倒装复合模设计说明书.doc

.模具设计 设计题目倒装复合模模具设计学 院(系)机械与能源工程学院专 业机电一体化学 号1251934学生姓名王浩指导老师林建平完成日期 2016 年 1 月 8 日目录引言31 分析零件工艺性41冲裁件造型42冲裁件工艺分析43冲压工艺方案的确定4二毛坯排样方案设计及材料利用率计算51排样方法的确定52布置方式的确定5三冲裁力及压力中心计算61冲裁力的计算62其他冲压力计算6四选择压力设备6五模具总体结构设计71送料方式72卸料和出件方式73凹模板外形尺寸的计算84其他模板尺寸的确定85模架的选择9六主要零件设计101凸、凹模零件设计102卸料和顶件装置设计12七其他零件设计141模柄的设计142螺钉的选择143圆柱销的选择14八校核模具高度14九课程总结15参考文献16附录171下模座172下模垫板183凸凹模固定板194卸料板205凹模板216空心垫板227凸模固定板238上模垫板249上模座2510凸凹模2611推块2712冲孔凸模2813总装图28引言 随着我国科学技术的进步、社会经济快速发展，模具成型技术及模具设计与制造已成为当代工业生产的重要手段。近十几年来，中国模具工业发展十分迅速，特别是高新技术企业的快速发展加大了用于技术进步的投资力度，技术进步已成为企业发展的重要动力。虽然我国的模具工业和技术得到了快速发展，但与国外工业发达的国家相比仍存在较大差距，未来的中国模具工业和技术的发展空间是巨大的。冷冲压式利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑形变形，从而获得所需要零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方法。因为它通常是在室温下进行加工，所以称为冷冲压。冲模是将材料加工成所需冲件的一种工艺装备。冲模在冷冲压中至关重要，一般来说，不具备符合要求的冲模，冷冲压就无法进行；先进的冲压工艺也必须依靠相应的冲模来实现。由于冷冲压所用原材料多是表面质量好的板料或带料，冲件的尺寸公差由冲模来保证，所以产品尺寸稳定、互换性好。在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门都越来越多地采用冷冲压加工产品零部件，如机械制造、车辆生产、航天航空、电子、电气、轻工、仪表及日用品等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当大，不少过去用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件，现在已被质量轻，刚度好的冲压件所代替。可以说，如果在生产中不广泛采用冲压工艺，许多工业部门的产品要提高生产率、提高质量、降低成本，进行产品的更新换代是难以实现的本文从一实例出发，详细介绍倒装复合模的设计步骤。一、分析零件工艺性1.冲裁件造型 2.冲裁件工艺分析（1）该零件用材为08F钢塑性好，适用于冲压生产。（2）该零件的生产批量为大批量，因此在制定生产方案时，应充分考虑如何提高生产率。（3）该零件形状规则，但不对称。（4）该零件的精度等级为IT11级，因此，模具的制造精度等级IT7级。综上，该零件具有良好的冲裁工艺性。3.冲压工艺方案的确定。该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：（1）单工序模：先落料，再冲孔，分布冲压。模具制造容易，且价格低，但生产效率低，不符合大批量生产要求（2）级进模：冲孔落料连续冲压。由于该零件的精度要求为IT11级，为满足精度要求，有必要增加两个导正销，这样又使得模具结构变得复杂。（3）复合模：落料冲孔同时冲压。这样既可以提高生产率，又可以借模具精度来保证零件精度。综上，最后采用复合模进行生产。又由于该零件最小壁厚大于凸凹模要求的最小壁厚值（c（1.52）t）零件符合采用复合模进行生产的要求，最终确定冲压工艺方案为采用复合模进行生产。二、毛坯排样方案设计及材料利用率计算1.排样方案的确定排样方法大致可以分为：（1）有废料排样（2）少废料排样（3）无废料排样考虑到零件形状的特殊性，无法采用无废料排样。由于采用手工送料，无法精确控制步距，出于保证冲裁件精度与模具寿命，确定排样方法为有废料排样。由于料厚为0.5mm,查手册确定搭边值为1mm。2.布置方式的确定用cad进行排样设计，得如下方案为最佳方案：接下来进行材料利用率的计算。（1） 冲裁件的实际面积A=842.11mm。无法避免的结构废料Aa=278.03mm（2） 条料宽度B=60mm，步距S=88.6mm（3） 材料利用率=A/BS=842.11/(37*49)=46.45%三、冲裁力及压力中心计算1.冲裁力的计算(1)查相关手册得：08F钢材的b=39kgf/mm2；(2)材料厚度t=0.5mm； s(3)落料周边长度L1=152.548mm冲孔周边长度L2=94.2mm(4) 总冲裁力F=L1+L2tb=4811.586kgf2.其他冲压力的计算板厚为0.5mm的钢板，推件力系数卸料力系数Kx=0.04；推件力系数KT=0.055.F卸=KxF=192.46kgfF顶=KTF=264.64kgfF总=F+F卸+F顶=5268.68kgf=53kN3.压力中心的计算用inventor进行受力分析，得到压力中心如图所示四、选择压力设备查手册知，安全系数为1.3。由于P1.3F总=68.9kN，所以所选压力机的公称压力应大于68.9kN.考虑到开式可倾压力机机身为可倾式结构，倾斜时便于冲压件或废料从模具上滑下，可免去取件的步骤，有利于提高生产效率。并且开式的结构便于工人进行手动送料等操作，故选择可倾压力机。由手册查得J23-16开式可倾压力机的公称压力160k/N，满足使用要求。故选择J23-16开式可倾压力计机，主要参数如下：公称压力160KN；滑块行程55mm；立柱距离220mm滑块行程次数120次/min；最大封闭高度220mm封闭高度调节量45mm；滑块中心线至床身距离160mm工作台尺寸：前后300mm；左右450m模柄孔尺寸：直径40mm；深度60mm五、模具总体结构设计1. 送料方式由于零件形状简单，价格低廉，而进行自动送料的成本较高，不符合生产实际的要求，故选定送料方式为手工送料。(1)导料方式的选择导料方式主要分为导料板与导料销，考虑到采用倒装复合模进行冲裁，并且要进行弹性卸料，所以导料板不符合要求。导料销分为固定式和弹顶式，由于导料销的布置位置离凹模刃口位置较远，所以选择导料方式为固定式导料销，并在凹模上开设避让孔。(2) 挡料方式的选择 挡料方式主要有固定挡料销、活动挡料销、回带式挡料销、侧刃，考虑到采用倒装复合模进行冲裁，侧刃定距的方式不符合要求。由于导料方式采用导料销，为了便于加工，挡料方式选择固定挡料销。2. 卸料和出件方式(1) 卸料方式选择卸料装置主要可以分为（1）固定卸料装置（2）弹压卸料装置其中固定卸料装置的卸料力大，卸料可靠，适用于冲裁板料较厚(t0.5mm)，平面度要求不高的场合；弹压卸料装置的卸料力小，但它既起卸料作用，又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平面度较高，适用于板料较薄的场合（t1.5mm）。综合考虑冲裁零件的要求，冲裁件尺寸较小，卸料力较小，弹压卸料装置完全能够满足卸料力的要求，并且由于选择倒装复合模进行生产，提高生产效率的同时，导致冲裁件的平直度受影响，故应选择弹压卸料装置，弥补其平直度。确定卸料装置为弹压卸料装置。(2) 出件方式选择成型后冲孔废料卡在凸凹模的内孔中，成型件卡在凹模中。由于采用倒装复合模，卡在凸凹模内孔中的冲孔废料由下次冲裁时的凸模推出，不用布置推件装置。而对于卡在凹模内的成型件，必须布置推出装置进行推出。为了保证成型件的平整与推件可靠，建议采用弹性推出与刚性推出相结合的方法，一方面在推板上布置弹簧，冲裁时起到压料作用，保证从冲裁件的平整，并且在成型后及时将冲裁件推出，避免用打杆推出时冲裁件从高处掉落在凹模上，影响冲裁件质量与模具寿命，另一方面为了防止有时弹簧未能有效推出，冲裁件卡在凹模内，也要在推板上布置打杆，以确保推件的可靠。3. 凹模板外形尺寸的计算（1）由排样可知，垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离s=45.5mm由手册可得，材料厚度t=0.5mm，s=45.5mm时，凹模厚度系数k=0.3凹模厚度H=ks=0.345.5mm=13.65mm所得凹模厚度较小，考虑到凹模强度与压力机的最小封闭高度，取凹模厚度H=21mm(2) 垂直于送料方向的凹模宽度B=s+0.3H=45.5+3.521mm=119mm(3)由手册得，材料宽度为60mm，厚度为0.5mm时，凹模孔壁至边缘的距离s2=30mm送料方向凹模长度L=s1+2s2=60+230mm=120mm初定凹模外形尺寸为HBL=21119120mm4. 其他模板尺寸的确定由于采用复合模进行生产，主要工作部分模板大致包括：凸模固定板、限位板、凹模版、卸料板、凸凹模固定板。根据凹模板的厚度H=21mm，大致确定凸模固定板厚度为16mm，限位板厚度为16mm，卸料板厚度为14mm，凸凹模固定板厚度为16mm。5.模架的选择根据国家标准，导柱模模架主要分为中间导柱模架、后侧导柱模架、对角导柱模架、四导柱模架，考虑到复合模对刚性与工作平稳度有较高要求，故后侧导柱模架不符合要求；四导柱模架精度远大于所要求的精度，并且成本较高，故也不符合要求。中间导柱模架与对角导柱模架都符合生产的要求，从中选择中间导柱模架。根据中国模具设计大典表22.4-5中GB/T2851-2008规定的中间导柱模架规格。由凹模外形尺寸为HBL=21119120mm，压力机最大封闭高度220mm，封闭高度调节量45mm，选定凹模周界为125125mm，参考闭合高度150190mm的中间导柱模架。查得：上模座规格12512535（GB/T2855.1-2008）下模座规格12512545（GB/T2855.2-2008）导柱规格22180；25180（GB/T2861.1-2008）导套规格228033;258033(GB/T2861.3-2008) 由此，所有模板的规格尺寸与材料选用如下：模板规格（LBH）材料上模座12512530HT200上模垫板125125845推杆固定板1251255Q235凸模固定板12512516Q235限位板1251251645凹模12512514Cr12卸料板1251251445凸凹模固定板12512514Q235垫板1251258Q235下模座12512545HT200推板D8045六、主要零件设计1. 凸、凹模零件设计(1) 刃口尺寸计算A刃口加工方式选择根据凸、凹模加工方式的不同，刃口尺寸的计算方法主要分为：分开加工法和配做法。考虑到分开加工法主要针对圆形或简单规则形状的冲裁件，并且模具的制造公差小，模具制造困难，成本高，而配做法工艺简单，制造容易，模具的间隙由配制保证，可适当放大基准件的制造公差，目前应用较为广泛。故确定加工方法为配做法。B刃口尺寸计算落料以凹模尺寸为基准，冲孔以凸模尺寸为基准。因模具为复合模，要同时进行冲孔与落料。因此要分别进行落料凹模与冲孔凸模的尺寸计算。由手册可得，厚度为0.5mm的08F钢材的初始双面间隙取值范围为Zmin=0.04mm Zmax=0.05mm(1)落料凹模与凸凹模外轮廓计算 工件尺寸图 凹模图由手册可得，因零件精度为IT11级，故磨损系数x=0.5由磨损图可知，磨损后变大的尺寸代入公式Aj=(Amax-x)0+4磨损后变小的尺寸代入公式Bj=(Bmin-x)-40凸凹模外轮廓的尺寸，按照凹模的实际尺寸配制，保证双面间隙为0.04mm0.05mm（2）冲孔凸模与凸凹模内轮廓计算 工件尺寸图 磨损图由磨损图可知，磨损后变小的尺寸：BP1=(Bp1min-x)-40BP2=(Bp2min-x)-40(2) 凸凹模结构设计已知冲裁件的最小壁厚为5.5mm。根据手册可得，冲裁材料厚度为0.5mm的板料的凸凹模的最小壁厚为2.5mm，故凸凹模的最小壁厚满足要求。 (3) 凸模结构设计A凸模结构形式圆凸模的结构形式主要分为标准圆凸模，凸缘式圆凸模，直通式凸模，由于冲裁件内孔为圆形，形状简单，冲裁力不大，故凸缘式圆凸模与直通式凸模不符合要求。考虑到标准圆凸模的配合段占据整个凸模长度的一半，将导致凸模固定板过厚，于是决定不采用标准件，自行加工。凸模的固定采用凸模固定板配合段定位，凸模固定板压紧的方式。B凸模长度计算根据模具结构，凸模长度等于凸模固定板、限位板、凹模厚度之和。由于凸凹模将会进入凹模板一段距离，再加上一定的增加长度（凸模进入凹模的深度0.5mm）。即凸模长度=h=42mmC凸模强度与刚度校核由于凸模直径为7mm和16mm，冲裁的板厚为0.5mm，凸模的截面尺寸相对于板料厚度大了很多，故不需要进行强度和刚度的校核。(4) 凹模型腔结构设计A凹模结构形式与固定方式凹模的结构主要分为整体式和镶拼式，由于冲裁件形状简单，尺寸较小，冲裁所用的凹模选定为整体式。由于采用整体式的凹模版，凹模板与上模座之间采用螺钉锁紧，销钉定位。B凹模孔口的结构形式凹模孔口的结构形式主要分为：全直壁型孔、阶梯形直刃壁型孔、斜刃壁凹模。考虑到采用倒装复合模，凹模在上模，要从凹模内进行推件，故斜刃壁凹模、阶梯形直刃壁型孔不符合要求，凹模孔口的结构形式选定为全直壁型孔。2. 卸料和顶件装置设计(1) 卸料装置设计A弹性元件的选用1）初定弹簧数量n。为确保卸料平稳，拟选n=42）计算每个弹簧的预压力Fy=Fxn=KxF1n=755N3）由2Fy估算弹簧的极限工作载荷Fj=2Fy=1510N由国际标准模具弹簧ISO10243，初选SJM321644。规格：DH=32mm，Dd=16mm，h0=44mm，hj=16.3mm，Fj=1718N，n=7圈。4）计算弹簧预压缩量hy=FyhjFj=7.2mm5）校核h=hy+hx+hm=7.2+1+1+5mm=14.2mm(16+16+10+14)mm=56mm,L16+16+5-4mm=33mm。根据中国模具设计大典JB/T7650-1994，确定推杆的规格为635。C推板的设计考虑到推件块的大小与推杆的布置情况，推板选择直径为80mm，厚度为6mm的圆板。D弹性元件的选择1）初定弹簧数量n。为确保卸料平稳，拟选n=62）计算每个弹簧的预压力Fy=FT1n=KTF1n=689N3）由1.5Fy估算弹簧的极限工作载荷Fj=1.5Fy=1033.5N由国际标准模具弹簧ISO10243，初选SJM201025。规格：DH=20mm，Dd=10mm，h0=25mm，hj=12.0mm，Fj=1292N，n=2.5圈。4）由于是进行推件的弹簧，则不需要进行校核。七、其他零件设计1. 模柄的设计模柄主要分为旋入式、压入式、凸缘式。考虑到上模座的尺寸较小，而凸缘式的面积较大，故不符合要求；并且模柄下的垫板开有推板孔，故压入式也不符合要求，所以选定模柄为旋入式模柄。根据最新冲压模具标准及应用手册中JB/T2862.2-2008，由压力机J23-16的模柄孔尺寸（直径为40mm深度为60mm）与上模座的厚度35mm，选定规格为4095的旋入式模柄。由于需要设置打杆，故选择B型模柄。其模柄孔尺寸为直径13mm，模柄高度为95mm，所以选定打杆直径为12mm，长度为120mm的打杆。2. 螺钉的选择考虑到最小孔边距与螺钉长度，上模选择内六角螺钉M10100，下模选择内六角螺钉M660。3. 圆柱销的选择考虑到最小孔边距与螺钉长度，上模选择圆柱销M10100，下模选择圆柱销M660八、校核模具高度为确保设计的模具能正确地安装到压力机上，需对模具进行高度校核。模具高度等于各板的厚度加上留出的安全距离10mm与板厚0.5mm。H总=35+20+5+16+16+21+14+0.5+10+16+16+45mm =214.5mm压力机最大闭合高度220mm，闭合高度调节量45mm。由于（220-45）mmH总220mm故模具高度满足要求九、课程总结我觉得很荣幸能选上林老师的这门模具设计课，课上老师很认真给我们讲解了冲压技术和模具设计。刚开始我很认真地听，也学到了很多东西。但是由于这学期要考研，到了后面，听课就静不下心来了，所以错过了很多东西。考研结束后，我才开始做大作业。看着自己的图纸，由于后面讲模具设计时没有认真听讲，我设计开始时无从下手，于是去图书馆借了几本模具设计书，在往上也查了很多相关的资料，才开始按照