机械毕业设计（论文）-JT型固定片冲压工艺设计.doc

学号：1110121094、1110121096、1110121098 1110121100、1110121102 塑性成形工艺（冲压）课 程 设 计课 题 T形固定片冲压工艺设计 学生姓名 院 别 机械工程学院 专业班级 11材控（2）班 指导教师 二0一四年 五 月目 录 摘 要第一章 概述- 1 -1.1 冲压的概念- 1 -1.2 冲压的特点- 1 -1.3 冲压技术的发展现状和趋势- 1 -1.4 本次设计的目的和意义- 2 -第二章 零件的工艺性分析- 3 -2.1设计任务- 3 -2.2 零件材料分析- 4 -2.3 零件结构形状分析- 4 -2.4 零件的精度和粗糙度- 4 -2.4.1 精度的确定- 4 -2.4.2 粗糙度的确定- 5 -第三章 冲压生产方案及模具结构的确定- 6 -3.1 生产方案的确定- 6 -3.2模具结构的确定- 7 -3.2.1 送料方式的确定- 7 -3.2.2 卸料方式的确定- 7 -3.2.3 出件方式的确定- 7 -3.2.4 定位方式的确定- 7 -3.2.5 导向方式的确定- 8 -第四章 冲压设计主要计算- 9 -4.1 排样设计- 9 -4.1.1 方案一：有废料排样- 9 -4.1.2 方案二 ：少废料排样- 12 -4.2压力中心的确定- 14 -4.3 凸模与凹模刃口尺寸计算- 15 -4.3.1 尺寸计算原则- 15 -4.3.2 凸、凹模刃口尺寸计算- 15 -4.3.3 凹凸模刃口尺寸图- 18 -4.4 冲压工艺力计算- 19 -4.4.1 冲裁力的计算- 19 -4.4.2 卸料力、推件力计算- 20 -4.4 冲压设备的选择- 22 -总 结- 24 -参考文献- 25 -致 谢- 25 -附 录- 26 -T型固定片冲压工艺设计摘 要本次T型固定片的工艺设计针对冲压件的冲压工艺进行了分析，冲压工艺方案及模具的结构类型进行了确定，并进行了必要的冲压工艺参数计算。巩固了冲压工艺及冲模设计和模具制造工艺等课堂上所学习的内容，练习绘图及文献检索的能力，培养和提高分析、解决问题的能力。学习冲压工艺与模具设计的具体方法与步骤，为今后从事模具设计与制造工作打下必要的基础。主要从T型固定片的工艺性分析，生产方案的制定，冲模类型的选择及结构形式的确定，排样设计，压力中心计算，刃口尺寸计算，刃口尺寸图的绘制及冲压设备选择等方面进行设计。本次课程设计设计的是一个T型固定片的设计，采用先冲孔后落料级进模设计，有废料排样，自动送料的方式，选择弹性卸料方式和下出料方式，选择对角导柱的导向方式，选取开式双柱固定台压力机，型号为JA21-35，公称力350。本次T型固定片设计长度方向上的落料模刃口尺寸分别为和；宽度方向上刃口尺寸为和；冲孔尺寸为，和，；圆弧倒角尺寸，；圆弧边尺寸，。这次课程设计对所学知识的全面总结和运用，是巩固和加深各种理论知识灵活运用的实践过程，在冲压工艺的设计过程中，在排样过程中选择的是有废料排样，虽然材料利用率比少废料排样的材料利用率低，不过有效减少了模具的磨损，另外对条料的精度要求低。在设计过程中要注意选择排样方式，因为这个是影响模具寿命的一个重要因素。设计中也出现了问题，就是排样方式选择的时候虽然少废料排样方式的材料利用率会高一些，不过少废料排样对板料规格的要求要高得多，而且少废料排样冲裁时模具的磨损会快一些，所以在选择排样方式的时候选择了有废料排样的方式来满足生产要求。同时对于板料的选择可以更加条料的宽度选择更合适的板料，这样可以有效地提高板料的利用率。关键词：T型固定片；级进模；冲压工艺；冲孔；落料；冲裁第九组：T型固定片冲压工艺设计第一章 概述1.1 冲压的概念冲压加工是利用安装在压力机上面的模具，对模具里的材料施加变形力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。由于冲压加工一般都在室温下进行，因此也称冷冲压。由于各种冲压零件的形状、尺寸、公差要求和批量等的不同，所以生产所采用的冲压工序种类繁多。通常可按照下述方法分类。按变形性质分类可分为分离工序（被加工材料在外力作用下产生变形，当作用在变形部分的相当应力达到了材料的抗剪程度，材料便产生剪裂而分离从而形成一定形状和尺寸的零件。这些冲压工序统称为分离工序，如剪裁-冲孔、落料、切口等）。成型工序（被加工材料在外力作用下，作用在变形部分的相当应力处于材料的屈服极限和强度极限之间，材料仅仅产生塑性变形，从而得到一定形状和尺寸的零件，这些冲压工序统称为成型工序，如弯曲、拉深、成形等变形工序。按基本变形形式分可分为冲裁（使材料沿封闭或不封闭的轮廓剪裂而分离的冲压工序为冲裁，如冲孔，落料等），弯曲（将材料弯成一定角度或形状的冲压工序称为拉深，有不変薄拉深和变薄拉深），成形（使材料产生局变形，以改变零件形状或毛坯形状的冲压工序称为成形，如翻边，缩口等）。1.2 冲压的特点与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。1.3 冲压技术的发展现状和趋势目前我国的冲压技术，冲压模具与先进发达国家相比还是有一定差距的，主要表现在我国的冲压基础理论及成型工艺落后、模具标准化程度低、模具设计方法和手段与模具制造工艺及设备落后、模具专业化水平低等。结果导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进发达国家的模具相比还是有一定的差距。 进入90年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求，适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。 （1）冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。也就是说趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD、CAE技术应向宣人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。 （2）注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局综合优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。（3）对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。（4）冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。（5）重视复合化成形技术的发展。以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展，也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。加入WTO以后，中国的汽车工业、航空航天工业等支柱产业必将有大的发展。我国的冲压行业既充满发展的机遇，又面临进一步以高新技术改造传统技术的严峻挑战。国民经济和国防建设事业将向冲压成形技术的发展提出更多更新更高的要求。我国的板料加工领域必须加强力量的联合，加强技术的综合与集成，加快传统技术从经验向科学化转化的进程。加速人才培养，提升技术创新能力，提高冲压技术队伍的整体素质和生产企业的竞争力。1.4 本次设计的目的和意义本次课程设计设计是T型固定片冲压工艺设计，主要是设计T型固定片的冲压工艺过程，通过冲压工艺设计熟悉并掌握简单冲压件的冲压工艺设计过程，以后对T型固定片冲压优化设计有着重要意义。合理的设计有利于提高材料的利用率，减少企业生产成本。提高生产效率，增加企业生产效益具有重要的意义。通过本次的设计提高了我们的动手能力，通过查阅相关资料，是我们更加了解冲压设计的流程，为以后的就业和实践打下坚实的基础。同时通过本次试验培养了自己工艺设计的基本技能和认真负责、踏实细致的工作作风和严谨的工作态度，而且还培养了团队合作精神，使自己认识到自己的不足，坚定了自己不懈努力的信念。第二章 零件的工艺性分析2.1设计任务零件名称为T型固定片，材料为20钢，料厚为1.5mm，大批量生产。图2-1 零件图2.2 零件材料分析由图分析知：材料为20钢，20钢强度、硬度很低，而塑性、韧性极高，具有良好的冷变形性和焊接性，20钢的塑性很好，主要用来制造冷冲压件。2.3 零件结构形状分析该零件结构简单，外形有直线和圆弧组成，并在对称中心线上有两个直径为10mm和12mm的圆孔，孔与孔，孔与边缘的距离符合要求，最小壁厚为4mm（直径为12mm的圆孔与边缘之间的距离）2.4 零件的精度和粗糙度2.4.1 精度的确定精度等级的确定可以按照工件的基本尺寸查表2-1得知 表2-1 冲裁件内外形所能达到的经济精度 （mm）材料厚度基本尺 寸3366101018185001IT12IT13IT1112IT14IT12IT13IT1123 IT14IT12IT1335-IT14IT12IT13由于T型固定片中有两个圆孔，要查表确定孔距的公差，冲压件的孔距公差如表2-2所示（mm） 表2-2 冲压件孔距公差 （mm）由于冲裁件的内部有两个圆孔，所以要查零件的外形及内孔的尺寸公差，如表2-3所示精度等级孔距尺寸材料厚度1122446普通冲裁500.100.120.150.20501500.150.200.250.301503000.200.300.350.40精密冲裁500.010.020.030.04501500.020.030.040.051503000.040.050.060.08 表 2-3 冲裁件外形与内孔尺寸公差 （mm）材料厚度（mm）普通冲模高级冲模零件尺寸（mm）101050501501503001221.52.523.52.532232.5232.543.53.533432.53.53544345435465545654657665由表4-1 可查得，由于选择的是自动送料，故搭边值取a=3mm，=2mm。（2） 步距的确定 mm （4-1）式中 S步距， mm R工件的外径，mm a冲件之间的搭边值，mm（3） 条料的规格条料宽度的确定：有侧压装置的模具，条料能始终沿基准导料送料，条料宽度B按下列公式计算 条料宽度： （4-2） 导料板间距离： （4-3）式中，条料宽度，mm； 为冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm； 侧面搭边值，mm； 条料宽度偏差，mm，其值可查下列表4-2； 导料板与最宽条料之间的间隙，mm，其最小值见表4-3. 在生产过程中条料的宽度是有偏差的，偏差值可由表4-2 查得 表4-2 条料宽度偏差条料宽度B/mm材料厚度t/mm011223350500.40.50.70.9501000.50.60.81.01001500.60.70.91.11502200.70.81.01.22203000.80.91.11.3导料板与最宽条料件间的最小间隙可查表4-3获得，表如下 表4-3 导料板与最宽条料件的最小间隙Z材料厚度t/mm无侧压装置有侧压装置条料宽度B/mm条料宽度B/mm100以下100200200300100以下100以上00.50.50.51580.510.50.5158120.51158230.51158340.51158450.51158 （4）材料利用率的计算一个步距的材料利用率为 （4-4）式中，A冲裁件面积（包括冲出小孔在内）（mm2）； B条料宽度（mm）； S步距（mm）若考虑到料头、料尾和边余料的消耗，则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用率为 (4-5) 式中， n一一张板料（或带料、条料）上的冲裁件总数目； 一个冲裁件的实际面积,mm 2； B板料（或带料、条料）宽度,mm； L板料（或带料、条料）长度,mm。这里一个冲裁件的实际面积即等于一个步距内冲裁件的实际面积A=A=2665.3mm2查冲压手册中常用金属材料规格表附表III选板料规格为6001200，采用纵裁时，剪切条料宽度尺寸为104mm，一块板可裁的条料的条数为1200/104=11条，每个条料可冲裁出600/73=8个 ，所选取板料共能冲裁118=88个工件。 （5）详细排样示意图 图4-2 冲裁件有废料排样详细示意图4.1.2 方案二 ：少废料排样 （1）排样示意图如图4-3所示图4-3 排样示意图由表4-1可知，由于选择的是自动送料，故搭边值取a=3mm,a=2mm。（2） 步距的确定 （4-6）式中 S步距 mm R工件的外径 mm 上圆孔到圆断面之间的横向距离mm a冲件之间的搭边值 mm（3）条料的规格 条料宽度的确定：条料宽度： B=60+10+2=74mm 导料板间距离： （4-7）式中，B条料宽度，mm 导料板与最宽条料之间的间隙，mm，其最小值见表4-3 条料长度的确定 （4-8） 式中，L条料的长度，mm； n一根条料上可冲裁零件的个数，件；（4） 材料利用率的计算查冲压手册中常用金属材料规格表附表III选板料规格为6001200，采用横裁时，剪切条料宽度尺寸为B=74mm，一块板可裁的条料的条数为600/74=8条，每个条料可冲裁出1200/63=19个 ，所选取板料共能冲裁198=152个工件。 （4-9）式中：A冲裁件面积（mm2）； B条料宽度（mm）； S步距（mm）.（5）详细排样示意图图 4-4 排样详细示意图4.2压力中心的确定图4-5压力中心计算坐标单位：mm冲裁礼合力的作用点称为冲模的压力中心。设计冲裁模时，应该使冲裁模的压力中心与压力机滑块的中心想重合，即冲裁模的模柄中心应该与冲裁模的压力中心一致，以保证冲裁模在压力机上正常、平衡地进行重制工作。若无法使压力中心与滑块中心线完全重合，则设计中考虑采取平衡偏心载荷的措施，但偏载力要控制在尽可能小的范围内，且偏心距离不应该超过冲裁模的模柄尺寸。冲裁形状对称时，其压力中心位于冲裁件轮廓图形的中心。 （4-10） （4-11）式中，分别为每个凸模的压力中心坐标，分别为各个孔的周长，为压力中心。1） （0,0）=80；2）（- 46.37,10）=31.4；3）（-25,20）=30；4） （25,20）=30；5）（46.37,10）=31.4；6）（-10,40）=40；7） （10,40）=40；8）（0,66.37）=31.4；9）（63,60）=31.4；10）（63,10）=37.8；由式 (4-12) 求得：由式 (4-13）求得：所以得出工件的压力中心坐标是（11.35，20.28）4.3 凸模与凹模刃口尺寸计算4.3.1 尺寸计算原则 在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，要考虑下述原则： （1）落料制件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，一凸模为基准，间隙取在凹模上。 （2考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件范围内的较小尺寸，设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取工件的尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，凸、凹模虽磨损到一定程度，仍能冲出合格零件。 （3）由于凸、凹模均要与冲裁件或废料发生摩擦，从而导致模具磨损，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使模具间隙愈用愈大，因此在设计新模具是，凸、凹模间隙应取最小合理间隙值。 （4）确定凸、凹模制造公差时，应考虑到制件的精度要求。如果对凸、凹模刃口精度要求过高会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果精度要求过低，则生产出来的零件可能不合格，或使模具寿命下降。 因为零件没有标注公差，则公差数值按IT14精度处理，冲模按IT6IT7精度来制造模具。4.3.2 凸、凹模刃口尺寸计算冲压件孔心距公差可得，长度方向上为 ，冲压件孔中心与边缘距离的公差，料厚t=1.5mm，可得工件的两圆端面的尺寸 ，T型固定片宽度方向尺寸为，冲孔的直径标注分别为，圆弧倒角R3。且凹凸模均按IT7级加工制造,即采用普通冲裁模。凸模与凹模采用分别加工法，该法凹、凸模便于成批制造，而且具有互换性，制造周期短。（1）落料 设工件的尺寸为，根据计算原则，落料时以凹模为设计标准。首先确定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸；凹模尺寸减去最小合理间隙值即得到凸模尺寸。 （4-12） （4-13）（2）冲孔设冲孔尺寸为，根据计算原则，冲孔时以凸模为设计基准。首先确定凸模尺寸，是凸模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最大极限尺寸；讲凹模尺寸增大最小合理间隙值即得到凹模尺寸。 （4-14） （4-15） 式中， 落料凹、凸模尺寸，mm； 落料件的最大极限尺寸，mm； 冲孔件的最小极限尺寸，mm； 冲裁件制造公差，mm； 最小初始双面公差，mm 凸、凹模的制造公差，mm； 系数,可查表4-4得出，为了避免冲裁件尺寸都偏向极限尺寸，应试冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸。的值在0.51之间，与冲裁件的精度等级有关，可查表。采用凸、凹模分开加工时，应在图样上分别标注凸、凹模刃口尺寸与制造公差，为了保证间隙值，应满足下列公式： （4-16）如果验算不符合上式，出现的情况，当大得不多时，可适当调整以满足上述条件，这时凸、凹模的公差直接按公式和确定。表4-4 磨损系数x材料的厚度/mm非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差/mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.440.5040.300.310.590.600.300.30料厚t=1.5mm，结合表4-5、附表I、附表II数据可得：表4-5规则形状冲裁凸模凹模极限偏差表基本尺寸凸模极限下偏差凹模极限上偏差180.020.02018300.02530800.030801200.0250.0351201800.0300.0401802600.0452603600.0350.0503605000.0400.0605000.0500.0701） 冲孔： 冲孔，mm； 校核间隙： ，故不符合条件。所以 将已知和查表的数据代入公式，即得孔： 孔： 2）落料：长度方向上：， 宽度方向上：，校核间隙：长度方向 ，故不符合条件。宽度方向 ，故不符合条件。将数据代入公式，得 圆弧倒角：， 圆弧边：， 3）孔心距由表2-2 冲压件孔距公差查得，孔心距公差为4.3.3 凹凸模刃口尺寸图（1）冲孔凹凸模刃口示意图 图4-6 冲孔的刃口尺寸及公差（2） 落料凹凸模的刃口尺寸示意图图4-7 落料模的刃口尺寸及公差4.4 冲压工艺力计算4.4.1 冲裁力的计算冲裁时，凸模给材料施加压力，同时，材料也对凸模产生反作用力，通常我们把这种反作用力称为抗力。材料对凸模的最大抗力就是冲裁力，它是选择压力机和设计模