机械综合课程设计-三角片零件冲压模具设计.doc

桂 林 电 子 科 技 大 学机械综合课程设计说明书题 目 三角片零件冲压模具设计 系 别 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学生姓名 指导老师 二 八 年 一 月 十 日目录1设计任务和要求11.1、设计任务11.2、设计要求12、零件的工艺分析23、工艺方案的制定及分析比较24、排样设计及材料利用率计算24.1、模具总体方案确定24.2、排样设计和计算材料利用率35、冲裁力、推件力、卸料力的计算及压力机的选用56、 凸、凹模刃口尺寸及公差的计算66.1、落料凹模刃口尺寸67、 凹模零部件的设计与选用87.1、凹模设计87.2、凸模设计97.3、凸摸固定板117.4、卸料板127.5、垫板128、模具的装配139、 模具零件加工工艺过程139. 1、凹模加工工艺过程139.2、落料凸模加工工艺过程149.3、凸模固定板加工工艺过程1510、课程设计感想1611、参考文献17全套图纸加扣 30122505821设计任务和要求1.1、设计任务 根据如图（一）所示三角片零件图，进行相应的模具设计，完成相应的设计内容和任务，争取设计出高效、省力、经济合理、合格证质量的模具，达到优化设计的目的使自己得到充分锻炼。图（一）1.2、设计要求 1根据所选设计零件模具，绘制正规模具装配图一张，其中包括主视图、俯视图、排样图、零件图、技术要求及明细栏等；2绘制非标准模具零件图两张，标注公差与配合；其中 用A4图纸绘制零件图一张，用A0图纸绘制总装图一张：3编写设计计算说明书一份，不得少于15页，说明书应该包括规定的所有内容和计算，图文并茂，规格统一；4课程设计期间应全力以赴，认真对待，按时完成所规定的各项设计任务5设计说明书的设计要包括模具的长、宽、高尺寸；模具主要结构零件所用的材料；零件的送入、取出及搬运方法；零件的送料方向；零件的定位法、导向法；上、下模的导向方法。2、零件的工艺分析1. 结构与尺寸：该零件较为简单，尺寸较小，悬臂宽度尺寸101.5t,臂长255倍臂宽（5*10=50），最小孔径3.51.3t，孔至边缘最小距离3.251.5t，均适宜冲裁加工 。2. 精度： 查表知零件中直径为6的等级公差为IT11级，直径为10的公差等级为IT13 ， 级，其余的尺寸均低于IT12级，也无特殊的要求，；由此可知由普通的冲裁就可以把零件冲裁出来。3. 材料：低碳钢，带料，未退火，抗剪强度为304-373MP，抗拉强度为432-461MP，屈服极限为235MP，断后伸长率为21%-25%，此材料具有较高的塑性和弹性，综合以上分析，该零件工艺性良好，可用于冲裁加工。3、工艺方案的制定及分析比较 很明显本三角片零件冲裁生产包括落料与冲孔两个基本工序，可以采用的冲裁工艺方案有单工序模冲裁、复合冲裁模冲裁和级进模冲裁三种，由于零件年产量在50万件以上，属于大批量生产，所以，若选用单工序模冲裁加工方法的话，冲裁效率很低，工序组合程度也较低，不便于于操作及控制生产产量。若采用复合模冲裁加工，虽然生产率和材料利用率都较高，制件尺寸精度好，断口平整，但是由于零件孔边距太小，很难保证模具的强度，且模具不易于制造，操作时不安全。采用级进模冲裁时，生产效率相对于复合冲裁、单工序冲裁都高，易于实现自动送料、出料，操作方便，安全性高，综合前面分析该零件形状简单等各方面特点，选用级进模冲裁方式比用复合模冲裁更易于制造，通过设计较为合理的模具结构和排样方案可达到较好的零件质量和避免模具强度不够等问题。综上所述，该零件采用级进模冲裁工艺最合适。零件图如图（一）所示。4、排样设计及材料利用率计算4.1、模具总体方案确定模具类型：根据零件的冲裁工艺方案，采用级进冲裁模。操作与定位方式：零件生产批量较大，但在合理安排生产的情况下可用手工送料方式，考虑到零件尺寸较小，材料厚度较薄，为便于操作和保证零件精度，采用导料板导向、侧刃定距的定位方式。侧刃定距的定位方式生产率较高，定位准确，不足之处在于材料消耗较多，冲裁力增大，模具稍复杂，鉴于此，为减少料头和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用双侧刃刃前、刃后对角布置。卸料与出件方式：考虑到零件厚度较薄为1mm，但材料强度、硬度高，宜采用刚性卸料方式，为便于生产操作，提高生产率，冲裁件与废料采用由凸模直接从凹模洞口下的下出件方式。模架类型及精度：由于零件厚度较薄，冲裁间隙很小，又是级进模，零件冲裁宜采用对角导柱滑动导向模架，其导向精度较高、导向平稳、操作使用方便。模架采用级模架精度。4.2、排样设计和计算材料利用率综上所述，如此一来可以有如三种较好的排样如下图（二），图（三），图（四）所示：第一种排样：图（二） 第二种排样： 图（三） 第三种排样：图（四）1.对于第一种排样，根据零件形状及尺寸，排样图的几何关系，初步计算材料利用率：由设计手册相关表格查得：a=1.5mm，a1=1.5mm，=0.15mm，导板与条料间最小间隙：Z=0.5mm，侧刃切去料宽方向尺寸b=1.5mm，侧刃定距时，测导板与条料间最小间隙Y=0.10mm。因此，条料宽度为，（其中侧刃数n=2） =(37+10+2*1.5+0.5+2*1.5+2*1.5) =56.5mm送料步距：A=56+5=61（mm）冲裁后废料宽度：=52.5mm模具导板间宽度： B=56.5+0.1*2=56.7mm 52.5+2*Z=52.7mm，由零件图近似算得一个零件的面积为932.4mm2，一个步距内冲两件，故：s=2*932.4=1864.8mm2，一个步距内所需坯料面积：s0=56.5*61，因此，材料利用率为：=1864.4/（56.5*61）=54.5%2.对于第二种排样，根据排样图的几何尺寸和零件的尺寸，按照上述的方法计算，可以计算出材料的利用率为=1864.8/（64.2*73.5）=40%。3对于第三种排样，根据排样图的几何尺寸和零件的尺寸，按照上述的方法计算，可以计算出材料的利用率为=1864.8/（34.5*93）=56.1%综合比较，第二种排样的利用率太低不可取，而第一种和第三种的利用率差不多，现取第一种排样方法。5、冲裁力、推件力、卸料力的计算及压力机的选用冲裁力：根据零件图可求得一个零件内外周边之和为248.6mm，侧刃冲切长度查设计手册得L=(57.5+1.5+0.5+1.4)mm，根据排样图模冲两件和双侧刃布置，所以总冲裁长度L=（322+57.5+1.5+0.5+1.4）2=615mm，又根据材料抗拉强度b=450MPa，冲裁件的料厚t=1mm，则有：P=b *L*t=450*615*1=276750(N)卸料力：查表取卸料力系数Kx=0.05,则：Fx=Kx*P=0.05*276750=13837.5N推件力：推件力根据材料厚度取凹模刃口壁高度h=5m，故n=h/t=5/1=5，查表得KT=0.05，则：FT=N*KT*P=5*0.05*359775=69187.5N总冲裁力：PZ=P+ Fx +FT =276750+13837.5+69187.5 =359775（N）=360KN应选取的压力机公称压力：P0=(1.11.3)*360=396468（KN）由此，查设计手册可选的压力机型号为：J1116型500KN偏心压力机。因冲裁件尺寸较小，且选用了对角导柱模架，受力均匀平稳，零件左右对称，故压力中心确定相对容易，由于压力中心不会超出模柄端面积之外，故压力中心的位置不必列出。6、 凸、凹模刃口尺寸及公差的计算由于材料质较硬，尺寸小，相应的模具间隙小，综合考虑，凸、凹适宜采用配合加工法，同时，配合加工法只需计算基准件基本尺寸及公差，另一件与之配合的不需标注尺寸，极大方便了凸、凹模刃口尺寸的计算，基准件的制造公差也不再受间隙大小的限制，同时配合件的制造公差，就可以保证获得合理间隙，模具制造更为简单、方便。根据排样图可知，凹模的加工较凸模困难，且级进模所有凹模型孔均在同一凹模板上，因此，选用凹模为制造基准件。故不论冲孔、落料，只需计算凹模刃口尺寸及公差，并将计算值标在凹模图样上，各凸模公按凹模各对就尺寸标其基本尺寸，并注明按凹模实际刃口尺寸配作，保证双面间隙在0.1000.14mm。由于零件图中大多数尺寸未标注公差，由相关资料中国家标准查得零配件中各尺寸的极限偏差分别如下：、6.1、落料凹模刃口尺寸（1）凹模磨损后增大的尺寸，按：，来计算；各尺寸计算如下： 查表得知磨损系数X=0.5, Ad1=(5-0.5*0.3)0+0.3/4=4.850+0.020mm 查表得知磨损系数X=0.5 Ad2=(10-0.5*0.36)0+0.36/4=9.820+0.09mm 查表得知磨损系数X=0.5 Ad3=(7-0.5*0.36)00.36/4=6.820+0.090mm（2）凹模磨损后减小的尺寸，按来计算，根据零件图样进行分析,各尺寸计算如下： 查表得知磨损系数X=0.5 Bd=(10+0.5*0.36)00.36/4=10.180-0.09mm（3）凹模磨损后不变的尺寸，按，来计算： Cd1=(24.74+0.5*0.52)=250.065mm Cd2=(15.785+0.5*0.43)0.43/8=160.054mm Cd3=(2-0.125+0.5*0.25)0.25/8=20.031mm Cd4=(20-0.26+0.5*0.52)0.52/8=250.065mm6.2冲孔凹模刃口尺寸：冲孔凹模均为圆形，故可以先计算出凸模，再减去一个双面间隙0.12mm即可得到凹模的尺寸，凸摸的尺寸按以下公式计算：各尺寸计算如下： 查表得知磨损系数x=0.75, 故： dp1=(10+0.75*0.206)0-0.204/4=10.150-0.052mm dd1=(10.15+0.12)0.0520=10.2700.052mm 查表得知磨损系数x=0.75,故： dp2=(6+0.75*0.075)0-0.075/4=6.060-0.019mm dd2=(6.06+0.12)00.019=6.1800.019mm 查表得知磨损系数x=0.5,故： dp3=(3.5+0.5*0.36)0-0.36/4=3.680-0.09mm dd3=(3.68+0.12)00.09=3.800.09mm6.3 侧刃孔的尺寸可按公式Ad=(A+0.5Zmin)0+，由于侧刃长为61mm,故取=0.030mm,所以 Ad=(A+0.5Zmin)0+=（61+0.5*0.12）0+0.030=61.060+0.0307、 凹模零部件的设计与选用7.1、凹模设计凹模采用整体凹模，矩形板状结构，按照凹模上螺钉钉孔和销钉孔的位置配作下模座的螺钉孔和销钉孔，直接装入螺钉与下模座固定。考虑到冲裁件大批量生产以及凹模的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5mm，此直刃口强度高，刃口尺寸不随刃磨而增大，可适用于形状复杂或高精度工件冲裁或上出料的洞口。漏料部分按照刃口部分单边扩大0.5mm。凹模具体轮廓尺寸计算如下（如图（五）所示）：图5沿送料方向的凹模型孔壁间最大距离为：L1=10+16+25+16.5+16+36+61=180.5（mm），（其中61mm为送料步距）垂直于送料方向的凹模型孔壁间最大距离为：b=52.5-2*0.5+2*6=63.5（mm）（其中：侧刃的厚度为6mm，52.5mm为冲裁后废料宽度）沿送料方向的凹模长度为：L=L1+2c=180.5+230=240.5（mm）垂直于送料方向的凹模宽度为： B=b+2c=63.5+2*30=123.5(mm)查参考文献1表6-5得知凹模的厚度为：H=22mm综上所算得的凹模轮廓尺寸,选取与计算值接近的标准凹模板轮廓尺寸为：LBH=250mm150mm22mm。凹模的材料选用Cr4W2MoV，工作部分热处理淬硬6062HRC，在热处理方面，根据冲压模的特点和应用工作环境，一般要求模具具有较高的硬度和耐磨性、足够的强度、良好的韧性，因此，常对冷作模具钢进行强韧化处理。对于材料Cr4W2MoV来说，常规热处理工艺为了淬火时加热温度为，淬火介质为没，回火温度在。7.2、凸模设计落料凸模刃口部分为非圆形，为了方便于凸模的固定板的加工，简化制造工艺，凸模可设计成直通式结构，通过铆接方式与固定板固定，凸模的尺寸根据刃口尺寸、卸料装置和安装固定要求确定，凸模材料也为Cr4W2MoV，工作部分热处理淬硬6163HRC，热处理常规工艺类似于凹模。取凸模工作部分的表面粗糙度Ra=0.4，固定部分Ra=0.8。冲孔凸模设计与落料凸模基本上相同，因前者刃口部分为圆形，其结构相对更加简单，考虑到其中冲孔的直径较小，故需要对最小冲孔凸模（）进行强度校核，以防止凸模发生失落感稳、弯曲和折断，提高凸模的使用寿命。凸模最小直径的校核（强度校核）：的孔径虽较小，但远大于材料厚度，估计凸摸的强度和刚度是足够的，为了使刚性卸料板加工方便，现取双面间隙为0.12mm（不起导向作用）。 查表可知，凸模的最小直径d满足：(其中，为凸模材料的许用抗压强度，大小取决于凸模材料、热处理和模具结构，对于T8A、T10A、Cr12MoV、GCr15、Cr4W2MoV等工具钢，淬火硬度为6062HRC时，可取，在这里取=1200MPa。)而，所以凸模强度足够。凸模最大的自由长度的校核（刚度校核）：查设计手册得知，凸模最大自由长度L应满足：由此可知，小冲孔凸模工作部分长度不能超过18mm，在这里取小冲孔凸模工作部分长度为16mm，大冲孔凸模和落料凸模为16mm。以上的校核如果凸模的长度大于极限长度或者凸模工作部分直径小于允许的最小值，就应该采取凸模加护套等办法加以保护，实际有些生产中考虑到模具制造、刃口得钝、偏移等因素的影响，即使凸模不大于极限长度，但为了保证冲裁工作的正常进行，有的也需采取保护措施。具体的图见图（六）、图（七）、图八、图（九）。图（六） 图（七）图（八） 图（九）7.3、凸摸固定板 高度H=0.7H凹=0.7*22=15.4mm由于凸摸固定板的长宽要与凹模一样，故取凸摸固定板的规格为：200*160*16mm 材料为：Q235图（十）7.4、卸料板模具的卸料板不仅有卸料的作用，还具有用外形凸模导向，对小凸模起一定的保护的作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相同 1、查表参考文献2表2-58得知此规格的卸料板厚度H=12mm台阶高度H1=4mm 2、上下装合面Ra=1.6m,其余Ra12.5m，成型孔形状和凹模一样，加工时与凹模配合加工，凸摸与卸料板的配合为H7/h6。 故卸料板的规格为：250*160*12mm图（十一）7.5、垫板 =P/F=360000/（1127.5+194.9）*2 =136MP 模板的许用应力=914MP， 故应加垫板，厚度取10mm。所以垫板的规格为：250*160*10mm，材料取T7，淬火硬度为4852HRC。7.6导柱和导套： 根据模架选取的导柱和导套都为国家标准。其中导柱为GB/T2861.1 32*160和35*160。 导套为GB/T2861.6 32*105*43和35*105*43。8、模具的装配装配前检查各凸模和凹模是否符合图纸要求的尺寸精度和形状，将凸模和凹模孔相配，检查间隙是否均匀，不适合应该将凸模或者凹模更换，然后以凹模定位，将各凸模压入凸模固定板中，并固定，在下模板上划中心线，然后按中心预装凹模、导料板、卸料板，然后在下模板、卸料板，导料板，垫板上，用已经加工好的凹模分别复印锣孔位置，并分别钻孔，攻丝。然后在已经装好的下模上放等高垫铁，将凸模和凸模固定板组合通过卸料板孔导向装入凹模中，然后在上模板上划出与凸模固定板相应的锣孔和销钉孔，并钻锣孔和销钉孔然后用螺钉将固定板，垫板，上模板固定在一起，但不要拧紧，复查凸凹模间隙并调整好后紧固螺钉，切纸检查，合适后打如销钉。9、 模具零件加工工艺过程 在模具生产过程中，除了正确进行模具结构设计外，还必须要有较为先进、省时、经济的模具制造技术和加工工艺作为保证，故此以下将将本模具中的主要零件加工工艺述说一下： 9. 1、凹模加工工艺过程工序号工序名称工序内容使用设备1备料将毛坏锻成260mm17035mm方形2热处理退火3铣铣六面，留单边磨量厚度0.30.5mm铣床4平磨磨厚度到上限尺寸，磨侧基面保证相互垂直平面磨床5钳工划各型孔、螺钉孔、销钉孔位置线、划漏料孔轮廓线6铣铣漏料孔达到要求铣床7钳工钻、攻4-M8，钻、铰，在各型孔处钻穿丝孔钻床8热处理淬火、回火，保证6062HRC9平磨磨平面、侧面平面磨床10线切割按图样线切割各型孔，留少许单边研磨量线切割机床11钳工研磨各型孔达到要求9.2、落料凸模加工工艺过程工序号工序名称工序内容使用设备1备料将毛坏锻成60mm45m65mm2热处理退火3铣铣六面，留单边磨量厚度0.30.5mm铣床4平磨磨六面，保证各面相互垂直，上下面到上限尺寸，侧面留单边余量0.20.3mm平面磨床5钳工划刃口轮廓线6热处理淬火、回火，保证5862HRC6线切割按所划线用数控线切割切割轮廓线，留单边研磨余量0.20.3mm数控线切割7钳工研光刃口型面，保证配合间隙达到技术要求8检验9.3、凸模固定板加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料热处理将毛坯锻成260mm17020mm，退火2铣铣六面，厚度留单边磨量0.30.5mm铣床3平磨磨厚度到尺寸，磨两侧基面保证相互垂直平面磨床4钳工划出各型孔、螺孔、销孔位置线5钳工钻、攻螺孔，钻、铰销钉孔，在安装型孔处钻穿丝孔6线切割按图样切割各安装孔达到要求线切割机床7钳工在安装孔处倒角10、课程设计感想 通过这么长的课程设计时间，通过自己论证方案，查找资料，一遍又一遍的修改自己的排样图，看着自己做来的图和计算出来的数值，不禁感慨颇多。 模具课程设计和以往的机械课程设计一样，都是通