止动件冲孔落料模具设计说明书.doc

华东交通大学 教研室材料成型 教研室主任 批准日期 课程设计任务书 机电工程 学院 材料成型及控制工程 专业 2010级1 班 学生 一、课程设计题目 冲压模具设计 二、课程设计工作自 2013 年10月 25 日起至 2013 年 11月 29日止。三、课程设计进行地点： 11号教学楼 四、课程设计的内容要求：1、冲裁工艺设计：对制件的结构、尺寸、精度、数量、材质等要素进行分析，初步确定制件的冲裁工艺，计算搭边尺寸、毛坯尺寸、确定排样图（绘在总装图上）；2、模具结构方案设计：根据冲裁工艺方案，初步确定模具结构方案和坯料导向、定位方式；3、计算冲裁力，初步选择冲压设备；了解其行程、吨位、容模尺寸等有关技术参数；4、计算卸料力，确定卸料方案及卸料元件的规格、尺寸；5、计算并确定冲裁间隙继而确定凸模、凹模等主要工作零件的尺寸、结构形式；必需时需进行强度、刚度的计算或校核；6、协调模具各零件的结构、尺寸，完善导料、定位等辅助功能件结构及尺寸设计；7、绘制模具总装配图： 1）、考虑采用“半剖法”表示上模使用中的两个极限位置； 2）、按装配图要求标注尺寸及配合性质、技术要求等； 3）、零件标号无遗漏；明细表内容详实、规范； 4）、制图遵照国家标准；排样图按习惯绘在总装图的右上角或适当位置。8、绘制凸模、凹模零件图、尺寸、粗糙度标注齐全9、根据以上内容完成课程设计说明书一份，篇幅不少于8000字。指导教师： 接受设计(论文)任务日期： 2013.10.25 学生签名： 第一章 概述1.1冲压的定义与特点 与塑性加工的其他方法及机械加工中其他冷、热加工方济效益的加工方法相比，使用模具冲压加工有其独特的优点。首先生产效率高一般冲压设备的行程次数为每分钟几十次，象高速冲床每分钟达数百次千次以上，而且每一次冲压行程有可能就得到一个产品零件。其次，冲压产品质量好，强度高，冲压产品由模具精度保证了可不需再机加工尺寸形状且不破坏(冷轧板材的)表面质量，冷变形硬化效应提高了零件的强度；模具的寿命，确保了冲压产品形状、精度和性能稳定性。此外，冲压加工一般没有切屑碎料生成，金属材料耗材少，且不需要加热设备，也节省了材料、燃料和能源等，因此，可以说冲压加工是一种节能并具很高经冲压加工是借助于常规或专用的冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料、模具和设备 是冲压加工的三要素。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工(或压力加工)的主要方法之一，也隶属于材料成形工程技术。1.2冲压的基本工序及冲压模具由于冲压件的形状、尺寸和精度要求不同，因此，冲压加工的方法是多种多样的。根据材料的变形的特点及工厂现行的习惯，冲压的基本工序可以分为分离工序与塑性变形工序两大类：1）分离工序是使冲压件与板料沿要求的轮廓线相互分离，并获得一定断面质量的冲压加工方法。2）塑性变形工序是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，以获得所要求的形状、尺寸和精度的冲压加工方法。为了提高劳动生产率，常常将两个以上的基本工序合并成一个工序称为复合工序。冲压模的形式很多，一般可按下列不同特征分类：(1)按工序性质分类 可分为落料模、冲孔模、切断模、且切边模、切舌模、剖切模、整修模、精冲模等。(2)按工序组合程度分类 可分为单工序模(俗称简单模)、复合模和级进模(俗称连续模)。(3)按模具导向方式分类 可分为无导向的开始模和有导向的导板模、导柱模等。(4)按卸料与出件方式分类 可分为固定卸料式与弹压卸料模具、顺出件与逆出件式模具。(5)按挡料或定距方式分类 可分为挡料销式、导正销式、侧刃式等模具。(6)按凸、凹模所用的材料不同分类 可分为钢模、硬质合金模、钢带冲模、锌基合金模、橡胶冲模等。(7)按自动化程度分类 可分为手动模、半自动模和自动模1.3冲压工艺的应用与发展鉴于冲压工艺具有很大优越性，冲压加工在国民经济各个领域中应用范围相当广泛。例如，在宇航、航空、军工、机械电机电子铁道交通化工医疗器具、及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界全用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系据有关调查统计自行车缝纫机手表里有80%是冲压件。还有，食品金属罐盒，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压零件。当然冲压加工也存在着一些问题和缺点。主要表现在冲压加工时的噪声、振动两种公害，而且操作着的安全事故时有发生。不过这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步，特别是随着计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快而完善地得到解决。冲压加工及其模具技术一直在不断的向前发展。国内外21世纪发展方向和动向主要有以下一些方面：(1)冲压加工的自动化无人化精密化。(2)冲压生产中批量要求的两种趋势大批量生产及多种小批量生产。(3)冲压加工的基本理论研究，变形过程数值解析、计算机模拟及优化设计(包括专家系统、人工智能及工程中的计算机集成)。(4)冲压新工艺及新模具的研究与开发，如精密剪切、无毛刺冲裁及特种拉深等。(5)冲压新材料的研制与开发，如高强度、高伸长率钢板、旨在减轻重量和减少振动的各种复合板材等。(6)冲压新材料及模具热处理新技术的研制、开发以及推广应用。 所以，到目前为止，冲压工艺仍是模具在设计和应用方面重要的一部分。冲压模具具有加工精度高、材料利用率高、操作简单，便于组织生产等优点。在今后的一段时间里，冲压模具仍占据着模具制造重要的组成部分。本次冲压模具的课程设计让我们对冲压模的设计与制造有了更深一步的了解。第二章 冲压的工艺分析与工艺方案确定冲压的工艺性是指该工件在冲压中的难易程度。良好的冲裁工艺性应保证材料的消耗少、工序数目少、模具结构简单而寿命长，产品质量稳定，操作简单等。影响冲压工艺性的因素很多，如冲压件的形状特点，尺寸大小，尺寸标注方法等精度要求和材料性能等。下面介绍影响冲压工艺性的一些主要因素，并对给定的任务书进行相关分析。2.1设计任务书由课程设计任务书可知，工件材料为Q235，料厚为2mm，大批量生产。如图1： 图1 零件2.2冲压工艺对材料的要求选择冲压材料时首先应满足冲压件的使用要求，一般来说，对于机器上的冲压件，要求材料具有较高的强度和刚度，电机电器上的某些冲压件要求有较高的导电性和导磁性汽车飞机上的冲压件要求有足够的强度并尽可能减轻质量，化工容器要求耐腐蚀等同时还应满足冲压工艺对材料的要求以保证冲压过程顺利完成即应具有良好的塑性和表面质量以及板料厚度公差应复合标准规定等.冲压常用的材料的力学性能以及板料和带料的规格可查阅相关的资料。其中板料的尺寸较大可用于大型零件的冲压，带料的宽度在300mm以下，长度可达几千米，适用于大批量生产的自动送料。条料是根据冲压件的需要，那个板料剪切而成的，用于中小形型件的冲压。块料适用于单件小批量生产和价值昂贵的有色金属的冲压。根据设计任务书，所给定的材料为普通碳素钢Q235，查阅相关资料其材料状态为未退火，抗剪强度(b)310380MPa，抗拉强度(b)380470MPa，伸长率(10)21%25%,屈服强度(b)235MPa。2.3冲压工艺对结构与尺寸的要求不同形状和尺寸的冲压件，有不同的要求。(1)对于冲裁件冲裁件的形状应力求简单规则使排样时废料最少。(2)冲裁件的内、外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。如无特殊要求，在各直线或曲线的连接处允许有R0.25t的过渡。(3)冲裁件的形状应尽量避免有过长的凸出悬臂和过窄的凹槽。对于软钢、黄铜等材料其宽度b1.5t，高碳钢或合金钢等硬材料b2t，板料厚度小于1mm时按1mm，考虑悬臂和凹槽的长度最大为5b。(4)为避免工件变形，冲裁件的最小孔边距不能过小。(5)在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔壁与直壁之间应保持一定距离，以免冲孔时凸模受水平推力而折断。(6)冲孔时因受凸模强度的限制孔的尺寸不应太小用无导向模和有导向的凸模所能冲制的最小尺寸。对于所给定的工件，其结构形状相对简单，工件有两个个圆孔，且两个孔是完全一样的，孔与孔，孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为3mm满足许用壁厚的要求，所以工件可以进行冲裁加工。2.4冲压工艺对尺寸精度的要求冲裁件的精度一般可分为精密级和经济级两类，精密级是指冲压工艺在技术上所允许的最高精度，而所谓经济级是指模具达到最大许可磨损时其所完成的冲压加工在技术续航可以实现而在经济上最合理的精度。为了降低冲压成本获得最大的技术经济效果在不影响冲裁件使用要求的前提下应尽可能采用经济精度。表2-1 冲裁件内外形所能达到的经济精度材料厚度t/mm 基本尺寸/mm 3 366101018185001IT12IT13IT1112IT14IT12IT13IT1123IT14IT12IT1335IT14IT12IT13对于所给定的工件，其尺寸全部为自由公差，可根据表2-1采用IT12级精度。尺寸精度较低，普通冲裁即能满足要求。2.5冲裁工艺方案的比较与确定此工件只有落料和冲孔两个工序。材料为Q235A钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。抗剪强度为310380 t/MPa，抗拉强度为380470 b/MPa，屈服强度为240 b/MPa。工件结构相对简单，有2个10的孔，孔与孔，孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为7MM，工件除了12 为IT11级外，其余都是IT12级。尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。冲裁工艺方案的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：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。方案二：落料冲孔复合冲模。采用复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲模。采用级进模生产。单工序模、级进模和复合模的特点分别如下：表3-1 单工序模、级进模和复合模的比较比较项目单工序模级进模复合模工件尺寸精度较低一般IT11级以下较高，IT9级以下工件形位公差工件不平整，同轴度、对称度及位置度误差大不太平整，有时要较平，同轴度、对称度及位移度误差较大较高，冲床在一次行程内可完成两个以上工序冲压生产率低，冲床一次行程内只能完成一个工序高，冲床在一次行程内能完成多个工序较高，冲床在一次行程内可完成两个以上工序实现操作机械化、自动化的可能性较易，尤其适合于多工位冲床上实现自动化容易，尤其适应于单机上实现自动化难，工件与废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械化操作对材料要求对材料宽度要求不严，可用边角料对条料或带料要求严格对条料要求不严，可用边角料生产安全性安全性较差比较安全安全性较差模具制造的难易程度较易，结构简单，制造周期短，价格低形状简单件，比用复合模制造难度低形状复杂件，比用级进模的制造难度低应用通用性好，适合于中、小批量生产和大型件的大量生产通用性性较差，适合于形状简单，尺寸不大，精度要求不高件的大批量生产通用性较差，适合于形状复杂、尺寸不大、精度要求较高件的大批量生产结合上面的表格分析可知：方案一结构简单，但需要两道工序两副模具，成本高生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案二只需要一副模具，工件精度及生产效率都教高，工件最小壁厚为7mm模具强度较好。方案三也只需要一副模具，生产效率高，操作方便，但是制造精度不如复合模。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压声场采用方案二为佳，即复合模。第三章 冲压设计的主要计算3.1排样设计3.1.1排样方案的初步设计排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法，同一个冲裁件，可以有多种排样方法。根据条料上的材料是否被全部利用，有无废料产生，排样方法可以分为有废料排样法、少废料排样法和无废料排样法。1)有废料排样 沿冲件完全外形冲裁，在冲件周边都留有搭边，因此材料的利用率低，但冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，生产中绝大多数冲裁都是采用有废料排样。2)少废料排样 沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件或冲件与条料侧边之间留有搭边。因受剪裁条料质量定位误差的影响，冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率稍高，冲模结构简单。3)无废料排样 沿直线或曲线切断条料而获得冲件，无任何搭边。冲件的质量和模具寿命更差一些，但材料利用率高。另外，送进步距为两倍零件宽度时，一次切断便能获得两个冲件，有利于提高劳动生产率。根据给定的任务书中所示工件的形状和结构特点，采取有废料排样，考虑到其为大批量生产，根据上述各种排样方式的具体比较，综合考虑各种方案的可行性并结合其生产效率和效益，初步选定拍样方式，如图2所示：图2 排样图排样的相关计算：传动片的形状为左右对称，下端水平，采用直对排效率较高。如上图所示的排样方法。查（冲压工艺与模具设计表2.5.2 ）确定搭边值得：两工件间的搭边:a=2. 2m; 工件边缘搭边:a 1=2. 5m; 步距为:32. 2m条料宽度H=(D+2a1)-= (65+2X 2. 5) =70一个步距内的材料利用率为.裁单件材料的利用率按2式计算,即=1550（7032.2）100%=68.8% 式中 A冲裁面积(包括内形结构废料)；n 一个冲距内冲冲裁件数目；b条料宽度；h进距。查板材标准，宜选900mmX 1000mm的钢板，每张钢板可剪裁为14张条料每张条料可冲378个工件，则总为：总=100%=100%=65.1%即每张板料的材料利用率为65.1%3.2 压力中心的确定冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。对于有模柄的冲模来说，须使压力中心通过模柄的中心线。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件的质量和降低模具寿命甚至损坏模具。在实际生产中，可能出现冲模压力中心在冲压过程中发生变化的情况，或者由于冲件的形状特殊，从模具结构考虑，不宜于使压力中心与模柄中心线相重合的情况，这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机允许的范围。冲裁形状对称的冲件时，其压力中心位于冲件轮廓图形几何中心。冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中点。压力的计算如下：冲压力落料力F总= F1=1.3Lt =1.3 215.96 2450=252.67(KN)式中：F落落料力（N）；L工件外轮廓周长，L21mm；t材料厚度；材料的搞剪强度（Mpa），查得2350Mpa。落料力其中按非退火Q235钢板计算.冲孔力 F冲= F1=1.3Lt=1.3273.1102X450=74.48(KN) 其中:d为冲孔直径，2 73.14为两个孔圆周长之和卸料力 F卸K卸F落 式中：K卸卸料力因数，其值由2表2-15查得K卸0.05。则卸料力：F卸=60. 055 37.24=12.30(KN)推件力推件力计算按2式2-11：F推=nK推F冲 式中：K推推件力因数，其值由2表2-15查得推0.05；n卡在凹内的工件数，n=4。推件力则为：F推60.05537.24=12. 30 (KN)其中n=6是因有两个孔.模具总冲压力为： F总 F落F卸F压252.67+74.48+12.63+12.30=352.07(KN)压力中心计算如下：冲模的压力中心按下述原则确定：（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件，多孔冲模，级进模的压力中心可用解析法求出冲模压力中心。如图3所示由于工件x方向对称，由于工件x方向对称，故压力中心X0=32. 5mmyc= 计算时，忽略边缘4-R2圆角.经过计算得出压力中心为： x=32.5 Y=133.3 凸、凹模的刃口尺寸计算3.3.1 凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则在冲裁件的尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸为基准。落料件的光面是因凹模刃口挤切带料产生的，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的。故计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别进行，其原则如下：(1)落料 落料件光面尺寸与凹模尺寸相等(或基本一致)，故应以凹模尺寸为基准。又因落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。而落料凸模基本尺寸，则按凹模基本尺寸减最小初始间隙。(2)冲孔 工件光面的孔径与凸模尺寸基本相等(或基本一致)，故应以凸模尺寸为基准。又因冲孔的尺寸会随凸模的磨损而减小，故冲孔凸模的基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。而冲孔凹模基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙。(3)孔心距 当零件上需要冲制多个孔时，孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证。由于凸、凹模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，故凹模孔心距的基本尺寸取在工件孔心距公差带的中点上，按双向对称偏差标注。(4)冲模刃口制造偏差 凸、凹模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证模具一定的使用寿命。3.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算对于孔10的凸凹模的制造公差由2表2-12查得凹=0.025mm, 凸=0.020mm由于凹凸ZmaxZmin，故采用凸模与凹模配合加工方法。因数由2表2-13查得，X0.5D= (d+x)=（10+0.5*0.4）=10.2mm R=1/2d=5.1mm d=(10+0.40.5+0.132)=10.3 mm R=1/2d=5.15mm 冲孔：d=（10.2+0.132） =10.332mm 落料：D=（125-0.2）=29.87mm对于孔30的凸凹模的制造公差由2表2-12查得凹=0.025mm, 凸=0.020mm由于凹凸ZmaxZmin，故采用凸模与凹模配合加工方法。因数由2表2-13查得，X0.5则d凸(d+X)(10+0.5*0.52) mm 10.18 mm D凹按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.04 0.06mm. 其工作部分结构尺寸如图4所示：图4 凸模间隙落料凹模板尺寸:凹模厚度: H=Kb(15mm)H=O. 28 X 65=18.2 mm凹棋边壁厚c(1.5-2)H = (1. 5-2) 18.2 =(27.3-36.4)mm 实取c=30mm凹棋板边长: L=b+2c=65+2 X 30=125mm查标准JB/T一6743.1-94:凹模板宽B=125mm故确定凹棋板外形为:12512518(mm)凹棋板作成薄型形式后实取为:12512514(mm)凸凹模尺寸:凸凹模长度:L=hl+h2+h3=16+10+24=50 (mm)其中:h1凸凹模固定板滚度h2:一橡胶卸料厚度h-增加长度(包括凸模进入凹棋深度，橡胶元件安装高度等)凸凹模内外刃口间壁厚校核:根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为7mm,据强度要求查冲压模具设计与制造表2.9.6知，该壁厚为4.9 mm即可，故该凸凹模侧壁强度足够.冲孔凸模尺寸:凸模长度:L凸=h1+h2+h3=14+12+14=40mm其中:hl-凸模固定板厚 h2一垫板厚h3-凹模板厚凸模强度校核:该凸模不属于细长杆，强度足够.3.4冲压设备的选择根据压力机的选用原则，其压力机的公称压力必须大于或等于冲压力，即FFZ=352.07kN。 根据总冲压力 F总=352KN,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,选用J23-63开式双柱可倾冲床,并在工作台面上备制垫块。其主要工艺参数如下： 公称压力： 630KN 滑块行程： 130mm 行程次数： 50 次分 最大闭合高度： 360mm 连杆调节长度： 80mm 工作台尺寸（前后左右）： 480mm 710mm第4章 模具零部件结构根据倒装复合模形式特点: 凹模板尺寸并查标准JB/T-6743.1-94，确定其它模具模板尺寸列于表：序号名称长宽厚（mm）材料数量1上垫板125125645钢12凸模固定板1251251445钢13橡胶12512512橡胶44卸料板1251251045钢15凸凹模固定板1251251645钢16下垫板125125645钢1第五章 模具装配图第六章 总结为期三周的课程设计即将告一段落，我们在忙碌和充实中结束这三周的设计任务。通过这次设计，我深刻认识到实践才是检验理论的标准，一件事情，只有亲自去做，才能体会到其中蕴含的丰富内容，才能发现自己的缺陷和不足，从而更好的将书本知识与的学习实践相结合，真正做到学以致用。在这两个星期中，我们主要对轴承盖这一工件的生产工艺进行分析和设计，并对相关的模具和设备进行合理的选择。从工件的工艺性分析开始，到生产方案的制定，再到排样的设计，接着进行相关的计算，随后到相关设备的选用，每一步都要认真去分析，并适时提出多种方案进行论证对比，综合各种因素确定最合理的一个，再进行详细设计。在刚开始拿到题目的时候，对冲压模并不陌生。老师在上课的时候对冲压工艺的讲解非常详细，所以看到题目后，去图书馆借了几本冲压模的书。在开始设计到设计结束花费了大量的时间在模具工艺的设计上面，一套模具并不是仅仅要设计出来，在设计过程中应该考虑方方面面的因素。理论联系现