冲压工艺与模具设计课程设计-板料成型工艺及模具设计.doc

板料成型工艺及模具设计课程设计 院系名称: 机电工程学院 专业名称: 材料成型及控制工程 学生姓名: 学 号： 4 指导教师: 2013年 10月 8 日 板料成型工艺及模具设计 课程设计摘 要当今社会的进步和发展，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来。因此，模具的发展与人们的生活关系越来越紧密。我们利用模具加工各种的工件，以便来满足人们的需要，模具的发展给我们带来了新的生活，新的时代。在这次设计中根据所给题目的要求，我首先对冲压件进行了分析，分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求，再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，选择了冲孔落料的方案。根据对零件的综合分析，在本人这次设计中我设计的模具是正装冲孔落料模，主要介绍的是模具的冲孔落料，冲压生产中应用最广泛的工序之一。由于材料和厚度的原因，我采用的加工方法为：采用复合工序冲孔落料模进行加工。关键词： 冲孔 落料 目 录1.工件的工艺性分析41.1冲压时的工艺性分析41.2冲压材料选用51.3冲裁工艺方案的确定62.模具设计计算72.1 排样方案的确定及计算72.2冲压力的计算82.3模具压力中心的确定102.4 冲模刃口尺寸及公差的计算112.5零件结构尺寸的确定142.6 模具总装图173.模具材料的选用174.冲压设备的选择185.模具的装卸205.1模具的装配205.2卸料装置的确定216.模具检测22结 论23参 考 文 献241.工件的工艺性分析零件简图 ：如图1.1所示工件名称 ：垫 片生产批量 ：大批量材 料 ：Q235钢厚 度 ：T = 2mm 图1.1零件图1.1冲压时的工艺性分析冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。冲裁件的形状应能符合材料合理排样，减少废料。冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离，受到模具强度的限制，不能太小。对冲压材料的要求冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求，还应当满足冲压工艺的要求和冲压后继的加工要求（如切削加工、焊接、电镀等）。1.2冲压材料选用 冲压工艺对材料的基本要求主要是：1. 对冲压成形性能的要求为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有良好的冲压成形性能。而冲压成形性能与材料的机械性能密切相关，通常要求材料应具有：良好的塑性，屈强比小，弹性模量高，板厚方向性系大，板平面方向性系数小。2. 对材料厚度公差的要求材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。对表面质量的要求材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量好3. 常用冲压材料对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。带料（又称卷料）有各种规格的宽度，展开长度可达几千米，适用于大批量生产的自动送料，材料厚度很小时也是做成带料供应。块料只用于少数钢号和价钱昂贵的有色金属的冲压。 总上所述，冲压材料我选择10号钢作为冲压件的材料。1.3冲裁工艺方案的确定一般对于这样的工件，通常采用冲孔，落料加工方法。由于该工件的生产批量较大，如果把这道工序放在一起，可以大大提高工作效率，并减轻工作量，节约能源，降低成本，而且可以避免原有的加工方法中须将手伸入模具的问题，对保护操作者安全也很有利。将这道工序复合在一起，可以有以下的两种不同工艺方案：先冲孔，后落料的工步；落料冲孔为同一工步完成。采用方案2加工工件，不易保证长度尺寸的精度，而且易使孔冲头磨损，降低模具寿命。经分析，使用方案一较好。该冲压工件的形状为简单且对称，有精度要求外其余尺寸精度要求不高，材料为Q-235A钢其冲压性能好，孔与外缘的壁厚较大，根据表1.1知复合摸的凸凹模壁厚部分具有足够的强度。表1.1 强度系数料厚t0.40.50.60.70.80.91.01.21.51.75最小壁厚m1.41.61.82.02.32.52.73.23.84.0最小直径D151821料厚t2.02.12.52.753.03.54.04.55.05.5最小壁厚m4.95.05.86.36.77.88.59.310.012.0最小直径D212528323540452.模具设计计算2.1 排样方案的确定及计算冲裁所产生的废料分为两种，一是工件的各种内孔产生的废料，它取决于工件的形状，一般不能改变，称为设计废料；二是由于工件之间的搭边和工件与条料侧面的搭边、板料的料头、料尾而产生的废料，它取决于冲压方式和排样方式，称为工艺废料。提高材料利用率最主要的途径是合理排样使工艺废料尽量小，另外在满足工件使用要求的前提下，适当的改变工件的结构形状也可以提高材料的利用率。排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刀”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。少废料、无废料排样的缺点是工件质量差，模具寿命不高，但这两种排样可以节省材料，还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点。并且工件须具有一定的形状才能采用少、无废料排样。按工件的外形特征主要分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排等形式。总上所述排样如图2.1所示。根据零件形状两式件间按矩形取搭边值b=2mm，侧边取搭边值a=2.2mm。则进距： h=35+2=37mm 图2.1 排样图2.2冲压力的计算 由于冲模采用刚性卸装置和自然漏料方式，故总的冲压力为： 按推料力公式计算冲裁力： 查=300MPa 冲裁时的推件力表2.1卸料力、推件力及顶件力系数冲裁材料K卸K推K顶纯铜、黄铜0.020.060.030.09铝、铝合金0.0250.080.030.07钢材料厚度mm0.10.060.0750.10.140.10.50.04500550.0650.080.52.50.040.050.0500.062.56.50.030.040.0400.056.50.020.030.0250.03查表2.1 序号1的凹模刃口形式 ，则 个故： 为避免各凸模冲裁力的最大值同时出现，且考虑到凸模相距很近时避免小直径凸模由于承受材料流动挤压力作用而产生倾斜或折断故把三冲孔凸模设计成阶梯凸模如图2.2。图2.2阶梯凸模 则最大冲压力： 2.3模具压力中心的确定如图2.3根据图形分析，因为工件图形对称，故落料时的压力中心在上O1；冲孔的压力中心在O2上。图2.3压力中心设冲模压力中心离O1点的距离为x，根据力矩平衡原理得： 由此算得 X=10.3 mm 2.4 冲模刃口尺寸及公差的计算1）冲孔部分对冲孔，采用凸、凹模分开的加工方法表2.2 初始双面间隙Zmax、Zmin材料厚度t/mm08、10、3509M2、Q235Q34540、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极小间隙0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.0480.0720.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0640.0920.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0920.90.0900.1160.0900.1260.0900.1260.0900.1261.00.1800.1200.1000.1400.1000.1400.0900.1261.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.1320.2400.1700.2400.1700.2401.750.2200.3200.2200.3200.2200.3202.00.2460.3600.2600.3800.2600.380由表2.2 确定初始双面间隙Zmax、Zmin的值： 表2.3规则形状冲裁时凸模、凹模的制造公差基本尺寸凸模公差凹模公差基本尺寸凸模公差凹模公差1818303080801201201800.0200.0200.0200.0250.0300.0200.0250.0300.0350.0401802602603603605005000.0300.0350.0400.0500.0450.0500.0600.070对冲=10mm孔时： ， 故满足条件 冲=10mm孔部分： 2）落料部分对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用配合加工方法当以凹模为基准件时，凹模磨损后刃口部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸。零件图中末注公差的尺寸其极限偏差：、 、尺寸极限偏差转化为、 表2.4 因数X材料厚度t/mm非圆形x的值圆形x值10.750.50.750.5工件公差/mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.500.240.2440.300.210.590.600.300.30查表2.4得 则： 该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙 值 。2.5 零件结构尺寸的确定 确定各主要零件结构尺寸（1）凹模外形尺寸的确定 凸模厚度H的确定：H= P取总压力=195400N 凹模长度L的确定 W1=1.2H=33mm；工件b=55mm L=b+2W1=55+233=121mm 凹模宽度B的确定 B= 步距+工件宽+2W2取：步距=37mm；工件=30mm；W2=1.5HB2=37+30+241 =149mm（2）凸模长度L1的确定凸模长度计算为：L1=h1+h2+h3+Y其中 导料板厚h1=8mm；卸料板厚h2=12mm；凸模固定板厚h3=18mm; 凸模修磨量Y=18mm则L1=8+12+18+18=56mm选用冲床的公称压力，应大于计算出的总压力F总=20t;最大闭合高度应大于冲模闭合高度+5mm;工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。 图2.4落料凸模 图2.5冲孔凸模 图2.6凹模2.6 模具总装图图2.7总装图3.模具材料的选用利用模具生产制品零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重要性条件。而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。冷冲模材料应具有的性能：冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的性能。1. 应具有较高的变形抗力：主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。其中硬度是模具注意重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作零件热处理后的硬度在60HRC强度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。2. 应具有较高的断裂抗主要抗力指标有材料的抗冲击性能抗压强度、抗弯强度 断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性，也是作为防止断裂的一个重要依据。其基体中碳含量越高冲击韧性越高。故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性。3. 应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，需要在硬度高的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物 相同硬度下，提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用有刮痕凹槽等4. 应具有较好的冷、热加工工艺性：钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。总上所述：凸、凹模采用工作部分局部淬火材料也用淬火变形小的模具钢。4.冲压设备的选择 按公称压力选取压力机 表4.1开式双柱可倾压力机技术规格型号J23-3.15J23-6.3J23-10J23-16J23-16BJ23-25JC23-25公称压力31.563100160160250350滑块行程25354555706580滑块行程次数2001701451201205550最大封闭高度120150180220220270280封闭高度调节量25353545605560滑块中心线至床身距离90110130160160200205立柱距离120150180220220270300工作台尺寸 前后160200240300300370380 左右250310370450450560610工作台孔尺寸 前后90110130160110200200 左右120160200240210290290直径110140170210160260260垫板尺寸厚度30303540605060直径150模柄孔尺寸直径25303040404050深度40555560606070滑块底面尺寸前后90180190左右100200210床身最大可倾角35 =1.6195KN=312KN 按上述要求，结合工厂实际，可选用JC23-25开式双柱可倾压力机。并需在工作台面上配备垫块，垫块实际尺寸可配制。5.模具的装卸5.1模具的装配复合模是指在冲床一次行程中冲制产品两道或两道以上工序的冲模，这种模具结构复杂，装配要求高，但由于模具生产率高，各内、外型面间的相对位置精度高，故广泛应用于精密零件的加工。本模具为落料拉深复合模其装配一般按下面的步骤进行：(1)装配压入式模柄，垂直上模座端面，装后同磨大端面齐平。(2)将拉深凸模装在下模座上，并相对下模座底面垂直。同磨端面平齐后，作止动螺钉孔，并安装止动螺钉。(3)以顶件块定心，将凹模装在下模座上，经调整与拉深凸模同轴后，用平行夹板夹紧，做螺钉孔和销钉，并拧紧螺钉，配入适当过盈的定位销。(4)将凸凹模装在固定板上，并保持垂直，同磨大的；端面齐平。(5)用平行夹板将上凸凹模的固定板与上模座加紧后合模，使导柱缓慢进入导套。在凸凹模的外圆对正凹模后，配作螺钉和螺钉过孔，并拧入螺钉但不要太紧。用轻轻敲打固定板的方法进行细致的调整，待凸凹模和凹模的间隙均匀后，配作凸凹模固定板和上模座的销孔，并配入相应过盈量的销钉。(6)加工顶件块时，外圆按凹模的孔实配，内孔按拉深凸模的外圆实配，保持要求的间隙。装配后，顶件块的顶面须高于凹模而拉伸凸模的顶面不得高于凹模。(7)安装固定挡料销和卸料板，按凹模板上的孔套在凸凹模外圆上应于凹模中心保持一致。在用平行夹板夹紧的情况下，按凹模上的螺孔引作卸料板上的螺钉过孔，并以螺钉固紧，其他零件的装配均符合要求后打标记。5.2卸料装置的确定卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，把冲件或废料从凸模上卸下来称为卸料。卸料装置按卸料的方式分为固定卸料装置弹性卸料装置和废料切刀三种。固定卸料装置仅由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模上；弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成；弹性卸料装置可安装于上模或下模，依靠弹簧或橡胶的弹力来卸料，卸料力不太大但冲压时可兼起压料作用，故多用于冲裁料薄及平面度要求较高的冲件；废料切刀是在冲裁过程中冲裁废料切断成数块，从而实现卸料的一种卸料零件。出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。我们通常把准过载上模内的出件装置称为推件装置；把装在下模内的称为顶件装置。综合考虑该模具的结构和使用方便，以及工件料厚为2.0 mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料，又因为是复合模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。6.模具检测 表6.1 冲裁模具试冲检测表序号质量管理及检测内容说明1组织质量监控系统，对模具生产过程全面检查与监控1模具原材料的质量检验模具零件加工后质量检验，主要包括零件的形状、尺寸精度及表面质量、硬度及形位精度。2具装配后前后的检验。3模具试模后的验收。4具内在质量的无损探伤检测。5具包装、运输质量检验。2组织对加工设备及工装夹具检查1检查加工设备运行情况及加工精度2检验共装卡具工作及精度状况。3组织产品质量分析1进行产品质量分析。2提出提高产品质量措施3提出改进方案、意见4组织质量教育与技术教育1对操作者进行质量全面管理教育，以提高操作者责任心。2对操作者