小支架冲孔落料倒装复合模模具设计.doc

湖南铁道职业技术学院毕 业 设 计题 目 小支架冲孔落料倒装复合模模具设计 系 机电工程系 专 业 模具制造与设计 学生姓名 班级 指导教师 职称(务) 完成日期 年 月 日 湖南铁道职业技术学院毕 业 设 计 评 阅 书学生姓名 班 级 题 目 小支架冲孔落料倒装复合模模具设计 指导教师 职称(务) 1、指导教师评语： 签名： 年 月 日2、答辩委员会综合评语：经毕业设计(论文)答辩委员会综合评定成绩为： 答辩委员会主任(签字)： 年 月 日毕 业 设 计 明 细 表计：封 面 张说明书(论文) 页 表 格 张 插 图 幅附 设 计 图 张完成日期 年 月 日评 分 标 准考核项目及总分具体内容分值评分标准得分差中良优设计过程35基本概念、基本理论及专业知识的掌握情况52345在提出、分析和解决问题方面的独立工作能力的表现1046810查阅参考资料、使用工具书的能力1046810工作态度及遵守纪律情况1046810设计结果40规定任务的完成情况1046810在主要设计原则、贯彻方针政策、方案比较及各项论据方面有无错误1046810图纸、数据表格、说明书质量15691215在设计理论、方法、思想方面有无独到之处或创新52345答辩情况25对设计的阐述1046810回答基本理论和方法52345回答有关设计问题1046810班级学号姓名总得分指导教师签名考核小组专家签名 目 录一、 冲压件的工艺分析二、 确定工艺方案三、 冲裁工艺计算四、 模具各零部件的设计五、 模具总体设计六、 模架的选取七、 模具的有关的校核八、 模具工作零件制造的工 艺过程卡 九、 参考文献十、 设计总结小支架冲孔落料倒装复合模设计一冲裁件的工艺分析该零件为支架1冲裁件的材料是Q235是碳素结构钢具有良好的冲压性能，适合冲裁。2零件的结构简单，在冲孔的基础上加了弯曲。3尺寸精度；零件图上的所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，零件展开后形状简单、对称，是由圆、圆弧和直线组成的。由冲压设计资料中可查出，冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT12IT10，而零件图中的尺寸未标注公差，即该零件的精度等级为IT14级，查冲压工艺与模具设计附录5得各尺寸公差为：零件外形: 零件内形：可知该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。其他尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，冲裁工艺性良好。二确定工艺该零件包括落料、冲孔、弯曲三个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：方案一 先落料，再冲孔，然后弯曲采用单工序模具生产。方案二 落料，冲孔复合冲压，然后弯曲，由二套模具完成。方案三 先采用冲孔落料级进模，然后弯曲二套模具完成。方案四 采用多工位级进模，冲裁和弯曲在一套模具上完成。方案一不好原因工序分散，需用模具、压力机和操作人员较多，劳动生产率低。方案二落料冲孔在一道工序内完成，内、外形的位置尺寸精度高，工件的平整性好；方案三由于是先冲孔后落料，内、外形的位置尺寸精度不如方案二高，工件易弯曲，平整性不如方案二好，但操作安全、方便。方案四制造成本太高，不划算。方案二和方案三与方案一相比，工序集中，劳动生产率高。由以上可知选方案二。单工序模特点：（1）冲裁精度低（2）冲压生产率低，压力机一次行程只能完成一个工序（3）实现操作机械化、自动化的可能性较易，尤其适合多工位压力机上实现自动化（4）生产通用性好，适合中小批生产（5）结构简单、制造周期短、价格低复合模特点：(1) 冲压精度较高(2)冲压生产率较高，压力机一次行程可以完成两个以上工序(3)实现机械化、自动化的可能性难，制品和废物料排除较复杂，可实现部分机械化(4)生产通用性差，适合于大批量生产(5)模具结构复杂和价格较高级进模的特点：（1）冲压精度一般（2）冲压生产率高，压力机在一次行程里能完成多个工序（3）实现机械化、自动化容易，尤其适合单机上的自动化（4）生产通用性差，仅适合于中小型零件的大批量生产（5）价格低于复合模通过以上的特点的比较，再结合现实的条件。该工件最适合用复合模生产.复合模又分倒装和正装复合模。下表（一）为复合模正装和倒装优缺点序号正装倒装1对于薄冲件能达到平整要求不能达到平整要求2操作不方便，不安全，孔的废料由打棒打出。操作方便，能装自动拨料装置，既能提高生产效率，又能保证安全。孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉。3废料不会在凸凹模孔内积聚，每次由打棒打出，可减少孔内废料的涨力，有利于凸凹模减少最小壁厚。废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度。4装凹模的面积较大，有利于复杂冲件用拼块结构。如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板。 (表一) 该零件材料为Q235A，板厚为0.5mm，不属软、薄材料，且倒装复合模的废料可直接从压力机台面漏下，冲裁件由推件装置从上模推下，比较容易取出，操作安全方便，生产效率高，故采用倒装复合模，并采用后侧导柱导套导向，弹性卸料。三冲裁工艺计算1毛坯的展开尺寸 展开尺寸按下图2分段计算，毛坯展开长度式中 按计算，其中圆的半径是9.5和3 材料厚度t=0.5mm。中性层位置系数x按。当r=9.5mm时取x=0.5mm.当r=3时候，考虑到3不是圆的内半径，所以减掉板厚的r=2.5的x=0.44 由公式 式中-各段弯曲区中心角 代人公式得， 所以 =48+30.615+5.5+4.27+19 =107.4 图二 分段图2确定排样方案和计算材料利用率排样是指冲件在条料、带料或板料上的布置的方法。按冲裁工艺方法和搭边的选用，排样方法可有有废料排样和少废料排样、无废料排样三种方式。常用的排样方式有直排、斜排、对排。确定排样方案，根据零件形状选用合理的排样方案，以提高材料利用率。该零件采用冲孔、落料复合冲压。毛坯的形状为矩形，为便于送料，采用单排排样方案。见图3 图三 排样图查冲压工艺与模具设计表2.6的 a=2.2mm a1=2.5mm计算材料利用率 条料宽度：送料步距：A=20+2.5=22.5（mm）一个步距内零件的实际面积：一个步距内所需的毛坯面积：S0=AB=22.5104.918=2360.67（mm2）一个步距的材料利用率为： 3 冲压力和选择冲压设备 1）：冲裁力的计算：查冷冲压模具设计指导王芳 主编公式2-4得： L冲裁件的周长（mm）材料的厚度（mm）材料抗拉强度（Mpa）查表得=310380MPa，取=380 MPa k常取1.3落料力 F1=kL1t=1.3(87.42+210) 0.5380=1.3237.60.5380=58687.2(N)=58.69(KN)冲孔力 F2=KL2t=1.32(8) 0.5380 =1.328380=24818.56(N)=24.82(KN) 查表得 K卸=0.055 K推=0.065卸料力 F卸= K卸F1=0.05558687.2=3227.8(N) =3.23(KN)推件力 F推=nK推F2n为梗塞在凸凹模内的冲件数，取凸凹模刃口高度h=6mm，则n=2（h/t）=26/2=6（2为冲孔的数目） F推=nK推F2=60.06524818.56=9679.2 (N)=9.68(KN)总冲裁力 F= F1+ F2+ F卸+ F推=58687.2+24818.56+3227.8+9679.2=96413(N)=96.4(KN)根据所计算冲裁力，初选压力机型号为J23-10，其公称压力为100KN。但考虑到工厂一般是大的压力机，毕竟这样小的压力机适用范围太窄。所以选 J23-25 其公称压力为250KN. 也满足该冲裁件所需冲裁力的要求。J23-25的参数如小下表二公称压力（KN）250 (t)25滑块行程（mm）65滑块行程次数（次min）105最大的闭合高度（mm）270闭合高度调节量（mm）220连杆调节长度（mm）55滑块中心线至床身距离（mm）200床身两立柱间距离（mm）270工作台尺寸（mm）前后370左右560垫板尺寸（mm）厚度50孔径200模柄孔尺寸（mm）直径40深度60最大的倾斜角度（）30电动机功率（kw）2.20外形尺寸（mm）前后1335左右1112高度2120机床重量（kg）1780表二 压力机参数4压力中心的确定按比例画出零件形状，选定坐标系xoy，。该零件为对称图形，可知压力中心为下图四的O点。 为方便模具制造，取零件几何中心坐标=0 y=0为模具制造中心 . 如下图四 所示图四 压力中心四模具主要零部件的结构与尺寸设计（1）凹模厚度：根据查冷冲压模具设计指导王芳主编 查表2-24的K=0.15b=107.4 故b=16mm 实取30mm( 2 ) 凹模的壁厚（.）162432(mm) 实取30mm凹模边长: L =b+2c=107.4+230=167.4 由于书上没有接近170左右的凹模周界,所以实取200mm凹模宽度：B=20+230=80，实取B=160mm所以凹模的外形尺寸：长宽厚为200mm160mm30mm则凸模固定板的厚度： 取30（3）垫板的采用与否，若采用则厚度为：以承压面较小的凸模进行计算，冲矩形孔的凸模承压面积的尺寸如图-05所示。查冷冲压模具设计指导按式2-10，其承压力 查表2-39得软钢的为2040Mpa,故，则此模具可以不采用垫板，如果采用则可取用10mm的垫板。因其受冲击力较小，则选用45钢就可以满足其使用要求。（4）卸料橡皮的自由高度：根据工件材料的厚度为0.5mm，冲裁时凸模进入凹模深度取1mm，考虑模具维修时刃磨量为（410）mm，再考虑开启时卸料板高出凸模1mm。则总的自由高度h=。可取10mm。可模具在组装时橡皮的预压量为：H预压力 =10%15%H自由=0.6mm，则取1mm。则由此可算出模具中安装的橡皮的空间高度尺寸为7mm。取橡皮高度为15.4计算凸凹模的工作部分尺寸：冲孔凸模：查冷冲压模具设计与指导王芳 主编 由表2-8查得： （mm） (mm) 查冲裁工艺与模具设计李名望 贾崇田主编。按表2-16查得凸模和凹模的制造公差：冲孔部分： 落料部分： 则凸、凹模不能满足分别加工的条件，改用单配加工。 此工件的结构虽然简单，但是属于薄板冲裁件，其模具常采用单配加工制造。冲裁件的尺寸分类如图五 图五 冲裁件的尺寸分类 中心距mm查冷冲压模具设计指导王芳 主编，由查表2-8得： 查冲裁工艺与设计指导李名望 贾崇田主编 由表2-15查得：此工件的所有尺寸的磨损系数X=1，则按冲裁的凹模的基本尺寸计算。采用单配加工法加工模具的工作零件。落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。即以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。（1）落料凹模的基本尺寸计算如下：其尺寸标注如图六所示： 图六 凹模尺寸标注方式 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是106.63mm .19.48mm .9.64mm 但不必标注公差，只标明间隙与落料凹模配制 （1） 冲孔凸模的计算 冲孔凹模的尺寸：尺寸按相应凸模尺寸配作，保证双面间隙在0.250.36mm之间。冲裁件主要零部件的结构设计1） 凸凹模的设计凸凹模一般分成两部分，一部分为用作冲裁的刃口部分；一部分用作连接的固定部分。凸模工作部分的截面形状与相对应的凹模型孔一致。刃口尺寸如上面计算，也可按凹模实际尺寸配制。2） 凸凹模的结构形式按工作部分与固定部分是否相同，可分为二种：为直通式，为阶梯式。直通式；其工作部分与固定部分的形状完全相同，此类凸模可用线切割或成形铣、磨加工，其冲裁工作部分（全长的1/3左右）淬火，（固定部分不淬火，也可以整体淬火后，再将固定部分局部退火）而反铆。凸模加工长度要比设计长度要长1mm左右。只要凸模强度、刚度好，一般采用此方法。阶梯式：一般用作凸模截面比较小，强度不好的模具 可此冲裁件为面积大，厚度薄。又因为冲裁件的形状虽然对称，但因为考虑到凸模的加工工艺，则一般设计为直通式，从而有利于凸模的加工，减少制造费用，由于该冲裁件为薄板冲裁，且厚度小于2mm，则选用GrWMn材料做为此零件的加工毛料，就能得到冲裁件精度要求。凸凹模尺寸：凸凹模长度：L= h1+h2+H=30+15+20=65 (mm).其中：h1凸凹模固定板厚h2橡皮厚度H卸料板厚度（包括凸模进入凹模深度等）其图如下图七所示： 图七 直通式凸凹模凸凹模的固定方法：凸凹模固定到固定板中的配合或间隙；对不要求常拆换的凸凹模用N7/m6或M7/m6（双边0.02mm过盈），需要经常更换的凸凹模一般用H7/h6(双边间隙为0.01mm)，此种凸凹模用固定板固定以偏模具结构变得简单，制造工艺和经济效益太太的减少和方便。其固定方法如下图八所示： 图八 凸凹模的固定方法1） 凸凹模的固定板的设计：凸凹模固定板是用于固定凸凹模，固定板的外形尺寸一般与凸凹模的大小相同。凸凹模的型孔与凸凹模固定部分的形状相适应。凸凹模在凸凹模固定板内的固定方法通常是将凸凹模压入固定板，直通式用N7/h6、P7/H6；台阶式的配合用H7/m6,大型的不用固定板，而直接用螺钉、销钉固定在模座上。还有的直接用粘结固定，以减少配合加工面，简化孔的加工。而此套模具的凸凹模是用固定板固定。其固定板的厚度为H=（0.60.8）H凹=30mm。材料为45钢，其固定板如下图九所示 图九 凸凹模固定板2） 冲孔凸模的设计：按工作部分与固定部分是否相同分为两种：直通式：其工作部分与固定部分的形状和尺寸完全相同，此类凸模可用线切割或成形铣、磨加工；其冲裁工作部分（全长的1/3左右）淬火，固定部分不淬火（也可以整体淬火后，将固定部分局部退火）而反铆；凸模加工长度比设计长度要长1mm左右。只要凸模强度、刚度好，一般采用此方法。台阶式：一般用作凸模截面较小、强度不好的凸模，若工作部分为圆形，其固定部分也为圆形，只是由刃口到固定端、的直径逐渐加大，圆形阶梯式凸模常用车、磨加工。若刃口为非圆形，固定端多用方、矩形，常用仿形铣或数控加工之后，再用成形磨削加工。若工作部分为非圆形，固定部分为圆形，则要加上止转销。此套模具虽然可以用台阶式和直通式的凸模，采用直通式的可以简化模具的加工制造工艺，可是此工件的冲孔形状为圆形，采用台阶式的凸模最为适合，冲头长度：L=h1+h2=20+30=50(mm)其中：h1凸模固定板厚h2凹模板厚如图十所示 图十 凸模3） 冲孔凸模的固定方法：此冲孔凸模用垫板和压板直接固定就可以，不但可以简化其模具结构，还可以减少模具加工工艺，节约模具材料，其固定板的厚度为：H=（0.60.8）H凹=30mm,其固定结构如图-10所示相同6)冲孔凸模固定板的设计：凸模固定板用于固定凸模，固定板的外形尺寸一般与凹模大小相同。固定凸模用的型孔与凸模固定部分的形状相适应，型孔位置与凹模型孔位置协调一致。凸模在凸模固定板内的固定方法通常是将凸模压入固定板，台阶式凸模的压入配合用H7/m6，直通式凸模用N7/h6、P7/h64） 凹模的设计：先确定凹模的洞口形式，由于考虑到加工的难易程度，选用直壁式凹模洞口直壁式有三种形式如下图十一 a台阶式 b倒锥式 c直通式如下图 图十一 洞口形式直壁式的特点结构其孔壁垂直于顶面，在修磨刃口时凹型孔的尺寸不会改变。故冲裁精度较高，刃口强度也较好。直壁式刃口冲裁时磨损大，洞口磨损后会形成倒锥形，因此每次修磨的刃磨量大，总寿命低。冲裁时，工件易在孔内积聚，严重时会使凹模裂。台阶式：适用于冲件形状简单、材料较薄的复合模。倒锥式：适用于精密冲裁模。综合以上可知，选台阶式为凹模洞口的形式。5） 直通式：适用于冲件或废料逆向推出的冲裁模。凹模的主要要求：1、零件图上应标注完整，各型孔尺寸及螺钉定位、销钉的尺寸及公差。2、模的顶面和型孔的工作孔壁应光滑，表面粗糙度小，这样可以提高工件的精度和延长模具的寿命，一般取Ra=0.80.4,最差的不能大于1.6，底面和销孔Ra=1.6其余的Ra=6.33、凹模具有锋利的刃口和刃口有高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲裁力。因此凹模应有高的硬度的适当的韧性。形状简单的选用T8A、T10A等制造。形状复杂的、淬火变形大的，特别是用线切割方法加工型孔的凹模应选用合金工具，如Gr12MoV、Gr12等，凹模应进行热处理，硬度应达到HRC4060。根据此冲裁件，它是属于薄板冲裁，冲裁时受的冲击力不大，所以选用GrWMn来制造凹模最为合适。4、应保证底面与顶面的平行度，型孔轴线与顶面的垂直度，这些虽可不标注，但是在制造时应必须保证。此冲裁件的凹模底面与顶面的垂直度和平行度都为0.02mm,其设计图为图十二所示 图十二 凹模6） 凹模的固定方法：此冲裁件的凹模采用螺钉和销钉固定就可以达到固定定位效果。因为此冲裁件为薄板冲裁，冲裁时冲裁力不怎么的大，只要略加固定定位就可以了。根据冲裁件的结构和模具结构的需要，此模具采用4个螺钉和2个销钉定位。其位置见图-16所示7） 挡料销的设计：挡料销用于落料模、复合模、级进模中，控制送料步距，挡料销一般安装在顺装模具的凹模上和倒装模具的卸料板上，利用被冲压后条料上型孔套在挡料销上控制步距。如下图十三 图十三 挡料销挡料销可分为：1）固定挡料销 2）回拉式挡料销 3）弹顶挡料销 4）始用挡料销固定挡料销：固定挡料销就是常用的固定挡料销，这种挡料销形状简单，容易制造。其中挡料销的位置尺寸为L：L=D/2+a+M/2当与导正销配合使用时：L=D/2+a+M/2+0.1L为挡料销中心到型孔中心的距离（mm）,D为挡料销直径（mm），a为凹模落料前后搭边(mm)，M为凹模落料型孔宽度（mm）,如图十四所示 图十四 挡料销工作示意图弹顶挡料销：一般用于倒装或常用的倒装复合模中，安装在弹压导板上，避免在反装落料凹模上开让位孔而影响强度，有时也用在条料调头送进的落料模中，安装在凹模面上，使其在一头送料步距，另一头送料时被压进凹模而不会干涉。根据此模具设计和冲裁件的形状结构，采用弹顶挡料销，会使模具结构变得复杂些，固采用复杂些，固采用固定挡料销，有利于简化模具的结构形状，便于凹模的加工，从而使模具的加工工艺变为简化。8） 卸料装置的设计：将冲裁以后卡在凸模和凸凹模上的料卸下来的装置就称为卸料装置。将卡在凹模里的料推出或顶出的装置称为顶料装置。常有的：卸料装置：1） 固定卸料板：一般有几种常用的形式，有时将卸料板和弹导料板别为一个整体，有时单独分开。固定卸料板刚性好、卸料力大、工作可靠，制造简单。2） 弹压卸料板：用于卸料螺钉吊装在垫板上，冲压时卸料板随凸凹模一起向下运动，卸料板先压紧条料，再逐渐减小固定板与卸料板之间的距离，这样，不但可以起到压紧、压平原料，从而有利于冲裁件的平整度的调整。如图十五 图十五 弹压卸料板凸凹模与卸料板之间的双面间隙为0.1mm0.2mm或按H9/h8、H8/g8配制。卸料板比凸凹模台面稍高0.5了保护凸凹模和保证卸料，凸凹模一般缩在卸料板内0.5mm。由于该冲裁件是薄板冲裁，则冲裁时容易变形，则使用弹压卸料板，使其平整度提高，从而达到冲裁质量。其厚度为：H1=（0.81）H凹=24，由于 该冲裁件较薄，且卸料力小。则取15mm即可，因为该冲裁件的厚度很薄。 9） 顶料装置的设计：将卡在凸凹模或凹模里的料推出或顶出的装置称为推料或顶料装置。在设计推料装置时要注意以下面的问题：1） 顶板的形状与凹模型孔一样，与凹模型孔的配合成H8/h7或H7/h6配合。顶板内孔与凸模成F8/h8或G8/h7配合。2） 顶板高出凹模0.20.5mm，保护凹模并保证卸料。3） 冲裁用的顶板活动范围为5mm左右，顶板的厚度不小于8mm。4） 顶杆的数量一般为24根，顶杆位置分布均匀，使之受力均匀。5） 上模的打板形状应与工件相似，打料的布局也应该均衡。其见图十六 图十六 顶板图五模具总体设计有上叙述的各步计算所得到的及确定的工艺方案，便可以对模具进行总体设计并画出模具草图见图十七图十七 模具草图模柄的选取：中小型模具都是通过模柄固定在压力机滑块上的，对大型的模具则可用螺钉、压板直接将模座固定在滑块上。模柄有五种形式：1）整体式 2）压入式 3）旋入式 4）浮动式 5）带凸缘式 11)模架的选取：1 是由上模座、下模座、模柄及导向装置（常用的是导柱、导套）组成。模架是整套模具的骨架，模具的全部零件都固定在上面，模架将承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连。2模架的基本要求： （1）应有足够的强度和刚度和韧性。（2）应有足够的精度 （3）上、下模之间的导向应精确。3模架的形式：一般有1）后侧导柱模架 2）中间导柱模架 3）对角导柱模架 5）四导柱模架。后侧导柱模架：送料方便，可以纵向、横向送料。但是冲压时如果有偏心载荷，则导柱、导套会单边磨损。它不能与浮动模柄配套使用。中间导柱模架：左右分布对称，受力均衡，所以导柱、导套磨损均匀。但是只能从正前方送料。由于该冲裁件较薄，且冲裁时容易变形，由于考虑到其平整度要求，则优先选用中间导柱模架。 凹模周界L250 B160 闭合高度最小210 最大255上模座GB/T2855.9 20016045下模座GB/T2855.10 20016055 导柱GB/T2861.1 28200 32200导套2811043 3211043六模具的有关的校核：设备的校核：落料冲孔正装复合模所选的设备为J23-25各参数的校核装模高度的校核：由于模具的闭合高度为235mm，动机的最大装模高度为Hmax=255mm,zu最小装模高度Hmin=190mm.满足Hmin+10HHmax-5的条件。九