托板冲压工艺及模具方案设计书

1、托板冲压工艺及模具设计说明书单位：重庆工业职业技术学院部门：机械工程学院设计者：陈波指导老师：洪奕日期： 2011.11.012012.2.201/ 36前言本设计在介绍冲压成型和计算方法的基础上， 讲述常用冲压设备的选用、结构、使用、维护等方面的基础知识，客观简单分析的冲压工艺、冲压模具、冲压设备、冲压材料及冲压件质量与经济性的关系。本书作为高职师范学院- 模具专业学生及其机械类专业参考使用。本书由重庆工业职业技术学院机械工程学院10 模具304 班陈波主编，机械工程学院教授洪奕给予指导，傅定伟、黎运松等同学提出宝贵意见，在此表示深切感谢。由于由于这是我第一次接触冲压模设计，水平有限，书中错

2、误和缺点在所难免，恳请广大读者批评指正。编者2012年 2 月2/ 36目录5911.12.1823.243536.373/ 36托板零件图：一托板零件冲压工艺性分析1. 批量经济分析4/ 36根据该托板零件图得知， 该零件为大批量生产， 非常适合于冲压成型。2. 材料的适用性由托板零件图可知，该产品的材料为08F，根据冲压模具及设备表 2-3（29 页）得知， 08F 适合冲压，并且为常用冲压材料。3. 托板的形状与结构3.1 形状与结构由客户提供的托板零件图可知：该托板零件形状简单、规则、对称，且零件较小，非常适合冲压成形。3.2 内外处尖角由客户提供的托板零件图可知，该托板零件共有8 处

3、内外处尖角。 然而尖角在冲压过程中非常难以加工，并且冲压模具在加工过程中容易崩刃，所以在日常冲压生产中通常将尖角加工为圆角。若客户对尖角部分要求不大，尖角处也没有装配关系，则与客户进行协商，绘制出经过协商后的零件图并重新签约。就该托板零件而言，根据查冲压模具及设备表4-2（88 页）可知， 08F 为软钢，最小圆角半径应取R0.25t，即该托板零件的8 处尖角的最小半径应为R=0.25t，t=2mm，所以该托板零件的8 处尖角均改为 R0.5mm的圆角。3.3 过长的悬臂与凹槽5/ 36根据客户提供的托板零件图可知，该托板零件没有过长悬臂及凹槽。因此该托板零件在冲压成形中不用考虑过长悬臂及凹槽

4、。3.4 小孔冲压该托板零件只有一个直径为10mm的内孔，10mm1.5t ，所以冲裁的尺寸完全符合生产的特性及凸模强度、模具结构。3.5 孔间距与孔边距该冲裁件托板只有一个中心孔， 因此不需要考虑孔间距。 孔边距则为：30-10/2=10mm，10mm（11.5 ）t ，故符合冲裁件对孔边距的要求。4. 工艺性分析（精度及粗糙度）4.1 精度冲裁件的经济公差等级不高于 IT11 级，一般落料公差等级最好低于 IT10 级，冲孔件的公差等级最好低于 IT9 级，该托板零件的公差要求如下： 58mm的上偏差为 0，下偏差为 -0.74 ，可知其公差为 +0.74 ，查互换性与技术测量表 2.3(

5、19 页) 得，该值公差等级为IT14 级。 38mm的下偏差、上偏差均要求，因此冲裁时不需要考虑。 30mm的上偏差为 0，下偏差为 -0.52 ，其公差为 +0.52，查互换性与技术测量表 2.3 知，该值公差等级为 IT14 级，6/ 36 R8mm的上偏差为 0，下偏差为 -0.22 ，其公差为 +0.22，查互换性与技术测量表 2.3 知，该值公差等级为 IT13 级。 10mm的上偏差为 +0.03 ，下偏差为 0，其公差为 +0.03，查互换性与技术测量表2.3 知，其公差等级在IT7 IT8级之间。因一般精度的冲裁件采用IT7 IT8 级精度的普通冲裁模，因此以上尺寸均符合冲压

6、要求。4.2 粗糙度有该托板零件图可知， Ra值为 6.3um，而用普通冲裁方式冲裁厚度为2mm及以下的金属板料，其断面粗糙度值 Ra一般可达到 3.2 12.5um，故该托板零件适合普通冲裁。7/ 36根据以上所有对托板零件冲压工艺性分析该托板零件适合冲压。故该托板冲压工艺图如下：二 . 托板冲压工艺流程设计及优化1. 冲压工艺类型2. 冲压工艺次数3. 冲压工艺顺序4. 冲压工艺组合方式8/ 365. 其它辅助工序2.1 冲压工艺类型根据该托板冲压工艺图可以看出，其所需的基本工序为落料，冲孔。2.2 冲压工艺次数由托板冲压工艺图可看出， 其工艺次数可分为落料， 冲孔 2 个工序组成。2.3

7、 冲压工艺顺序当多工序冲压件有冲孔和落料时，一般先落料再冲孔， 以减少定位误差和避免尺寸换算。2.4 冲压工艺组合方式1）单工序模先落料后冲孔、先冲孔后落料2）复合模冲孔 +落料、落料 +冲孔3）级进模先冲孔再落料2.5 其它辅助工序9/ 36由于此托板零件结构简单，无其它机加、非机加（如焊接、热处理）等其它辅助工序。三. 冲压工艺组合方式分析1）单工序模单工序模制造成本较低， 尺寸和冲压件的厚度不受限制， 但冲压出来的工件精度低、冲压件平整度差、生产效率低，生产时的安全性低，需要采取安全保护措施，只适合小批量生产。由该托板零件的冲压工艺图可知， 该托板零件的生产批量较大， 若采用单工序模就加

8、长了生产周期，故不采用单工序模。2）复合模复合模的加工精度可达到 IT10 IT8 级，压料较好，冲压件平整，尺寸在 300mm以下，冲压件厚度在 0.05mm3mm之间。冲裁复杂零件时它的模具制造成本和工作量低于级进模，操作是出件困难且不太安全，也需要采取安全措施，适合大批量生产。根据该托板工艺图可以看出，该托板零件的加工精度一般，厚度为2mm，且结构简单、生产批量为大批量，若采用复合模，明显优于单工序模。3）级进模10/36级进模的加工精度可以达到 IT13 IT10 级，冲压件尺寸在 250mm以下，冲压件厚度在 0.1mm6mm之间，工序间可以自动送料，冲件和废料一般从下模漏下， 生产

9、效率较高， 模具制造的工作量和成本在制造形状简单零件时比复合模低，比较安全，可使用高速压力机，适合大批量生产。若该托板零件采用级进模生产， 无论是生产效率、 生产批量还是产品尺寸均符合该零件的生产要求，但由于级进模加工精度达不到要求，故不采用。（10 内孔精度达不到要求，需要后期加工，延长生产周期）综合分析：单工序模由于生产效率、 生产批量、冲件精度均达不到该托板零件的产品要求，故不采用。级进模虽然生产效率、 生产批量都能达到产品要求， 但由于冲件的内孔精度达不到该托板零件的产品要求，也不能采用。复合模无论是生产效率、 生产批量还是产品精度都符合该托板零件的产品要求，故被采用。根据该托板零件的

10、冲压工艺顺序确定复合模： 落料 +冲孔为最终的冲压工艺方式。四. 排样11/364.1 排样排样的是否合理，将直接影响到材料利用率、冲件质量、生产效率、冲模结构与寿命， 因此排样在冲压件的前期准备工作中十分重要。 排样可分为以下 3 种： 有废料排样 少废料排样 无废料排样对于 3 种排样的分析：有废料排样对冲压件的尺寸有保证， 冲出的产品质量较好， 而且模具寿命较高，但它的材料利用率较低，增高了产品的生产成本，用于形状复杂、尺寸精度要求较高的零件。少废料排样的材料利用率较高， 用于形状简单、 尺寸精度要求不高的零件。无废料排样用于形状结构简单、 尺寸精度要求不高的零件， 但不易操作加工。本托

11、板零件的形状结构简单、尺寸精度要求不高， 本应选用无废料排样，但由于无废料排样难以保证零件的尺寸精度，而且 无废料排样本身就难以实现，因此本托板的排样方案应选择 少废料排样。4.2 材料利用率12/36全进距 = An 100%BLA 为单个冲件表面积n 为板料最多冲件个数B 为条料宽度L 为条料长度4.3 条料宽度与搭边、料边的计算托板横排：根据冲压模具及设备107 页可知，圆形或圆角r 2t 的工件，a1=1.2a=1.5托板竖排：13/36根据冲压模具及设备107 页可知，圆形或圆角r 2t 的工件，a1=1.8a=2.54. 条料的宽度 B，采用初级定位B1= Dmax+2a=30+1

12、.52=33B2= Dmax+2a=58+2.52=63查冲压模具及设备 31 页 t=2mm时，选用长为 2200mm，宽为 1000mm的冷轧钢板。查冲压模具及设备表4-19 得，条料宽度偏差00B1 =33 0.2B200 =630.6根据材料利用率公式= An 100%BL14/36托板横排材料利用率 =1080 1326. 46 100%=65.1%10002200托板竖排材料利用率 =1015 1326. 46 100%=61.5%10002200横 竖，应选 托板横排 为最终排样方案。托板横排示意图如下导料销与条料之间的最小间隙Zmin ，查冲压模具及设备表420，知 Z=0.5

13、mm，所以 Bo=B+Z=33mm+0.5mm=33.5mm4.5 压力计算冲压力 P=P冲裁 +P卸+P 顶（或 P推 ）冲裁力 P1=KLt b=1.3（3.14 16+382+142+42+3.14 10）225015/36=125866N卸料力 F 卸=P1K 卸=1258660.05=6293.3N顶料力 P 顶=P1K 顶=1258660.06=7551.96N推件力 P 推=P1nK 顶=1258660.055 5=34613.15N P冲 =P1+P卸+P 推=125866+6293.3+34613.15=166772.28NP冲 =( P 1+P卸+P 推) 0.8=2084

14、66N查冲压模具及设备表 3-4 ，开式固定台压力机主要参数规格表得此托板需要的冲压力应大于 200 吨，所以应选 JA21-35 开式固定台压力机。4.6 压力中心的计算16/36由该托板零件图可以看出该托板上下、左右均对称，所以压力中心应在该托板的对称中心（10 的圆心）上。五. 托板冲压模具参数计算5.1 模具凸凹模间的间隙1）间隙对冲压件质量的影响间隙越大，模具的寿命可以延长，但冲件的质量普遍不高，反之，间隙越小，冲件的质量越高，但模具的寿命会进一步缩短。因此，在保证冲压件质量的前提下， 应选较大的间隙， 若采用较小的间隙就必须提高模具的硬度和精度，从而减小模具的粗糙度，减小模具磨损，

15、得以在保证冲压件质量的前提下，延长模具的使用寿命。2）间隙对冲压工艺的影响试验表明，冲件的单面间隙在材料厚度的 5%20%范围内时，冲裁力的降低不多，一般不超过冲裁力的 5%10%。间隙对 Fx 、Fo 的影响较为显著，而当单面间隙增大到材料厚度的 15%25%时，卸料力几乎为零。3）冲裁间隙的确定一般采用经验法来确定。查冲压模具及设备表4-10 得（ 93 页）17/36Zmin=0.246mmZmax=0.360mm由于此托板冲件对尺寸要求不高，又采用的初级定位， 故应取较大的间隙值，即 Zmax=0.360mm5.2 冲裁模刃口尺寸的计算1）冲裁模具刃口尺寸计算三原则落料时应以凹模为基准

16、，先确定凹模，再确定凸模。冲孔时应以凸模为基准，先确定凸模，再确定凹模。凹模的刃口尺寸在设计时，其基本尺寸应靠近下限值。凸模的刃口尺寸在设计时，其基本尺寸应靠近上限值。模具的设计精度应比冲件的精度高23 级。2）冲裁模具刃口尺寸的计算A、凹凸模分开制作B、凹凸模配合制作本托板的外形尺寸简单，且为复合模，因此采用凹凸模配合制作。 该冲裁件中心孔为冲孔件，故应以凸模为基准，对10 的圆形冲孔时18/36dp=(dmin+x)04-14 （97 页）查冲压模具及设备表40. 03得 x=0.75 ，凸模磨损后的尺寸100所以， d = （10+0.03 0.75 ）000. 03= 10.0225p

17、0. 00754故技术要求凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸配作保证双面间隙为0.34mm 由于外形尺寸为落料，以凹模为基准凹模磨损后扩大的尺寸00）A3（R800A1（58）A2（38） A4（30）0. 740. 030. 220. 524Add=(Amax-x )0查表得 x1=0.5 ，x2=1，x3=0.5 ，x4=0.519/360. 7440. 185A =（58-0.50.74 ）=57.63dd1000. 030 . 0075Add2=(38-1 0.03)4 =37.9700A =R（8-0.50.22 ）0. 220. 0554=R7.89dd300Add4=（30-0.50

18、.52 ）0. 520. 1304 =29.740故该托板的凹模刃口尺寸示意图如下5.3 模具闭合高度由所选设备 JA21-35 可知，它的最大闭合高度为Hmax=280mm，Hmin=220mm（ 220-T） Hm（ 280-T ）-5 ，T=5 215mmHm270mm20/365.4 弹簧的选用（ 1）选用弹簧的三原则 为保证卸料正常工作，在非工作状态下，弹簧应该预压，其预压力 Fy 应该大于等于单个弹簧承受的卸料力。即Fy Fx/ nFy弹簧的预压力（ N）Fx卸料力（ N ）n弹簧数量弹簧的极限压缩量应该大于或等于弹簧工作时的总压缩量。即hj h=hy+hx +hmh j 弹簧的极

19、限压缩量（mm）h 弹簧工作时的总压缩量（mm）h y弹簧在预压力作用下产生的预压量（mm）h x卸料板的工作行程（mm）h m凸模或凹模的刃磨量（mm），通常取 hm=410mm。选用的弹簧能够合理的布置在模具的相应空间。（2）卸料弹簧的选用及计算21/361）初定弹簧个数n=4，则每个弹簧的预压力为FyFx/ n=6293/4 1573N2）初选弹簧规格。按2Fy 估算弹簧的极限工作压力Fj Fj =21573N=3146N查标准 GB/T2089-1994, 初选弹簧规格为dD2h0=3.5 2060，Fj =3140N，hj =20.9mm3）所选弹簧的预压量hyhy=Fyhj /F

20、j =1573N20.9mm/3140N10.45mm4）校核所选弹簧是否合适。卸料板工作行程hx =t+1mm=3mm，取刃磨量 hm=6mm，则弹簧工作时的总压缩量为h=hy+hx+hm=10.45mm+3mm+6mm=19.45mmhhj ，故所选弹簧合适。弹簧安装高度 Ha=Ho-Hy=60mm-10.45mm=49.55mm取整 Ha=50mm六. 托板冲裁模结构设计具体托板冲裁模结构设计详见托板冲裁模装配图借鉴于冲压摸具及设备P116图 4-3322/36七. 托板冲裁模主要零部件设计与选用7.1 落料凹模1）根据对该托板零件形状分析， 该托板冲裁模落料凹模应为整体式落料凹模尺寸为

21、 LBHL=l+2cB=b+2cH=Kb1其中 l=58mm，b=30mm，K=0.38，c=32mm，b1=58mm L=58mm+232mm=122mm,标准为 125mm B=30mm+232mm=94mm,标准为 100mm23/36H=0.3858mm=22mm但由于卸料弹簧的安装高度为50mm，所以空心垫板的高度H=50mm将空心垫板与落料凹模做成整体，则H=50mm+22mm=72mm凹模的尺寸为 125mm100mm72mm落料落料凹模如图7.2 凹凸模24/36凹凸模的尺寸如图凹凸模其刃口尺寸按该托板的凹模刃口尺寸加工7.3 推件块由于要完全要使冲件完全推出， 所以其尺寸也应

22、该按该托板的基本尺寸加工。但10 的孔应略大于10mm，取11mm。如图25/367.4 圆形冲孔凸模该托板冲裁凸模刃口尺寸应按前面4.2 中所计算出的凸模刃口尺寸计算，而它的长度应等于L=h1+h2+ha，h1=22mm0.8=17.6mm，h2=30mm，ha=50mm所以冲孔凸模的长度为L=17.6mm+30mm+50mm=97.6mm,由于要保证凸模的强度，故将凸模设计成阶梯式，如图26/367.5 凸模固定板凸模固定板的尺寸LBH其中基本尺寸 L=125mm，B=100mm，H=0.8H凹 =22mm0.8=17.6mm，凸模固定板的尺寸125mm100mm17.6mm27/367.

23、6 凹凸模固定板凹凸模固定板基本尺寸与6.5 凸模固定板基本尺寸相同125mm100mm17.6mm28/367.7 垫板垫板的基本尺寸LBH，由于垫板的厚度H通常在 3mm10mm之间，所以垫板的基本尺寸为125mm100mm8mm29/367.8 卸料板卸料板的基本尺寸为125mm100mm13mm7.9 上下模座由于上下模座的长度应比凹模长 40mm70mm，而宽则根据具体情况来定，厚度为凹模的 11.5 倍，上模座要比下模座厚度小 5mm10mm，所以上模座尺寸为 225mm170mm33mm下模座尺寸为 225mm170mm40mm30/367.10 导柱与导套导柱的基本尺寸为LD，L=模具闭合高度 - （导柱上端面与上模座顶面的距离+导柱底面与下模座的距离） =218.6mm-(10mm+3mm)=205.6mm，D=24mm导柱导套7.11 圆柱销31/367.12 导料销与挡料销该模具的挡料销与倒料销均选用4 的圆柱销7.13 模柄32/367.14 卸料弹簧7.15 螺钉33/36八. 模具的使用及维护模具的使用模具安装在型号为 J23-35 ，最大闭合高度为 280mm的开式双柱可倾压力机：1 、安装前江模具安装表面清理干净，确认模具正确安装在机床上。2、安装后空合模数次将模具闭合高度，使用合理的垫块高度，调整模具为最佳冲压高度。3、模具使用过程中应充分保