，所以38m，不用加上垫板。 ay mp100 a p 垫板厚度一般为 310mm，取 10mm。 垫板材料常用 t7 或 t8 工具钢，热处理硬度为 4852hrc。垫板淬硬后两面 应磨平，表面粗糙度 r0.320.63um。 本设计中，有有级进模冲裁力较大，生产批量较大，给凸模的后面加上淬 过火的凸模垫板，目的是增加凸模的强度，防止凸模的后座回缩，增加使用寿 命。 沈阳航空航天大学课程设计说明书 21 5.4 卸料板设计卸料板设计 1）卸料板的形状和尺寸。 卸料板取矩形板，厚度为 h=15mm，卸料板材料选 45 钢，不用热处理淬硬。 2）卸料板上成形孔的设计。取弹压卸料板与凸模的双面间隙为 0.10.3mm。 5.5 模座的选择模座的选择 四导柱模架查冲压模具设计手册表 1-79 得 lb 取 160125 范围， 高度 h 取 140170，h1=35，h2=40,l2=240,b2=230,s=175,s1=190 导柱 b 型 22150；导套 a 型 227035。 第第 6 章章 压力机校核压力机校核 初选压力机为公称压力 250kn 的开式压力机。 该压力机的主要参数： 公称压力 250kn 滑块行程 80mm 最大封闭高度 250mm 封闭高度调节量 70mm 工作台尺寸 560360 模柄孔尺寸5070 6.1 模柄孔的校核模柄孔的校核 模柄的尺寸为5070，上模座厚度为 35mm，则模柄伸出上模座的高度为 35mm70-5mm，因