冷冲压模具设计与制造课程设计说明书- 冲孔落料连续模

湖南农业大学 东方科技 学院 课程设计说明书 课程名称 ： 冷冲压模具设计与制造 题目名称 ： 冲孔落料连续模 班 级： 2008 级 机制 专业 机制 三 班 姓 名： 学 号： 指导教师： 评定成绩： 教师评语： 指导老师签名： 年 月 1 目录 冷冲压的概述 2 冲压工艺的特点及其应用 2 模具设计的主要内容 3 一 、 零件设计总图 3 二、冲压件的工艺分析 4 四、 冲裁工艺方案 5 五 、排样 8 六 、计算冲 压力 10 七 、确定模具压力中心 10 八、计算凸凹模刃口尺寸 12 九， 凸模和凹模工作部分尺寸的设计计算 13 十 、 磨具其他装置的设计 15 十一 、 模架的选择 16 十 二 、 压力机相关参数的计算 17 十 三 、装配图 17十 四 、 结论 17 十五 、参考文献 18 2 。 冷冲压的概述 ： 冷冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状，尺寸和性能的零件加工方法。它是压力加工方法的一种，是机械制造中先进的加工方法之一。 在冷冲压加工中，冷冲模就是冲压加工所用的工艺设备，没有先进的冷冲模，先进的冲压工艺就无法实现。 冷冲压工序的分类： 由于冷冲压加工的零件形 状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等不同，其冲压方法可分为分离工序和变形工序两大类。 冷冲压可分为 5个基本工序： 冲裁 使板料实现分离的冲压工序。 弯曲 将金属材料沿弯曲线弯成一定的角度和形状的冲压工序。 拉伸 将平面板料变成各种开口空心件，或者把空心件的尺寸作进一步改变的冲压工序。 成形 用各种步同性质的局部变形来改变毛坯或冲压件形状的冲压工序。 立体压制 将金属材料体积重新分布的冲压工序。 冲压工艺的特点及应用 冷冲压工艺与其他加工方法相比，有以下特点： 用冷冲压加工方法可以得到形状复 杂，用其他加工方法难以加工的工件。冷冲压的尺寸精度是由模具保证的，因此，尺寸稳定，互换性好。 材料利用率高，工件质量轻，刚性好，强度高，冲压过程耗能少，因此工件成本较低。 操作简单，劳动强度低，易于实现自动化，生产率高。 3 冷冲压加工中所需的模具结构一般比较复杂，生产周期较长，成本较高，因此多用于成批，大量生产。 由于冷冲压有许多突出优点，因此在各个行业都有广泛应用。 模具设计的主要内容 ： 1. 熟悉相关设计资料及文献。 2. 对冲裁件进行工艺性分析。 3. 确定合理的冲裁的工艺方案。 4. 选择模具的结构形式。 5. 进行必要的工艺计算 ，主要包括： 1) 排样的设计与计算：选择排样方法，确定搭边值，计算送料步距与条料宽度，计算材料利用率，画出排样圆等。 2) 计算冲压力：包括冲裁力，卸料力，推件力或顶件力。 3) 计算模具的压力中心。 4) 计算凸凹模工作部分尺寸并确定其制造公差。 5) 弹性元件的选用。 6选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸。 7绘制装配图与零件图。 8编写设计说明书。 4 一 零件设计总图 零件名称 图号 16 材料 H62 厚度 0.5mm 生产批量 大批量 二 冲压件的工艺分析 该零件形状简单，冲孔是圆，落料周边都是直线组成。由表 2.3、表 2.5 5 查出，冲裁件内外形成能达到的经济精度为 IT11。 将以上精度与工件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该工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，也都能满足冲裁的工艺要求，故决定采用冲孔落料连续冲裁模进行加工。 三 冲裁工艺方案 完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工工艺方案分为以下 3种： 方案一：单工序模生产，先冲孔，后落料 ； 方案二：复合模生产， 冲孔 落料复合冲压； 方案三：连续模生产，冲孔 落料连续冲压。 各模具结构特点及比较如下表 ： 模具种类比较项目 单工序模 复合模 连续模 冲压精度 一般较低 中、高级精度 中、高级精度 制件最大尺寸与材料厚度 一般不受限制 一般应在 300mm以下 常在 200mm 以下，料厚在 0.12.0mm之间 生产效率 低 较高 高 制造复杂性和价格 结构简单，制造简单，价格低 结构复杂，制造难度大，价格高 结构复杂，制造难度大，价格与工位数成比例上升 适用场合 料厚精度要求低的小批量冲件的形状复 杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制大批量小型冲压件的生产 6 生产 件的大批量生产 根据分析结合相关方面分析： 方案一模具简单，但不能满足制件的精度要求。 方案二能满足制件的精度要求，但复合模必须用到凸凹模，但凸凹模有最小壁厚要求，材料厚度为 0.5mm，则最小壁厚为 3.0mm。故不能使用复合模。（冷冲模设计） 方案三能满足精度要求，且生产率高，操作方便。 综合对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案三为佳。 四 模具的基本结构 4.1模具的类型选择 由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以 模具类型为连续模。 连续模的结构组成 单元 功能 主要零件 工作单元 冲压加工 凸模、凹模 辅 助 单 元 卸料 卸料板、卸料螺钉、弹簧 定 位 X 挡料销、侧刃 Y 导料板、侧压装置 Z 浮顶销等 精定位 导正销 导 外 模架、导柱、导套 7 向 导向 内导向 小导柱、小导套 固定 凸模固定板、上下模座、模柄、螺钉、销钉 4.2条料（工件）送进与定位方式 条料送进方式采用手动送料，在模具设计时要特别注意操作安全问题。 条料在 X方向的定位是采用挡料销定位， Y方向 采用分离式的导料板。冲裁件的精定位采用导正销。 导料板一般沿条料送进方向安装在凹模形孔的两侧，对条料进行导向。该模架采用平直式，平直式多用于低速、手工送料，且为平面冲裁的连续模。如下图所示： 4.3卸料装置 8 因采用级进模生产，故采用向下落料出件。 有刚性卸料和弹性卸料两种方式，弹性卸料则是卸料板、卸料螺钉和弹性元件构成卸料装置。在凸模抬起过程中，通过弹性元件的回弹力将条料从凸模上脱离的一种卸料方式。 在多工位连续模中，多使用弹性卸 料装置。 4.4导向方式 一般采用安装在模架上的导柱、导套进行导向。连续模上的卸料板需对凸模进行设计导向时，需增加小导柱、导套进行导向。 4.5模具的正装关系 对于连续模而言，其冲裁工序一般只采用正装方式，否则由于废料排除不便，导致无法完成连续冲压成形。正装是指凸模装于上模，凹模装于下模。 4.6模架类型及精度 选择对角导柱模架，这种模架在凹模面积的对角中心线上装有前、后导柱，其有效区在毛坯进给方向的导套间。受力平衡，上模座在导柱上运动平稳。适用于纵向或横向送料，使用面宽，常用于连续模或复合模。其凹模周界范 围为63mm x50mm至 500mm x 500mm。这种模架的导向精度较高。 对于中小型模具都是通过模柄固定在压力机滑块上的。本模具采用压入式模柄。 五 排样 1送料步距 A 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距。每一个步距可以冲出一个零件，也可以冲出几个零件，送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁间的对应点之间的距离。 9 每次只冲一个零件的步距 A 的计算公式为： A = D + a 式中 D 平行于送料方向的冲裁件宽度 a 冲裁件之间的搭边值 步距 A 6 + 1.5 7.5 mm 条料宽度 B 条料是由板料裁剪下料而得，为了保证送料顺利，裁剪时的公差带分布规定上偏差为零，下偏差为负值（ - ）条料在模具上送进时一般都有导向，当使用导料板导向而又无侧压装置时，在宽度方向也会产生送料误差。条料宽度 B的计算应保证在这二种误差的影响下，仍然保证在冲裁件与条料侧边之间有一定的搭边值 a。 条料宽 B（ D + 2a1 + Z ） 0 式中 D冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸； a1冲 裁件与条料侧边的搭边； 板料剪裁时的下偏差。 Z -条料于导料间的间隙 查表 2.8 跟 2.9 可以得 a=1.5mm Z=0.1 B =（ 48 + 2 1.5 + 0.1 ） 0 = 51.1 0 mm 采用无废料的排样方案。侧刃最小搭边 a=3mm。 计算冲压件毛坯面积： 218 9213426 mmA 条料宽度： 48mm 进距 ： h=（ 6+3） =9mm： 一个进距的材料利用率： %5.87%100489 1892%100 bhnA六 、计算冲压力 10 该模具采用弹性卸料和下出料方式。 1，冲孔力 查表 7.1得到 H62的 b412MPa 根据 2.9 式，冲孔力： NLtFb 44.1 0 3 4 94125.014.3441 2、落料力： NLtFb 1 9 7 7 64 1 25.0961 3、根据式 2.12，冲孔部分及切断部分的卸料力： 12 )F F K卸 卸（ F查表 2.10， 04.0卸KNKFFF 120504.01 9 7 7 644.1 0 3 4 921 ）（）（ 卸卸4、根据式 2.13，冲孔部分推件力： 11F n F K推 推查表 2.10 ，得 04.0推KNKFF 8.331144.1034904.05.0 4n 11 推推 5、落料部分推件力： NKFF 32.632804.0197765.0 4n 22 推推则总冲压工艺力为： 12 12F F F F F F 总 卸 推 推NF 53.4 0 9 7 032.6 3 2 88.3 3 1 11 2 0 51 9 7 7 644.1 0 3 4 9 总 七 确定模具压力中心 冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机滑块的中心线重合。否则滑块就会受到偏心载荷而导致滑块导轨和模具的不正常摩擦，降低模具寿命甚至磨损模具。压力中心的计算是通过空间平行力及合力的作用线的求解方法。 11 冲裁轮廓周长 /mm 个凸模压力中心坐标 X(mm) Y（ mm） 1L=3 0 7.5 2L=42 21 9 3L=6 42 6 4L=21 31.5 3 5L=3 21 6 6L =21 10.5 6 7L =12.56 2.5 3 8L =12.56 7.5 3 9L =12.56 34.5 6 10L =12.56 39.5 6 由 2.7式得，压力中心到 X轴的距离为： 109876543211010998877665544332211XXXXXXXXXXXLXLXLXLXLXLXLXLXLXLX 12 15924.145.395.345.75.25.10215.3142210 )5.395.345.75.2(56.125.10212135.3121426214230 X由 2.8式得，压力中心到 Y轴的距离为： 10987654321 1010998877665544332211 YYYYYYYYYY YLYLYLYLYLYLYLYLYLYLY 603.155.79635.466633 )6633(56.126215.43321669425.73 Y 八 、计算凸凹模刃口尺寸 1、计算冲孔凸凹模刃口尺寸 查表 2.12得间隙值 minZ =0.04mm maxZ=0.06mm 查表 2.14 4 得凸凹模制造公差 20.oop mm， 04.0dmm。 校核：maxZ- minZ =0.02mm p+d=0.06mm 为保证新冲模的间隙小于最大合理间隙（maxZ），凸模和凹模制造公差必须保证 p d m a x m i nZZ 否则，取：p m a x m i n0 . 4 0 . 4 0 . 0 4 5 0 . 0 2 5 0 . 0 0 8ZZ （ ） （ ）mm d m a x m i n0 . 6 0 . 6 0 . 0 4 5 0 . 0 2 5 0 . 0 1 2ZZ （ ） （ ）mm 对零件图中未注公差的尺寸，按 IT14级查表 7.14，其极限偏差为： 0.304。 查表 2.17得磨损系数 x=0.5，查表 7.14 制造公差 0.3mm 。 根据表 3.16得： 凸模尺寸 0m i n ppdx （ d ）000 . 0 0 8 0 . 0 0 84 0 . 5 0 . 3 4 . 1 5p mm （ 4 ）凹模尺寸 008.000m in )04.015.4()( pZdd pd mm 2、计算落料凸凹模刃口尺寸 对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用配合加工方法，其凸，凹 模刃口部分尺寸计算如下。 当以凹模为基准件时，凹模磨损后，刃口部分尺寸增大的为 A类尺寸，刃口 13 部分尺寸基本不变的为 C类尺寸。 对零件图中未注公差的尺寸，查表 7.14，其极偏差为： 006.03， 0075.06， 016.042，0 13.021 。 将零件图中的各尺寸进行分类： A类尺寸： 006.03， 013.021， 0075.06， 016.042mm。 C 类尺寸： 03.03 ， 065.021 mm。 查表 2.17得因数 x为：由于都 50.0 所以因数 x=0.75。 凹模 刃口尺寸计算如下： 40)( xAA d 015.00406.00 9 9 5.2)06.075.03(3 d 0 1 8 7 5.004075.00 944.5)075.075.06(6 d 04.00416.00 88.41)16.075.042(42 0325.00413.00 9 0 2 5.20)13.075.021(21 8 CCd0075.033 d01625.02121 d九 ， 凸模和凹模工作部分尺寸的设计计算 尺寸计算的原则 落料时，落料件的尺寸由凹模决定，因此应以落料凹模为设计基准。冲孔的尺寸是由凸模决定的，因此应以冲孔凸模为设计基准。 凸模和凹模应考虑磨损规律。凹模磨损后会增大落料件的尺寸，凸模磨损后会减少冲孔件的尺 寸，为了提高模具寿命，在制造新模具时应把凹模尺寸做得趋向于落料件的最小极限尺寸，把凸模尺寸做得趋向于冲孔件的最大极限尺寸。 凸模和凹模之间应该有合力间隙。由于间隙在模具磨损后会增大，所以在设 14 计图凸模和凹模尺寸时取初始间隙的最小值 Zmin. 凸模和凹模的制造公差，应于冲裁件的尺寸精度相适应。 尺寸计算时要考虑模具的制造特点：一种是分别加工法，另一种是单配加工法。 1、凹模的设计 凹模厚度，按式 2.38，其中 b=45mm,K 按表 2.21查得， K=0.40 H=Kb=0.4 45=18mm 凹模壁厚 C=1.5 H=27mm 凹模刃口形状的选择，凹模刃口有两种基本形状：一种是直壁式，一种直斜壁式。直壁式强度好，刃磨后尺寸不增大，冲件精度高，但冲裁是磨损大，工件易在型空内聚集，严重时会让凹模胀裂，不如斜壁式锋利。每次刃磨磨量大。为避免工件在型空内聚集，考虑到本例生产量较大凹模刃口形状应选择直壁式的。 3、冲孔凸模的设计 冲孔凸模材料选用 T10A 钢制造，淬火硬度为 HRC5860， 1300c M P a 凸模的长度 L：由表 7.40得，选用圆凸模 A II 4.15 40 （ CB2863.1-81. T10A ） L=40mm 凸模强度与刚度的校核： 强度校核：根据式 2.26 ccFS4685 3 7 3 1 2 . 5 6ccM P a ，强度满足要求。 刚度校核：根据式 2.32 22m a x()crEJFl2523 . 1 4 2 . 1 1 0 3 . 1 4 8 2 9 2 4 6 8 540crF N N ，刚度满足要 15 求。 十 、磨具其他装置的设计 1、凸模固定板的厚度应取其凸模设计长度 L 的 40%，故凸模固定板厚度为 20mm,凸模和一般钢质的凹模镶块与固定板选用 H7/m6 配合。 2、卸料板的确定：材料 Q235 钢，长和宽的尺寸和凸模固定板的尺寸相同，根据表 2.26，选择厚度 H=6mm. 3、垫板：一般冲裁模使用的垫板，厚度可在 412mm 内按标准选用，外形尺寸应与凸模固定板相同。选取厚度 H=6.2mm。 4、凸模、凸模固定板、垫板、上模座用圆柱销和内六角圆柱头螺钉来连接的，凹模与凹模座也是用圆柱销和内六角圆柱头螺钉连接 圆柱销的数量为 4 根，其尺寸为 GB119-86A6X50。与上下模座、垫板、凹模、凸模固定板的配合为 H7/m6 的过渡配合。 内六角圆柱头螺钉数量 6 个，其尺寸为： GB70-85M6。 5、 挡料销 挡料销分为固定挡料销、活动挡料销、始用挡料销。这里采用圆形固定挡料销，安装在凹模上，结构简单，制造容易，但销孔离凹模较近会削弱凹模强度。根据 JB/T7649.10-1994,选择 d=6, 1d=3。 6、 导料板 根据模具工程大典 P1130选择导料板 125x40x4 JB/T 7648.5 和 160x40x4 JB/T 7648.5 材料： 45钢，调质 2832HRC 技术条件：按 JB/T 7653 1994 的规定。 7、 导正销 导正销的结构主要有四种，（见冷冲模设计 P104），导正销是根据 16 孔的尺寸选用的。导正销由导入和定位两部分组成。导入部分一般用圆弧或圆锥过渡，定位部分为圆柱面。为保 证导正销能顺利地插入孔中，应保持导正销直径与孔之间有一定的间隙。导正销的直径按基孔制间隙配合h9，但考虑到冲孔后弹性变形收缩，因此导正销的基本尺寸应比冲孔凸模直径小。 这里冲孔凸模的孔径为 6mm，选择 C型，这种结构装拆方便，模具刃磨后导正销长度仍能适应导正需要。 连续模采用挡料销初定位，用导正销精定位时，挡料销的安装位置应保证导正销在导正条料的过程中有移动的余地。有两种方式对导正销进行定位： 这里按第一种方式进行定位： (见冷冲模设计 P105图 4-57) / 2 /