冲压模具课程设计说明书-角垫片冲压模具设计.doc

冲压工艺与模具设计课程设计说明书设计题目： 角垫片冲压模具 学生姓名： 学 号： 系 别： 机电工程系 专业班级： 机械设计制造及自动化专业 班 指导教师： 起止时间：2016年12月27日2016年01月06日东莞理工学院城市学院冲压工艺及模具设计课程设计任务书设计题目（角垫片）冲压模具设计设计内容根据产品图，设计冲裁模具1副（复合模或级进模），主要内容如下：1、 产品零件图1张（纸质版二维图）2、 模具装配图1#图幅1张（纸质版二维图）3、 凸模零件图1张（纸质版二维图）4、 凹模零件图1张（纸质版二维图）5、 课程设计说明书1份6、用PRO-E绘制模具三维装配图（电子版）进度安排1、 根据设计条件，进行零件工艺性分析、冲压工艺分析，确定方案（1天）。2、 模具设计基本参数计算（2天）3、 绘制模具的装配图（3天）。4、 画模具的非标准零件图（1天）5、 编写课程设计说明书（2天）6、 课程设计答辩（1天）主要参考文献1、 冲压工艺与模具设计 柯旭贵编 机械工业出版社2、 最新冲压模具标准及应用手册 杨占荛编 化学工业出版社3、 冲压模具设计指导伍先明 国防工业出版社本任务书与课程设计说明书一并装订（封面后一页）存档。 目录角垫片冲压模具课程设计11 冲裁模设计题目22 零件的工艺分析 32.1 结构与尺寸32.2 精度32.3 材料43 确定冲裁工艺方案44 确定模具总体结构方案44.1 模具类型44.2 操作与定位方式44.3 卸料与出件方式44.4 模架类型及精度54.5 凸模设计55 工艺设计计算55.1 排样设计与计算55.2 计算冲压力与压力中心，初选压力机65.3 计算凸、凹模刃口尺寸及公差76 设计选用零件、部件，绘制模具总装草图96.1 凹模设计96.2 凸模设计106.3 凸凹模的设计116.4 定位零件126.5 卸料与出件装置126.6 模架及其它零件的选用137 压力机的校核147.1 公称压力 147.2 滑块行程147.3 行程次数 147.4 工作台面的尺寸147.5 滑块模柄孔尺寸147.6 闭合高度 148 模具装配图158.1 冲压模具制造技术要求159 总结1510 参考文献16角垫片冲压模具课程设计摘 要：本设计为一垫板的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成这篇设计。 关键词：模具；冲裁件；凸模；凹模；凸凹模； 前言冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。 复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制，压力机的校核。1 冲裁模设计题目如图所示零件：角垫片生产批量：大批量材料：Q235 t=2mm设计该零件的冲压工艺与模具2 零件的工艺分析 2.1 结构与尺寸该零件结构简单，对称，材料：Q235， ， 孔直径为7mm，可以采用无保护套装置凸模冲孔，查冲压工艺及模具设计表3-9，可知该工件冲孔的最小尺寸为1.0t，该工件的孔径为:71.0t=1.02=2.0。由于该冲裁件的冲孔边缘与工件的外形的边缘不平行，故最小孔边距不应小于材料厚度1.5t，该工件的孔边距(11-7/2)1.5t=3，(10-7/2)1.5t=3，均适宜于冲裁加工。2.2 精度工件精度要求IT9级，模具精度一般比工件精度高23级，所以选ST6，经查冲压工艺及模具设计表3-11，各尺寸公差分别为：零件外形:65，44，21，14.14，7.07零件内形:7 孔心距:=67.880.250， 查冲压工艺及模具设计表3-12，利用普通冲裁方式可以达到零件图样要求。2.3 材料Q235 是常用的冲压用材料，具有良好的冲压工艺性。3 确定冲裁工艺方案该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下几种工艺方案：(a)先落料，再冲孔，采用单工序模生产；(b)采用落料冲孔复合冲压，采用复合模生产；(c)用冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。方案(a)模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的要求。由于零件结构简单，为了提高生产效率，主要采用复合冲裁或级进冲裁方式。采用复合冲裁时，冲出的零件精度和平直度好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量。根据以上分析，该零件采用复合冲裁工艺方案。4 确定模具总体结构方案4.1 模具类型 根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结构零件凸凹模，凸凹模装在下模称为倒装式复合模。采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合冲裁模。4.2 操作与定位方式 虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产，可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑到零件尺寸大小，材料厚度，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向，固定挡料销挡料，并与导正销配合使用以保证送料位置的准确性，进而保证零件精度。为了保证首件冲裁的正确定距，采用始用挡料销，采用始用挡料销的目的是为了提高材料利用率。4.3 卸料与出件方式采用弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装配依靠橡皮的弹力来卸料，卸料力不大，但冲压时可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面的平面度。为了方便操作，提高零件生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。4.4 模架类型及精度考虑到送料与操作的方便性，模架采用后侧式导柱的模架，用导柱导套导向。由于零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用I级模架精度。4.5 凸模设计凸模的结构形式与固定方法：落料凸模刃口部分为非圆形，为便于凸模与固定板的加工，可设计成固定台阶式，中间台阶和凸模固定板以H7/m6过渡配合，凸模顶端的最大台阶是用其台肩挡住凸模，在卸料时不至于凸模固定板中拉出。并将安装部分设计成便于加工的长圆形，通过接方式与凸模固定板固定。5 工艺设计计算5.1 排样设计与计算零件外形近似L形，轮廓尺寸为7575。考虑操作方便并为了保证零件精度，采用斜排有废料排样。如图所示：查冲压工艺及模具设计表3-3，工件的搭边值a1=2，侧搭边值a=2.5。级进模送料步距为S=38.77mm条料宽度按公式（3-3）：B -0=(D+2a)-0 查表3-4得：=1.0B=（106.07+22.5）=111.07 （）由零件图近似算得一个零件的面积为31492，一个进距内的坏料面积BS=111.0738.77=4306.192。因此一个进距内的材料利用率为： =（A/BS）100=73.135.2 计算冲压力与压力中心，初选压力机冲裁力：根据零件图可算得一个零件外周边长度：L1=(21+65+44)2+52+10=288.3mm 内周边长度之和：L2=27=43.96Q235，厚度为2mm，剪切强度为MPa;查冲压工艺及模具设计表3-8可知：Kx=0.05，KT=0.055.，KD=0.06落料力：F落=KL1 t=1.3288.32310=232.37KN 冲孔力：F孔=KL2 t =1.343.962310=35.43KN卸料力：Fx=KxF落 =0.05232.37=11.62KN推件力：查冲压工艺及模具设计表3-30，根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h=6， 故:n=h/t=3 FT=nKtF孔=30.05535.43=5.85KN总冲压力：F= F落+ F孔+Fx+ FT则F=232.37+35.43+11.62+5.85 =285.27KN应选取的压力机公称压力：350KN。因此可初选压力机型号为JC23-35。当模具结构及尺寸确定之后，可对压力机的闭合高度，模具安装尺寸进行校核，从而最终确定压力机的规格。确定压力中心：画出凹模刃口，建立如图所示的坐标系：由图知，该形状关于Y轴左右对称，则压力中心在Y轴上。44，7.07，21，65，21.98；45.26，60.81，53.425，23，49.5；=38.52压力中心为（0，38.52）5.3 计算凸、凹模刃口尺寸及公差 由于模具间隙较小，固凸、凹模采用配作加工为宜，由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度。落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸，而冲孔件的尺寸接近于凸模刃口尺寸。固计算凸模与凹模刃口尺寸时，应按落料与冲孔两种情况分别进行。由此，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，需遵循以下原则： （I）落料时以凹模尺寸为基准，即先确定凹模刃口尺寸；考虑到凹模刃口尺寸在使用过程中因磨损而增大，固落料件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围较小尺寸，而落料凸模的基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙； （II）冲孔时以凸模尺寸为基准，即先确定凸模刃口尺寸，考虑到凸模尺寸在使用过程中因磨损而减小，固冲孔件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，而冲孔凹模的基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙； （III）凸模与凹模的制造公差，根据工件的要求而定，一般取比工件精度高23级的精度，考虑到凹模比凸模的加工稍难，凹模比凸模低一级。a): 落料凹模刃口尺寸。按磨损情况分类计算：1)凹模磨损后增大的尺寸，按冲压工艺及模具设计公式：DA=(Dmax-X);计算，取 A=/4，制件精度为IT9级，ST6，查表3-24零件外形:65，44，21，14.14，7.07零件内形:7 孔心距:=67.880.250，65: DA1 =(65-0.50.50 )=65.25 （） X=0.7521: DA3=（21-0.750.28）=21.21（）X=0.514.14: DA4=（14.14-0.750.28）=14.35（）X=0.57.07: DA4=（7.07-0.750.20）=7.22（）X=0.52)凹模磨损后减小的尺寸，按冲压工艺及模具设计公式：DB=(Dmin+X);计算，取 A=/444: DB=（43.6+0.750.40）=43.9 （）3)凹模磨损后不变的尺寸，按冲压工艺及模具设计公式：DC=（D-X）0.5A: 计算，取A=/4 ，X=0.567.880.250: Cd1=(67.88-0.50.5)0.5/8=67.630.0625（） 冲裁间隙影响冲裁件质量，在正常冲裁情况下，间隙对冲裁力的影响并不大，但间隙对卸力、推件力的影响却较大。间隙是影响模具寿命的主要因素。间隙的大小则直接影响到摩擦的大小，在满足冲裁件质量的前提下，间隙一般取偏大值，这样可以降低冲裁力和提高模具寿命，采用ii类冲裁间隙，c=(3.07.0)t。 查冲压工艺及模具设计表3-3可知Zmax=0.40 ， Zmin=0.28 相应凸模按凹模实际尺寸配作，保证最小合理间隙为0.28mm 冲孔凸模刃口尺寸。冲孔凸模为圆形，可按冲压工艺及模具设计公式dT=(dmin+x) 计算，取T=/4，制件精度为IT9级，所以选ST6故X=0.5 dT1=(7+0.50.20)=7.106 设计选用零件、部件，绘制模具总装草图6.1 凹模设计 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，其值可查冲压工艺及模具设计表3-30。 凹模刃口的结构形式：因冲件的批量较大，考虑凹模有磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取6mm， 漏料部分沿刃口轮廓单边扩大0.5 mm 凹模轮廓尺寸的确定： 查冲压工艺及模具设计表3-29，得：K=0.20; H=kb=0.20111.07=22.21 C=（1.52.0）H=1.522.14=33.32 L=111.07+236=183.07mm B=60.81+236=132.81 根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模板轮廓尺寸为LBH=25016030（）使用6M12螺钉，212销钉， 凹模材料和技术要求：凹模的材料选用T10A。工件部分淬硬至HRC5862。如图示所： 6.2 凸模设计6.2.1 凸模的结构形式与固定方法 冲孔部分的凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将冲孔凸模设计成台阶式。 为了保证强度、刚度及便于加工与装配，圆形凸模常做成圆滑过渡的阶梯形，小端圆柱部分。是具有锋利刃口的工作部分，中间圆柱部分是安装部分，它与固定板按H7/m6配合，尾部台肩是为了保证卸料时凸模不致被拉出，圆形凸模采用台肩式固定。6.2.2 凸模长度计算 凸模的长度是依据模具结构而定的。 采用弹性卸料时，凸模长度按公式L=h1+h2+h3计算， 式中 L-凸模长度，mm； h1-凸模固定板厚度，一般为凹模厚度的6080，确定为22mm; h2-凹模板厚度，30mm ; h3-增加长度0.5mm，作为首次刃磨量 L=22mm+30mm+0.5mm =52.5mm6.2.3 凸模材料和技术条件 选用圆柱头直杆圆凸模，材料采用Cr12WV，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC 5660，凸模尾端淬火后，硬度为HRC 4050为宜。如图所示：6.3 凸凹模的设计6.3.1 校核凸凹模的强度 凸凹模与凸凹模固定板的采用H7/m6配合冲孔边缘与工件外开边缘不平行时，凸凹模的最小壁厚不应小于材料厚度t=2mm，而实际最小壁厚为5mm，故符合强度要求。承压能力校核 F=KL t =1.343.962310=35430KN FT=nKtF孔 =30.05535.43=5850N=1073.18MPa上式值在许用范围内，基本合格；6.3.2 凸凹模尺寸的确定 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=0.28mm，内形刃口尺寸按凸模尺寸配做并保证最小间隙为Zmin=0.28mm。6.3.3 凸凹模材料和技术条件 凸凹模材料采用碳素工具钢T10A，淬硬至5660HRC。6.4 定位零件 定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸、凹模有正确的位置。选用活动挡料销一个。挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离规格为d=6mm，d=10mm，L=14mm，材料45号钢，硬度为4348HRC 用导料销两个。导料销的作用是保证条料沿正确的方向送进，位于条料的后侧（条料从右向左送进）尺寸规格为6X2，如图5所示： 6.5 卸料与出件装置 出件方式是采用推杆顶出的下出料方式。选用带肩推杆，规格A型，d=8mm，L=90mm，材料为45钢由于卸料采用弹性卸料的方式，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成。卸料板： 弹性卸料板的平面尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸，厚度取凹模厚度的0.60.8倍， 卸料板与凸模的单边间隙按冲压工艺及模具设计表3-32选取，t1mm时，单边间隙为0.15mm。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：250mmX160mmX20mm，材料为:45#钢。 卸料螺钉： 卸料螺钉采用圆柱头内六角螺钉，根据卸料板的尺寸选择4个卸料螺钉，规格为：d=10mm，L=50mm，材料为45钢。 6.6 模架及其它零件的选用6.6.1 模柄模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心，模柄的直径与长度与压力机滑块一致，为了方便拆装，选用凸缘模柄，32mm65mm，材料45钢 6.6.2 模座标准模座根据模架类型及凹模同界尺寸选用，上模座：250mm 160mm50mm；下模座：250mm160mm60mm；模座材料采用灰口铸铁，它具有较好的吸震性，采用牌号为HT200。6.6.3 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=F12/A式中P凸模头部端面对模座的单位面积压力；F12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值大于冲压工艺及模具设计表3-34模座材料的许应压力，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：250mm160mm10mm。上下面须磨平，保证平行。模架选用后侧导柱标准模架：上模座：250mm160mm50m下模座：250mm160mm60mm导柱：35mm200mm导套：35mm115mm48mm模架的闭合高度：275230mm垫板厚度：10mm；凸模固定板厚度：22 mm凹模厚度：30mm卸料板厚度20mm凸凹模厚度：45 mm，模具的闭合厚度：Hd=50+60+10+22+30+20+20+45=257mm6.6.4 冲压设备的选择选用开式双柱可倾压力机JC23-35。公称压力为35.0KN，滑块行程为80mm，最大闭合高度280mm，滑块中心线至床身距离205mm，工作台尺寸：380mm610mm，模柄孔尺寸：50mm70mm.6.6.5 紧固件的选用上模螺钉：螺钉起联接紧固作用，上模上6个，45钢，尺寸为M8X70下模螺钉：6个，45钢，尺寸为M6X55.销钉起定位作用，同时也承受一定的偏移力.上模3个，45钢，尺寸为6X60.7 压力机的校核7.1 公称压力 根据公称压力的选取压力机型号为JC23-35，它的压力为350KN285.27KN，所以压力得以校核;7.2 滑块行程 滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出.这里只是材料的厚度t=2mm，卸料板的厚度H=10mm，及凸模冲入凹模的最大深度2mm，即S1=2+10+2=14mmS=80mm，所以得以校核.7.3 行程次数 行程次数为50次/min.因为生产批量为中批量，又是手工送料，不能太快，因此是得以校核.7.4 工作台面的尺寸 根据下模座LB=250mm160mm，且每边留出60100mm，即L1B1=450mm260mm，而压力机的工作台面L2B2=610mm380mm，得以校核;7.5 滑块模柄孔尺寸 滑块上模柄孔的直径为50mm，模柄孔深度为70mm，而所选的模柄夹持部分直径为40mm，长度为60mm，故符合要求，得以校核;7.6 闭合高度 由压力机型号知Hmax=280mm M=60 H1=60 Hmin=HmaxM= 280-60=220 由公式得:Hmax-5HHmin+10，得 280-5257220+10 即 275257230，所以所选压力机合适，即压力机得以校核.8