支板冲压模具设计DOC.doc

支板的冲压工艺与模具设计 1.冲压件工艺性分析冲裁件为Q235钢，是碳素结构钢，强度较高。零件外形简单，结构对称，是由圆弧和直线组成的。冲裁件内外形所能得到的经济精度为IT7IT14，孔中心与边缘距离尺寸公差为。将以上精度与零件的精度要求相比较，可以认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证，其他尺寸标注、生产批量等也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用冲压方式进行加工。原始资料： 工件名称：支板 生产批量：大批量材料：Q235 图1厚度：1.2 mm工件形状如图1所示 2.工艺方案的确定该零件所需的基本冲压工序为冲孔和落料，可拟订出以下三种工艺方案。方案一：两个单工序模分别两次加工，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。 采用方案一，冲模的结构简单、制造周期短，价格低，而且通用性好，但是压力机一次行程内只能完成一个工序，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。可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料连续模。采用方案二，复合模的行为精度和尺寸精度容易保证，且生产效率高，尽管模具结构比较复杂，但由于零件的几何结构简单对称，模具的制造并不困难。采用方案三，级进模，适合中小型零件的大批量零件生产，模具强度高，生产效率也高，针对该零件，虽然级进模制造复杂性和价格要比复合模低，但零件的冲裁精度较差，欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销对条料精定位，故模具制造、安装较复合模复杂。通过上述三种方案的分析比较，该零件的冲压生产方案采用方案二的复合模为佳。3.必要的工艺计算3.1 排样设计 设计复合模时，首先要设计条料排样图。该零件具有T形特点，直排列时材料的利用率较低，采用直对排（见图2）的排样方案可以提高材料的利用率，减少废料。查表2.9得搭边值为：工件间a=1.0mm和侧面a=1.2mm。采用导料销送料，因此采用无侧压装置的送料方式，条料宽度的计算公式为： 条料宽度方向冲裁件的最大尺寸a侧搭边值代入数据计算，取得条料宽度：B=（43+21+9）=54mm步距：A=D+a=50=1=51mm材料利用率的计算：根据一般的市场供应情况，原材料选用550mm2000mm1.2mm的冷轧薄钢板。每块可剪54mm 500 mm规格条料40条，材料剪切利用率达90%以上。由材料利用率通用计算公式 = 式中 S单个冲裁件的面积，S=1249.24mm n单个步距内的冲裁件数量；n=2； B条料宽度，mm; A送料步距， mm；得一个步距内材料的利用率为 =81.6% 图2 排样图3.2 计算凸、凹模刃口尺寸 查2.4表得间隙值3.2.1 冲孔mm凸、凹模刃口尺寸的计算由于零件结构简单，精度要求不高，所以采用凸、凹模分开加工的方法制作凸、凹模。其凸模、凹模刃口尺寸计算如下：查表2.5得凸、凹模制造公差： 。校核：-=0.18-0.126=0.054mm，+=0.04mm。满足-+的条件。查表2.6得：IT14级时磨损系数x=0.5。查式（2.5） （10+0.50.1）=10.05mm（10.05+0.0126）=10.176mm3.2.2 外形落料凸、凹模刃口尺寸的计算对外轮廓的落料由于形状较复杂，故采用配合加工法，这种方法由利于得到最小的合理间隙，放宽对模具的加工设备的要求，其凸、凹刃口部分的尺寸计算如下：当以凹模为基准时，凹模磨损后刃口尺寸都增大，因此属于A类尺寸。查表2.6得磨损系数 当0.50时，=0.5； 当0.50时, =0.75;按公式(2.8):A=(A -) A凹模尺寸（mm）； A 相对应的冲裁件基本尺寸（mm）； 冲裁件的公差（mm）；35=(35-0.750.4)=35.3mm50=(50-0.50.84)=50.42mm10=(10+0.750.1)=10.075mmR8=(8+0.750.1)=8.075mm落料凹模的基本尺寸与凹模相同，分别是35.3mm、50.42mm、10.075mm不必标注公差，但要求在技术条件中注明：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值，最大不超过（落料凹模刃口部分尺寸示意图见图3） 图3 落料凹模刃口部分尺寸示意图3.3冲裁力的计算落料力 F=Lt=（50+82+227.02+28.9+14.82）1.2450 =152.661.2450=82438.2N=82.44kN式中 F冲裁力（kN） L冲裁周边长度（mm） t材料厚度（mm） 材料抗拉强度(MPa)冲孔力 F孔=Lt=101.2450=16956N=16.956kN冲孔时的推件力 = n 取直壁式刃口的凹模刃口形式，由表2.21查的h=6,则n=h/t=6/1.2=5查表2.7得，=0.05 故 = n=50.0516.956 kN =4.239 kN落料式的卸料力 = F查表2.7得，=0.03 故 = F=0.0382.44kN=2.473kN式中 K推 、F卸 推件力系数, n同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数, n=h/t h凹模洞口直刃壁高度（mm） t板料厚度( mm)总冲压力F总为 = F+2F孔+ =82.44+33.912+3.39+2.47=122.212 kN3.4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,模具的压力中心必须使模柄轴线与压力机滑块的中心线相重。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。 该零件的结构形状对称（如图4所示），属于简单的几何图形。对于这类零件冲裁的压力中心位于冲裁件轮廓图形的几何中心上： 因零件左右对称即取=0，故只需计算，取零件总高度的一半，=1/2（35+8）=21.5mm。故刃口轮廓的压力中心坐标为（0，21.5）。 图4 零件的轮廓 4. 模具的总体结构设计根据以上分析，本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，且孔边距较大，可采用倒装复合模具，可直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸料可靠，便于操作。工件留在落料凹模孔洞中，应在凹模孔设置推件块；卡在凸凹模上的废料有卸料板推出；而冲孔废料则可以在下模座中开通槽，使废料从孔洞中落下。由于在该模具中压料是由落料凸模与卸料板一起配合工作来实现的，所以卸料板还应具有压料的作用，因此选用弹性卸料板来卸下条料废料。 因是大批量生产，采用手动送料方式，从右向左送进。为却保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。由于该零件导向尺寸较小，且精度要求不高，所以此处采用后侧导柱模架。 5. 模具主要零部件的结构设计5.1 凸模、凹模的结构设计包括以下几方面5.1.1 落料凸、凹模的结构设计 在落料凹模内，由于要设置推荐块，所以凹模刃口应采用直通形刃口，由于凹模简单，同时为了降低凹模加工难度和凹模结构的复杂程度，得到较高的结构强度，凹模易采用整体式，采用直壁式凹模刃口。查表2.21，取得刃口高度h=6mm。凹模外形尺寸计算公式如下： 凹模厚度H= （不小于15mm） 凹模壁厚C=(1.52)H式中 k厚度系数；s垂直于送料方向的凹模刃口间的最大距离； C凹模壁厚mm ，指刃口至凹模外形边缘的距离。 查表2.22取凹模厚度系数 K=0.35，凹模厚度H= =0.3543=15.05mm 凹模壁厚C=1.5H = 1.515.05=22.55mm 凹模的外形尺寸确定： 凹模外形长度L：50+222.55=95.1mm凹模外形宽度B：43+222.55=98.1mm凹模板整体尺寸标准化为： 100mm100mm22mm T10A JB/T 7653-94凹模结构和设计尺寸如下图5所示 图5：凹模示意图5.1.2 推件块的设计该模具中，被凸凹模推入落料凹模的冲压件被设置在落料凹模内的推件块推出，推件块的结构和尺寸设计如图6所示，推件块的端面外形应跟落料凹模的刃口形状一致，整体外形应设计成台阶式以便与凹模配合完成推件，而在冲裁时不致与把推件块推出滑到模外。推件块在自由状态下应高出凹模面0.20.5mm。其中与落料凹模接触的部分按凹模尺寸进行配做，保证单边间隙0.10.2mm。推件块采用45钢，热处理硬度为4348HRC。 图6 推件块示意图5.1.3 冲孔mm凸模的结构设计 为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分直径应制成逐渐增大的多级式，且它的外形尺寸较小，所以选用B形圆凸模。凸模固定板厚度取16mm，凸模长度根据结构上的需要来确定 L=16+22+1=39mm 由于此凸模直径较小，但长度较短，则强度和刚度足够，所以无需对其进行强度校何。冲裁时凸模进入凹模刃口1mm。5.1.4 凸凹模结构的设计 本模具为复合冲裁模，除了冲孔凸模和落料凹模外，还有一个凸凹模。根据整体模具的结构设计需要，凸凹模的结构示意图如图7所示。确定凸凹模安排在模架上的位置时要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。校核凸凹模的强度：查表2.23得凸凹模的最小壁厚为3.2mm，而实际的最小壁厚为10mm，故符合要求。凸凹模的刃口尺寸按落料凹模尺寸配制，并保证双面间隙为0.1260.180mm。凸凹模上孔中心与边缘距离尺寸10mm的公差，应比零件所标注的精度高34级，即定为0.15mm。 图7 凸凹模结构示意图5.2 落料弹性元件的设计 根据模具结构初选2个橡胶弹簧（聚氨酯弹性体），每个弹簧的预压力为/2=2473/2=1236.5N。 1）确定橡胶的自由高度。根据选用橡胶的原则可知，由于=（35%45%），=（10%15%）。故=（25%30%），由于=（t+1）+5=7.2mm，所以橡胶的自由高度为： =（3.5）=28.8mm，取=30mm 经校何+，故橡胶的高度选取合适。 2）确定橡胶的横截面积A。根据橡胶选用的原则可知，为使橡胶满足压力的要求，则=AP，所以，可以确定橡胶弹簧的面积 A=/P=1236.5N/2.1Mpa=589 3） 确定橡胶弹簧的平面尺寸。选用圆筒形橡胶弹簧，根据摸具结构取中间小径d=10mm，外径D可根据横截面积A=（D+d）求出，D=30mm。橡胶弹簧形状如图8所示。 4）校核橡胶弹簧的自由高度。/D=1,在0.5/D1.5的范围内，不会导致橡胶的失稳，可以使用。5）橡胶的安装高度。=-=30-3=27mm。图8： 聚氨酯弹性体5.3 模架的设计 模架的各零件标记如下： 上模座： 11013025mm HT200 GB/T2855.5 下模座 11013030mm HT200 GB/T2855.6 导 柱 A20h5120mm 20 JB/T 2861.1 导 套 A20H67028mm 20 GB/T 2861.6 模 柄 4060mm Q235 垫板 1001006mm 45# JB/T7643.3 卸料板 10010010mm Q235 凸凹模高度 53mm 凸模固定板 10010016mm 45# JB/T7643.2凹模 10010022mm T10 JB/T765394模具工作时闭合高度:H闭=h+h+h+h+t+h+ h +h=25+6+16+22+1.2+53+10+30=164mm 该模具采用内六角螺钉和销钉紧固，具体选用标准件如下：内六角螺钉： M1050 GB/T 70.12000 M1030 GB/T 70.12000 圆柱头内六角卸料螺钉： M870 JB/T 7650.6 圆柱销： A855 GB/T 1191986 A48 GB/T 1191986 6. 冲压设备的选择开式双柱可倾式压力机型号和技术参数型号J23-3.15J23-6.3J23-10J23-16FJH2-25公称压力/KN31.563100160250滑块行程/mm2535457075最大闭合高度/mm120150180205260工作台尺寸/mm160250230310240370300450370560垫板尺寸/mm3011030 140351704021050260模柄孔尺寸/mm25403055305540604060最大倾斜角度4535353530选择型号为JH225的开式双柱可倾压力机能满足使用要求。其主要技术参数为：公称压力：250KN 滑块行程：75mm 最大闭合高度：260mm 封闭高度调节量：55mm 工作台尺寸：370mm560mm（前后左右） 垫板尺寸：50mm260mm（厚度直径） 模柄孔尺寸：40mm60mm（直径深度） 最大可倾角：30 7. 绘制模具总装图 图9 模具总装图模具的动作过程是：条料沿两个挡料销从右向左送进，活动挡料销控制其送进步距。上模下行，进行冲裁，导柱、导套对上下模的运动起到可靠的导向。凹模接触活动挡料销时，挡料销被压下，上端面与板料平齐，所以凹模不必设置相应的让位孔。冲裁完毕，卡在凸凹模外的条料搭边废料由夏末部分的弹性卸料装置卸下，冲孔废料由下模部分的落料孔落下，冲裁下的工件卡在凸模上，随上模一起回程，上行到一定位置，打杆碰到曲柄压力机上的打料横杆，打杆和推件块把工件推出模外，完成一次冲裁。如此循环进行连续冲裁。 结束语大学三年的学习即将结束，毕业设计是其中最后一个实践环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械/CAD制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过在新飞电器有限公司、在洛阳中国一拖的生产实习，我对于冷冲模具、塑料模具的设计步骤有了一个大概的认识，丰富和加深了对各种模具的结构和动作过程方面的知识。在指导老师的细心指导下和在工厂师傅的讲解下，我们对于模具的设计和制造工艺有了系统而深刻的认识。同时在实习现场亲手拆装了一些典型的模具实体并查阅了很多相关资料，通过这些实践，我们熟练掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。通过在图书馆借阅相关手册和书籍，更系统而全面了细节问题，锻炼了缜密的思维和使我们初步具备了设计工作者应有的素质。支板属于复合冲裁件，分冲孔和落料两部分。分析其工艺性，并确定工艺方案，根据分析确定本制件可以采用复合模具完成，然后根据冲裁力选取冲裁时用的的压力机。本设计主要是进行冲孔、落料模具设计，需要计算冲孔、落料时凸、凹模间的刃口间隙，凸、凹模尺寸和公差，并且还需要确定模具的总体尺寸和模具零件的结构，然后根据上面的设计绘出模具的总装图。因制件的形状结构较为简单，适合选用标准模架。要保证零件的顺利加工和取件，必须有可靠的定位、顶出装置，足够的开模高度，因此需要确定导柱、导套的长度，以达到要求。模具工作零件的结构较为简单，它可以选用标准的模架，直接对模板进行加工，选材容易，成本低，制造周期短。这次冲孔落料复合模具的设计，是理论知识与实践有机的结合，更加系统地对理论知识做了更深切贴实的阐述。设计中，充分利用和查阅了各种资料，运用了大学期间学到的模具专业知识和所有的专业基础知识，特别是原来所学的一些专业基础课：如机械/CAD制图、模具材料、公差配合与技术测量、冷冲模具设计与制造等有了更深刻的理解，使我进一步的了解了怎样将这些知识运用到实际的设计中。同时还使我更清楚了模具设计过程中要考虑的问题，如怎样使制造的模具既能满足使用要求又不浪费材料，保证工件的经济性，加工工艺的合理性等。这次设计是对过去所学过的机械方面的知识进行了一次温习和总结，将所学过的知识串在了一起。并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中，有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信这次毕业设计完成的比较好。同时通过设计使我认识到，要想做为一名合理的模具设计人员，必须要有扎实的专业基础，实践经验，熟悉多种工艺及加工方法，要多总结勤学习。并不断学习新知识新技术，树立终身学习的观念，把理论知识应用到实践中去，并坚持科学、严谨、求实的精神，大胆创新，突破新技术，为国民经济的腾飞做出应有的贡献。由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。 致 谢首先感谢本人的导师杨占尧老师，他仔细审阅了本文的全部内容并对我的毕业设计内容提出了许多建设性建议。杨占尧老师渊博的知识、诚恳的为人，使我受益匪浅，在毕业设计的过程中，特别是遇到困难时，他给了我鼓励和帮助，在这里我向他表示真诚的感谢！感谢母校河南机电高等专科学校的辛勤培育之恩！感谢材料工程系给我提