冲压工艺及模具设计课程设计说明书.doc

xxx科技大学冲压工艺及模具设计课程设计说明书系 别 职 教 院 专业班级 机自Z113班 学生姓名 xxx 学 号 指导教师 xxx 日 期 2014-5-6 目 录第一章、模具设计的目的、任务和要求 一、模具设计的内容 4 1.设计内容 4 1.2 模具设计的要求 4 1.3装配图 4 一、冲裁件的工艺分析 5 1.1冲裁件形状、尺寸精度及形位公差的精度分析 52、 冲裁工艺方案及模具结构的确定62.1冲压加工方案的拟定 6 2.2方案的比较 72.3模具结构形式的确定 8 2.3.1模具结构形式的确定 8 2.4复合模设计内容 8 三、复合模的排样设计8 3.1排样设计原则 8 3.2冲裁件的图样展示 9 3.3排样设计 9 3.3.1载体形式的分析与方案确定 93.3.2条料尺寸及步距精度 10 四计算总冲压力 10 4.1、冲裁力 10 4.1.1降低冲裁力的方法 11 4.2、推料力 11 4.3、顶料力 12 五、主要零件的尺寸计算 12 5.1、冲裁模具间隙 12 5.2、间隙对冲裁的影响 12 5.3、间隙值的确定12 5,4凸模与凹模的刃口制造精度与工件精度13 5.5、冲模刃口尺寸及公差的计算 13 5.6、 确定各主要零件结构尺寸 15 5.6.1、凹模外形尺寸的确定 15 5.6.2、凸模长度L1的确定 15 5.6.3凸模的强度校核 15 六、定位零件的设计 16 七、导料板的设计 16 八、卸料部件的设计 17 九、垫板的设计 17 十、模具材料的选定 1 7 10.1 模具材料选用原则 17 10.2. 模具材料选用 18 10.3模具材料热处理注意事项 18 十一、绘制非标准零件图，（略） 20 十二、 模具主要零件加工工艺规程的编制20总装工艺 21 参考文献 22 第一章、模具设计的目的、任务和要求 一、模具设计的内容1.设计内容考虑课程设计时间限制，模具课程设计主要为中等复杂程度单工序模或较为简单的级进模和冲孔落料复合模。设计内容主要包括：冲压工艺性分析、工艺方案制定，排样图设计，总的冲压力计算及刃口尺寸计算，弹簧的计算和选用，凸模、凹模或凸凹模结构设计以及其他冲模零件的结构设计，绘制模具装配图和工作零件图，编写设计说明书，。2.设计工作量设计内容工作量要求模具装配图1份工作零件图23张设计说明书1份(815页)1.2 模具设计的要求1.装配图模具装配图用以表明模具结构、工作原理、组成模具的全部零件及其相互位置和装配关系。一般情况下，模具装配用主视图和俯视图表示，若不能表示清楚，再增加其他试图。一般按1：1的比例绘制。装配图上要表明必要的尺寸和技术要求。(1)主视图 主视图一般放在图样上面偏左，按模具正对操作者方向绘制，采取剖视画法，一般按模具闭合状态绘制，在上、下之间有一完成的制件，制件断面涂黑。(2)俯视图 俯视图通常布置在图样的下面偏左，与主视图相对应。通过俯视图可以了解模具的平面布置，排样方式，以及模具的轮廓形状等。习惯上将上模拿去，只反映模具的下模俯视可见部分。(3)制件图和排样图 装配图上还应该绘出制件图和排样图。制件图一般画在图样的右上角，要注明制件的材料、规格以及制件的尺寸、公差等。排样图布置再制件图的下方，应表明条料的宽度及公差、步距和搭边值。制件图和排样图均应按比例绘出，一般与模具的比例一致，方位应与制件在模具中位置相同，若不一致，应用箭头指明制件成型方向。(4)技术要求 内容包括：写明凸、凹模刃口间隙；模具的闭合高度；模具的特殊要求；其他按国家标准、行业标准或企业标准执行。(5)标题栏和零件明细表 按照机械制图国家标准填写。(6)尺寸标准 图上应标注必要的尺寸，如模具的闭合尺寸、模架外形尺寸、模柄直径等，不标注配合尺寸和形位公差。第二章、模具设计过程一、冲裁件工艺性分析冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，在一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。良好的冲裁工艺性应该满足材料节省、工序较少、模具加工容易、寿命较高和质量稳定等要求。该工件只有冲孔个落料两个工序，材料Q235，在冲孔是应有一定的凸凹模间隙.工件的尺寸全部为自由公差,可看作IT10级，尺寸精度较低，普通冲裁就能满足要求.1.1冲裁件形状、尺寸精度及形位公差的精度分析：此工件有冲孔，落料两个工序，材料为Q235、板厚t=2mm，具有良好的冲压性能，适合冲载。零件的形状简单，尺寸精度要求不高，尺寸公差无特殊要求。有两个直径为16mm 的圆孔，此工件满足冲载的加工要求，孔与工件边缘之间的最小壁厚为19mm在a=2.22.5之间。普通冲裁件外形及型孔尺寸的经济公差等级一般不高于IT11级，冲件外形公差等级最好低于IT10级取IT11级,而型孔公差等级最好低于IT9级取IT10级计算。二、冲裁工艺方案及模具结构的确定2.1冲压加工方案的拟定：1根据制件工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔两种。按其先后顺序组合，可得如下几种方案：方案一：按照冲孔、落料的顺序，采用单工序模生产。方案二：采用冲孔落料并行的复合模。方案三：采用多工位级进冲压，连续生产。2.2方案的比较：方案一：单工序冲裁是在压机一次行程，在模具单一的工位中完成单一工序的冲压。此方案模具结构简单，制造方便，但需要2道工序，2副模具，成本较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，由于需要重复定位，进入后工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产需要，同时该方案难以满足该工件大批量生产要求。故而不选此方案。方案二：复合冲裁是在冲压一次行程中，在模具的同一工作位置同时完成两个或两个以上的冲压工序。此方案需要1副模具，成本不是很高，生产效率高，尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件几何形状简单，模具制造并不困难，冲裁的工件尺寸公差等级比方案一高一些，避免了多次冲裁的定位误差，并且在冲裁过程中工件较平整。误差也小，工件精度、质量还是达到要求。且工件尺寸适中，操作时出件容易，不损坏弹簧缓冲机构。故选次方案。方案三：级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压机一次行中条料在冲模的不同工序位置上，分别完成工件所需要的工序，在完成所有要求的工序后以后每次冲程都可以得到一个完整的冲裁件，但是制造精度不如复合模。级进模是一种多工位、效率高的一种加工方法。能满足工件尺寸公差等级且操作方便安全，但其制造成本较高。故而不选此方案。通过对上述方案分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。2.3模具结构形式的确定： 因制件材料较薄,为保证制件平整,采用弹压卸料装置.它可以对冲孔小凸模起导向作用和保护作用.为方便操作和取件,选用双柱可倾压力机,纵向送料.选用弹压卸料纵向送料典型组合结构形式，具有自动挡料装置的模架。为保证冲孔位置精度，冲模有较高的生产率，初步采用导正销进行定位、弹压卸料装置、自动漏料方式的复合模。复合模生产率高、操作安全、易于自动化。2.4复合模设计内容在多工位复合模设计中，要考虑排样图、导料系统的结构、卸料零件的结构以及定距结构等主要设计内容。三、复合模的排样设计 冲裁件在板料上的布置叫排样，合理排样对充分利用材料具有重大意义。排样设计：根据材料经济利用程度，排样方法可分为有废料、少废料和无废料排样三种，根据制件在条料的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、混合排、多排等多种形式。3.1排样设计原则复合模设计在进行排样设计时，必须考虑以下原则：1. 工序合理安排，简化模具结构，提高材料利用率，提高模具寿命。2. 要考虑生产能力和生产批量的匹配，选择单排、双排或多排。3. 保证条料送进的稳定，安排冲导正孔和导正销。4. 要注意冲压件的毛刺方向，注意同向性。5. 保证冲压件和废料能顺利排出。3.2冲裁件的图样展示 3.3排样设计3.3.1载体形式的分析与方案确定载体是冲件在模内稳定移动、顺序加工的传送带，料带上导正销孔大多设置在载体上，载体又叫搭边。载体的基本形式有： 1、边料载体：边料载体利用材料搭边而形成的载体，多用于厚料大于0.2mm的排料，能提高材料的利用率。 2、双侧载体：适用于双排结构或对称制件的冲压加工，两侧设导正孔，在模内适当位置时将两排冲件分开。 3、中间载体：单排较长制件的冲压(两侧有各种成型要求)，导孔设于中间两冲件之间的余料上，至最后工位将中间载体（余料）切除，使冲件分离。 4、单边载体：单边载体主要用于弯曲件，在不参与成形的合适位置留出载体的搭口，采用切除废料、将制件留在载体上，最后切除搭口得到制件。因此，如图所示，该零件主要是冲孔落料件，材料为厚2mm的Q235，主要工序有冲孔、落料等。经分析，此零件加工工艺较一般，且为大批量生产，适宜采用冲裁复合模进行生产。考虑到此零件加工简单对称，从设计与制造的难度以及制件的实用性能考虑，此零件采用双侧载体直排比较好。3.3.2条料尺寸1、条料尺寸主要指条料宽度，理论上条料宽度B可按下式计算：B=(D+2a+)-0B-条料宽度的基本尺寸，mm;D条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸，mm;a-侧搭边值，查表冲压工艺与模具设计P48表2-5-2，a=2.5mm -条料下料剪切公差（条料与导料板之间间隙），查表2-5-3，表2-5-4得，=0.6mmB=(D+2a+)-0=（60+22.2+0.6）0-0.6=650-0.6mm故条料宽度可取65mm，四计算总冲压力完成本制作所需的冲压力由冲孔力、落料力、卸料力、推件力组成。4.1、冲裁力 =254.8kN式中为材料抗剪强度，查表1.4.1得，取350Mpa；l为冲裁周边总长，280mm；t为材料厚度，t=2mm；系数k为设置的安全系数，一般取1.3.4.1.1、降低冲裁力的方1、一般来说，间隙增大可以降低冲裁力，在保证冲裁质量的前提下，减少模具磨损，一般倾向于取大一些的冲裁间隙。2、温度对冲裁有影响，温度越高，抗剪裁强度越小，所需冲裁力也越小，一般在冲裁过程中采取加热冲裁。但不适宜使用在薄件，容易产生材料变形和精度误差较大，故该冲裁件不推荐使用。3、采取斜刃口模具冲裁，能够显著地降低冲裁力，但增大了模具制造与修模的困难，一般使用在大型工件的冲裁方面，故该零件也不需使用。4、在多凸模的冲模中，将凸模做成不同高度，使凸模冲裁力不集中出现。该零件冲裁力较小，故普通设计即可。 4.2、推料力 F推=nK1F冲 =50.05254.8 =63.7KNn为梗塞在凹模内的制件或废料的数量，n=h/t，h为直刃口部分的高，mm，t为材料厚度，mmK1为推料力系数，其值为0.030.07（薄料取大值，厚料取小值）；F冲为冲裁里，N。4.3、顶料力 F推=K推F冲=0.0663.7KN=3.822KN式中K推为卸料力系数，其值为0.040.08，K推=0.06该落料冲孔复合模采用倒装结构及弹压卸料和下出件（冲孔废料）方式,总冲压力=254.8+63.7+3,822 =322.322KN从满足冲压工艺的要求看，可选用350kN开式压力机五、主要零件的尺寸计算 5.1、冲裁模具间隙冲裁间隙是指冲裁模具中凸模与凹模刃口之间的空隙。凸模与凹模之间的每侧的间隙称为单面间隙，用Z/2表示；两侧的间隙之和称为双面间隙，用Z表示。5.2、间隙对冲裁的影响1、间隙对冲裁件尺寸精度的影响，容易造成凸模、凹模偏差，或者模具本身的制造偏差，一般是由材料性质、工件形状等所造成。2、间隙对模具寿命影响较大，间隙越小，摩擦越大，故不宜采用过小间隙。3、冲裁间隙对冲裁力影响比较显著，间隙应适中。5.3、间隙值的确定考虑到模具使用中的磨损，设计和制造模具时要选择最小合理间隙。确定合理间隙值一般有两种方法：理论确定法和经验确定法。在实际生产中理论确定法应用不方便，所以生产中广泛使用经验数据来确定间隙值。经验公式：Z = mt式中，m 系数 系数m与材料性质和板料厚度t有关，查资料冲压工艺与模具设计P35表2.2.4得，间隙取值：mm ，mm 普通冲裁毛刺的允许高度小于0.05mm 。5,4凸模与凹模的刃口制造精度与工件精度凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也是靠刃口尺寸及其公差来保证，正确计算是模具设计中的一项重要工作。凸、凹模刃口尺寸精度的选择，应以保证工件的精度要求为前提，保证合理的间隙值，从而保证模具的使用寿命。查冲压模具简明设计手册P30表2.38 ，可确定该模具的刃口制造精度取为IT78级，工件精度为IT10级，凸模按基轴制配合，凹模基孔制配合。凸、凹模的尺寸计算，与加工方法有关，分为：分开加工、配合加工。由该冲裁件结构特点，主要需要用到圆形或矩形等简单规则形状刃口的制造，采用分开加工方式。凸模和凹模分别按图纸标注的尺寸和公差进行加工。冲载间隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差来保证。要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差（凸模、凹模）。5.5、冲模刃口尺寸及公差的计算在确定冲模凸模和凹模的工作部分尺寸时， 必须遵循以下几个原则：1、依据落料和冲孔的特点：落料件的尺寸取决于凹模尺寸，间隙取在凸模上。冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸，间隙取在凹模上。 2、依据刃口磨损规律：刃口磨损后变大，其刃口的基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限。刃口磨损后尺寸减小，应取接近或等于工件的最大极限尺寸。3、考虑工件精度与模具精度间的关系，在选择模具刃口制造公差，既要保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值，一般冲模精度较工件精度高23级，确定该模具的刃口制造精度取为IT8或IT7级，工件精度为IT10级。 1）计算凸、凹模刃口尺寸 本制作形状简单，可按分别加工法计算刃口尺寸。查教科书P35表2.2.3得2Cmin=0.246mm，2Cmax=0.36mm则2Cmax- 2Cmin=（0.360-0.246）mm=0.114mm.查表2.2.1得：2160+0.060一为IT10级；查表2.3.1得x0.75；p=d=/40.06=0.015mm 设凹、凸模分别按IT6和IT7加工制造，则冲孔(160+0.060) = = = = 校核： 0.015mm+0.0150.360mm-0.246mm (满足间隙公差条件落料（800.07）查表2.3.1得x1p=d=/40.14=0.035mm： = =校核： 0.035mm+0.0350.114mm(满足间隙公差条件)孔心距（）Ld=(Lmin+0.5)0.125 =(40-0.08+0.50.16）0.1250.16 =400.02mm 5.6、 确定各主要零件结构尺寸 5.6.1、凹模外形尺寸的确定 凹模厚度 H=Kb=0.428033.6mm 所以凹模的厚度取40mm 凹模壁厚 C=（1.5-2）H=1.840=72mm 所以凹模的壁厚取72mm 所以选着凹模的尺寸 L=160mm，B=125mm，H=40mm 5.6.2、凸模长度L1的确定 凸模长度计算为：L=65mm 所以选着凸模的尺寸 L=160mm，B=125mm，H=65mm 5.6.3凸模的强度校核一般情况下，凸模的强度和刚度是足够的，无须进行强度校核。但对特别细长的凸模或凸模的截面尺寸很小而冲裁的板料厚度较厚时，则必须进行承压能力和抗弯能力的校核。其目的是检查其凸模的危险端面尺寸和自由尺寸是否满足要求，以防止凸模纵向失稳个折断。六、定位零件的设计 落料凹模下部设置两个导正销，借用工件上对角的两个直经16mm两个孔做导正孔。粗定距的活动挡料销、弹簧和螺塞选用标准件，规格为816。七、导料板的设计 导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板于条料之间的间距取5mm参见冲压模设计表2.5.5。导料板采用45钢制作，热处理硬度为43-48HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板的进料端安装有承料板。八、卸料部件的设计 卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为14mm。 卸料板采用45钢制造，淬火硬度为40-45HRC。九、垫板的设计上模垫板厚度取凸模固定板的1/31/2，即12mm。其他尺寸均与凸、凹模一致。材料：45钢，淬火5860HRC上下表面应磨平，表面粗糙度表面粗糙度一般取值1.60.8m，以保证平行度要求。设计并绘制总图、选取标准件十、模具材料的选定 10.1、模具材料选用原则 1、要有足够的使用性能。 2、良好的工艺性能。 3、合理的经济性能。 10.2. 模具材料选用冲模结构零件的材料选用及热处理要求见表7-1模具类别使用条件选用材料热处理硬度（HRC）冲裁模冲件厚度3mm，形状简单，大批量T8A凸模：5860凹模：6062弯曲模一般弯曲T8A5660上、下模座一般负荷45调质2832固定板454348卸料板454348导柱、导套单件生产T10A5660垫板一般用途454348导料板Q235-A(45)4348导正销T10A5660卸料螺钉454348定位钉454348垫片45434810.3模具材料热处理注意事项1、热处理温度过高，加热时间过长，会致使晶粒粗大，材料使用性