弹性升降器底座B零件冲孔、落料工艺模具设计【L形工件弯折三角形】【冲压模具设计稿】
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L形工件弯折三角形
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- 内容简介：
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专业课程设计任务书学生姓名专业班级指导教师工作单位机电工程系设计题目弹性升降器底座B零件冲孔、落料工艺模具设计设计的主要内容：1.对冲压零件进行工艺分析、工艺计算、工艺论证，制定合理的冲压加工工艺。2.对冲压零件的成形力、压力中心、材料利用率、模具尺寸等工艺参数进行计算，并根据成形力、模具尺寸等工艺参数及冲压工艺对设备的要求选择冲压设备。3.设计冲压模具，绘制模具总装图及零件图。 设计的主要任务:1、查阅资料，分析零件的成形工艺，制定成形工艺方案，并进行工艺参数的设计计算；2、完成零件成形工艺中主要工序模具的结构设计及模具参数的设计计算；3、完成模具装配图、主要零件图的设计与绘制，绘图工作量不少于1张0号图纸（装配图1#1张、零件图6张：凸模、凹模、上模板、下模板及其它零件两件）；4、编写设计说明书（不少于5000字）。主要参考资料：1、冲压模具设计手册 马朝兴 化学工业出版社，20092、冲压工艺与模具设计 成宏 高等教育出版社，20093、现代模具工手册 杨占尧 化学工业出版社， 20074、冲压工艺设计工序图集 薛启翔 化学工业出版社，2009 5、冲压工艺与模具设计 牟林 北京大学出版社， 2008 指导教师签名：李光普 时间： 2014 年 11 月 25 日XXXX 学 院课 程 设 计（论 文）说 明 书题 目 冲压工艺与模具设计 学 生 系 别 专 业 班 级 材料成型及控制工程 学 号 指 导 教 师 课程设计（论文）的主要内容及基本要求内容：如图所示的零件，（1）生产批量：大批量；（2）材 料：1Cr13；（3）材料厚度：t=2.0mm。摘 要本文阐述了冲压复合模的结构设计及工作过程，通过工艺分析，采用落料冲孔，弯曲等工序，通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定模具类型。该模具采用后侧导柱模架。落料凹模采用整体结构，废料从凸凹模的开槽中卸出。本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。关键字：冲压；落料冲孔；复合模；弯曲模，模具结构目 录摘 要3绪 论5第一章、冲压件工艺性分析及冲裁方案的确定61.1.材料分析61.2.展开尺寸的计算61.3.冲裁方案的确定7第二章、排样图的设计及材料利用率的计算92.1.排样的设计92.2.搭边的选取92.3.材料利用率的计算10第三章、冲裁工艺力的计算123.1.冲裁力的计算123.1.1冲裁力的计算公式123.2.卸料力、推件力、和顶件力的计算123.3.冲压压力中心计算13第四章、冲压设备的选择164.1.选择压力机16第五章、冲裁模工作部分设计计算175.1.冲裁间隙175.2.模具刃口尺寸的计算175.2.1.落料部分刃口设计计算175.2.2.冲孔部分刃口设计计算19第六章、主要零部件设计206.1落料凹模设计206.1.1.落料凹模外形和尺寸的确定206.1.2.落料凹模的结构形式206.2.凸凹模设计206.2.1.模具的结构形式和固定方法206.2.2.凸凹模长度的确定216.3.冲孔凸模216.3.1.冲孔凸模的固定形式216.3.2.凸模强度校核216.3.3.冲孔凸模的结构22总 结23参考文献24 绪 论改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。冲压加工在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。现代各种先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属板料。冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。第一章、冲压件工艺性分析及冲裁方案的确定1.1.材料分析冲裁材料为1Cr13，查文献属于不锈钢，屈服点s=450MPa，抗拉强度400-500MPa，延伸率不小于20，抗剪强度320-400MPa ，塑性好，焊接性好，适合冲裁。1.2.展开尺寸的计算弯曲件毛坯的展开尺寸是根据变形中性层长度不变的原理来求出的，对于变形程度很小或对尺寸要不高的弯曲件来说，可以近似的认为变形中性层与毛坯的断面中心相重合，这时，中性层的位置为=r+t/2式中 r弯曲件内层的弯曲半径t板料的厚度，而当需要精确的求出弯曲毛坯的展开长度时，就必须精确的求出变形中性层的位置。确定位置之后就可以进行毛坯展开长度的计算了，这需要一个中性层的位移系数，此系数对于弯曲形状及弯曲程度不同，数值也不同，需要根据实际的模具调节展开尺寸。本产品，尺寸没标公差，属于自由公差，可以直接按毛坯的断面中性层尺寸计算， 经过计算 L1=31，宽度尺寸不变此尺寸目前是待定，在实际生产时需调节。产品展开后是正方形，四个角是尖角，为防止模具破裂，减少模具应力集中，应将四个尖角改成R角，如图，展开图纸如下图所示：1.3.冲裁方案的确定冲裁工序按工序的组合程度可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。复合冲裁是在压力机的一次行程中，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的工序；级进冲裁是把一个冲裁件的几个工序，排列成一定顺序，组成级进模，在压力机的一次行程中，模具的不同位置同时完成两个或两个以上的工序，除最初几次冲程外，每次冲程都可完成一个冲裁件。该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有以下五种工艺方案：方案一：先落料，后冲孔，弯曲。采用单工序模生产。方案二：落料-冲孔复合冲压，弯曲。采用倒装复合模+单工序模生产。方案三：冲孔-弯曲-切断级进冲压。采用级进模生产。方案一结构简单，但需三道工序、三副模具才能完成，生产效率也低，如此则浪费了人力、物力、财力，从经济性的角度来考虑不妥当，难以满足大批量的生产要求。方案二采用倒装复合模生产，与方案一相比，倒装复合模具把凸凹模放在下模，虽然模具结构较方案二简单，可冲工件的孔边距也较大，但是工件的平整性较方案一差。弯曲也是一次成型实现。弯曲时可以矫正平整度。方案三采用冲孔弯曲切断级进模具生产，也只需要一副模具，制造精度高，先冲孔后弯曲，切断，但是其模具结构复杂，生产周期长，成本高。通过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。第二章、排样图的设计及材料利用率的计算2.1.排样的设计冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等，因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。展开后的图形，类似T型件，排样方法可以采用错位的排样方法，来提高材料利用率。如图3-1所示。 图3-1冲裁件的排样合理的排样方法，应是将工艺废料减到最少。考虑到该工件的外形特征和材料的利用情况，因此采用以上的的排样方式。 2.2.搭边的选取（一）搭边搭边值的选取关系到送料的顺利进行、制件的质量、材料的利用率、模具寿命。搭边值要合理确定。搭边值过大，材料利用率低。搭边值小，材料利用率虽高，但过小就不能发挥搭边的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时还会被拉入凸模和凹模间隙，损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值过小，会使作用在凸模侧面上的法向应力沿着落料毛坯周长的分布不均匀，引起模具刃口的磨损。搭边值一般由经验确定，根据工件宽和材料厚度，由文献P72表2-13，选工件间搭边值a=1.5mm,侧面搭边a1=1.8mm。（二）条料宽度的确定排样方案和搭边数值确定后，即可确定条料或带料的宽度和进距。条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。因此，在确定条料宽度时必须考虑到模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃，根据不同结构分别计算。进距是指条料在模具上每次送进的距离，进距的计算与排样方式有关，每个进距可以冲出一个零件，也可以冲出几个零件。进距是决定挡料销位置的依据。每次只冲一个零件的进距的计算公式为 式中 B平行于送料方向工件的宽度； a冲件之间的搭边值。条料宽度 B-=(Dmax+2a)- =(31+12+1.5+21.8) -0.5 =48.1-0.5 mm条料与导料板之间的间隙查表3-1得=0.5mm,2.3.材料利用率的计算一个步距的材料利用率h为 h= 上式引自文献式式中 A冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（mm2）；N一个布距内冲裁件数目；B条料宽度（mm）； H进距（mm）；冲裁件的面积A=787mm2进距S=B+a=43+1.5=44.5mm故一个进距内的材料利用率为=nF/Bs100% =2787/48.144.5100%=73.53%第三章、冲裁工艺力的计算3.1.冲裁力的计算冲裁力计算包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离的力，其大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度等参数有关。3.1.1冲裁力的计算公式冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。考虑到成本和冲裁件的质量要求，此用平刃口模具冲裁，冲裁力F（N）： 上式引自文献式（2-1）。式中 L冲裁件周边长度（mm）； t材料厚度（mm）；材料抗剪强度（MPa）；K系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取系数K=1.3。冲裁件周边长度L=133.52mm，孔周长为3.144+215=42.56，落料冲孔总长度为133.52+42.56=176.08。材料的抗剪强度（MPa）查文献表2-7：取b=400 MPa一般情况下，材料的b=1.3，故冲裁力F（N） F=LTb=4001.3176.082.0=183.123KN 式中b材料的抗拉强度（MPa）。3.2.卸料力、推件力、和顶件力的计算从凸模上将零件或废料卸下来的力称卸料力，顺着冲裁方向将零件或废料从凹模腔推出的力称推件力，逆着冲裁方向将零件或废料从凹模腔内顶出的力称。卸料力、推件力、顶件力是由压力机和模具的卸料、顶件装置获得的。影响这些力的因素主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。在此用经验公式计算： =0.05F=0.05183.123=9.16KN =0.055F=0.055183.123=10.07KN式引自文献P52。式中 F冲裁力；、分别为卸料力、推件力、顶件力系数，其值查表4-1。表4-1 卸料力、推件力和顶件力系数料厚（mm）K卸K推K顶钢0.10.10.50.52.52.56.5 6.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.060.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝 铝合金紫铜 黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09 注：表4-1引自文献。卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 冲裁时，所需冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是否要考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待。采用刚性卸料装置和下出料的冲裁模的总压力为 采用弹性卸料装置和下出料的总压力为 采用弹性卸料装置和上出料方式的的总压力为 式（4-5）、（4-6）、（4-7）引自文献2P52。因为工件厚2.0mm，相对较薄，卸料力也比较小，故采用弹性卸料装置上出料方式，总冲压力F总：F总=F冲+F卸+F顶=183.123+9.16+10.07=202.35KN3.3.冲压压力中心计算冲裁时的合力作用或多工序模各工序冲压力的合力作用点，称为模具压力中心。如果模具压力中心与滑块的压力中心不一致，冲压时会产生偏载，导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损，降低模具寿命和压力机的使用寿命。计算压力中心时，如图4-2所示。为了减少计算，坐标设在和上，此时=0，=0，可少算两个数。将xoy坐标系建立在图示的对称中心上，将冲裁轮廓线按集合图形分解为10段基本线段。若选用J23-63冲床，模柄孔40，压力中心点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。有关计算如表4-1。落料冲孔模如下：F1冲腰孔力 F1=4001.342.562.0=44.26KN，F2左落料力 F2=4001.394.72.0=98.5KN,F3右落料力 F2=4001.338.82.0=40.35KN,Y1F1到X轴的力臂 Y1=0X1F1到Y轴的力臂 X1=-9.5Y2F2到X轴的力臂 Y2=0X2F2到Y轴的力臂 X2=-9.5Y3F3到X轴的力臂 Y3=0X3F3到Y轴的力臂 X3=6.5根据合力距定理：YG=（Y1F1+Y2F2+Y3F3）/（F1+F2+F3）YGF冲压力到X轴的力臂；YG=0XG=（X1F1+X2F2+X3F3）/（F1+F2+F3）XGF冲压力到Y轴的力臂；XG=-5.97第四章、冲压设备的选择4.1.选择压力机考虑到制件的精度要求，参考文献P49初选J23-63压力机，其主要技术参数如下： 公称压力：630KN 标称压力行程:8mm 滑块行程：120mm 最大封闭高度：360mm 封闭高度调节量：90mm 工作台孔径（前后左右）：480mm710mm 模柄孔尺寸（直径深度）：50mm70mm第五章、冲裁模工作部分设计计算5.1.冲裁间隙冲裁间隙是冲裁模的凸模和凹模刃口之间的间隙。冲裁间隙分为单边间隙和双边间隙单边间隙用C表示,双边间隙用Z表示。间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中一个极其重要的工艺参数。本模具所冲裁的材料为1Cr13，材料厚度为2.0mm，查表得：=0.06mm，=0.10mm.5.2.模具刃口尺寸的计算冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，合理的间隙的数值也必须依靠模具刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸及其公差是设计冲裁模的主要任务之一。（一）计算原则由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都是带有锥度的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲裁件的小端尺寸等于凸模尺寸。在测量与使用过程中，落料件是以大端尺寸为 基准，冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，在确定凸、凹模刃口尺寸时，必须遵循下述原则：（1）落料模先确定凹模尺寸，其标称尺寸应取接近或者等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。（2）冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应接近或者等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。5.2.1.落料部分刃口设计计算应以凹模为基准件，然后配做凸模。图示为落料件，先做凹模，凹模磨损后，（图6-6右图的点画线位置），刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况。因此凹模尺寸应按不同情况分别计算。 凹模磨损后尺寸变大（图中A类）。 计算这类尺寸，先把工件图尺寸化为A0-，再按落料凹模公式计算: 上式引自文献2P64式（2-11）。式中Ad凹模刃口尺寸（mm）； A工件标称尺寸（mm）；工件公差（mm）；d 凹模制造偏差（mm）；d=/4。落料凹模尺寸： Aj1=(Amax-X)+ =43-0.50.04=42.98+0.020; Aj2=(Amax-X)+ =31-0.50.04=30.98+0.020;Aj3=(Amax-X)+ =12-0.50.02=11.99+0.020;Aj4=(Amax-X)+ =6-0.50.02=5.99+0.020;Aj5=(Amax-X)+ =1-0.50.02=0.99+0.020;该零件落料时凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值=0.040.08 mm。本设计中取0.06。落料凸模尺寸：Aj1=(Amax-2Z)+ =43-20.08=42.840-0.02; Aj2=(Amax-2Z)+ =31-20.08=30.840-0.02; Aj3=(Amax-2Z)+ =12-20.08=11.840-0.02; Aj4=(Amax-2Z)+ =6-0.08=5.920-0.02;Aj5=(Amax-Z)+ =1-0.08=0.920-0.02;5.2.2.冲孔部分刃口设计计算 由于冲出的孔形状简单，所以凸模与凹模分开加工。由文献2P58表2-5查得=0.06mm =0.10mm -=（0.10-0.06）mm=0.04 mm 由文献2P58表2-10查得凸、凹模的制造公差： =0.02 mm, =0.02 mm/2=（0.0+0.02）/2mm=0.02 mm- 工件尺寸11mm未标注尺寸公差，按照IT10级精度处理，x=0.5,，工件公差=0.04，冲孔凸模尺寸：Bj1=(Amin+X)+ /4 =4+0.50.02=4.01+0.020Bj2=(Amin+X)+ /4 =19+0.50.02=19.01+0.020冲孔凹模尺寸：Bh1=(Amin+2Z)- /4 =4+20.08=4.160-0.02 Bh2=(Amin+2Z)- /4 =19+20.08=19.160-0.02第六章、主要零部件设计6.1落料凹模设计6.1.1.落料凹模外形和尺寸的确定方凹模可由冷冲模国家标准或工厂标准件中选用。非标准尺寸的凹模受力状态比较复杂，目前还不能用理论计算方法确定，一般按照经验公式概略地计算，如9-2图所示：凹模高度 H=Kb (15mm)凹模壁厚 c(1.52)H（3040mm）式中 b冲压件最大外形尺寸 K系数，考虑板材厚度的影响，其值可查文献2P224表8-1。 上述方法适用于确定普通工具钢经过正常热处理，并在平面支撑条件下工作的凹模尺寸。冲裁件形状简单时，壁厚系数取偏小值，形状复杂时取偏大值。用于大批量生产的凹模，其高度应该在计算结构中增加总的修模量。 根据本模具情况，查得K=0.64。凹模高度H=Kb=0.6443=27.52mm15mm由于大批量生产，考虑到总的修模量，凹模厚度H取30mm.凹模壁厚取40-50mm。6.1.2.落料凹模的结构形式由于该冲模形状简单，考虑到凹模内孔加工比较简单，可以采用凹模整体的结构形式，这样便于成形磨削，使制造简单化，模具的装配比较容易。6.2.凸凹模设计凸凹模是本模具中相当重要的工作零件，是完成冲压工作的主要零件。圆形凸模已趋于标准化。非圆形凸模固定部分应做成圆形或矩形，如果采用线切割或成型磨削时，固定部分应和工作部分一致。6.2.1.模具的结构形式和固定方法凸、凹模的固定形式有以下几种方式：直接固定在模板上；台阶固定，螺栓压紧；铆接，凸模上台阶，装配时端面铆开然后磨平；采用紧固配合固定；粘接剂浇注法固定；螺钉、销钉固定。由于凸凹模落料部分具有复杂外形和较大的断面积，所以模具采用螺钉与下模板连接。凸模上无台阶，装配时上面铆开然后磨平，这种形式适用于形状较复杂的零件，加工凸模时便于全长一起磨削。6.2.2.凸凹模长度的确定 凸凹模的长度一般是根据结构上的需要确定的，如图9-9所示： 凸凹模长度 L=h1+t+a式中h1卸料板厚度（mm）； t材料厚度（mm）,t=1.5mm； a附加长度，它包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度。这一尺寸如无特殊要求，可取1025mm。 卸料板厚度18mm,凸凹模长度为 L=18+2+20+15=55mm 取凸模长度为55mm.由于凸凹模的断面积较大，故不需要进行强度核算以及抗弯能力和承压能力的校核。6.3.冲孔凸模凸凹模的材料选择Cr
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