钣金成型课程模具设计--课程设计.docx

钣金成型课程设计说明书 制件工艺分析与模具设计院系： 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 沈阳航空航天大学2017年12月1日摘要 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：垫片、级进模、冲孔落料、模具、设计 目录 第1章冲压工艺分析. 1.1零件工艺分析. 1.1.1产品结构形状及材料分析.1.1.2产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析. 1.2冲压工艺方案的确定. 1.2.1第一种方案.1.2.2第二种方案. 1.2.3第三种方案.第2章冲压工艺计算. 2.1排样.2.1.1搭边. 2.1.2条料宽度和导尺间距离. 2.1.3送料步距. 2.1.4材料利用率. 2.2计算冲压力. 2.2.1冲裁力计算. 2.2.2卸料力、推件力与顶件力的计算.2.3压力中心的计算.第3章级进模凸凹模设计.3.1模具刃口尺寸的计算. 3.1.1冲孔凸、凹模.3.1.2落料凹、凸模. 3.2凹模的设计.3.2.1凹模厚度H的计算. 3.2.2凹模长度和宽度. 3.2.3凹模材料.3.2.4凹模固定方法.3.3凸模的设计.3.3.1凸模强度压应力校核. 3.3.2凸模材料.第4章基本冲模结构的确定.4.1模具的形式.4.2定位装置.4.3卸料装置.4.3.1条料的卸除.4.3.2废料及工件的卸除.4.4导向装置.4.5模架.第5章级进模主要零件设计. 5.1卸料弹簧设计. 5.2凸模固定板设计.5.3垫板设计.5.4卸料板设计.5.5模座的选择.第6章压力机校核.6.1模柄孔的校核.6.2模具闭合高度的校核.6.3压力机工作台尺寸的校核.6.4冲裁力校核.总结.参考文献. 第1章冲压工艺分析 1.1零件工艺分析 1.1.1产品结构形状及材料分析 由零件图可知，该零件为矩形片落料圆形冲孔，外形简单对称，整个外形光滑、圆整，无狭槽、尖角；孔与孔之间、孔与零件边缘之间最小距离c满足c1.5t要求（其中料厚t为2.0mm, 可得出c=（62.8-9-50.5）/2=3.3mm, 1.5t=3mm）。 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08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。 1.1.2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t2.0mm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。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 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 1.2.3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2章 冲压工艺计算 2.1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。 图2-1-1 排样图 2.1.1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=2.4mm。 2.1.2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）A1=L+1.5a+Y 式（2-3） 式中L冲裁件垂直于送料方向的尺寸,L=62.8mm; 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； 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=62.8+1.52+11.5=67.3mm A=67.3+0.1=67.4mm A1=62.8+1.52+0.10=65.9mm 2.1.3送料步距 级进模送料步距S=D+a1=62.8+2.4=65.2 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 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 A= 62.862.8-44.52 -25.252=1687.55mm=1687.55/(67.365.8)100%=38.11% 2.2计算冲压力 2.2.1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=K L t 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08钢，=220310，取=280 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=50.5+49=86.5mm P孔=1.386.52.0280=197832N 取P孔=198KN 落料冲裁力P落 其中L落=62.84=251.2mm P落=1.3251.22.0280=182873.6N 取P落=183KN 冲裁力P=P孔P落 =198+183=381KN 式（2-8） 2.2.2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=n KTP 式（2-10） D=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=0.05，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=0.045381=17.145KN 冲孔推件力PT1 =20.05198=19.8KN 落料推件力PT2=10.05183=9.15KN总冲压力P =P+ PX +PT1 + PT2 =381+17.145+19.8+9.15=427.1KN 式（2-12） 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 =469.8555.2 ，查冲压手册表9-3得，选择开式曲轴压力机，公称压力630KN。2.3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65.2+2L销65.2/2+ L刃58.6）/（L落+L孔+L销+L刃）=32.6mm 式（2-13） 压力中心到X轴距离Y近似看作0。第3章级进模凸凹模设计 3.1模具刃口尺寸的计算 3.1.1冲孔凸、凹模冲孔（50.5 9 2），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（3-1） 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=（50.5+0.50.16）0 -0.02-=50.580 -0.02-mm d凹=*50.58mm 小孔：d凸=（9+0.50.16）0 -0.02-=9.080 -0.02-mm d凹=*9.08mm 导正钉孔：d凸=（2+0.50.16）0 -0.02=2.080 -0.02 mm d凹=*2.08mm 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。3.1.2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。A=62.8 d凹=(A1-x）+t 0 式（3-2） 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=（62.8-0.50.74）+0.02 0=62.13+0.02 0 mm d凸=*62.13 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 =（d凹1 +-Zmin）=(62.43+0.02-0.100)=62.350 -0.02 mm 式（3-3） D凹 = *62.05 3.2凹模的设计 3.2.1凹模厚度H的计算 凹模厚度：H=Kb 式（3-4） 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=0.2262.8=13.816mm 取凹模厚度为32mm 凹模壁厚：C=（1.52）H 式（3-5） 取C=40mm 3.2.2凹模长度和宽度 B=62.8+2C=142.8mm L=62.8+2C=142.8mm 按照冲压模具设计手册取BLH=16025040 3.2.3凹模材料 凹模材料一般选择Cr12MoV 3.2.4凹模固定方法 凹模与下模座用4个M12的螺钉装配，4个M12的销钉固定。3.3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+5+15=63mm 3.3.1凸模强度压应力校核 校核公式为： 压 式（3-6） 式中 冲孔冲裁力，N; P孔=82KN 凸模最小断面积，=r2=3.144.5=63.585mm2 压凸模材料的许用压应力，MPa，材料为Cr12MoV查手册，压=(10001600)Mpa。 因为 =1294MPa压 所以凸模强度符合要求。 3.3.2凸模材料 凸模材料一般选择Cr12MoV 第4章基本冲模结构的确定 4.1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 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4.3.1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。 4.3.2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 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 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5章级进模主要零件设计 5.1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=17.145/4=4.286 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hj/Fj=4.28612.3/135=2.39 式（5-2） h预+h工作+h修磨=2.39+2+6=10.39hj 式（5-3） 故所选弹簧是合适的。 5.2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 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。yy，y= 式（5-5） 式中 y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； P冲裁力N；F凸模上端面面积，mm2；因上模板采用铸铁材料，所以y=100MPa38MPa，不用加上垫板。 垫板厚度一般为310mm，取6mm。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。 5.4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 冷冲模滚动导向模座四导柱查冲压模具设计手册表1-79得LB取250160范围，高度H取4550，H=45，h1=50,L2=340,B2=280,S=265,S1=215 导柱B型45260 第6章压力机校核初选压力机为公称压力630KN的开式压力机。 该压力机的主要参数： 公称压力630KN 滑块行程120mm 最大封闭高度360mm 封闭高度调节量90mm 工作台尺寸710480 模柄孔尺寸5070 工作台厚度90mm垫板厚度80mm6.1模柄孔的校核模柄的尺寸为5070，上模座厚度为45mm，则模柄伸出上模座的高度为45mm70-5mm，因此合适。 6.2模具闭合高度的校核 模具的闭合高度H=40+32+2+15+15+28+10+45=187