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支板的冲压复合模具设计【说明书+CAD】,冲压,复合,模具设计,说明书,CAD
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河南机电高等专科学校毕业设计说明书1 绪 论 目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。1.1 国内模具的现状和发展趋势1.1.1 国内模具的现状我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足: 第一，体制不顺，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是1520万美元，有的高达2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。 第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1.1.2 国内模具的发展趋势 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面: 1） 模具日趋大型化； 2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术； 3）模具扫描及数字化系统； 4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； 5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；7）模具的精度将越来越高； 8）模具研磨抛光将自动化、智能化； 9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；10）开发新的成形工艺和模具。1.2 国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多1520万美元，有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到451.3 冲裁模具设计与制造方面1.3.1 支板冲裁模具设计的思路冲压工艺过程设计：分析冲压件零件图确定冲压件的工艺总体方案 确定并设计各工序的工艺方案编制冲压工艺规程支板冲压模具设计： 确定模具类型及结构形式选择条料的定位方式选择卸料与出料方式绘制模具总装配图选用标准模具零件校核冲压设备的基本参数、合理选择设备支板冲压模具制造的基本内容与步骤：审核模具设计图及模具加工工艺规程模具零件加工过程模具装配过程试模与调整过程1.3.2 支板冲裁模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间10天；2.确定加工方案，所用时间5天；3.模具的设计，所用时间30天；4模具的调试所用时间5天2 冲裁件的工艺性分析零件名称：支板材 料：20钢料 厚：1.8mm生产批量：大批量2.1结构尺寸冲裁件的形状对称、结构简单;为了提高模具的寿命，同时考虑到模具的加工难易程度及热处理时在尖角处易开裂，最好将尖角部位改为R的工艺性圆角;最小孔至边缘的距离3.5mm1.5t。因此，适宜冲裁加工。2.2精度零件的尺寸公差介于IT11IT13之间,无其他要求，利用普通冲裁既能满足零件的图样要求。一般模具的制造精度高于零件精度24个等级，模具的制造精度等级取为IT82.3材料冲裁件材料为20钢，为优质碳素结构钢，具有良好的弹性及韧性，冲裁性能好；其抗剪强度。3 确定工艺方案及模具的结构形式冲裁件的尺较小，形状简单，大批量生产，要求生产效率高；制件的成型工序只有冲孔、落料两道工序，可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料级进模。复合模具的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产效率也较高，尽管模具结构比较复杂，但零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。级进模虽然生产效率高点，但零件的冲裁精度不易保证，欲保证冲裁件的形位精度，需要在模具上设置导正销进行导正，故模具制造、安装较复杂。通过对比，零件的冲压生产采用正装复合模生产。由于零件的尺寸较小，可以采用双侧刃左右对称的导料板导向，以便于送料。考虑到零件的工艺特点及零件的精度要求不高，可以采用后侧导柱模架。4 模具的设计计算4.1排样、计算条料宽度首先确定工件在条料上的排列方式，制件的形状成山字形，采用直对排，同时可以保证材料的利用率。查手册确定各搭边值，查表取侧搭边值a=2.5mm，工件间的搭边值b=1.8mm。有测压装置条料宽度的计算： B=Dmax+2a Dmax制件宽度方向的最大尺寸； a侧搭边值； 代入数据计算： B=42+2.52 =47.5mm;工件在条料上采用的是直对排的方式，如图（1-1）所示，则理论上条料的宽度值B=47.5+6=53.5mm。工件的排样图如下图（1-1）（1-1）计算材料在一个步距内的利用率；= 式中 一个步距内工件的实际面积； 一个步距所需的毛坯的面积则根据一般的市场供应情况，原材料选用1000mm2000mm2mm的冷轧薄钢板，每块可切成55mm1000mm2mm的规格条料，材料剪切利用率较高，也较合理。则实际料宽为55mm.计算材料剪切利用率；n1张板料上冲裁件的总数目；B条料的宽度；L板料的宽度。一张板能冲出零件的个数(取为整数)。则；两导板间的间距为：；其中C为条料与导料板间的间隙值，查表得C值为5mm。导板的厚度由板料的厚度值决定的，查表取导板的厚度值为4mm。4.2冲压力的计算冲模采用弹性卸料装置和上出料方式，故冲压力为:, 式中的 冲孔时的力 落料时的力 计算冲裁力 查表 计算卸料力、顶件力,查表；，查表取;。 则； 计算总冲压力 选用冲裁设备,一般压力机选用时，取的安全系数为1.5，所以压力机选用时其公称压力值不小于1601.3=208KN。最大闭合高度应大于冲模的闭合高度+5mm;工作台的工作尺寸应满足模具的安装要求。结合工厂实际情况，初选J23-25开式双柱可倾压力机。4.3确定压力中心用解析法求模具的压力中心的坐标。初选坐标系如图（2-2）所示。 因工件左右对称，即x=0.故只需计算y. 将工件冲裁周边分成 l1,l2,l3,l4,l5,l6 基本线段 ，求出各段长度的重心位置： y= =19.32mm.4.4 冲模刃口尺寸的计算 依据工件上所标注的尺寸公差，工件的精度等级处于IT11IT13之间，工件所用的材料为20钢，查手册取模具的磨损系数x=0.75，凸凹模的之间的间隙为。因为凸凹模的形状较复杂，凸凹模的制造采用配作法。 落料时以凹模为基准来配作凸模，凹模磨损后，工件的尺寸将会变大,凸凹模刃口尺寸： ； 冲孔时以冲孔凸模为基准来配作冲孔凹模，凸模磨损后，冲裁件的尺寸将变小，其凸凹模刃口的计算公式为： 4.5 凸、凹模的结构设计4.5.1凹模设计 凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉销钉与下模座固定的固定方式。凹模刃口采用直壁式结构。 凹模厚度H的确定（经验公式）：H=kb(H15mm),其中，b为最大形孔的宽度尺寸，取46mm,查冲压手册去系数k值为0.4，则H=0.442=16.8mm,经查表确定凹模的厚度尺寸为20mm. 凹模长度L的确定 凹模宽度B的确定 B=工件宽+2c；B=32+234=100mm 依据设计尺寸，凹模整体尺寸标准化：125mm100mm20mm.落料凹模内设置有推件块，所以落料凹模采用整体直壁式凹模。落料凹模的结构图如（3-3）所示：（3-3）4.5.2凸凹模的设计 模具若采用倒装结构，则呈柱形孔口的冲孔凹模内将积存废料，导致产生较大的胀力，必须要求凸凹模内外缘的壁厚大些。查手册得，其壁厚值最小应为4.4mm.而工件的实际尺寸限制凸凹模内外缘的最大壁厚为3.8mm;模具若采用正装结构，则凸凹模内不会积存废料，其壁厚可相对小些，对于所冲裁材料为20钢的板料来说，凸凹模内外缘间的壁厚值可取1.5t;即为1.51.8=2.7mm.这样就符合零件尺寸及强度上的要求。凸凹模长度的计算公式： 凸凹模固定板的厚度； 卸料板的厚度； 预压橡胶块的厚度； 导料板的厚度。 则凸凹模的长度=20+6+18+8-1=51mm.凸凹模的长度与凸凹模的横向的尺寸大小相当，强度可以满足要求。凸凹模结构图如（4-4）所示：（4-4）4.5.3冲孔凸模的设计 冲孔凸模的直径值为7mm.长度为呈细长状，为保证凸模的强度，需对其强度值进行校核。 凸模制造所用材料为9Mn2V,板料的厚度t=1.8mm,20钢的剪强度；其凸模的许用压应力。 强度校核：凸模承受压应力 根据公式；已知凸模直径为7，满足使用要求。抗弯强度校核：对于有导向装置的圆形凸模而言， 凸模的最大自由长度；单位mm 凸模的最小直径；单位mm -冲裁力；单位N则 ，其值符合要求。 冲孔凸模的结构图如（5-5）所示：（5-5）4.6绘制非标准模具零件图与模具 模柄推件块 推板凸凹模固定板卸料板下垫板上垫板下模座冲孔凸模固定板图（6-6）1.下模座 2.下垫板 3.凸模固定板 4.垫块 5.落料凹模 6.导料板7.橡胶块 8.上模座 9.凸凹模 10.紧固螺钉 11.模柄 12.打料杆13.推板 14.推杆 15.上垫板 16.卸料螺钉 17.凸凹模固定板18.卸料板 19.导柱 20.导套 21.冲孔凸模 22.推间块 23.定位销24.托板 25.橡胶块 26.螺母 27.双头螺柱 28.顶杆 29.紧固螺钉30.侧压块 31.垫片 32.弹簧 33.定位销 图（7-7）4.7 卸料装置中的橡胶块设计 根据模具结构初选4个橡胶块，每块橡胶块的预压力为 根据经验公式，压缩工作行程 =3.3mm. H-自由状态下橡胶块的高度; 则H=11mm13.2mm.取橡胶块的高度H值为20mm.为使橡胶块不应多次反复压缩而影想其弹性，按下式限定它的压缩量：对于硬度值在7080A的聚氨酯橡胶，应取35%。则。预压缩量； 为橡胶块的预压缩率，对于聚氨酯橡胶来说 =10%；则=10%20=2mm.橡胶块的截面尺寸的计算: ;为橡胶块受压时的单位压力（Mpa）; 橡胶块的截面尺寸为圆形，则；值的大小与橡胶块的压缩量有关，取一均值 ;则;R=12mm。其值按压缩率如下表1-1 10% 1.1 20% 2.5 30% 4.24.8 模架的设计上模座： 下模座： 导柱： 导套： 模柄：垫板： 导料板：支撑板： 卸料板： 落料凸模固定板： 冲孔凸模固定板： 模具的闭合高度： =30+12+16+6+8+18+16+12+35+20 =173mm4.9 校核冲压设备基本参数模具闭合高度校核：模具闭合高度值为173mm，冲床的最大闭合高度为270mm,最大装模高度为220mm,最小装模高度为165mm。模具的闭模高度介于165220mm之间，满足使用要求。 冲裁所需总压力 ，冲床的公称压力为 ，满足生产要求。模具最大安装尺寸为，冲床工作台尺寸为，能够满足模具的正确安装。5 编制工作零件的加工工艺过程5.1 落料凹模、冲孔凸模、凸凹模的加工原则落料时，落料零件的尺寸取决于凹模刃口的尺寸。因此，加工制造落料凹模时，应使凹模尺寸与零件最小极限尺寸相近。凸模刃口的公称尺寸，则应按凹模刃口的公称尺寸减少一个最小间隙来确定。冲孔时，冲孔零件的尺寸取决于凸模尺寸。因此，制造加工冲孔凸模时，应使凸模刃口尺寸与零件的最大尺寸相近，而凹模的公称尺寸则应按凸模的刃口尺寸加上一个最小间隙配作。凸凹模的外成形表面是非基准外形，它与落料凹模的实际尺寸配制，保证双面间隙0.1080.144mm;凸凹模的两个冲裁内孔也是非基准孔，与冲孔凸模的实际尺寸配制，并保证双面间隙值为0.1080.144mm。5.2 锻件毛坯下料尺寸的确定 落料凹模的外形尺寸为125mm100mm16mm,凹模零件的材料为9Mn2V。设锻件毛坯的外形尺寸为。锻件体积与质量的计算锻件体积 锻件质量 2.24kg当锻件质量在5kg之内时，一般需加热12次，锻件的总消耗系数为5%。锻件毛坯体积 锻件毛坯质量 确定锻件毛坯尺寸理论圆棒直径 5.77cm选取圆棒直径为58mm，查圆棒长度质量表可知：当、时，114mm。验证锻造比 符合Y=1.252.5的要求。则锻件的下料尺寸为，同理得到凸凹模的下料尺寸：5.3 加工工艺过程的确定表2-2落料凹模加工工艺过程工序号工序名称工序内容1下料锯床下料2锻造将毛坯锻成平行六面体，尺寸为130mm105mm22mm3热处理退火4粗铣铣平面，厚度留磨削余量0.6mm,侧面留磨削余量0.4mm5平磨磨上、下平面，留磨削余量0.30.4mm,磨相邻两侧面，保证垂直。6钳工划出对称中心线、固定孔及销孔线；钻、绞销钉孔410mm削；钻螺钉过孔410mm7坐标镗与卸料板、凸模固定板叠合，以一对侧基面定位，按图示位置在各型孔中心打穿丝孔2mm，并镗固定挡料销安装孔6mm8热处理淬火、回火后硬度达6064HRC9平磨磨身高上、下平面达图纸要求；磨一对垂直侧基面对角尺10退磁11线切割按程序切割型孔，切割型孔留研磨量0.015mm12研磨型孔钳工研磨型孔达设计要求13检验表3-3冲孔孔凸模的加工工艺过程工序号工序名称工序内容1下料锯床下料12mm50mm2粗车留双边精车余量0.40.6mm3精车留磨削余量0.10.3mm4热处理淬火、回火后硬度达5862HRC5磨削磨削外圆保证表面粗糙度与尺寸精度要求6检验表4-4凸凹模的加工工艺过程工序号工序名称工序内容1下料锯床下料2锻造锻造成58mm48mm48mm3热处理退火，硬度小于241HB4立铣铣六方，尺寸为52.4mm42.4mm43.3mm5平磨磨六面，对角成906钳划线，确定冲孔凹模的中心7坐标镗镗冲孔凹模的型孔mm8工具铣按线铣外型，留双边余量0.3mm0.4mm9热处理淬火、回火后硬度达5862HRC10平磨磨上下面保证图纸上的平行度要求11成型磨在万能夹
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