冲压模具设计说明书.doc

冲压工艺课程设计题 目： 摩托车侧盖前支承弯曲工艺设计学 院： 材料科学与工程学院 专业班级： 材料成型及控制专业二班 姓 名： 饶江宇 学 号： 20071420211 二一年十月一、设计条件：1、 年生产量5万件2、 材料Q215钢3、 板料厚度 t=1.5mm二、设计任务： 1、编制冲压工艺规程；模具零件图 2、设计弯曲模装配图2张，凸、凹模零件图； 3、编写设计说明书。三、设计计算与说明编制冲压工艺规程1、 工件的工艺分析： 零件及其冲压工艺性分析（1） 材料分析Q215钢是一种碳素结构钢（GB/700-1999），具有高的塑性、韧性和焊接性能，良好的压力加工性能，但强度低。具有较好的冲裁成形性能，主要用于制造厚度在4mm一下的各种冷冲压构件。（2） 结构分析该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的。分析图得知，该零件以2个f5.9mm的孔定位，中间的孔用于侧盖的装配，故中间位置的孔是该零件需要保证的重点。可查得此材料所允许的最小弯曲半径，而零件弯曲半径均大于0.75mm，故不会弯裂。另外，零件上的孔位于弯曲变形区之外，所以弯曲时孔不会变形，可以先冲孔后弯曲。计算零件相对弯曲半径，均小于5卸载后弯曲件圆角半径的变化可以不予考虑，而弯曲中心角发生了变化，采用校正弯曲来控制角度回弹。该零件端部四角为尖角，若采用落料工艺，则工艺性较差，根据该零件的装配使用情况，为了改善落料的工艺性，故将四角修改为圆角。此外零件的较深，若能有效地利用过弯曲和校正弯曲来控制回弹，则可以得到形状和尺寸比较准确的零件。腰圆孔边至弯曲半径R中心的距离为2.5mm。大于材料厚度（1.5mm），从而腰圆孔位于变形区之外，弯曲时不会引起孔变形，故该孔可在弯曲前冲出。（3）精度分析由标准查得，冲裁件内外所能达到的经济精度为IT14，孔中心与边缘距离尺寸公差为0.2mm。另外，该零件属隐蔽件，被侧盖完全遮蔽，因此可推测其外观上要求不高，故为IT12。将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求。结论：由以上分析可知，该零件冲压工艺性良好，可以冲裁和弯曲。 确定工艺方案零件形状简单对称，由冲裁和弯曲工序即可成型，现在先确定冲压工序类型和选择工序顺序。冲压该零件需要的基本工序有剪切(或落料)、冲中间孔、一次弯曲、二次弯曲和冲孔（f5.9mm）。其中弯曲决定了零件的总体形状和尺寸。 (1) 弯曲变形的方法及比较 该零件弯曲变形的方法可采用如图1-2所示中的任何一种。第一种方法(图1-a)为一次成形，其优点是用一副模具成形，可以提高生产率，减少所需设备和操作人员。缺点是毛坯的整个面积几乎都参与激烈的变形，零件表面擦伤严重，且擦伤面积大，零件形状与尺寸都不精确，弯曲处变薄严重，这些缺陷将随零件“腿”长的增加和“腿”长的减小而愈加明显。 第二种方法(图1-b)是先用一副模具弯曲端部两角，然后在另一副模具上弯曲中间两角。这显然比第一种方法弯曲变形的激烈程度缓和的多，但回弹现象难以控制，且增加了模具、设备和操作人员。第三种方法(图1-c)先在一副模具上弯曲端部两角并使中间两角预弯45，然后在另一副模具上弯曲成形，这样由于能够实现过弯曲和校正弯曲来控制回弹，故零件的形状和尺寸精确度高。此外，由于成形过程中材料受凸、凹模圆角的阻力较小，零件的表面质量较好。这种弯曲变形方法对于精度要求高或长“脚”短“脚”弯曲件的成形特别有利。图1 弯曲成形a)一副模具成形 b)、c)两副模具成形(2)工序组合方案及比较 根据冲压该零件需要的基本工序和弯曲成形的不同方法，可以作出下列各种组合方案。方案一：落料与冲中间孔复合、弯曲四角、冲凸包。其优点是工序比较集中，占用设备和人员少，但回弹难以控制，尺寸和形状不精确，表面擦伤严重。方案二：落料与冲中间孔复合、弯曲端部两角、弯曲中间两角、冲凸包。其优点是模具结构简单，投产快，但回弹难以控制，尺寸和形状不精确，而且工序分散，占用设备和人员多。方案三：落料与冲中间孔复合、弯曲端部两角并使中间两角预弯45、弯曲中间两角、冲凸包。其优点是工件回弹容易控制，尺寸和形状精确，表面质量好，对于这种长“腿”短“脚”弯曲件的成形特别有利，缺点是工序分散，占用设备和人员多。方案四：冲中间孔、切断及弯曲四角连续冲压、冲凸包。其优点是工序比较集中，占用设备和人员少，但回弹难以控制，尺寸和形状不精确，表面擦伤严重。方案五：冲中间孔、切断及弯曲端部冲中间孔、切断连续冲压、弯曲中间两角、冲凸包。这种方案实质上与方案二差不多，只是采用了结构复杂的连续模，故工件回弹难以控制，尺寸和形状不精确。方案六：将方案三全部工序组合，采用带料连续冲压。其优点是工序集中，只用一副模具完成全部工序，其实质是把方案三的各工序分别布置在连续模的各工位上，所以还具有方案三的各项优点，缺点是模具结构复杂，安装、调试和维修困难。制造周期长。综合上述，该零件 虽然对表面外观要求不高，但由于“腿”特别长，需要有效地利用过弯曲和校正来控制回弹，其方案三和方案六都能满足这一要求，但考虑到该零件件生产批量不是太大，故选用方案三，其冲压工序如下：落料冲孔、一次弯形（弯曲端部两角并使中间两角预弯45）、二次弯形(弯曲中间两角)、冲孔5.9。3、确定毛坯形状、尺寸L3L2L1L4L5（1）弯曲工件两端之间的展开长度为 2 +2 + 2+2+ (70-34-2R4-2t)/2=12.5mm (查表R/t 2.6时，x 0.4) (54.5-2t-R2-R4) =45.5mmmm (查表R/t 1.3时，x 0.34) 34-2R2 30mm所以，考虑到弯曲时材料略有伸长，可得L=168mm4、排样设计及材料利用率计算（1）排样方式选择：该零件采用落料与冲孔复合冲压，毛坯形状为矩形，四角为圆弧，有搭边，长度方向尺寸较大，为便于送料，采用单排方案计算条料宽度B： 查表3-10 ：沿边搭边值 a=2，=0.5 工件间搭边 a1=1.8进料步距：A= D + a = 22 + 1.8 = 23.8 mm 条料宽度： （2）确定板料规格和裁料方式。根据零件结构分析，因采用四角同时弯曲，且弯曲半径较小，为防止弯裂，剪裁条时应采用横裁法，横裁时，材料利用率高折弯线与材料纤维垂直，折弯线与材料纤维垂直，采用横材下料该零件宽度用料为172mm，以选择1.5mm710mm1420mm的板料规格为宜。每板条料数：每条制件数：得到材料利用率：83.86%6、工艺计算（弯曲）(2) 第二道工序一次弯形(见图12-7) 该工序的冲压力包括预弯中部两角和弯曲、校正端部两角及压料力等，这些力并不是同时发生或达到最大值的，最初只有压弯力和预弯力，滑块下降到一定位置时开始压弯端部两角，最后进行校正弯曲，故最大冲压力只考虑校正弯曲力和压料力。校正弯曲力 式中 : 校正部分的投影面积单位面积校正(MPa)，由表3-11查取，=100Mpa。结合零件图图示尺寸计算式如下校正弯曲力 压料力为自由弯曲力。自由弯曲力(表3-10) 式中查表得系数K=1.3 , 取为400 MPa弯曲件宽度 b=22mm;料厚t=1.5mm；支点间距2L近似取10mm。将上述数据代入表达式，得：3276 (N)取N，得取压料力=1200（N）则第二道工序总冲压力 （3）第三道工序二次弯曲 该工序仍需要压料，故冲压力包括自由弯曲力和压料力。自由弯曲力 压料力取为4000N则第三道工序总冲压力 6、初选冲压设备根据总冲压力和有关设备资料，选择压力机。首次弯曲工序: P1=256(kN)，根据第二道工序所需要的冲压力，选用公称压力为400kN的压力机完全能够满足使用要求。选J21-40型 开式固定台压力机第二次弯曲工序:P2=9(kN) 此工序所需的冲压力很小，若单从这一角度考虑，所选的压力机太小，滑块行程不能满足该工序的加工需要。故该工序宜选用滑块行程较大的400kN的压力机，选J21-40型 开式固定台压力机。J21-40型 开式固定台压力机参数标称压力/kN400滑块行程/ mm80行程次数/次/min80最大装模高度/ mm330连杆调节长度/ mm70电动机功率/ kW5.5工作台尺寸前后左右/(mmmm)460700模柄孔尺寸 直径深度/(mmmm):50708、填写工艺卡片：冲压工艺卡片湖南大学冲压工艺卡片产品型号零件图号1产品名称摩托车侧盖前支承零件名称材料板料规格毛坯尺寸毛坯可制件数材料技术要求辅助材料共1页Q2151.5710142029工序号工序名称工序简图工艺装备设备工时0下料1落料与冲孔冲孔落料复合模J21-402首次弯曲弯曲模J21-403二次弯曲弯曲模J21-404冲孔冲孔模J21-40四、弯曲模具设计1、设计要求：（1）对模具：a)必须保证操作安全、方便。b)便于搬运、安装、紧固到折弯床上方便、可靠c)生产批量为中小批量生产。d)冲模零件必须具有良好的工艺性，即制造装配容易、便于管理。e)保证规定的生产率和高质量的冲压件的同时，力求成本低、模具寿命长。f)保证模具强度前提下，注意外形美观，各部分比例协调。（2）弯曲工艺分析1)对弯曲制件由零件图可见，该弯曲件外形简单，精度要求一般，工件厚度0.5可先在一副模具上弯曲端部两角并使中间两角预弯45，然后在另一副模具上弯曲成形，这样由于能够实现过弯曲和校正弯曲来控制回弹，故零件的形状和尺寸精确度高。此外，由于成形过程中材料受凸、凹模圆角的阻力较小，零件的表面质量较好。2)对制件材料 Q215的用途极为广泛，具有高的塑性、韧性和焊接性能，良好的压力加工性能，但强度低。 用于制造地脚螺栓、犁铧、烟筒、屋面板、铆钉、低碳钢丝、薄板、焊管、拉杆、吊钩、支架、焊接结构等。3） 模具的工艺分析：在折弯机凹模一次行程弯曲制成工件。该模具属于单工序弯曲，操作安全、不易于自动化，包括自动送料、自动出件、自动叠片，工件和废料均往下漏，因而不易采用高速压力机生产，冲压精度高，生产效率一般。2、模具设计计算 （1）凸模与凹模的尺寸计算1）.最小弯曲半径/t的经验选用防止外层纤维拉列的极限弯曲半径，称为最小弯曲半径，以rmin/t来表示。根据板材塑性指标求最小弯曲半径时，即，其中的为板料单向拉伸试验得出，而实际弯曲的许用比单向试验的大得多，故按塑性指标求得的/t与实际值有一定的差距，/t值的理论计算公式并不实用。所以在生产中主要参考经验数据来确定/t值。由塑性成形工艺与模具设计表3-2可查得：0.3 rmin/t3 根据原始数据可得 工件厚度t =1.5mm据上述条件取rmin/1 =3则rmin=11.5=1.5mm取=1.5mm2）凹模圆角半径凹模的圆角半径rd 不能过小，以免增加弯曲力，擦伤工件表面。对称压弯时两边凹模圆角半径rd应一致，否则毛坯会产生偏移 rd值通常按材料厚度t来选取 t = 1.5 mm 2 mm 时=(3-6)t取 = 5 mm3） 凹模深度凹模的工件深度将决定板料的进模深度，弯曲件，对于常见的弯曲时不需全部直边进入凹模内。只有当直边长度较小且尺寸精度要求高时，才使直边全部进入凹模内，凹模深度过大，不仅增加模具的消耗，而且将增加压力机的工作进程，使最大弯曲力提前出现。中小型弯曲件通常都使用模具在机械压力机上进行加工，最大弯曲力提前出现，对压力机是很不利的。凹模深度过小，可能造成弯曲件直边不平直，降低其精度。因此，凹模深度要适当。由冷冲模设计表3-6可得H=54.5 L0=25（2）凸、凹模工作尺寸弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注形成有关。一般原则是：当工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上，当工件标注内行尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上，并来用配作法制模。本设计主要工件标注内部尺寸，因此、以凸模为基准。弯曲件是用内形尺寸标注的弯曲件，凸模宽度尺寸为对于U型弯曲模式中A34mm +0.45 凸按4级选取为0.05mm凸凹模单边间隙按公式 计算，查表c=0.1所以Z = 1.5 0.1 X 1.5 1.65mm凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，并保证2 Z 间隙mm对于V型弯曲模mm mm3、模具零件设计及标准件选用 对于V型弯曲模（1）凸模结构设计用整体镶拼式凸模，用螺钉固定凸模内腔装垫块，定位销定位。凸模长度宽度高度LBH=20010090mm。（2）凹模设计 1）刃口形式：倒装式（图示）。 为增加刃口强度，取刃口高h=36mm。 凹模长度宽度高度LBH=18010060mm 2）凹模固定方法：采用圆柱销定位、螺钉紧固。（3）垫板、固定板、螺钉等零件选择 查表或根据凹模轮廓尺寸与所定模具型式，得到有关零件规格如下：垫板 100808 卸料螺钉该模具选用标准的圆柱头内六角卸料螺钉（GB2867。6-81）材料为45钢热处理HRC3540。卸料螺钉的设置形式如下图所示，卸料螺钉长度按（2-52）计算：L固定板厚度垫板厚度预压后弹性元件的高度L1 42mm L2 38mm（4）模架的选择为保证冲出零件的精度和高稳定的质量，采用模架导向的导向方式。模架导向不仅能保证上、下模的导向精度而且能提高模具的刚性，延长模具的使用寿命，是冲裁见的质量稳定可靠， 使模具的安装比较容易。模架的类型选用中间导柱模架。 除简单冲模外，一般冲模多采用带模架的结构。模架的种类很多，要根据模具的精度要求、模具的类别、模具的大小选择合适的模架。查实用模具技术手册选用的模架型号为：GB/T2851.1-1990其主要参数为：L:200mm B:100mm H:最大225mm、最小190mm（5）模柄 模柄有多种型式，要根据模具的结点选用模柄的形式。模柄的直径根据所选用压力机的模柄孔径确定。本模选用直通式模柄。根据压力机滑块孔径50、深70，查表， 选A型模柄，d=50、D=105如图： （6）连接螺钉连接螺钉选用内六角螺钉用45钢制造并淬火硬度HRC3540，定位销钉采用普通圆柱销。4、模具制造装配要点凹模板、导尺均是需要淬硬的零件。凹模加工后，在线切割和淬硬以前在模架的上模板上进行装配。在凹模上画出各个形孔和圆孔的线，并根据计算数据划出压力中心线，使压力中心与下模座的中心线对正。钻、攻螺孔，将下模座、凹模板、导尺进行装配，校正导尺间隙后，钻铰销钉孔，将上述三板固定。钻孔并安装、挡料销，安装乘料板，然后将下模全部拆开，将凹模板和导尺热处理淬硬凹、模钻穿丝孔后进行线切割加工用平面磨床磨平后重新装配。固定在上模板的上模部分，各凹模和凸模、垫片都应淬硬。装配前将凸模淬硬并完成全部加工。垫片在装配前不淬火。装配时将凸模压入凸模固定板，在垫片上钻孔，将外形凸模固定在垫片上，在与卸料板穿在一起。凸、凹模间隙为1.04，在凹模型孔中垫0.1的硬纸片，以确定间隙。将已组装为一体的凸模固定板、凸模、卸料板、垫片一同，并使凸模插入凸模孔上，将上模板同过导柱、导套与下模板装在一起。透过上模板钻、攻螺孔，打入销钉，在钻、攻螺孔，使上模板、垫片、凸模固定板固定。检查无误后，钻、铰销钉孔，打入销钉，再钻、攻螺孔，安装卸料螺钉，上模全部拆开，将垫片淬硬磨平，安装橡胶板，在次装配，完成模具装配。该模具其他个部分零件参数如下：上模座 HT200 厚 40 mm弹压卸料板 45号钢 厚 18 长200 宽 60下模座 HT200 厚50 长200 宽100 热处理HRC6064凸模 Cr12 HRC6064 ，凸模修磨量为5，模具闭合高度：H模183.5mm导柱 A25h6180 A25h6180 导套 A25H63385 A25H633823、计算模具闭合高度 H=(上模座厚+垫板厚+凹模长)-1+(凸模高+下模座厚) =40+8+30-1+90+50=210(mm)5mm满足闭合高度Hmax=330Hmin-H1+10H Hmin=220垫板厚H1=80 H=210mmHmax-H1-5满足条件工作台尺寸460700下模座轮廓尺寸为345233满足安装孔滑块孔径50，深70 模柄外径50，高65 满足安装对于U型弯曲模（1）凸模结构设计采用阶梯式凸模，用螺钉固定凸模内腔装垫块，定位销定位。凸模长度宽度高度LBH=20010070mm。（2）凹模设计1）刃口形式：如图。 为增加刃口强度，取刃口高h=62mm。 凹模长度宽度高度LBH=1009087mm2）凹模固定方法：采用圆柱销定位、螺钉紧固。（3）垫板、固定板、螺钉等零件选择查表或根据凹模轮廓尺寸与所定模具型式，得到有关零件垫板规格： 1601008 卸料螺钉该模具选用标准的圆柱头内六角卸料螺钉（GB2867。6-81）材料为45钢热处理HRC3540。卸料螺钉的设置形式如下图所示，卸料螺钉长度按（2-52）计算：L固定板厚度垫板厚度预压后弹性元件的高度=43mm（4）模架的选择为保证冲出零件的精度和高稳定的质量，采用模架导向的导向方式。模架导向不仅能保证上、下模的导向精度而且能提高模具的刚性，延长模具的使用寿命，是冲裁见的质量稳定可靠， 使模具的安装比较容易。模架的类型选用中间导柱模架。 除简单冲模外，一般冲模多采用带模架的结构。模架的种类很多，要根据模具的精度要求、模具的类别、模具的大小选择合适的模架。查实用模具技术手册选用的模架型号为：中间导柱模架其主要参数为：L:200mm B:100mm H:最大225mm、最小190mm（5）模柄模柄有多种型式，要根据模具的结点选用模柄的形式。模柄的直径根据所选用压力机的模柄孔径确定。本模选用直通式模柄。根据压力机滑块孔径50、深70，查表， 选A型模柄，d=50、D=105如图： （6）连接螺钉连接螺钉选用内六角螺钉用45钢制造并淬火硬度HRC3540，定位销钉采用普通圆柱销。4、模具制造装配要点凹模板、导尺均是需要淬硬的零件。凹模加工后，在线切割和淬硬以前在模架的上模板上进行装配。在凹模上画出各个形孔和圆孔的线，并根据计算数据划出压力中心线，使压力中心与下模座的中心线对正。钻、攻螺孔，将下模座、凹模板、导尺进行装配，校正导尺间隙后，钻铰销钉孔，将上述三板固定。钻孔并安装、挡料销，安装乘料板，然后将下模全部拆开，将凹模板和导尺热处理淬硬凹、模钻穿丝孔后进行线切割加工用平面磨床磨平后重新装配。固定在上模板的上模部分，各凹模和凸模、垫片都应淬硬。装配前将凸模淬硬并完成全部加工。垫片在装配前不淬火。装配时将凸模压入凸模固定板，在垫片上钻孔，将外形凸模固定在垫片上，在与卸料板穿在一起。凸、凹模间隙为1.04，在凹模型孔中垫0.1的硬纸片，以确定间隙。将已组装为一体的凸模固定板、凸模、卸料板、垫片一同，并使凸模插入凸模孔上，将上模板同过导柱、导套与下模板装在一起。透过上模板钻、攻螺孔，打入销钉，在钻、攻螺孔，使上模板、垫片、凸模固定板固定。检查无误后，钻、铰销钉孔，打入销钉，再钻、攻螺孔，安装卸料螺钉，上模全部拆开，将垫片淬硬磨平，安装橡胶板，在次装配，完成模具装配。该模具其他个部分零件参数如下：上模座 HT200 厚 40 mm弹压卸料板 45号钢 厚 16 长180 宽60下模座 HT200 厚50 长200 宽100 热处理HRC6064凸模 Cr12 HRC6064 ，凸模修磨量为5，导柱 A25h6180 A25h6180 导套 A25H63385 A25H633823、计算模具闭合高度H=(上模座厚+垫板厚+凹模长)-1+