U形100X80垫片落料冲压模具设计课程说明书CAD图纸毕业
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目 录1 引 言12 冲压工艺方案的制定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22.2.3尺寸分析32.2.4精度分析32.3 方案比较，确定最佳工艺方案32.4排样、下料、计算材料利用率32.4.1排样33 确定模具结构53.1 条料定位装置63.2 卸料装置64 工艺计算74.1冲裁力计算74.2 选择压力机74.3 压力中心的计算85 模具零件的设计与计算95.1凸、凹模刃口尺寸的计算95.1.1凸、凹模间隙的选择95.1.2凸、凹模刃口尺寸的计算105.2凸、凹模的结构设计125.2.1 凸模的结构与固定方式125.2.2 凸模长度的确定125.2.3 凸模强度校核135.2.4凹模结构形式设计135.2.5凹模结构尺寸的确定145.3模架及导向装置的选择145.4模板的设计155.5弹簧的选用185.6其他零部件结构18小 结20参 考 文 献21谢 辞221 引 言 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。该课题主要针对冲压零件，在对冲压零件落料等成形工艺分析的基础上，提出了该零件采用落料模的冲压方案；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，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 冲压工艺方案的制定2.1 绘制产品零件图材料为Q235钢，厚度1mm，生产批量3000件/月，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 冲压零件零件2.2 对冲压件进行工艺分析2.2.1材料分析Q235普通碳素结构钢又称作A3板。普通碳素结构钢-普板是一种钢材的材质。Q代表的是这种材质的屈服极限，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235MPa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小(板厚/直径16mm，屈服强度为235MPa;16mm板厚/直径40mm，屈服强度为225MPa;40mm板厚/直径60mm，屈服强度为215MPa;60mm板厚/直径100mm，屈服强度为205MPa;100mm板厚/直径150mm，屈服强度为195MPa;150mm板厚/直径200mm，屈服强度为185MPa)。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。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。冲压零件尺寸小，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2mm的Q235钢板冲压而成，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IT14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，简化落料模结构，保证条料送进刚性，异型孔冲裁分多次成形。2.3 方案比较，确定最佳工艺方案方案一：落料简单模生产。2.4排样、下料、计算材料利用率2.4.1排样冲压零件为简化落料模模具结构，保证条料送进刚性和稳定性，减小落料模具工作面积，减少落料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排样工序图为了保证凸模的强度，初步设计零件的答辩：搭边a=3mm；侧搭边a1=3mm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）；2.4.2计算材料的利用率 一个步距内的材料利用率是： （2-3）式中： A 冲裁件面积 （包括冲出的小孔在内）（mm）； n 一个进距内冲件数目； B 条料宽度（mm）； h 进距（mm）；图2-3 CAD测量零件的面积3 确定模具结构 冲压零件落料模装配图采用二视图绘制，见图3-1。 为防止因合模不当或偏心载荷损坏凸模，设置限位柱。弹性卸料板对凸模的保护。凸模尽量采用快式或穿销式保证修配方便。图3-1 装配图3.1 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；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，即采用定位销钉定位。3.2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=20mm。4 工艺计算4.1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 所以 冲裁力F（N）可按下式进行计算 （4-1） 式中： L 冲裁件周边长度（mm）； t 材料厚度（mm）； 材料抗拉强度。查得；所切材料的总周长为： 卸料力计算1） 卸料力： （4-2） 式中： F 卸料力（N）； K 卸料系数； F 冲裁力（N）；由参考文献1表2-2得K=0.04； 本模具采用弹性卸料装置，所以 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630kN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J23-63，其主要技术参数如下：公称压力：630KN滑块行程：70mm最大闭合高度：300mm滑块调节量：60mm工作台尺寸：450*300mm模柄孔尺寸：50mm70mm4.3 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。 5 模具零件的设计与计算5.1凸、凹模刃口尺寸的计算5.1.1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Q235及料厚t=1mm，查文献1表2-6，确定冲裁刃口始用双面间隙值：z=0.10mm, z=0.14mm。表5-1 冲裁模初始双边间隙Z（mm）5.1.2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。 落料尺寸，如图5-1所示图5-1 落料凸模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100mm， 80mm， 60mm： （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： 该零件落料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=0.100.14mm。5.2凸、凹模的结构设计5.2.1 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。5.2.2 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。5.2.3 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。5.2.4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。5.2.5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=5mm2.凹模厚度H与壁厚c根据经验公式 （5-4）取 H=40mmc=（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=200mm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25020040mm。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。5.3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。本模具采用四角导柱导向，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410mm300mm50mm,下模座410mm300mm50mm。根据模座的导柱倒要孔，选用导柱32mm200mm,导套32mm105mm45mm。配合选用5.4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，该落料模其它模板的外形尺寸设计如下：凸模固定板 LBh=25020020mm（图5-7）；上垫板 LBh=25020010mm（图5-8）；凹模板 LBh=25020040mm（图5-9）；卸料板 LBh=25020020mm；下模板 LBh=41030050mm（图5-10）；上模板 LBh=41030050mm（图5-11）；图5-8 上垫板图5-9 凹模板图5-11 上模板5.5弹簧的选用 由于已经计算P卸=7680N该模具设定4个橡胶垫，每个橡胶垫分担的卸料力为1920N查参考文献1表4-37，选用DdH=2530的橡胶,长度为50mm，当其压缩到20mm时，能承受的负荷为530N，大于卸料力。所以，该橡胶满足使用要求。5.6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。 小 结在此次课程设计中，我由衷体会到，要完成一个优秀的设计，首先要能够正确进行工艺分析，制定出合理的工艺方案，给出合理模具结构。在实际的设计中，我们必须要充分考虑到模具材料使用的合理性，这不仅包括模具材料的种类选择而且还包括模具材料的使用量，尽量在能够保证模具的安全使用前提下，尽量减少模具材料的浪费；然后还要考虑到减少模具制造的成本，尽量使模具零件有一个合理的精度并能选择出合理的制造方法。模具设计中非常重要的一点是合理的安排工步和排样，能为模具以后在生产零件过程中充分利用材料，提高材料的利用率，合理的模具结构能加大模具的使用寿命，合理的模具制造精度能保证产品零件的质量。在实际生产中要具体问题具体分析，根据实际状况调整模具。在生产中模具的维修、保养也是很重要的。在模具维修时，应该多注意细节，找出根本原因，针对其维修。在拆装模具时，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，冲压零件冲件落料模，模具结构设计合理，加工简单，操作方便，通过落料工序一次成形，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，1998.52 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,2007.103 姜奎华.冲压工艺与模具设计M.北京：机械工业出版社，2008.74 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，2007.75 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,2007.46 李德群,肖祥芷.模具CAD/CAE/CAM的发展概况及趋势M.模具工业,2005（7）:9-127 付宏生.冷冲压成形工艺与模具设计制造M.北京:化学工业出版社,2005.38 杨占尧.冲压模具典型结构图例M.化学工业出版社，2008.29 薛啓翔等. 冲压模具设计制造难点与窍门M.北京:机械工业出版社,200310 欧阳波仪.现代冷冲模设计应用实例M.北京:化学工业出版社,2008.711 李硕本等.冲压工艺理论与新技术M.北京：机械工业出版社，2002.1112 刘占军. 多工位落料模设计及实例M.北京: 化学工业出版社， 2009.113 冯
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