模具课程设计说明书

模具课程设计说明书模具课程设计说明书 姓名 刘元 学号 070609115 专业 材料成型及控制工程 指导老师 程俊伟 时间 2010 12 18 一 工艺性分析一 工艺性分析 1 分析零件图 图 1 所示为棘块 图 1 棘块 冲压工序 只有落料 冲孔 材料 该零件材料选用的是 20 钢 为碳素钢 具有良好的可塑性 具有良好的冲 压性能 适合冲裁 结构 相对简单 棘块厚度为 4mm 有 12mm 和 6mm 的两个孔 右下方突出的 狭小部分头部宽度只有 4mm 与料厚相同 限于工件的用途 此部分不能加宽 但用冲 压加工的方法仍然可以成型 精度 全部为自由公差 尺寸精度要求不高可看作 IT13 级 尺寸精度较低 普通 冲裁完全能满足要求 该工件可以用冷冲压加工成型 2 选择冲压基本工序 对于棘块而言 所需的工序有冲 12mm 孔 冲 6mm 孔 落料 3 确定冲压次数和冲压顺序 1 冲压次数 就棘块来说 由于只有冲孔和落料两种性质的工序 属于平板件 故而冲 12mm 孔次数为一次 冲 6mm 孔的次数为一次 落料的次数为一次 2 冲压顺序 冲压顺序的安排应该有利于发挥材料的塑性以减少工序数量 主要是根据工序的 变形特点和质量要求来安排 对于有孔或有缺口的平板件 若选用简单模时 一般先 落料 再冲孔或切口 若使用连续模时 则应先冲孔或切口 4 冲压工序安排方案 对于如图 1 所示的棘块 先拟订以下三种工序组合方式 方案一 先落料 后冲孔 采用单工序模生产 方案二 落料 冲孔复合冲压 采用复合模生产 方案三 冲孔 落料级进冲压 采用级进模生产 三种类型模具优缺点比较如下 单工序模复合模级进模 结构简单较复杂复杂 成本 周期小 短小 短高 长 制造精度低较高高 材料利用率高高低 生产效率低低高 维修不方便不方便方便 产品精度高高低 品质低低高 安全性不安全不安全安全 自动化易于自动化 冲床性能要求低低高 应用 小批量生产 大中型零件的冲 压试制 大批量生产 内外形精度要求高 大批量生产 中小零件冲压 分析 方案一模具结构简单 即落料 冲 12mm 孔 冲 6mm 孔 各需要一套模具 使得成本高而生产效率低 不能达到大批量生产 方案二工件的精度及生产效率都较高 查文献知凸凹模的最小壁厚为 a 8 5mm 若 采用复合冲裁模壁厚实际 a 3mm 显然 a a 则采用复合模生产不妥 方案三可以完成复杂零件的冲裁 虽然工位数量增加但是不影响生产效率 1 操作安全简单 不必将手伸入模具的危险区域 对于棘块大批量生产采用自动挡料机 构 2 模具寿命长 工序分散在若干个工位 在工序集中的区域还可以设置空位 从 而避免了凸 凹模壁厚过小的问题 改变了凸 凹模的受力状态 提高了模具强度 3 产品质量高 级进模在一副模具内完成产品的全部成形工序 克服了用简单模时多 次定位带来的操作不变和累积误差 4 生产成本较低 级进模由于结构比较复杂 所 以制造费用较高 同时材料利用率较低 单由于级进模生产率高 压力机占有数少 需要的操作工人数和车间面积少 减少了产品的储存和运输 因而产品零件的综合生 产成本并不高 5 设计和制造难度大 对经验的依赖性强 级进模结构复杂 技术含 量高 设计灵活性大 难度大 设计和制造中的经验 推断和目测工作量多 人才培 养时间长 个人之间的差异大 同一产品零件可有多种不同德设计方案 设计的灵活 性大 设计和制造周期长 费用高 适用大批量生产 级进模还受产品零件尺寸限制 产品尺寸不宜太大 6 按订单生产 而不是按计划生产 订货市场影响大 交货期 要求短 结论 采用方案三为佳 5 排样图设计 一般而言 排样原则有 1 提高材料利用率 对冲压件来说 由于产量大 冲压生产效率高 原材料费 用常会占到冲件总成本的 60 以上 所以材料利用率是 是一项很重要的经济指标 2 使工人操作方便 安全 减轻工人的劳动强度 保证有较高的生产效率 应尽 量选条料宽 进距小的排样方法 3 使模具结构简单 模具寿命较高 4 排样应保证冲压件的质量 由于棘块的外形比较复杂 为了节约材料要通过多次作图分析来确定工件在条料 上的方位 通常来说 对于这种形状较复杂的冲裁件 要用计算的方法选择一个合理 的排样方式是比较困难的 可用厚纸片剪 3 5 个样件 在摆出各种可能的排样方案后 从中选择一个比较合理的方案作为排样图 1 排样 1 如图 2 图 2 排样 1 查得搭边 a 和 a1 的值分别为 a 3 2mm a1 3 5mm 1 条料宽度确定 采用有侧压装置查得条料宽度公差 按如下公式求得条料宽度 mm9 0 2 进距 A 确定 按公式mmaBA 2 212 318 则一个步距内的材料利用率为 S AB 100 251 21 2 40 9 100 28 95 2 排样 2 图 图 3 3 图 3 排样 2 查得搭边 a 和 a1 的值分别为 a 3 2mm a1 3 5mm 1 条料宽度确定 采用有侧压装置查得条料宽度公差 按如下公式求得条料宽度 mm9 0 2 进距 A 确定 按公式mmaBA18 36 则一个步距内的材料利用率为 mm a D B9 40 9 05 3222292 0 9 0 0 9 0 0 0 1 mm a D B9 40 9 05 3222292 0 9 0 0 9 0 0 0 1 1 S AB 100 251 2 40 9 36 18 100 34 3 排样 3 图 图 4 4 图 4 排样 3 采用这种排样搭边值分两种情况 查得搭边 a 和 a1 的值分别为 a 2 8mm 或 a 2 5mm a1 2 8mm 1 条料宽度确定 采用有侧压装置查得条料宽度公差 按如下公式求得条料宽度 mm9 0 2 进距 A 确定 由 autocad 软件测定 mmA 8 28 则一个步距内的材料利用率为 S AB 100 251 29 5 28 8 100 29 5 mm a D B 5 29 9 06 282 0 9 0 0 9 0 0 0 1 2 3 4 排样 4 图 图 5 5 图 5 排样 4 1 条料宽度确定 采用有侧压装置查得条料宽度公差 按如下公式求得条料宽度 mm9 0 2 进距 A 确定 由 autocad 软件测定mmA34 24 则一个步距内的材料利用率为 S AB 100 251 36 7 24 34 100 28 1 确定排样方案 由材料利用率可知 即采用排样 2 方式材料利用率要 高一些 但是冲孔凸模之间距离太短 凹模上孔之间距离太短凹模强度不够 并且冲 裁时板料还要调转 180 操作不方便 板料会翘曲冲裁精度会大大降低 排样 2 不宜 采用 排样 1 4 和 3 能达到凹模强度要求 从材料利用率考虑选择排样 3 要合理些 采用 GB T 708 1988 规格为 1500 1800mm 的板料来裁剪条料 纵横剪裁对比如下 若用纵裁 裁板条数 N N B b 1500 29 5 50 条余 25mm 每条个数 n n 1800 2 8 28 8 62 个余 12mm 每板总个数 N n 50 62 3100 个n总n总 材料利用率 0 23 14 mm a D B 7 36 9 0 8 352 0 9 0 0 9 0 0 0 1 3 82 28 100 18001500 2513100 100 0 LB Sn 若用横裁 裁板条数 N N 1800 b 1800 29 5 61 条余 0 5mm 每条个数 n n 1500 2 8 28 8 52 个余 0 1mm 每板总个数 N n 61 52 3172 个n总n总 材料利用率 0 综上两种裁板方案 可见横裁有较高的材料利用率 且工件没有纤维性的考虑 因此 决定采用横裁 总的材料利用率为 29 5 如图 6 图 6 板材裁剪样图 二 计算冲压力及确定压力中心二 计算冲压力及确定压力中心 1 冲裁力的计算 冲裁力按公式进行计算 tKLF 式中 L 冲裁件周边长度 用 autocad 软件查询得 L 146 9458mm t 材料厚度 t 4mm 材料抗剪强度 查得 20 钢的抗剪强度 300 MPa 49 29 100 18001500 2513172 100 0 LB Sn K 系数 考虑到刃口钝化 间隙不均匀 材料力学性能与厚度波动等因素而 增加的安全系数 一般常取 K 1 3 所以 230KN30049458 1463 1t KLF 2 推件力的计算 按经验公式 进行计算 但实际生产时 凹模孔口中会同时卡有好几 个工件 所以计算推件力时应该考虑工件的数目 式中 F 冲裁力 F 230KN n 工件数目 查得 根据材料厚度取凹模刃口直壁高度 h 8mm 为 了修模时能保证模具仍有足够的强度 必须留有一定的富余量 所以取直壁高度 h 8 4 12 mm 故留在凹模内的冲件数 n h t 12 4 3 系数 取 所以 3 总冲压力及模具闭合高度确定 因采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模 所以总压力为 因此可以初步选定压力机的吨位为 400KN 指导书 P108 查表得模具闭合高度为 300mm 冲压设备选择 400KN 开式压力机 4 确定压力中心 对于图 1 所示零件 由于其形状比较复杂 要根据合力对某轴之力矩之和的力学 原理求得 如图 7 所示 图 7 压力中心 F KF推推 045 0 推 K 推 K KNnFKF05 312303045 0 推推 KNFFF05 26105 31230 推冲总 1 先选定坐标轴 x 和 y 2 将工件周边分成若干段简单的直线和圆弧段 求出各段压力中心的坐标尺寸 31 20 06 24 28l 1 x 1 y 1 9 6 06 16 25l 2 x 2 y 2 27 6252 16 67 10 09l 3 x 3 y 3 37 6991 73 55 14l 4 x 4 y 4 18 8494 54 22 21 45l 5 x 5 y 5 11 4886 28 76 18 49 l 6 x 6 y 6 5 33 64 23 46l 7 x 7 y 7 6 2832 36 42 26 19l8x 8 y 8 3 计算压力中心 A 的坐标位置 计算出 C 点的坐标如图 7 表示 三 模具刃口尺寸计算三 模具刃口尺寸计算 对于图 1 所示零件 因料较厚 形状较复杂 采用单配加工的方法制造 工艺比 较简单 并且还可以放大基准件的制造公差 一般可取冲件公差的 1 4 使制造容易 1 确定制件尺寸公差 通常冲裁件的精度不是很高一般情况 IT12 IT13 IT14 或者更低精度 由于制件 没有标注尺寸公差确定为 IT13 级 查得尺寸公差表示如图 8 51 38 9455 146 141637 5659 821 882211 0 lll xlxlxl x 72 17 9455 146 05652 2604 821 8 8 2 2 1 1 0 lll ylylyl y 图 8 制件公差 2 计算落料凸凹模刃口尺寸 通常冲裁件都不是规则的圆柱直壁 基本上时呈锥台形状 在制造凸 凹模是通 常看零件时落料件还是冲孔件来确定模具制造的基准件 然后保证一个合理间隙配做 另一模具 制造时按冲裁件向实体方向收缩原则 落料件的大端尺寸等于凹模尺寸 所以落料件应以凹模为基准件 然后配做凸模 使用过程中凹模磨损后刃口尺寸的大 小有增大 减小 不变三种情况 如图 8 不加括号尺寸 A1 A5 是凹模磨损后变大尺寸 C1 C2 是凹模磨损后尺寸不变尺寸 1 磨损后尺寸变大 查得下表 1 表 1 系数 x 非圆形圆形 10 750 50 750 5 材料厚度 mmt 工件公差 mm 1 16 0 35 0 17 0 35 0 16 0 16 0 2 120 0 41 0 21 0 42 0 20 0 20 0 4 224 0 49 0 25 0 50 0 24 0 246 0 4 30 0 59 0 31 0 60 0 30 0 30 0 查得 查得下表 2 表 2 规则形状冲裁时凸模 凹模的制造公差 基本尺寸凸模偏差 p 凹模偏差 d 基本尺寸凸模偏差 p 凹模偏差 d 18 0 0200 020260 180 0 0300 045 30 18 0 0200 025360 260 0 0350 050 80 30 0 0200 030500 360 0 0400 060 120 80 0 0250 035500 0 0500 070 180 120 0 0300 040 查得制造公差020 0 020 0 dp 查得mmmm ZZ 880 0 640 0 maxmin 75 0 75 0 75 0 1 1 54321 xxxxx 由上面查得数据满足如下条件 ZZdpminmax 由公式 计算凹模刃口尺寸如下 2 磨损后尺寸不变 由公式计算凹模刃口尺寸如下2 d d C C 01 0 115 0020 0 11 1 mm Cd 01 0 225 0020 0 22 2 mm Cd 3 凸模尺寸 由公式 计算凸模尺寸如下 3 计算冲孔凸凹模刃口尺寸 制造时按冲裁件向实体方向收缩原则 冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸 所以冲 孔应以凸模为基准件 然后配做凹模 使用过程中凸模磨损后 刃口尺寸的变化有增 大 减小 不变三种情况 如图 8 加括号尺寸 A1 A2 是凸模磨损后变小尺寸 1 凸模尺寸 查得制造公差 020 0 020 0 dp mmmm ZZ 880 0 640 0 maxmin 由上面查得数据满足如下条件 查得 xA A d d 0 mmmm Ad78 8 22 0 19 020 0 0 020 0 0 1 mmmm Ad82 3 18 0 14 020 0 0 020 0 0 2 mmmm Ad04 2 14 0 75 0 14 2 020 0 0 020 0 0 3 mmmm Ad87 5 18 075 0 6 020 0 0 020 0 0 4 mmmm Ad84 8 22 075 0 9 020 0 0 020 0 0 5 5 0 75 0 21 xx ZDD d P pmin 0 mmmm Ap55 8 2 640 0 87 8 0 020 0 0 020 0 1 mmmm Ap5 3 2 640 0 82 3 0 020 0 0 020 0 2 mmmm Ap72 1 2 640 004 2 0 020 0 0 020 0 3 mmmm Ap55 5 2 640 0 87 5 0 020 0 0 020 0 4 mmmm Ap52 8 2 640 0 84 8 0 020 0 0 020 0 5 mm Cp 01 0 11 1 mm Cp 01 022 2 ZZdpminmax 由公式 得 2 凹模尺寸 由公式 计算凹模尺寸如下 4 棘块凸凹模尺寸公差标注如图 9 和 10 图 9 凸模刃口尺寸公差 图 10 凹模刃口尺寸公差 xA A P p 0 mmmm Ap14 6 18 0 75 06 0 020 0 0 020 0 1 mmmm Ap14 12 27 0 5 012 0 020 0 0 020 0 2 Zdd p d dmin 0 mmmm Ad8 6 640 0 14 6 020 0 0 020 0 0 1 mmmm Ad8 12 640 014 12 020 0 0 020 0 0 2 四 模具总体设计四 模具总体设计 1 模具类型 根据前面对零件的冲压工艺性分析 模具的类型采用级进冲裁模 见工艺分析 2 操作与定位方式 零件虽属于大批量生产 但在此安排手工送料方式能够达到批量生产 且能够 降低模具的成本 初次送料时为了便于顺利将板材推进模具中安装一个承料板 承料板是用于接 长凹模上平面 由于零件轮廓复杂 厚度较高 为保证两孔的中心距 宜采用导尺导向 由自 动挡料销进行初定位 导正销进行精确定位 3 卸料与出件方式 考虑到零件结构较复杂 厚度较高等因素 在此采用刚性卸料装置 另外为了 安装采用自动挡料销安装刚性卸料装置是必要的 卸料板与各凸模没