垫板冷冲压模具设计和主要零件加工工艺过程卡的编制.doc

目 录摘 要1绪 论3第1章 工件分析4第2章 零件的工艺分析52.1 结构与尺寸52.2 精度52.3 材料5第3章 确定冲裁工艺方案6第4章 确定模具总体结构方案74.1 模具类型74.2 操作与定位方式74.3 卸料与出件方式74.4 模架类型及精度74.5 凸模设计7第5章 工艺设计计算85.1 排样设计与计算85.2 计算冲压力与压力中心，初选压力机95.3 计算凸、凹模刃口尺寸及公差11第6章 设计选用零件、部件，绘制模具总装草图136.1 凹模设计136.2 凸模设计146.3 凸凹模的设计166.4 定位零件186.5 卸料与出件装置186.6 模架及其它零件的选用21第7章 压力机的校核257.1 公称压力257.2 滑块行程257.3 行程次数257.4 工作台面的尺寸257.5 滑块模柄孔尺寸257.6 闭合高度25第8章 模具主要零件加工工艺规程的编制268.1 冲压模具制造技术要求268.2 总装工艺268.3 加工要求28总 结29致 谢30参考文献31摘 要 该垫板形状简单，结构对称。设计内容从零件工艺性分析开始。首先，确定该模具类型为倒装式落料、冲孔复合模；接着，做工艺计算，计算出冲压力、压力中心、选择压力机。然后，根据计算出确定模具的凸、凹模尺寸和形状。最后，设计其他零部件并对压力进行校核，无问题后绘图，完成设计。 经过分析，只需2道工序落料和冲孔，通过挡料钉进行2次加工将零件生产出来。当中使用导正销可以确保孔位精度和生产率。关键词：垫板;凸模;凹模，倒装复合冲裁模ABSTRACT The plate shape is simple, the structure is symmetrical. Design content part manufacturability analysis from the beginning. First, we determine the mould for flip chip type blanking, punching compound die; Then, do process calculation, calculate the impact pressure, the pressure center, choose to press. Then, according to calculate the mould of convex and concave die size and shape. Finally, the design of other parts and the stress checking, no problem after drawing, complete the design.Through the analysis, just 2 steps blanking and punching, throughkeep-off nail for processing the parts produced twice. Use of guide pin can ensure a hole accuracy and productivity.Keywords: plate; Punch; Die, inversion compound blanking die 绪 论冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。按冲压加工温度分为热冲压和冷冲压。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。 与其它加工方法相比，冲压加工在许多方面都有许多优点。 (1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。（2）冲压的质量稳定，互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压能加工尺寸范围大且形状复杂的零件，其强度和刚度均较高。（4）冲压的切屑碎料少，消耗的材料比较少，成本也低。第1章 工件分析如图1所示零件：垫扳生产批量：大批量材料：08F t=2mm 第2章 零件的工艺分析2.1 结构与尺寸 零件对称形状 硬钢材料被自由凸模冲圆形孔,查冷冲压工艺及模具设计表3-8,可得该工件冲孔的最小尺寸为1.3t,该工件的孔径为:61.3t=1.32=2.6。由于该冲裁件的冲孔边缘和工件外形的边缘不平行,故最小孔边距应大于材料的厚度t,该工件的空边距(20)t=2,(10)t=2,均适宜于冲裁加工。2.2 精度改零件是自由尺寸,按IT14级的工件尺寸公差,查表得各尺寸公差分别为：零件外形:58， 38, 30, 16, 8 零件内形:6 孔心距:180.215, 利用普通冲裁方式可以达到零件图样要求。2.3 材料08F，属于碳素结构钢,查冷冲压工艺及模具设计附表1可知抗剪强度 =260MPa,断后伸长率=32。该材料的塑性和弹性好,所以其冲裁加工的性能高。根据以上分析,该零件的工艺性较好,可以进行冲裁加工。第3章 确定冲裁工艺方案该零件需要落料、冲孔两道工序，可选用3种工艺方案：(a)单工序模生产：先落料，再冲孔(b)复合模生产：落料冲孔复合冲压(c)级进模生产用：冲孔落料连续冲压该零件结构单一对称，考虑到生产效率，应该用复合冲裁或者级进冲裁。采选用复合冲裁的话，生产出的零件好，效率也高，并且根据合理的方案能生产出较好的零件。经分析得出，该零件应该用复合冲裁工艺方案。第4章 确定模具总体结构方案4.1 模具类型根据零件的冲裁工艺方案，采用倒装式复合冲裁模。利用凹凸模不需要顶出装置，操作也比较简单，所以用倒装复合冲裁模。4.2 操作与定位方式通过合理安排生产，用手工送料方式不仅能批量生产，还能降低模具成本。从零件材料等方面考虑，可以用导料板来导向，用固定挡料销来挡料，配合导正销来固定送料位置，确保零件精度。采用使用挡料销来保证首件冲裁的正确定距，从未提高材料的利用率。4.3 卸料与出件方式用弹性卸料来卸料，弹性卸料装配通过橡皮的弹力来卸料，卸料力小，但可能够压料，确保其表面的平面度。冲件和废料用凸模直接在凹模洞口推出工件，操作方便，效率高。4.4 模架类型及精度为了到送料和操作的方便，用后侧式导柱模架，使用导柱和导套导向。其零件精度要求低，冲裁间隙小，可用I级模架精度。4.5 凸模设计凸模的结构形式与固定方法：落料凸模刃口部分是非圆形的，凸模与固定板的加工，用固定台阶式，中间台阶与凸模固定板间以H7/m6过渡配合，用台肩挡住凸模，卸料时，不会从凸模固定板中被拉出。安装部分用便于加工的长圆形，使其和凸模固定板固定。第5章 工艺设计计算5.1 排样设计与计算零件外形近似矩形，轮廓尺寸为5830。考虑操作方便并为了保证零件精度，用直排有废料排样，如下图图1查冷冲压工艺及模具设计表3-13，工件的搭边值a=2，沿边的搭边值a1=2.2。级进模送料步距为S=30+2=32mm条料宽度按表3-14中公式计算：B -0=(Dmax+2a1)-0 查表3-15得：=0.6B=（58+22.2）=62.4 （）由零件图近似算得一个零件的面积为1354.82，一个进距内的坏料面积BS=62.432=1996.82。因此一个进距内的材料利用率为： =（A/BS）100=67.8查冷冲压工艺及模具设计附表3选用板料规格为71020002。横裁时，剪切条料尺寸为62.4。一块板可裁的条料为32，每间条可冲零件个数22个零件。则一块板材的材料利用率为：=（nA0/A）100 =（22321354.8/7102000）100=67.2纵裁时，剪切条料尺寸为62.4。一块板可裁的条料为11，每条可冲零件个数62个零件，则一块板材的材料利用率为：=（nA0/A）100 =（11621354.8/7102000）100=59.2根据以上分析，横裁时相对纵裁时的材料利用率较高，可采用横裁。5.2 计算冲压力与压力中心，初选压力机冲裁力：根据零件图可算得一个零件外周边长度：L1=16+8+28+382=162.27 内周边长度之和：L=23=18.84查冷冲压工艺及模具设计附表1可知：MPa;查冷冲压工艺及模具设计附表3可知：Kx=0.05, KT=0.055.落料力：F落=KL1 t T =1.3162.272260=109.69KN 冲孔力：F孔=KL2 t T =1.362260=12.74KN卸料力：Fx=KxF落 =0.05109.69=5.48KN推件力：根据材料厚度得凹模刃口直壁高度h为6, 故:n=h/t=3 FT=nKtF孔=30.05525.47=4.20KN总冲压力：F= F落+ F孔+Fx+ FT则F=109.69+12.74+5.48+4.20 =132.11KN应选取的压力机公称压力：25t.因此可初选压力机型号为J23-25。确定模具结构及尺寸后，应对压力机的闭合高度，模具安装尺寸校核，来确定压力机的规格。确定压力中心：画出凹模刃口，建立如图所示的坐标系：由图可知，该形状关于X轴上下对称，关于Y轴左右对称，则压力中心为该图形的几何中心。即坐标原点O。该点坐标为（0，0）。5.3 计算凸、凹模刃口尺寸及公差由于模具间隙较小，固凸、凹模采用配作加工为宜，因为凸、凹模间存在着间隙，导致落下的料和冲出的孔具有锥度。落料件的尺寸相似于凹模刃口尺寸，而冲孔件的尺寸相似于凸模刃口尺寸。所以算凸模和凹模刃口尺寸的时候，应按落料与冲孔分别进行。在确定模具刃口尺寸和其制造公差时，应该满足以下条件：（I）落料以凹模尺寸做为基准，先要确定凹模刃口的尺寸；凹模刃口尺寸在用的时候会因磨损而增大，所以落料件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围较小尺寸，而落料凸模的基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙；（II）冲孔以凸模尺寸做为基准，先确定凸模刃口的尺寸，凸模尺寸在用的曙光会因磨损而减小，所以冲孔件的基本尺寸应为工件尺寸公差所在范围之内的较大尺寸，而冲孔凹模的基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙；（III）凸模和凹模其制造公差，因工件的要求确定，一般取比工件精度高23级的精度，由于凹模比凸模的加工教难，凹模比凸模小一级。a): 落料凹模刃口尺寸。按磨损情况分类计算：i)凹模磨损后增大的尺寸，按冷冲压工艺及模具设计公式：DA=(Dmax-X);计算，得 A=/4，制件精度因为IT14级，得X=0.558: DA1 =(58-0.50.74 )=57.63 （） 38: DA2=（38-0.50.62）=37.69 （）30: DA3=（30-0.50.52）=29.74 （）16: DA4=（16-0.50.43）=15.785（）8: DA5=（8-0.50.36）=7.18（）ii)凹模磨损后，其不变的尺寸，按冷冲压工艺及模具设计的公式：CA=（Cmin+X）0.5A: 取A=/4 ，其制件精度为IT14级，所以X=0.5180.215: Cd1=(17.785+0.50.43)0.43/8=180.05375（） 冲裁间隙影响冲裁件质量，一般冲裁时，间隙对冲裁力没有太大影响，可是间隙对卸力和推件力的影响比较大。间隙影响模具寿命。间大小影响摩擦的大小，多余间隙一般取大一点的，从而使冲裁力和模具寿命提高。查冷冲压工艺及模具设计表3-3可知Zmax=0.360 , Zmin=0.246对应的凸模因按凹模实际尺寸来配作，确保最小合理间隙是0.246mm冲孔凸模刃口尺寸。冲孔凸模为圆形，可按冷冲压工艺及模具设计公式dT=(dmin+x) 计算，取T=/4，制件精度应该取IT14级所以X取0.512: dT1=(6+0.50.30)=6.15第6章 设计选用零件、部件，绘制模具总装草图6.1 凹模设计凹模的结构形式和固定方法：凹模采用矩形板状结构和通过用螺钉、销钉固定在凹模固定板内，其螺钉与销钉与凹模孔壁间距不能太小否则会影响模具强度和寿命，其值可查冷冲压工艺及模具设计表3-23。凹模刃口的结构形式：由于冲件的批量比较大，凹模有磨损，要保证冲件的质量，凹模刃口应用直刃壁结构，刃壁高度为6mm, 漏料部分沿刃口轮廓单边增大0.5 mm凹模轮廓尺寸的确定：查冷冲压工艺及模具设计表3-24，得：K=0.28;查冷冲压工艺及模具设计表3-25, 得: s2=36; 凹模厚度H=ks=0.2858=16.24（） B=s+（2.54.0）H=58+（2.54.0）16.24=98.6122.96 （） L=s1+2s2=30+236=102 （）根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模板轮廓尺寸为LBH=12512528.5（）凹模材料及技术要求：凹模的材料应用T10A。工件部分应该淬硬至HRC5862。外轮廓棱角需要倒钝。如图2所示： 图2 落料凹模6.2 凸模设计6.2.1 凸模的结构形式与固定方法冲孔部分的凸模刃口尺寸是圆形，要便于凸模与固定板的加工，把冲孔凸模设计为台阶式。要想保证强度、刚度，利于加工和装配，圆形凸模应做成圆滑过渡的阶梯形，小端圆柱部分有锋利刃口，中间圆柱部分为安装部分，它和固定板按H7/m6配合，尾部台肩来确保卸料时凸模不被拉出，圆形凸模用台肩式来固定。6.2.2 凸模长度计算凸模的长度是依据模具结构而定的。采用弹性卸料时，凸模长度按公式L=h1+h2+h3计算，式中 L-凸模长度，mm； h1-凸模固定板厚度，mm; h2-卸料板厚度，mm ; h3-卸料弹性元件被预压后的厚度L=22mm+10mm+18.5mm=50.5mm6.2.3 凸模的强度与刚度校核一般来说，凸模的强度和刚度足够，由于凸模的截面尺寸较为积适中，估计强度足够，只需对刚度进行校核。对冲孔凸模进行刚度校核：凸模的最大自由长度不超过下式：有导向的凸模Lmax1200，其中对于圆形凸模Imin=d4/64则Lmax1200=24.00mm由此可知：冲孔部分凸模工作长度不能超过24.00mm，根据冲孔标准中的凸模长度系列，选取凸模的长度：50.56.2.4 凸模材料和技术条件凸模材料使用碳素工具钢T10A，凸模工作端应该淬硬至HRC 5660，凸模尾端淬火后，硬度在HRC 4348之间。如图3所示： 图3 冲孔凸模 6.3 凸凹模的设计6.3.1 凸凹模的结构形式与固定方法凸凹模的结构简图如图4所示： 图4 凸凹模 凸凹模与凸凹模固定板的采用H7/m6配合。6.3.2 校核凸凹模的强度冲孔边缘和工件外开边缘不平行，凸凹模的最小壁厚大于材料厚度t=2mm，但实际最小壁厚是5mm，符合强度要求。6.3.3 凸凹模尺寸的确定凸凹模外刃口尺寸要按凹模尺寸配作，且保证其最小间隙为Zmin=0.246mm,内形刃口尺寸应按凸模尺寸配作，且要保证最小间隙为Zmin=0.246mm。6.3.4 凸凹模材料和技术条件凸凹模材料使用碳素工具钢T10A，淬硬至5660HRC。6.4 定位零件定位零件确保坯料和工序件在模具上相对凸、凹模有准确的位置。 选用固定挡料销一个。挡料销挡住条料搭边或冲件轮廓，来限制条料送进的距离，固定挡料销固定在凸凹模上，规格为GB/T7694.10-94，材料为45号钢，硬度是4348HRC采用2个导料销。导料销是保证条料沿正确的方向来送进，位于条料的后侧（条料从右向左送进）尺寸规格为6X2，如图5所示： 图5 导料销6.5 卸料与出件装置出件方式是采用凸模直接顶出的下出料方式。由于卸料使用弹性卸料，弹性卸料装置是由卸料板卸料螺钉弹性元件组成。卸料板：弹性卸料板的平面尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸，厚度取凹模厚度的0.60.8倍, 卸料板和凸模的单边间隙通过冷冲压工艺及模具设计表3-32取,t1mm时,单边间隙为0.15mm。为了便于可靠卸料，在模具开启状态时，卸料板工作平面应高出凸模刃口尺寸端面0.30.5，卸料板的尺寸规格为：125mmX125mmX10mm，材料为:45#钢。如图6所示： 图6 卸料板 卸料螺钉：卸料螺钉采用标准的阶梯形螺钉，根据卸料板的尺寸选择4个卸料螺钉，规格为，JB/T7650.5-94。如图7所示： 图7 卸料螺钉卸料装置：由于橡皮允许承受的负荷较大，安装调整方便，因此选用橡皮作为弹性元件，卸料橡皮的选择原则： 为了保证卸料正常工作，应使橡皮工作时的弹力大于或等于卸料力FXFXY=APFX=5.48KN式中FXY橡皮工作时的弹力，A橡皮的横截面积，P与橡橡皮压缩量有关的单位压力，一般预压时压缩量为10%15%。由冷冲压工艺及模具设计图3-64知，取P=0.6MPa，算得A=91.3cm2,通过冷冲压工艺及模具设计表3-33的公式算得橡皮尺寸规格是352624根据工件材料厚度为2mm，冲裁时凸模进如凹模的深度为1mm，模具维修时刃磨留量是2mm，开启时卸料板应高于凸模1mm，则求得总工作行程：h工件=6mm, 使用橡皮时，不应使最大压缩量超过橡皮自由高度的35%45%否则是皮的自由高度应为： H=h/(0.250.30) =6/(0.250.30) =2024mm模具组装时的预压缩量为： H预=（10%15%）H =2.43.6mm取H预=3mm由此可知：安装橡皮高度尺寸为21mm,式中的H所需的工作行程。由上式算得的高度，用下式来校核: 0.5H/B1.5如果H/D大于1.5,应把橡皮分成几段段,并在橡皮之间垫块钢圈。通过冷冲压工艺及模具设计表3-33的公式算得橡皮尺寸规格是3526246.6 模架及其它零件的选用6.6.1 模柄模柄是把上模固定于压力机滑块上，同时让模具中心通过滑块压力中心，模柄的直径和长度与压力机滑块一致，模柄的尺寸规格采用凸缘模柄，用3或4个螺钉固定在上模座上。如图8所示: 图8 模柄 6.6.2 模座标准模座通过模架类型及凹模同界尺寸选用，上模座：125mm 125mm35mm；下模座：125mm125mm45mm；模座材料采用灰口铸铁，它具有较好的吸震性，采用牌号为HT200。6.6.3 垫板垫板是承受并扩散凸模或者凹模传递来的压力，来防止模座被挤压损坏。是否要用板，可按下式校核：P=F12/AP：凸模头部端面对模座的单位面积压力；F12 凸模承受的总压力； A凸模头部端面与承受面积。由于计算的P值大于冷冲压工艺及模具设计表3-34模座材料的许应压力，因此在工作零件与模座之间加垫板。 垫板选用45号钢制造，淬火硬度取HRC4348，其尺寸规格为：125mm125mm10mm。上下面须磨平，保证平行。如图9所示： 图9 垫板模架选用后侧导柱标准模架：上模座：LBH =125mm125mm35mm下模座：LBH=125mm125mm45mm导柱：DL=22mm150mm导套：dLD=35mm85mm38mm模架的闭合高度：160190mm垫板厚度：10mm；凸模固定板厚度：22 mm上模底板厚：35 mm，凹模厚度：28.5mm橡皮厚：24mm 卸料板厚度10 mm凸凹模固定板厚度：45 mm，下模底板厚：45 mm模具的闭合厚度：Hd=35+10+22+28.5+2+1+45+45=188.5mm6.6.4 冲压设备的选择选用开式双柱可倾压力机J23-25。公称压力为25t，滑块行程为65mm,最大闭合高度270mm,滑块中心线至床身距离200 mm，工作台尺寸：370 mm560 mm，垫板厚度：50 mm，模柄孔尺寸：40 mm60 mm.6.6.5 紧固件的选用上模螺钉：螺钉起联接紧固作用，上模上6个，45钢，尺寸为M8X70下模螺钉6个，45钢，尺寸为M6X55.销钉起定位作用，同时也承受一定的偏移力.上模3个，45钢，尺寸为6X60.第7章 压力机的校核7.1 公称压力 根据公称压力的选取压力机型号为J23-25,它的压力为25t15.79t,所以压力得以校核;7.2 滑块行程 滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出.这里只是材料的厚度t=2mm,卸料板的厚度H=10mm,及凸模冲入凹模的最大深度2mm,即S1=2+10+2=14mmS=65mm,所以得以校核.7.3 行程次数 行程次数为105次/min.因为生产批量为中批量,又是手工送料,不能太快,因此是得以校核.7.4 工作台面的尺寸 根据下模座LB=125mm125mm,且每边留出60100mm,即L1B1=325mm325mm,而压力机的工作台面L2B2=560mm370mm,冲压件和废料从下模漏出, 漏料尺寸小于58mm30mm,而压力机的孔尺寸为250250,故符合要求,得以校核;7.5 滑块模柄孔尺寸 滑块上模柄孔直径是40mm,模柄孔深度是60mm,所选的模柄夹持部分直径是30mm,长度是48mm,符合要求,得以校核;7.6 闭合高度 由压力机型号知Hmax=270mm M=80 H1=70Hmin=HmaxM= 270-80=190(M为闭合高度调节量/mm,H1为垫板厚度/mm) 由公式得:( HmaxH1)-5H( HminH1)+10,得(27070)-5188.5(19070)+10 即 195188.5120 ,所以所选压力机合适,即压力机得以校核.第8章 模具主要零件加工工艺规程的编制8.1 冲压模具制造技术要求模具精度是影响冲压件精度的重要因素之一，为了保证模具精度，制造时应达到以下技术要求：a、组成冲压模具的所有零件，在材料加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。b、组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并达到规定的平行度和垂直度要求c、模具的功能必须达到设计要求.d、为了鉴别冲压件的质量，装配好的模具必须在生产条件下试模，并根据试模存在问题进行修整，直至试出合格的冲压件为止。8.2 总装工艺总装图如图15所示： 图15 总装图加工工艺路线：1备料2将模柄装入9上模座后磨平，然后用手枪钻直径6mm的齐缝销孔配铰大 入12销3将13导正销装入14落料凸模中，把再把落料凸模组和7冲孔凸模装入到6凸模固定板中然后铆紧磨平4用等高块把9上模座支起，将8垫板，6固定板，调整后用4螺钉固定，配铰直径8mm的孔，大入10销5把9上模座放下到一定高度，保证模架的 移动平稳，灵活，无泻止现象，让凸模刃口在凹模刃口下，调整间隙，保证图纸设计要求，用螺钉紧固，15卸料板，16导料板，19始冲档料销及17凹模。再用3螺钉紧固17凹模和1下模座然后配饺销孔大入销，6试模7调整到合格8入库8.3 加工要求1）模具配合加工零件在允许间隙内加工,落料凸凹模,冲孔凸模与固定板配合后,底部磨平。2）图样中未注明公差的一般尺寸其极限偏差按14级精度加工,未注粗糙度的按Ra6.3um处理。3）模具中各垫板的两承压面的平行度公差按GB1184 为5级。4）模具中安装镙钉（镙栓）之螺纹孔及其通孔的位置公差不大于 2mm，或相应各孔配作。5）模具、模架及其零件的工件表面，不应有碰伤、凹痕、裂纹、毛刺、锈蚀等缺陷。6）经热处理后的零件，硬度应均匀，不允许有脱碳、软点、氧化斑点及裂纹等缺陷。热处理后应清除氧化皮，脏物油污。7）配通用模架模具，装配后两侧面应进行同