支撑板冲压工艺分析和模具设计

支撑板冲压工艺分析和模具设计摘要：毕业设计是对我们大学学习的一个重要的总结。在本设计中，我的题目是支撑板的冲压模具设计。通过分析我们发现，支撑板具有一个简单的矩形结构，同时有个U形的弯曲。外形依靠落料或者切断完成，然后还需要弯曲工序。通过这个模具的设计，将是对我大学学习的一个重要的考核。设计过程中，首先我们要对支撑板的结构性、材料进行分析，选择合适的方式进行生产。材料的分析来确定工件是否适合生产。之后要通过工件的厚度来确定工件排样图的搭边，然后计算排样图的材料利用率。接下来就是进行冲压力的计算，通过计算冲压力选择合适的冲压设备。模具刃口的计算也有其的重要，只有选择合适的刃口才能够确保模具的寿命，提高模具的使用率。模具刃口计算后，就是模具的结构设计，先进行凹模外形尺寸的计算的通过凹模的外形尺寸来得到模具中其他固定板、卸料板等的尺寸，最后选择模架等一系列标准件，最终完成模具的设计。关键词：复合模，冲压工艺，模具设计ISupportplatestampingprocessanalysisanddiedesignAbstract：Graduationdesignisanimportantsuaryofstudyonouruniversity.Inthisdesign,thetitleofmyspeechisstampingdiedesignofdoubleboltdoorlockaccessories.Throughtheanalysiswefound,doubletonguelockaccessoriesisarectanglewitharectangular,aboveatwoscrewholeandthetworectangularholes.Shapedependsontheblankingpunchfinish,relyonpunchingprocesstocomplete.Throughthemolddesign,willbeoneoftheimportantappraisalinUniversitylearning.Inthedesignprocess,wemustfirststructural,materialonthedoubletonguelockpartstocarryontheanalysis,selecttheappropriatemodeofproduction.Materialanalysistodeterminewhetheraworkpieceissuitablefortheproductionof.Aftergoingthroughthethicknessoftheworkpiecetodeterminethelayoutoftheedgeofworkpiece,thencalculatethelayoutofthematerialutilizationratio.Thenextistheblankingforcecalculation,throughthecalculationofblankingpressuretochoosesuitablestampingequipment.Thecalculationofthediecuttingedgealsohasitsimportant,onlyselecttheappropriateedgeeloquencecanensurethelifeofthemold,improvethemolduserate.Diecuttingedgecalculation,diestructuredesignisadvanced,thecalculationfordiedimensionsbytheshapeofconcavediesizetogetotherfixedplatemouldstripperandotherdimensions,thefinalchoiceofmoldandaseriesofstandardparts,thefinalcompletionofdiedesign.Keywords:progressingdie,stampingprocess,diedesignII目录1绪论.11.1冲压过程中机械运动的概述.11.2模具行业发展现状及技术趋势.11.3冲压模具制造技术发展趋势.22冲压件工艺分析.32.1材料分析.32.2零件结构.42.3尺寸精度.43冲裁方案的确定.53.1冲裁工艺方案的确定.54模具总体结构的确定.64.1模具类型的选择.64.2送料方式的选择.64.3定位方式的选择.64.4导向方式的选择.65工艺参数计算.85.1排样方式的选择.85.1.1排样及搭边值的计算.85.1.2步距的计算.85.1.3条料宽度的确定.95.1.4材料利用率的计算.95.2冲压力的计算.95.2.1冲裁力的计算.95.2.2弯曲力的计算.105.2.3总冲压力的计算.105.3压力机吨位选择.10III6刃口尺寸计算.126.1冲裁间隙的确定.126.2刃口尺寸的计算及依据与法则.127设计模具的主要零件.147.1凹模设计.147.1.1凹模外形尺寸的计算.147.1.2切断凹模刃口结构形式的选择.157.1.3凹模精度与材料的确定.167.2凸模的设计.167.2.1凸模结构的确定.167.2.3凸模材料的确定.177.2.4凸模精度的确定.177.4固定板的设计.177.5垫板的设计.187.6上下模座、模柄的选用.197.6.1上下模座的选用.197.6.2模柄的选用.197.7模具工作过程.197.8模具材料选择与热处理.198冲压力机的校核与选定.218.1冲压设备的校核.218.2冲压设备的选用.21结论.22参考文献.23致谢.2401绪论1.1冲压过程中机械运动的概述通过用模具和压力机对不同类型的板材和坯料施加一定的压力，使工件发生形状变异或者是工件被分开，得到新的外形、尺寸以及其他特性的零件，这种方式称之为冷冲压。冲压过程运动一般为上下运动，所以选用立式冲床较多。一般不同的机械运动在冲压时，他们的特点，形式以及对冲压件质量精度要求都是不太一样的，常见的运动形式有这三种：滑动、旋转和滚动。由于冲压过程是如此的多元化，在冲压模具的设计中应该要严格控制，以达到模具设计的要求；同时，在设计中还应多比较，通过对不同的产品需要的不同要求来合理选择相应的机械运动。通常，我们最常见的冲压运动就是上下的往返运动，但是如果想实现水平运动，我们也可以通过斜楔结构，转销结构，辊结构和旋切结构的设计来实现。在模具设计中的特殊结构更为繁琐和不易，成本也大，但为了实现的形状，大小来满足产品的要求，这也是解决问题的一种有效方法。1.2模具行业发展现状及技术趋势最近这几年，冲压过程中的技术不断呈上升趋势，尤其像一些高精度的工艺的快速发展，使冲压件的精度更加准确，大大提高了生产率，使冲压工艺提高到了一个新的发展水平，有着高质量。几年前的精密冲压，主要是指平面部分的精冲，现在，除了精冲是精密弯曲，轧制，冲压等，可以形成复杂的零件的精密三维。过去精密冲裁只适用于薄料中，现在的精密冲裁可适用的板厚达到二十五毫米之多，对于一些高强度合金材料我们也照样可以采用精冲。当然，不单单是精密冲裁，像很多复合成形，超塑性成形，电磁成形都在快速的发展，所以未来模具产业前景是一片光明。但有时候产品的淘汰率高，光使用之前的冲压小设备是无法满足产品批量小、更换速度快等要求的，所以得使用一些通用组合模具、数控冲孔设备等，这才使得冲压生产适合大批量生产，而且也适用于小批量生产。材料性能在不断改进，从而使成形能力和使用效果也有所改善，之前的材料相对来说有点“笨重”，各方面性能也不突出，现在随着很多新技术1的发展，质量轻、结构强度高的材料已不是问题了，像一些高强度板材的研发成功，对于像很多应用到这种技术的汽车构件来说，提高的不单单是性能，效益，也更加环保、轻便。1.3冲压模具制造技术发展趋势目前，国内模具工业的快速发展，机床工业的产值已远远抵不过其产值。我国模具产业作为一个新兴的产业，正处于上升阶段，已成为我国经济水平遥遥领先的根本产业，其未来的上升空间也会很大。据预测，不久的将来，我国的模具产业将会走在世界的最前端，引领着其他国家的进步。特别是像我们这种模具专业的学生，在以后如果专业技能和实际操作能力过硬，那可谓是这方面的人才了。22冲压件工艺分析图2.1支撑板工件图支撑板属于大批量生产，利用延展性比较好的10钢作为材料，厚度是2毫米，支撑板对尺寸偏差要求不是很高，未注公差可以按IT14来设计。2.1材料分析表2.1支撑板材料的力学性能表板料材料抗剪强度（Mpa）抗拉强度（Mpa）屈服强度（Mpa）延展率（%）10钢260-340300-44021029由力学性能表可以得出如下结论：10钢的抗剪和抗拉性能都比较适中，适合冲裁，延展性百分之十五也有利于冲压。支撑板的质量要求不是很高，所以使用10钢作为材料，可以满足使用。32.2零件结构从该零件尺寸标注来看模具精度比较普通，形状也比较简单，但尺寸精度要求也一般，在设计时主要考虑落料和弯曲工序，属于大批量生产，设计模具的时候要考虑模具的寿命，保证模具的使用寿命和生产效率。零件属于矩形件，中间无孔孔。2.3尺寸精度尺寸精度问题关系到模具的正确生产，如果模具的精度达不到，将会导致工件的精度也大大降低，变成不合格的产品，所以要慎重考虑。本设计中，工件的公差要为IT14等级，所以我们可以根据下面的表格来查找工件的偏差，依此作为后面设计的依据。按IT14查表2-2获得。落料尺寸：、0.871640.62表2.2常见零件公差等级表43冲裁方案的确定3.1冲裁工艺方案的确定工件分为外形的落料冲裁工序，以及U形的弯曲工序，根据常用的工序安排，我们可以分别对使用单工序模复合模以及复合模进行分析和设计。下面先对几个方案进行分析和对比：第一个方案：级进模：使用切边弯曲切断级进模，级进模采用一个模具完成多个工序，所以适合大批量的生产，但是模具结构比较复杂。第二个方案：复合模，由于工件外形要求精度不是很高，采用切断弯曲复合模，也是通过一个模具完成多工工序，而且工序比较集中也容易保证位置精度。第三个方案：单工序模，先使用落料单工序模完成落料工序，然后再放到另一个弯曲模具上完成工件的U形弯曲。方案分析和对吧对比：方案1：使用一副模具，生产效率高，级进模可以满足自动化生产，从而实现大批量的生产，当时模具的结构比较复杂，成本比较高。方案2：复合模，复合程度高，生产批量大，而且容易能够满足工件的精度要求。方案3：需要使用两个单工序模，生产的过程中，还要来回换模具，这样可能会没法保证工件的精度，从而导致次品产生。通过以上的比较和分析，我感觉支撑板的生产使用复合模的方案最好，再满足生产需要的同时，还能够尽可能的提供工作效率，切断弯曲工序的一次进行，也能满足长期大批量的生产。54模具总体结构的确定4.1模具类型的选择模具的类型我们选择的是复合模，再满足生产需要的同时，还能够尽可能的提供工作效率，切断弯曲工序的一次进行，也能满足长期大批量的生产。下出料的方式，能够长期的运行工作。4.2送料方式的选择由于是大批量生产，所以我们决定采用自动送料机构送料，能够实现实现自动化的大批生产。工件精度要求不是很高，又是大批量生产，所以使用自动送料，采用导料销和定位板进行导料和定距。4.3定位方式的选择模具使用的材料，我们计划选择的导料销控制板料，不设置任何压力，自动送料夹紧机构。在进料过程中的材料，一步一控制距离，保证精确定位是依靠挡料板来完成，每个进料端靠定位板保证定位准确。4.4导向方式的选择（a）（b）（c）（d）图4.1导柱模架6（a）中间导柱（b）后侧导柱（c）对角导柱（d）四导柱首先分析支撑板工件，由于工件尺寸适中，表面要求不是很高，可以适和选用后侧导柱模架，后侧导柱模架，不但送料方便，而且有利于工件冲制过程中进行观察，及时的进行调整。后侧导柱模架不但能够满足生产的需要同时也能满足支撑板的一般的精度要求，所以才采用方案二。75工艺参数计算5.1排样方式的选择常用的工件的排样的样式式一般分为三种，第一种是有废料的排样，第二种少废料排样，最后一种是无废料排样。因为支撑板精度要求不算高，而且属于简单的矩形件，所以采用无废料的排样方式。工件的排样示意图如下图所示：图5.1零件排样示意图5.1.1排样及搭边值的计算常用的卸料方式有弹性和固定卸料方式两种，顾名思义，固定卸料板就是固定的，不会浮动。弹性卸料板一般都是浮动，依靠弹簧或者橡胶能弹性的装置配合使用。所以固定卸料板能够提供更大的卸料力，为了保证工件的卸料的平稳性，我们使用固定卸料板，支撑板的工件厚度为2.0毫米，工件生产的过程中精度要求不是很高，排样设计中我们采用无废料的排样方式，工件直接排样，工件之间和侧搭边均选择为0毫米即可。5.1.2步距的计算冲压过程中每次送料的时候，工件进给的距离我们可以称之为步距，步距的大小计算方式，我们可以选择支撑板直接的一个标记点，然后送一个步距后，测量相邻的工件之间的距离是多少。这个距离就是步距的数值。每次送料的过程中，送一次的距离我们可以称之为步距。步距的计算一般是根据工件的选定某一个点，然后送料一个步距，这个点移动的距离即为步距的大小。步距计算公式为：8S=L+b(5-1)式中S冲裁步距；L先选择送料的方向，工件在送料方向上的最大尺寸，毛坯尺寸的最大值；b沿送进方向的搭边值在和送料方向一致的方向上，采用交叉对拍。并且使用的是少废料的送料方法，搭边可选择为b=0毫米，由于交叉对拍所以一次冲裁两个工件S=L+b=106.4毫米5.1.3条料宽度的确定排样图的所需毛坯的最大宽度即为条料的宽度。一般条料的宽度我们通过以下的公式进行计算：5(5-2)0)2(aDB式中B条料宽度；D工件在宽度方向的尺寸；a侧搭边最小值。宽度偏差在本次设计中，条料的宽度确定公式如下：0.4Bm5.1.4材料利用率的计算工件精度要求不是很高，采用的无废料的拍样方式，所以材料利用率为100%。5.2冲压力的计算5.2.1冲裁力的计算冲裁力公式：或(5-3)FKLtbt式中L冲裁刃口的周长的尺寸（毫米）；支撑板配件的厚度（毫米）;t支撑板材料的抗剪强度（）；MPa调整系数。主要受到模具刃口的磨损的影响，其他对这个因素有影响的K9因素还包括模具间隙的波动，材料力学性能等，在一般设计的过程中我们取=1.3。取。K340bMPa计算结果如下：切断（周长约为40毫米）402.340270FmaN5.2.2弯曲力的计算由于此零件左右两部分对称弯曲，属于U弯曲，弯曲公式为：2b0.7BtFrK2.1340276N自由弯曲力在冲压行程结束时的弯曲力N自FB弯曲件的宽度K安全系数，一般取K=1.3材料的抗拉强度MPabr弯曲件的内弯曲半径，mmt弯曲件材料厚度5.2.3总冲压力的计算各个工位的总冲压力如下：模具总冲压力为模具各个工步的冲压力总和；270136957FNN总5.3压力机吨位选择通常我们按照计算冲压的力的1.3倍作为选择压力机的参考压力，本模具在冲裁过程中总的冲压力，可按公称压力选择压力机。结合闭合高39576FN总1.3F压总度，初选压力机型号为J23-16压力机。10表5.1开式压力机规格及参数型号J23-16公称压力/KN160滑块行程/毫米30最大闭合高度/毫米220闭合高度调节/毫米40滑块中心线至床身距离/毫米130116刃口尺寸计算6.1冲裁间隙的确定根据实用间隙表6.1查得材料间隙为0.246，0.36。表6.1冲裁模初始双边间隙值毫米材料厚度08、10、20、35、09Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极小间隙（或无间隙）52.053.00.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.0640.0900.0900.0920.1260.1266.2刃口尺寸的计算及依据与法则采用凸凹模配合加工的方法。（1）凸凹模或者凸模在模具工作过程中尺寸会不断增大-第一类尺寸AAj=(Amax-x)410（2）凹模或者凸模在模具工作过程中尺寸会不断减少-第一类尺寸B12Bj=(Bmin+x)041（3）凹模或者凸模在模具工作过程中尺寸会不变化-第一类尺寸CCj=(Cmin+)28其中，x为磨损系数。查表得：工件精度IT10级以上x=1工件精度IT1-IT13x=0.75工件精度IT14x=0.5该工件的公差都是自由公差，计算的时候我们都按IT14级精度，x=0.5。在所有的尺寸中，切断尺寸：、0.871640.62具体计算如表6.2。表6.2工作零件刃口尺寸计算尺寸类型公称尺寸公式计算后尺寸0.871640.18597切断.2)4/1(0max(Aj.36137设计模具的主要零件7.1凹模设计7.1.1凹模外形尺寸的计算首先确定凹模的形状，一般选择圆形或者矩形，凹模的形状确定是和冲压件的材质以及厚度有关，其主要决定因素的为工件的厚度。所以我们一般通过工件的厚度来计算凹模外轮廓的大小。凹模轮廓尺寸计算的经验公式如下所示：凹模高度计算H=Kb1（7-1）凹模壁厚的大小c1.5H（7-2）凹模的外轮廓长度L=b1+2c（7-3）凹模的外轮廓宽带B=b2+2c（7-4）式中：b1-支撑板外轮廓长度方向最大尺寸；b2-支撑板外轮廓宽度方向的尺寸；K-系数，和工件的厚度已经最大宽度有关，查表7-1。表7.1系数K值根据表7-1得：K=0.2。通过公式（7-1）可计算凹模板外轮廓尺寸：凹模高度计算：H=Kb2=0.2106.4=21.28（毫米）通过公式（7-2）我们计算凹模侧边厚度：c1.5H14=1.521.28=31.92（毫米）通过计算结果分析我们选择凹模侧边厚度是17毫米。根据排样图的实际，然后结合模架的标准确定外轮廓尺寸：LBH=250毫米240毫米。当时由于模具属于切断弯曲复合模，具有一定的特殊性所以没有一个整体的凹模，而且将凹模从中间分成两个部分，左侧部分属于定位用的定位板，右侧部分为切断凹模。图7.1定位板图7.2切断凹模7.1.2切断凹模刃口结构形式的选择生产的模具工件尺寸精度是比较高的，大批量生产的生产计划，所以我们选择直边是最合适的。这种类型的边缘强度是足够的，在维修模式下仍能正常工作。出来一般的凹模型腔进行设计刃口，由于本次设计最后具有切断工序，所以也要在其切断部15分设计出刃口。7.1.3凹模精度与材料的确定模具在模具设计模具设计的核心部分，也是靠模具保证工件的精度和表面光洁度，所以它的精度和表面粗糙度不能太低，否则会降低成品率，工件的材料，我们可以用Cr12，平行度一般为0.02内腔，精度IT7。7.2凸模的设计7.2.1凸模结构的确定因为该制件形状不复杂，切断凸模同时也是弯曲凹模，所以设计的过程中不但要考虑外形同是要考虑内形。凸模结构图如图7-3所示：图7.3切断凸模由于需要切断工序只需要在右边设计出刃口，所以左边部分不需要刃口，可以设计成倒角模式，切断凸模采用固定板与上模座固定。167.2.3凸模材料的确定本模具需要有比较高的耐磨性和较长的寿命，并且在冲压过程中，要持续的受到冲压力，所以我们需要选择强度和韧性都比较好的材料。所以我们选择Cr12，能很好的满足支撑板生产的需要，模具材料热处理为HRC5862HRC。7.2.4凸模精度的确定根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所以选用IT7级，表面粗糙度为Ra1.6um。7.4固定板的设计凸模固定板固定以保证凸模，凸模的强度，不休息，在工作的过程中，帮助完成凸凹模定位，盲板，上模座更好。凸模和凸模固定板固定的增加，模具选择合适的组合可以更好的生活。我们选择了H7/M6匹配。则凸模固定板的厚度：H凸固=（0.60.8）H凹（7-6）式中：H凸固-凸模固定板厚度；H凹-凹模厚度。根据公式（7-7）得凸模固定板厚度为：H凸固=（0.60.8）H凹=（0.60.8）H凹=（0.60.8）30=1824（毫米）大于上面数据即可，根据模具需要选择凸模固定板厚度30毫米。17图7.4固定板7.5垫板的设计垫板的厚度一般根据经验选择，外形尺寸和凹模一致，选择垫板尺寸为250毫米240毫米12毫米。图7.7垫板187.6上下模座、模柄的选用7.6.1上下模座的选用模具采用后侧导柱模架，模具和导柱具体尺寸规格如下表7.2所示。表7.2模架组合上模板HT200250下模板HT2006导柱20钢4导套20钢01257.6.2模柄的选用本次设计采用复合模生产，使用凸缘式模柄比较合适。设计模柄的原则，除了和压力机的直径相同，并且必须确保长度不能超过冲床滑块内的孔的深度。依据压力我选择直径为40毫米的模柄。国标型号：A40JB/T7646.3-19947.7模具工作过程冲压进行时，首先进行送料，我们可以使用定位板来完成工件的送料定距。然后上模下行，切断凸模与切断凹模完成工件的切断，然后在弯曲凹模和弯曲凸模的作用下完成弯曲，完成之后，上模上行，上面的推板将工件从切断弯曲凸凹模中推出，工件留在下模中，将工件沿着弯曲凸模滑动取出即可。7.8模具材料选择与热处理模具材料不仅影响模具寿命的正确选择，也影响产品的质量。根据模具制造，模具的工作条件，模具材料的性能及其它相关因素，经济，先进的选择，适用于模具材料。材料应在模具的性能要求的考虑。模具应考虑强度，韧性耐磨钢。强度和韧性之间，韧性和耐磨性转移。当主要的失效模式是在模具强度的脆性断裂，韧性好和较低的材料和合理的热处理工艺来提高韧性钢的选择，高合金钢可以根据实际情况选择高19强度高韧性，同时。从另外一种材料的合理选择和整体耐磨性韧性的角度，也可以考虑以确保韧性和耐磨性，对提高模具表面处理的合理使用。塑料模具钢的选择应考虑高温强度，耐磨性和耐腐蚀性塑料成形，还应考虑其加工性能和镜子。热处理不当是导致模具早期失效的重要因素。热处理对模具寿命的影响体现在热处理工艺的不合理要求，两负质量的热处理。统计数据表明，由于材料选择不当，热处理，模具的早期失效约占70%。208冲压力机的校核与选定8.1冲压设备的校核模具的闭合高度一般是指模具的上模座的上表面和下模座的下表面之间的距离，可以通过模具计算可得，计算方式就是吧所有的板的厚度相加。该模具闭合高度：H闭=H上+H下+H垫+L+H-h（8-1）式中：L-冲孔凸模长度；H-凹模厚度；h-冲孔凸模冲压之后深入到凹模的深度h=1毫米。利用以下公式可以计算得模具总的闭合高度：H闭=H上+H下+H垫+L+H-h=212（毫米）按封闭高度应满足模具高度的要求，我们选择了J23-16的压力设备，对压力机类型的选择符合要求，闭模高度小于选定的压力机的220毫米封闭高度，所以说J23-16最大高度满足，需可以使用。8.2冲压设备的选用通过以上的计算，我们选择了J23-16闭式单点压力机，可以满足我们的使用，通过压力和闭合高度我们选择之后，也要根据安装尺寸，以及模柄孔是否合适等来进一步审核是否合适。21结论本次毕业设计的我完成的主要任务是支撑板无废料连续模的设计。在模具设计的过程当中，首先需要够用CAD进行分析和总体设计，然后对模具的整体结构一个设计，然后进行零部件的设计。整个的设计过程中我完成了一下内容：第一：支撑板冲压工艺，其中包含冲压工艺分析，机构分析，材料分析同时结合以上内容进行工艺制定。第二：排样图的设计，本次设计中我们采用了无废料的连续模。第三，模具冲压力的计算和压力设备的选择。第四：计算模具的刃口，通过刃口的计算来提供模具的寿命，不合适的刃口，会大大降低模具的寿命。第五：通过计算和分析，来选择合适的标准件，可以实现互换性以及大批量的生产。本设计的优点是利用复合模，无废料的生产方式，提高了模具的生产效率，同时提高了材料的利用率大大节省了成本。22参考文献1任海东、苏君.冷冲压工艺与模具设计.郑州：河南科学技术出版社20072王丽霞、愈佳芝.计算机绘图.郑州：河南科学技术出版