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冷冲压模具课程设计的目的 冷冲压模具设计是为模具设计与制造专业学生在学完基础理论课、 技术基础课和专业课的基础上， 所设置的一个重要的实践性教学环节。 其目的是: 1) 综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识， 进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力。 2) 巩固与扩充“冷冲压模具设计” 等课程所学的内容， 掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。 3) 掌握冷冲压模具设计的基本技能， 如计算、 绘图、 查阅设计资料和手册， 熟悉标准和规范等。 一、 冲压件的工艺性分析 该零件系一心轴托架， 10 孔内装心轴， 拖架通过 4 个5 的孔与机身联接。 零件外形对称， 5 个孔有较高精度要求。 该零件选用 08 号冷轧钢板， 其弯曲半径皆大于该种材料的最小弯曲半径(R1.50.8t)， 5 个孔也均可按要求冲出。 因此， 该零件适于冷冲压方法制作。 冲压该零件的基本工序有: 冲孔、 落料和弯曲。 为简化模具结构， 零件上的孔应尽可能在平板毛坯上冲出。 该零件上的10 孔边与弯曲中心的距离为 6mm， 大于 1.0t=1.5mm， 弯曲时不会引起孔的变形， 因此10 孔可以在压弯前冲出。 冲出的10 +0.080孔可以作后续工序定位孔用。 而 4-5 孔的边缘与弯曲中心的距离为 1.5mm， 等于 1.0t， 压弯时易发生孔的变形， 故应在弯曲后冲出。 零件的弯曲成型， 可以采用三种不同的方法。 第一种方法， 优点是用一副模具成型， 生产率高， 设备占用少。 缺点是:(1) 模具磨损快， 寿命低，因为毛坯的整个面积几乎都参与激烈的弯曲变形， 且需要较大的弯曲力:(2) 工件表面易擦伤， 擦伤面积也大;(3) 工件的形状与尺寸不精确; 弯角处材料变薄严重。 这是因为不能有效地利用过弯曲或校正弯曲来控制回弹， 已经凸凹模圆角处阻力大造成的。 第二种方法， 采用两副模具分两次弯曲。 先折弯端部两角。 然后再压出中间的弯角。 显然， 弯曲变 形的激烈程度比方法一缓和得多， 弯曲力也小， 模具工作条件大为改善。 但回弹现象仍难于控制， 且增加了模具、 压床和操作人员的数量。 第三种方法， 先在一副模具上弯曲端部两角， 同时预弯中间两角使之呈 45 ， 然后在另一副模具上将中间两角弯成 90 。 由于能够实现过弯曲和校正弯曲， 因而制件的回弹易控制， 可以得到形状和尺寸较精确的零件。 此外， 由于成形过程中材料受凸， 凹模的阻力较小， 可以使工件获得较好的表面质量， 模具的寿命也可以提高。 二、 确定工艺方案 根据以上分析， 冲压该零件可能有以下几种方案。 方案一: 落料与冲10 孔复合， 弯曲外部两角并使中间角预弯 45 ， 弯曲中间两角， 冲5 四孔。 方案二: 落料与冲10 孔复合， 弯曲外部两角， 弯曲中间两角， 冲5 四孔。 方案三: 落料与冲10 孔复合， 弯曲四个角， 冲5 四孔。 方案四: 冲10 孔、 切断与弯曲外部两角连续冲压， 弯曲中间两角， 冲5 四孔。 方案五: 冲10 孔、 切断与弯曲四个角连续冲压， 冲5 四孔。 方案六: 全部工序组合， 采用带料连续冲压。 在上述 6 个方案中， 方案一的优点是: 模具结构简单、 模具寿命长、 制造周期短、 投产快; 工件的回弹容易控制， 尺寸和形状精确， 表面质量高; 各工序(除第一工序外) 都能用10 孔和一个侧面定位， 定位进准一致且与设计基准重合， 操作比较方便。 缺点是: 工序分散， 需要模具、 压力机和操作人员多， 劳动量大。 方案二的优点是模具结构简单， 投产快、 模具寿命长。 但回弹难以控制， 尺寸和应状不精确， 且工序分散， 占用设备多、 劳动量大。 方案三的工序比较集中， 占用设备和人员少， 但模具寿命短、 制件质量(精度与表面粗糙度) 低 方案四的优点是工序比较集中， 从工件成形的角度看， 本质上与方案而相同， 只是模具结构较为复杂。 方案五本质上与方案三相同， 只是采用了结构复杂的连续模。 方案六的优点是工序最集中， 只用一副模具完成全部工序。 由于它实质上是把方案一的个工序分别不止到连连续模的各工位上， 所以它还具有方案一的各项优点。 缺点是模具结构复杂， 安装、 调试、 维修困难， 模具制造周期长。 综上所述， 考虑到该零件为大批量生产， 且零件的材料根据有关材料得知弹性系数不大， 而且零件的外形尺寸要求不高， 为达到提高生产效率的目的， 选用方案三比较合适。 其中工序如下:(1) 落料冲10 孔; (2) 压弯四角; (4) 冲5 四孔。 一、 工艺计算 1. 长度 毛坯展开长度按图分段计算。 毛坯总展开长度 L0 L0=2(a+b)+c+2 (r+xt) 式中 a=7.5mm b=25.5mm c=22mm x=0. 32(x 查教材表 3. 3. 3) L0=2(7.5+25.5)+22+23. 14(1. 5+X1. 5) =100.43mm 取 L0=100 .5mm 2.排样与材料利用率 由于毛坯尺寸较大,并考虑操作方便与模具尺寸,决定采用直排.(根据指导 表 2-17) 去搭边 a=2 , a1=1.8 (查指导 表 2-18) 则进距 h=30+1.8=31.8mm 条料宽度 b=100.5+22=104. 5mm 板料规格选用 1. 5mm 900mm1800mm 采用纵裁时: 每板的条数 n1=900/108=8 条, 余 36mm 每条的工件数 n2=(1800-1. 5) /31. 5=57 件, 余 3mm 每板工件数 n=n1n2=857=456 个 板料利用率 =(45630100. 5) /(9001800) 100%=84. 9% 经计算, 横裁时板料利用率仅为 81. 5%, 故决定采用纵裁(如图) 。 3.计算压力和初选设备: (一) 冲孔落料模: (1)落料与冲孔复合工序 冲裁力根据式子 P=1.3(L+l) t 式中 L=2(100.5+30)=261mm l= 10=31. 4mm t=1. 5mm =300Mpa(查指导 表 8-1) 故 P=1. 3(261+31. 4) 3001. 5=152685(N) 卸料力 Px=K 卸P=0. 04152685=6107. 4(N) (K 查指导 表 2-20) 推件力 Pt=nKtP=h/tKtP=61. 50. 05152685=30537(N) (h 查指导 表 2-23， K 查指导 表 2-20) 总冲裁力: P0=P+Px+Pt=152685+6107. 4+30537=189329. 4(N) 根据指导 表 8-10 选用 J23-25 型压力机 (2) 压力中心的计算 根据公式(2-8) 和(2-9) 得 X0=(104. 552. 25+26152. 25) /(104. 5+261) =52. 25 取 X0=53 Y0=(104. 531. 5+26115) /(104. 5+261) =19. 7 取 Y0=20 (3) 计算各主要零件的尺寸 1) 凹模厚度: 按式(2-19) 其中 b=100. 5mm, K 按表 2-24 查得， K=0. 2， 故 H=Kb=100. 50. 2=20. 1mm 取 H=30mm, 按式(2-20)， C=(1. 52 ) H=4560 取 C=50mm 根据工件尺寸即可估算凹模的外形尺寸， 长度宽度=210mm140mm。 2) 下模座高: H1=(11. 5) H=30-45mm 取 40mm 3) 凸模固定板的厚度 H2=0. 7H=21mm, 取整为 20mm 3) 垫板的采用与否 按式(2-10) 其承压应力 =F/A= (30+100. 5) 2 1. 5 400 /(30 104. 5) =51. 48Mpa 查表(2-39) 得铸铁模板的 p =90140 Mpa p 可不用垫板， 但是此工序有冲孔， 故采用垫板。 取垫板厚度 10mm. 4) 卸料橡胶的自由高度: 根据工件材料厚度为 1. 5mm， 冲裁时凸模进入凹模深度取 1mm, 考虑模具维修 时刃 磨 余量 2mm， 再考虑 开启 时卸 料板高出 凸 模 1mm, 则 总 的 工作 行程 h工 件=5. 5mm h 自由=h 工件/ (0. 250 . 3 ) =1822mm 取 22mm 组装时橡胶预压量为 h 预= (10%1 5 %) h 自=2. 23 . 3 mm, 取 3mm, 安装中橡胶的空间高度为 19mm。 5) 凸凹模固定板高: H3=0. 7 H=21mm 取 20mm 6) 上模座高: H4=(11. 5) H=30-45mm 取 40mm 5) 计算凸凹模工作部分的尺寸: 由教材表 2-24 得 2Cmin=0. 15mm 2Cmax=0. 19mm 冲10 孔模 以凸模为基准 由公差表得10 孔为 IT9 级精度 由表 2-13 查得 x=0. 75 设凸凹分别按 IT6 和 IT7 级加工 由 dp=(d+x )0- p=10. 0270-0. 009 mm Dd=( dp+ Zmin)+ 0. 0150=10. 177+0. 0150mm 落料模 以凹模为基准 宽 30mm 长 100. 5mm 圆角 R=2mm 由公差表知宽 30mm 长 100. 5 圆角 R=2mm 时为 IT13 设凸凹模分别按 IT6 和 IT7 级加工 查表 2-13 取 x=0. 5 由公差表得 30mm 时 x =0. 54; 100. 5mm 时 x =0. 54 2mm 时 x =0. 54 则 Dd1=(D- x )+ d10=29. 73+0. 0210 mm dp1=( Dd1- 2Cmin)0- p1=29. 580-0. 013mm Dd2=(D- x )+ d20=100. 23+0. 0350 mm dp2=( Dd2- 2Cmin)0-0. 022=100. 080-0. 022mm Dd3=R=2 mm dp3=R=2mm (4) 模具总体设计 H 模=40+10+20+10+30+10+10+20+19+11+40=220mm 外形尺寸约为 300335mm (5) 模具主要零部件的设计 本模具是采用手工送料的复合模， 落料凸模面积较大可直接用螺钉与圆柱销固定， 冲孔凸模则须用固定板固定， 落料凹模可直接用螺钉与圆柱销固定。 另外， 横向的定位可在凹模上增设一个定位销， 卸料装置采用弹性的， 导向装置采用导柱导套。 选用后侧导柱模架. (6) 选定设备 该模具的总冲压力 F 总=189329. 4N 闭模高度为 236mm 外形尺寸约为 360330mm 选用 250K 曲柄压力机 J23-25 最大冲压力: 250KN 滑块行程: 65mm 连杆调节量: 55mm 工作台尺寸: 560370 mm 模柄孔尺寸: 40 mm 深 60 mm (7) 绘制模具总图 见装配图 (二) 弯曲工艺 根据前面的工艺分析采用一次弯曲成型 1、 回弹值的确定 材料相对弯曲半径 R=r/t=1. 5/1. 5=1 由 R=1 可知材料的角度回弹较小 凸模圆角半径 RP=1/(1/r+3 S/Et) =1/(1/1. 5+3196/1861. 5) =0. 36mm( S、 E 查指导 表 8-1) 凸模圆弧所对中心角 p=r /rp=1. 590/0. 36=375 2、 最小弯曲半径根据表 3-4 得 R=0. 1t=0. 11. 5=0. 15mm 3、 弯曲力的计算: 总冲压力 P0=Pf+Pc+Pp 式中 Pf=2. 4bt b =2. 4301. 5400 0. 20. 6=5184N ( b查指导 表 8-1， 、 查表 3-11 和表 3-13) Pc=Ap A=1472mm2(校正面积) P=80MPa(单位校正力) 故 Pc=147250=73600(N) Pp=0. 5Pf=0. 55184=2592(N) 得 P0=5184+73600+2592=81376(N) =81. 38(KN) 选用 J23-16 曲柄压力机 2、 模具工作部分的尺寸计算 1) 弯曲凸、 凹模的间隙 C=t+ +kt=1. 5+0+0. 051. 5=1. 575mm 2) 弯曲凸模和凸凹模中凹模的宽度尺寸 设模具制造精度为 IT9 级 所以 =0. 052mm d=(L+1/2 )0 =(25+1/20. 052)-0. 0260=25. 026-0. 0260mm D=d+2c=25. 026-0. 0260+21. 575=28. 176-0. 0260mm 凸模的圆角半径取 RP=r=1. 5mm 3) 弯曲凸凹模中的凸模宽度尺寸和凹模宽度尺寸 d1=(L1+1/2 )-0=(100. 5-2b-2r-2t+1/2 ) -0. 0370=79. 537 -0. 0370mm D1= d1+2C=79. 537 -0. 0370+21. 575=82. 687 -0. 0370mm 模具圆角取 R=1. 5mm (1) 模具主要零部件设计 此模具为弯曲复合模， 可不用垫板， 直接用螺钉固定在凸凹模上， 有压料板， 取其厚度为 15mm, 由弹簧提供压力。 (2) 选定设备 该模具的总冲压力 P0=81. 38 KN 闭模高度为 240 选用 160KN 曲柄压力机 J23-16 根据表 8-10 可知 最大冲压力: 160KN 滑块行程: 55mm 连杆调节量: 45mm 工作台尺寸: 300mm450mm 模柄孔尺寸: 40mm 深 60mm (4) 绘制模具结构如图 (三) 冲 4-5 孔模 4个5孔同时冲， 需要总压力 P0=P+Px 式中 Px=n dtb=4 51. 5400=37680(N) (b查表8-1) Px=KxPw=0. 0437680=1510(N) (K查表2-20) 故 P0=37680+1510=39190(N) =39. 2(KN) 选用160KN曲柄压力机。 1) 凹模厚度: 按式(2-19) 其中 b=1