冲压模具设计垫片设计.doc

吉林化工学院本科课程设计说明书目 录第1章 绪论1第2章 冲压工艺方案设计与确定32.1设计任务及工件图32.1.1设计任务及工作量32.1.2工件图32.2最佳工艺方案的确定32.2.1冲压件的工艺性分析32.2.2确定最佳工艺方案32.3排样、选板材及计算板材利用率52.3.1排样设计与搭边值的确定52.3.2排样方案的选择52.3.3材料利用率的计算52.4压力中心计算6第3章 冲裁工艺力计算及压力机选用83.1冲裁力的计算83.2初选压力机8第4章 凸、凹模刃口尺寸计算与结构设计104.1凸、凹模刃口尺寸的计算104.1.1凸、凹加工方法的确定104.1.2冲孔部分104.1.3落料部分104.2凹、凸的结构设计114.2.1凹模的结构设计114.2.2凸模的结构设计124.2.3凸凹模的结构设计12第5章 落料-冲孔复合模其他零件设计145.1模具结构形式的确定145.2其他零部件的设计选用145.2.1凸模固定板的设计145.2.2凹模固定的设计165.2.3压边圈的设计165.2.4挡料销的设计165.2.5推件块的设计165.2.6弹性卸料板的设计175.3标准模架与导向零件选择185.4压力机的选定205.5件落料-冲孔复合模总装配图20参考文献22课程设计体会与感想23老师提醒目录部分不要改动，待章节内容确定后，右键单击更新域，再更新整个目录。I第1章 绪论冲压是在室温下，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，从而获得所需零件的一种压力加工方法。而我们把在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺设备，称为冲压模具（俗称冲模）。冲模可根据工艺性质和工序组合程度分类，其中按照工艺性质可分为：冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模；根据工序组合又可分为单工序模、复合模、级进模。模具作为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具使用寿命，还可以提高产品经济效益。在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了老师提醒：章节安排与文字格式按此格式，文字内容不得抄袭，零件图及尺寸设计需根据自己的零件图设计。冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。第2章 冲压工艺方案设计与确定2.1设计任务及工件图2.1.1设计任务及工作量（1）零件的冲压工艺性分析。（2）确定最佳工艺方案及凸、凹模刃口尺寸及关键结构工艺计算。（3）其他零部件的设计与选用。（4）总体模具设计。（5）绘制模具总装图1张（A1）。2.1.2工件图垫片 材料：08钢，板料厚度t=1.5mm 生产批量：大批量图2-1 零件图2.2最佳工艺方案的确定2.2.1冲压件的工艺性分析该材料形状简单，只有落料和冲孔两个工序。材料为08钢，具有良好的塑性和冲压性能，适合冲裁。由文献3表2-9查出，冲裁件内外形所能达到的精度为IT14。工件结构形状相对简单，圆形的，其中还有一直径为的孔，可以冲裁。将以上精度与工件简图中标注的尺寸公差相比较，可认为该工件的精度要求能够在冲裁加工过程中得到保证，其他的尺寸标注等情况，也符合冲裁的工艺要求。2.2.2确定最佳工艺方案方案一：先冲孔，后落料。单工序模生产。方案二：冲孔落料复合冲压。复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲压。级进模生产。表2-1 各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模级进模复合模无导向有导向零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT10IT8级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产结合表2-1分析知：方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。方案二也只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三简单。通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲 压生产采用方案二为佳。2.3排样、选板材及计算板材利用率2.3.1排样设计与搭边值的确定冲裁件在条料上的布置方法称为排样。排样设计包括选择排样方法、确定搭边值、计算条料宽度和送料步距，计算材料利用率，画排样图。采用单排方法进行排样，根据零件形状及材质，查冲压模具设计手册表2-17可知：工件之间搭边值a=2.8mm, 工件与侧边之间搭边值b=3.5mm。 图2-2排样图2.3.2排样方案的选择根据对所给零件的分析，综合各方面因素，权衡利弊，采用直排有废料排样方式，这样可以保证冲件质量，提高模具寿命。可以补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度利于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。根据直排的排样方式，可以将排样分为横排和竖排。2.3.3材料利用率的计算横排排样利用率计算。如图3-2所示 图2-3横排排样图横排利用率计算如下：.板料长：39+39+2.8+2x3.5=87.8mm;板料宽：65+39+3.5x2=111mm.计算冲压件的毛坯面积:S板料87.8x111=9745.5.零件的面积：S零件: 265x39+3.14(39/2)）=7457.97.一个进距的材料利用率：=7457.97/9745.8100=76.52纵排排样利用率计算 例图2-4所示：图2-4 纵排排样图纵排排样利用率计算如下：.板料长：2x3.5+2.8+(65+35)x2=217.8mm;板料宽：2x3.5+39=46mm.计算冲压件的毛坯面积:S板料:217.8x46=10018.8.零件的面积:S零件:265x39+3.14(39/2)）=7457.97.一个进距的材料利用率:=10018.8/7457.97100=74.432.4压力中心计算（1）按比例画出零件的轮廓形状，并确定坐标系，标注如图3-3所示。（2）分别画出坐标轴x，y。图2-4 坐标图经过对该零件图的分析，该工件是一个对称工件，故其压力中心为工件的中心。综上所述，冲裁件的压力中心坐标为（0，0）。第3章 冲裁工艺力计算及压力机选用3.1冲裁力的计算（1）冲裁力的计算： 查冲压模具与模具设计表3-7 可知 =240MP1 落料力：=1.3（65x2+3.1439）2.5240=196.918KN 2 冲孔力：=1.32（3.1420.8）2.5240=101.886KN 3 落料时的卸料力：查冲模设计手册表3-14取=0.02，故:=3.9383KN4冲孔时的推件力： 查冲模设计手册表3-14取=0.03,n=2, 故 = 2x0.03x101.886=6.113KN 5 总压力： =196.918+101.886+3.938+6.113 =308.855KN =30.8吨 3.2初选压力机 根据总压力30.8吨查简明冲压模具设计手册表9-2可选用：开式双柱可倾压力机J21-45公称压力：450KN滑块行程：32mm最大闭合高度：270mm最小装模高度：220mm连杆调节度：60mm工作台尺寸：810mm440mm（前后左右）模柄孔尺寸：50mm60mm（直径孔深）应使模具的闭合高度满足：H-5HH+10 即：190mmH140mm第4章 凸、凹模刃口尺寸计算与结构设计4.1凸、凹模刃口尺寸的计算4.1.1凸、凹加工方法的确定在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。因该工作零件的形状相对较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算。4.1.2冲孔部分凸、凹模刃口尺寸对冲孔 20.8 mm 采用凸凹模分开的加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸分别按IT10和IT12制造，计算如下：由冲压工艺与模具设计表3-20可得间隙值： 0.175mm， 0.225mm由冲压工艺与模具设计表3-25可得凸、凹模制造公差：0.017mm ， 0.027mm查冲压工艺与模具设计表3-24可得磨损系数：x=0.75冲孔凸凹模尺寸： =（20.8+0.750.19）=20.943mm =(20.943+0.175)=21.117mm4.1.3落料部分凸、凹模刃口尺寸对外轮廓的落料采用分开加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：由冲压工艺与模具设计表3-20可得凸、凹模制造公差：对于两个半圆轮廓 ： ， 查冲压工艺与模具设计表3-24可得磨损系数：落料凸凹模尺寸：=（104-0.50.38）=103.81mm=(103.81-0.175)=103.635mm4.2凹、凸的结构设计4.2.1凹模的结构设计凹模的刃口形式，考虑到实际生产中的应用，所以采用刃口强度较高的凹模，即如下图4-1所示的刃口形式。图4-1 凹模零件图由凹模厚度H=kb，b为冲压件最大外形尺寸。凹模壁厚c=（1.52）H可得：由实用冲压工艺及模具设计手册表3-65可知：k=0.24 H=kb= 0.24x104=24.96 mm (4-1)因为凹模的高度要为一个整数值，故取H=25mm c=1.5H= 1.825=45mm 取c=45mm (4-2)凹模长度：B=b+2c=104+245=194mm凹模宽度：L=b+2c=36+245=126mm4.2.2凸模的结构设计冲20孔的圆形凸模，由于模具需要在凸模外面装推件块，因此设计成直立的形状。根据工件图样，工件中有1个孔，因此，需设计1个凸模，为了方便固定，采用阶梯式，长度为： =44 mm =20mm最终确定凸模高度为54mm，凸模结构及尺寸标注如下图4-2所示。 图4-2 凸模零件图4.2.3凸凹模的结构设计本模具为复合冲裁模，因此除冲孔凸模和落料凹模外，必须还有一个凸凹模。凸凹模的结构简图如下图4-3所示。校核该凸凹模的强度：按冲压模具设计与制造表6-11可得凸凹模的最小壁厚 10mm，而实际最小壁厚为16mm，故复合设计的强度要求。卸料板厚度由实用冲模机构设计手册查表2.9-1 通过上述凸凹模刃口尺寸的计算，可得：凸凹模的高度为：=15mm =9mm h=16mm 30mm 最终确定凸凹模高度为51.5mm ，卸料板厚度为10mm。式中为卸料板厚度，为凸凹模固定板厚度，t为材料的厚度，h为卸料板与固定板之间的安全高度。图4-3 凸凹模零件图 第5章 落料-冲孔复合模其他零件设计5.1模具结构形式的确定（1）采用倒装结构倒装式复合模的冲孔废料可通过凸凹模，从压力机工作台孔漏出。工件由上面的凹模带上，由推件装置推出，再由压力机上的附加装置接走。条料由下模的卸料装置脱出。这样操作方便而且安全，能保证较高的精度。（2）卸料装置复合模冲裁时，条料将卡在凸凹模外缘，因此，需在下模装卸料装置。在下模的卸料装置有两种形式：一种是将弹性元件装设在压边圈与下模板之间；另一种是将弹性元件装设在下模板下面。由于此件的卸料力较大，故采用后一种结构。并且由于橡胶结构简单，制造容易，故采用橡胶作为弹性元件。（3）导向装置为了准确导向并提高工件精度，采用冷冲模滑动导向模架。综上所述，该复合冲裁模的结构要点如下：采用倒装式复合模。凸凹模装在下模，冲孔凸模和落料凹模装在上模，这样可以使冲孔废料向下出料，有利于安全操作和保护模具刃口。上模座采用刚性推件装置。当上模座向上回程时，压力机通过顶杆使推件板将冲好的件由凸凹模推出。下模采用弹性卸料装置。橡胶的压力通过压边圈使条料从凹模上脱出。设计使用复合冲模将凹模及凸模固定在上模上，是典型的倒装结构。两个导料销控制条料送进的导向，固定卸料板控制送料的进距。卸料采用弹性卸料装置，弹性卸料装置由卸料板、卸料板螺钉和弹簧组成。冲制的工件有推杆和推件块组成的刚性推件装置推出。冲孔的废料可通过凸凹模的内孔从压力机台面孔漏下。5.2其他零部件的设计选用5.2.1凸模固定板的设计固定板上需要开设六个阶梯形圆孔，与凸模进行配作，由于凸凹模与上模座间没有销钉及螺钉的连接，为了使凸凹模固定在上模座上，因此采用固定板来实现。凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍，其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置；固定板上的凸模安装孔与凸模采用过渡配合压撞后端要磨平；固定板的上下表面应磨平，与凸模安装孔的轴线垂直粗糙度1.60.8m；固定板材料一般采取45#钢。其具体结构及尺寸如下图5-1所示。图5-1 凸模固定板5.2.2凹模固定的设计 与凸模固定板和垫板一同固定在上模座上。5.2.3压边圈的设计压边圈的主要作用是防止拉深起皱，同时拉深结束后兼起脱卸工件的作用，因此凹模下部不必再装置刮件环。压边圈与凸凹模共同作用，保证拉深顺利进行，不起皱。5.2.4挡料销的设计本模具采用横向送料，因此采用固定挡料销，将其固定在凹模侧壁的支架上, 条料送进时，必须保证条料在模具中有正确的送进距离和送进方向。本模具采用横向送料，因此采用固定挡料销，将其放在固定凹模侧壁的支架上面。挡料销的作用是保证条料有准确的送料进距。挡料销结构如图5-2所示。 图5-2挡料销5.2.5推件块的设计推件块的结构设计如图所示5-3。 图5-3推件块5.2.6弹性卸料板的设计 卸料板的设计本模具采用固定卸料板，目的是为了使落料后剩余的料不随凸凹模向上移动。其具体结构设计如图5-4所示。 图5-4弹性卸料板5.3标准模架与导向零件选择GBT285117(90)GBT285214(90)列出了各种不同结构和不同导向形式的标准模架，是由国家技术监督局批准并发布实施的标准，常用的导柱导套式模架，是由上、下模座和导向零件组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受冲压过程的全部载荷。模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。上、下模间的精确位置，由导柱、导套的导向来实现。 按导柱在模架上的固定位置不同，导柱模架的基本型式有如图5-5所示的四种。 (a) (b) (d) (c)图5-5标准模架图a)为后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导柱导套单边磨损，并且不能使用浮动模柄结构 。图b)为中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。图c)为对角导柱模架。由于导柱安装在模具中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模 (X轴为横向，Y轴为纵向) 图 d)为四导柱模架，具有滑动平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。根据以上特点选用a较为适合。根据材料的排样方式和模具闭合高度，拟选用两导柱滑动模架。模架的选择 既要满足零件在模架上的摆放空间和模架的闭合高度，又要满足模架在压力机上摆放的平面尺寸和压力机的闭合高度和凹模周界尺寸，故所选规格如下： 凹模周界： L=160mm，B=110mm 模具闭合高度： H=170mm，H=210mm 上模座： 32025040mm（GB2855.5-81） 下模座： 32025050mm（GB2855.6-81） 导柱： 25100mm（GB2861.1-81） 导套： 259538mm（GB2861.6-81） 模柄的选择：根据所设计模具的结构，选择压入式模柄。5.4压力机的选定考虑到模具的闭合高度、平面尺寸及冲裁力等因素，选用开式16吨压力机，查开式压力机：最大闭合高度： H=210mm最大装模高度： H=170mm 连杆调节尺寸： 60mm 工作台尺寸：左右810mm，前后440mm 模柄孔尺寸： 5060 应使模具的闭合高度满足：H-5HH+10 即：190mm170140mm 满足以上条件，故选用J23-45压力机。因此符合设计要求。 5.5件落料-冲孔复合模总装配图 件落料冲孔复合模总装图如下图5-6所示。 1-下模座；2-导柱；3-内六角螺钉；4-活动挡料销；5-导套； 6-凸模固定板；7-冲孔凸模；8-上模座；9-连接推杆； 10-推板；11-打料杆；12模柄-；13-销钉；14-内六角螺钉；15-凹模；16-推件块；17-卸料板；18-弹簧；19-凸凹模；20-凸凹模固定板；图5-6落料冲孔复合模总装配图 参考文献1冲压成形工艺与模具设计 主编 李奇涵 科学出版社 20062实用冲压工艺及模具设计 主编 洪慎章 机械工业出版社 20083冲压模具最新工艺和实用手册电子版 20074王金龙，冷冲压工艺与模具设计，清华大学出版社 20075模具设计与制造技术教育丛书委员会，模具结构设计，机械工业出版社 20056甄瑞麟，模具制造工艺学，清华大学出版社， 20057魏公际，龚晓涛，冲模失效原因分析及解决措施，西安航空职业技术学院，20088 李志刚编 中国模具设计大典 南昌 江西科学技术出版社 2003.9 冯炳尧等编 模具设计与制造简明手册 上海：上海科学技术出版社 198510涂序斌，冲压模具设计中的五要素，江西工业贸易职业技术学院，200511 Papadakis, Emmanuel E U1 trasonic 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