塑料模具课程设计1.doc

说明书目录一 - 零件冲压工艺分析二 - 零件冲压工艺方案确定三 - 模具类型与结构形势的分析四 - 零件冲压工艺计算五 - 选用标准模架六 - 选用辅助结构零件七 - 总结八 - 参考文献1.零件冲压工艺分析 1.1制件介绍 零件名称：中轴碗 材料：15钢 料厚：2.5mm 批量：大批量零件图：如图1所示图11.2产品结构形状分析由图1可知，产品为圆片落料、有凸缘筒形件拉伸、圆片冲孔产品结构简单对称孔壁与制件直壁之间的距离满足l2t的要求（l=（35-19）2=8,2t=2x2.5=5）。1.3产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析 （1）尺寸精度 尺寸精度为it12； ，尺寸精度为it13。零件图上的未注尺寸公差要求为it14。（2）板料厚度为2.5，生产时毛刺允许高度为0.15mm，本产品在断面质量和毛刺高度上没有严格的要求，所以只要模具精度达到一定要求，冲裁件的断面质量可以保证。（3）产品材料分析 对于冲裁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。本设计产品所用的材料是15钢，为优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度和塑性指标适中，经热处理后，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。 （4）生产批量 产品生产批量为大批量生产，适于采用冲压加工的方法，最好是采用复合模或级进模，这样将很大地提高生产效率，降低生产成本。2.零件冲压工艺方案的确定1.1冲压工艺方案完成此工件需要落料、拉深、冲孔、切边四道工序。其加工方案分为以下几种：方案一：落料拉深冲孔切边。方案二：落料、拉深复合冲孔切边。方案三：落料、拉深复合冲孔切边复合。方案四：落料、拉深、冲孔复合切边。 2.2各工序方案特点分析并确定方案 方案一的单工序模，模具制造简单，维修方便，但生产成本较高，工件精度低，不适合大批量生产。结合本零件的设计要求，决定采用方案四，其生产效率高，制件精度高，模具制造和调整维修比较麻烦。3.模具类型与结构形式的分析 3.1复合模可分为正装式和倒装式两种形式。（1）正装式的特点：工件和冲孔废料都将落在凹模表面，必须清除后才能进行下一次冲裁，造成操作不方便、不安全，但冲出的工件表面比较平直。（2）倒装式的特点：冲孔废料由冲孔凸模落入凹模洞口中，积聚到一定的数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大。 经分析，工件的表面平直度没有求，考虑到操作的安全性决定落料、拉深复合模采用正装式复合模，冲孔、切边复合模采用正装式复合模。4.零件冲压工艺计算 4.1零件毛坯尺寸计算 （1）确定修边余量 制件要有拉深工序，且属于有凸缘的筒形件拉深，凸缘直径为60mm，料厚为2.5mm，查冲压工艺及模具设计表5-7，dfd=1.76，故选取修边余量为3.0mm，故修边前凸缘直径为dt=60+3.0x2=66mm。 （2）确定坯料直径（参考简明冲压模具设计手册第141页，序号20）d=76.31mm，取d=77mm。 4.2排样（如图2）图2a. 搭边查简明冲压模具设计手册第38页，选取卸料板的卸料形式为弹性卸料，故选取a1=1.5，a=1.9b. 送料步距和条料宽度 送料步距a=77+1.5=78.5mm，条料宽度b=77+2x(1.9+0.8)+0.5=82.9mm。c. 板料利用率选用2.5mmx600mmx500mm的板料。采用横裁可裁条料数为n1=60082.97（条），每条板料可以冲制件数n2=（500-1.5）78.56（件），每张板料可冲制件数为n=6x7=42（件）。则板料的利用率为：n=/=65.16% 4.3拉深工序的拉深次数和拉深系数的确定 （1）判断能否一次拉出按hd=11.537.5=0.3，dtd=6637.5=1.76，td=2.577=3.25%，查冲压工艺及模具设计表5-5、表5-6得h1d1=0.55，h1d1hd，故制件能一次拉深出来。（2）拉深系数的确定 由坯料直径d=77mm和筒形件的中线尺寸d=37.5mm，可得拉深系数为m=dd=0.487。4.4冲裁力、拉深力的计算 （1）落料工序，查冲压工艺及模具设计第56、57页及表3-11，有： =241.78 kn； ； kn； （2）拉深工序，查冲压工艺及模具设计第182页及表5-9，有： =ap=9.23 kn； =118 kn； =118+9.23=127.23 kn； （3）冲孔工序 =59.66 kn； kn； （4）计算完成零件冲压所需的力，并选择压力机 =265.96+127.23+66.52=459.71 kn查简明模具冲压设计手册第452页表9-2可知，选择公称压力为630kn的j23-63开式双柱压力机。其最大装模高度为280mm，装模调节量为80mm，主电机功率为5.5kw。4.5 拉深间隙的计算 拉深间隙指单边间隙，即z=()2。拉深工序采用压边装置，并且可一次成形，查冲压工艺及模具设计第206页表5-18，可得拉深间隙为z=1.1t=2.75mm。 4.6拉深凸、凹模圆角半径的计算 （1）凹模圆角半径的计算 一般来说，大的可以降低极限拉深系数，而且可以提高拉深件的质量，所以尽可能大些，但太大会削弱压边圈的作用，所以有：=7.69，取=7.7mm。式中：d为坯料直径，mm；为凹模内径。（2）凸模圆角半径的计算 一般情况下，凸模圆角半径可与凹模圆角半径取相等或略小，即。可按=6.16mm，取6.2mm。4.7计算模具刃口尺寸 （1）落料模刃口尺寸 查冲压工艺及模具设计表3-4与简明模具冲压设计手册可得 ， -=0.50-0.36=0.14mm ， 由此可得+=0.06mm0.14mm，故能满足分别加工的要求。查冲压工艺及模具设计表3-5得磨损系数x=0.5，落料件基本尺寸为77mm，取精度为it14，其公差=0.74mm，上偏差和下偏差分别为+0.37mm和-0.37mm。由此可得)=(77.37-0.5x0.74)=77 mm=(77-0.36)=76.64 mm（2）拉深模工作部分尺寸计算查冲压工艺及模具设计第207页与简明模具冲压设计手册第204页表4-63可得有：)=（40-0.75x0.05）=39.96 mm-2z)=(40-0.75x0.05-2x2.75) =34.12 mm式中：d为拉深件的基本尺寸，mm 为拉深件的尺寸公差，mm （3）冲孔模刃口尺寸计算 查冲压工艺及模具设计表3-4与简明模具冲压设计手册可得 ， -=0.50-0.36=0.14mm ， 由此可得+=0.045mm0.14mm，故能满足分别加工的要求。查冲压工艺及模具设计表3-5得磨损系数x=0.5，落料件基本尺寸为19mm，取精度为it14，其公差=0.52mm，上偏差和下偏差分别为+0.26mm和-0.26mm。由此可得)=(18.74+0.5x0.52)=19 mm=(19+0.36)=19.36 mm 4.8计算模具其它尺寸 （1）凹模a凹模壁厚和凹模的高度 查冲压手册第65页、66页表2-38和表2-39，由落料件的直径为77mm，料后为t=2.5mm，可取凹模壁厚为51.5mm，凹模的高度为h=35mm。b刃口高度根据刃口高度的计算方法，垂直于凹模平面的刃壁，其高度可按下规则计算：冲件料厚t3 mm，=3 mm； 冲件料厚t3 mm，=t由零件料厚为t=2.5 mm，可得刃壁高度=3 mm。 （2）上凸凹模上凸凹模的结构是落料凸模和拉深凹模，其长度应根据落料凸模的要求计算，壁厚根据落料凸模和刃口尺寸和拉深凹模直径计算。 此处落料凸模采用固定卸料板的凸模，长度可按下公式计算：l= 式中：l 为上凸凹模的长度，mm ；h为上凸模固定板的厚度，mmh为卸料板的厚度，mm ；y为附加长度，包括凸模刃口的修磨量、凸模进入凹模的深度、凸凹模固定板与卸料板的安全距离。在此固定板厚度距离值为h=25 mm。对于卸料板，查冲压手册，根据其料厚t=2.5mm，卸料板宽度与凹模外径相当，取宽度为b=180mm，则卸料板厚度取值为h=14mm。附加长度取值为y=26mm。则上凸凹模的总长度为l=25+14+26=65mm.其零件如图所示：因需要保证拉深件所需的深度14mm，再加上一定的长度，故取高度为20mm。（3）下凸凹模 下凸凹模的结构是拉深凸模和冲孔凹模，其长度根据拉深凸模的要求进行计算。根据模具结构，下凸凹模的长度可由下凸凹模固定板厚度、下推板厚度和附加长度相加取得。下凸凹模固定板的厚度取与上凸凹模固定板厚度相等的值，即25mm。下推板此处的作用相当于压边圈，其厚度取为21mm。附加长度主要考虑满足制件的拉深深度要求，取14mm。由此可得下凸凹模的长度为 =25+21+14=60 mm，下凸凹模的结构如图所示：（4）凸模凸模即为冲孔模，其长度应根据模具的结构确定。从模具结构可以看出，其长度可由凸模固定板厚度、上凸凹模长度确定。可有下式进行计算 式中：为凸模固定板厚度，取为25mm；为上凸凹模长度，mm；y为附加长度，由拉深件深度、料厚和凸模进入下凸凹模的深度，凸模进入下凸凹模的深度取为1mm，则y=14-5-1=8 mm。由此可得凸模的长度为=25+65-8=82 mm为增加凸模的强度，可设计成阶梯式冲头段的直径为d=19mm，此段的长度为15mm；第二段直径为22mm，长度为30mm，第三段与凸模固定板配合，直径取为25mm，长度取为35mm。4.9校核凸模强度、刚度（1）凸模的强度校核公式为式中：p为冲孔冲裁力，n； f为凸模最小断面面积，mm； 为凸模材料的许用应力，mpa。此处材料选用cr12，查表得=（10001600），mpa，取=1200mpa。 由前可知凸模的冲裁力p=59.66kn，由此可得=59660283.4=210.5 mpa，所以符合要求。（2）凸模刚度的校核公式为代入公式可得mm。实际凸模长度l=82mm，及l，所以凸模刚度符合要求。5.选用标准模架5.1模架的类型 模架包括上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具的零件全部安装在模架上，为缩短模架制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准，根据模架用的导向用的导柱和导套的配合性质，模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。每类模架中，由于导柱安装位置和数量的不同，有多种模架类型，如：后侧导柱式、中间导柱式、对角导柱式和四角导柱式。 选择模架结构时，要根据工件受力变形特点、坯料定位和出件方式、板料送料方向、导柱受力状态和操作是否方便等方面进行综合考虑 在此选用滑动导向型的对角导柱式模架5.2模架的尺寸 选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度及宽度上都应比凹模3040mm,模板厚度一般等于凹模厚度的11.5倍。选择模架时，还要考虑模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应比压力机工作台的孔径没变约大4050mm。 在本设计中，凹模采用圆形结构，其工作部分的基本尺寸为77mm,壁厚为51.5mm，所以其外径基本尺寸为180mm，厚度h=35mm。模具闭合高度h应介于压力机的最大装模高度hmax与最小装模高度hmin高度之间，起关系为：hmax+10hhmin-5，由上面压力机的选择可知hmax=280mm，hmin=hmax-80=200mm。所以h应介于200280mm之间。查2第416419页表15.2，选用的模架、上模座、下模座分别为： 模架： 250 x 250 x (200280) gb/t2851.3 上模座： 350 x 350 x 45 gb/t2855.5 下模座： 350 x 350 x 50 gb/t2855.6由此可知其最大装模高度280mm，最小装模高度为200mm，符合h的要求。下模座周界尺寸为350 x 350,而凹模的外径为180mm，所以周界尺寸符合要求。下模座厚度为50mm，而凹模的厚度为35mm，也符合要求。工作台孔尺寸为150mm，模座的宽度也比工作台孔尺寸大，也符合要求。根据模具的结构可知其闭合高度为h闭合=h1+h2+h1+l1+t+h3+h4+h5+h6式中：h闭合模具的闭合高度，mm; h1上模座厚度，mm，可知h1=45mm; h2上垫板厚度，mm，此处选h2=10mm; h1凹模固定板厚度，mm，由前可知h1=25mm; l1上凹凸模长度，mm，由前可知l1=65mm; t制件厚度，mm，此处t=2.5mm; h3制件的高度，mm，由前可知h3=11.5mm; h4下凹凸模厚度，mm，由前可知h4=60mm; h5下垫板厚度，mm，选取h5=10mm; h6下模座厚度，mm，由前可知h6=50mm;综上可得h闭合=45+10+25+65+2.5-11.5+60+10+50=256mm，因为h闭合介于200mm和280mm之间，符合设计要求。6.选用辅助结构零件6.1导向零件的选用 导向装置可提高模具精度、寿命以及工件的质量，而且还能节省调试模具的时间，导向装置设计的主要事项： （1）导柱与导套应在凸模工作前或压料板接触到工件前充分闭合，且此时应保证导柱上端距上模座上平面有1015mm的间隙; （2）导柱、导套与上、下模板装配后，应保持导柱与下模座下平面、导套上端与上模座上平面均留23mm的间隙 （3）对于形状对称的工件，为避免合模安装时引起的方向错误，两侧导柱直径或位置应有所不同； （4）当冲模有较大的侧向压力时，模座上应装设止推垫，避免导柱、导套承受侧向压力； （5）导套应开排气孔排除空气。根据所选择的模架，选用导柱的规格为：35 x200（gb/t2861.1），选用导套的规格为：35x105x43（gb/t2861.6）。6.2模柄的选用 根据压力机模柄孔的尺寸：直径：32mm，深度：25mm，选择凸缘式模柄，查表可知其参数如下： d=32mm,极限偏差0.05mm，d1=97mm，总高l=79mm，凸缘高l1=23mm，模柄倒角高度l2=3mm，打柄孔d2=11mm,凸缘螺钉环绕直径d3=65mm,凸缘固定螺钉沉孔的直径d4=9mm，沉孔台阶直径d5=15mm，台阶高度h=9mm，材料为q2356.3卸料装置 固定卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可以作压料板用以防止材料变形，并能帮主送料导向和保护凸模。设计时应保证卸料板有足够的刚度，其厚度h=(0.50.8)落料凹模的厚度。前面已对固定卸料板进行选择，其厚度为16.5mm，宽度为32mm，长度为180mm。6.4推件、顶件装置 推件装置装在上模内，通过冲床滑块内的打料机构完成推件的动作，利用弹性元件顶出，刚性推件装置的典型结构应考虑推力均衡分布和尽可能减少对模柄和模座强度的削弱的原则来设计。顶件装置的作用是将工件从凹模中顶出，利用弹簧和气垫推动顶杆顶出工件。 上模座的3个顶杆查2第463页表15.44，选取的规格为：直径d=4mm，长度l=75mm，材料为45钢，顶杆4x75 jb/t7650.36.5定位装置 为限定被冲材料的进给步距和正确的将工件安装在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置，用于冲模的定位零件有导料销、导料板、挡料销、定位板、导向销。定位装置应可靠并具有一定的强度，以保证工作的精度、质量的稳定；定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；定位精度要求高时，要考虑粗定位和精定位两套装置。 固定挡料销的选用: 落料凹模上部设置固定挡料销，采用固定挡料销进行定距。挡料装置在复合模中，主要作用是保持冲件轮廓的完整和适量的搭边。在此选钩形挡料销，因其固定孔离刃口较远，因凹模强度要求，结构上带有防转定向销。 查2第468页表15.49，选取的固定挡料销的具体参数为: 大头端直径：d=10mm,极限偏差为00-0.075 销部直径： d1=4mm，极限偏差