止动件冲压工艺与模具设计.docx

沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 止动件冲压模具设计 系 别 机械学院 班级 机制B151 学生姓名 厉新栋 学号 2015542121 指导教师 谭越 尹晓伟 职称 讲师 副教授 起止日期：2016年7月11日起至 2016年7月15日止 沈 阳 工 程 学 院 止动件冲压模具设计 课程设计成绩评定表系（部）： 机械学院 班级： 机制B151 学生姓名： 厉新栋 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分目录目录3第一章 设计任务书4第二章 产品零件图6第三章 冲压工艺分析73.1 材料分析73.2 止动件形状分析73.3 止动件尺寸精度7第四章 冲压方案的确定84.1 冲压方案84.2 冲压方案的选择8第五章 模具结构设计95.1 模具类型的选择95.2卸料、出料方式的选择95.3 推件装置的选择9第六章 排样方式116.1 排样方式的选择116.3 排样方式图116.4 送料步距的计算126.5 材料利用率的计算12第七章 模具刃口尺寸计算127.1冲裁间隙计算127.2刃口尺寸计算12第八章 冲裁力的计算158.1 冲裁力计算158.2 卸料力、推件力的计算15第九章 压力机的选择169.1 压力中心的确定169.2 压力中心的确定16第十章 模具零件设计1810.1模具的设计1810.2模具的总体结构设计1810.3零部件的设计1910.4 其他模具零件结构19第十一章 个人总结22第十二章 参考文献22第十三章 零件加工工艺流程表23第一章 设计任务书组别：3一.设计（论文）的原始资料及依据 零件名称：止动件生产批量：大批量材料：Q235厚度： t=2mm二.设计（论文）主要内容及要求 设计具有典型结构的级进模具，要求学生独立完成模具装配图一张，全套工作零件，零件加工工艺过程卡片一张，设计计算说明书一份。三.对设计说明书、论文撰写内容、格式、字数的要求（一）撰写课程设计说明书1份，字数不少于5000字。内容：1.封面、目录2.任务书及产品图3.制件的工艺性分析4.冲压工艺方案的制定5.模具结构形式的论证及确定6.排样图设计及材料利用率的计算7.模具工作零件刃口尺寸及公差的计算8.工序压力计算及压力中心确定9.冲压设备的选择及校核10模具零件的选用、设计及必要的计算11.其它需要说明的问题和发展方向等12.设计心得13. 附主要参考资料（文献）。14. 附零件工艺卡片1张。（二）设计冲压模具装配图1张，凸、凹模零件图2张。四.时间进度安排；顺序阶段日期（天）计 划 完 成 内 容备注11分析冲压零件工艺性，确定冲压工艺方案。22确定毛坯形状、尺寸和下料方式。确定冲压模具类型及结构形式。进行工艺计算。33绘制模具总装图及零件图。44编写设计说明书55答辩第二章 产品零件图如下图1-1所示，利用CAD，根据止动件尺寸及技术要求所绘制的工件图。图2-1 止动件平面图图2-2 止动件三维图第三章 冲压工艺分析3.1 材料分析此工件既有冲孔，又有落料两个工序。材料为Q235，t=2mm，具有良好的可冲压性能。3.2 止动件形状分析材料厚度2mm，止动件结构简单工、序数目少，模具结构简单而寿命高、产品质量稳定、操作简单。有一个直径为10mm的圆孔，一个22mm与84的长方形组合形外形满足冲压的条件。故可以利用冲裁加工获得这种止动件。3.3 止动件尺寸精度零件图中尺寸均未标注尺寸精度和位置精度，冲裁件的经济公差等级不高于IT14级,一般落料公差等级最好低于IT10级,冲孔件公差等级最好低于IT9级，普通冲压的冲孔精度一般在IT11IT12级以下，所以精度能够保证，可用一般精度的冲裁，工件的尺寸落料按IT11级，冲孔按IT10级计算。尺寸精度一般，普通冲裁完全能满足要求由于工件的粗糙度没有特殊要求，故选择一般的粗糙度Ra=3.2m。第四章 冲压方案的确定4.1 冲压方案有以下三种工序方案选择：方案一：先落料，后冲孔，采用两套单工序模生产。方案二：落料冲孔同时在一个工序上完成，采用复合模生产方案三：落料冲孔同时在多个工位上完成，采用级进模生产。4.2 冲压方案的选择方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，生产效率较低难以保证该零件的年产量要求。方案二只需要一副模具冲压件的行为精度和尺寸精度难以保证，且生产效率也很高，尽管模具结构方案较一复杂，但由于零件的形状简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需要一副模具，生产效率很高但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的行为精度，需要在模具上设置导正销导正，故其模具制造安装较复合模复杂方案二只需要一副模具冲压件的行为精度和尺寸精度难以保证，且生产效率也很高，尽管模具结构方案较一复杂，但由于零件的形状简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需要一副模具，生产效率很高但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的行为精度，需要在模具上设置导正销导正，故其模具制造安装较复合模复杂。通过对三种方案的分析和对比可以确定方案二为最佳方案。第五章 模具结构设计5.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，模具类型为复合模，能在同一副模具的相同位置，同时完成两道或两道以上不同冲压工序。倒装式复合模具结构相对正装简单，加工更容易，制作成本相对低，故选择倒装式复合模具。5.2卸料、出料方式的选择卸料装置分为刚性卸料装置、弹性卸料装置。刚性卸料装置卸料力大，工作可靠，常用于材料较硬、厚度较厚、精度要求不是很高的工件。但在卸料时，由于板料没有受到压料力的作用，导致冲裁带孔部分有明显的翘曲现象。弹性卸料装置主要由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡皮）等构成；主要用于材料较薄（小于或等于 2mm）、硬度较小、精度要求高的冲裁；冲裁时弹性元件对板料有预紧作用力，故冲压件的平整度比较高。弹性元件提供的卸料力比较小。止动件厚度 2mm，相对较薄，尺寸较小，制件重量较轻，卸料力要求不大；垫片的平整度要求也不能过低；故采用弹性卸料。在倒装式复合模具中，弹性卸料装置安装在下模。5.3 推件装置的选择推件装置分为刚推件料装置和弹性推件装置。刚性推件装置适用于对推件力要求大的制件；要使弹性推料装置就要选择好一点的弹性元件，这样增大了模具的制作成本。为了推件平稳可靠，成本低，选用刚性推件装置。第六章 排样方式6.1 排样方式的选择冲裁件的板料，带料或条料上的布置方法称为排样，合理的排样能降低成本和保证冲裁件质量及模具寿命的有效措施。排样应考虑如下原则：1. 提高材料的利用率。2. 合理的排样方法使操作方便，劳动强度低且安全。3. 模具结构简单寿命长。4. 保证冲裁件质量和冲裁件对板料纤维方向的要求。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不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。经过多次排样计算决定采用直对排法 。6.2 确定搭边值和料宽搭边和料宽：搭边：排样中相邻两个零件之间的余料确定搭边值。 查表2-15 a1=1.5 a=1.86.3 排样方式图如下图6-1所示：6.4 送料步距的计算经过查表计算得步距：23.5mm 6.5 材料利用率的计算材料利用率是衡量材料是否合理利用的重要指标，在保证制件质量的前提下，也决定板料的冲裁是横向还是纵向。一块板料的材料利用率为=SI/S总=（32+121）2/23.555.6100% =63.08%结构废料有工件的形状决定，无法避免，材料的利用率满足要求，故排样方式合理。第七章 模具刃口尺寸计算7.1冲裁间隙计算冲裁间隙是模具设计中的一个相当重要的参数，它对冲件的断面质量、模具寿命、卸料力、推件力以及冲裁件的尺寸精度等都有影响。在不同场合，冲裁间隙的概念定义也不同。在设计过程中所考虑的一般是凸、凹模刃口部分的尺寸之差。冲裁间隙过大、过小都是不合理的，只有选择合适的冲裁间隙才能进行正常的冲裁生产。而不断地冲裁又会使得凸、凹模磨损，凸模尺寸减小，凹模尺寸增大，冲裁间隙也就增大。根据材料力学性质、制件的表面粗糙度和尺寸精度，按照经验数据来确定。得：Zmin=0.246 Zmax=0.3607.2刃口尺寸计算 凸、凹制造公差的计算采用配做法，先判断模具各个尺寸在模具磨损后的变化情况，分三种情况：第一种 尺寸（增大） 22第二种 尺寸（不变） 30第三种 尺寸（减小） 10a. 按入体原则查表2-3确定冲裁件内形与内形尺寸公差，工作零件刃口尺寸计算见表第一类 第二类 第三类 结果：第一类： 第二类 ：第三类 ： 第八章 冲裁力的计算8.1 冲裁力计算冲裁工序力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力等，其中，最主要的是冲裁力的确定。冲裁时，凸模给材料施加压力，材料对凸模产生反作用力，通常这种反作用力被称为抗力，材料对凸模的最大抗力就是冲裁力。只有知道冲裁力才能保证正确的压力机和合理设计模具。为了使结构简单，选择一般平刃冲裁，平刃冲裁时的冲裁力：FLtb （5-3）式中： t材料厚度；t查表9-1取材料Q235的抗拉强度420MPaL冲剪断面的周长。 L=（2R+2r）2+82=217.06mm F=217.062420=182.33KN8.2 卸料力、推件力的计算在冲裁结束后，由于材料的弹性回复及摩擦的存在，使冲落部分的材料卡在凹模内，而余下的材料则紧箍在凸模上，为使冲压工作能继续进行，必须将卡在凹模内的这些材料推出，将紧箍在凸模上的材料卸下。卸下包在凸模上的材料所需的力叫卸料力；顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需的力一般叫推件力。卸料力的计算公式： （5-4） 推件力的计算公式： （5-5）式中：K1、K2分别为卸料力、推件力n同时卡在凹模的冲裁件（或废料）的个数，K1、K2的取值可从表5-3中选取表5-3 钢板卸料力、推件力的系数材料厚度t/mmK1K20.10.0650.0750.10.10.50.0450.0550.0630.52.50.040.050.0552.56.50.030.040.0450.020.030.03根据冲裁的性质和厚度得：K1=0.045、K2=0.055。根据公式（5-4）、（5-5）得：卸料力F=K1F=0.045182.33KN=8.2KN推料力F=nK2F=20.055182.3320KN顶件力FDFD=KDF=0.06182.3311KN KD=0.06第九章 压力机的选择9.1 压力中心的确定本压力机公称压力的确定本模具采用刚性卸料装置和下出料方式，所以，FZ=F+FT203KN 根据以上计算结果，冲压设备拟选J23-25.9.2 压力中心的确定模具压力中心是指模具在工作时，被冲压材料对冲模的反作用力合力的作用点，即冲模所受合力的作用点位置。为了模具正常的工作，模具的压力中心必须与模柄的中心线重合，否则冲压时便会产生偏力矩，使模具的导柱或冲床的滑块单面受力，引起模具和导轨的过早损坏，加速刀口变钝的速度，同时也会使冲模及压力机滑块歪斜，引起凸、凹模的间隙不均，使导向零件加速磨损，降低模具的寿命，有甚者引起压力机导轨磨损加重，损坏压力机。止动件为轴对称形，外形简单，可按照确定简单形状制件的压力中心的原则来确定止动件的压力中心。简单形状制件的压力中心确定原则：（1）冲裁直线段时，压力中心位于该线段的重点。（2）冲裁简单对称的冲件时，其压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心（即重心）。（ 3）形状和尺寸相同的多个凸模对称分布时，压力中心与多个凸模的对称中心相重合。（ 4）形状复杂的零件、多孔冲模或级进模的压力中心，可以用以下解析计算法 (5-6) (5-7)求出。根据以上原则可以确定该模具的压力中心在该制件的质心，则压力中心对称轴上， 本模具将压力中心矩形的中心处。第十章 模具零件设计10.1模具的设计卸料装置的设计。采用图7-7所示的卸料装置，已知冲裁板厚t=2mm，冲裁卸料力Fx=8.2KN.根据模具安装位置拟选4个弹簧的预压力为F0Fx/n=8.2KN/4=2.05KN查第9章表9-32.圆柱螺旋压缩弹簧，初选弹簧规格为D=30mm，d=4mm，h0=85mm，t=8.0mm，hj=33.9mm，f=3.32mm，Fj=480KN，n=10.1 。其中，d为材料直径，D为弹簧大经，Fj为工作极限负荷，h0为自由高度，hj为工作极限负荷下变形量，n为有效圈数，t为节距。弹簧的总压缩量为H=Fx/Fjhj/n=8.2/0.4833.9/10.1=57.3mm10.2模具的总体结构设计模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，所以本套模具类型为复合模。定位方式的选择 因为冷模具采用的是系料，控制系料的进送方法采用导料销；控制系料的运送步距采用弹簧弹顶的活动挡料销来定步距而第一件的冲压位置因为条料有一定余量，可以靠操作人员目测来确定。出件方式的选择根据模具冲裁的运动特性，冷模具采用刚性出件方式比较方便，因为工件厚为2mm弹力要求很高，不宜使用。而采用推件块，利用模具的开模力推出工件，继安全又可靠。故采用刚性装置取出工件。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，维修模具，该复合模采用中间导柱模架10.3零部件的设计工作零部件的结构设计a落料凸模凸模采用整体凹模，轮廓全部采用数控线切割机床即可一次成形，安排凹模在模架上的位置时，要依据压力中心的数据，尽量保证压力中心与模柄中心重合。查表2-22得k=0.28凹模厚度 H=kb=0.2852=14.56mm凹模壁厚 c=（1.52）H=21.8429.12mm取凹模厚度 H=40mm，壁厚c取30mm凹模宽度 B=b+2c=22+252=72mm（送料方向）凹模长度 L=52+225=102mm根据工件图样，在分析受力情况及保证壁厚强度的前提下，取凹模长度为110mm，宽度取80mm，所以凹模轮廓尺寸为1108030mm。10.4 其他模具零件结构根据凹模零件尺寸，结合倒装式复合模结构特点，查GB/T2855.5-1990选用四导柱模架方式，查JB/T2885.1-94，确定其他模具结构零件，如下表6-1：表6-1 模具零件结构序号名称规格材料数量1垫板130110104512凸模固定板125100204513卸料板125100204514凸凹模固定板125100204515上模座245110304516下模座245110304517导柱27994528导套275530452根据工件图样，在分析受力情况及保证壁厚强度的前提下，取凹模长度为110mm，宽度取80mm，所以凹模轮廓尺寸为110mmx80mmx30mmb冲孔凸模根据图样，工件中有两个孔，大小相同，因此只需设计1个凸模，为了方便固定，采用阶梯式，长度为L=凹模+固定板+t=30+20+2.5=52.5mmc凸凹模。当采用倒装复合模时，凸凹模尺寸计算如下 HTA=h1+h2+t+h=20+30+2+10=62mm式中，h1为卸料板厚度，h2为凹凸模固定板厚度，t为材料的厚度，h为卸料板与固定板之间的安全高度。因凸凹模为磨具设计中的配作件，所以应保证与冲孔凸模和落料凹模的双边合理间隙Zmm（2）.定位零件的设计 结合本套模具的具体结构，设置一个直径为6mm的活动挡料销（起定距的作用）和两个直径为8的活动导料销。挡料销和导料销的下面分别采用压缩弹簧。在开模时，弹簧恢复弹力吧挡料销顶起，使它处于工作状态，旁边的导料销也一起工作。卸料板设计 卸料板的周界尺寸与凹模周界尺寸相同，厚度为20mm，材料为45钢，淬火硬度为4015HRC。卸料螺钉选用 卸料板采用四个m8的螺钉固定，长度L=h1+h2+a=44+8+15=67mm(其中h2位弹簧的安装高度；h2位卸料板工作行程；a为凸凹模固定板厚度)（3）.模架及其他零部件的设计该模具采用中间导柱模架，这种模架的导柱在模具中间位置，冲压时可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸为依据，查第9章表9-48选择模具规格如下：导柱：d（mm）xL（mm）分别为22x110，25x110 GB/T2861.6导套：d（mm）xL（mm）分别为22x70x28，25x70x28 GB/T2861.6上模座厚度H上取30mm，下模座厚度H下取35mm，上垫板厚度H垫取10mm，则模具的闭合高度H闭=H上+H下+H垫+ H-h=30+35+10+30+62-2.5=164.5mm式中L凸模高度H 凸凹模高度h凸模冲裁后进入凸凹模的深度可见该模具的闭合高度小于所选压力机23-25的最大装模高度，因此该压力机可以满足使用要求。9.模具总览图通过以上设计，可得到模具的总装图，重复以上动作来完成所需工件的冲裁。10.冲压设备的选取通过校核，选择开式可倾压力机j23-25能满足使用要求。其主要技术参数如下：主电机功率2.2KW 滑块形成：70mm 行程次数:60(次/min)工作台尺寸：330x510mm 动力类型：电动 控制形式：人工公称压力：250KN 布局形式：立式 保修：三年11.模具零件加工的关键在工作零件，固定板以及卸料板，若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单，表11-1所列为10圆孔凸模的加工工艺，表11-2所列为落料凹模的加工工艺第十一章 个人总