冲压模具课程设计-三垫片冲裁复合模设计（含全套CAD图纸）.doc

目录 目录.1一 绪论.21.1 中国冲压模具的发展现状.2 1.2 中国冲压模具的发展方向.3二 零件分析.42.1 工艺分析.42.2 确定最佳工艺方案.5三 工艺计算.63.1 材料利用率的计算.63.2 冲裁力的计算.73.3 卸料力，推件力，和顶件力的计算.73.4 压力中心的确定.83.5 凸，凹模间隙值的确定.8四 凸，凹模刃口尺寸的计算.94.1 凸，凹模刃口尺寸的确定原则.94.2 凸，凹模配合加工时的工作部分尺寸.9五 模具结构.115.1 模具工作零件及其紧固方式.115.2 模具的卸料，顶料机构.11六 压力机的选择.11七 标准件的选择.12八 模具材料和热处理要求.138.1 冲裁模凸凹模材料选取的原则.138.2 模具材料的热处理.13 小结.13九 参考文献.14全套CAD图纸，联系 153893706一 绪论1.1中国冲压模具的发展现状中国冲压模具的发展现状改革开放带了我国的经济进入高速发展的时期，模具的市场的需求量也进一步的增加。模具行业也一直以15%左右的增速再发展。因此带来的模具工业企业的所有制成分的巨大变化，一些国有专业模具厂也如雨后春笋般的建立起来，同时也带来了以集体、独资、私营和合资等形式的快速发展。赋有“模具之乡”的浙江宁波和黄岩地区是现今我国规模最大的两个地方；广东地区也渐渐掀起了开建模具厂的浪潮；其中科龙、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资或是外商独资形式的模具企业现也有几千家。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。1.2中国冲压模具的发展方向模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。(2)高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。(3)模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 (4)电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。(5)提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。(6)优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。我国冲压模具与发达国家企业之间的差距不小，因此要发挥整体优势和综合竞争力，要加强统筹协调、完善合作机制，创造性地工作。也需要加大对模具相关专业人才的综合素质培训投入。二 零件分析2.1工艺分析这三个工件形状简单，规则尺寸适中，最高尺寸精度IT6级，均符合冲裁件的工艺要求。但要求三个工件套料生产，由于冲孔和落料的工艺计算不同，必须先明确图1中34mm和22mm两个尺寸的工艺性质，是冲孔还是落料，即是内孔的精度高，还是外圆。考虑到一般垫片的使用要求，我们将两者均视为冲孔。2.2确定最佳工艺方案这三个工件的冲压工序都很简单，用条料毛坯大批量生产也很正常，主要问题是如何进行工序组合，图A,B,C是三种可行的工艺方案的排样图。(A)(B)C方案A是用四步级进模生产，矩形侧刃加刀正销定位；方案B是三个工件一次复合生产；C方案是两部复合一级进模生产。对它们加以比较不难发现：方案A的特点是模具结构简单，制造和维修方便，但模具尺寸比其他两方案打的多，材料利用率也比另两个方案稍高（约6%左右）；方案B的模具结构复杂，制造和维修都比较麻烦，取件也不方便，但毛坯定位简单，模具总体尺寸小；方案C是用两道复合工序组成否认级进模来生产，模具尺寸和复杂程度似乎都介于A和方案B之间，但是，由于它在模具的不同位置分别复合两道工序，模具的卸料，顶件机构会更复杂，毛坯定位若不用侧刃，则还需初始挡料销，综合起来，还不如前两个方案，故淘汰之，至于方案A和方案B哪个更合理，要综合多方面情况而定，由于复合模的结构比较有特色，级进模结构比较简单，所以选用方案B。三 工艺计算3.1材料利用率的计算根据板料厚t=0.5mm,查表得a=1.5mm,a1=1.2mm;条料宽度B为：B=2R+2a=43mm送料进距h为：h=2R+a1=41.2mm工件实际面积A0A0=R2+4*3*3r2=1191.8mm2所用材料面积A=43*41.2=1771.6mm2一个进距内的材料利用率=1191.8/1771.6=67.3%3.2冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了合理选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求，冲裁力的大小主要与材料力学性能，厚度，冲裁件分离的轮廓长度有关，平刃口模具冲裁时，冲裁力F可按下式进行计算 F=kLt式中L冲裁件周边长度（mm）t材料厚度（mm） 材料抗剪强度 K系数，一般取1.3一般情况下，材料的b=1.3,为计算方便也可以用下式计算冲裁力FF=Ltbb为材料抗拉强度（MPa）查表得Q235结构钢的抗拉强度为432461MPa冲裁周长L=3.14（40+34+22+11.3）+4*（3+3） =361mm所以F冲=Ltb=361*0.5*461=83.21 kN3.3 卸料力，推件力，和顶件力的计算当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而会紧箍在凸模上，为了使冲裁工作连续操作方便，必须将套在凸模上的材料，将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出，从凸模刮下材料所需的力称为卸料力，从凹模内向下推出制件或废料所需的力称为推料力，从凹模内向上顶出制件所需的力称为顶件力。F卸，F推，F顶，是由压力机和模具卸料，推料，顶件装置获得的，影响这些力的因素主要材料力学性能，材料厚度，模具间隙，凹凸模表面粗糙度。零件的形状和尺寸，以及润滑情况等，要准确计算这些力是困难的实际生产常用下列经验公式计算推件力：F推=nK1F顶件力：F顶=K2F卸料板：F卸=K3FF冲裁力 n为同时梗塞在模内的零件数 n=h/t h圆柱形凹模腔口高度 查表得K1=0.063 K2=0.08 K3=0.0450.055结合模具结构可知，只需计算卸料力和顶件力推件力： F顶=K2F=0.08*83.21kN=6.66kN卸料板：F卸=K3F冲1=0.05*83.21*（）kN=1.72kN总冲压力为：F总=F冲+F顶+F卸=91.6kN3.4压力中心的确定该三个垫片零件为对称形状的冲裁件，其压力中心位于轮廓图形的几何中心，即圆心3.5凸，凹模间隙值的确定凸，凹模间隙对冲裁件断面质量，尺寸精度，模具寿命以及冲裁力，卸料力，推件件等有较大的影响，所以必须选择合适的间隙。冲裁间隙数值主要按制件质量要求，根据经验数值来选用。查冷冲压模具设计与制造表2.12，该冲裁件为Q235钢板，板料厚度为0.5mm,故初始冲裁间隙为：Zmax=0.06mm, Zmin=0.04mmZmaxZmin=0.02mm0.05mm四 凸，凹模刃口尺寸的计算4.1凸，凹模刃口尺寸的确定原则A 落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的标称尺寸应比凹模小一个最小合理间隙。B 冲孔模先确定凸凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔，凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。C 选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高23级。工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即:落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为零，下偏差为负。4.2 凸，凹模配合加工时的工作部分尺寸对于冲裁复杂形状冲件的模具或薄板零件的模具，为了保证冲裁凸，凹间有一定的间隙值，其凸，凹模常采用配合加工方法。凸，凹模工作部分尺寸计算：其落料件按凹模磨损后尺寸增大，减小和不变的规律三种；冲孔件按凸模磨损后尺寸增大，减小和不变的规律三种。第一类尺寸：落料凹模或冲孔凸模磨损后尺寸将会增大，计算公式为：A类： Aj=(Amaxx*)B 类: Bj=(Bmin+x*)C 类： Cj=(Cmin+0.5)式中Aj，Bj，Cj基准件尺寸Amax，Bmin，Cmin相应工件的极限尺寸工件公差基准件制造公差本复合模的工作零件包括一个落料凹模，一个冲孔模和三个凸凹模，为使配做刃口时工艺性最好，选定落料凹模，冲孔凸模和一个凸凹模作为基准件，它们的刃口尺寸计算过程见下表，其他刃口按相关基准件的实际尺寸配做，保证双面间隙为0.040.06。注意：34mm和22mm两个尺寸均按冲孔性质对待；零件未标注公差均取IT6级，并按“入体”原则标注，由于形状规则，易于加工，基准件刃口尺寸公差均取较小值：0.020.03。基准件刃口尺寸计算(单位mm)零件尺寸零件公差刃口性质刃口磨损尺寸变化刃口磨损系数x刃口尺寸公差基准件刃口尺寸30.06落料凹模变大0.750.02(3-0.75*0.06)= mm30.06落料凹模不变无0.02（2.950.015）mm400.016落料凹模变大0.750.03(40-0.016*0.75)=340+0.0160.016冲孔凸模变小0.750.02(34+0.016*0.75)=220+0.0130.013冲孔凹模变大0.750.02522+0.013*0.75+Zmin=0.011冲孔凸模变小0.750.0211.3+0.75*0.011=零件公差由机械精度设计与检测基础表3.2查得刃口磨损系数x由冲压工艺学表2-7查得刃口尺寸公差由冲压工艺学表2-6查得五 模具结构5.1模具工作零件及其紧固方式模具有五个工作零件，落料凹模（件23）冲孔凸模（件11）和三个凸凹模（件6716），件111620在下模，件67在上模，冲压工艺方案决定了三个凸凹模均为套筒式结构。上模通过固定板2和衬套22定位及紧固件6和件7，下模通过固定板12和衬套10定位及紧固件11和件16，衬套22和件6和件7，衬套10与件11和件16之间，均为无间隙配合，且要求内外圆同心，可在内外圆磨床上一次装夹，按相应件的实际尺寸配磨。模具结构非常紧凑，拆装也很方便。5.2模具的卸料，顶料机构此模具卸料机构复杂，上模除了有弹压卸料板1卸除外圈废料外，刚性打料机构通过打板4，推板5传力到推杆4和推杆8，件21直接打出冲孔废料，件8则再通过推杆8打出零件2，零件1和3留在下模，其顶出由内外顶料板17和18完成。由于件17底部不便安设顶杆，弹性力无法传到件17，解决办法是，将凸凹模16的侧臂开三条纵向等高，周向均布的长形槽，连接销9穿过此槽将内外顶料板17,18刚性连接，使模具在工作时，外顶料板18能通过连接销9带动内顶料板17同时作上下运动。要注意的是，件16侧臂上的槽长度要足够，防止工作时与件9干涉而破坏损坏模具，同时，还要保证件16刃口的强度。另外，件9与件17,18取较松的过度配合，其一端攻小螺孔，是为了拆卸方便。六 压力机的选择压力机的吨位应等于或大于冲裁时的总力F压F总 式中F压为所选压力机的吨位。F总为冲裁时的总力。根据总冲裁力的大小为91.6kN，故查冷冲压模具设计与制造表7.10选取开式双柱可倾压力机，型号为J23-16主要参数标称压力 160kN滑块行程 55mm最大封闭高度 220mm垫板厚度 40mm滑块中心线至床身距离 160mm闭合高度调节量 45mm工作台尺寸 370mm450mm模柄孔尺寸 40mm60mm七 标准件的选择根据压力机及模座，选择后侧导柱型模架，GB/T2851.31990，凹模周界为160mm100mm。上模板：L/mmB/mmH/mm=20020045 GB2855.581 HT200下模板：L/mmB/mmH/mm=20020050 GB2855.581 HT200导柱：d/mmL/mm=32160 A32h5 GB2681.181导套：d/mmL/mmD/mm=3210543 A32H610543模架的闭合高度：170210mm垫板厚度：10mm内凸凹模: 40mm中凸凹模：40mm外凸凹模：40mm凸模固定板厚度：16mm卸料板厚度：14mm由模具结构可知模具闭合高度： H模=（45+10+40+40+10+50）=195mm八 模具材料和热处理要求8.1冲裁模凸凹模材料选取的原则冲裁模的凹模承受较大的拉应力，凸模承受力较大的压应力。凸凹模正常失效一般是由于刃口部