材料成型及控制工程课程设计舌形片冲裁模具设计

1、课程设计(报告)题目舌形片冲裁模具设计学院名称机械工程学院班学级号材料成型及控制工程学生姓名 周春娇指导教师职称2012年 05 月 09 日课程设计任务书1、冲压课程设计任务书工件名称：舌形片工件简图：如图 1.1 所示生产批量：大批量材料：10 钢材料厚度：2.2mm图1.1 零件简图二、课程设计的内容（1）模具整体方案设计，包括零件的工艺分析、模具类型的确定、压力中心计算、刃口尺寸计算、压力机选择等；（2）模具整装配图和模具重要零件设计；（3）编写设计计算说明书。要求每个学生完成：模具整体装配图 1 张，凸模、凹模、凸凹模等零件图 35 张，设计计算说明书 1 份（15-20 页）。目录

2、序1言. 1零件工艺性分析及方案的确定.21.11.2冲压零件的工艺分析.2冲裁工艺方案的确定.223模具结构形式的确定.4模具总体设计. 53.13.23.3模具类型的选择.5操作与定位方式.53.2.1 操作方式.53.2.2 定位方式.5卸料、出件方式.53.3.13.3.2卸料方式.5出件方式.63.43.5确定送料方式.6确定导向方式.64模具设计计算. 74.14.2排样方案的确定.7冲压力的计算.84.2.14.2.24.2.3冲裁力的计算.8卸料力、推料力的计算.9总冲压力的计算.10567确定模具压力中心. 11计算凸、凹模刃口尺寸. 12凸模、凹模、凸凹模的结构设计. 14

3、7.17.2凸模结构设计.14凹模结构设计.147.2.17.2.27.2.3凹模厚度.14凹模壁厚.15凹模宽度.157.3凸凹模结构设计.168模具总体设计及主要零部件设计. 188.18.2卸料弹簧的设计及计算.18模架选用.199冲压设备的选择.209.1冲压设备的选择及规格.20101112绘制模具总装图.21绘制模具零件图.22编制模具零件的主要加工工艺规程. 23参考文献. 24设计小结. 25序言模具是现代加工行业中的基本工艺装备。模具技术水平已成为衡量一个国家制造业水平的重要指标。现代工业需要先进的模具设备和高技术人才。模具做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛

4、与重要的工艺装备。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；容易实现生产的自动化的特点。设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具使用寿命，还可以提高产品经济效益。在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。目前国

5、内模具技术人员短缺，要解决这样的问题，关键在于职业培训。我们做为踏入社会的当代学生，就应该掌握扎实的专业基础，现在学好理论基础。本设计是以适应企业技术的发展，能体现出在学校所学，能体现先进性和前瞻性，所涉及到的知识包括冲压成型基本原理、冲压工艺方案的确定、冲压工艺规程编制、模具结构设计、模具材料的选择、压力机的选择、模具制造方法。希望通过这些知识的介绍，能使自己掌握模具加工的核心技术，了解周边技术和跟踪前沿技术。希望能通过这次设计，能掌握模具设计的基本方法和基本理论。第 1 页 共 25 页1零件工艺性分析及方案的确定1.1冲压零件的工艺分析冲压件的材料分析：10#钢的抗剪强度 ，抗拉强度，伸

6、长率，此种材料有足够的强度，适合于冲压生产。零件结构的工艺性分析：该零件形状简单，成轴对称，只有一个26 的孔，孔与边缘之间的距离也满足要求，结构符合冲裁工艺性要求，可以冲裁。零件尺寸的精度分析：零件图上没有标注的公差，则按未注公差it14级来处理，尺寸精度较低，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上数据分析，此产品冲压工艺性较好，故选择冲压方法进行加工。1.2冲裁工艺方案的确定方案的种类方案一：先冲孔，后落料。采用单工序模生产。方案二：冲孔落料级进冲压。采用级进模生产。方案三：冲孔落料复合冲压。采用复合模生产。表 1.1各类模具结构及特点比较第 2 页 共 25 页模具种类比较项目单工序模级进模

7、复合模无导向有导向零件公差等级低一般可达 it13it10 级可达 it10it8 级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度 0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达 3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以冲件被顶到模具工作表面自动排除制件，生产效率高上，必须手动或机械排除 ，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复

8、合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高 ，平直度要求高的中小型制件的大批量生产结合表 1.1 分析知：方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方二案只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。方案三也只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案二低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案二简单。通过对上

9、述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案三为佳。第 3 页 共 25 页2模具结构形式的确定正装式复合模和倒装式结构比较：正装式复合模适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距较小的冲裁件。倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件，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件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，所以应用十分广泛。根据零件分析，制件的精度要求较低，孔边距较大，为提高经济效益和简化模具结构，适宜 采用倒装复合模生产。根据以上分析确定该制件的生产采用倒装式复合模具生产第 4 页 共 25 页3模具总体设计3.1模具类型的

10、选择经分析，工件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料厚度，为保证冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，弹性卸料装置，自然漏料的倒装复合结构方式。3.2操作与定位方式3.2.1 操作方式零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。3.2.2 定位方式因为导料销和固定挡料销结构简单，制造方便。且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距采用固定挡料销。3.3卸料、出件方式3.3.1 卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸

11、料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.20.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于 2mm 且模具结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚 2mm 左右的板料，由第 5 页 共 25 页于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.10.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模。工件平直度较高，料厚为 2.2mm 相对较薄，卸料力不大，由于弹

12、压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。3.3.2 出件方式因采用倒装复合模生产，故采用下出件为佳。3.43.5确定送料方式选用的冲压设备为开式双柱可倾压力机，采用横向送料，即由右向左送料。确定导向方式方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不

13、能使用浮动模柄。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。单只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用后侧导柱的导向方式，即方案四最佳。第 6 页 共 25 页4模具设计计算4.1排样方案的确定根据工件形状，采用少废料的排样方法，经计算决定采用直对排法的排样方案，如图4.1所示。图4.1 排样图表4.1 冲裁金属的搭边值（mm）材料厚度t圆形非圆形工件间a沿边a1工件间a沿边a111.

14、51.521.51221.52.52232.5232.53432.53.53由上表查得最小搭边值：工件间=3mm，沿边1=2.5mm；为方便计算=3mm，1=3mm 。计算冲压件毛坯面积 :=3457mm2第 7 页 共 25 页(公式4-1)a=（4445+6620+1/2102)mm2条料宽度:b=120mm+3mm3+44mm=173mm步距:h =45mm+3mm=48mm一个进距的材料利用率 :=nabh 100 %=2 3457173 48 100 %= 83 %4.2冲压力的计算该模具采用弹性卸料和下出料方式。查表 9-1 常用冲压金属材料的力学性能表，得知去材料 10 钢（碳素

15、结构钢）的抗拉强度取b300mpa。4.2.1 冲裁力的计算用平刃冲裁时，其冲裁力 f 一般按下式计算：f=kltb(公式 4-2)式中：f冲裁力；l冲裁周边长度；t材料厚度；b材料抗剪强度；k系数，系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取=1.3。当查不到抗剪强度时，可用抗拉强度b 代替，而取 k=1 的近似计算计算冲裁件轮廓周长 lfltb第 8 页 共 25 页(公式 4-3)式中：d冲裁孔的直径；b冲裁件边长；l=db(公式 4-4）1.落料力2.冲孔力所以冲裁力由 f1 = l1t b ，l1=r1+1102

16、+45+(45-20)=321f1 = l1tb= (321.4 2.2 300) n= 212103 n由 f2 = l2t b ，l2=d=81.68mmf2 = l2t b= (81.64 2.2 300)n= 53.9 10 3nf 冲裁力=f1+f2=212103+53.9103=263.910 3 n4.2.2 卸料力、推料力的计算卸料力 fxfx=kxf推料力 ftft =nktfn梗塞在凹模内的制件或废料数量(n=h/t)；h直刃口部分的高(mm)；t 材料厚度(mm)1)落料时的卸料力fx = k x f1查表4.2 取 kx=0.04第 9 页 共 25 页(公式 4-5)

17、(公式 4-6)fx = k x f1= (0.04 212.12 103)n= 6.36 103 n2)冲孔时的推件力ft = n k t f2凹模刃口形式采用阶梯形直臂式,h =5mm, 则 n=h/t=5mm/2.2mm2个。查表4.2 取 kt=0.055ft = n k t f2= (2 0.05 53.9 10 3 )n= 5.39 10 3 n表 4.2卸料力、推件力和顶件力系数4.2.3 总冲压力的计算fz = f冲裁力 + fx + ft= 277.78 kn选择压力机时的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和fz。由于模具结构的不同，fz的计算应根据实际情况具体分析。采

18、用弹性卸料装置和下出料方式的冲模时计算公式为：fz=f+fx+ftfz = f1 + f2 + fx + ft= 277.78 kn根据冲压力计算结果拟选压力机规格为j2335第 10 页 共 25 页料厚 t/mmkxktkd钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜、黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.095确定模具压力中心按比例画出零件形状,选定圆的中心为坐标系原点

19、，因零件左右对称，即xc=0。故只需计算yc，将工件周边分成l1，l2，l6基本线段，求出各段长度及各段重心位置。表5.1压力中心数据表yc =l1 y1 + l2 y 2 +l + l6 y6l1 + l2 +l + l6= 46.27mm第 11 页 共 25 页图5.1 压力中心计算各段基本要素长度各段重心位置al1=45mmy1=0mmbl2=88mmy2=22mmcl3=25mmy3=44mmdl4=132mmy4=77mmel5=31.4mm10 sin / 2y 5 = 110 + = 116.37mm / 2fl6=81.68mmy6=22mm6计算凸、凹模刃口尺寸冲孔时：对冲

20、孔26mm 采用凸、凹模分开的加工方法 , 其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下 :查表2-8 冲裁模初始双边间隙z，得间隙值：zmin = 0.26mm查表2-10 冲裁时凸、凹模制造公差:凸 =0.02mmzmax = 0.38mm；凹 =0.025mm校核：zmax - zmin= 0.12凸 + 凹 =0.045满足：zmax-zmin凸 +凹 的条件查表2-11按下表：+0.24表6.1mm ，+0.24得磨损系数：x=0.5 ；凸、凹模分别加工时，其工作部分尺寸的计算公式d 凸（ d + x ) 0-凸 （ 26 0 .5 0 .24 ) 0 0 .02 = 26 .12 0 0 .02

21、 mmd凹（ d凸 + z min ) 0+ 凸（ 26 .120 .26 ) 0+0 .025 = 26 .38 0+ 0.025 mm落料时：对外轮廓的落料，由于形状较复杂为保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值，故采用配合加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下:当以凹模为基准件时,凹模磨损后,刃口部分尺寸都增大,因此均属于a类尺寸。零件图中未注公差的尺寸,则按未注公差it-14级(gb/t1800.3-1998)来处理。查表9-13 其极限偏差分别为:120 0-0.87 ， r10 0-0.36 。查表2-11 得磨损系数x为 : 当 0.50 时, x =0.5第 12 页 共 25 页

22、工作性质冲件尺寸凸模尺寸凹模尺寸冲孔+ d 00d p = (d min + x) p+dd d = (d min + x + z min )0落料d0-0d p = (dmax x zmin ) p+ddd = (dmax x)0对260当 0.50 时, x =0.75按a类尺寸公式就算：aj = ( amax x) 0+ / 445凹（450.5 0.56) 0+0.56 / 4 = 44.72 0+0.14 mm44凹（440.5 0.54) 0+0.54 / 4 = 43.730+0.135 mm120凹（1200.5 0.87) 0+0.87 / 4 = 119.57 0+0.21

23、8 mmr10凹（100.75 0.36) 0+0.36 / 4 = 9.730+0.09 mm第 13 页 共 25 页7凸模、凹模、凸凹模的结构设计7.1凸模结构设计冲26mm 孔的圆形凸模 , 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1-4所示。图7.1凸模7.2凹模结构设计凹模的刃口形式，考虑到本例生产批量较大，所以采用刃口强度较高的凹模，如图7.2所示的刃口形式。凹模的外形尺寸确定方法很多,通常根据零件的材料厚度和排样图所确定的凹模型孔壁间最大距离为依据，来求凹模外形尺寸。7.2.1 凹模厚度盒形凹模厚度h按下式方法计算h=kb(h8mm)式中：b-垂直

24、于送料方向凹模型孔壁间最大距离（mm）；k-由b和材料厚度t决定的凹模厚度系数，差查表7.1。因此凹模厚度为h=kb=0.24120=29 mm第 14 页 共 25 页表7.1凹模厚度系数k值注：t为厚度。7.2.2 凹模壁厚凹模壁厚（指凹模刃口与外缘的距离）c为小凹模大凹模c=(1.52)hc=(23)h因此凹模厚度为c=1.5h=43.5 mm7.2.3 凹模宽度垂直于送料方向的凹模宽度b为b=b+(2.54.0)h式中系数：边界型孔为圆弧时取2.5；为直线时取3；复杂形状或有尖角时取4。因此凹模宽度为b=b+3h=120+329=206mm送料方向的凹模长度a为a=l1+2l1式中：l

25、1-沿送料方向型孔壁间最大距离(mm)；l1 -沿送料方向型孔壁至凹模边缘的最小距离(mm)。由于已算出凹模壁厚，所以不需要再查l1，由c代替l1。因此凹模长度为a=l1+2l1第 15 页 共 25 页t/mmb/mm0.512331060n（序号为6872）。3）校验是否满足 s1s总。查阅资料及负荷行程曲线 , 并经过计算可得以下数据 :序号ho/mmh1/mms1=ho-h1s预(f预=1060n)s总=s预+s工作+s修磨686044.515.510.518.7698058.221.81523.27012085.734.32331.271160113.246.83038.272200

26、140.559.54048.2注 :s工作 =t +1=3.2mm,s修磨 =5mm由表中数据可见 ，序号7072 的 弹簧均满足s1s总, 但选序号70的弹簧最合适,因为其它弹簧太长,会使模具高度增加。第 18 页 共 25 页表8.170号弹簧的规格外径d=45mm钢丝直径d =7.omm自由高度ho =120mm装配高度h2=ho-s预 =120mm-23mm=97mm8.2模架选用模架选用适用中等精度，中、小尺寸冲压件的后侧导柱模架，从右向左送料，操作方便。表8.2模架尺寸规格第 19 页 共 25 页上模座l/mm b/mm h/mm =250 250 50下模座l/mm b/mm h/mm =250 250 65导 柱d/mm l/mm =35 200导 套d/mm l/mm d/mm =35 125 48垫板厚度取值12mm凸模固定板厚度取20mm凹模的厚度已定为29mm卸料板厚度取14mm弹簧的外露高度54(=97-6- 37)mm模具的闭合高度h模=(50+12+20+29+2.2+14+54+65)mm = 246.2mm