贵州大学冲压工艺与模具设计课设.doc

. . . . . 冲压工艺与模具设计课 程 设 计 说 明 书设计题目 冲压工艺与模具设计 Heater-08F 系 别 材料成型及控制工程 专业班级 模具 学生姓名 杨旭 学 号 1308030016 指导教师 熊伟 日 期 2016.06.05 学习好帮手目录一、课程设计的目的3二、零件说明4三、零件工艺性分析53、1 零件图分析5四、工艺方案确定7五、弯曲件的工艺计算95、1 中性层位置的确定：95、2排样和材料利用率95、3 弯曲件坯料尺寸的计算95、4 冲压力的计算105、5初选冲压设备10六、模具工作零件设计126、1凸模圆角半径126、2凹模圆角半径126、3凹模深度136、4弯曲模凸模和凹模的间隙136、5凸凹模工作部分的尺寸与公差14七、模具其他零件的设计157、1凸模的固定方法167、2定位装置的设计167、3模柄的选择167、4 模架的选择177、5紧固件及其它零件的选用177、6垫板的确定177、7顶件装置选用17八、该模具设计的优缺点19九、填写工艺卡片20十、心得体会22十一、参考文献23 一、课程设计的目的本课程设计是在学生学完“冲压工艺与模具设计”理论课并进行了生产实习之后进行的一个重要教学环节。是学生运用所学理论，联系实际，提高工程技术能力和培养严谨细致作风的一次重要机会。通过本次设计要达到以下目的：1、巩固与扩充“冲压工艺与模具设计”以及有关技术基础课程所学的内容，掌握制订冲压工艺规程和设计冲压模具的方法。2、培养综合运用本专业所学课程的知识，解决生产中实际问题的工程技术能力（包括：设计、计算、绘图、技术分析与决策、文献检索以及撰写技术论文的能力）。3、养成严肃、认真、细致地从事技术工作的优良作风。 近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具设计与制造水平有了较大提高，大型、精密、复杂高效和长寿命模具的需求量大幅度增加，模具质量、模具寿命明显提高，模具交货期较前缩短，模具CAD/CAM技术也得到了相当广泛的应用。 冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电和通信等行业零部件的成形。由于冲压工艺具有生产率高，能成形复杂零件，适合大批量生产等优点，在某些领域已经取代机械加工，并正逐步扩大其应用范围。据国际生产技术协会预测到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工，80%的精加工要由模具来完成。因此冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。二、零件说明制件如下图所示：该制件名称为Heater，其技术要求为： 1，未注尺寸公差按GB/T15505的m级; 2，毛刺小于0.15; 3，质件要求平整，不允许有拉裂、起皱的现象; 4，中批量生产；材料：08F，t=1.0mm三、零件工艺性分析3、1 零件图分析工艺性项目 冲压件工艺状工艺性允许值工艺性评价 冲裁工艺性 21、形状 冲圆孔 11 落料长方形160.4117.42、落料斜切断与一边成45 弯曲工艺性 1、形状 三次折弯 先折外L形角，再折L形内角2、弯曲半径 R1 0.4t=0.4 3、直边高度弯曲外角90。弯曲内角90 2t=24、精度 IT14 2t=2 表21 结合三视图和三维图分析：零件是Heater，材料是08F，属于优质碳素结构钢，强度、硬度低，塑性极好，深冲压、深拉延性好，冷加工性、焊接性好，成分偏析倾向大，时效敏感性大，故冷加工时，可采用消除应力热处理或水韧处理，防止冷加工断裂。化学成分（）：C：0.050.11，Si0.03，Mn：0.250.50，Cr0.10，Ni0.30，Ca0.25力学性能：抗剪强度为270340MPa，抗拉强度b不小于300MPa，屈服强度s为180MPa，断面收缩率60%，伸长率不小于35%。材料厚度是1mm，精度无特殊要求，要求表面无划痕，孔不允许严重变形。 该件为带有孔和折弯的对称件，尺寸精度要求不高，由冲裁和弯曲就可以成形，冲裁的难点在于先折外角后，然后在折内角。生产批量：大批量；设备情况、械具制造条件及水平；各种技术标准、设计手册及有关资料。四、工艺方案确定完成此工件需要落料、冲孔和弯曲三道工序。其加工工艺方案分为以下：（1） 方案种类。根据制件工艺性分析，要加工此零件，分析出以下四种方案。方案一：1）落料与冲孔复合；2）弯曲外角；3）弯曲U形内角；4）弯曲L形内角；方案二：1）落料与冲孔复合；2）弯曲U形内角；3）弯曲L形内角；4）弯曲外角；方案三：1）落料与冲孔复合；2）弯曲外角；3）弯曲L形内角；3）弯曲U形内角；（2） ：方案分析并选出最优方案。 方案一的优点：模具结构简单，寿命长，制造周期短，工件的回弹易控制，操作简单，工人劳动强度低，取件容易。 方案二在内角后再弯曲外角，势必会增加弯曲步骤，加大弯曲难度，取件难，使工件的精度降低，生产率下降，生产成本增加。 方案三具有方案一得优点，但是方案一在最后一步弯曲L形内角更好定位。 相比方案一、方案二和方案三在操作、成本、生产率上及定位上，本设计模具采用方案一。 模具压力中心是指冲压时各个冲压部分冲压力合力的作用点。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 冲模的压力中心，可按下述原则来确定：（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中点。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）冲裁形状复杂的零件或多凸模的零件时，其压力中心可以通过解析计算法求出。 现在需要冲孔的零件是一个筒状件，在其底部正中心需要冲孔，所以其压力中心就是其几何中心。五、弯曲件的工艺计算 5、1 中性层位置的确定： 直边段L1,L2，L1=25.04mm，L2=115.4mm 由公式: 式中 r零件的内弯曲半径 t板料的厚度 x中性层位移系数查表4-4可得板料弯曲时中性层位移系数 则5、2排样和材料利用率 由于坯料形状为矩形，采用单排排料最便宜，取搭边a1=2.8mm,a2=2.4mm,板料宽度为B=160.4+22.8=166.0mm；进距h为88+2.4=90.4mm；板料选用规格为4mm900mm2000mm。 采用纵裁时： 每板条料树n1=900/166=5条，余70mm， 每条制件数n2=（2000-2.8)/90.4=22件， 33.82000余料利用件数n3=2000/166=12件，余8mm。 由此可知，纵单排排料材料利用率高，从弯曲纤维方向性上，横向单排排料最好，由于材料08F塑性好，故采用纵向单排排样，以降低成本，提高经济性，达到最优方案。5、3 弯曲件坯料尺寸的计算 根据零件特性，进行折弯时，零件折弯半径只有1mm,而板厚为1mm则使用圆角半径r0.5t的弯曲件计算。由公式:式中 Lz坯料展开总长度 弯曲中心角则根据实际坯料零件尺寸，设L1=35mm L2=130mm.得出零件展开尺寸为5、4 冲压力的计算 由于弯曲力受到材料的力学性能，零件形状与尺寸，板料厚度，弯曲方式，模具结构形状与尺寸，模具间隙和模具工件表面质量等多种因素的影响，很难用理论分析方法进行准确计算。因此，在生产中均采用经验公式估算弯曲力。L形弯曲件是在自由弯曲阶段相当于弯曲U形件的一半，而且应设置压料装置，所以可近似地取弯曲力为：（由于二次弯曲，按U形弯曲计算。） 自由弯曲力 F1=0.7*88*1*1*300/（0.4+1）=13200N 校正弯曲力 F2=QP=88*76*80=535040N 为了可靠起见，将F1与F2和在一起， 即F0=F1+F2=548240N5、5初选冲压设备确定压力机的额定压力不仅要考虑能完成弯曲加工，而且要注意防止压力机过载。由于前述计算所得的弯曲力均为弯曲过程中可能出现的最大弯曲力数值，即短时间内出现的峰值，如果压力机的额定压力等于或略大于该计算值，并不能保证在整个弯曲过程中压力机不过载。因此，在确定压力机的压力时，应预留出较大的安全范围。一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的1.3倍，可以取压力机的压力为 F1.3 F总代入数据得： F712.4KN查表9-4，初选压力机J23-80，其主要技术参数为：公称压力800KN滑块行程130mm滑块行程次数120/min最大闭合高度380mm 闭合高度调节量90mm工作台尺寸540mm800mm模柄孔尺寸床身最大倾角六、模具工作零件设计6、1凸模圆角半径 弯曲件的相对弯曲半径较小时，凸模角半径可取弯曲件的内弯曲半径r，但不能小于允许的最小弯曲半径。如果值小于最小相对弯曲半径，应先弯成较大的圆角半径，然后再用整形工序达到要求的圆角半径。当弯曲件的相对弯曲半径较大且精度要求较高时凸模圆角半径应根据回弹值进行修正。 由于影响的因素很多，值的理论计算公式并不实用。所以在生产中主要参考经验数据来确定 值。查表4-2可查得： 08钢在垂直于纤维方向时，最小相对弯曲半径。 由于该制件的相对弯曲半径r/t较小，故凸模圆角半径需根据弯曲件的回弹值来进行相应的修正。6、2凹模圆角半径 凹模圆角半径的大小直接影响坯料的弯曲成形。凹模的圆角半径不能过小，否则弯曲时坯料拉人凹模的阻力大，厚度易拉薄，擦伤工件表面。太大，会影响毛坯定位的准确性。的值通常按材料厚度t来选取。查表4-9得当板料厚度t为1mm时凹模圆角半径6、3凹模深度 凹模的工件深度将决定板料的进模深度，对于常见的弯曲件，弯曲时不需全部直边进入凹模内。只有当直边长度较小且尺寸精度要求高时，才能直边全部进入凹模内，凹模深度过大，不仅增加模具的消耗，而且将增加压力机的工作进程，使最大弯曲力提前出现。中小型弯曲件通常都使用模具在机械压力机上进行加工，最大弯曲力提前出现，对压力机是很不利的。凹模深度过小，可能造成弯曲件直边不平直，降低其精度。因此，凹模深度要适当。对于弯边高度不大或要求两边平直U形件，凹模深度应大于零件高度，高差用m表示。查表4-11得则凹模深度6、4弯曲模凸模和凹模的间隙 弯曲L形时，必须选择适当的凸、凹模间隙。间隙过大则回弹量大，工件的形状和尺寸误差增大。间隙过小，使弯曲力增大，直边壁厚变薄，增大摩擦，容易擦伤工件表面，加速凹模的磨损，降低凹模的使用寿命。同时考虑到下列因素的影响：弯曲件宽度较大时，受模具制造和装配误差的影响，将加大间隙的不均匀程度，因此间隙应取大些。宽度较小时间隙值可以取小些，硬材料则应取大些，弯曲件相对弯曲半径r/t较小时可以取大些。此外还应考虑弯曲尺寸精度和板料厚度偏差的影响。U形件弯曲模的凹、凸模单边间隙可按下式计算： 式中 Z弯曲模的凹、凸模单边间隙 t工件材料厚度，t=1mm 工件的最大厚度，=1mm c间隙系数，查表4-13取c=0.1 计算，可得Z=1.1t=1.1mm6、5凸凹模工作部分的尺寸与公差模具工作零件结构的确定即弯曲模凸、凹模工作尺寸的确定。弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注行成有关。一般原则是：当工件标注为外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上，弯曲间隙通过增大凹模刃口尺寸取得，并以此配作凹模；当工件标注内行尺寸时，应以凸模为基准件，综上所述，根据图4-34，以凹模为计算基准件，可得：凹模 (4-23)凸模 (4-24)式中 凹模的基本尺寸 凸模的基本尺寸 弯曲件的最大极限尺寸 弯曲件的宽度的尺寸公差 ，凹模、凸模的制造公差，一般按IT9级选用 Z为凹、凸模双面间隙查互换性表18得偏差79偏差为0.087mm,32.5偏差为0.062将数据代入式（4-21）、（4-22）得： mm; mm;=78.07mm=28.55mm;=30.75mm;七、模具其他零件的设计7.1凸模的固定方法凸模在上模的正确固定应该是既保证凹模工作可靠良好的稳定性，还要使凸模在更换或修理时，拆装方便，在此基础上，尽量使结构简单。该凸模的固定方法选用固定板固定凸模。 固定板的设计原则：1) 凸模固定板的厚度一般去凹模厚度的0.6-0.8倍，其平面尺寸可与凹模，卸料版外形尺寸相同，但还需考虑紧固螺钉和销钉的位置。2) 固定板与凸模或者凸凹模之间为H6/m6或H7/m6配合。3) 固定板的上下表面应磨平。 7.2定位装置的设计 弯曲该L形制件时，采用定位销法定位制件的平动。由于该制件结构简单，外形呈方形，可采用在右侧加一略高于凹模一个板厚的侧板进行定位，防止制件在冲压弯曲过程中的转动而影响制件尺寸和精度。同时，该侧板可以起到导料的作用。弯曲L形制件时，会产生一定的侧向力，而侧板则可以平衡一定的侧向力，保证凸、凹模的间隙和制件的精度要求。7、3模柄的选择 中小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机上。模柄是作为上模与压力机滑块链接的零件。对它的基本要求是：一要压力机滑块的模柄孔正确配合，安装可靠；二要与上模正确且可靠的连接。查询资料p407，采用压入式模柄，它与模座孔采用国度配合H7/m6,并加销钉以防转动。这种模柄可以较好的保证轴线与上模座的垂直度，适用于各种中小型冲压模，生产中最常见。模柄的直径根据所选压力机的模柄孔径确定。7、4 模架的选择为了保证冲出零件的精度和高稳定的质量，采用模架导向方式。模架导向不仅能保证上、下模的导向精度而且能提高模具的刚性，延长模具的使用寿命，使冲裁件的质量稳定可靠，使模具的安装比较容易。模架的类型选用四角导柱模架：四角导柱模架常用于精度要求较高或尺寸较大的冲裁件的生产机大批量生产。导向装置都是安装在模具的对称线上，滑动平稳导向准确可靠。凹模的外形尺寸：(根据凹模壁厚即可算出凹模的外形尺寸，然后可在国标模板中选取)一般根据被冲压材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定。 7.5紧固件及其它零件的选用螺钉和销钉的选择（国家标准） 螺钉 4个M10x45 参照GB/T70012000 定位销 4个M10x50 参照GB/T70012000 7.6垫板的确定 垫板的作用：直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，放置模座被局部压陷，从而影响凸模的正常工作。垫板的外形尺寸与凸模固定板相同。查表2-67矩形垫板取长度L=315mm,B=100mm,h=10mm.材料选用45钢。 7.7顶件装置选用 顶件的目的都是从凹模中卸下冲裁件或废料。向上顶出的机构称为顶件，一般装在下模内。顶件装置一般是弹性的，顶件装置的典型结构，其基本零件是顶杆、顶件块和装在下模座底下的弹顶器。这种结构的顶件容易调节，工作可靠，冲裁件平直度较高。在凹模中的运动零件，有如下要求：模具处于闭合状态时，其背后有一定空间，以备修模和调整的需要；模具处于开启状态时必须顺利复位，工作面高出凹模平面，以便继续冲裁；它与凹模的配合应保证顺利滑动，不干涉。顶件块与凹模的配合属于间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合国家标准h8制造，也可以根据板料厚度取适当间隙。八、该模具设计的优缺点该模具的优点为结构简单 ,需要的辅助设备较少,操作较为安全方便。缺点是由于工作行程较大造成模具闭合高度较高、外形尺寸较大，由此所选择的压力机的标称压力也较大，造成一定的设备浪费，不易实现自动化，制造出来的冲压件精度低。 L形弯曲装配图九、填写工艺卡片冲压工艺卡片（2组） (厂名) 冷冲压工艺卡片 产品型号 零件名称 Heater 共 1 页 产品名称 Heater零件型号 第 1 页 材料牌号及规格 材料技术要求 毛坯尺寸 每条料制件数 毛坯重 辅材料 08 F40001000横裁 149122.5141工序号 工序名称 工序草图 工序内容 设备 检验要求 备注 1落料 冲孔落料冲孔复合模 草图检验2外角折弯 折弯单工序模草图检验3U形折弯U形折弯单工序具 草图检验4L形折弯L形折弯单工序具草图检验编制日期 审核日期 会签日期 标记 处数 更改文件号 签字 日期 标记 处数 更改文件号 签字 日期 十、心得体会在刚刚过去的两周多的时间里，我们进行了冲压工艺及模具设计这门课程的课程设计。回顾起此次冲压模具的课程设计，我感慨颇多。的确，从选题到完成设计，从理论到实践，在两个多星期的时间里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，不仅巩固的以前所学的知识，而且学到了很多在书本上没有遇到过的知识。老师是在这次课程设计开始前几周就布置了题目，一领到老师的题目后，我就去图书馆借阅了大量的资料，由于资料比较分散，所以整理有用的资料就显得很重要，有些东西实在是不懂就去和其他同学讨论，通过大家的帮助，我获益良多。这次课程设计刚开始时，由于理论知识的不足，在加上平时没有什么设计经验，有些手忙脚乱，不知从何入手。在老师的谆谆教导，和同学的热情帮助下，我找到了信心。现在想想其实课程设计的每一天都是很累的，其实正向老师说的一样，模具设计并不简单，你想简单的复制或自己胡乱蒙上几个数据偏偏老师都是行不通的，因为你的每一个数据都是有出处的，绝