冲压垫片冲孔落料复合模设计说明书.doc

目 录 一 序言 -1二 设计任务书及零件图-2三 垫片冲压工艺分析-4四 垫片冲压工艺方案的确定-5五 垫片冲模结构的确定-6六 压力计算与压力机的选择-7七 模具刃口尺寸和公差的计算-9八 凸模、凹模、凸凹模的结构设计-11九 模具总体设计及主要零部件设计-13十 参考资料-16 一 序言现代工业的迅猛发展使冲压技术得到越来越广泛的应用,随之而来的便是对冲压模具设计与制造的要求越来越高。冲压模具是冲压生产的主要工艺设备,其设计是否合理对冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等影响巨大。因此，研究冲压模具的各项技术指标，对冲压模具设计和冲压技术发展是十分必要的。我们这次课程设计的任务是设计一套垫片落料、冲孔复合模，即由老师给出零件及生产要求与精度要求，在老师的指导下设计出一套符合要求的复合模。由于是初次设计,经验不足，因此在设计过程中难免走了不少弯路，犯了不少错误,但是这些都将成为我们以后进行设计的宝贵经验。虽已经过多次计算、修改，但仍可能还存有疏漏和不当之处，敬请批评、指出。在此次设计过程中，得到了XXX老师的和广大同学的热心帮助，获益非浅,在此表示衷心的感谢。 XXX 年月日二 设计任务书及产品图2.1 已知：（1）产品零件图：（2）材料：45钢（冷扎，退火） （3）批量：200万件/年（4）料厚：1.5mm2.2 求作：（1）进行冲压工艺性分析（从材料、零件结构、尺寸精度几个方面进行） （2）确定工艺方案及模具结构类型 （3）进行相关工艺计算，包括：排样设计；冲压力计算及压力中心的确定；凸凹模刃口尺寸计算；模具零件结构尺寸计算；设备选择等。（4）绘制模具总装配图（5）绘制工作零件及主要零件的零件图 （6）编写课程设计说明书 2.3 要求： 根据所设计工件的尺寸、形状、批量等原始数据和要求，每人独立设计、绘制完成一套冲压模具。包括：（1）模具装配图1张（按照1：1比例，或适当比例）；（2）模具工作零件图2-3张（按照1：1比例，或适当比例）；（3）设计说明书1份；三 垫片冲压工艺分析3.1 产品结构形状分析 由图可只，产品为圆片落料、圆片冲孔。产品形状简单，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c大于1.5t。3.2产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析要求普通冲裁尺寸精度低于IT13级，现在产品的设计精度低于IT13级，所以尺寸精度满足要求。因为一般用普通冲裁方式冲2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达12.53.2m,毛刺允许高度为0.010.05mm；本产品在断面粗糙度和毛刺高度上没有太严格的要求，所以只要模具精度达到一定要求，冲裁件的断面质量可以保证。3.3产品材料分析 对于冲压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45钢，属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度和塑性指标适中，经退火后，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。另外产品对于厚度和表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品的表面质量和厚度公差就可以保证。经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。四、垫片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3种。 方案一：采用单工序逐步加工特点：由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便。但生产率低，工件精度低，不适合大批量生产。方案二：采用复合模加工成形 特点：生产效率高，平整度好，工件精度高，板料比较薄，但模具制造较复杂，调整维修较麻烦，使用寿命低。方案三：采用连续模加工成形特点：生产率高，便于实现机械化、自动化，但模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低。根据本零件的设计要求，以及各方案的特点，决定采用第2种方案比较合理。五、垫片冲模结构的确定 5.1 模具的形式复合模又分为正装式和倒装式。（1） 正装式特点。工件和冲孔废料都将落在凹模表面上，必须加以清除后才能进行下一次冲裁，因此操作不方便，也不安全，对多孔工件不宜采用，但冲出的工件表面比较平直。（2） 倒装式特点。冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积聚到一定数量，有下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凹凸模承受的张力较大。因此凹凸模的壁厚应严格控制，以免强度不足。经分析，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模。5.2 定位装置采用伸缩式挡料销纵向定位，安装在下模座和活动卸料板之间。工作时，可随凹模下行而压入孔内，工作很方便。采用导料螺栓横向定位。因为它结构简单，使用方便，对模具强度削弱小。5.3 模架若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料。若采用对角导柱模架，则受力平衡，滑动平衡，可纵向或横向送料。若采用后侧导柱模架，则可三方送料。操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑，但模具受力不平衡，滑动不平稳。本设计决定采用中间导柱模架。六 冲压力计算、压力中心的确定及压力机的选择6.1 计算冲压力 冲裁力公式为 P = P孔 + P落 式中 P - 冲裁力； P孔 - 冲孔冲裁力； P落 - 落料冲裁力。（1） 冲孔冲裁力P孔。 P孔 = K L孔 t式中 K- 系数，查表取 K = 1.3; L孔- 冲孔周长，L孔mm; t- 材料厚度，t = 1.5mm; - 材料抗剪强度，MPa,查手册，45钢退火，= 440560 MPa，取= 500 MPa。 所以 P孔 = K L孔 t（N） 取 P孔 = 42.9（KN）（2） 落料冲裁力P落 P落 = K L落 t L落 = (mm)所以 P落 = （N）取 P落 = 110.3（KN）（3） 卸料力 Px。 Px = Kx P落式中 Px - 卸料力； Kx - 卸料系数，查表Kx = 0.040.05，取Kx = 0.045所以 Px = （KN）（4）推料力 Pt。 Pt = Kt P孔 n式中 Kt- 推料系数，查表取Kt = 0.055 n - 同时卡在凹模洞孔内的件数，取 n = 3 所以 Pt = （KN）(5) 顶件力Pd。 Pd = Kd(P孔 + P落)式中 Pd- 顶件力； Kd- 顶件系数，查表取Kd = 0.06 所以 Pd = （KN）（6）总冲压力P总。冲裁时，压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和，即大于总的冲压力。总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同，当采用弹压卸料装置和下出件的模具时，总的冲压力为P总 = P + Px + Pt = P孔 + P落 + Px + Pt = （KN） 初选压力机：J23-16 6.2 计算模具压力中心 由于该零件完全对称于相互垂直的两条对称线，所以模具的压力中心在几何图形的中心点上。七 计算模具刃口尺寸7.1 冲孔凸凹模 dt =（dmin + x1） da = （dmin + x1 + Zmin） 凹模型孔中心距La = (Lmin + 0.52) 0.1252 (mm)以上各式中 dt- 冲孔凸模刃口尺寸； da - 冲孔凹模刃口尺寸； dmin - 冲孔件孔的最小极限尺寸，mm, dmin = 7mm; x- 系数，查表x = 0.5； 1- 工件孔径公差，mm, 1 = 0.20 mm; t- 凸模刃口尺寸制造偏差，mm，查表t = -0.02mm a- 凹模刃口尺寸制造偏差，mm，查表a = +0.02mm Zmin - 凸凹模最小初始双面间隙，mm, 查表Zmin = 0.17; Lmin - 工件最小极限尺寸，mm, Lmin = mm; 2 - 工件两孔中心距公差，mm, 2 = mm.所以 dt = （mm） da = (mm)校核因为 Zmax Zmin = 0.23 - 0.17 = 0.05 (Zmax是凸、凹模最大许用双面间隙，查表Zmax = 0.23)满足 Zmax Zmin所以冲孔凸、凹模刃口尺寸设计合理。7.2落料凸、凹模 Da = (Dmax x) Dt = (Da Zmin) 式中 Da - 落料凹模刃口尺寸，mm; Dt - 落料凸模刃口尺寸，mm; Dmax - 落料件最大极限尺寸，mm, Dmax = 36mm - 落料件外径公差，mm, = 0.64mm; X - 系数，查表X = 0.5； t- 凸模刃口尺寸制造偏差，mm,查表t = -0.02mm; a - 凹模刃口尺寸制造偏差，mm,查表a = -0.03mm; Zmin - 凸、凹模最小初始双面间隙，mm,查表Zmin = 0.17mm.所以 Da (mm) Dt (mm)校核 因为 Zmax Zmin = 0.23 - 0.17 = 0.05 (Zmax是凸、凹模最大许用双面间隙，查表Zmax = 0.23)满足 Zmax Zmin所以落料凹模和凸模刃口尺寸设计合理。八 凸、凹模及凸凹模的长度确定和强度校核8.1 落料凹模 (1) 厚度Ha Ha = K式中 K - 修正指数，查表K = 1.25（因为L落 = 113.1）； P落 - 落料冲裁力，N，P落 = 110300 N = 110.3 KN. 代入 Ha = （mm）取 Ha = 28mm(2) 长度和宽度L、B。 L = Da + 2 W1式中 W1 - 垂直于送料方向的凹模型孔壁间最大距离。 W1 1.2 Ha （mm）所以 L = Da + 2 W1 = （mm）取 L = B = 103(mm)8.2 冲孔凸模长度及强度校核（1）冲孔凸模长度L。 L = Ht + l自 Ht = (0.6 0.8) Hk H孔 = K 以上各式中 Ht - 凸模固定板厚度； Hk - 冲孔凸模厚度； P孔 - 冲孔冲裁力，P孔 = 42.9 KN K - 系数，根据L孔（mm）,查表得K = 1； l自 - 凸模自由长度； Ha - 落料凹模厚度，Ha = 28 mm.所以，H孔 = K = (mm)，取Hk = 15 mm Ht = (0.6 0.8) Hk = mm,取Hk = 10 mm l自 = Ha = 28 mm（考虑落料前冲孔凸模先接触板料，取l自 = 28.5 mm）所以 L = Ht + l自 = 10 + 28.5 = 38.5 （mm）（2） 凸模强度 - 压应力校核。校核公式为 式中 P孔 - 冲孔冲裁力，N, P孔 = 30615 N； Fmin - 凹模最小端面，; Fmin = - 凸模材料的许用压力，MPa,若凹模材料选用Cr12,查手册， = （10001600）MPa，取 = 1200 MPa。 因为 MPa 所以凸模强度符合要求。8.3 凸凹模长度确定，壁厚校核（1）凸凹模长度Hta确定。 Hta = H0 F0 + Hx210 = （mm）式中 H0 - 弹簧的自由长度，mm，H0 = 80 mm； F0 - 弹簧压缩量，mm，F0 = 6.05 mm； Hx - 卸料板厚度，mm，取Hx = 10 mm。（2）凸凹模壁厚校核。查表，倒装复合模凸凹模最小壁厚nmin = 3.8 n = 所以满足最小壁厚nnmin的要求，按图设计的凸凹模符合要求。九 模具总体设计及主要零部件设计9.1 模具的总体设计本模具选用适合于单个半成品件冲裁的中间导柱标准模架。这种模架的导柱安装在模具中心对称位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具偏斜，并且便于在卸料板上安装导套。定位板对冲压件起定位作用.弹性卸料板上有与凸模相配合的导向孔,并在卸料板两侧装有两导套与导柱配合,因此该卸料板除了有卸料作用外,在冲孔时还起到压件和对凸模的保护作用.冲出的废料可通过凹模的内孔从冲床台面孔漏下。 上模座：L/mmB/mmH/mm=20020050下模座：L/mmB/mmH/mm=20020060导柱： d/mm L/mm=32210 导套： d/mm L/mmD/mm=3211548垫板厚度取:10mm凸模固定板取:10mm(0.6-0.8)卸料板厚度取:10mm(10-20)mm 模具闭合高度:=60+10+72+10+25+28+72+60+50=265(mm)9.2 弹簧的选择（1） 单个弹簧所承受的负荷P0.已只总卸料力Px = 5000 N设卸料弹簧个数为n = 8个所以 N(2) 根据P0的大小，从标准中初选弹簧规格。初选弹簧参数：弹簧中径D2 = 30 mm;弹簧钢丝直径d = 6 mm;节距 = 7.8 mm;最大许用工作负荷 = 1312 N；最大负荷下的许用压缩量 = 12.7 mm;弹簧的自由长度H0 = 80 mm;弹簧有效圈数n = 9.1；最大负荷下的单圈变形量f = 1.4 mm.(3) 弹簧压缩量F0。 F0 = （mm）(4) 校核弹簧最大压缩量。校核公式 式中 - 最大负荷下的许用压缩量，mm; = 12.7 mm; F0 - 弹簧压缩量，mm; F0 = 6.05 mm; F - 卸料板工作行程，mm;取F = 料厚 +1=1.5+1=2.5 mm; - 凸凹模修磨余量，mm; = 410 mm，取 = 4 mm.所以 6.05 + 2.5 + 4 = 12.55mm 12.7mm弹簧规格符合要求，弹簧的个数为8个。9.3 卸料板的设计（1）卸料板的形状及尺寸。卸料板直径视设计情况定，厚度Hx = 10 mm；卸料板材料需选A3。（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0.10.3 mm。所以卸料板