冲压模具课程设计

冲压模具设计 课程 任务说明书 课程名称 冲压模具设计 任课教师 学生小组 学生姓名 完成日期 2 摘摘 要要 模具是国民经济各部门发展重要基础产业之一 由于冲压加工具有节材 节能和生产率高等突出特点 决定了冲压产品成本低廉 效益较好 因而冲压 生产在制造行业中占有重要地位 冷冲压加工是在室温下 利用安装在压力机 上的模具对材料施加压力 使其产生分离或塑性变形从而获得所需冲压件的一 种压力加工方法 冷冲压模具则是将材料加工成所需冲压件的一种工艺设备 冲压加工技术应用范围十分广泛 在国民经济各工业部门中 几乎都有冲压加工 或冲压产品的生产 如飞机 拖拉机 电机 电器 仪表 铁道 电信 化工 以及轻工日用新产品中均占有相当的比重 关键词 关键词 动触片 冲裁力 刃口尺寸 压力中心 模具结构 3 目目 录 录 一 小组成员及工作 5 二 设计题目及难点分析 5 1 已知题目 5 2 难点 6 三 工艺分析 6 1 结构分析 6 2 材料分析 6 四 方案确定 7 1 方案确定 7 2 方案比较 7 五 排样及材料利用率计算 7 1 排样方案分析 7 2 具体排样过程及材料利用率 8 六 冲压力计算 9 1 第一个工位冲压力 9 2 第二个工位冲压力 10 3 第三个工位冲压力 10 4 第四个工位冲压力 11 5 总的冲压力 11 七 刃口尺寸计算 11 1 第一个工位模具刃口尺寸 11 2 第二个工位模具刃口尺寸 12 3 第三个工位模具刃口尺寸 12 4 第四个工位模具刃口尺寸 12 八 压力中心计算 13 九 模具结构形式的初步选择 13 1 模具的类型的选择 13 2 卸料装置 13 4 3 定位装置 14 4 模架类型及精度 14 十 主要零部件设计 14 1 凹模设计 14 2 凸模设计 16 3 导料板设计 17 4 始用挡料块设计 18 5 弹性卸料板设计 18 6 卸料弹簧设计 19 7 卸料螺钉设计 20 8 凸模固定板及垫板的选择 20 9 模架的选择 21 10 上模架螺栓选择 24 11 定位销的选择 25 12 模柄的选择 25 十一 模具总装配图 25 1 装配三维图 25 2 装配平面图 27 十二 压力机选择 28 十三 致谢词 29 十四 参考文献 30 5 一一 小组成员及工作小组成员及工作 小组人员班级姓名学号工作任务成绩评定 组长 组员一 组员二 组员三 二二 设计题目及难点分析设计题目及难点分析 1 已知题目已知题目 2 难点难点 平面度保证 刚性卸料 弹性卸料 选弹性卸料 柔性力 卸料板兼有压边 作用 板料较平整 保证利用率 采用直排方式 斜排利用率反而更低 且不便于孔定位 级进模设计的关键解决板料的定位问题 以保证冲压件的质量 两种定位 6 距 方法 其一是定位销定位 其二是侧刃定位 但利用率低 故采用定 位销定位 三三 工艺分析工艺分析 1 结构分析结构分析 工件有落料 冲孔两个基本工序 工件形状简单 内孔为圆孔 无尖锐清角 无细长悬臂和狭槽 最小直径为 d 1 0t 1 6 0 4 能够进行冲裁 未注公差尺寸按 IT13 级选取 工件总体尺寸精度符合冲压要求 零件总体尺寸多数有公差 且对平面度要求较高 零件没有标注表面粗糙度 按 Ra3 6 制造 2 材料分析材料分析 银合金特点是强度低 塑性好 适用于制造受力不大的冲裁件 具有良好的冲压成形性能 综上所述 此工件可以进行冲压加工 四四 方案方案确定确定 1 方案确定方案确定 方案一 先冲内圆弧 然后冲三个小圆 最后落料 采用单工序模生产 方案二 冲内圆弧 三个小圆 落料 采用复合模生产 方案三 冲内圆弧 三个小圆 落料级进冲压 采用级进模生产 7 2 方案比较方案比较 方案一模具结构简单 但需三道工序 生产效率低 难以满足该零件的年产 量要求 方案二只需一幅模具 冲压件的形位精度和尺寸精度易保证 且生产效率也 高 但由于零件的几何形状存在薄壁处 是凹模部分壁厚较薄 模具强度达 不到要求 方案三也只需一幅模具 生产效率最高 欲保证冲压件的形位精度 只需在 模具上用导正销导正 综上所上述 考虑成本 及生产效率 制造难易程度最终采用方案三 五五 排样及材料利用率计算排样及材料利用率计算 1 排样方案分析排样方案分析 方案一 有废料排样 沿冲件外形冲裁 在冲件周边都留有搭边 冲件尺寸完全由冲模来保证 因 此冲件精度高 模具寿命高 但材料利用率低 方案二 少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响 冲件质量差 模具寿命较方案一低 但 材 料利用率稍高 冲模结构简单 方案三 无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些 但材料利用率最高 通过上述三种方案的分析比较 综合考虑模具寿命和冲件质量 该冲件的 排 样方式选择方案一为佳 考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择 直排最佳 8 2 具体排样过程及材料利用率具体排样过程及材料利用率 查冲压工艺与模具设计教材 取工件间搭边为 a 1 2mm 工件与侧边之间搭边值 a1 1 5mm 步距 h 20 1 2 21 2 mm 选择无侧压装置的导料板送料 则板料宽度 B 0 D 2 a1 b0 12 7 2 2 1 5 0 4 0 5 0 0 4 29 7 0 0 4 mm 相关说明 B 条料的宽度 mm D 工件垂直于送料方向的最大尺寸 mm a1 侧搭边 mm 条料宽度的公差 mm b0 条料与导料板件的间隙 mm 导料板间的距离 A B b0 29 7 0 5 30 2 mm 查模具专业毕业设计手册中板材标准 板料规格选用 0 4 1000 2000 mm 采用裁法一 横向工件数 n1 2000 21 2 94 多余 7 2 mm 竖直方向工件数 n2 1000 29 7 33 多余 19 9mm 总工件数 n n1 n2 94 33 3102 利用率 196 595 3102 1000 2000 30 49 采用裁法二 横向工件数 n1 1000 21 2 47 多余 3 6 mm 竖直方向工件数 n2 2000 29 7 67 多余 10 1mm 总工件数 n n1 n2 47 67 3149 利用率 196 595 3149 1000 2000 30 95 显然采用裁法二比裁法一材料利用率低 故选用裁法二 板料的排样图如图所示 9 六六 冲压力计算冲压力计算 采用用平刃冲裁时 其冲裁力 F 一般按下式计算 F KLt 式中 F 冲裁力 L 冲裁周边长度 t 材料厚度 材料抗剪强度 取 300MPa 系数 取 1 3 1 第一个工位冲压力第一个工位冲压力 冲孔周长计算 L1 2 3 14 4 25 12 mm 冲孔力 F冲孔 KL1t 1 3 25 12 0 4 300 3018 72 N 卸料力 查冲压工艺与模具设计教材 得 K卸 0 055 F卸 K卸 F冲孔 0 055 3018 72 215 53 N 推件力 查冲压工艺与模具设计教材 得 K推 0 063 F推 K推 n F冲孔 0 063 10 3018 72 1901 79 N 10 第一个工位总冲压力 F1 F冲孔 F卸 F推 3018 72 215 53 1901 79 5136 04 N 2 第二个工位冲压力 第二个工位冲压力 冲孔周长计算 L2 6 2 931 3 7 974 3 3 928 53 296 mm 由软件算的周长 冲孔力 F冲孔 KL2t 1 3 53 296 0 4 300 8314 18 N 卸料力 查冲压工艺与模具设计教材 得 K卸 0 055 F卸 K卸 F冲孔 0 055 8314 18 457 25 N 推件力 查冲压工艺与模具设计教材 得 K推 0 063 F推 K推 n F冲孔 0 063 10 8314 18 5237 93 N 第二个工位总冲压力 F2 F冲孔 F卸 F推 8314 18 457 25 5237 93 14009 36 N 3 第三个工位冲压力 第三个工位冲压力 冲孔周长计算 L3 3 3 14 1 6 15 072 mm 冲孔力 F冲孔 KL3t 1 3 15 072 0 4 300 2351 23 N 卸料力 查冲压工艺与模具设计教材 得 K卸 0 055 F卸 K卸 F冲孔 0 055 2351 23 129 32 N 推件力 查冲压工艺与模具设计教材 得 K推 0 063 F推 K推 n F冲孔 0 063 10 2351 23 1481 27 N 第三个工位总冲压力 11 F3 F冲孔 F卸 F推 2351 23 129 32 1481 27 3961 82 N 4 第四个工位冲压力 第四个工位冲压力 落料周长计算 L4 2 7 98 4 2 700 2 25 133 77 025 mm 由软件算的周长 落料力 F落料 KL4t 1 3 77 025 0 4 300 12015 9N 卸料力 查冲压工艺与模具设计教材 得 K卸 0 055 F卸 K卸 F冲孔 0 055 12015 9 660 87 N 推件力 查冲压工艺与模具设计教材 得 K推 0 063 F推 K推 n F冲孔 0 063 10 12015 9 7570 02 N 第四个工位总冲压力 F4 F落料 F卸 F推 12051 9 660 87 7570 02 20282 79 N 5 总的冲压力 总的冲压力 F总 F1 F2 F3 F4 5136 04 14009 36 3961 82 20282 79 43390 01 N 七七 刃口尺寸计算刃口尺寸计算 1 第一个工位模具刃口尺寸第一个工位模具刃口尺寸 冲孔 以凸模为基准 按 IT13 及查互换性与测量基础教材得 4 公差为 0 18mm 即 4 0 0 018 mm b1 b1 X1 1 0 0 25 1 4 0 5 0 18 0 0 25 0 18 4 09 0 0 045 mm 查冲压工艺与模具设计教材得最大间隙 Zmax 0 028mm 最小间隙 Zmin 0 020mm 12 凹模尺寸按凸模相应尺寸配做 保证间隙在 0 020mm 0 028mm 之间 2 第二个工位模具刃口尺寸第二个工位模具刃口尺寸 冲孔 以凸模为基准 按 IT13 及查互换性与测量基础教材得 R1 6 公差为 0 18mm R1 5 公差为 0 14 mm 即 R1 5 0 0 014 mm R1 6 0 0 018 mm a2 a2 X2 2 0 0 125 2 1 5 0 75 0 14 0 0 125 0 14 1 395 0 0 0175 mm b2 b2 X2 2 0 0 125 2 1 6 0 5 0 18 0 0 125 0 18 1 69 0 0 0225 mm 查冲压工艺与模具设计教材得最大间隙 Zmax 0 028mm 最小间隙 Zmin 0 020mm 凹模尺寸按凸模相应尺寸配做 保证间隙在 0 020mm 0 028mm 之间 3 第三个工位模具刃口尺寸第三个工位模具刃口尺寸 冲孔 以凸模为基准 b3 b3 X3 3 0 0 125 3 1 6 0 5 0 02 0 0 25 0 02 1 61 0 0 005 mm 查冲压工艺与模具设计教材得最大间隙 Zmax 0 028mm 最小间隙 Zmin 0 020mm 凹模尺寸按凸模相应尺寸配做 保证间隙在 0 020mm 0 028mm 之间 4 第四个工位模具刃口尺寸第四个工位模具刃口尺寸 落料 以凹模为基准 A4 A4 X4 4 0 0 125 4 10 0 75 0 1 0 0 125 0 1 9 25 0 0 0125 mm A5 A5 X5 5 0 0 125 4 12 7 0 75 0 12 0 0 125 0 12 12 61 0 0 015mm 查冲压工艺与模具设计教材得最大间隙 Zmax 0 028mm 最小间隙 Zmin 0 020mm 凹模尺寸按凸模相应尺寸配做 保证间隙在 0 020mm 0 028mm 之间 13 八八 压力中心计算压力中心计算 1 用解析计算法求出冲模压力中心 X0 F1x1 F2x2 Fnxn F1 F2 Fn Y0 F1y1 F2y2 Fnyn F1 F2 Fn 2 由于模具结构在 X 方向对称 故压力中心 Y0 0 3 X0 F1x1 F2x2 F3x3 F4x4 F1 F2 F3 F4 5136 04 74 2 14009 36 42 4 3961 82 21 2 20282 79 0 5136 04 14009 36 3961 82 20282 79 24 41 mm 九九 模具结构形式的初步选择模具结构形式的初步选择 1 模具的类型的选择模具的类型的选择 由冲压工艺分析可知 采用级进模方式冲压 所以模具类型为级进模 2 卸料装置卸料装置 条料的卸除 因采用级进模生产 故采用向下落料出件 卸料方式 14 考虑零件尺寸较大 厚度较薄 采用弹性定卸料方式 为了便于操作 提 高生产率 3 定位装置定位装置 送料形式 级进模生产 为提高生产率 采用自动送料方式送料 定位零件 零件尺寸一般 厚度较薄 保证孔的精度及较好的定位 宜采用导料板导 向 导正销导正 为了提高材料利用率采用始用挡料销 4 模架类型及精度模架类型及精度 模架 1 若采用中间导柱模架 则导柱对称分布 受力平衡 滑动平稳 但只能 一方送料 2 若采用对角导柱模架 则受力平衡 滑动平稳 可纵向或横向送料 3 若采用后侧导柱导柱模架 可三方送料 操作者视线不被阻挡 结构比较 紧凑的 但模具受力不平衡 滑动不平稳 综上 结合本级进模的特点 决定采用对角导柱模架 精度 由于零件材料较薄 尺寸一般 冲裁间隙较小 又是级进模因此采用导向 平稳的对角导柱模架 考虑零件精度要求不是很高 冲裁间隙较小 因此采用 级模架精度 十十 主要零部件设计主要零部件设计 1 凹模设计凹模设计 凹模厚度选择 H K1K2 0 1F 1 3 1 1 0 1 43390 01 1 3 16 31mm 取 H 20 mm 15 K1 凹模材料修正系数 K2凹模刃口周边长度修正系数 查冲压模具设计教材得 K1 1 K2 1 凹模长度选择 L l 2c 86 2 2 25 136 2 mm 取 L 140mm l 沿凹模长度方向刃口型孔的最大距离 c 凹模壁厚 查冲压模具设计教材得 凹模壁厚 c 20 25mm 取 c 25mm 凹模宽度选择 B b 2c 25 4 2 25 75 4 mm 取 B 80mm b 沿凹模宽度方向刃口型孔的最大距离 查冲压模具设计教材得 凹模壁厚 c 20 25mm 取 c 25mm 则凹模轮廓尺寸为 L B H 140 80 20 螺纹孔选择 选择 4 个 M8 螺纹孔 距离凹模边缘距离为 12 mm 定位销孔选择 选择 4 个 6 定位销孔 距离螺纹孔距离为 16 mm 凹模形状如图所示 16 2 凸模设计凸模设计 第一个工位凸模设计 1 L H1 H2 H3 Y 20 8 8 21 57mm L 凸模总长度 H1凸模固定板厚度 取 20mm H2卸料板厚度 取 8mm H3导料板厚度 取 8mm Y 附加长度 取凸模进入凹模深度为 1mm 凸模固定板与卸料板之间的 安全距离为 20mm 则 Y 21mm 2 凸模有安装部分和工作部分组成 3 固定方法为台肩固定 4 采用配合形式为基孔制过渡配合 H7 m6 5 设置尾部台肩是为了保证卸料时凸模被拉出 6 凸模结构如图所示 第二个工位凸模设计 1 L H1 H2 H3 Y 20 8 8 21 57mm 2 凸模结构为整体式 3 固定方法为铆接固定 4 凸模结构如图所示 17 第三个工位凸模设计 1 L H1 H2 H3 Y 20 8 8 21 57mm 2 凸模有安装部分 工作部分和过渡部分组成 增加过渡部分主要是对于刃 口尺寸小的凸模 目的是增加刚度 3 固定方法为台肩固定 4 采用配合形式为基孔制过渡配合 H7 m6 5 设置尾部台肩是为了保证卸料时凸模被拉出 6 凸模结构如图所示 第四个工位凸模设计 1 L H1 H2 H3 Y 20 8 8 21 57mm 2 凸模结构为整体式 3 固定方法为铆接固定 4 凸模结构如图所示 3 导料板设计导料板设计 查冲压模具设计教程 导料板厚度 H 4 mm 8 mm 取 H 8 mm 导料板内侧距离为 A 30 2mm 外侧宽度取与凹模宽度相同 具体结构如图所示 18 4 始用挡料块设计始用挡料块设计 始用挡料块用于导板导向的级进模中 在条料开始时起定位作用 以后送 进时不再起定位作用 使用挡料块的目的是提高材料的利用率 选用始用挡料块长度为 22 8mm 考虑增加载体强度 取首次搭边值为 2mm 具体尺寸如图所示 5 弹性卸料板设计弹性卸料板设计 弹性卸料装置有卸料板 卸料螺钉和弹簧组成 采用弹性卸料板 由四个的定位孔与凹模固定板的螺栓配合 以及四个螺 纹孔组成 19 卸料板兼有压料板作用 以保证平面度 用于冲裁薄 且平面度要求较高 的零件 具体结构如图所示 6 卸料弹簧设计卸料弹簧设计 选弹簧的个数为 n 4 每个弹簧的的预压力 Fy Fx n 1462 97 4 365 74N 弹簧的极限工作拉力 Fj 2Fy 2 365 74 731 48N 选弹簧的规格为 d D2 h 0 9 12 40 则弹簧的标记为 弹簧 0 9 12 40 GB 2089 1980 具体机构如图所示 20 7 卸料螺钉设计卸料螺钉设计 螺栓杆长度 l 凸模固定板厚度 凸模垫板厚度 安全距离 旋入长度 20 8 20 4 52mm 选择 GB2867 6 81 具体结构如图所示 8 凸模固定板及垫板的选择凸模固定板及垫板的选择 取凸模固定板厚度 H1 20mm 取凸模垫板厚度 H2 8mm 凸模固定板作用是将凸模固定在上模座的正确位置上 凸模固定板与凸模为采用配合形式为基孔制过渡配合 H7 m6 垫板作用是承受凸模传递的压力 防止模座被挤压损伤 凸模固定板及垫板结构如图所示 21 9 模架的选择模架的选择 各种模架的比较 1 若采用中间导柱模架 则导柱对称分布 受力平衡 滑动平稳 但只能 一 方送料 2 若采用对角导柱模架 则受力平衡 滑动平稳 可纵向或横向送料 3 若采用后侧导柱导柱模架 可三方送料 操作者视线不被阻挡 结构比 较紧凑的 但模具受力不平衡 滑动不平稳 4 综上 结合本零件级进模的特点 决定采用对角导柱模架 采用滑动导向对角导柱式模架 如图所示 22 选用 A 型 GB2851 1 81 对角导柱模架 模架的结构与尺寸都直接由标准中选取 相关参数如下 凹模周界 L 160 凹模周界 B 100 闭合高度 参考 最小 190 闭合高度 参考 最大 160 1 上模座 数量 1 规格 160 100 35 2 下模座 数量 1 规格 160 100 40 3 导柱 数量 2 规格 28 150 4 导套 数量 2 规格 28 42 100 导柱与导套结构由标准中选取 尺寸由模架中参数决定 导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时 导柱上端面与上模座顶面的距 离不小于 10 15mm 而下模座底面与导柱底面的距离应为 0 5 1mm 导柱与 导套之间的配合为 H7 h6 导套与上模座之间的配合为 H7 r6 导柱与下模 座之间的配合为 R7 h5 导柱与导套材料采用 20 钢 热处理硬度为 渗碳 56 62HRC 上下模座材料采用 45 钢 热处理硬度为调质 28 32HRC 具体结构如图所示 导套 23 导柱 上模板 24 下模板 10 上模架螺栓选择上模架螺栓选择 螺栓杆长度 l 上模架厚度 凸模垫板厚度 旋入长度 35 8 10 53mm 选择 M10 圆柱内六角卸料螺钉 GB2867 6 81 结构如图所示 25 11 定位销的选择定位销的选择 上模板 凸模垫板