冲压模具的设计毕业设计

毕 业 设 计 学校：包头职业技术学院 班级：506532学号：30 姓名：刘威 目录 前言1 （一）.工艺性分析2 （二）工艺方案的确定2 （三）模具总体结构设计2 （四）工艺尺寸计算3 （五）模具主要零件的设计7 （六）冲压设备的校核8 （七）参考文献9 前言 本次毕业设计主要倾向冲压模具的设计，在设计过程中， 通过大量的翻阅查询数学专业涉及到的教材，对所学过的知 识进行了系统的综合、巩固，并且对原有的专业知识有了新 的提高。通过设计这套模具，我认识到自己有许多的的不足 之处，并且已经改正。 在设计过程中遇到许多困难，在此感谢我的辅导老师李雪峰 老师对我的辅导帮助。 1 冲裁模设计 工件名称：第三加强筋 工件简图：如零件图所示。 生产批量：大批量 材料：Q235 材料厚度：1.5mm 一冲压件工艺性分析： 此工件只有落料和冲孔两个工序。 材料为 Q235，具有良好的冲 压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，只有一个27.25mm 的孔， 和 4 个 R15、8 个 R5 的圆角过渡。工件的尺寸全部为自由公差，可看 作 IT14 级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。 2 精度： 由图可知， 该件属于一般冲孔落料件， 27.25 由冲孔获得。 查表 3-7 得：Zmin=0.132, Zmax=0.240. 零件未注公差均按 IT14 级处理，由公差表查得： 17 0-0.43 85 0-0.87 57.5 0-0.74 R5 0-0.3 R15 0-0.43 27.25 0 +0.52 5.5 0 -0.3 128.6 0 -1 3.材料： Q235 是普通碳素结构钢，Q235 价格低廉，易于冶炼而且性能也能满 足一般结构件的要求，普通碳素结构钢是常用的冷冲压材料，其具有 良好的冲压性能。 二、冲裁工艺方案的确定 2.1 方案种类 该冲压件包括落料、冲孔两个基本工序，可采用以下三种工艺方案： 方案一：先冲孔，后落料，采用单工序模生产。 方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。 方案三：冲孔落料级进冲压。采用级进模生产。 2.2 方案的比较 方案一：单工序模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，两副模 具才能完成冲压件的加工，成本相对较高，生产效率低，难以满足冲 压件大批量生产的需要， 且两道工序中的定位误差将导致孔心距尺寸 精度难以保证。故不选此方案。 方案二： 只需要一套模具就可以完成两道工序， 大大减小了模具规模， 降低了模具成本， 提高生产效率， 也能提高压力机等设备的使用效率； 操作简单、方便，适合大批量生产。能可靠的保证工件两孔间距有相 互位置精度要求。 方案三:级进模是一种多工位、效率高的一种加工方法。同一副模具 不同工位完成两道工序，生产效率高，但相较方案二轮廓尺寸较大， 结构复杂， 制造困难， 成本较高， 一般适用于大批量、 精度要求较高， 需要多工序冲裁的小型冲压件。 由于本工件两孔间距有相互位置精度 要求，且为 IT12 级。为了更好的保持尺寸精度要求，进而也排除此 方案。 2.3 方案的确定 综上所述，本套模具采用复合模。 三、模具总体结构设计 3.1 模具结构形式的选择 由工艺方案可知采用复合模冲压。复合模有两种结构形式：正装式和 倒装式复合模。大多数情况下应优先考虑采用倒装式的。这是因为倒 装式的冲孔废料可以通过凸凹模漏料孔从压力机工作台中漏出。 制件 留在凹模内，只需在上模装一推出装置，借助压力机打杆就可以轻松 的将制件推出。 条料由下模的卸料装置脱出。 这样操作方便而且安全， 生产率高。而正装式复合模冲压成形后工件留在下模，需顶件装置向 上顶出工件且冲孔废料留在凸凹模内被带上，再由推料装置推出，条 料由上模卸料装置脱出，三者均留在下模刃口面上，如果万一来不及 排除废料或未全部排除而进行再一次冲压，就容易使模具刃口崩裂， 即发生叠冲事故。又因工件平直度要求不高，工件材料较硬，故采用 倒装式复合模。 3.2 卸料、出件方式的选择 复合模冲裁时，条料将卡在凸凹模外缘，因此需要装卸料装置。根据 倒装式复合模具冲裁的运动特点,该模具采用弹性卸料方式比较方 便。但下模的弹性卸料装置有两种形式：一种是将弹性元件装在卸料 板与凸凹模固定板之间，另一种是将弹性元件装在下模座下面。由于 工件的条料卸料力不大，故采用前一种结构。 在倒装式复合模具中，冲裁后的制件留在上模部分的落料凹模内，需 要由刚性或弹性推件装置推出，刚性推件装置不会失灵，可以将制件 可靠的有凹模推出，但刚性推件装置有冲击力，对工件无压平作用， 但对于工件精度要求不是很高的工件来说，采用刚性推件装置,结构 紧凑,维护方便，能够保证工件精度要求，故采用用刚性推件装置。 3.3.定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销；控制条 料的送进步距采用橡胶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的余量，可以靠操作工人目测来确定。 3.4 导向方式的确定 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 合模采用后侧导柱模架。为了提高模具的导向精度，选用导柱、导套 导向。 由于冲压件的精度要求不是很高。 又选用滑动导柱、 导套导向。 四、工艺尺寸计算 4.1 排样设计与计算 4.1.1 排样方法的确定 根据工件的形状，确定采用无废料排样和少废料的方法是不可能做 到； 只能采用有废料的排样方法。 并根据工件形状， 经多次排样计算， 最终确定横排。排样图如图 1： 4.1.2 材料搭边和侧搭边数值选用 由冲压件材料为 Q235，厚度 t=1.5mm，查表取 a=1.8mm、a1=1.5mm， 4.1.3 确定条料步距和宽度 步距：S1=D1+a1=85+1.5=86.5mm 宽度：B1=(L1+2a) =(128.6+21.8) 132.2mm 选 10002000 的钢板 N1 条=1000/132.27N1 个=2000/86.523 N1 总=N1 条N1 个=723=161 步距：S2= D2+a1=128.6+1.5=130.1mm 宽度：B2=( L2+2a) =(85+21.8) 88.6mm N2 条=1000/88.611N2 个=2000/130.115 N2 总=N1 条N1 个=1115=165 所以 N=165 4.1.4 材料利用率 材料利用率: = NF1/BL100=1652895.896（88.61000） 100=65 4.2.冲裁力的计算 由材料为 Q235，查表得抗剪强度 =303372MPa，取 =350MPa 由冲裁力计算公式：F=KL (其中 L 为冲裁周长,为料厚, 为 材料抗剪强度，k=1.3)，可得 落料部分：F 落KL1=1.387.1351.5350=59469.6375 60KN 冲孔部分： F 冲KL2=1.3437.441.5350=298552.8 300KN 卸料力： F 卸=K 卸 F 落=0.04300=12KN 推件力： F 推=nK 推 F 冲=10.05560=3.3KN 总冲裁力 F 总=F 落+F 冲+F 卸+F 推=60+300+12+3.3=375.3KN 查文献2表 4-32、33 开式固定压力机 初选压力机型号规格为 J21-100 4.3.压力中心计算 如零件图 2 所示建立直角坐标系，横纵中心线分别为 X、Y 轴。 冲裁轮廓周长 各凸模压力中心坐标 XY L=752+74+66.62+18.79 4+6.268=437.44 00 27.25=3.1427.25=85.565-5.50 合计：437.44+85.565=523.005-0.890 X0=85.565(-5.5)/523.005-0.89Y0=0 所以冲模压力中心坐标为 （-0.89 ，0）。 4.4 刃口尺寸计算 由文献1表 3-8 冲裁模凸、凹模初始双面间隙表（二）及表 3-9 规则形状冲裁时凸模凹模的制造公差得： Zmin=0.132Zmax=0.240x=0.5 （一） 冲孔:（1)27.750 +0.25 dp=(dmin+x) 0 -p=（27.25+0.50.52） 0- 0.20=27.51 0 -0.20 dd=( dp+Zmin)0+ d=(27.51+0.132)0+0.025=27.6420+0.025 校核：p+dZmax-Zmin 0.020+0.025=0.0450.108 证明所取p 和d 是合适的，考虑零件要求和模具制造情况，可适 当放大制造公差。 p=0.40.108=0.043d=0.60.108=0.065 故 dp=27.51 0 -0.043 dd=27.640 +0.065 （二） （2)R5.50 +0.3 dp=(dmin+x) 0 -p=（5.5+0.50.3） 0- 0.20=5.65 0 -0.20 dd=( dp+Zmin)0+ d=(5.65+0.132) 0+0.020=5.7820+0.020 校核：p+dZmax-Zmin 0.020+0.020=0.0400.108 证明所取p 和d 是合适的，考虑零件要求和模具制造情况，可适 当放大制造公差。 p=0.40.108=0.043d=0.60.108=0.065 故 dp=27.51 0 -0.043 dd=27.640 +0.065 （一） 落料：（1)17 0 -0.43 Dd=(Dmax-x)0 +d=（17-0.50.43） 0 +0.025=16.875 0 +0.025 - Dp=( Dd-Zmin)0-p=(16.875-0.132)0-0.020=16.7340-0.020 校核：p+dZmax-Zmin 0.020+0.025=0.0450.108 证明所取p 和d 是合适的，考虑零件要求和模具制造情况，可适 当放大制造公差。 p=0.40.108=0.043d=0.60.108=0.065 故 Dd=16.8750 +0065 - Dp=16.734 0 -0.043 （二） （2)85 0 -0.87 Dd=(Dmax-x)0 +d=（85-0.50.87） 0 +0.035=84.565 0 +0.035 Dp=( Dd-Zmin)0-p=(84.565-0.132)0-0.025=84.4330-0.025 校核：p+dZmax-Zmin 0.035+0.025=0.0600.108 证明所取p 和d 是合适的，考虑零件要求和模具制造情况，可适 当放大制造公差。 p=0.40.108=0.043d=0.60.108=0.065 故 Dd=84.5650 +0065 - Dp=84.433 0 -0.043 （三） （3)57.5 0 -0.74 Dd=(Dmax-x)0 +d=（57.5-0.50.74） 0 +0.035=57.13 0 +0.030 Dp=( Dd-Zmin)0-p=(57.13-0.132)0-0.020=56.9980-0.020 校核：p+dZmax-Zmin 0.030+0.020=0.0500.108 证明所取p 和d 是合适的，考虑零件要求和模具制造情况，可适 当放大制造公差。 p=0.40.108=0.043d=0.60.108=0.065 故 Dd=57.13 0 +0065 - Dp=56.9983 0 -0.043 （四） （4)R5 0 -0.3 Dd=(Dmax-x)0 +d=（5-0.50.3） 0 +0.020=4.85 0 +0.020 Dp=( Dd-Zmin)0-p=(4.85-0.132)0-0.020=4.7180-0.020 校核：p+dZmax-Zmin 0.020+0.020=0.0400.108 证明所取p 和d 是合适的，考虑零件要求和模具制造情况，可适 当放大制造公差。 p=0.40.108=0.043d=0.60.108=0.065 故 Dd=4.850 +0065 - Dp=4.718 0 -0.043 （五） （5)R15 0 -0.43 Dd=(Dmax-x)0 +d=（15-0.50.43） 0 +0.020=14.785 0 +0.020 Dp=( Dd-Zmin)0-p=(14.785-0.132)0-0.020=14.6530-0.020 校核：p+dZmax-Zmin 0.020.+0.020=0.0400.108 证明所取p 和d 是合适的，考虑零件要求和模具制造情况，可适 当放大制造公差。 p=0.40.108=0.043d=0.60.108=0.065 故 Dd=14.7850 +0065 - Dp=14.653 0 -0.043 （六） （6)128.6 0 -0.1 Dd=(Dmax-x)0 +d=（128.6-0.50.1） 0 +0.040=128.1 0 +0.040 Dp=( Dd-Zmin)0-p=(128.1-0.132)0-0.030=127.9680-0.030 校核：p+dZmax-Zmin 0.040+0.030=0.0700.108 证明所取p 和d 是合适的，考虑零件要求和模具制造情况，可适 当放大制造公差。 p=0.40.108=0.043d=0.60.108=0.065 故 Dd=128.10 +0065 - Dp=127.968 0 -0.043 4.5.弹性元件的设计 冲裁卸料装置的弹性元件一般有弹簧和橡胶两种， 考虑到工件的大批 量生产弹簧容易失效， 选用较硬的聚氨酯矩形橡胶作为卸料装置的弹 性元件。 1）根据卸料力求橡胶截面尺寸 A=F 卸 /P=12000N/0.26MPa=46153.85 2)求橡胶自由高度 H0=H 工（0.250.30）（3.54）H工=4(1.5+1+7.5)=40mm 取其自由高度为 40 3）求橡胶预紧高度 H 预10H自 4mm 4）求橡胶高度 H H=H0-H 预=40mm-3mm=36mm 五、模具主要零部件的设计 5.1.工作零部件的结构设计 5.1.1.凹模的结构设计 凹模采用整体矩形凹模,轮廓全部采用数控线切割机床即可一次成型, 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。 采用螺钉固定， 销钉定位与上模， 销钉孔装模、 试模后配钻。因采用的是上模顶件方式，凹模孔口为直通式。材料选 用 T10A，热处理硬度为 5660HRC。 凹模厚度 H=ks=0.18128.1=23.058mm(查1表 3-33.得 k=0.0.18) 取凹模厚度 H=25mm 凹模长度 L=s+(2.54.0)H 130.1+(2.54.0) 25=192.6230.1mm 凹模宽度 B=b+2C=88.6+2 （1.52） 25=163.6188.6mm(送料方向) 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 250mm,宽度为 200mm,所以凹模轮廓尺寸为 250mm200mm 25mm。 5.1.2 冲孔凸模 根据图样:工件中只有个一孔,因此只需设计一支凸模。 为了方便固定 和加工， 都采用圆形阶梯式， 其固定方式采用挂台式。 材料选用 T10A， 热处理硬度为 5660HRC。 长度为 L=凸模固定板厚凹模板厚+材料厚度=20+25+1.5=46.5mm。 因为凸模长度已经系列化，所以选凸模长度为 48mm 5.1.3 凸凹模 冲孔凹模和落料凸模尺寸均采用配合加工的方法。其外形尺寸较大， 为方便外形磨削加工，设计成直通形，采用螺钉固定方式。材料选用 T10A，为了尽可能较少磨损，热处理硬度为 5862HRC 当采用倒装复合模时,凸凹模尺寸计算如下: H 凸凹=h1+h2+h=18+22+23=63mm 上式中: h1 为卸料板厚度,取 18mm; h2 为凸凹模固定板厚度 22mm; h 为增加高度包括凸模进入凹模深度、弹性元件安装高度等.因凸凹模 为模具设计中的配作件,所以应保证其与冲孔凸模和落料凹模的双边 合理间隙 Zmin 即可。 凸凹模内外刃口间壁厚校核： 根据冲压件结构凸凹模内外刃口间最小 壁厚为 3.6mm，查文献1表 3-36 得最小壁厚为 4mm 即可。故该凸凹 模侧壁强度足够。 5.2.其他模具零件结构尺寸 根据倒装复合模结构特点：凹模板边界尺寸并查文献2有关标准确 定导柱、导套及模具模板尺寸如下： 闭合高度 220265mm 零件件号名称数量规格标号 1下模座125020060GB/T 2855.6-1990 2下垫板12502008JB/T 7643.3-81 3凸凹模固定板125020022JB/T 7643.2-1994 4卸料板125020018JB/T 7643.2-1994 5凸模固定板125020020JB/T 7643.2-1994 6上垫板12502008JB/T 7643.3-1994 7上模座125020050JB/T 2855.5-1990 8导柱232210GB/T 2861.1-1990 9导套23211548GB/T 2861.6-1990 六、冲压设备的校核 由手册可查得，压力机 J21-100 的主要技术参数如下： 公称压力：1000KN 滑块行程：140mm 最大闭合高度：400mm 连杆调节量：55mm 工作台尺寸（前后左右）：900mm 600mm 垫板尺寸：（厚度孔径）：110mm 210mm 模柄孔尺寸（直径深度）：60 75 最大倾斜角度：25 该模具得闭合高度 H 闭为： H 闭=H 上模+H 下模+H 垫+L+H-h=50+60+28+48+63-1=236mm 上式中: L 凸模高度 48mm H 凸凹模高度 63mm h 凸模冲裁后进入凸凹模的深度 1mm 由上可知该模具的闭合高度小于所选压力机 J21-100 的最大装模高 度。因此该压力机满足使用要求。 由前面计算可知，该工件总的冲裁力 375.3KN，模板尺寸为 250 200，都能很好的满足要求。 综上所述，所选压力机符合要求。 七、参考文献： 1 郝广发， 中国企业机械工业协会， 冷冲模设计及制造 ， 2001.9 （2007.7 重印）。 2 史铁梁，机械工业出版社，模具设计指导，2007.7.。 3李光耀浅谈现代模具的设计与制造JCAD/CAM 与制造业 信息化，2005 年 01 期：17-19。 4李名尧模具 CAD/CAMM北京