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端盖冲侧
定位
模具设计
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端盖冲侧定位孔模具设计,端盖冲侧,定位,模具设计
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说 明 书题 目 端盖冲侧定位孔模具设计 学 生 系 别 专 业 班 级 模具设计与制造 学 号 指 导 教 师 主要内容及基本要求内容：如图所示的零件，（1）生产批量：小批量；（2）材 料：H62；（3）材料厚度：t=4.0mm。要求：（1）要求有目录、设计任务书及产品图；（2）零件工艺性、经济性分析；（3）冲压零件工艺方案的拟订；（4）模具类型及结构形式的选择；（5）冲裁力的计算、压力中心的确定；（6）模具主要零件的确定（选择、设计和必要的计算）、压力机的选择等；（7）绘制正规的模具装配图一张，要求有正视图、俯视图、排样图、零件图、技术要求及明细栏；（8）绘制模具的主要零件图四张（或折合1#图纸一张）；要求用计算机绘制图纸，说明书按照学院规定采用电子版格式：0#：1张；3#：4张，毕业论文1万字。2指定查阅的主要参考文献及说明（1）中国模具标准件手册.中国模具工业协会标准委员会编.上海：上海科学普及出版社，1989（2）冷冲压国家标准.国家标准总局.中国标准出版社，1989（3）冲压工艺与模具设计.姜奎华.机械工业出版社，2002（4）模具制造工艺.黄毅宏.机械工业出版社，2004（5）冲模图册.李天佑.机械工业出版社，1998（6）冷冲模设计.丁聚松.机械工业出版社，1999（7）模具设计与制造简明手册.冯柄亮等.上海科技业出版社，2002（8）冷冲压与塑性成型工艺与模具设计.翁其金.机械工业出版社，1990（9）冷冲模设计（第2版）.赵孟栋主编.北京：机械工业出版社，1997（10）冲压手册.王孝培主编.北京：机械工业出版社，1990（11）冲压工艺学.肖景容，姜奎华主编.北京：机械工业出版社，1990摘 要本文阐述了冲压模的结构设计及工作过程，通过工艺分析，采用冲孔工序，通过冲裁力、压料力等计算，确定模具类型。该模具采用后侧导柱模架，方便工人操作。本设计是无废料冲压。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；模具结构3目 录毕主要内容及基本要求2摘 要4第一章、绪论41.1.冷冲压与模具技术现状4第二章、冲压件工艺性分析及冲裁方案的确定52.1.材料分析52.2.冲裁件的结构工艺性52.3.冲裁件尺寸精度和表面粗糙度要求52.4.冲裁方案的确定5第三章、冲裁力的计算73.1.冲裁力的计算73.1.1.冲裁力的计算公式73.2卸料力、推件力、和顶件力的计算83.3.冲压压力中心计算8第四章、冲压设备的选择104.1.冲压设备类型的选择104.2.选择压力机10第五章、冲裁模工作部分设计计算115.1.冲裁间隙115.2.模具刃口尺寸的计算115.2.1.冲孔部分刃口设计计算13第六章、模具总体设计146.1.模具类型的选择146.2.确定送料方式146.3.定位方式的选择146.4.卸料、出件方式的选择14第七章、卸料零件计算167.1.卸料树脂的选择16第八章、主要零部件设计178.1.模具材料的选择178.1.1.模具材料的性能与热处理178.2.冲孔凸模178.2.1.冲孔凸模的固定形式178.2.2.凸模强度校核178.2.3.冲孔凸模的结构18第九章、标准件的选择199.1.模架及模柄的选择199.2.凸模固定板及垫板的选择199.3.模具闭合高度的校核199.4.卸料螺钉199.5.螺钉及销钉的选择20第十章、总 结21参考文献22 第一章、绪论1.1.冷冲压与模具技术现状 我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同。）各类冲压模具生产能力。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。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。第二章、冲压件工艺性分析及冲裁方案的确定2.1.材料分析冲裁材料为H62，查文献1 ： P25表2-7半硬黄铜（GB699-88摘录），屈服点s=200MPa，抗拉强度380MPa，延伸率不小于20，塑性好，焊接性好，适合冲裁。2.2.冲裁件的结构工艺性冲裁件的结构形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线，在许可的情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的形状，以减少废料，矩形孔两端宜用圆弧连接，以利于模具加工。2.3.冲裁件尺寸精度和表面粗糙度要求 表2-2 冲裁件孔中心距公差 （mm）材料厚度t普通冲孔公差高级冲孔公差孔距中心尺寸5050150150300505015015030010.10.150.20.030.050.08120.120.20.30.040.060.1240.150.250.350.060.080.12460.20.30.400.080.100.152.4.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、多次拉深，切边，冲孔等多个基本工序，本设计中只需要设计冲侧面定位孔的这副模具，由于产品在前道工序拉深时材料变薄，孔会变形，所以这里的孔只能在拉深，切边好，最后冲，而且是无废料冲压。第三章、冲裁力的计算3.1.冲裁力的计算冲裁力计算包括冲裁力、卸料力等的计算。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。冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。计算冲裁力的目的是为了合理的选用冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。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）： （3-1）上式引自文献2P50式（2-1）。式中 L冲裁件周边长度（mm）；6mm的圆 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=3.146=18.84mm，材料的抗剪强度（MPa）查文献1P25表2-7：取b=300 MPa一般情况下，材料的b=1.3，故冲裁力F（N）F=LTb=3001.318.842.5=18369KN 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=0.0518369=918.45N （3-2） 式（4-2）、（4-3）引自文献2P52。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2。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。总冲压力F总：F总=F冲+F卸=18369+918.45=19286.45KN3.3.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50，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。其计算公式如下： =0 （4-8） =3.2 （4-9）式（4-8）、（4-9）引自文献2P248。式中 x1、x2xn各图形冲裁力的x轴坐标（mm）； y1、y2yn各图形冲裁力的y轴坐标（mm）； 、各图形冲裁周边长度（mm）。由于本设计中产品对称，所以模具的压力中心为零，即在产品中心。第四章、冲压设备的选择4.1.冲压设备类型的选择根据所要完成的冲压工艺的性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求来选定设备类型。开式曲柄压力机虽然刚度差，降低了模具寿命。但是它成本低，且有三个方向可以操作的优点广泛适用于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件的生产中。闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能两个方向操作，适用于大型复杂冲压件的生产。双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件的生产。高速压力机或多工位自动压力机适用于大批量生产。液压机没有固定的工作行程，不会因板厚超差而过载，全行程中压力恒定，但是压力机的速度低、生产效率低。适用于小批量，尤其是大型厚板冲压件的生产。摩擦压力机结构简单、造价低、不易发生超负荷损坏。在小批量生产中用来完成弯曲、成型等冲压工作。考虑到以上的因素，选用开式压力机比较合适。4.2.选择压力机考虑到制件的精度要求，参考文献2P49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。确定合理间隙的方法主要有理论计算法和查表选取法两种。一般直接采取查表的方法，直接明了。间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关，但由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同，以及生产条件的差异，在生产实践中就很难有一种统一的间隙数值，各种资料中给的间隙值并不相同，有的相差较大，选用时应按使用要求分别选取。对于断面质量和尺寸精度要求高的工件，应选用小的间隙值，而对于精度要求不高的工件，则应尽可能采用大间隙，以利于提高模具寿命、降低冲裁力。同时还必须结合生产条件，根据冲裁件尺寸和形状、模具材料和加工方法、冲压方法及生产率等，灵活掌握、斟情增减。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。（二）计算方法模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本上可分为两类。1.凸模与凹模分开加工 凸、凹模分开加工，是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸。此种方法适用于圆形或形状简单的工件，为了保证凸、凹模间隙小于最大合理间隙，不仅凸、凹模分别标注公差（凸模，凹模），而且要求有较高的制造精度，以满足如下条件 （6-2）或取 （6-3） 也就是说，新制造的模具应该是，如图6-5所示。否则制造的模具间隙已超过允许的变动范围，影响模具的使用寿命。2.凸模与凹模配合加工 对于冲制件形状复杂或薄板制件的模具,其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模（或凹模）作为基准件，然后根据此基准件的实际尺寸，配作凹模（或凸模），使他们保持一定距离。因此，只需在基准件上标注尺寸及公差，另一件只标注标称尺寸，并注明“尺寸按凸模（或凹模）配作，保证双面间隙”。这样。可放大基准件的制造公差。其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制，制造容易，并容易保证凸、凹模间的间隙。由于复杂形状工件各部分尺寸性质不同，凸模和凹模磨损后，尺寸变化趋势不同，所以基准件的刃口尺寸计算方法也不相同。5.2.1.冲孔部分刃口设计计算由于冲出的孔不通，仅仅压个凹坑，所以没有废料，不需要计算凹模刃口尺寸。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 =6+0.50.15=20.08+0.02第六章、模具总体设计6.1.模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用单工序冲压模具。6.2.确定送料方式 模具相对于模架是采用从前往后的送料方式。产品在冲孔之前形状已经实现，只需要将产品顺利插入定位，即可冲压。6.3.定位方式的选择由于该模具最后一道工序，所以可以采用前道工序的成型件外形或者内腔定位，本设计中，产品内腔尺寸要求比较高，所以可以采用内腔定位。6.4.卸料、出件方式的选择模具是采用弹压卸料板，还是采用固定卸料板，取决于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考虑因素。由于弹压卸料模具操作时比固定卸料模具方便，操作者可以看见产品在模具中的状态，且弹压卸料板卸料时对条料施加的是柔性力，不会损伤工件表面，因此实际设计中尽量采弹压卸料板，而只有在弹压卸料板卸料力不足时，才改用固定卸料板。随着模具用弹性元件弹力的增强（如采用矩形弹簧），弹压卸料板的卸料力大大增强。根据目前情况，当材料料厚约在2mm以下时采用弹压卸料板，大于2mm时采用固定卸料板较为贴近实际。本模具所冲材料的料厚为4.0mm，因此可采用弹压卸料板。由于采用的是倒装复合模具，所以采用下出件便于操作和提高生产效率。第七章、卸料零件计算7.1.卸料树脂的选择因为工件料厚为4.0mm，相对较厚，但卸料力很小，故采用弹性卸料。根据卸料力918.45N采用4个树脂，此时每个弹簧担负的卸料力为约229.6125N。冲裁时卸料板的工作行程h2= 1+2.5=3.5 mm ；考虑凸模的修模余量h3=4 mm，树脂的预压量为h1；故树脂总压缩量为 H总=h1+h2+h3=h1+7.0 mm考虑卸料的可靠性，取树脂在预压量为h1时就有应力11447N的压力。初选树脂直径d=20mm,工作极限负荷800N；自由高度h0=20 mm,工作极限载荷下弹簧的变形量hj=6.3 mm。第八章、主要零部件设计8.1.模具材料的选择8.1.1.模具材料的性能与热处理Cr12MoV 钢C含量0.9%1.05%,Mn含量0.8%1.1%,Si含量0.15%0.35%，Cr含量0.9%1.2%，淬火温度820840，HRC不低于62，回火温度140160，HRC6265文献。具有高淬透性、高硬度和耐磨性，淬火尺寸稳定性好，变形小，并有效好的韧性。由于钨形成碳化物，这种钢在淬火和低温回火后具有比铬钢和 9SiCr 钢更多的过剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。此外，钨还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好的韧性。所以由 Cr12MoV 钢制成的刃具，崩刃现象较少，并能较好地保持刀刃形状和尺寸。由于该模具是用来冲裁复杂形状的工件，采用材料Cr12MoV，热处理HRC5860。8.2.冲孔凸模凸凹模的材料选择Cr12MoV，HRC5560。由于所冲的孔有圆形和腰孔,而且都不属于需要特别保护的小凸模,如此一方面加工简单，另一方面又便于装配和更换。8.2.1.冲孔凸模的固定形式由于冲孔凸模结构简单，圆孔的冲孔凸模采用台阶式，凸模与固定板用H7/m6配合，上面留有台阶。腰孔冲孔凸模采用钢丝过盈配合的方式，与固定板配合，过盈量为0.02-0.03，同时用钢丝固定，防止掉落。8.2.2.凸模强度校核一般情况下，凸模的强度是足够的，没有必要作强度校核。但对于特别细长的凸模或小凸模冲厚而硬的材料时，必须进行凸模承压能力和抗纵向弯曲能力的校验。 8.2.3.冲孔凸模的结构 根据以上构思和计算，冲孔凸模均设计成如CAD图所示的结构。第九章、标准件的选择9.1.模架及模柄的选择由于产品需要靠侧面定位，建议采用非标准带侧力柱的铸铁模架，这个模架虽然是自制，但由于是铸铁的，成本低，加工速度快，效率高，如CAD图纸所示，L=320mm，B=220mm，始用最小闭合高度190mm,最大闭合高度222mm，导柱孔距S=250mm。上模板厚35mm，下模板厚40mm。材料HT200。 按JB/T7646.1-94选择A45120旋入式模柄。材料Q45#。9.2.凸模固定板及垫板的选择 考虑到模架的规格以及凸凹模的周界尺寸，参考文献4P475表15.57，选择JB/7643.2 140mm80mm18mm的固定板作为凸凹模和冲头的固定板，材料45#。9.3.模具闭合高度的校核模具的闭合高度应为上模板、下模板、定位、固定板、上垫板、冲头等厚度的总和。即 =（40+53+40+55+10+35）mm=233 mm根据生产现场调整，可略有增减，以制件完全分离为准。所先压力机的闭合高度=252mm，=（222-70）mm=152mm。 满足 9.4.卸料螺钉按照JB/T7650.5-94选择d=6的圆柱头卸料螺钉M660 JB/T7650.5,螺柱
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