江理工散热片课程设计.doc

江苏理工学院课程设计说明书（论文）JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 冲压模具课程设计说明书 学院名称： 材料工程学院 专 业： 模具设计与制造 班 级： 10模具2Z 学 号： 10341228 姓 名： 张明 指导教师姓名： 王 泽 指导教师职称： 讲 师 二一三 年 六 月目 录第一章 序言.1第二章 工艺分析与设计.2 2.1 工艺分析.22.2 工艺计算.3第三章 模具零部件及结构设计.83.1 零部件设计.83.2 模具的安装与调试.15 参考文献17第一章 序言现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求， 市场需求量维持在 700 亿至 850 亿美元，同时，我国的模具产业也迎来 了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持 15%的年增长 率（据不完全统计，2005 年国内模具进口总值达到 700 多亿，同时，有近 250 个亿的出口），到 2007 年模具产值预计为 700 亿元，模具及模具 标准件出口将从现在的每年 9000 多万美元增长到 2006 年的 2 亿美元左 右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有 80%的模具需要更换。2005 年我国汽车产 销量均突破 550 万辆，预计 2007 年产销量各突破 700 万辆，轿车产量将 达到 300 万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达 国家往往占到模具市场总量的 20%之多。目前，中国 17000 多个模具生 产厂点，从业人数约 50 多万。1999 年中国模具工业总产值已达 245 亿 元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售 的约占三分一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模 具约占 33%，压铸模具约占 6%，其它各类模具约占 11%。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套量达 50 多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度12m，寿命 2 亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到 Ra1.5m 的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。本次课程设计的课题是：散热片成型与模具设计。此冲压件体积较小，形状简单，在设计过程中，本人经过查阅资料，了解冲压成形的特点以及主要生产类别，包括主要零件的结构、应用范围，材料选择等。第二章 工艺分析与设计 2.1 工件工艺性分析与方案确定 2.1.1 冲裁件工艺性分析工件名称：散热片 工件简图：如图1所示 生产批量：大批量 材料：T2 材料厚度：2 mm图1 散热片2.1.2 冲裁工艺方案的确定该零件形状简单，对称，是由圆弧和直线组成的，冲裁件内外形所能达到经济精度为 IT11IT14，孔中心与边缘距离尺寸公差为0.5mm，将以上精度与零件的精度要求相比较，可认为该零件的精度要求能够在 冲裁加工中得到保证，其他未注尺寸，生产批量等情况也均符合冲裁的工艺要求，故可采用冲压方式进行加工。外形落料的工艺性：散热片属于中等尺寸零件，料厚 2mm，外形复杂程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工艺获得。冲孔的工艺性：内孔尺寸精度要求一般，可采用冲孔。该零件所需要的冲压工序为落料和冲孔，可拟定出以下三种工艺方案：方案一：用简单模分两次加工，即落料冲孔方案二：冲孔，落料复合模方案三：冲孔,落料级进模 分析各工序：方案一，生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该 工件为大批量生产，方案二和方案三更具有优越性。散热片零件的外轮廓及内孔之间的最小距离为 8mm，大于此零件要求的最小壁厚（4.9mm），可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料级进模。复合模模具的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产率高，尽管模具结构比较复杂，级进模生产率也高，但零件的冲裁精度稍差，与保证冲 压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造，安装较复合模并不复杂。通过对上述三种方案的分析比较，散热片的冲压生产采用方案二冲孔落料复合模更为合理。2.2 工艺计算2.2.1条料宽度搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命或影响送料工作。 查文献1中表2.9工件之间搭边值搭边值 a=2.0mm，侧面 a1=2.2mm, 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，小偏差为负值,如式2-1所示： （2-1）式中 Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a 冲裁件之间的搭边值； 板料剪裁下的偏差经计算得出：条料宽度：B=（54+22）-0.40=58-0.40mm条料宽度的范围是58.658mm，取58mm2.2.2 确定步距送料步距S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。送料步距S如式2-2所示：S D+a1 （2-2）S=42+2.2 =44.2mm2.2.3 排样设计 方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高通过上述三种方案的分析比较，设计复合模时，首先要设计条料排样图，由于散热片零件外形矩形，形状较复杂，可采用直排排样的方法，可提高生产率。如下图2为零件的排样图。 图 2 排样图2.2.4 计算材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。一个步距内的材料利用率*100% 式中A一个步距内冲裁件的实际面积；B条了宽度；S步距；计 算 冲 压 件 毛 坯 的 面 积 ： A=4254-4（ 610+46） -122 6=1788mm 2一个步距的材料利用率：*100%=1788（58.444.2）100%=69.27%2.2.5 计算冲压力由工件结构和前面所定的冲压方案可知，本工件的冲裁力包括以下部分：冲4mm 孔的力 P 冲 ，落外轮廓料的力 P 落 ，向下推出4mm 冲孔废料 的力 P 卸 ，向下推出工件的力 P 推 。由于刚性卸料板卸条料的废料的力不是压力机提供的，故不用计算在内1）用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算： P=KLtb （2-4）式中P冲裁力； L冲裁周边长度；t材料厚度；b材料抗剪强度； K系数，系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取=1.3。故冲裁力表达式又可表示为：P=1.3LtLtb b被冲材料抗拉强度(MPa)查查文献2中P89得 T2 钢的 b =300Mpap 冲 =312.562300=22.608kNp 落 =3362300=201.6 kN2）卸料力计算如式2-5所示： P 卸 =nK 卸 P (2-5)P 卸 =90.0522.608=10.17 kNP 推 =10.05201.6=10.08 kN查查文献2P91得：K卸=0.05，n=h/t，h=6mm,故 n=3,又由于模具同时冲三个孔，即 n=33=9。工序总力： P总=P冲+P落+P卸+P推=22.608+201.6+10.17+10.08=244.458 kN从满足冲压工艺的要求看，查文献4中P106表4-33，可选用JJ23-25 和23-35，见表一。表一 所选择压力机的相关参数滑块最大滑块底可倾封闭高公称压封闭工作台型号行程面尺寸斜角度调节力/kN高度尺寸/mm/mm/mm/量/mm/mmJ23-25250652703705603055JC23-35350802803806101902102060比较两种类型的压力机，选择压力机型号为 JC23-35,可满足冲压要求。2.2.6 压力中心的确定模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具 的正常工作，应使模具的压力中心与压力机的中心滑块中心线重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨与模具的导向部分不 正常的磨损，还会使合理的间隙得不着保证，从而影响制件的质量和降 低模具的寿命，甚至损坏模具。由于压圈为中心对称图形，故压力中心为压圈的中心，不需要详细计算。2.2.7 工作零件刃口尺寸计算1)冲孔凸、凹模刃口尺寸的计算：由于制件结构简单精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸凹模。这时需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。 冲孔时，间隙取在凹模上，则：凸模尺寸： dT=（dmin+x） - t0凹模尺寸： dA=( dT +Zmin) 0+a式中 dA dT 冲孔凹模和凸模的刃口尺寸，mmx磨损系数，查表得：IT14 级时 x=0.5Zmin双面间隙，mm 工件公差，mm凸模和凹模的制造公差，mm冲裁4mm 孔凸模、凹模刃口尺寸的计算 凸模尺寸 由表查得=0.36dT=（dmin+x） - t0 =(4+0.50.36) 0 -0.004 =4.18 0 -0.004凹模尺寸由表查得 Zmin=0.04dA=( dT +Zmin)0+a =(4.18+0.04)0+0.006 =4.220+0.006校核：|t|+|a|=0.01,Zmax-Zmin=0.02|t|+|a|Zmax-Zmin 满足间隙公差条件。2）外形落料凹模刃口尺寸的计算因为落料件为复杂的制件，且尺寸较多，所以利用凸凹模配合法，这种方法有利于获得最小的合理间隙，放宽对模具的加工设备的精度要求。采用配作法，计算凹模的刃口尺寸，首先是根据凹模磨损后轮廓变 化情况正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小，还是不变这三种情况，然后分别按不同的计算公式计算。a、凹模磨损后会增大的尺寸-第一类尺寸 A第一类尺寸：Aj=(Amax-x)0+0.25b、凹模磨损后会减小的尺寸-第二类尺寸 B第二类尺寸：Bj=(Bmax+x) -0.25c、凹模磨损后会保持不变的尺寸第三类尺寸 C第三类尺寸：Cj=(Cmin+0.5)60.125其落料凹模的基本尺寸计算如下 图3 落料凹模刃口部分尺寸第一类尺寸：磨损后增大的尺寸：A1=(Amax-x) 0+0.25 =(2-0.50.74) 0+0.250.74 =2.630+0.185第二类尺寸：磨损后增大的尺寸：B1=(Bmax+x) 0+0.05 =(54+0.50.52) 0+0.250.52 =54.260+0.13B2=(Bmax+x) 0+0.25 =(34+0.50.30) 0+0.250.30 =34.150+0.075B3=(Bmax+x) 0+0.25 =(42+0.50.30) 0+0.250.30 =42.150+0.075B4=(Bmax+x) 0+0.05 =(6+0.50.52) 0+0.250.52 =6.260+0.13B5=(Bmax+x) 0+0.25 =(30+0.50.30) 0+0.250.30 =30.150+0.075B6=(Bmax+x) 0+0.25 =(22+0.50.30) 0+0.250.30 =22.150+0.075第三类尺寸：磨损后保持不变的尺寸：C1= C+ 0.125=5 +0.125=5+0.1250.25=5+0.03125C2= C+ 0.125=12 +0.125=12+0.1250.25=12+0.03125C3= C+ 0.125=14 +0.125=14+0.1250.25=14+0.03125落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是 2.63mm，54.26mm，34.15mm，42.15mm，6.26mm，30.15mm，22.15mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙Zmin=0.04。第3章 模具零部件及结构设计3.1零部件设计3.1.1冲孔凸模的设计与标准化1） 冲孔凸模的设计冲4mm 内孔的凸模，为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分直径应作成逐渐增大的多级形式如图四所示： 图 4 冲孔凸模的结构形式 凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的，由于采用弹性卸料板，其凸模长度用下列公式计算： L=h1+h2+t+h式中L凸模长度， mmh1凸模固定板高度，mmh2凹模高度，mmt材料厚度，mmh附加高度，一般取 1520mmL=12+16+2+20=50mm模具刃口要有高耐磨性，高硬度与适当的韧性。凸模形状简单，选用 T10A 材料制造。凸模热处理的硬度为 5862HRC。凸模强度刚度的校核，目的是检查其凸模的危险断面尺寸和自由长度是否满足要求，以防止凸模纵向失稳和折断。凸模校核采用以下公式：dmin4tt/s式中 dmin凸模最小截面直径，mmt冲裁材料厚度，mmt 冲裁材料的抗剪强度，MPas 凸模材料许用强度，取（1.01.6）10 3 MPadmin 4tt = 4 * 2* 240 =1.92mms 1.0*103因为 dmin =4mm1.92mm 所以承压能力足够。抗纵向弯曲力校核：对于凸模（无导向装置的圆形凸模）Lmax90d 2 / F式中Lmax允许的凸模最大自由长度，mmF冲模力，KNd凸模最小截面的直径，mmLmax90d 2 / F =904 2 / 7536 =16mm 所以长度适宜。凸模固定端面的压力q = F 4 弹簧实际总压缩量L总。79号弹簧的具体参数是：弹簧的外径D=55mm，材料直径d=9mm，自由高度H0=120mm，节距t=14.5mm，F1=2750N，极限载荷时弹簧高度H1=88.4mm。弹簧最大许可压缩量 Lmax= (120-88.4) mm = 31.6mm弹簧预压缩量 L2=F0/F1Lmax =1663.3/275031.6=19.11mm校核：卸料板工作行程 t+h1+h2=2+1+0.5=3.5mm凸模刃磨量和调节量 h3=6mm弹簧实际总压缩量：L 总 = L2+t+h1+h2+h3=19.11+3.5+6=28.61mm由于 31.628.61, 即 LmaxL 总，所以所选弹簧是合适的。79号弹簧的规格为：外径： D=55mm钢丝直径： d=9.0mm自由高度： H0=120mm装配高度： h2=h0-L2=120-19.11=100.89mm弹簧的窝座深度： h=H0-Lmax+h卸料板+t+1-h凸凹模-h修模=120-31.6+16+2+1-77-6=24.4mm弹簧的外露高度： H3=H2-h-h卸料板窝深=98.57-24.4-7=67.17mm3.1.7支承零件的设计与标准化1）模座上模座的作用用来固定上模部分零件，并通过模柄或螺栓，压板把上模固定到压力机滑块上，同时又起传递并承受冲裁力的作用。下模座用来固定下模部分零件，通过螺栓，压板将下模座固定在压力机工作台面上，同时起着承受并分散冲裁力的作用。模座的形状选择矩形模座，矩形模座的长度应比凹模板长度大4070mm，宽度可以略大于或等于凹模板的宽度，模座的厚度一般为凹模板厚度的1.01.5倍。模座材料选用HT200.2）模柄模柄的作用是使模具的中心线与压力机的中心线重合，并把冲压模具上模部分零件固定在压力机滑块上。模柄材料选用 Q235 钢，其支撑面应垂直于模柄的轴线，模柄压入上模座后应将底面磨平。模柄的结构形式如下图所示： 图7 模柄的结构形式 3）模架模架是由上，下模座，模柄及导向装置组成。模架选择导柱，导套为导向装置的模架，选用后侧导柱模架，导向装置在后侧，可以纵向或横向送料，完成本模具的设计要求。模架各零件标记如下：上模座：250mm250mm50mm下模座：250mm250mm65mm导柱： B35h5210mm55mm导套： B35h6110mm43mm模柄： f 60mm115mm垫板厚度：250mm160mm12mm卸料板厚度：250mm160mm16mm凸模固定板厚度：250mm160mm28mm模具的闭合高度：H 闭 =h 上 模 座 +h 垫 板 +h 凸 模 固 定 板 +h 落 料 凹 模 +t+h 卸 料 板 +h 弹 簧 外 露 +h 下 模 座=（50+12+28+36+2+16+67.17+65）mm=277mm4）固定板固定板主要用于小凸模，凸凹模等工作零件的固定，凸模固定板选用矩形固定板，其平面尺寸可与卸料板的外形尺寸相同，厚度取凹模厚度的0.60.8倍，固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6,H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。固定板材料选用45钢，无需热处理淬硬。5）垫板垫板的作用是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，防止模座被压出凹坑，影响凸模的正常工作。垫板外形尺寸可与固定板相同，其厚度一般取 310mm，垫板材料为45钢，淬火硬度为4348HRC。垫板上下面要磨平，以保证平行度要求。3.2 模具的安装与调试 冲 模装配原则是将模具的主要工作零件如凹模,凸模和定位板等选用装配的基准件,装配顺序如下：选择装配基准件,按基准件装有关零件, 控制调整冲裁间隙,然后试冲.导板模常选导板作装配基准件,将凸模穿过导板进入凹模,调整好间隙和侧面导板位置后,先装下模,后装上模,经试冲合格后,用销钉定位紧固,再以凹模做定位，将凸模装于固定板中，调整与凹模的间隙均匀后，组装上模，该装配顺序有利于调整准确步距，能使步距累积误差趋向于零值。3.2.1 模具的装配对装配有如下要求：1)模 架 精 度 应 符 合 标 准 JB/T8050-1999冲模模架技术要求，JB/T8071-1995冲模模架精度检查规定，模具的闭合高度应符合图纸规定要求。2)装配好的冲模、上模沿导柱上、下滑动应平稳可靠。3）凸凹模间的间隙应符合图纸规定的要求，分布均匀。4)紧固件装配应可靠，螺纹、螺柱旋入长度在刚件连接时应不小于1.5 倍螺纹直径，螺纹和销钉端面应不露出上、下模座零件表面。5)标准件应能互换，紧固螺钉和定位销钉与其孔的配合应正常良好。6）模具应在生产的条件下进行试验，冲出的制件应符合设计要求。本模具的装配选凸、凹模为基准件，先装上模、再装下模，装模后应保证间隙均匀。3.2.2 模架装配模架装配的主要技术要求如下：1）组成模架的各零件均应符合相应的技术标准和技术条件，其中特别重要的是，每对导柱，导套间的配合间隙应符合要求。 2）装配成套的模架，三项技术指标，上模座上平面对下模座下平面的平行度，导柱轴线对下模座的平面的垂直度和导套孔轴心线对上模座上平面的垂直度，应符合相应精度等级要求。 3）装配后的模架，上模座沿导柱上，下移动应平稳，无阻滞现象。 4）压入上，下模座的导套，导柱，离其安装表面应有12mm，的距离，压入后牢固，不可松动。（5）装配成套的模架，各零件的工作表面不应有碰伤，裂纹以及其它机械损伤。模架装配主要是指导柱，导套的装配，目前大多数模架的导柱，导套 与模座之间采用过盈配合，但也有少数采用粘接工艺的，即将上，下模座的孔扩大，降低其它加工要求，同时，将导柱，导套的安装面制成有利于粘接的形状，并降低其加工要求。装配时，先将模架的各零件安放在适当的位置上，然后，在模座孔与导柱，导套之间注入黏结剂即可使导柱，导套固定。3.2.3 总装与调试问题的预测根据模具装配图的技术要求，完成模具的模架，凸模部分，凹模部分等分装之后，即可进行总装配。总装时，应根据上，下模零件在装配和调整中所受限制情况来决定先装上模还是下模一般是以受限制的最大的部分此模具应先把凸模固定在凸模固定板上，以已装好的凸模为基准固定复位装置座板和橡胶，通过螺钉来固定起来。试冲，模具装配以后，必须在生产条件下进行试