薄板冲孔模设计.doc

湘潭大学课程设计说明书题 目： 薄板弯曲件的冲孔模具设计 学 院： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学 号： 2010501109 姓 名： 吴灿 指导教师： 曹尉南 完成日期： 2014年3月 目录一、工艺分析.1二、排样设计与计算.1 1.排样方法与原则.1 2.确定搭边值.1 3.送料步距与条料宽度的计算.2 4.材料利用率的计算.2三、薄板冲孔工艺计算.3 1.凸、凹刃口尺寸的计算.3 2.冲压力的计算.4 3.初选压力机.5 4.压力中心的计算.5四、薄板冲孔模主要零部件设计计算.6 1.凹模的设计计算.6 2.固定板的设计计算.8 3.卸料板的设计计算.8 4.定位零件的设计计算.9 5.弹性元件设计计算.9 6.凸模的设计计算.9 7.薄板冲孔模其他零件的设计和选用.10 8.薄板冲孔模闭合高度的计算.11 9.压力机的选择.11五、薄板冲孔模装配图的设计绘制.11 1.装配图视图的画法.11 2.冲裁模装配的技术要求.11 3.冲裁模装配图的校核.12 4.冲裁模零件图技术要求.12六、冲裁模具调试.13七、模具检测.13八、总结.15九、参考文献.16一、工艺分析课题为冲孔模,材料为20钢,厚度为1mm，精度为IT14级,孔的最小尺寸Dmin=2.51.0t=1，最小孔边距Lmin1.5t=1.5mm，符合冲裁条件,可采用一般冲裁就能满足要求 。外形只有圆弧,用冲裁方法速度快,质量好,比其它加工方法(如铣削,切削)成本要低,效率要高,排样也较为方便。由于大批量生产,在保证质量的情况下,可以采用冲裁,对冲裁的凸,凹模要求就要提高,特别是凸模,要进行热处理,渗碳,淬火加回火等来提高强度和耐磨性,当凸模磨损产生误差时，要及时更換，来保证工件精度要求.对于冲压过程中产品的开裂、起皱等问题，利用理论知识计算分析。模具自动化程度高，操作方便，劳动强度低。对凸模的安裝和拆卸要方便，直接关系到凸模的更换。模具结构要设计合理，防止冲压时小孔的开裂。2、 排样设计与计算 1. 排样方法与原则由于产量大，材料利用率是一项很重要的经济指标，要提高材料利用率就必须减小废料面积，条料在冲裁过程中翻动要少，使工人操作方便、安全，减轻劳动强度，排样应保证冲裁件的质量，无论是采用有废料或少、无废料的排样，根据冲裁件在条料上的不同布置方法，排样方法有直排、斜排、对排、多排等多种形式的排列方式，可以根据不同的冲裁件形状加以选出用。现工件外形为圆形，采用有废料的直排法，比较方便、合理。 2. 确定搭边值搭边起补偿条料的剪裁误差，送料步距误差以及补偿于条料与导料板之间有间隙所造成的送料歪斜误差的作用。使凸，凹模刃口双边受力，受力平衡，合理间隙一易破坏，模具寿命与工件断面质量都能提高。对于利用搭边自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，以保证条料的连续送进。搭边的合理数值主要决定于材料厚度、材料种类、冲裁件的大小以及冲裁件的轮廓形状等。一般板料愈厚，材料愈软以及冲裁件尺寸愈大，形状愈复杂，则搭边值也应愈大。由表2-11可得 圆件工件间a=1mm 侧面a=0.8mm 3. 送料步距与条料宽度的计算 送料步距 送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离，每次只冲一个零件的步距按式：a 13.380.814.18mm 条料宽度B=D+2a1=14+2=16mm 4. 材料利用率的计算通常是以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率來表示 =100%=100%式中 一个步距内零件的实际面积一个步距内所需毛坯面积 A送料步距 B条料宽度由图计算测量得：S料=187.32 mm S孔= r2= 4.90mm S零= S料- S孔=182.42 mm S总=239.68 mm =100%=76.10%准确的利用率还应考虑料头、料尾以至裁板时边料消耗情况，此时可用条料的总利用率表示按式(3-28) =式中 n _ 条料上实际冲裁的零件数,n=L/A60.08，取59 L _ 条料(或板料)长度，在这里取板长900mm B _ 条料(或板料)宽度 S_ 一个零件的实际面积得 =74.74% 图一、排样图三、 薄板冲孔工艺计算 1.凸、凹刃口尺寸的计算 （1）凸、凹模刃口尺寸的计算原则 计基准：落料以凹模为设计基准，间隙取在凸模上；冲孔以凸模为设计基准，间隙取在凹模上。 设计时间隙一律采用最小合理间隙值。 刃口尺寸的制造偏差方向：单向注入实体内部。即磨损后，凸、凹模刃口尺寸变大的取+ ；磨损后凸、凹模刃口尺寸变小的取- 。 刃口尺寸制造偏差的大小：简单形状，按IT6IT7取值；复杂形状，取1/4；磨损后尺寸无变化，取1/8。 加工方法：简单形状，分别加工；复杂形状，配合加工。 （2）简单形状凸、凹模刃口尺寸的计算 检验。由分别加工的互换性要求采用较小的模具制造公差来满足下式 在薄板中按IT14取孔2.5的偏差为+0.25，公差为0.25。按IT6IT7取刃口尺寸制造偏差值=+0.020，=-0.020，磨损系数x=0.5根据20钢厚度1mm，取=0.63，=0.45代入式（1）丨+0.020丨+丨-0.020丨0.63-0.45结果 0.040因为 =4.02（KN）所以，本例压力机的公称压力可初选为=10KN，型号为JB04-1的开式单柱液压机。行程次数。行程次数是指滑块每分钟冲击的次数，即滑块每分钟往复运动的次数。主要考虑以下因素。 A为了提高生产率，就要增加行程次数。 B考虑操作方式（进、出料时间的快慢）。 C不能忽略金属变形速度这一因素（金属流动速度）。 D行程次数太高，将缩短设备寿命。JB04-1型压力机的行程次数为250次/min，满足大批量冲裁件的生产效率要求。滑块行程（S）。是指滑块的最大运动距离，即曲柄旋转一周，上死点至下死点的距离。其值为曲柄半径的两倍：S=2R，主要考虑以下因素。A要保证毛坯放进和工件取出，应使滑块行程大于工件高度（）的两倍以上，S2B与行程次数有密切关系，行程长，则次数少，所以限制行程，可提高生产率。JB04-1型压力机的滑块行程为40mm，远远满足冲裁件的冲压行程。闭合高度。压力机的闭合高度是指滑块在下死点时，滑块底面到工作台上平面之间的距离。 A压力机的闭合高度可以通过调整连杆长度来改变其大小，将连杆调至最短时，闭合高度最大，称最大闭合高度。将连杆调至最长时，闭合高度最小，称最小闭合高度。JB04-1型压力机的最大闭合高度为150mm，连杆调节量为35mm，故最小闭合高度为115mm。 B当压力机工作台面上有垫板时，用压力机的闭合高度减去垫板厚度，就是压力机的装模高度，没有垫板的压力机，其装模高度与闭合高度相等。 C模具的闭和高度：是指模具在最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面之间的距离。他与压力机的配合应该遵守下列关系150-5H115+10145H125式中 压力机的最大闭和高度，mm压力机的最小闭和高度，mmH模具的闭和高度，mm压力机垫板厚度，mm如果压力机不设置垫板，本例所设计的模具闭和高度H在145125mm之间。加上垫板，模具闭和高度H将减小。工作台面尺寸。压力机工作台面尺寸应大于下模周界5070mm。JB04-1型压力机的工作台面尺寸（前后左右）为270mm270mm，那么，设计时模具的下模座（宽长）不要超过170mm170mm。取50mm100mm。模柄孔尺寸（直径深度）为20mm40mm，那么，设计时模具的模柄尺寸要与模柄孔尺寸匹配。4.压力中心的计算 冲模的压力中心，即冲裁力合力的作用点。与冲裁力的大小有关，与刃口轮廓周长有关。在设计冲模时，必须使冲模的压力中心与冲床滑块轴线重合，否则冲模在工作中就会产生偏心负荷弯矩，模具发生歪斜，导向机构不均匀磨损，致使冲模间隙不均匀，刃口迅速变钝，直接影响模具寿命和冲裁件质量。简单形状的压力中心 圆形刃口的压力中心在圆心。四、薄板冲孔模主要零部件设计计算 模具的工作零件、定位零件、压料和卸料零件、导向零件、连接和紧固零件、弹簧、橡胶等要首先按冷冲模国家标准选用，若无标准 ，可先选用再进行设计。对于小而长的冲头，壁厚较薄的凹模等还需要进行强度校核。设计计算确定了凹模的结构尺寸后，可根据凹模周界选用模架。模具的闭合高度、轮廓大小、压力中心应与选用设备相适应。1. 凹模的设计计算（1）凹模孔口的设计 凹模孔口形式。电极板冲裁模选择常用的直刃壁孔口凹模，见图二。 凹模孔口高度（h）。其孔口高度不宜过大，一般可按材料的厚度选取。t510mm h=1015mm薄板的材料厚度为1mm，取凹模孔口高度h=5mm。 图二、凹模孔口形式（2）凹模外形结构的设计 一般圆形刃口凹模外形结构也为圆形。（3）凹模外形尺寸的计算 凹模厚度的计算。Ha=kb=140.35=4.9 取6凹模壁厚c=（1.52）H=6（1.52）=912 取c=10式中 凹模厚度；k系数，查表得k=0.35b冲裁件的最大外形尺寸 凹模周界尺寸的计算。见图三。 A 凹模刃口轮廓为平滑曲线时。=1.2B 凹模刃口轮廓为直线时。=1.5C 凹模刃口为尖角或其他复杂形状时。=2.0也可通过查表来确定凹模周界尺寸。本例凹模刃口轮廓为圆形，故按下式计算=1.2=1.26=7.2（mm）（4）凹模的固定方法 带台肩圆形凹模，直接装入凹模固定板中，采用过渡配合（H7/m6）。 图三、凹模周界尺寸2. 固定板的设计计算（1）凹模固定板的设计 凹模固定板的外形尺寸。 凹模固定板的厚度。与凹模一致，取6mm。（2）凸模固定板的设计凸模固定板的外形尺寸。一般情况，凸模固定板的外形尺寸与凹模（或凹模固定板）或卸料板尺寸相同。查表，长取63mm宽取50mm凸模固定板的厚度。在选择典型组合后，固定板的厚度也就基本确定，得：=10mm；3. 卸料板的设计计算卸料板的作用是将抱在凸模上的工件或废料卸下。（1） 卸料板类型选择 一般常用的卸料板有固定卸料板和弹压卸料板两种。固定卸料板装于下模，具有卸料力大、工作可靠、模具安装方便等优点；但是冲裁时卸料板压不住材料，冲出的工件平整度差。固定卸料板与凸模的间隙一般为0.20.6mm，冲裁的材料厚度大于1.5mm。弹压卸料板除了在冲裁后卸料外，还可在冲裁前压住材料，使冲制的工件平整度好，一般冲制材料厚度小于1.5mm或材料较软的工件。所以采用弹压卸料板。弹压卸料板与凸模的双边间隙一般为0.10.2mm，或采用H9/f8等间隙配合。为了可靠卸料，弹压卸料板应高出凸模0.20.5mm。（2）卸料板的尺寸 外形。弹压卸料板的外形一般与同方向上的固定板的外形一致；固定卸料板一般与凹模外形一致。 厚度。查冷冲模设计指导得=12mm。 成形孔。基本与凹模刃口的形状相同。在工厂的实际生产中，冲压单个毛坯时直接采用橡胶紧箍在凸模上进行卸料，这样可使模具设计、加工以及维修简单化，缩短周期，降低成本。4.定位零件的设计计算（1）定位销：限定物品的自由移动。此模具中采用的是以工件冲好的孔进行定位，所以条料第一次冲孔时需人工定位。定位销公称直径d=2mm，公差为m6，长度l=6mm,材料为35钢，不经淬火，不经表面处理的圆柱销，销GB/119.1 6 m66（2） 定位板尺寸外形。可在画模具装配图时根据毛坯形状和模具结构而定。厚度。为1mm。5. 弹性元件设计计算此冲模中的弹性元件采用的是橡胶，橡胶主要是黑色橡胶和聚氨酯橡胶。橡胶的压缩量一般不能超过橡胶自由高度的30%，否则橡胶会过早地失去弹性。 （1） 橡胶的自由高度 H自=h/（0.250.30）=（2024） 式中 H自橡胶的自由高度，mm； h工作压缩量（工作行程），h=t+1+（46），取6mm。 取H自=20mm。（2）橡胶的直径 A=Px/p=120/1.06=113.2（mm2） A=D2/4，所以D12mm 式中Px橡胶压力，可取等于或大于卸料力，N； A橡胶的横截面积，mm2P与橡胶压缩量有关的单位压力，查冷冲压模具设计得1.06Mpa；D橡胶的直径，mm。取20mm。6.凸模的设计计算（1）凸模结构设计 凸模的刃口形式。圆形凸模，加工成台阶式结构。由于冲裁直径较小，为了改善凸模强度和刚度，在中部增加一个过渡段。 凸模的固定形式。凸模根据冲制零件的形状、尺寸、加工方法的不同而有多种固定形式。该凸模以台肩与固定板固定，凸模与凸模固定板的配合部分，采用过渡配合（H7/m6或H7/n6）。（2） 凸模长度的计算Lt=Ht+H自-Y=6+20-2=24（mm）式中Lt凸模的长度，mm；Ht凸模固定板厚度，mm；H自卸料橡胶的自由高度，mm；Y为了可靠卸料，在橡胶高度上所加的量，mm，取2mm。7.薄板冲孔模其他零件的设计和选用（1）模座的设计 采用矩形模座。长度比凹模长度大4070mm，宽度可与凹模的宽度相同或稍宽一些。 模座厚度一般可根据凹模厚度来定，通常按下式选取 (有时取)式中Hs上模座厚度；mm；Hx下模座厚度；mm。（2）模柄的设计模柄的作用是将上模与压力机的滑块相连接。在安装模具时应注意模柄直径与压力机模柄孔直径要一致。模柄的形式采用压入式模柄结构，此模柄与上模座的连接，采用过渡配合（H7/m6）。模柄图见图四 图四、压入式模柄结构8.薄板冲孔模闭合高度的计算模具闭合高度为H模=Hs+Hx+Ha+Lt-h1=7+7+6+33-1=52m（mm）式中Hs上模板的厚度，mm；Hx下模板的厚度，mm；Ha凹模的厚度，mm；Lt凸模的长度，mm；H1凸模进入凹模的深度，mm，这里取1mm。9.压力机的选择前面由冲压力初选160KN压力机，可是通过模具零件设计计算结果和绘制草图得知，模具闭合高度为52mm，而初选压力机的最小闭合高度为115mm，不能满足所设计的模具要求，所以模具在压力机安装时必须加垫板，垫板的厚度按下式选取150-52-5Hd115-52+1093Hd73取480mm通过分析最后确定还是选用J23-16型开式单柱液压机。五、薄板冲孔模装配图的设计绘制1.装配图视图的画法 工件图。工件图是经模具冲压后得到的冲压件图形。有落料工序的模具，还应画出排样图。工件图和排样图一般在总图的右上角，并注明材料名称、厚度及必要的尺寸。若图面位置不够，或工件较大时，可另立一页。工件图的比例一般与模具图一致，特殊情况可以缩小或放大。工件的方向应与冲压方向一致（即与工件在模具中的位置一致），若特殊情况下不一致时，必须用箭头注明冲压方向。 排样图。排样图应包括排样方法、零件的冲裁过程、定距方式（用侧刃定距时侧刃的形状和位置）、材料利用率、步距、搭边、料宽及其公差，对有弯曲、卷边工序的零件要考虑材料的纤维方向。通常从排样图的剖切线上可以看出是单工序模还是连续模或复合模。2.冲裁模装配的技术要求在模具总装配图中，只需简要注明对该模具的要求和注意事项，在右下方适当位置注明技术条件。技术条件包括冲压力、所选设备型号、模具闭合高度以及模具打印标记，冲裁模要注明模具间隙等。3.冲裁模装配图的校核（1）一般校核 设计该模具的必要性是否充分。 模具的总体结构是否合理，能否冲出合格零件。 是否能用标准结构，标准件。 装配难易程度如何，装配的特殊要求在技术要求是否已写明。 能否更小些，安全性如何。 冲压力是否进行了计算，选用的压力机是否合适。（3）模具结构的校核 模具的模柄直径和长度是否与所选的压力机相匹配。 要不要计算压力中心，模柄中心是否通过压力中心。 模具闭合高度的计算、核算，确定导柱长度是否合适。 定位装置、卸料装置是否选用合理。 送料机构是否平稳、可靠。 漏料是否通畅，能否堵死。 细长的凸模有无采用保护措施。 修理、刃磨是否方便。（4）排样的校核 有无对冲件数和坯料重量的要求。 要不要考虑制件的毛刺方向。 能否用带料进行自动冲压。 是否考虑压制半个工件（5）明细表的校核 件号、名称、规格、数量、页次是否和总图零件图相符，数量有无写错。 模架和标准件的代号、规格是否写正确，螺钉、销钉直径和长度是否合适，有无写错。 需要做备件的备注中注明了没有。4.冲裁模零件图技术要求凡是图样或符号不便于表示，而在制造时又必须保证的条件和要求都应在技术条件中注明。技术条件的内容岁零件的不同、要求的不同及加工方法的不同而不同。其中主要应注明。 对材质的要求。如热处理方法及热处理表面所应达到的硬度等。 表面处理、表面涂层以及表面修饰（如锐边钝倒、清砂）等要求。 未注倒圆半径的说明，个别部位的修饰加工要求。 其他特殊要求。 图五、模具装配图六、冲裁模具的调试模具装配以后，必须在生产条件下进行试冲。通过试冲可以发现模具设计和制造的不足，并找出原因给与纠正。并能够对模具进行适当的调整和修理，直到模具正常工作中冲出合格的制件为止。冲裁模具经试冲合格后，应在模具模座正面打上编号、冲模图号、制件号、使用压力机型号、制造日期等。并涂油防锈后经检验合格入库。在模具制造中，模具零件的检验与模具装配试模后的验收是模具加工过程中的重要工艺环节。模具零件加工及装配质量好坏，对模具的使用寿命有着较大的影响。加强模具装配后及模具零件加工各工序间质量检验，是确保模具质量的重要手段。因此，模具生产单位在生产过程中，要健全模具零件及模具装配前后的检验与验收制度。即根据本厂产品要求和工艺水平，编制切合实际的质量检验规程。实行以检验人员专职检验与生产工人自检互检相互结合的检验方法，严格按图样技术条件和有关工艺文件进行必要的检查。在检验中，除了进行工序间的检验和装配后的验收外，还加强各工序实际操作的检查，以督促执行工艺规定，防止废品的产生。7、 模具的检测模具的检验与验收和设计、制造一样是模具制造中不可分割的部分，在模具生产中起着积极的作用，是满足现代模具制造业发展的需要。同时，在检测技术对于模具制造质量的提高、延长模具的寿命和能生产出高效、优质制品零件，有着十分重要的意义。模具的检测主要是检查在设计、制造或装配中出现的缺陷，并在交付客户前做最后的验证，保证模具的合格性和安全性并能生产出合格的产品，模具零件加工及装配质量好坏，对模具的使用寿命有着较大的影响。加强模具装配后及模具零件加工各工序间质量检验，是确保模具质量的重要手段。因此，模具生产单位在生产过程中，要健全模具零件及模具装配前后的检验与验收制度。只有这样才能保证模具的合格性和安全性并能生产出合格的产品。表1 模具中常见缺陷和调整方法表缺陷产生原因调整方法冲件毛刺过大1.刃口不锋利或淬火硬度不够2间隙过大或过小，间隙不均匀1修磨刃口使其锋利2重新调整间隙，使其均匀冲件不平整1凸模有倒锥，冲件从孔中通过时被压弯2顶出件与顶出器接触零件面积1修磨凹模孔，去除导锥现象2更换顶出杆，加大与零件的接触面积尺寸超差和形状不准确凸模、凹模形状及尺寸精度差修整凸模、凹模形状及尺寸，使其达到形状及尺寸精度要求凹模被胀裂1凹模孔有倒锥度形象2凹模孔内卡住废料1修磨凹模孔，消除倒锥现象2修抵凹模孔高度凸、凹模刃口相咬1.上、下模座，固定板、凹模、垫板等零件安装基面不平行2.凸模、导柱、导套与安装基面不垂直1调整有关两件重新安装2重新安装凸、凹模，使之对正3调整其垂直度重新安装4更换导柱、导套送料不畅通，有时被卡死1两导料板之间的尺寸过小或有斜度2凸模与卸料板之间的间隙太大，致使搭边翻转而堵塞1粗修或重新调整装配导料板2减小凸模与导料板之间