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课程设计说明书 题目 冲压件7、塑料件7的成型工艺与成型工装设计学院： 机 械 工 程 学 院 专业： 材料成型及控制工程 班级： 1192 学号： 03 学生姓名： 张 翔 导师姓名： 张利君 张 旭 完成日期： 2014年/5月/26日2014年/6月/5日 一、设计任务冲压件7、塑料件7。并取第3组尺寸，详见产品图。具体任务：1、拟定所指定的冲压件、塑料件的成型工艺，正确选择成型设备；2、合理选择模具结构，正确确定模具成型零件的形状和尺寸；3、正确绘制模具装配图和工作零件图；4、正确确定冲模、塑模（各选一个）工作零件的工艺流程；5、撰写模具设计说明书；6、课程设计完成工作量： （1）冲模、塑模装配图各一张；冲模、塑模工作零件零件图；（2）设计说明书一份（其中包含冲压件、塑料件的成型工艺；模具设计计算过程；冲模、塑模工作零件的工艺流程；结束语）（约1万字）。二、设计要求1、在课程设计中，学生要独立思考和钻研，学会根据具体情况灵活运用所学过的知识，不应盲目照搬其他样本或他人的设计；2、课程设计中的每一个环节都必须认认真真、一丝不苟地去完成；3、设计应按计划进行，并确保所设计的模具结构合理、操作方便、制造方便、造价便宜，设计图纸符合国标和行业标准，设计说明书规范；4、设计时间安排：（1）冲压件工艺、冲模设计并绘制模具装配图、工作零件图1.5周；（2）塑件成型工艺、塑料模具设计并绘制模具装配图、工作零件图1.5周；一、前言模具是我国国民经济的基础工业，是制造业的重要基础工艺装备，随着社会的不断进步、经济的不断发展，各种各样的商品被不断生产出来，其中大多数商品的生产都依赖于模具的多样化。国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑业的发展也要求模具工业的发展与之相适应。模具在制造业中所具有的重要地位，使得模具的制造能力和技术水平已成为衡量国家制造业水平和创新能力的重要标志。近年来随着模具制造能力的不断提高，使得模具有着高精度、长寿命、高生产率、型腔形状和模具结构复杂的特点。如今模具的生产方式广乏采用CAD/CAM/CAE技术，采用高速切削加工技术，快速成型技术和快速制模技术的一系列的先进技术。模具未来的加工也向着粗加工向高速加工发展，成型表面的加工向精密、自动化发展，光整加工向自动化发展，快速成型加工技术的发展，模具CAD/CAM/CAE正向集成化、三维化、智能化和网络化发展，模具的标准化程度将不断提高。但我国模具的发展存在着一些不足：发展不平衡，工艺装备落后，组织协调能力差，供需矛盾短期难以缓解，大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足，以上的这些缺点严重阻碍了我国模具的发展，以上缺点成为我国当前模具工业首要解决的问题。随着塑料制品在社会中的用途越来越广，对塑料模具提出了更高的要求。三年学习的结束，使自己对模具的认识有了清晰的了解。这次设计的题目是冲压和注塑设计，通过对塑件进行分析、对模具结构的设计和计算。通过pro/E进行造型分析，最后用Auto/CAD软件对主要的零部件与装配图进行绘制虽然对模具的结构有一些感性的认识和理性的认识，也进行过实践和相应的课程设计，但这次设计是对三年学习的一个总结，由于缺乏真正的实践经验，使这次课程设计的过程中遇到了很多困难，但是通过老师的指导和详细的查阅资料，以及和同学们的讨论，解决了不少的问题。相信这次设计能够符合设计的要求，完成设计的任务。由于自身知识的不够完善，在设计的过程中存在着一些不足和不完善的地方，恳请老师指正。 目 录1 前言2 冷冲压工艺与模具设计、模具制造工艺.52.1 冲压工艺性分析 52.2 工艺方案确定 52.3 确定模具类型及结构形式.62.4 工艺计算 .62.5 编写工艺文件 . .102.6 选择和确定模具主要零部件的结构与尺寸.102.7 校核所选压力机,.113 塑料成型工艺及模具设计、模具制造工艺.123.1 工艺分析.133.2 成型设备的选择与模塑工艺参数的确定.143.3 模具结构方案的确定.153.4模具基本系统和工作尺寸的设计163.5 注射机有关工艺参数的校核.174 后记.185 专业课程设计参考文献19二、冲压工艺与模具设计、模具制造工艺 工件如下图，材料为Q235，料厚1mm，表面不允许有明显的划痕。设计成型该零件的模具。 图12.1 冲压工艺性分析1、 材料：该零件的材料是Q235，是普通的碳素工具钢，板厚为1mm，具有良好的可冲压性能。2、 该零件结构简单，并在转角处有R1的圆角，所冲的孔是7，5的尺寸，工艺性比较好。整个零件的结构工艺性好。3、 尺寸精度，零件上的孔的尺寸精度为IT12级，孔与圆弧的同轴度也是IT13级，其余尺寸都是未注公差，属于自由公差，精度比较低。结论：适合冲压。2.2 工艺方案确定该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先冲孔，后落料。采用单工序模生产。方案二：冲孔落料复合冲压。采用复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本高而生产率低，难以满足中批量生产要求。方案二只需一副模具，工件的精度和生产效率都较高。方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，但位置精度不如复合模具冲裁精度高。通过对上述三种方案的分析比较，成形该零件采用方案二复合模具成形。2.3 确定模具类型及结构形式1、 该零件质量要求不高，板的厚度有1mm，孔边距有4.5mm，所以可以选用倒装复合模。2、 定位方式的选择：控制条料的送进方向采用两个导料销，控制条料的送进步距采用挡料销。3、 卸料、出件方式的选择：采用弹性卸料。下出件，上模刚性顶件。4、 导向方式的选择：为了方便操作，该模具采用后侧导柱的导向方式。冲压件的形状简单、精度要求不高、生产批量为中批量，为了使得模具寿命较高，采用有导向、弹性卸料、下出件的模具结构形式。2.4 工艺计算1、 确定最佳排样方式，并计算材料利用率，选择板料的规格。该零件为角形零件，设计直排、对排、斜排三种排样方式，如图： 直排直排式 对排式 45度斜排 式 查冲压模具简明设计手册表2.26，最小搭边值是：工件间0.8mm、侧边1mm。工件面积：（16+16）（16+24）+11*16+/2*82-(7/2)2+5*14+(/2)*72-(5/2)2-(262-1/4*262)-1/4*162=1061.678mm2直排：取搭边值2mm。条料宽度B=53mm 步距L=47mm；材料利用率：=1061.678/（53*47）=42.62%对排1：取搭边值2mm。条料宽度B=69mm 步距L=47mm；材料利用率：=1061.678*2/（47*69）=65.47%斜排2：搭边值2mm左右条料宽度B=65mm 步距L=25mm；材料利用率：=1061.678/（65*25）=65.33%比较直排、对排、斜排三种排样方式，对排2材料利用率最高，但对排不便于操作，斜排材料利用率较高，操作方便，所以设计模具时，冲裁工件的排样可以采用斜排方式，也可以采用对排方式。本题采用斜排方式设计模具。排样图如下：选用1mm*1000*1200，可以裁15条，每一条可以冲48件。总的材料利用率：15*48*1061.678 /（1000*1200）=63.7% 图3 斜排排排样图2、 计算冲压合力并预选冲床 L=157.04+37.68=194.72 t=1mm b=450Mpa冲压力：F=Ltb=（156.04+37.68）*1*450=87.624KN查冲压工艺及模具设计表3-11 K卸=0.05 K推=0.055 K顶=0.06卸料力：F卸=K卸*F落料=0.05*157.04*1*450=3.53KN倒装复合模：顶件力等于零推件力：刃口高度为8 n=8/1=8F推=K推*F冲孔*5=0.055*450*1*37.68*8=7.461KN冲压合力：F合=F+F卸+F推=87.624KN +3.53KN +7.461KN =98.146KN 根据冲压合力预选J23-16的曲柄压力机。3、 确定冲裁压力中心（计算时忽略R2）如下图4X1=10.5 x2=0 x3=8 x4=16 x5=22 x6=35 x7=42.46 x8=32 x9=8 x10=38Y1=9 y2=33.5 y3=46.1 y4=35.5 y5=20 y6=14 y7=7 y8=0 y9=41 y10=7；L1=26*/2 L2=15 L3=8* L4=11 L5=8* L6=6 L7=7* L8=12 L9=7 L10=5 X0=L1X1+L2X2+L3X3+L4X4.+L10X10/(L1+L2+L3+L4+L5+.+L10)=18.69Y0= L1Y1+L2Y2+L3Y3+L4Y4.+L10Y10/(L1+L2+L3+L4+L5+.+L10)=21.30 取X0=19 Y0=21作为模具压力中心的位置。 图4 压力中心4、 确定冲裁凸模和凹模工作刃口尺寸落料以落料凹模为基准计算，落料凸模根据凹模和最小间隙计算，也可以根据凹模实际尺寸和间隙值配做。冲孔以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模根据凸模和最小间隙计算，也可以根据凸模实际尺寸和间隙值配制。冲孔用分别加工法进行计算，落料、中心尺寸用配合加工法进行计算。间隙查冲压工艺及模具设计表3-4，Zmin=0.10，Zmax=0.14 落料凹模磨损后变大尺寸R8-0.36、36-0.62、16-0.43、R7-0.36、R26-0.43，凹模公差按/4磨损系数查冲压工艺及模具设计表3-5，X=0.5.A1=（8-0.5*0.36）+0.09 =7.82+0.09 A2=（16-0.5*0.43）+0.43/4=15.785+0.108A3=（7-0.5*0.36）+0.36/4=6.82+0.09A4=（26-0.5*0.43）+0.43/4=25.7859+0.108落料凹模磨损后不变尺寸30+-0.165、34+-0.195： B1=30+-0.165/4 =30+-0.041 B2=34+-0.195/4 =34+-0.049凸模（凸模固定板）按凹模实际尺寸配做，保证间隙0.100.140.冲孔凸模磨损后变小尺寸7+0.15，5+0.15公差为IT12级凸凹模公差按IT7,取凸模制造公差凸1=0.012mm 凸2=0.015mm 凹1=0.012mm凹2=0.015mm校核5间隙凸+凹=0.012+0.012=0.024Zmax-Zmin=0.04，可行校核7间隙凸+凹=0.015+0.015=0.03Zmax-Zmin=0.04，可行。磨损系数查冲压工艺与模具设计表3-5，X=0.5.7冲孔：d凸模=（7+0.5*0.15）-0.015=7.075-0.015d凹模=（7.075+0.10）+0.015=7,。085+0.0155冲孔：d凸模=（5+0.5*0.12）-0.012=5.06-0.012d凹模=（5.06+0.10）+0.012=5.07+0.0125、 确定弹性元件 聚氨酯橡皮允许承受的载荷较弹簧大，并且安装调整方便，所以选用橡皮。卸料力为F卸=3.51KN橡皮高度：H自由=H工作/（0.250.3）=26.732 取30式中H工作=t+1+H修模=1+1+6=8 （H修模取47）橡皮的面积：A=F卸/p=131507315mm式中p为橡皮预压（压10%15%H自由）时单位面积上的压力，取0.260.5取一块整开凸模孔和六个卸料螺钉孔125*125*30的聚氨酯橡皮。面积校核：125*125 -1800-6*4*6*3.14=13372.84mm13150mm可行。2.5 编写工艺文件 表1 冲压工艺卡片材料牌号及规格材料技术要求毛坯尺寸每件毛坯可制件数毛坯重量辅助材料Q2351（0.15）*1000*1200条料1*65*120048件工序号工序名称工序内容加工简图设备工艺装备 0下料剪板机上裁板65*1200 1落料冲孔落料冲孔复合冲裁J23-16落料冲孔复合模2.6 选择和确定模具主要零部件的结构与尺寸1、 工作零件的结构及尺寸设计（1） 凸凹模：为了便于加工凸凹模设计成直通式，1个M10沉头螺钉固定在垫板上，与凸凹模固定板的配合按H7/m6.其总长L=H固定板+H卸料板+（H橡胶-H预压）=53mm；（2） 冲孔凸模：冲孔凸模采用台阶式，与凸模固定板的配合按H7/m6.其总长L=H固定板+H凹模+H空心垫板=46mm， 小端长24mm；（3） 凹模：凹模采用薄凹模结构，薄凹模厚度尺寸H=Ks=（0.20.3）*61=12.218.3mm，取14mm。凹模板边长：B61+(2.54.0)*14=96117 L33+2*30=93B取125，一般情况下，LB，所以L取125，故薄凹模板度尺寸125*125*14mm。（4） 模具刚性校核凸凹模尺寸较大，模具强度较大，所以不需要进行模具强度的校核。小凸模冲裁力：7.065KN和9.89KN； 推件力（倒装复合模）3.11KN和4.352KN； 冲压合力1：7.065+3.11=10.175KN冲压合力2：9.89+4.352=14.243KN无导向：Lmax95*5*5/10175=23.543mm ：Lmax95*7*7/14243=39.42mm 2439.42mm可行。2、 其他板的尺寸（参考典型组合结构（GB2872.1-81） 凸凹模垫板： 125*125*6 凸凹模固定板： 125*125*14 卸料板： 125*125*10 空心垫板： 125*125*12 小凸模固定板： 125*125*16 小凸模垫板： 125*125*63、 模架的规格上模座的规格 125*125*30 （GB2855.5-81）下模座的规格 125*125*35 （GB2855.6-81）模柄的规格 B40*90 （GB2862.1-81）导套 A22H7*80*28 （GB2861.6-81）导柱 A22h6*130 （GB2861.1-81）4、 模具闭合高度的计算 H=30+6+10+14+12+53+6+35-1=165mm2.7 校核所选压力机J23-16压力机：标称压力160KN；滑块行程60（次/min）；连杆调节长度60mm；最大装模高度220mm；工作台尺寸（前后*左右）300mm*450mm；模柄孔尺寸（直径*深度）40*95；电机功率1.5KW。校核以上所有参数，可以满足使用要求。所以J23-16能满足该模具使用要求 三、 塑料成型工艺及模具设计、模具制造工艺工件如下图，材料ABS。要求确定零件的成型工艺参数，设计成型零件的模具、编制模具的加工工艺。 图13.1 塑件成型工艺分析1、塑件的分析（1）、外形尺寸 该塑件壁厚为1.5mm，塑件外形不大，塑料熔体流程不太长 ，适合于注塑成型。（2）、精度等级 每个尺寸的公差不一样，有的属于一般精度，有的属于高精度，就按实际公差进行计算。（3）、脱模斜度 ABS属无定型塑料，成型收缩率较小，参考表2-10选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1度。2、原材料分析ABS为热塑性塑料，化学稳定性比较好，机械强度较好，有一定的耐磨性，但耐热性较差。ABS吸水性较大，成型前原料要干燥；在升温时粘度增高，成型压力较高，塑件上的脱模斜度易稍大；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力；在正常成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响较小，总的成型性能很好。 表1 ABS主要技术指标密度吸水率（24h）收缩率熔点抗拉强度抗弯强度硬度HB1.021.160.20.40.40.713016050Mpa80Mpa9.7R1213、塑件的结构、精度、质量分析该塑件为圆形结构壳体零件，腔体深8mm，壁厚1.5mm，整体尺寸不大不小，成型工艺性较好。零件上有R1、R2为未注公差，按IT14级分别为R1+0.25、R2+0.25，其余尺寸分别为IT13级或IT14级，精度比较低，成型工艺性较好。塑件质量没有较高的要求，表面光度Ra1.6um，内部粗糙度为Ra3.2um，成型工艺性较好。3.2成型设备的选择与模塑工艺参数的确定1、 注射成型过程1） 成型前的准备。对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于ABS吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。2） 注射过程。塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。3） 塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为6075度，处理时间为1620s。2、确定制品的成型方法、型腔数。根据塑件所用材料和批量，成型该零件采用注射成型方法来成型。根据塑件外形尺寸（28*28）的大小，去一模二件。3、计算制品的体积、质量及制品的正面投影面积塑件体积：V1=1.634cm，浇注系统体积V2=0.817cm。一次浇注所用塑料总体积V=（1.634+0.817）*2=4.902cm。塑件质量：查塑料制品成型及模具设计ABS的密度取1.06*10-6塑件的质量M1=1.634*1.06*10=1.732g一次浇注所用塑料总的质量M=4902*1.06*10-3=5.196g正面投影面积488.89mm浇注系统在分型面的投影面积A浇即浇流道凝料（包括浇口在分型面上的投影面积A浇）可以按照多型腔模的设计分析来确定，A浇是每个塑料在分型面上的投影面积。A塑的0.2-0.5倍，此处取0.3.塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总则A总=N（A塑+A浇）=2*1.3*A塑=2*1.3*488.89=1271.114mm所需锁模力：1271.114*35=44.498KN4、预选注射机的型号根据以上的计算初步选定公称注射量为10 cm，注射机型号为SZ-60/450其主要参数见表理论注射容量/ cm 78螺杆直径 30注射压力 170锁模力 450拉杆间距 280*250移模距离 220最大模具距离 300最小模具距离 100喷嘴口直径 20。5、拟定制品成型工艺参数注射机类型：螺杆式预热和干燥：温度（）8085 时间（h）23料筒温度（）：前段：180200 中段：165180 后段：150170喷嘴温度（）：170180模具温度（）：5080注射压力（Mpa）：60100成型时间（s）：注射时间：2090 高压时间：05 冷却时间：20120 总周期：50220螺杆转速：30（r/min）3.3 模具结构方案的确定 1、选择制品发的分型面 分型面的形式和位置会影响到模具加工、排气、脱模、塑件的表面质量及工艺操作。选择分型面时一般应遵循一下几项原则：（1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。（2） 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。（3） 保证塑件的精度要求。（4） 满足塑件的外观质量要求。（5） 便于模具加工制造。（6） 应合理安排塑件在型腔中的位置。（7） 有利于排气。综合考虑，分型面选塑件截面最大处。（如图2所示） 图2 分型面2、型腔布置 该塑件采用一模二件成型，型腔布置在模具的两侧，满足模具强度，关于模具中心对称，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。3.4模具基本系统和工作尺寸的设计1、 浇注系统普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成。在设计浇注系统时应考虑到塑件质量、塑件大小及形状，壁厚，技术要求等因素、型腔布局设计。另外还要考虑去除、修整进料口方便，同时不影响塑件外表美观、防止喷嘴端部的冷料注入型腔影响塑件质量、注射机安装模板的大小等等。1）主流道。主流道通常位于模具的中心塑料熔体的入口处，它将注射机注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的的流动时间和冲模时间。另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。主流道的长度：初选为50mm，喷嘴直径3mm，注射机的喷嘴头球面半径为10mm。主流道衬套的球面半径应比注射机的喷嘴头球面半径大13mm，主流道小端直径应比注射机的喷嘴直径大0.51mm。取浇口套的球面半径为15mm，主流道小端直径为3.5mm。流道为圆锥形，其锥度取3。2）分流道 在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。分流道取半圆形，D=6mm。单边长度为12mm。3）浇口 该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模两腔注射，为便于调整冲模的剪切速率和封闭时间，因此采用薄片式侧浇口，其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。4) 冷料穴 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。2、 溢流、排气系统的设计根据该制品的形状与浇注系统，不设溢流槽。利用型芯与固定板和分型面的间隙进行排气。3、 选择脱模方式本塑件圆周采用脱模板，中心采用推杆的综合推出方式、脱模板推出的时候为了减少脱模板与型芯的摩擦，设计中在用脱模板与型芯之间留出0.2mm。脱模力的计算圆柱大型芯脱模力 因为r/t=12.5/1.5=8.3310,所以此处视为厚壁圆筒塑件。可得脱模力为F=2rESLcos(f-tan)/(1+u+k1)/k2=2*3.14*12.5*1.8*103*0.0055*6.5(0.45-tan1)/(1+0.3+0.2)/1.017=1432.3N圆柱小型芯脱模力 因为r/t=7/1.5工件成型需要的4.9cm 可行注射压力：170Mpa工件成型需要的60100 可行螺杆转速：14200（r/min）在工件成型需要的30（r/min） 可行合模力450KN工件成型所需要的锁模力106.7KN 可行移模行程：220 mm工件成型需要的行程2.5*8+（510）=30mm 可行最大模具厚度：300mm模具合模高度178mm 可行最小模具厚度：100mm工件成型面积12.79cm 可行推出方式：中间推出模具定位孔直径：55mm 喷嘴球半径：10mm