床护栏连接件的冲压模具设计-U形卡扣级进模说明书.doc
床护栏连接件的冲压模具设计-U形卡扣级进模含6张CAD图
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目录第一章 绪论2第二章 冲压件工艺分析32.1分析工件的技术要求32.1.1加工表面的精度尺寸及尺寸基准32.1.2表面质量要求32.3零件的结构工艺性分析32.3.1冲孔部分工艺性要求3第三章 工艺方案确定53.1生产方式的确定53.2模具的定位零件与卸料零件的设定53.3.1定位零件的设定53.3.2卸料零件的设定53.3.3出料方式的选择6第四章 冲压力的计算74.1冲裁力的计算74.2卸料力与顶件力的计算74.3压力中心的确定9第五章 模具零件设计105.1凹模的设计105.2、冲孔部分部分尺寸及公差115.3凸模的设计125.4模架的选用125.5固定板的设计145.5.1凹模固定板145.5.2压料板155.6冲压设备的选定15第六章 结论16参考资料17第一章 绪论板料成形一般称为冲压，它是对厚度较小的板料，利用专门的模具，使金属板料通过一定模孔而产生塑性变形，从而获得所需的形状、尺寸的零件或胚料。冲压这类塑性加工方法可进一步分为分离工序和成形工序两类分离工序使冲裁件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成形工序用来使胚料在不发生破坏的情况下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。随着生产技术的发展还不断产生新的塑性加工的方法，例如连铸连轧、液态模锻、等温锻造和超塑性成形等，这些都进一步扩大了塑性成形的应用范围。塑性加工按成型时的工件温度还可以分为热成形、冷成形和温成形三类。热成形是充分进行再结晶的温度以上所完成的加工，如热轧、热锻、热挤压等；冷成形是在不再回复和再结晶的温度以下进行的加工，如冷轧、冷锻、冷挤压、冷冲压等；温成形是在介于冷、热成形温度之间进行的加工，如温锻、温挤压等。本文使用U20082材料制作模具，故使用冷成形方法，多为冷轧。虽金属塑性成形的方法多种多样，具有各自的特点。但他们具有共同的特点，即都要利用金属的塑性，并都要借助于一定的外力使其产生塑性变形，这就是所谓的金属塑性加工。金属的塑性加工是以塑性为前提条件的，金属塑性越好，则预示着金属具有更好的塑性成形适应能力，允许产生更大的变形量；反之，如果金属一受力就断裂则塑性变形就无从进行。因为，从工艺角度出发，人们总是希望变形金属具有良好的属性。冲压工艺作为一个行业，在国民经济的加工工业中占有重要地位。本文通过对零件的工艺进行分析和模具的设计，去掌握模具设计中的一些方法，进而了解和掌握冲压模具设计的基础知识，同事开拓设计思路，培养创新能力。第二章 冲压件工艺分析冲压件的工艺性，是指冲压件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的形状结构、尺寸大小，尺寸公差和形位公差与尺寸基准等是否满足冲压工艺的要求。本次设计的工件如图1-1所示，现对工件冲压工艺性进行分析。 工件简图：如图；生产批量：中批量；材料：铝；材料厚度：按图mm；2.1分析工件的技术要求2.1.1加工表面的精度尺寸及尺寸基准工件中对标有尺寸精度的尺寸按照零件图的精度进行设计。零件图上的尺寸均未标注公差，属自由尺寸，可按IT14级确定工件的公差，即按国际标准对非圆形工件精度等级取IT14级设计。冲裁件的尺寸基准应尽可能的和制模时的基准重合，以避免产生基准不重合误差。孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或者线上，切不要与参加变形的部分联系起来。2.1.2表面质量要求该工件为标有表面质量精度要求，为装配的面，即按照一般要求处理可满足工艺要求，即表面粗糙度Ra=3.22.3零件的结构工艺性分析此工件为床护栏连接件，工件体积不大。主要工序为，冲孔、落料、折弯等2.3.1冲孔部分工艺性要求工件需要采用冲孔工序，冲裁件的形状应当尽可能的简单、对称、避免复杂形状的曲线。（冲孔的最小尺寸可参考文献）在可能的情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的情况，来保障减少废料。冲裁件的孔径受孔模强度和刚度的限制，由图可知其孔径事宜，不易发生折断或压弯等情况。如果采用有保护套的模，因其稳定性高，模不易折损，其孔径可以适当调整。因为给出孔的尺寸，所以不用考虑是否减小孔径的情况。冲孔件上的孔与孔、孔与边缘之间的距离不能太小，以避免产生工件变形、模壁过薄等情况而影响模具寿命。一般（孔距的最小尺寸可查文献）孔边距取：对圆孔为（11.5）t,对矩形孔为（1.52）t。本工件基本符合上述各项要求，因而在结构上是满足工艺的，能够进行冲孔加工。第三章 工艺方案确定3.1生产方式的确定根据本工件的外形尺寸及形状，可分为相似两部分，确定本工件属于落料冲孔工序。根据上述加工方法可提出以下几种模具典型结构所设计的模具加工方案：1. 单工序模生产：单工序模结构简单，制作周期短，制成成本价格低廉，生产效率低，冲出的制件精度不高，且工人劳动强度大，不适合大批量生产。2. 复合模生产：复合模结构紧凑，冲出的制件精度较高，适合大批量生产，特别是孔与制件外形的同心度容易保证。但模具结构复杂，模具制造较困难，制造成本高，制造周期长等缺点。3. 级进模生产：在一副级进模上可对形状十分复杂冲压件进行冲裁、弯曲、拉深成形等工序，故生产率高，便于实现机械化和自动化，适于大批量生产。由于采用条料（或带料）进行连续冲压，所以操作方便安全，级进模的主要缺点是结构复杂，制造精度高，周期较长，成本高。 在生产本工件时若采用单工序模生产，制作本工件需要多个工序，故所需多个模具来进行生产，但是本工件需要大批量生产，采用单工序不但所需的单工序模较多而且会容易造成产品精度无法保证，经济效益低等缺点，所欲不宜采用单工序模进行生产。 复合模生产与级进模生产来对于本工件的大批量生产都比较合适，但是因为本工件较小使用复合模生产会变得制作困难，制作过程会因为需要增加排样步骤，而使得成本增加。级进模生产可以避免此情况的产生，并且级进模生产相比于复合模生产周期稍短。所以本工件采用级进模生产，不但可以实现工件的大批量生产，也可以减少材料的消耗。3.2模具的定位零件与卸料零件的设定3.3.1定位零件的设定定位部分零件的作用是使毛胚（条料或块料）送料时有基准的位置，保证冲出合格制件，不致冲突进而导致浪费。3.3.2卸料零件的设定卸料装置分为刚性（即固定卸料板）和弹性两种，废料切刀也是一种卸料的形式。固定卸料板的卸料力大，但无压料作用，毛胚材料厚度大于0.8mm时多采用次形式。弹性卸料板的卸料力小，但有压料作用，冲裁质量较好，多用于薄料。本工件毛胚材料厚度大于0.8mm，且需要有压料作用，工件卸料力也不大，故选用弹性卸料。3.3.3出料方式的选择出料方式有上出料和下出料两种方式，若采用上出料方式，则还需要将废料和工件钩出，不利于级进模方式的连续生产；若采用下出料方式，冲模时所产生的废料或者工件则直接可以从模孔中漏出来，其结构简单，有利于连续大量生产，所以本产品使用下出料的方式。第四章 冲压力的计算4.1冲裁力的计算 冲裁力的计算公式可以参考文献(冲压工艺与模具设计）式中 L-冲裁件周长（mm） T-材料厚度（mm） -材料抗减强度（mpa）K- -系数，考虑刀具磨损的情况，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等原因，一般K取1.3。 -材料的抗拉强度（MPa）,一般情况下其值为1.3。其值取295MPa工件几何周长分别为30+11.42mm和1mm所以工件冲裁力计算如下：冲两个14mm的工艺孔 F1=314mm+2mm1MPa+11.42=44486N4.2卸料力与顶件力的计算 由于冲裁中材料的弹性变形和摩擦的存在，冲裁后带孔部分的材料会被冲压过程中紧箍在凸模上，而落下部分的材料会紧卡在凹模洞中。所以需要将凸模上卸下材料的力成为卸料力，把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出的力推件力，逆着冲裁方向顶出去的力顶件力。有许多因素能够影响到这三种力，如材料的种类、材料的厚度、冲裁间隙、零件形状尺寸及润滑等情况。这三种力可以如图表示： 卸料力、顶件力、推进力一般按如下公式计算：卸料力 Fx=KxF冲孔推件力Fd=KtF 卸料力、推件力与顶件力系数所以Kx=0.05;Kt=0.05则各个工位中所需要的卸料力与推件力为：Fx=0.0544486=2224.3N模具的总冲压力为各个工位的冲压力总和，即：F总=2224.3*3=6672.9N由于冲压时工艺力的总和不能大于压力机公称压力的50%60%，即（50%60%）P公P总，P公=30408.60.6=50681N,所以初选压力机的公称压力为60000N4.3压力中心的确定冲裁时合力的作用点或多个工序模各个工序冲压力的合力作用点，成为模具的压力中心。如果模具压力中心与压力机滑块中心不一致，冲压时会产生偏裁，导致模具以及滑块与导轨之间的急剧摩擦，从而降低模具和压力机的使用寿命。通常用求平行力系合力作用点的方法来确定模具的压力中心。初始坐标可设为工件左下角来便于计算。故X=(F1L1+F2L2+F3L3+F4L4)(F1+F2+F3+F4)Y=0mm所以其压力中心在距原点4.3mm处第五章 模具零件设计5.1凹模的设计冲孔落料凹模厚度计算1. H=Kb式中K-系数b-冲压件最大外形尺寸 凹模系数表所以K=0.28，H=20mm由于该模具是大批量生产，应考虑足够的修模余量，为了方便和安全所以H取50mm。2. 凹模的长度和宽度计算L凹模=4H=200mm,W凹模=L2=100mm3. 凹模材料的选用:材料选用Cr12MoV,HRC:6064Cr12MoV是一种冷作模具钢，其钢的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、强度均比Cr12高。直径为300400mm以下的工件可完全淬透，淬火变形小，但是其高温塑性较差。Cr12MoV多用于制造截面较大、形状复杂、工作负荷较重的合种模具和工具。如冲孔凹模、切边模、滚边模、钢板等5.2、冲孔部分部分尺寸及公差1、凸模：查表冲压手册第57页，冲裁凸模、凹模的极限偏差为：p=0.02mm，d=0.02mm查表冲压手册第54页，冲裁模初始双面间隙为：Zmax=0.04mm，Zmin=0.03mm由于p+d=Zmax-Zmin=0.01mm，故采用凸模与凹模配合加工。冲孔情况，磨损后凸模减小查表得因数：x=1小凸模尺寸：dp=(A+x) -0.06250 =(14+10.25)0.06250=14.250.06250mm凹模配作，最小间隙Zmin=0.030mm;凹模尺寸：dd=( dd +Zmin)0+0.0625=14.3500+0.0625 mm，2.凹模洞的类形常用凹模洞口的类形如图6所示： 图 6其中图a、b、c为直筒式刃的凹模，其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。但因废料（或制件的聚集而增大了推件力和凹模的胀裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。一般复合模上出件的冲裁模用图a、c型，下出件的冲裁模用图b或图a型，图d、e型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小，但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大（如300时，刃磨0.1mm时，其尺寸增大0.0017mm凹模锥角，后角和洞高度h，均随制件材料厚度增加而增大，一般取15302030 h=4-10mm综上所述及其对工件孔分析，选择B型凹模洞口，取h=6mm204）凹模的外形尺寸凹模的外形一般有矩形与圆形两种。凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度，刚度和修磨量，凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的如图7所示凹模的厚度为:1+ kb (15)凹模壁厚度为c=(1.52)H (3040mm)5.3凸模的设计冲孔凸模设计长度：凸模的尺寸根据凸模固定板尺寸h1，卸料板尺寸h2，材料厚度h3和h来共同决定。h一般取10mm-20mmDDL=30+20+2+20=80mm凸模材料：选用Cr12MoV，HRC:58625.4模架的选用模架包括上模板与下模板，其为标准件，可按冷冲模国家标准进行选择。因改模具要大批量生产，为了减伤模具生产成本，模座选用滑动导向模架，并且还可以缩短模具的制造周期。在大批量生产中为便于装模或者在精度要求较高的情况下，模具都采用导向装置，用来保证精准的导向。导向零件有三种形式，分别是导柱和导套导向、导板导向、套筒式导向。导柱和导套导向有常见的四种布置形式如下： 常见四种导柱导套形式图a导柱置于后侧，能从多个方向进行送料，但是其导向情况相比较。，图b导向情况较好，但是操作不如a方便，并且本模具采用级进模，不适合选用b。图d四导柱的导向效果最好，但其结构复杂，只有导向要求高、偏移力度大和大型冲模才会采用的方法，故会造成过程的繁琐和成本的增加。所以本模具采用对角导柱、导板联合导向的形式。模架图上模座：其厚度可选用40mm,外形尺寸为：300mm320mm,垫板厚度取20mm,下模座厚度取40mm，下模座厚度取40mm其外形尺寸与上模座一致。根据上下模座选取导柱为28mm260mm;导套为34mm50模架图5.5固定板的设计5.5.1凹模固定板1. 凹模固定板的厚度：其厚度取为40mm2. 凹模固定吗板的外形尺寸根据核准选取板的规格为：LB=180mm154mm材料：选用45钢5.5.2压料板压料板的外形尺寸与凸模固定板一致，各空位置也保持一致。5.6冲压设备的选定选用公称压力为60000N的压力机，其主要技术参数如下滑块行程：100mm最大闭合高度：380mm最大装模高度：300mm工作台尺寸（前后左右）：420mm630mm模柄孔尺寸：40mm60mm模柄第六章 结论 本次设计是在XX老师的悉心指导下完成的。在此次课题设计中遇到了大量的问题，如经验不足、资料信息的不足和专业知识运用的不灵活等原因造成了设计停滞不前，非常感谢XX老师的悉心教导，严谨的治学风格，精益求精的工作作风，平易近人的
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