R20圆弧凸型级进模冲压模具设计课程说明书CAD图纸毕业
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R20
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目 录1 序 言31.1 本课题的起源、背景、目的31.2 级进冲模的设计要点与步骤32 冲压产品零件零件分析42.1材料分析42.2工件结构形状分析42.3尺寸精度分析43 确定工艺方案及模具结构53.1分析生产要求及特点53.2选取工艺方案53.2.1冲压模分类53.2.2拟定工艺方案63.3 冲压加工的基本工序63.4 冲压模具零部件结构63.4.1 工艺构件63.4.2 辅助构件73.5确定卸料形式74 冲裁件的排样84.1排样方法，步距的计算84.1.1 产品尺寸的计算84.2材料利用率85 冲裁部分的设计计算95.1冲裁力的计算95.1.1冲孔力计算95.2卸料力、推件力的计算95.2.1卸料力计算95.3 冲裁间隙的计算105.3.1冲裁间隙105.3.2冲裁间隙的影响105.4冲裁模工作部分的设计计算115.4.1冲模刃口尺寸的计算115.4.2冲模材料的选择136 确定各主要零部件结构尺寸146.1 凹模外形尺寸的确定146.2矩形固定板、垫板的选取156.3冲裁凸模外形尺寸的确定166.3.1凸模长度166.3.2凸模强度的校核177 压力中心的计算188 模具整体设计188.1模架选择188.1.1模架形式的选择188.1.2模架尺寸的选择188.2模具闭合高度的计算198.2其他零件的结构设计198.2.1螺钉198.2.2圆柱销和防转销209 模具的总体结构2010 压力机的选择21结 论22参考文献231 序 言1.1 本课题的起源、背景、目的级进模，尤其是多工位级进模，配合高速冲床，实现高速自动化作业，能使冲压生产率大幅度提高。它在提高生产效率、降低成本、提高质量和实现冲压自动化等方面有着非常现实的意义。多工位级进模可以对于一些形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深、成形加工。对大批量生产的冲压零件尤其应当采用多工位级进模进行冲制。从个人角度出发，对冲压产品零件的设计是对以往所学知识的回顾。对零部件冲压工艺的确定，毛坯的计算及模具设计的一般方法有了更直观的认识，在模具设计中会使用（CAD和UG）等模具设计辅助软件。而且在设计过程中学会对模具设计资料的检索、分析、整理以及对已有资料的充分利用的技巧。模具的设计是对学生对模具制造理论的实践和学习，可对以后从事汽车行业的工作有一定的帮助。基于这样的背景我选择冲压产品这一汽车零件的冲压模具设计作为课题。1.2 级进冲模的设计要点与步骤对冲件进行科学、合理的工艺性分析是模具设计的机床，正确的排样设计是关键，模具的结构总成是实现自动或半自动冲压生产合格零件的具体体现。（1）冲件的工艺性分析。级进冲模是集分离工序和成形工序的多工艺、多工序冲压加工于一体的模具。所需冲制零件的工艺性分析较普通冲模要求高。必须全面了解、掌握冲件的材料状态、形状结构、公差等级、展开尺寸、尺寸基准、冲裁面的毛刺方向、生产批量等信息。（2）排样图设计是在掌握全部正确的工艺书记后进行的一项关键工作，排样的设计基准必须遵循基准同意的原则，工序的分解与排列顺序、定距方式要合理，载体的选择与重建的工序连接形式要恰当，结合模具的强度与模具工作零件及辅助机构的设计应避免干扰有效空间，最大限度地提高冲件材料的利用率等。（3）在排样图设计后，模具中工作零件、结构零件、辅助零件的设计与标准零件的选用要结合总体结构要求进行，先设计结构总图在绘制模具零件图，并提出相应的使用、保养与维护要求。2 冲压产品零件零件分析 该冲压产品零件零件，材料20钢，厚度2mm，生产批量大，未注公差按照IT14级，如下图所示。该件虽成形工艺并不复杂，但在满足用户要求前提下，如何设计较简单的凸、凹模型面结构，同时采用一般件公差等级制造，以降低制造成本，获得较大经济效益，却有一定难度。 图2.1 冲压产品零件二维零件图2.1材料分析20钢强度比15号钢稍高，很少淬火，无回火脆性。冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯边和锤拱等加工，电弧焊和接触焊的焊接性能好，气焊时厚度小，外形要求严格或形状复杂的制件上易发生裂纹。切削加工性冷拔或正火状态较退火状态好、一般用于制造受力不大而韧性要求高的。力学性能：抗拉强度 b (MPa)：410 2.2工件结构形状分析 冲裁件结构相对简单，考虑寿命，所有锐角倒钝，由于无明显的锐倾角，适合冲裁。零件结构较为简单，且精度要求不高，主要工序有落料，切断。2.3尺寸精度分析零件图上，没有标注公差的属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。经查公差表，各尺寸公差为：外形尺寸： ,结论：适合冲裁该零件形状较简单，但很具有代表性，拟采用多工位级进模冲压方式生产。3 确定工艺方案及模具结构3.1分析生产要求及特点 因为冲压是依靠冲模和冲压设备来进行加工，普通压力机的行程次数为每分钟几十次，高速压力机可达到更高，而且每次冲压行程都可能得到一个冲压零件，且操作方便，易于实现机械化与自动化，生产效率高，符合生产批量大的要求。而且冲压件质量稳定，互换性好。冲压加工中由模具保证冲压件的尺寸和形状精度，且一般不破坏冲压材料的表面质量，而且模具的寿命一般较长；加工范围广，冲压可加工出尺寸范围较大，形状较复杂的零件，节省材料，冲压时一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少。3.2选取工艺方案3.2.1冲压模分类表3-1单工序模、复合模和级进模的比较比较项目冲压精度冲压生产率实现操作机械化、自动化可能性生产通用性冲模制造的复杂性和价格单工序模较低低，压力机一次行程内只能完成一个工序较易，尤其适合于在多工位压力机上实现自动化通用性好，适合于中小批量生产结构简单、制造周期短、价格低复合模较高较高，压力机一次行程内可完成两个以上工序难，制件和废料排除较复杂，可实现部分机械化通用性较差，仅适用于大批量生产复杂性和价格较高级进模一般高，压力机一次行程内能完成多个工序容易，尤其适应于单机上实现自动化通用性较差，仅适用于中小型零件的大批量生产低于复合模3.2.2拟定工艺方案该工件包括落料工序，可有以下几种工艺方案：方案1：落料，采用单工序模生产。方案2：落料，采用级进模，进行一模多件进行生产。方案：方案1）模具结构简单，但生产效率较低，且精确度低，互换性相对不好，难以满足批量生产的需求。方案2）模具结构复杂，制造成本较高，但是生产效率高，为提高生产效率，主要采用多工位连续冲裁方式。所以考虑方案2）。3.3 冲压加工的基本工序 此零件的冲压过程预采用如下工序：图3-1 冲压产品工序图3.4 冲压模具零部件结构 冲压模具零件的分类可按照它们在模具中的作用，分为工艺构件和辅助零件两大类。3.4.1 工艺构件工作零件：凸模、凹模定位零件： 挡料销（固定、活动、自动、使用档料销）、定位板、定位钉、导正销、侧刃、侧压机构 压料卸料及出料零部件：卸料板、压边圈（拉深模）、顶件板、推件板。3.4.2 辅助构件 导向零件：导板、导柱、导套等 固定零件：模座、模柄、凸模固定板、凹模固定板、垫板等 紧固零件：螺钉、销钉、螺塞等3.5确定卸料形式 随着模具用弹性元件弹力的增强(如采用矩形弹簧)，弹压卸料板的卸料力大大增强。根据目前情况，当材料料厚约在1mm以下时采用弹压卸料板，大于1mm时采用固定卸料板较为贴近实际。本模具所冲材料的料厚为1mm，因此可采用弹压卸料板。 综上分析，冲裁件尺寸精度要求不高，尺寸不大，形状简单，产量大，根据材料厚度厚（1mm）的特点，为保证孔位精度，冲模有较高的生产率，实行工序集中的工艺方案，采取弹性卸料和正装冲模结构。4 冲裁件的排样4.1排样方法，步距的计算4.1.1 产品尺寸的计算1）条料尺寸及步距精度条料宽度 ,43mm；步距 ,27mm；计算得步距精度:0.0214，取0.02。搭边值为a=2mm,a1=2mm：所以步距初定为:62.61mm，条料宽度初定为 44mm，由此不难算得材料利用率。4.2材料利用率材料利用率大小可以按以下公式计算。一个近距内的材料利用率为 式中： A 一个冲裁件的面积，； n 一个进距内冲裁件数量； B 条料宽度 ； S 步距 。将A=1806.7mm2 ,n=2,B=44mm, S=62.61mm代入上述公式得到 : 图4.4 CAD计算图5 冲裁部分的设计计算5.1冲裁力的计算由于冲模采用弹性卸装置和自然漏料方式，故冲压力计算公式为： 式中： 冲裁力，NK 冲裁因数，一般取1.3L 冲裁件周长，t 材料厚度， 材料的剪切强度，Mpa平刃冲裁K=1.3，20钢， ，材料厚t=2mm5.1.1冲孔力计算对零件分别计算并记为，冲孔周长：落料力：5.2卸料力、推件力的计算5.2.1卸料力计算根据冲压模具设计手册卸料力，推料力和顶料力可查表3-1根据模具若凸模和凹模间具有合理的间隙，则卸料力可按下列公式计算，即 式中 为冲裁力，N；卸料力系数，查冲压工艺与模具设计表2-2，取0.06。卸料力，N5.3 冲裁间隙的计算5.3.1冲裁间隙图5.1所示的冲裁模间隙是指凸、凹模工作部分尺寸之差（称双面间隙）。 式中Z 为双面间隙；为凹模刃口尺寸；为凸模刃口尺寸。在设计中，结构对称，简单的冲裁轮廓，用双边间隙来表示；形状复杂的，为方便CAD设计，常用单边间隙表示。图5.1冲裁间隙示意图5.3.2冲裁间隙的影响理论计算法：计算依据是在合理间隙情况下冲裁时材料在凸凹模刃口处产生的裂纹或直线会重合。计算公式如下 (4.5)式中-产生裂纹时凸模压入深度（mm）； -料厚（mm）； -最大切应力方向与垂线间夹角（即裂纹方向角）。但是这种方法不方便，目前普遍使用查表选取法。对于此零件的设计决定采用查表选取法，查表冲压工艺与模具设计表2-7知（单位mm）表4-1 冲裁间隙材料厚度10.0280.0855.4冲裁模工作部分的设计计算5.4.1冲模刃口尺寸的计算模具工作部分尺寸及其公差的计算方法与加工方法有关，基本分为两类。方法1 凸、凹模分开加工；是指凸、凹模分别按图样加工至尺寸。此种方法适用于圆形或形状简单的工件，为了保证凸、凹模间初始间隙小于最大合理间隙值，不仅凸、凹模分别标注公差（凸模，凹模），而且要求有较高的制造精度，以满足以下条件 或取 也就是说新制造的模具应该是。所以落料计算公式如下 式中、-分别为落料凹模、凸模标称尺寸（mm）； -落料件标称尺寸（mm）； -工件制造公差（mm）； -凸、凹模最小合理间隙（双边)（mm）； 、-凸、凹模制造公差（mm）,可查表2-10，或取，； -系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，可查表2-11，或按下列关系取：工件精度IT10以上，=1；工件精度IT1113，=0.75；工件精度IT14，=0.5。冲孔计算公式如下 式中、-冲孔凸、凹模直径（mm）； -冲孔件标称尺寸。 其余符合意义同上。孔心距计算公式 式中-凹模孔心距的标称尺寸（mm）； -工件孔心距的标称尺寸（mm）； -工件孔心距的公差。 方法2 凸模和凹模采用配合加工 对落料来讲，应该选凹模为基准件；对冲孔来讲，则应选取凸模为基准件。 模具在工作过程中会发生磨损，对于一个形状复杂的工件来说，模具工作部分在工作过程中的磨损情况不同，标准件的刃口尺寸要根据磨损趋势来进行考虑。根据模具磨损后尺寸变化趋势，可以把尺寸分为3类： 落料时A类：磨损后尺寸增加； B类：磨损后尺寸减小； C类：磨损后尺寸不变： 情况1：制件尺寸为时 情况2：制件尺寸为时 情况2：制件尺寸为时 冲孔时A类：磨损后尺寸减小； B类：磨损后尺寸减小； C类：磨损后尺寸不变： 情况1：制件尺寸为时 情况2：制件尺寸为时 情况2：制件尺寸为时 凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，查表2-11，磨损系数x=0.5，查表2-7，Zmax=0.014mm，Zmin=0.018mm。冲模刃口尺寸及公差计算的演算过程不再赘述，仅把计算结果列于表3-4中。表4-2模具刃口尺寸冲裁性质工作尺寸计算公式实际尺寸备注落料4025凸模尺寸按凹模实际尺寸配置保证双边0.0280.085mm在计算落料模刃口尺寸时，应以凹模为基准，凸模尺寸按相应的凹模实际尺寸配制，保证双面间隙为0.0280.085mm。图5.2落料凸模5.4.2冲模材料的选择冲模材料一般选择硬度强度都较好的钢材，企业里一般选用T10A，9Mn2V，Cr6WV，Cr12等，现在拟选用Cr12。6 确定各主要零部件结构尺寸6.1 凹模外形尺寸的确定 整体凹模的厚度H可以按冲裁力的大小来尽心估算。其经验公式为 式中 H凹模厚度（mm）；P冲裁力（N）；K1冲裁轮廓长度修正系数，其值见表6-4；K2凹模材料修正系数，其值见表6-5本文凹模的厚度： 本文取： 落料凹模的结构形式如图6-1所示： 图6.1凹模由于此次设计3工位级进模，凹模长度L的确定 故 mm所以凹模外形尺寸按上式计算的凹模外形尺寸,可以保证凹模有足够的强度和刚度,一般可不再进行强度校核。6.2矩形固定板、垫板的选取查中国模具设计大典，选取矩形固定板规格，矩形垫板规格和弹性卸料板 。 图6.2 凸模固定板图6.3 垫板图6.4 弹性卸料板6.3冲裁凸模外形尺寸的确定6.3.1凸模长度凸模的总体长度由模具结构确定。 式中： 凸模固定板厚度，mm（暂时选定为）卸料板厚度，mm （暂时选定为） 导料板厚度，mm （暂时选定为8） 故可取凸模固定板高度15mm，卸料板10mm，导料板8mm， mm。图7.4 落料凸模6.3.2凸模强度的校核 在一般情况下,凸模的强度是足够的,所以不用进行强度计算. 但是对于特别细长的凸模或板料厚度较厚的情况下，应进行压应力和弯曲应力的校核，检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求，对于此零件设计的冲孔和落料的凸模都属于正常范围，据经验不需特别进行验算。7 压力中心的计算冲压时要计算压力中心，才能在安装模具时更准确，更好地保护模具及压力机，而且冲制合格零件。现利用UG软件分析模块计算得用级进模生产此零件压力中心在排样的中心处，安装模具时应使压力机中心与此中心对正。8 模具整体设计8.1模架选择8.1.1模架形式的选择 如采用纵向送料方式，适宜采用中间导柱导套模架(对角导柱导套模架也可)；横向送料适宜采用对角导柱导套模架：而后侧导柱导套模架有利于送料(纵横向均可且送料较顺畅)，但工作时受力均衡性和对称性比中间导柱导套模架及对角导柱导套模架差一些；四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采用滚珠导柱导套。本模具采用四导柱导套模架，一是对送料较为方便，二是对角导柱导套架工作时受力比较均衡、对称。具体情况如下：铸铁模架，在凹模面积的对角中心线上，装有前后两个导柱，其有效区在毛坯进给方向的导套间。受力平衡，上模座在导柱上运动平稳。适用于纵向或横向送料，使用面宽，常用于级进模或复合模。其凹模周界范围为。8.1.2模架尺寸的选择根据凹模外型尺寸,查中国模具设计大典选择的模架 上模座 下模座 模座材料：上模座为HT200；下模座为HT200。图8.2 下模座8.2模具闭合高度的计算 模具闭合高度：H=上模座厚度+上垫板厚度+凸模长度+导料板厚度+凹模厚度+下垫板厚度+下模座厚度-（12）t。参考中国模具设计大典选定上垫板厚度为20；凸模固定板厚度为20；凸模长度为75；卸料板厚度为20；导料板厚度为10；凹模固定板厚度45。根据上述选定，得出H=283mm,满足要求，介于模架最大最小闭合高度之间，故模具闭合高度设计合理。8.2其他零件的结构设计8.2.1螺钉所选联结螺钉均从中国模具设计大典（GB/T70.1-2000）查得选取内六角圆柱头螺钉。固定上模座、上垫板、凸模固定板的螺钉可选内六角圆柱头螺钉M10（长度55mm），卸料螺钉可选圆柱头卸料螺钉M10（长度110mm），连接弯曲凸模三部分的螺钉可选用内六角圆柱头螺钉M5（长度35mm），固定下模座、下垫板、凹模、导料板的螺钉可用内六角圆柱头螺钉M8（长度70mm）。8.2.2圆柱销和防转销圆柱销和防转销均为GB/T119.1-2000圆柱销，d=10mm。9 模具的总体结构根据以上凸、凹模的设计，结合制件及加工设备的分析，对模具整体结构布局设计如图9-1所示： 图10.1模具结构图10 压力机的选择在选用冲压压力机时，主要从两方面进行。一是根据冲压工序及冲模类型进行冲压设备类型的选择，即选用什么样的压力机比较合适；二是冲压设备规格的选择。其选择原则可按下述方法进行。总压力根据总压力，模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，并结合现有设备，参考中国模具设计大典选用闭式单点单动压力机，型号为J31-160B。其主要工艺参数如下：公称压力： 160KN 滑块行程：315mm 行程次数：20次分 最大装模高度： 490mm装模高度调
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