铜钱古币件φ40级进模冲压模具设计课程说明书CAD图纸毕业
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目 录1 设计任务12 工艺分析22.1 绘制产品零件图22.2 对冲压件进行工艺分析22.2.1材料分析22.2.2结构分析32.2.3尺寸分析32.2.4精度分析33 工艺方案确定及设计优化44 工艺计算54.1排样、下料、计算材料利用率54.1.1排样54.2冲裁力计算84.2 选择压力机84.3 压力中心的计算94.4.1凸、凹模间隙的选择94.4.2凸、凹模刃口尺寸的计算95 模具零件图设计及优化115.1凸、凹模的结构设计115.1.1 凸模的结构与固定方式115.1.2 凸模长度的确定115.1.3 凸模强度校核125.1.4凹模结构形式设计135.1.5凹模结构尺寸的确定135.2模架及导向装置的选择155.3模板的设计155.4弹簧的选用155.5其他零部件结构166 模具装配图设计及优化176.1 条料定位装置186.2卸料装置18小 结18参 考 文 献20谢 辞211 设计任务 近年来，冲压成型工艺有很多新的发展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的成形精度日趋精确，生产效率也有极大的提高，正在把冲压加工提高到高品质的、新的发展水平2。现代冲压生产是一种大规模继续作业的制造方式，由于高新技术的参与和介入，冲压生产方式由初期的手工操作逐步进化为集成制造,。生产过程逐步实现机械化、自动化、并且正在向智能化、集成化的方向发展。实现自动化冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，已经是冲压生产的发展方向。冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。也就是说趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD、CAE技术应向宣人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。该课题主要针对古币件，在对古币件冲孔、落料、压印等成形工艺分析的基础上，提出了该零件采用多工位级进模的冲压方案；根据零件的形状小、尺寸精度要求不高，大批量生产。设计过程中综合考虑采用“单纵横排”排样，成形侧刃定位，保证工件的尺寸和形状位置精度要求的同时，提高了材料的利用率和劳动生产率。2 工艺分析2.1 绘制产品零件图材料为Q235，厚度3mm，生产批量大批量，各未注公差尺寸均为IT14级，制件上表面不得有划伤，截断面不得有毛刺。 图2-1 古币件零件2.2 对冲压件进行工艺分析2.2.1材料分析Q235GB/T699-1999标准规定Q235抗拉强度为375MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16%，断面收缩率为40%，冲击功为39J。2.2.2结构分析图2-1冲裁件的外形应尽量避免有尖锐的角，在各直线连接处，应由适当的圆角。为提高模具寿命，将所有直角改为半径等于1mm的圆角。古币件尺寸小，比较薄。为了增强凸模的强度，采用尾部下端做成凸模。2.2.3尺寸分析 本冲压件采用3mm的Q235板冲压而成，可保证足够的刚度和强度。2.2.4精度分析 图2-1零件由于公差未注，其公差要求都属于IT11计算，用一般冲裁模就能达到，不需要采用精冲或修整等特殊冲裁方式。为保证制件尺寸精度，简化级进模结构，保证条料送进刚性，异型孔冲裁分多次成形。表2-1 冲裁金属件时内外形所能达到的经济精度板料厚度t/mm冲件基本尺寸/mm336610101818303050508080120120180180260260360360500精度等级1IT11IT12IT10IT1112IT13IT11IT12IT10IT1123IT12IT13IT11IT1235IT12IT13IT11IT12冲裁件的尺寸公差，冲裁件和冲孔件的尺寸公差如下表2-2和2-3所示。表2-2 冲裁件的尺寸外形公差 （mm)板料厚度t冲模形式普通精度高级精度零件尺寸10105050150150300101050501501503000.20.5-0.08-0.10-0.14-0.2-0.025-0.03-0.05-0.080.51-0.12-0.16-0.22-0.3-0.03-0.04-0.06-0.1012-0.18-0.22-0.3-0.5-0.04-0.066-0.08-0.1224-0.24-0.28-0.4-0.7-0.06-0.08-0.10-0.1546-0.30-0.35-0.5-1.0-0.10-0.12-0.15-0.20注：1.普通精度模具工作部分的制造精度为IT8级。2.高级精度模具工作部分的制造精度为IT7级以上。3 工艺方案确定及设计优化方案一：先落料，再冲孔，采用简单模生产。方案二：冲孔、落料，采用复合模生产，压印单工序模。方案三：落料冲孔，采用多工位连续式复合级进模。方案一模具结构简单，但需2道工序、2副模具，虽然模具设计及制造简单，维修方便，但生产效率较低，零件精度较差且变形较大，在生产批量较大的情况下不适用；方案二：复合模生产此模具精度和生产效率都能满足此要求，但是由于四道工序同时进行，必然使模具结构复杂化，给制造带来不便，但可作备选方案方案三：级进模是一种多工位、效率高的加工方法，一般使用于大批量、小型冲压件，这都符合该工件的生产要求，其缺点是制造复杂，成本相对较高，故仍作为备选方案。方案的确定 综上所述，根据该工件的实际情况，比较方案二和方案三，可知各有优缺点。由于本制件结构简单，精度要求不高，经分析由落料、冲孔二道工序组成。所以，比较三个方案，欲采用方案三生产。4 工艺计算4.1排样、下料、计算材料利用率4.1.1排样古币件为简化级进模模具结构，保证条料送进刚性和稳定性，减小级进模具工作面积，减少级进模具发生故障及返修概率，采用单排横排排列，如图2-2所示，将载体与连接桥设在两侧，并相应的增加空位保证凹模的强度。图2-2排样工序图工序安排：1.切侧刃冲孔；2.切断；为了保证凸模的强度，初步设计零件的搭边值：搭边a=2mm；侧搭边a1=2+2（侧刃宽度）=4mm送进步距： （2-1） 式中： B平行于送料方向工件的宽度； a冲件之间的搭边值。由此可得： 条料宽度： 当模具有侧刃时，条料宽度按下式计算： （2-2） 式中 n侧刃数； D工件垂直于送料方向的最大尺寸(mm)； b侧搭边（mm）； 条料宽度的公差（mm）；由参考文献1表2-14，=0.4（mm）；4.1.2计算材料的利用率 合理有效的排样在于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计技术要求的工件。在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产最重要的技术指标之 一。在冲压工作中，冲压件材料消耗费用可达总成本的60%75%，每降低1%的冲压废料， 将会使成本降低0.4%0.5%。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在成批和大量生产中，冲压零件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效果更为突出。 通过CAD软件进行测绘，计算零件的可用面积，A1256.6-72=1184.6mm2，则11184.6/（4248）100%58.7%表2-4 冷轧钢板和钢带的规格尺寸 （单位：mm)公称厚度按下列宽度的最小和最大长度600800100012501500180020000.2120025001500250015003000-0.3-0.4-0.615003000-0.81200300015003000150035001500400020004000-1.0-1.220004000-1.515004000150060002000600025006000-2.0-2.520006000250060003.025002700250070003.5-200045002000475025002700250027004.0-2000450015002500150025004.5-5.0-15002300150023004.2冲裁力计算 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。由于该制件比较薄，冲裁力比较小，不需要采用阶段凸模冲裁、斜刃口冲裁。在这里我们采用平刃口模具冲裁（1）冲裁力F： F落=Ltb=1.3Lt =159.63353=160398N 式中：F落冲裁力(N)；L冲裁件周边长度,L=159.6（mm）；t料厚（mm）；材料的抗剪强度（MPa）。（2）弹性卸料力: 式中：弹性卸料力；卸料力系数，其值见表4-1； F冲裁力（N）。4.2 选择压力机一般压力机的公称压力应大于压力的1.21.3倍。根据压力机的规格以及模具的大小尺寸，初选公称压力为400kN的压力机，其主要技术参数符合要求。由于压机工作台尺寸较模具的尺寸小，所以根据冲压力的大小和模具大小，选取开式可倾台式压力机J23-25，其主要技术参数如下：公称压力：40KN滑块行程：140mm最大闭合高度：400mm滑块调节量：110mm工作台尺寸：900*600mm模柄孔尺寸：60mm75mm4.3 压力中心的计算 模具的压力中心，就是冲压力的作用点。为了使模具内容能够正常而又平衡的工作，特别是对于大而复杂的冲件，多凸模冲孔以及连续冲裁时，必须使压力中心通过压力机滑块的中心线。对于带有模柄的冲裁模，压力中心需通过摸柄的轴心线。因此本文的压力中心为排样的中心位置。4.4凸、凹模刃口尺寸的计算4.4.1凸、凹模间隙的选择对于断面质量和尺寸精度要求高的工件，应选用较小间隙值，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，根据冲裁件尺寸与形状、模具材料和方法、冲压方法和生产率等，灵活掌握、酌情增减。根据零件材料为45及料厚t=3mm，查文献1表2-6，确定冲裁刃口始用双面间隙值：z=0.2mm, z=0.25mm。4.4.2凸、凹模刃口尺寸的计算冲压制件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，合理间隙的数值也必须靠模具的刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸极其公差，是设计冲模的主要任务之一。制造模具时常用两种方法来保证合理的间隙:是分别加工法。分别规定凸模和凹模的尺寸和公差，分别进行制造用凸模和凹模的尺寸和公差来保证间隙要求。是凸模和凹模配合加工。用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理的间隙。加工后，凸模和凹模必须对号入座，不能互换。由于冲件形状复杂且比较薄，为了保证凸、凹模之间的间隙值，拟采用凸、凹模配合加工的方法。 冲孔时，应以凸模为基准件，然后配做凹模。 落结构废料1和2孔的尺寸其中未标注公差的尺寸，按IT14级取公差。凸模磨损后尺寸变小的记为A类， 零件外形冲裁，其尺寸有如图5-1所示 凸模尺寸为52mm，2mm： （5-1）式中 x：磨损系数，：冲件公差：凸模制造公差，p为/4L1、L2、L3：分别为四边公称尺寸从参考文献1表2-11可得：x=0.75；x=1所以： 该零件切边凹模刃口各部分尺寸按上述切边凸模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值ZminZmax=0.20.25mm。 落料凸模尺寸其中未标注公差的尺寸，按IT14级取公差。凸模磨损后尺寸变小的记为A类， 零件外形冲裁，其尺寸如图5-4 凸模尺寸为40mm。 所以： 该零件切边凹模刃口各部分尺寸按上述切边凸模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值ZminZmax=0.20.25mm。5 模具零件图设计及优化5.1凸、凹模的结构设计5.1.1 凸模的结构与固定方式 一般冲裁凸模的形状是由产品的形状决定的，它可以采用直身结构也可采用加强型结构。主要的固定方式有：台肩固定、铆接、螺钉和横销固定以及粘结剂浇注法固定等。本设计中采用方形形式的凸模，材料选用Cr12MoV，淬火硬度HRC58-62,必要时表面可进行渗氮处理。圆凸模可采用高精度外圆磨床加工，异形凸模可以采用慢走丝线切割加工或成形磨削加工（成形磨削是模具零件成形表面精加工的一种方法，可以获得高尺寸精度、高表面加工质量。 凸模固定方式采用了铆接固定，凸模上无台阶，全部长度尺寸形状相同，装配时上面铆开然后磨平。这种形式适用于形状较复杂的零件，加工凸模时便于全长一起磨削；台肩固定时凸模以过渡配合（K6）固紧在凸模固定板上，顶端形成台肩，以便固定，并保证在工作时不被拉出，安全可靠；横销固定中，凸模加工、拆卸方便，与固定板的配合采用H7/m6。5.1.2 凸模长度的确定凸模工作部分的长度应根据模具的结构来确定。一般不宜过长，否则往往因纵向弯曲而使凸模工作时失稳。致使模具间隙出现不均匀，从而使冲件的质量及精度有所下降，严重时甚至会使凸模折断。长度按下式计算 即： （5-2）式中，h1：凸模固定板厚度，mmh2：弹性卸料板的厚度，mmh3：导料板厚度，mm h：增加长度，mm。包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度（对于冲裁凸模取1mm），凸模固定板与卸料板之间的安全距离等。一般取1020mm冲裁凸模长度： 凸模长度确定后一般不需要作强度核算，只有当凹模特别细长时，才进行凸模凸模的抗弯能力和承压能力的校核。图5-1 切断凸模5.1.3 凸模强度校核 冲裁时凸模因承受了全部的压力，所以它承受了相当大的压应力。而在卸料时，又承受有拉应力。因此，在一次冲裁的过程中，其应力为拉伸和压缩交变反复作用。在一般情况下，凸模强度和刚度是足够的。但是当凸模的截面尺寸很小而冲裁的板料厚度较大，或者结构需要确定的凸模特别细长时，则应进行承压能力和抗纵弯曲能力的校核。该模具选取最细长的一个凸模进行检测。 承压能力校核：对凸模最小断面上的承受能力进行计算时，必须使冲裁力小于或等于危险断面所允许的最大压应力。=bc （5-3）式中 凸模最小截面的压应力，MPa 凸模纵向所承受的压力，包括冲裁力和推件力，kN 凸模最小截面积，mm2bc 凸模材料的许用抗压强度，MPa.选用的材料的热处理下的bc取（1.01.6）103MPa =bc =（1.3Lt+ K2F）/（1.5+1.5+38） =981.0bc故凸模承受能力满足要求。5.1.4凹模结构形式设计凹模在设计中采用配合加工而成，为了便于设计、制造、维修，采用直接固定结构，用用螺丝固定，定位销定位，凸、凹之间的间隙为一个料厚。凹模材料与凸模相同，选用Cr12MoV钢，淬火硬度HRC58-62。如右图所示，为冲裁凹模刃壁形式，适用于薄料冲裁模。一般可以使用电火花穿孔加工凹模，这里刃口高度取H=5mm。5.1.5凹模结构尺寸的确定凹模设计应考虑的事项是关于凹模强度、制造方法及其加工精度等。特别是凹模孔的尺寸，在实用上是和制件尺寸一起来考虑的。它关系到制件质量的好坏，因此对其加工表面质量亦必须予以充分的考虑。凹模的厚度和外形尺寸，对于其承受的冲裁力，必须具有不引起破损和变形的足够强度。非标准尺寸的凹模受力状态比较复杂，目前还不能用理论计算方法确定，一般按经验公式概略地计算，结构尺寸计算如下：1.冲裁凹模刃口高度 查参考文献2表4-2 刃口高度h=6mm2.凹模厚度H与壁厚c根据经验公式 （5-4）取 H=45mmc=（1.52）H=6080mm所以，计算凹模的总长度为L=l+2c 总宽度为B=b+2c式中，l：冲裁件最大长度b：冲裁件最大宽度。 冲孔凹模的总长度L=250mm 总宽度B=160mm根据要求，上述凹模外形尺寸须向国家标准靠拢，对照文献11表14-6（摘自GB2858-81），将上述尺寸改为25016045mm。上述方法适用用于确定普通工具钢经过正常热处理，并在平面支撑条件下工作的凹模尺寸。冲裁件形状简单时，壁厚系数取偏小值，形状复杂时取偏大值。用于大批量生产条件下的凹模，其高度应该在计算结果中增加总的修模量。图5-2 落料凹模5.2模架及导向装置的选择由于导柱模广泛应用，故导柱、导套已标准化，它和上、下模板组成了标准模架，设计时可参考冷冲模标准选用。一般导柱导套的配合精度为或，这对一般的冲压工作是能够保证导向精度的，但对于冲裁薄料(t 0.5mm)或精密冲裁模、硬质合金模或高速冲模等要求无间导向时，需要用滚珠导柱导向。滚珠导柱导向，导柱、滚珠、导套间不但没有间隙而且有0.010.02mm的过盈量，即d+2dD（0.010.02）mm。滚珠装在保持架内，为了减少磨损，保持架的滚珠做成倾角（一般取5、654和26几种）。为了保证均匀接触，滚珠要求严格，应桃选同一直径、公差不超过0.003mm的滚珠。本模具采用后侧导柱导向，其送料及操作方便。根据以上计算结果，可查得模架规格为上模座350mm285mm50mm,下模座350mm285mm45mm。根据模座的导柱倒要孔，选用导柱32mm200mm,导套32mm105mm45mm。配合选用5.3模板的设计该模具中固定板起着固定凸模的作用，卸料板主要起卸料、压料同时还具有一定的导向作用。凹模外形尺寸前面已述，该级进模其它模板的外形尺寸设计如下：凸模固定板 LBh=25016010mm；上垫板 LBh=25016010mm；凹模板 LBh=25016045mm；卸料板 LBh=25016012mm；下模板 LBh=35022550mm；上模板 LBh=35022545mm；5.4弹簧的选用该模具设定8个橡胶垫，每个橡胶垫分担的卸料力为8715N查参考文献1表4-37，选用DdH=3540的橡胶,长度为50mm，当其压缩到20mm时，能承受的负荷为3000N，大于卸料力。所以，该橡胶满足使用要求。5.5其他零部件结构模柄对中小型模具时用于固定上模用的。其形式主要有以下几种：模柄与上模板做成整体，用于小型模具上；模柄采用压入式；模柄采用螺纹旋入，适用于中小型模具；模柄带法兰以螺钉固定，适用于较大的模具或有刚性推件装置不能采用其他形式时采用浮动式模柄，适用于模具有精确导向，导向装置始终不脱开的情况，采用此形式可免除压力机导向不精确的影响。模柄采用凸缘式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格为C4075的模柄。6 模具装配图设计及优化 古币件级进模装配图采用二视图绘制，见图3-1。模具工作过程：当冲床滑块下行带动上模座使模具闭合时，第1步，切侧刃和冲孔，侧刀起着定距作用；第2步，压印，第3由切断凸模和冲孔凸模最终复合分离成品零件。 为防止因合模不当或偏心载荷损坏凸模。弹性卸料板保证每工步卸料及细长凸模的保护。凸模尽量采用快式或穿销式保证修配方便。图6-1 装配图6.1 条料定位装置 为限定被冲材料的进距和正确地将工件安放在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。本设计采用利用利用异性冲裁凸模相当于侧刃（图3-2）和安装在凹模板上的导料板进行粗定位，控制步距；由于该产品的精度要求不是很高，因此我们只采用粗定位就能达到所需要的要求，即采用侧刀定位侧刃可以保证条料的精确送料位置和准确的送进距离，以提高冲件的精度。其主要作用在于：1） 用于成批或大量生产，以提高劳动生产率。2） 在冲制0.5mm以下的薄材料时，工件对称度和同轴度要求高，如采用导正钉定位容易把孔缘折断时。3） 成形工件的冲裁，需切割条料的一边或两边时。4） 进给步距较小，采用其他定位较困难时。定距侧刃的宽度尺寸应等于步距。侧刃凸模的宽度即为送料进距加上0.050.1mm。6.2卸料装置卸料装置也有刚性和弹性两种形式，此外废料切刀也是卸料的一种形式。固定卸料板，卸料力大，但无压料作用，毛坯材料厚度大于0.8mm以上时多采用。弹性卸料板，卸料力量小，但有压料作用，冲裁质量较好，多用于薄料。本文采用弹性卸料板卸料，弹性卸料板由弹簧产生的弹性实现卸料，并穿过卸料螺钉杆部安装在凸模固定板与卸料板之间。引文增加了导料板的厚度，所以弹性卸料板的厚度取H=10mm。小 结装模具时，要认真仔细，以防损伤模具。定期的维护、保养也可以大大提高模具寿命。从整个设计过程来看，古币件冲件多工位级进模，模具结构设计合理，加工简单，操作方便，通过冲孔、落料等几道工序一次成形，工作效高，零件成形质量好，大大提高了生产率，降低了生产成本，满足了生产需求。由于作者知识水平有限，对实践的缺乏，这里面牵涉到非常多的资料搜集问题，所有计算均为理论公式，当中不乏有不足之处，还有待在以后的工作实践当中不断地完善和创新参 考 文 献1 姜奎华.冲压工艺与模具设计M.北京：机械工业出版社，20178.52 薛啓祥.冲压模具设计和加工计算速查手册M.北京:化学工业出版社,2017.103 姜奎华.冲压工艺与模具设计M.北京：机械工业出版社，2018.74 高军,李熹平,修大鹏等.冲压模具标准件选用与设计指南M.北京；化学工业出版社，2017.75 张正修.冲模机构设计方法、要点及实例M.北京:机械工业出版社,2017.46 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