垫板(BS13-F32)钣金成形工艺及冲压模具设计-落料冲孔复合模【含8张CAD图纸】
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任任务务书书届次届次 XXXX 届届 姓名姓名 XXXX 班级班级 XXXX 学号学号 XXXX一、设计题目： 垫板(BS13-F32)钣金成形工艺及模具设计二、产品零件图及要求：三、设计内容：1产品零件的钣金成形工艺规程：1 份2模具设计图样（含二维总装图、二维非标准零件图）：1 套3设计说明书：1 份 发题日期：20XX 年 3 月 16 日 完成日期：20XX 年 5 月 10 日名称垫板材料10 钢/t=1.2生产批量中批生产条件 不限目 录摘要 .11 前言 .22 冲压工艺分析及工艺方案的制定 .32.1 材料分析 .32.2 零件结构 .42.3 冲裁工艺方案的确定 .42.4 冲裁工艺方法的选择 .42.5 冲裁结构的选取 .43 排样设计与计算.63.1 排样方法与原则 .63.2 确定搭边值 .63.3 送料步距与条料宽度的计算 .74 冲裁力计算 .84.1 落料力、冲孔力、卸料力、推件力的计算.84.2 压力机的选择.95 凸凹模的设计 .105.1 尺寸计算原则 .105.2 凸、凹模刃口尺寸计算.105.3 凸模、凹模、凸凹模的结构设计.126 模具主要零部件设计 .156.1 定位方式的选择.156.2 卸料出件方式的选择.156.3 模架的选择 .157 冲压设备的校核与选定 .167.1 冲压设备的校核 .167.2 冲压设备的选用 .178 绘制模具总装图及工作过程 .178.1 装配图绘制.178.2 模具工作过程 .189 结论 19参考文献 .19致 谢 .20 垫板钣金成形工艺及模具设计垫板钣金成形工艺及模具设计 摘 要：本文是冲孔及其落料模具的设计，通过对零件图形的结构和生产工艺性的分析，决定采取冲孔和落料在同一道工序完成的复合模，同时考虑到倒装式复合模的冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，无顶件装置，结构简单，操作方便，故选用倒装式复合模具。此倒装式复合模具的设计，包含1.首先对零件的工艺性进行分析，然后选择了几个可行的方案，接着对工艺方案进行演算和比较，最终确定采用倒装式复合冲裁模，2.制订工艺流程，选择排样图，对材料的利用率进行计算，3.初步确定冲模结构，包括（1）模具的具体形式（2）定位装置（3）卸料装置（4）导向零件（5）模架 4.冲裁力的计算 5.模具刃口尺寸的计算 6.冲裁模具主要零件的设计及计算 包括（1）落料凹模（2）冲孔凸模（3）凸凹模 7.标准零件的设计计算 包括（1）模架（2）导柱，导套 （3）上，下模座 （4）卸料螺钉 8.其它支承零件 包括（1）模柄 （2）固定板及垫板 9.紧固件的选择 关键词：冲孔 落料 倒装式 复合模1 前言 模具材料是模具加工业的基础。随着我国国民经济发展和人民生活水平的提高，人们对产品的审美观、价值观也不断提高，从而对各类模具产品，无论是内在质量还是外表美观等方面均要求日益精臻，因此势必对工模具材料在数量上、系列上和质量上提出更高的要求。中国的模具材料从无到有，从小到大，从少到多，直到现在，无论是从钢种还是从规格、标准化、系列化等方面，都是伴随着模具制造发展而发展的。 改革开放以来，我国的工业和经济蓬勃发展，以前的手工作坊和落后的生产方式已经不能满足现代工业的要求，迫切需要寻找另一种更有效率的方式来适应现代工业。而在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量、高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。于是模具技术及模具工业应运而生。 在现代工业生产中，60%90%的工业生产需要使用模具来加工。作为一种高效率的生产工具，模具是工业生产中使用极为广泛、地位极其重要的工艺装备。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，不需进行再次加工；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；容易实现生产自动化的特点。 本次设计工件是冲压生产的一个典型零件，在生活中有很强的实用性，其模具设计有一定的实用价值。对于该制件我们利用先进的模具生产提高生产效益、保证产品质量、节约成本，从而取得很高的经济效益。2 冲压工艺分析及工艺方案的制定图 2-1 零件简图生产批量：大批量；材料：10 钢；材料厚度：1.2mm；未注公差：IT14。2.1 材料分析表 2-1 部分碳素钢抗剪性能材料名称牌号材料状态抗剪强度（Mpa）抗拉强度（Mpa）屈服点（Mpa）伸长率（%）碳素结构钢10已退火26034030044021029由上表 2-1 可知：10 是碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性性能，适合要求较高的零件。综合评比均适合冲裁加工。2.2 零件结构零件结构形状相对简单，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件中有四个孔，孔的最小尺寸为 3mm，满足冲裁最小孔径 dmin2mm 的要求。根据该零件形状来分析，该零件的结构满足冲裁要求。2.3 冲裁工艺方案的确定在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上，根据冲裁件的特点确定工艺方案。工艺方案分为冲裁工序的组合和冲裁顺序的安排。2.4 冲裁工艺方法的选择冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种。单工序冲裁是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。复合冲裁是在压力机一次行程内，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的冲压工序。级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压力机的一次行程中条料在冲模的不同位置上，分别完成工件所要求的工序。其三种工序的性能见表 3-1：表 3-1 单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性能比较项目单工序模复合模级进模生产批量小批量中批量和大批量中批量和大批量冲压精度较低较高较高冲压生产率低，压力机一次行程内只能完成一个工序较高，压力机一次行程内可完成二个以上工序高，压力机在一次行程内能完成多个工序实现操作机械化自动化较易，尤其适合于多工位压力机制件和废料排除较复杂，只容易，尤其适应于单机上实现自的可能性上实现自动化能在单机上实现部分机械操作动化生产通用性通用性好，适合于中小批量生产及大型零件的大量生产通用性较差，仅适合于大批量生产通用性较差，仅适合于中小型零件的大批量生产冲模制造的复杂性和价格结构简单，制造周期短，价格低冲裁较复杂零件时，比级进模低冲裁较简单零件时低于复合模复合模的特点是生产效率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。由于零件的生产要求的是大批量生产、零件的尺寸较小，制造相对比较难，为提高生产率，根据上述方案分析、比较，宜采用复合模冲裁。2.5 冲裁结构的选取按照复合模工作零件的安装位置不同，分为正装式复合模和倒装式复合模两种，两种的优点、缺点及适用范围见表 3-2：表 3-2 正装式复合模、倒装式复合模的优点、缺点及适用范围比较项目正装(顺装)式复合模倒装式复合模结构凸凹模装在上模，落料凹模和冲孔凸模装在下模凸凹模装在下模，落料凹模和冲孔凸模装在上模优点冲出的冲件平直度较高结构较简单缺点结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作不宜冲制孔边距离较小的冲裁件适用范围冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单、又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸料可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛通过对正装式复合模和倒装式复合模两种优点、缺点及适用范围的分析比较，正装式复合模适合于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。而倒装式复合模不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式冷冲模结构简单，可以直接利用压力机打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。综上所述，该制件结构形状简单，精度要求较低，孔边距较大，宜采用倒装式复合模。3 排样设计与计算3.1 排样方法与原则由于产量大，材料利用率是一项很重要的经济指标，要提高材料利用率就必须减小废料面积，条料在冲裁过程中翻动要少，使工人操作方便、安全，减轻劳动强度，排样应保证冲裁件的质量，无论是采用有废料或少、无废料的排样，根据冲裁件在条料上的不同布置方法，排样方法有直排、斜排、对排、多排等多种形式的排列方式，可以根据不同的冲裁件形状加以选出用。现工件外形为圆形，采用有废料的直排法，比较方便、合理。3.2 确定搭边值搭边起补偿条料的剪裁误差，送料步距误差以及补偿于条料与导料板之间有间隙所造成的送料歪斜误差的作用。使凸，凹模刃口双边受力，受力平衡，合理间隙一易破坏，模具寿命与工件断面质量都能提高。对于利用搭边自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，以保证条料的连续送进。搭边的合理数值主要决定于材料厚度、材料种类、冲裁件的大小以及冲裁件的轮廓形状等。一般板料愈厚，材料愈软以及冲裁件尺寸愈大，形状愈复杂，则搭边值也应愈大。由查表得工件间搭边值 a =2mm、侧面1a=2.5mm。3.3 送料步距与条料宽度的计算分析零件形状，工件为圆形，采用直排的方法，零件可的排样方式有图 3-1所示两种。工件的面积约为 956.6mm2。图 3-1 排样图一个步距内的材料利用率：956.6100%100%68.3%50 28AS4 冲裁力计算4.1 落料力、冲孔力、卸料力、推件力的计算计算冲裁力的目的是为了选用合理的压力机，设计模具以及检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。一般可按下公式计算：LtFP式中 FP-冲裁力（N）； L-冲裁周边长度（mm）； t-冲裁料厚(mm)； b- 抗剪强度（MPa）；（1）落料力计算 按上式：LtF落式中： F落落料力（N）； L工件外轮廓周长（mm）； T材料厚度（mm），t=1.2mm； 材料抗剪强度（MPa）。材料为 10 钢，由查表，。340MPa 根据零件图可算落料轮廓长度 L=136.85mm则 136.851.234055.8FmmmmMPakN落（2）冲孔力LtF冲孔式中 冲孔力（N）；冲孔F L工件外轮廓周长（mm）； T材料厚度（mm），t=1.2mm； 材料抗剪强度（MPa）。由查表，。340MPa根据零件图可算冲孔轮廓长度 L=73.4(mm)则 73.41.234029.95FmmmmMPakN冲孔2. 落料时的卸料力的计算=KX 卸F落F式中 -卸料力（N）；卸F -落料力（N）落FKX -卸料系数，查冲压模具简明设计手册表 3-11，P57 其值为 0.030.04，取 K=0.04。则=KX =0.0455.8=2.24（KN）卸F落F3. 冲孔时的推件力的计算 =nkT 推F冲F式中 -推料力（N）；推F K1-推料系数，查冲压模具简明设计手册表 3-11，其值为0.05；n- 梗塞在凹模内的制件或废料数量，n=h/t，h 为刃口部分的高（mm），t 为材料厚度（mm），其中，h=6mm，t=1.2mm，取 n=6，则 =nkT=60.0529.95=9(KN)推F冲F冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于各冲裁工艺力的总和 = + +总F落F冲孔F卸F推F式中：冲裁力 =55.8KN，=29.95KN，卸料力=2.24KN，推料力落F冲孔F卸F=9KN，则:推F= + +=97kN总F落F冲孔F卸F推F4.2 压力机的选择由于复合模的特点，为防止设备超载，可按公称压力选择压力机。参总压FF3 . 1照设计手册选取公称压力为的压力机，压力机型号为 J23-16。表 4-1 为压力机 J23-16 技术参数：（冲压模具简明设计手册表13.10，P389）表 4-1 压力机参数型 号J23-16公称压力/kN160滑块行程/mm55最大倾斜角度35最大闭合高度/mm220闭合高度调节量/mm45垫板尺寸（厚度 mm孔径 mm）40210模柄孔尺寸（直径 mm深度 mm）4060前后300工作台尺寸左右4505 凸凹模的设计冲裁件的尺寸精度取决于凸，凹模刃口部分的尺寸。冲裁的合理间隙也要靠凸，凹模刃口部分的尺寸来实现的保证。正确地确定刃口部分尺寸是相当重要的。5.1 尺寸计算原则1） 落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸。因此，设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上，设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。2） 考虑到冲裁时凸，凹模的磨损，在设计凸，凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后增大的，应取工件尺寸公差范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减小，应取工件尺寸公差范围内较大的数值，在凸，凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。3) 确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值，一般模具制造精度比工件精度高 3-4 级5.2 凸、凹模刃口尺寸计算凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模具设计中的一项重要工作。凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的计算，有两种计算方法，第一种计算方式是凸模与凹模图样分别加工法计算；第二种计算方法是凸模与凹模配作法。该冲件尺寸较多，若采用分开加工法计算，计算繁琐，且计算量较大，不宜采用，故采用第二种算法：凸模与凹模配作法。（1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸-第一类尺寸 AAj=(Amax-x)410（2）凸模或凹模磨损后会减小的尺寸-第一类尺寸 BBj=(Bmin+x)041（3）凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸-第一类尺寸 C Cj=(Cmin+)2181其中，x 为磨损系数。查表得：工件精度 IT10 级以上 x=1工件精度 IT1-IT13 x=0.75工件精度 IT14 x=0.5因为本工件尺寸均为基本尺寸，故按 IT14 级精度，x=0.5。在所有的尺寸中，属于 A 类尺寸的有：、00.522600.521900.624500.368.5属于 B 类尺寸的有： 、0.620350.30030.2502R注：凸模或凹模磨损后将会增大的尺寸第一类尺寸 A。凸模或凹模磨损后将会减小的尺寸第二类尺寸 B。凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸 C。其中，x 为磨损系数。具体计算如表 5.1。表 5-1 工作零件刃口尺寸计算尺寸类型公称尺寸公式计算后尺寸备注00.62450.15044.6900.52260.13025.7400.52190.13018.7400.368.5)4/1(0)max(xAAj0.0908.32落料0.2502R0)4/1()min(xBBj00.062.12R0.6203500.1535.31冲孔0.30030)4/1()min(xBBj00.073.15保证双边间隙为 0.16-0.19。5.3 凸模、凹模、凸凹模的结构设计冲孔凸模的设计，由于模具需要在凸模外面装推件块，因此设计成直柱的形状。尺寸标注如图所示。凹模的刃口形式，考虑到本例生产批量较大，所以采用刃口强度较高的凹模，即图 所示的刃口形式。凹模的外形尺寸按式：HKb0.3545mm15.75mm，c1.5H27.25mm。根据需要选择的尺寸要大于理论计算值，根据凹模板标准选择凹模规格为：1008020本模具为复合冲裁模，因此除冲孔凸模和落料凹模外，必然还有一个凸凹模。凸凹模的结构简图如图 5-3 所示。校核凸凹模的强度：按式得凸凹模的最小壁厚m1.5t2.25mm，而实际最小壁厚为 5mm，故符合强度要求。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制，并保证双面间隙 0.21-0.25。凸模、凹模、凸凹模的结构图如图 5-1、5-2、5-3 所示。图 5-1 凸模图 5-2 凹模图 5-3 凸凹模6 模具主要零部件设计6.1 定位方式的选择定位方式的选择通俗的说既是选择定位零件。定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上有正确的位置，定位零件的结构形式很多，用于对条料进行定位的定位零件有挡料销、导料销、导料板、侧压装置、导正销、侧刃等，用于对工序进行定位的定位零件有定位销、定位板等。定位零件基本上都已标准化，可根据坯料和工序件形状、尺寸、精度及模具的结构形式与生产效率要求等选用相应的标准。因为该模具采用是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。控制条料的送进步距采用固定挡料销定距，而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来确定。6.2 卸料出件方式的选择卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，把冲件或废料从凸模上卸下来称为卸料。 卸料装置按卸料的方式分为固定卸料装置弹性卸料装置和废料切刀三种。 固定卸料装置 , 固定卸料装置仅由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模上；弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或弹簧）组成；弹性卸料装置可安装于上模或下模，依靠弹簧或弹簧的弹力来卸料，卸料力不太大但冲压时可兼起压料作用，故多用于冲裁料薄及平面度要求较高的冲件；废料切刀是在冲裁过程中冲裁废料切断成数块，从而实现卸料的一种卸料零件。出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。我通常把超过上模内的出件装置称为推件装置；把装在下模内的称为顶件装置。综合考虑该模具的结构和使用方便，以及工件料厚为 1.2mm，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料装置，卸料装置由卸料板、卸料螺钉和橡胶组成。冲制的工件由推板、推销和推件块组成的刚性推件装置，冲孔的废料可通过凸凹模的内孔从冲床台面孔漏下。6.3 模架的选择模架是由上、下模座、模柄及导向装置（最常用的是导柱、导套）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，并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台面。上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。改模具选择后侧导柱模架。上模座： L/mm=125mmHmmB/100 30下模座：L/mm125mmHmmB/100 35导柱：d/mm L/mm=22 120导套：d/mm L/mm D/mm=2270 35具体如表 6.2：表 6.2 模具零件结构尺寸7 冲压设备的校核与选定7.1 冲压设备的校核该模具的闭合高度由以下零件高度相加之和求的。该模具闭合高度： H 闭=H 上+H 下+H 垫+L+H-h （7-1） 式中： L-冲孔凸模长度；H-凸凹模厚度；h-冲孔凸模冲裁后进入凸凹模的深度 h=1mm。序号名称长宽厚(mm)材料数量1上垫板10080845 钢12凸模固定板100801545 钢13凹模板1008020Cr1214凸凹模固定板100801545 钢15卸料板100801045 钢1根据公式（8-1）得模具的闭合高度为：H 闭=H 上+H 下+H 垫+L+H-h=154.5（mm）可见该模具的闭合高度在所选模具闭合高度之间，则该模架可以使用，该模具的闭合高度小于所选压力机型号为 J23-16 的最大闭合高度为 2200mm，增加垫板后可以使用。7.2 冲压设备的选用根据模具闭合高度、冲裁力等，压力机型号为 J23-16，使用垫板后，能满足各项要求，因此选取 J23-16 号压力机。8 绘制模具总装图及工作过程运用 Auto CAD 软件，按照上述几章设计的尺寸，绘制模具装配总图及各零件图。总装配图按照 0#图纸绘制，零件图则按照其它型号的图纸绘制。图样幅面应符合国家(GB4457.1-84)。 先绘制装配草图，经指导老师认可，才进行正式图的绘制。绘图过程中严格按照国标制图标准绘制。8.1 装配图绘制装配图应用足够说明模具构造的投影图及必要的剖面图、剖视图，一般主视图和俯视图应对应绘制。还要注明必要尺寸，如模具高度、轮廓尺寸以及装配保证的有关尺寸和精度。画出排样图，填写详细的零件明细表和技术要求。装配结构简图如图 8-1：图 8-1 模具总装图8.2 模具工作过程模具工作时，依靠活动挡料销定位，上模下行，首先卸料板 6 和凹模 8 在上模和卸料橡胶
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