叶片冲压模具设计【9张CAD图纸+PDF图】
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- 内容简介：
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课程设计说明书目目 录录1 绪 论11.1 模具在现代工业生产中作用12 落料、冲孔工艺及模具设计22.1 冲裁件的工艺性分析22.2 确定工艺方案22.3 冲裁件的排样和搭边32.3.1 计算零件展开尺寸32.3.2 排样42.3.3 搭边42.3.4 条料宽度和导尺间距离的计算42.4 冲裁工艺力52.4.1 凸凹模间隙值的确定52.4.2 凸凹模刃口尺寸的确定52.4.3 冲裁力的计算72.4.4 卸料力胀形力计算82.4.5 模具压力中心的确定82.4.6 初步选定冲压设备92.4.7 模具闭合高度92.5 落料、冲孔及胀形模主要零部件的结构设计112.5.1 凸模、凹模的结构设计112.5.2 凸凹模的结构设计122.5.3 定位零件的设计与标准122.5.4 卸料与推件零件的设计132.5.5 导向零件设计与标准142.5.6 紧固零件的设计与标准152.5.7 橡胶垫的计算152.5.8 冲模模架的型号与选择1626 模具结构图18参考文献19课程设计说明书 01绪绪 论论1.1 模具在现代工业生产中作用模具在现代工业生产中作用 汽车这种交通工具在我们的生活中处处可见，是我们现代生活必不可少的代步工具。此次课题为汽车油管支架冲压工艺分析及模具设计，要求综合运用所学的专业知识完成本次设计。通过毕业设计，要掌握设计零件的基本方法和流程，将所学知识与实际相结合，充分、灵活的应用所学的专业知识，为今后的工作打下良好的基础。冲压工艺是一种先进的金属加工方法，它是建立在金属塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料金属进行加工以获得所需零件的形状和尺寸。冲压件与铸件、锻件相比, 具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难以制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件, 以提高其刚性。冲压和切削加工相比，具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、产品尺寸精度稳定、操作简单、容易实现机械化和自动化等一系列优点，特别适合于大量生产。在现今国内的市场，随着国民经济发展和生活水平的提高，有越来越多的人成为有车一族，这就要求汽车行业生产具有与之相应的速度，因此对生产各种零件的模具需求量很大，同时也要求国产模具必须在质量、交货期等方面满足用户的需求。另外，随着近年来工业发达国家的人工费用增加，其模具生产正向发展中国家特别是东南亚国家转移。因此，只要国产模具的质量和交货期能够保证，模具行业的前景是十分乐观的。有专家认为，伴随着世界经济的一体化浪潮，全球制造业加速向中国大陆地区转移已是大势所趋，中国也将逐步发展成为世界级的模具制造业基地。模具行业的发展，直接带动了汽车、信息电子、家电、农用机械、食品、机械、建筑等等相关行业的发展。从我们的日常生活中就可以看出，模具制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各行各业都有广泛应用，随着对模具制品需求量的日益增加，使得模具行业在国民经济中的重要性也日渐凸显出来。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经衡量成为一个国家制造业水平高低的重要标志之一。我们必须意识到，对模具进行研究设计能够使我们更好地认识模具工业在国民经济地位中的重要性。要使国家制造业高速发展，以加速实现社会主义四个现代化，模具工业将发挥巨大的作用。课程设计说明书 1 2 落料、冲孔模工艺及模具设计落料、冲孔模工艺及模具设计2.1 冲裁件的工艺性分析冲裁件的工艺性分析如图 2-1 所示工件为叶片零件，材料为 Q345抗拉强度（b/MPa）: 345断后伸长率（5/%）：28料厚为 t=2mm，生产性质属大批量生产。图 2-1 零件图 零件的经济性分析 该零件结构比较复杂。零件要承受外力，对强度刚度有一定的要求。零件尺寸公差无特殊要求，按 IT11 级选取，利用普通冲裁方式可达到图样要求，适合冲裁加工。见表 2-1 所示内容：表表 2-1 冲裁件的结构工艺性冲裁件的结构工艺性工艺性质冲压件工艺项目工艺性允许值工艺性评价落料外形1 形状冲孔圆孔40mm符合工艺性课程设计说明书 22 孔径40，16.4.15.81.3t符合工艺性3 孔边距30mm2t符合工艺性2.2 确定工艺方案确定工艺方案从零件的结构形状可知，零件所需的冲压基本工序为：落料、冲孔。根据零件特点和工艺要求，可能有的冲压工艺方案如下：方案一：先落料，在冲孔两套模具。方案二：落料，冲孔复合需要一套复合模具方案三：合并工序，采用级进模。 方案一采用单工序模具结构简单，制造周期短，制造费用低，但是需要多付模具，生产成本高，工序复合程度低，生产效率也较低，适于中小批量的生产。 方案二采用复合模，虽然复合模生产效率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但是复合模结果复杂，制造精度要求高，成本高，适于大批量生产高精度制件。 方案三采用了级进模，级进模生产效率高， 便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造复杂，成本高，适于大批量生产。由于制件尺寸大，壁厚小，强度会受到影响，在考虑生产效率，劳动强度，模具寿命，和生产成本。及考虑大批量生产的要求，选择方案二。2.3 冲裁件的排样和搭边冲裁件的排样和搭边2.3.1 计算零件尺寸计算零件尺寸应用 CAD 软件进行计算，坯料总尺寸 L切断=491mmL冲孔=49.4+125.6+51.5=226.5mm课程设计说明书 32.3.2 排样排样为了节约金属和减少废料，考虑到坯料形状为矩形，采用单排最适宜。具体排布如图 2-3 所示。图 2-3 排样图2.3.3 搭边搭边为了补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证材料有一定刚度，便于送料。取搭边沿边 a= 2。5，工件间 a1=2.5。2.3.4 条料宽度和导尺间距离的计算条料宽度和导尺间距离的计算在设计中采用无侧压装置的模具，条料送进时可能因条料的摆动而使搭边不能保证。为了保证侧搭边，条料宽度应增加一个可能的摆动量。如图 2-4 所示，条料宽度 B 按下式计算，其中 Z0=0.5，=0.5，查表4得剪切条料宽度公差与导料板之间的间隙如表 4 和表 5 所示：B=（L+2a+Z0）0- （2.1） =（200+22.5+0.5）0-0.5=205.50-0.5导尺间距离 A 按下式计算，即： A=B+ Z0 （2.2） =205.50-0.5+0.5课程设计说明书 4 =2060-0.5式中： B条料宽度（mm）； L冲裁件垂直于送料方向的尺寸（mm）； a搭边（mm）； 条料宽度公差（mm）； Z0条料与导尺间的间隙（mm）。图 2-4 条料宽度的确定2.4 冲裁工艺力冲裁工艺力2.4.1 凸凸 凹模间隙值的确定凹模间隙值的确定凸、凹模间隙时冲裁过程最重要的工艺参数，它对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力和卸料力等都有很大的影响。因此，设计模具时，一定要选择一个合理的间隙，使冲裁件的断面质量好，尺寸精度高，模具寿命长，所需冲裁力小。通过查表选取法，选择 Zmin=0.2mm，Zmax=0.24mm。（查4表得冲裁模刃口双面间隙 Z（机电行业用）。2.4.2 凸凸 凹模刃口尺寸的确定凹模刃口尺寸的确定凸凹模刃口尺寸的计算原则：设计基准：落料以凹模为设计基准，间隙取在凸模上；冲孔以凸模为基准，间隙取在凹模上。设计时间隙一律采用最小合理间隙值 Zmin。刃口尺寸的制造偏差方向：单向注入实体内部。即磨损后，凸凹模刃口尺寸课程设计说明书 5变大取+；磨损后凸凹模刃口尺寸变小的取-。刃口尺寸制造偏差的大小：简单形状，按 IT6IT7 取值；复杂形状，取0.25；磨损后尺寸无变化，取0.125。加工方法：简单形状，分别加工；复杂形状，配合加工。（1）冲孔凸、凹模 dt=(dmin+x1)0t （2.3） da=(dmin+x1+ Zmin) a0 （2.4）凹模型孔中心距 La=（Lmin+0.752）0.1252（mm） （2.5）以上各式中： dt 冲孔凸模刃口尺寸；da 冲孔凹模刃口尺寸；dmin 冲孔件孔的最小极限尺寸（mm）；x系数，查表 x=0.75；1工件孔径公差（mm）；1=0.11mmt凸模刃口尺寸制造偏差（mm），查表 t=0.02mma凹模刃口尺寸制造偏差（mm），查表 a=0.02mmZmin 凸、凹模最小初始双面间隙（mm），查表 Zmin =0.2mmLmin 工件孔件最小极限偏差（mm），Lmin =0.24mm2工件两孔中心距公差（mm），2 =0.11mm所以 dt=(dmin+x1)0t=(40+0.750.11)0-0.02 =40.0825 0-0.02（mm）da=(dmin+x1+ Zmin) a0=(40+0.750.11+0.20) 0.020 =40.28250.020（mm）校核因为|t | + |a|=0.04Zmax -Zmin =0.03（Zmax 是凸、凹模最大许用双面间隙，查表 Zmax =0.18）满足|t | + |a|Zmax -Zmin=0.18-0.15=0.03所以冲孔凸、凹模刃口尺寸 dt= 40.0825 0-0.02 da=40.28250.020 课程设计说明书 6（2）落料：零件应以凹模为基准件，然后配作凸模。刃口尺寸变化有增大、减小、不变三种情况。因此凹模刃口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-再按落料凹模公式进行计算 Ad=(Amax-x) +0d （2.6）凹模磨损后尺寸变小（图中 B 类）。计算这类尺寸，先把工件图尺寸化为B+0,再按冲孔凸模公式进行计算 Bd=(Bmin+x) 0-d （2.7） 凹模磨损后尺寸不变（图中 C 类）。计算这类尺寸，则按下述三种情况计算制件尺寸为 C+0Cd=(Cmin+0.5) 0.5d （2.8）制件尺寸为 C0-Cd=(Cmin-0.5) 0.5d （2.9）制件尺寸为 CCd=Cmin 0.5d （2.10）式中： Ad Bd Cd凹模刃口尺寸（mm）； A、B、C工件标称尺寸（mm）； 工件公差（mm）； d-凹模制造公差，d=/4； 工件偏差，对称偏差时，=/2。根据零件形状，凹模磨损后其尺寸变化有三种情况：凹模磨损后，尺寸 A1 由查表4得：X1 =X2=0.75由公式（2.8）得： A1d=(200-0.11) +00.250.11=199.89 +00.02mmA2d=(80-0.11) +00.250.11=79.89 +00.02mm课程设计说明书 7由表4查得 Zmin=0.20mm，Zmax=0.24mm。该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应尺寸配置，保证双面间隙值Zmin Zmax=0.20 0.24mm。2.4.3 冲裁力的计算冲裁力的计算 一般情况下，材料的 b=1.3，b=345MPa，为计算方便，可用下列计算冲裁力 F（N）F= Ltb (2.11) =717.52345=495075N式中 L冲裁件周边长度（mm）； t材料厚度（mm）； b材料的抗拉强度（MPa）。2.4.4 卸料力卸料力 胀形力计算胀形力计算在设计过程中，采用弹性卸料装置和下出料方式，凹模刃口直臂高度 h=6mm。卸料力：由表4查得 K卸=0.04F卸=K卸F (2.12) =0.04495075 =19803（N）顶件力：由表 2-2 查的 F顶=0.06 n=ht F顶=nK顶F (2.13) =30.06495075 =89113.5（N） 冲压力 F总=F+F卸+F顶 (2.14) =49507589113.5+19803 =603(KN)式中： F冲裁力（N）； K卸卸料力系数，见表4；课程设计说明书 8 n同时卡在凹模中的工件（或废料）数目，n=ht,h 为凹模腔口高度，mm，t 为材料厚度，mm； F卸卸料力（N）；2.4.5 模具压力中心的确定模具压力中心的确定冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，提高模具及压力机寿命。因该零件为圆形，则压力中心位于其对称中心线的交点。2.4.6 初步选定冲压设备初步选定冲压设备冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的几何形状、尺寸及精度要求等因素来确定的。参照（参照表1常见冲压设备与应用），初步选择开式压力机：表 2-8 常见冲压设备的类型与应用类型特点应用开式压力机价格便宜，具有三面敞开的操作空间，操作方面，容易安装机械化上料，取件装置。 在中小型的冲裁件，弯曲件货浅拉伸件的冲压成产中，主要选用开式压力机确定冲压设备的主要技术参数，通常选用冲压设备注意以下因素： 冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序，是否符合安全生产和环保的要求。 冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需要 冲压设备的装模高度，工作台面尺寸，行程等是否适合应完成工序所用的模具。 冲压设备的行程次数时候满足生产率的要求等.通过以上计算分析，F总=603KN，综合考虑之后选择 1000KN 的开式压力机，相关数据（参照表 1开式可倾工作台压力机的主要参数）如下：表 2-9 开式可倾工作台压力机的主要参数tf100标称压力KN1000课程设计说明书 9滑块行程mm60行程次数次。Min-11Q345最大封闭高度固定台和可倾式mm280封闭高度调节量mm80模柄孔尺寸（直径深度）mm30552.4.7 模具闭合高度模具闭合高度冲模设计时，必须使冲模的闭合高度与压力机的闭合高度相适应（图 2-6）。通常满足下列关系式:（Hmax-5) H（Hmin+10） (2.15)式中： Hmax压力机的最大闭合高度（mm）；Hmin压力机的最小闭合高度（mm）；H冲模的闭合高度（mm）。图 2-6 冲模闭合高度在冲模结构中，计算冲模的闭合高度时，对于冲裁类冲模，不需考虑冲裁料厚（与料厚无关），但要考虑刃口进入量 ，凸模刃口进入凹模刃口的深度（mm）；对于普通冲裁模取 =1（图 2-7）：H=h1+ h2+ h3+ h4- (2.16)=284mm式中： H冲模的闭合高度（mm）； h1上模板的厚度（mm）；课程设计说明书 10 h2下模板的厚度（mm）； h3凸凹模的厚度（mm）； h4凸模的长度（mm）。 凸模刃口进入凹模刃口的深度（mm）；对于普通冲裁模取 =1，对于精密冲裁模取 =0。2.5 冲裁模主要零部件的结构设计冲裁模主要零部件的结构设计2.5.1 凸模、凹模的结构设计凸模、凹模的结构设计落料凹模的结构设计 凹模的外形一般有矩形和圆形两种，根据模具形状，这里选择矩形。如图 2-9 所示，因采用公式计算和查表的方法都不准，误差较大，经常用经验公式法确定。根据被冲材料的厚度和冲件的最大外形尺寸确定，这里系数 K根据表 2-243查得 K=0.32：凹模厚度： H=Kb (2.17) =0.3231290mm在这里我们取 70mm，为了增加刃磨量凹模壁厚： C=（1.52）H (2.18) =75mm凹模长度和宽度 L、B： L=300mm，B=220mm式中： b冲裁件的最大外形尺寸； K系数，根据板料厚度的影响，可参照表3。根据国家标准（GB2863.481 及 GB2863.581），凹模采用材料 Cr12，热处理硬度为 5862HRC。注意：凹模高度的要求：a.凹模最小高度为 7.5mm；b. 凹模表面积在 3200mm以上时，H 最小值为 10.5mm；c.凹模高度还应加上刃口重磨量；d. 凹模刃口周长超过 50mm 且材料为合金工具钢时，凹模高度应乘以表1中的修正系数，如为碳素工具钢，凹模高度应再增加 30%。则 H总=1.25H=25mm。课程设计说明书 11根据凹模刃口轮廓不同，凹模壁厚 C 与凹模高度 H 的关系也可按下式确定：轮廓线具有复杂形状或尖角时 C2H。凹模上螺钉孔道凹模外缘的距离一般取（1.72.0）d，最小允许尺寸见表1。 螺钉到凹模孔、螺钉到销钉的距离一般取 b2d,当凹模孔为圆弧时，其最小尺寸见表1。 凹模上螺钉大小及间距的确定：根据表1和表1确定。2.5.2 凸凹模的结构设计凸凹模的结构设计凸凹模的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸。凸凹模的最小壁厚受模具结构影响。对于正装复合模，由于凸凹模装于上模，内孔不会积存废料，胀力小，最小壁厚可小些；对于倒装复合模，因孔内会积存废料，所以最小壁厚要大些。凸凹模相关尺寸 凸凹模的最小壁厚值，一般由经验数据决定。倒装复合模的最小壁厚：对于黑色金属和硬材料约为工件料厚的 1.5 倍。因此这里确定该凸凹模的最小壁厚 a=3mm。同时根据国标（GB2863.581），选择凸凹模的材料为Cr12,硬度为 5862HRC。取漏料孔 =8mm，刃口直边高度设计存四片料，高为6mm。凸凹模长度确定 凸凹模长度 HtaHta=H0-F0+FX-1+（2025） （2.19）=80mm式中： H0弹簧的自由长度，mm； F0橡胶压缩量，mm； FX卸料板厚度，mm。2.5.3 定位零件的设计与标准定位零件的设计与标准冲模的定位装置用以保证材料的正确送进及在冲模中的正确位置。设计中为保证条料送进导向的零件，采用导料板。保证条料进距的零件，采用挡料销。课程设计说明书 12导料销 导料板有与卸料板分离和联成整体的两种结构。考虑经济性，加工难易程度原则，这里采用联成整体的结构。为使条料顺利通过，导料板间的距离应等于条料的最大宽度加上一间隙值（一般大于 0.5mm）。L=50.98+253mm 挡料销 在设计中，采用固定挡料销。固定挡料销分圆形和钩形两种。圆形挡料销（如图 2-10 所示）结构简单，制造容易，但销孔离凹模刃口较近，会削弱凹模强度。为防止不对称的钩头转动，需加定向销，因此增加了制造的工作量。从经济性原则考虑，采用圆形固定销相关数据如查表6固定挡料销。表 2-12 固定挡料销d(h11)d1(m6)基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差HL100-0.0756+0.008+0.002510图 2-10 固定挡料销2.5.4 卸料与推件零件的设计卸料与推件零件的设计卸料装置的型式较多，它包括固定卸料板、活动卸料板、弹压卸料板和废料切刀等几种。卸料板除把板料从凸模上卸下外，有时也起压料或为凸模导向的作用。在设计中，采用弹性卸料板，如图 2-11 所示，此卸料板常用于复合冲裁模，其弹力来源为弹簧或橡胶，用后者使模具装较更方便。设计时注意以下事项： 卸料力一般取 5%-20%冲裁力。 卸料板应有足够的刚度。 卸料板要求耐磨，材料一般选 Q345 钢，淬火，磨削，粗糙度 Ra0.4-0.8m。课程设计说明书 13 卸料板安装尺寸，计算中要考虑凸模有 46mm 刃磨量。 卸料板课根据工件形状制作成圆形或举行，型孔与凸模的配合为 H7h6 或H8f7。综合考虑：（1）采用弹性卸料板 弹性卸料板除了在冲裁后卸料外，还可以冲裁前压住材料，使冲制的工件平整度好。如果采用固定卸料板会给送料、定位增加难度（视线不好），所以采用弹压卸料板。卸料板孔和凸模的单边间隙 Z2=0.1-0.5t（t 为材料厚度，mm）,硬材料的单边间隙取大值，软材料取小值。卸料板孔与凸模的单边间隙值从表1中选取。表 2-13 卸料板孔与凸模的单边间隙料厚 tmm1单边间隙 z20.15为了可靠卸料，弹压卸料板应高出凸模 0.2 0.5mm。（2）卸料板的尺寸外形 弹压卸料板的外形与同方向上的固定板的外形一致。厚度 查表1得弹性卸料板的厚度 H。 表 2-14 弹性卸料板的厚度 H卸料板宽度 Bmm80-125冲件料厚 tmmh00.810在工厂的实际生产中，冲压单个毛坯时直接采用橡胶紧箍在凸模上进行卸料，这样可以使模具设计、加工以及维修简单化，缩短周期，降低成本。2.5.5 导向零件设计与标准导向零件设计与标准导向装置可提高模具精度、寿命以及工件的质量，而且还能节省调试模具的时间。导向装置设计的注意事项： 导柱与导套应在凸模工作前或压料板接触到工件前充分闭合，且此时应保课程设计说明书 14证导柱上端距上模座上平面留有 1015mm。 导柱、导套与上、下模板装配后，应保证导柱与下模座的下平面、导套上端与上模座的上平面均留 23mm 的间隙。 对于对称件的工件，为避免合模安装时引起的方向错误，两侧导柱直径或位置应有所不同。 当冲模有较大的侧向压力时，模座上应装设止推垫，避免导套、导柱承受侧向力。 导套应开排气孔以排除空气。在设计中，采用滑动式导柱导套结构，这种结构加工装配方便，易于标准化，但承受侧压能力差。导柱导套的间隙值应小于冲模中凸模、凹模间隙。滑动导柱的型式和尺寸见表6，滑动导套的形式和尺寸见表6。2.5.6 紧固零件的设计与标准紧固零件的设计与标准卸料板螺钉孔深度的确定见图 2-12 所示。H= h1+ h2+1-h3-L （2.20）=40mm并且 H= h+ h4+（35）式中： h螺钉头部高度（mm）； h1 模板高度（mm）； h2 凸凹模高度（mm）； h3 卸料板厚度（mm）； h4 刃口修磨量（mm）； L卸料螺钉长度（mm）。课程设计说明书 15图 2-12 卸料板螺钉沉孔深度2.5.7 橡胶垫的计算橡胶垫的计算由于橡胶垫允许承受的负荷较大，而且安装调整比较灵活方便，因此，它常用做冲模中弹性卸料、顶件及压边装置的弹性元件。橡胶垫的选用原则如下： 为保证橡胶垫不过早失去弹性而损坏，其允许的最大压缩量不得超过自由高度的 Q345%，一般取 h总总=（0.350.Q345）h自由自由。由工作行程可计算出橡胶垫高度：h自由自由= h工作工作（0.250.35） (2.21)式中： h自由自由橡胶垫自由状态下的高度（mm）； h工作工作所需工作行程（mm）。 橡胶垫产生的力F=Sp (2.22)式中： F压力（N）； S橡胶垫横截面积（mm）； P与橡胶垫压缩量有关的单位压力（MPa），由表 15-63查得。 核算橡胶垫的高度和直径0.5hd1.5 (2.23)式中 d橡胶垫直径（mm）。课程设计说明书 16根据工件材料厚度为 2mm，冲裁时凸模进入凹模深度取 1mm，考虑模具维修时刃磨留量 2mm，在考虑开启时卸料高出凸模 1mm，则总的工作形成 h工作工作=6mm，根据式(2.22)，橡胶垫的自由高度h自由自由= h工作工作（0.250.35）=1724mm。取 h自由自由=20mm。模具在组装时橡皮的预压缩量为h预预= h自由自由（10%15%）=23mm。取 h预预=2mm由此可算出模具安装橡皮的空间高度尺寸为 32mm。2.5.9 冲模模架的型号与选择冲模模架的型号与选择选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，坯件定位、出件方式，材料送进方向，导柱受力状态，操作是否方便等方面进行综合考虑
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