冲压模具课程设计-U形槽矩板级进模设计（全套图纸三维）.pdf

湖南生物机 电职业技术 学院 冷冲模课程设计冷冲模课程设计 全套图纸，加 153893706 题目题目：U 形 槽矩板级进模设计 专专 业业： 模具设计与制造 班班 级级： 模具 13383 班 姓姓 名名： 指 导 教 师指 导 教 师 ： 2015 年年 11 月月 11 日日 目目 录录 一 冷冲压工艺分析. 2 1.1 零件工艺性分析 . 1 1.2 结构分析 . 1 1.3 精度分析. 1 二 确定工艺方案. 2 三 确定毛坯画出排样图. 3 3.1 排样与材料利用率 . 3 3.2 固定板排样与材料利用率 . 4 四 确定模具类型. 7 4.1 凹模设计主要内容 . 7 4.2 凹模型孔侧壁形状的确定 . 8 4.3 凹模外形与装配结构 . 9 4.4 凹模外形的确定 . 9 五 主要零件图和总装图. 11 5.1 凸凹模 . 11 5.2 落料凹模 . 12 5.3 垫板 . 13 5.4 凸模 . 14 5.5 卸料板 . 14 5.6 导套 . 14 5.7 总装图 . 15 六 模具工作部分尺寸计算. 18 7.1 计算冲裁力公式 . 20 7.2 计算相关卸料力、推件力和顶件力公式 . 20 7.3 固定板冲压力的计算 . 21 7.4 压力机的选择 . 22 总 结. 23 参考文献. 24 致 谢. 25 1 一一 冷冲压工艺分析冷冲压工艺分析 1.1 零件工艺性分析零件工艺性分析 1.零件：固定板 2.材料：08 钢 3.批量：大批量 4.料厚：2.0mm 1.2 结构分析结构分析 零件结构容易对称，方便冲裁加工。零件冲压两个圆孔，孔尺寸为 10mm， 符合冲裁最小孔径 min d=10mmmm0 . 20 . 1=t的要求，此外，通过冲裁的最小孔 边距 min l=5mmmm0 . 35 . 1=t要求，所以，该零件结构满足于冲裁要求。 1.3 精度分析精度分析 工件上有 4 个尺寸未标注公差要求，从公差表查得其公差要求均属于 IT13，普通冲裁可以达到零件的精度要求。 2 二二 确定工艺方案确定工艺方案 落料冲孔零件，加工方案可以使用如下： 方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。 方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。 方案三：冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。 方案一模具结构固然简单，但是需两道工序、两副模具，生产效率比较 低，零件的精度差，不适用于生产批量较大的情况下。方案二需 1 副模具，冲 压件的形位精度和尺寸精度容易保证，而且生产效率很高。虽然模具结构比方 案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。方案三也只需 一副模具，生产效率也很高，与方案二比生产的零件精度稍差。保证冲压件的 形位精度，必须在模具，导向销的导向设计，模具制造，装配是稍微复杂的复 合模具。 检查在凸模和凹模的复合模壁的厚度，当材料厚度 t 为 2.0mm，凸模、凹 模、凸凹最小壁厚为 5.0mm，因此采用方案二。 3 三三 确定毛坯画出排样图确定毛坯画出排样图 3.1 排样与材料利用率排样与材料利用率 1、排样的概念与方法 冲裁件在板料、带料或条料上布置排列的方法称为排样。排样设计的内容 包括：选择排样方法、确定搭边数值、计算条料宽度、计算送料步距、计 算材料利用率、绘制排样图。 好的排样，可以减少废品率，保证制件的质量，使模具结构简单，使用寿 命延长。 排样时，制件与制件间，制件与条（板）料边缘之间的余料称为搭边。搭 边过大，浪费材料；搭边太小，可能会被拉入凸模和凹模的间隙，使模具 容易磨损，甚至损坏模具刃口。一般来说，材料越厚，越软以及冲裁件尺 寸越大，形状越复杂，则搭边值也应越大。搭边值通常是由经验值确定。 根据冲裁件在条料上的布置方法，排样有直排、斜排、对排、混合排等多 种形式。在冲压生产中，减少废料的产生是节约成本的有效措施之一。采 用何种方式需要分析哪种排样方式的材料利用率比较高。 2、排样图的画法 一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸 B、条料长度 L、板料厚度 t、端距 l、步距 S、工件间搭边和侧搭边 a;并以剖面线表示冲压位置。 其中条料长度 L 的给定可以计算出加工该制件需要的条料数目或钢板数 目，便于采购原材料。需要注意的是计算出的数值只是理论数值，在采购 时考虑冲压时出现的废品量。 排样图不仅要表示清楚冲裁件轮廓形状和冲压顺序，还要表示出凸模刃口 的截面形状、凹模的型孔形状、数量和位置。而且沿送料方向应画出数个 制件的外形形状，表示落料后留在条料上的废料孔的形状。 如果是对排等多排排样图，或者双、多凸模结构，在条料上的工件轮廓至 少画出三个，用带阴影的线表示出凹模型孔的位置与形状，粗实线表示已 经冲完的孔，用双点划画表示预冲工件。这样才能清楚地表达出制件的冲 4 裁过程，并使凹模上型孔间的尺寸关系非常清楚，计算方便。 3、如何计算材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率。材料利用率 是衡量合理利用材料的经济性指标。要确定材料利用率，首先要确定关料 步距 S。 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，简称跳距。送料步距的大小 应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。一个步距就等于零件直 径与两个两件间搭边值的和。 材料利用率的具体公式为： %100 BS A = 如果是板料冲裁，也可以用如下公式： %100 n 1 = LB A 总 式中 A1 一个工件的实际面积； n 一张板料上能加工工件的总数量； L 板料长度； B 板料宽度； 排样时搭边值的选取直接影响到材料利用率的大小，但是提高材料利用率 不能以提高模具制造难度为代价。 3.2 固定板排样与材料利用率固定板排样与材料利用率 固定板外形类似于矩形，一般可以采用直排或者多排，但是由于该制件尺 寸较大，所以采用单排直排的排样方案如下所示。 5 图 3-1 排样方案一 图 3-2 排样方案二 6 图 3-3 排样方案三 A：排样方案一材料利用率 条料宽度 B=50+22.5=55mm 步距 S=60.5mm 已知制件面积 A2194.5mm 2 .一个步距的材料利用率为： %100 BS A =%100 5 . 6055 5 . 2194 =66.0% B：排样方案二材料利用率 条料宽度 B=80+22.5=85mm 步距 S=52.5mm 已知制件面积 A2194.5mm 2 .一个步距的材料利用率为： %100 BS A =%100 5 . 5285 5 . 2194 =49.2% C：排样方案三材料利用率 条料宽度 B=50+22.5=55mm 步距 S=82.5mm 已知制件面积 A2194.5mm 2 .一个步距的材料利用率为： %100 BS A =%100 5 . 8255 5 . 2194 =48.4% 通过上面材料利用率的计算知，排样方案一利用率最高，故采 用方案一。 7 四四 确定模具类型确定模具类型 4.1 凹模设计主要内容凹模设计主要内容 凹模设计时的主要内容包括： 1、 确定凹模材料； 2、 确定凹模型孔侧壁形状； 3、 确定外形形状与装配结构； 4、 确定凹模周界尺寸； 8 5、 确定凹模板上型孔、螺钉孔、销钉孔的位置及尺寸等； 6、 确定凹模板的厚度尺寸。 4.2 凹模型孔侧壁形状的确定凹模型孔侧壁形状的确定 、凹模刃孔口结构 凹模刃口结构有直壁式、斜壁式两类。从刃口强度方面，直壁式刃口比斜 壁式高；从加工角度，斜壁式刃口更容易加工。一般情况下，全直壁式型孔和 斜壁式只适用于逆出式模具，顺出式模具常用阶梯形直壁型孔；漏料口可以采 用钻孔或铣削制成。但是无论采取哪种结构，都要注意凹模刃口高度 h 的取 值。 、废料堆积 在选择刃口形式时，还要考虑防止废料堆积的问题。以下是常见的容易产 生废料堆积的因素： 1、 凹模刃口有效高度（直线部位）过长； 2、 骨表面让位形状不适合； 3、 凹模内部的表面较粗糙； 4、 凹模、模具垫板、模座的孔中心偏移造成台阶； 5、 冲裁废料相互连接，呈棍状下落时，堆积住让位孔； 6、 废料带磁性； 7、 薄板或小孔冲裁，因冲裁废料重量轻，即使一个小障碍也会导致废料 堆积。 例如，凹模刃口有效高度 h 过大，在冲裁过程中积存在凹模型孔内的落料 件或冲孔废料的片数将增加，结果一方面是凸模受到的反顶力增大，会使 凸模，尤其是细长凸模在冲压时容易损坏。另一方面孔口内堆积材料过 多，会直接导致凹模刃口崩裂，导致模具报废等严重后果。所以在设计时 要综合考虑刃口形状。 又如在冲裁 0.5mm 以下的薄板时，台阶式直壁凹模孔口容易塞料，材料从 孔口被推出后，材料会在凹模内翻转，所以，凹模底部扩孔尺寸不宜过大 （一般比型孔尺寸大 0.51mm），否则容易因为材料的翻转导致堵塞孔 口，导致废料堆积；而斜壁式则可防止废料转落，减少由于废料堆积带来 9 的故障，但是孔口是倾斜的，刃口强度不如直壁式高。 、废料回跳 冲裁时，废料回跳会引起制件质量缺陷、模具损伤等，特别是薄板小径冲 裁，凹模之间的约束力较少的切边容易引起废料回跳。废料产生回跳的主 要原因有真空产生的吸附、吸附到凸模刃口处、油液产生的吸附、凸模的 磁力和凹模压缩空气引起的负压等。一般的冲裁间隙中，排出废料的尺寸 小于凹模孔径尺寸，也容易发生回跳。 解决废料回跳的方法有以下几种： 1、 选用特种凸模 斜刃口凸模、顶料凸模、带气孔凸模等。 2、 凹模结构改变 以真空产生吸引，增加刃口内面的粗糙度，切刃采 用微小侧角等。 3、 其他措施 改变轮廓形状，减小冲裁间隙，加大凸模进入凹模的深 度。 4、 专用防废料回跳型凹模 一些提供模具标准件的厂家，有一种防废 料回跳型凹模。在这种凹模内表面加工了两条以上的斜槽，这样在 冲裁时，冲裁废料被压入凹模型孔，废料对应于凹模斜槽的小突起 部位，再经过凸模往下压，突起部位会被凹模侧面压缩，因而达到 防止废料回跳的作用。但是由于是通过在废料上形成小突起部位而 防止回跳的，所以这种结构不适合精密孔冲裁、下料等情况。 4.3 凹模外形与装配结构凹模外形与装配结构 确定凹模尺寸前，要先考虑凹模的外形及装配结构。 凹模的外形有圆形和矩形，装配结构有整体式和镶拼式，刃口也有平刃 和斜刃。实际生产中，在凹模上开设所需要的凹模型孔，用螺钉、销钉 将凹模板直接固定在下模座上。 由于该制件外形近似于矩形，且尺寸不大，所以该套模具凹模外形为矩 形，并采用整体式凹模结构。 4.4 凹模外形的确定凹模外形的确定 1）、确定原则 凹模外形尺寸指的是凹模板的整体尺寸。凹模的外形有矩形和圆形两 10 种，需要根据模具结构确定。下面以矩形凹模为例说明如何确定凹模板 尺寸。 凹模板的尺寸包括长（L）宽（B）高（H），从凹模刃口（bl）至 凹模板外边缘的最短距离称为凹模壁厚 C。 凹模壁厚 C 值的选取直接影响凹模板登外形尺寸，即长度 L 与宽度 B 的 值。其最小值可以参考 凹模外形尺寸并不能简单地从凹模型孔向四周扩大一个壁厚 C 来决定， 因为凹模板上还会有定位零件，如导料板等结构、还要考虑凹模板的安 装尺寸等。在确定凹模外形尺寸时，还需要注意如下身体上内容： 1、 相关螺纹孔、销钉孔与刃口边的最小距离； 2、 螺纹孔与销钉孔与刃口之间的最小距离； 3、 弹性元件的外形尺寸； 4、 进料方式； 5、 定位、定距方式。 在实际生产计算中，螺孔中心到刃口边缘或者销钉孔边缘的距离，一般可以 按照1.52d 取最小值。 冲模中的定位销常选用圆柱销，选用直径与螺钉直径相等或小一个规格，一 组定位采用两个销钉，在模具内部的长度一般是其直径的 22.5 倍。 固定常采用内六角螺钉，这类螺钉坚固可靠，螺钉头不外露，整个模具外形齐 整。拧入铸铁件的螺钉深度一般是螺钉的 22.5 倍；拧入一般钢件的深度是螺 钉直径的 1.52 倍。螺钉直径的选用与模板厚度有关，如表 2-23 给出了凹模固 定用螺钉直径与凹模厚度的关系。 表 2-23 固定螺钉直径与凹模厚度的关系 凹模厚度/mm 13 1319 1925 2535 35 螺钉规格 M4、M5 M5、M6 M6、M8 M8、M10 M10、M12 2）、固定板模具的凹模周界尺寸 确定凹模周界时，首先将凹模刃口 1：1 绘制出来，然后以此为界画一个外框， 由于本例中选择 M8 螺钉和 6 的销钉，所以以该线框为界向外扩展 2 倍直径， 即是螺钉、销钉中心线位置；再由此位置往外扩展 2 倍直径尺寸，即是凹模周 界尺寸，则推出凹模周界尺寸为 88.5mm 78mm，根据标准模架，选择 11 160mm125mm。 五五 主要零件图和总装图主要零件图和总装图 5.1 凸凹模凸凹模 凸凹模与凸凹模固定板的采用 H7/m6。材料采用 Cr12MoV，调质处理至 5055HRC。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作并保证最小间隙为 Zmin=0.246mm,内形刃口尺寸按凸模尺寸配做并保证最小间隙为 Zmin=0.246mm，凸 凹模形状如下图 5-1 所示。 12 图 5-1 凸凹模 5.2 落料凹模落料凹模 凹模的结构形式和固定方法：凹模采用圆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，形状如图 5- 2 所 示。 13 图 5- 2 落料凹模 5.3 垫板垫板 垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力，以防止模座被挤压损 伤。 是否要用板，可按下式校核： P=F 1 2/A 式中 P凸模头部端面对模座的单位面积压力； F 1 2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 14 力，因此在工作零件与模座之间加垫板。 垫板用 45 号钢制造，淬火硬度为 HRC4348，其尺寸规格为： 160mm125mm6mm。 上下面须磨平，保证平行。 5.4 凸模凸模 凸模材料采用 Cr12MoV，凸模工作端（即刃口）调质处理至 HRC50 55，凸模尾端淬火后，硬度为 HRC 4348 为宜，形状如图 5-3 所示。 图 5-3 凸模 5.5 卸料板卸料板 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：160mm 125mm 12mm，材料 为:45#。 5.6 导套导套 导套材料采用 20#，导套先淬火再回火至 HRC4045，形状如图 5-4 所示。 15 图 5-4 导套 5.7 总装图总装图 图 5-5 主视图 16 图 5-6 剖视图一 图 5-7 剖视图二 17 图 5-8 明细表 说明 本模具是倒装复合模，采用刚性推件装置把卡在凹模中的冲件推下，刚性 推件装置由打杆 12 和推件块 8 组成。冲孔废料直接由冲孔凸模 24 从凸凹模 6 内孔推下，无顶件装置。 18 六六 模具工作部分尺寸计算模具工作部分尺寸计算 计算刃口尺寸需要遵循以下原则： 1、 落料件光亮带处于大端尺寸，其光亮带是因凹模刃口挤材料产生 的，且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸；所以落料外形 尺寸主要决定与凹模孔口尺寸，即落料模需要先计算凹模尺寸。 2、 冲孔件光亮带处于小端尺寸，其光亮带是凸模刃口挤切材料产生 的，且冲孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸；所以冲孔孔径 尺寸主要决定于凸模尺寸，即冲孔模需要先计算凸模尺寸。 3、 凸、凹模刃制件应有合理间隙值。不管落料还是冲孔，冲裁间隙 一般选用最小合理间隙值（Zmin）。 4、 凸、凹模刃口计算公式由于落料与冲孔的基准尺寸不同而不同。 落料时，首先确定凹模刃口尺寸，凸模刃口的基本尺寸等于凹模 刃口的基本尺寸减去最小间隙值得到；冲孔时，首先确定凸模刃 口尺寸，凹模基本刃口尺寸等于凸模刃口的基本尺寸加上最小间 隙值得到。具体公式见表 2-16 所示。 5、 凸、凹模的制造公差应与制件尺寸精度相适应，偏差值按照入体 原则标注。 综上所述，计算刃口尺寸的基本步骤如表 2-16 所示。 表 2-16 分开加工法刃口尺寸计算基本步骤 序号 步骤 公差 依据 1 确定间隙值 Z/mm (双边值) Z=DA- dT DA凹模尺寸（Dd） dT凸模尺寸（d p） 查表确定或经验值确定 落料时，首先确定凹模刃口尺寸 DA DA=（Dmax- ）(+0/) 冲孔时，首先确定凸模刃口尺寸 d p 19 2 确定凸、凹模基准 刃口尺寸/mm d p=（dmin+ ）（0/-） 磨损系数；制件公差 区分落料和冲孔工序： 落料尺寸=凹模尺寸 冲孔尺寸=凸模尺寸 3 计算凸、凹模刃口 尺寸/mm 落料时，凸模刃口的基本尺寸 d p= DA- Zmin 冲孔时，凹模基本刃口尺寸 Dd= d p+ Zmin 4 刃口偏差/mm 凹模刃口偏差(+0/) 凸模刃口偏差（0/-） 入体原则 5 刃口精度/mm 凹模刃口公差+凸模刃口公差 Zmax- Zmin 与制件尺寸精度相适应 计算设计基准刃口尺寸时，需要查表确定参数 （磨损系数），该值在 0.51 之间。 制件尺寸未标注公差，为了降低工作难度，所以在实际生产中按照 IT14 等级确定各尺寸公差；零件为不规则形状，属于落料件，所以凹模尺 寸按零件图尺寸加工，各尺寸减去一个间隙值即为凸模尺寸。本例中间隙 按表 2-15 选取 0.120。 20 七七 计算工序压力，选用压力机计算工序压力，选用压力机 7.1 计算冲裁力公式计算冲裁力公式 平刃冲裁的冲压力计算公式： F冲=KLt 或 F冲=Lt b 式中 F冲 冲裁力 L 冲裁周长，mm t 制件厚度，mm 材料抗剪强度，Mpa b 抗拉强度； K 安全系数，一般取值 1.3. 7.2 计算计算相关相关卸料力卸料力、推、推件力和件力和顶顶件力公式件力公式 冲裁完毕，从凸模或凸凹模上将制件或废料卸下所需要的力称为卸料力 F 卸 （F x）；从凹模内顺冲裁方向将制件或废料推出所需要的力称为推料力 F推 （F T）；从凹模内逆冲裁方向将制件从凹模孔内顶出的力称为顶料力 F顶 （FD）。 计算公式分别为： 卸料力 F卸=K卸F冲 推件力 F推=nK推 F冲 顶件力 F顶= K顶 F冲 21 式中 K卸，K 推，K顶系数，具体数据可根据制件材料、厚度取值（见表 2-9）； n卡在凹模直壁洞口内的制件（或废料）件数； h刃口高度，mm. 表 2-9 卸料力、推件力和顶件力系数（制件为钢件） 料厚 t/mm K卸 K推 K顶 0.1 0.0650.075 0.1 0.14 0.10.5 0.0450.055 0.063 0.08 0.52.5 0.040.05 0.055 0.06 2.55 0.030.04 0.045 0.05 7.3 固定板冲压力的计算固定板冲压力的计算 固定板冲压力的计算见表 2-10 表 2-10 冲压力的计算 已知制件（落料）周长 L1=198.16mm、L2=31.4mm; b =400Mpa;t=2.0mm 类 别 计算过程 结论 冲 裁 力 F冲=Lt b =198.162.040010 3 KN158.5KN F冲=Lt b =31.42.040010 3 KN25.1KN 158.5KN 25.1KN 模具采用弹性卸料，K卸=0.040.05，K推=0.055 卸 料 力 F卸=K卸F冲=0.05158.5KN7.9KN F卸=K卸F冲=0.0525.1KN1.3KN 7.9KN 1.3KN 推 料 力 F推=nK推 F冲=0.055158.5KN8.7KN F推=nK推 F冲=0.05525.1KN1.4KN 8.7KN 1.4KN 由于该固定板模具采用刚性卸料装置，所以总冲压力的计算公式为： F总= F冲+ F卸+ F推=158.5KN+25.1KN+7.9KN+1.3KN+8.7KN+1.4KN =202.9KN 22 7.4 压力机的选择压力机的选择 1、压力机参数的作用 压力机确定后，需要查取相关参数，如压力机的类型、规格、闭合高度、 工作台尺寸、模柄孔尺寸、滑块行程等。这些参数会影响模具的结构尺 寸，如模具的闭合高度、模架尺寸等的确定。 压力机相关参数及与后续部分工艺计算的联系如表 2-11 所示 表 2-11 压力机相关参数 压力机相关参数 关联工艺数据 关系 公称压力 Fg 总冲压力 F 压力机的公称压力大于总冲压力：FgF 最大封闭高度（装模 高度）Hmax、 Hmin 模具闭合高度 Hm 模具闭合高度在压力机的最大、最小装模高度之间 Hmax5mm Hm Hmin+10mm 滑块行程 模具高度 滑块行程必须满足冲压制件的成形要求；如拉深工艺 时，其行程必须大于拉深件高度的 22.5 倍 工作台垫板尺寸 模具长、宽尺寸；下 模座孔尺寸 压力机的工作台面应大于模具尺寸，并有安装位置，一 般每边大 5070mm 压力机工作台面的孔应能保证冲压件或废料落下 模柄孔尺寸 （直径深度） 模柄尺寸 模柄直径尺寸要等于模柄孔尺寸 模柄高度要小于模柄孔深度尺寸 漏料孔尺寸 凹模型孔尺寸、下模 座相应尺寸 工作台漏料孔尺寸要大于凹模型孔尺寸、下模座相应尺 寸，以免塞料，导致爆模 行程次数 生产效率 2、固定板模具选用压力机 根据总的冲压力（202.9KN），结合工厂实际生产条件，确定采用 JC23-63 型压力机。其主要参数如下： 公称压力：630KN（63tf） 最大封闭高度：220mm 封闭高度调节量：40mm 工作台尺寸：315mm200mm 23 总总 结结 时间飞快的在流逝着，我们也到了离校的时候了。随着毕业日 子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计 终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来 所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有 点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是 对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知 识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么 东西都会