冲压工艺与模具设计课程设计-薄垫片模具设计.doc

沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 薄垫片模具设计 系 别 机械学院 班级 学生姓名 学号 2 指导教师 职称 起止日期： 2014年 12月29日起至2015年 1月9日止沈 阳 工 程 学 院冲压工艺与模具设计课程设计成绩评定表系（部）： 班级： 学生姓名： 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 绩分目录项目设计任务书1一、 冲压工艺分析31.1零件工艺分析31.1.1产品结构形状及材料分析31.1.2产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析31.2 冲压工艺方案的确定31.2.1第一种方案41.2.2第二种方案51.2.3第三种方案5二、 冲压工艺计算72.1排样72.1.1搭边72.1.2条料宽度和导尺间距离72.1.3送料步距82.1.4材料利用率8=43.5492.2计算冲压力92.2.1冲裁力计算92.2.2卸料力、推件力与顶件力的计算102.3压力中心的计算11三、 级进模凸凹模设计123.1模具刃口尺寸的计算123.1.1冲孔凸、凹模123.1.2落料凹、凸模143.2凹模的设计143.2.1凹模厚度H的计算143.2.2凹模长度和宽度153.2.3凹模材料153.2.4凹模固定方法153.3凸模的设计153.3.1凸模强度压应力校核153.3.2凸模材料16四、 基本冲模结构的确定174.1模具的形式174.2定位装置174.3卸料装置174.3.1条料的卸除174.3.2废料及工件的卸除174.4导向装置174.5 模架17五、 级进模主要零件设计185.1凸模固定板设计185.2垫板设计185.3卸料板设计185.4模座的选择18六、 压力机校核196.1模柄孔的校核196.2模具闭合高度的校核196.3压力机工作台尺寸的校核196.4冲裁力校核19七、 冲压工序卡20八、 设计心得21九、 参考文献22 项目设计任务书一 设计（论文）的原始资料及依据工件名称：垫片材料：10钢料厚：1mm批量：5万件二.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，Proe三维建模，设计计算说明书一份。三.对设计说明书、论文撰写内容、格式、字数的要求设计说明书内容：1. 封面、目录2. 任务书及产品图3.制件的公艺性分析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.附工艺卡片14.附主要参考资料（文献）。四.时间进度安排；顺序阶段日期（周）计 划 完 成 内 容备注12-3分析冲压零件工艺性，确定冲压工艺方案。24-5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。36-7进行工艺计算。选择压力机，绘制模具草图48-10三维建模611绘制模具总装图及零件图，设计总结及答辩712-13编写设计说明书814答辩25一、 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，该零件为菱形片落料圆形冲孔，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1.0mm, 可得出c=8-8.22=3.9mm, 1.5t=1.5mm）。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10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IT12级精度，普通冲裁可满足要求。2) 粗糙度、断面质量查冲压工艺与模具设计（第二版）表2.6.7得，一般冲裁件冲材料厚度t1.0mm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。二、 冲压工艺计算2.1排样此零件斜排能够提高材料的利用率不大，并且设计计算复杂，采用直排有废料排样因此。并采用有侧压模具，排样图见2-1-1。 图2-1-1 排样图 2.1.1搭边 查冲压工艺与模具设计（第二版）表2.5.2得，当t=1.0mm时，确定侧搭边值a=1.5mm,工件间搭边值a1=1.5mm。 2.1.2条料宽度和导尺间距离采用有侧压装置送料。条料宽度：B=（D+2a+） 式（2.5.2）式中 B条料宽度的基本尺寸，mm; D条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸，,mm； a侧面搭边； 条料下料剪切公差。 得D=62mm a=1.5mm =0.5mm B=（62+21.5+0.5）=65.5mm 2.1.3送料步距级进模送料步距S=D+a1=40+1.5=41.5mm 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（2.5.1）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2-1-4 a=63/2=31.5 b=90-a=58.5 A=(2031.5/360+858.5/360+(20+8)19.62/2-(11/4+ 4.1/2)4 =(109.96+32.67+274.68-95.03-26.14)4 =1183.48 BS=65.541.5=2718.25材料利用率： =A/BS100 =1183.48/(65.541.5)100 =43.542.2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： Fp=KLt 式（2.4.1）式中 Fp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10钢，=255333，取=300 K修正系数，一般取k=1.3 冲孔冲裁力Fp孔 其中L孔=22+28.2=38.4mm Fp孔=1.338.41.0300=47048N 取Fp孔=47KN落料冲裁力Fp落其中L落=4（40+19.62+16） =155.13mmFp落=1.3155.11.0300=60502N取Fp落=60.5KN 冲裁力Fp=Fp孔Fp落 =47+60.5=107.5KN 2.2.2卸料力、推件力与顶件力的计算常用下列经验公式：Fq=KFp 式（2.4.2） Fq1=nK1Fp 式（2.4.3） Fq2=K2Fp 式（2.4.4）式中：K、K1、K2分别为卸料力系数、推件力系数、顶件力系数，查冲压模具设计得K=0.045，K1 =0.055，K2 =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FP=Fq+ Fq1 +Fp 卸料力Fq =0.045107.5=4.84KN冲孔推件力Fq1（1） =50.05547=12.925KN 落料推件力Fq1（2）=10.05560.5=3.33KN总冲压力FP=Fq+Fq1（1）+Fq1（2）+Fp=4.84+12.925+3.33+107.5=127.1KN 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 =139.8165.2 ，查冲压手册表得，选择开式压力机J2325，公称压力250KN，模柄直径50mm，深度70mm。 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小孔 41.52+L大孔 41.5 ）/（L落 +L小孔+L大孔）=17.029mm 式（2-13）压力中心到X轴距离Y近似看作0，则压力中心坐标为（17.029,0）。三、 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（22 8.2 ），设计时大孔小孔参考图2.3.1。 冲孔件时，尺寸为内形尺寸，基准型面为凸模。选取凸凹模精度为IT6、IT7。dp=（dmin+x） 式（2.2.3）dd=（dp+2Cmin）其中 dp冲孔凸模刃口尺寸； dd冲孔凹模刃口尺寸； x摩擦系数,查表2.3.1取得； 工件孔径公差，mm; p凸模下偏差，可按IT6选取，mm； d凹模上偏差，可按IT7选取，mm； 2Cmin凸、凹模最小初始双面间隙，mm，查表2.2.3； 查表22 IT12=0.21mm，8.2 IT12=0.15mm冲22孔： 凹凸模分别按照IT6、IT7级加工制造， 查表对应IT6=0.012，IT7=0.021 2Cmin=0.100mm，2Cmax=0.140mm 则：2Cmax-2Cmin=0.04mm +2Cmax-2Cmin 0.0340.04，（满足间隙公差条件） dp=（22+0.750.021）=22.16 mmdd=（22.09+2Cmin）=22.26mm 冲8.2孔： 凹凸模分别按照IT6、IT7级加工制造， 查表对应IT6=0.009，IT7=0.015 2Cmin=0.100mm，2Cmax=0.140mm 则：2Cmax-2Cmin=0.04mm +2Cmax-2Cmin 0.0240.04，（满足间隙公差条件） dp=（8.2+0.750.15）=8.31 mmdd=（8.29+2Cmin）=8.41mm 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。 零件公差等级IT12，磨损后尺寸变大的有： A1=62（） Aj1=(Amax-x） 表2.3.2 A2=40（） Aj2=(Amax-x） 表2.3.2 选取凸凹模精度为IT6、IT7。取x=0.75 Aj1=（62-0.750.30）=61.78mm Aj2=（40-0.750.25）=39.94mm落料凸模加工技术要求：刃口尺寸按落料凹模的实际刃口尺寸配制，保证双面间隙值：0.10.14mm。 3.2凹模的设计3.2.1凹模厚度H的计算凹模厚度：H=Kb 式中 K系数，查表得K=0. b工件最大外形尺寸 H=.=mm取凹模厚度为25mm凹模壁厚：C=（1.52）H 取C=3mm3.2.2凹模长度和宽度B=62+2C=132mmL=2C+41.5+40=151.5mm选用四导柱模架，按照模具设计速查手册取LBD0=2001602003.2.3凹模材料凹模材料一般选择Cr12MoV3.2.4凹模固定方法凹模与下模座用4个M8的螺栓装配，4个M6的销钉固定。3.3凸模的设计凸模的长度L=h1h2t（1520）mm式中： h1为凸模固定板的厚度 h2为卸料板的厚度 t为导料板的厚度 1520mm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，凸模固定板与卸料板的安全距离。 L=20+20+1+19=60mm3.3.1凸模强度压应力校核校核公式为： 式（3-8）式中 P冲孔冲裁力，N，P=47KN，F凸模最小断面积，F=r=3.144.1=52.8mm，凸模材料的许用压应力，MPa，材料为Cr12MoV，查手册，=(10001600)Mpa。因为 =890MPa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四、 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有侧压装置定位。凹模上采用始用挡料销。4.3卸料装置4.3.1条料的卸除采用卸料板。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。五、 级进模主要零件设计5.1凸模固定板设计凸模固定板形状为矩形135155,厚度约为（0.6-0.8）H凹，取厚度为20mm。5.2垫板设计垫板厚度一般为612mm，取10mm。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，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。5.3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=20mm，卸料板材料选45钢，冲裁时起压料作用。2）卸料板上成形孔的设计。取卸料板与凸模的双面间隙为0.10.3mm。5.4模座的选择 四导柱模架查冲压模具设计手册表1-79得LB取200160范围，高度H取170190。导柱28150.导套2810038。六、 压力机校核初选压力机为公称压力250KN的开式压力机。该压力机的主要参数：公称压力250KN滑块行程80mm最大封闭高度250mm封闭高度调节量70mm工作台尺寸560360模柄孔尺寸50706.1模柄孔的校核模柄的尺寸为5070，上模座厚度为40mm，则模柄伸出上模座的高度为30mm70-5mm，因此合适。6.2模具闭合高度的校核模具的闭合高度H=40+10+20+15+20+1+25+45=176mm，而压力机的最大封闭高度250mm，其调节量为70mm，则压力机的最小闭合高度为180mm，大于模具的闭合高度，所以此项也可满足要求。6.3压力机工作台尺寸的校核查手册，该型号模座的外形尺寸为：290260mm，压力机的工作台尺寸为560360mm，符合每边留出60100mm的要求，用来安装固定模具用的螺栓、垫块和压板，所以合适。6.4冲裁力校核冲裁合格产品所需的冲裁力P为127.1KN压力机的公称压力250KN，所以合适。综上所述：此250公称压力开式压力机符合要求七、 冲压工序卡垫片冲压工序卡（厂名）冷冲压工艺卡片产品型号零（部）件名称托板共1页产品名称垫片零（部）件型号第1页材料牌号及规格材料技术要求毛坯尺寸每毛坯可制件数毛坯重量辅助材料10钢条料165.51000