钣金成形课程设计说明书垫片制件工艺分析与模具设计

1、钣金成形课程设计说明书1042 制件工艺分析与模具设计 院系 航空航天工程学部（院） 专业 飞行器制造工程 班号 学号 姓名 指导教师 沈阳航空航天大学2011 年 12 月 1 日沈阳航空航天大学课程设计说明书 1沈沈 阳阳 航航 空空 航航 天天 大大 学学钣金成形课程设计任务书钣金成形课程设计任务书航空航天工程学部 学院 飞行器制造工程 专业班级 姓名 课程设计题目： 1042 制件工艺分析与模具设计 课程设计时间： 2011 年 11 月 21 日起至 2011 年 12 月 02 日课程设计的内容及要求：（一） 基本内容： 1、 学会查阅资料和有关手册； 2、 按要求绘制被加工件零件

2、图 a4 一张； 3、 对所给零件进行成形工艺分析，拟定最佳成形工艺方案并进行工艺设计、计算； 4、 合理地选择模具结构，进行有关的结构设计和计算； 5、 能够正确地进行凸、凹模工作尺寸计算和尺寸标注； 6、 正确地选择压力机设备，进行有关使用参数的校核和计算； 7、 按照有关国家标准正确地绘制模具装配图及非标准件零件图（总量不少于一张 0图纸）： 8、 编写课程设计说明书（正文字数不少于 3500 字） ；（二）基本要求： 1、 借阅参考资料。独立完成零件工艺分析及资料收集工作； 2、 模具结构类型合理，尺寸计算正确；沈阳航空航天大学课程设计说明书 23、 绘制的模具装配图及零件图符合国家机

3、械制图标准规定； 4、 设备选择合理实用； 5、 设计说明书思路清晰；（三）主要参考书： 1、 田嘉生. 冷冲模设计基础. 航空工业出版社，1994. 2、 虞传宝. 冷冲压及塑料成型工艺模具设计资料. 机械工业出版社，1993. 3、 许发樾. 模具标准应用手册. 机械工业出版社，1994. 4、 郑大忠. 模具结构图册. 机械工业出版社，1995. 5、 王孝培. 冲压手册. 机械工业出版社，1990. 6、 国家标准总局. 冷冲压国家标准. 国家标准出版社. 1981.（四）评 语 （五）成 绩 指导教师 负责教师 学生签名 沈阳航空航天大学课程设计说明书 3沈阳航空航天大学课程设计说明

4、书 4摘摘 要要本次综合实训设计垫片的冲压模具，零件结构简单对称，料厚较小，设计者将其设计为级进模模具，主要有冲孔落料两道工序。本说明书以图文并茂的方式对此零件的模具设计加以介绍，主要叙述了从零件的工艺性分析到模具结构的设计、工艺计算、冲模结构的设计以及主要零件设计等，直到最后的模具装配图、零件图、排样图等一系列的设计过程。其中详尽的分析讲述了针对于该零件的冲压模具完整设计方法，读者可以从本说明书中简单、明确的了解该设计的主要思想路线及合理设计制造方案，加深对级进模模具设计知识的了解、应用以及提升关于级进模模具的分析问题、解决问题的能力。关键词：关键词：垫片、级进模、冲孔落料、模具、设计沈阳航

5、空航天大学课程设计说明书 5目录目录第第 1 章章 冲压工艺分析冲压工艺分析.- 7 -1.1 零件工艺分析.- 7 -1.1.1 产品结构形状及材料分析.- 7 -1.1.2 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析.- 7 -1.2 冲压工艺方案的确定 .- 7 -1.2.1 第一种方案.- 8 -1.2.2 第二种方案.- 9 -1.2.3 第三种方案.- 9 -第第 2 章章 冲压工艺计算冲压工艺计算.- 11 -2.1 排样.- 11 -2.1.1 搭边.- 11 -2.1.2 条料宽度和导尺间距离.- 11 -2.1.3 送料步距.- 12 -2.1.4 材料利用率.- 12 -2.2

6、计算冲压力.- 13 -2.2.1 冲裁力计算.- 13 -2.2.2 卸料力、推件力与顶件力的计算.- 14 -2.3 压力中心的计算.- 14 -第第 3 章章 级进模凸凹模设计级进模凸凹模设计.- 16 -3.1 模具刃口尺寸的计算.- 16 -3.1.1 冲孔凸、凹模.- 16 -3.1.2 落料凹、凸模.- 17 -3.2 凹模的设计.- 19 -3.2.1 凹模厚度 h 的计算.- 19 -3.2.2 凹模长度和宽度.- 19 -3.2.3 凹模材料.- 20 -3.2.4 凹模固定方法.- 20 -3.3 凸模的设计.- 20 -3.3.1 凸模强度压应力校核.- 20 -3.3

7、.2 凸模材料.- 21 -第第 4 章章 基本冲模结构的确定基本冲模结构的确定.- 22 -4.1 模具的形式.- 22 -4.2 定位装置.- 22 -4.3 卸料装置.- 22 -4.3.1 条料的卸除.- 22 -4.3.2 废料及工件的卸除.- 22 -4.4 导向装置.- 22 -沈阳航空航天大学课程设计说明书 64.5 模架 .- 23 -第第 5 章章 级进模主要零件设计级进模主要零件设计.- 24 -5.1 卸料弹簧设计.- 24 -5.2 凸模固定板设计.- 24 -5.3 垫板设计.- 24 -5.4 卸料板设计.- 25 -5.5 模座的选择.- 25 -第第 6 章章

8、 压力机校核压力机校核.- 26 -6.1 模柄孔的校核.- 26 -6.2 模具闭合高度的校核.- 26 -6.3 压力机工作台尺寸的校核.- 26 -6.4 冲裁力校核.- 27 -总结总结.- 28 -参考文献参考文献.- 29 -沈阳航空航天大学课程设计说明书 7第第 1 章章 冲压工艺分析冲压工艺分析1.1 零件工艺分析零件工艺分析1.1.1 产品结构形状及材料分析产品结构形状及材料分析由零件图可知，该零件为菱形片落料圆形冲孔，外形简单对称，整个外形光滑、圆整，无狭槽、尖角；孔与孔之间、孔与零件边缘之间最小距离 c满足 c1.5t 要求（其中料厚 t 为 1.0mm, 可得出 c=8

9、-8.22=3.9mm, 1.5t=1.5mm） 。对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料是 10 号钢，其力学性能是强度、硬度和塑性指标适中，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。另外产品对于表面质量等没有严格要求，所以尽量采用国家标准板材，其冲裁出的产品的表面质量等就可以保证。经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。1.1.2 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析1) 尺寸精度根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，采用 it14 级精度，普通冲裁可满足要求。2) 粗糙度、断面质量查冲压手册表 2-1

10、2 得，一般冲裁件冲材料厚度 t1.0mm 金属板料时，其断面粗糙度为 3.2m；本产品在断面粗糙度和尺寸精度上均要求不高，所以断面质量可以保证，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。1.2 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工的工艺方案分为以下三种：沈阳航空航天大学课程设计说明书 81.2.1 第一种方案第一种方案采用单工序逐步加工1)冲孔落料单工序模，工序简图见图 1-2-1-1。2)落料冲孔单工序模，工序简图见图 1-2-1-2。特点：由于单工序模，模具制造简单，维修方便。但生产率低，工件精度低，不适合大中批件的生产。 图 1-2-1-1 冲孔落料单工

11、序模简图 图 1-2-1-2 落料冲孔单工序模简图沈阳航空航天大学课程设计说明书 91.2.2 第二种方案第二种方案 采用复合模加工成形，工序简图见 1-2-2。特点：生产率较高，工件精度高。但模具制造较复杂，调整维修较麻烦，使用寿命低。图 1-2-2 冲孔落料复合模1.2.3 第三种方案第三种方案 采用级进模加工成形，工序简图见图 1-2-3。特点：生产率高，便于实现机械化、自动化，适合加工复杂的小型冲裁件，但模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低。沈阳航空航天大学课程设计说明书 10图 1-2-3 冲孔落料级进模根据本零件的设计要求以及各方案的特点，决定采用第三种方案级进模加工成形比较合

12、理。沈阳航空航天大学课程设计说明书 11第第 2 章章 冲压工艺计算冲压工艺计算2.1 排样排样采用直排有废料排样，虽然此零件斜排能够提高材料利用率，但是设计计算复杂。排样图见 2-1-1。 图 2-1-1 排样图 2.1.1 搭边搭边 查冲压手册表 2-17 得，当 t=1.0mm 时，确定侧搭边值 a=2mm,工件间搭边值 a1=1.5mm。 2.1.2 条料宽度和导尺间距离条料宽度和导尺间距离采用单边侧刃。条料宽度：b=l+2a+nb=l+1.5a+nb (a=0.75a) 式（2-1）导尺间距离：a=b+z0=l+1.5a+nb+ z0 式（2-2） a 1=l+1.5a+y 式（2-

13、3）式中 l冲裁件垂直于送料方向的尺寸,l=62.5mm;沈阳航空航天大学课程设计说明书 12 n侧刃数,n=1； b侧刃切去的条料宽度,查冷冲压模具设计难点与技巧表 1-7得 b=1.5mm； y冲切后条料宽度与导料板的间隙，查冷冲压模具设计难点与技巧表 1-7 得 y=0.10mm； z0条料与导料板之间的间隙，查冷冲压模具设计难点与技巧表 1-6 得 z0=0.1mm； b=62.5+1.52+11.5=67mm a=67+0.1=67.1mm a 1=62.5+1.52+0.10=65.6mm 2.1.3 送料步距送料步距级进模送料步距 s=d+a1=40+1.5=41.5 式（2-4

14、）式中 d冲裁件横向最大尺寸,d=40mm; 2.1.4 材料利用率材料利用率一个步距内材料利用率 =a/bs100 式（2-5）式中 a一个步距内冲裁件的实际面积 b条料宽度 s步距沈阳航空航天大学课程设计说明书 13图 2-1-4面积计算参照图图 2-1-4=arccos(20-8)/23=58.55=90-=31.45a=84/360+204/360+2（8+20）（23-12）1/2 -24.1-211=1182.97mm=1182.97/(6741.5)100%=42.5%2.2 计算冲压力计算冲压力 2.2.1 冲裁力计算冲裁力计算采用平刃口模具冲裁时，其冲裁力 f 可按下式计算：

15、 f=klt 式（2-6）式中 f冲裁力 l冲裁件周边长度 t材料厚度，t=1.0mm 材料抗剪强度，查手册10 钢，=255333，取 =300 k修正系数，一般取 k=1.3沈阳航空航天大学课程设计说明书 14冲裁力公式为 p=p孔p落 式（2-7） 冲孔冲裁力 p孔 其中 l孔=22+28.2=38.4mm p孔=1.338.41.0300=47048n 取 p孔=47kn落料冲裁力 p落其中 l落=40431.45/360+16458.55/360+4（23-12）1/2 =155.1mmp落=1.3155.11.0300=60489n取 p落=60.5kn 冲裁力 p=p孔p落 =4

16、7+60.5=113.5kn 式（2-8） 2.2.2 卸料力、推件力与顶件力的计算卸料力、推件力与顶件力的计算常用下列经验公式：px=kxp 式（2-9） pt=nktp 式（2-10） pd=kdp 式（2-11）式中：kxktkd分别为卸料力系数、推件力系数与顶件力系数，查冲压模具设计表 2-20 得 kx =0.045，kt =0.055，kd =0.06 f冲裁力沈阳航空航天大学课程设计说明书 15 n同时卡在凹模孔内的冲裁件数采用弹性卸料装置和下出料方式冲模时 p=p+ px +pt 卸料力 px =0.045113.5=5.1kn冲孔推件力 pt1 =20.05547=5.17k

17、n 落料推件力 pt2=10.05560.5=3.33kn总冲压力 p=p+ px +pt1 + pt2 =113.5+5.1+5.17+3.33=127.1kn 式（2-12）对于冲裁工序，压力机的公称压力应大于或等于冲裁时总压力的 1.11.3倍，即 p0 （1.11.3）p =139.8165.2 ，查冲压手册表 9-3 得，选择开式压力机，公称压力 250kn。 2.3 压力中心的计算压力中心的计算 图 2-3-1建立坐标系于落料中心，如图 2-3-1。压力中心到 y 轴距离 x=（l落 0+l孔 41.5+ 2l销 41.5/2+ l刃32.8）/（l落 +l孔 +l销+l刃）=25

18、.5mm 式（2-13）压力中心到 x 轴距离 y 近似看作 0。沈阳航空航天大学课程设计说明书 16第第 3 章章 级进模凸凹模设计级进模凸凹模设计3.1 模具刃口尺寸的计算模具刃口尺寸的计算3.1.1 冲孔凸、凹模冲孔凸、凹模冲孔（22 8.2 3 ） ，设计时大孔小孔参考图 3-1-1-1，导正钉孔参沈阳航空航天大学课程设计说明书 17考图 3-1-1-2。冲孔件时，尺寸为内形尺寸，基准型面为凸模。d凸=（d+x） 式（3-0t1）其中 d凸冲孔凸模刃口尺寸； d凹冲孔凹模刃口尺寸； x摩擦系数,冲裁件精度为 it14 时，x=0.5； 工件孔径公差，mm，=0.16mm; t凸模刃口尺

19、寸制造偏差，mm，查冲压手册表 2-28 得，t大 =0.020mm，t小=0.020； a凹模刃口尺寸制造偏差，mm,查冲压手册表 2-28 得，a大 =0.020mm，a小=0.020mm； zmin凸、凹模最小合理间隙，mm，查冲压模具设计表 2-10得，zmin=0.100mm，zmax=0.140mm； 大孔：d凸=（22+0.50.16）=22.08 mm0.0200.020d凹=*22.08mm 小孔：d凸=（8.2+0.50.16）=8.28 mm0.0200.020d凹=*8.28mm导正钉孔：d凸=（3+0.50.16）=3.05 mm0.0200.020d凹=*3.08m

20、m校核间隙：zmax-zmin=0.04mm；t +a =0.04mm；所以满足 zmax-zmint +a 的条件；所以各孔凸、凹模刃口尺寸均计合理。沈阳航空航天大学课程设计说明书 18 图 3-1-1-1图 3-1-1-23.1.2 落料凹、凸模落料凹、凸模 落料件时，尺寸为外形尺寸，基准型面为凹模。设计参考图 3-1-2-1。 a1=62.5 d凹1=(a1-x）+0t 式（3-2）沈阳航空航天大学课程设计说明书 19 a2=40 d凹2=(a1-x）+0t 式（3-3） 其中 d凸落料凸模刃口尺寸； d凹落料凹模刃口尺寸； x摩擦系数,冲裁件精度为 it14 时，x=0.5； 工件孔径

21、公差，mm，=0.74mm; t凸模刃口尺寸制造偏差，mm 查冲压手册表 2-28 得，t =0.020mm；。 a凹模刃口尺寸制造偏差，mm,查冲压手册表 2-28 得，a =0.020mm d凹 1=（62.5-0.50.74）=62.13mm 0.0.020.020 d凹 2=（40-0.50.74）=39.63mm0.0.020.020d凸 1=*62.13d凸 2=*39.63校核间隙：zmax-zmin=0.04mm；t +a =0.04mm；所以满足 zmax-zmint +a 的条件；所以各孔凸、凹模刃口尺寸均计合理。为了方便加工，因为凸模较多，以先加工凸模，再凹模配合凸模加工

22、的方法。所以用尺寸转化法将凹模尺寸转化到凸模上。d凸 1 =（d凹 1 +-zmin）=(62.13+0.02-0.100) =62.05mm 式0t0t0.0.02（3-4）d凸 2 =（d凹 2 +-zmin）=(39.63+0.02-0.100) =39.55mm 式0t0t0.0.02（3-5）d凹 1 = *62.05d凹 2 =*39.55沈阳航空航天大学课程设计说明书 20 图 3-1-2-13.2 凹模的设计凹模的设计3.2.1 凹模厚度凹模厚度 h 的计算的计算凹模厚度：h=kb 式（3-6）式中 k系数，查冲压手册表 2-40 得 k=0.22 b工件最大外形尺寸 h=0.

23、2262.5=13.75mm取凹模厚度为 25mm凹模壁厚：c=（1.52）h 式（3-7）取 c=30mm3.2.2 凹模长度和宽度凹模长度和宽度b=62.5+2c=122.5mml=2(c+20+25.5)=151mm沈阳航空航天大学课程设计说明书 21按照冲压模具设计手册取 blh=125160403.2.3 凹模材料凹模材料凹模材料一般选择 cr12mov3.2.4 凹模固定方法凹模固定方法凹模与下模座用 4 个 m8 的螺栓装配，4 个 m6 的销钉固定。3.3 凸模的设计凸模的设计凸模的长度 l=h1h2h3y式中： h1为凸模固定板的厚度 h2为卸料板的厚度 h3为导料板的厚度

24、y为附加的长度，包括凸模刃口尺寸的修磨量，凸模进入凹模的深 度（0.51mm），凸模固定板与卸料板的安全距离 a等。其中 a 取 1520.l=28+15+6+5+15=63mm3.3.1 凸模强度凸模强度压应力校核压应力校核校核公式为： 式（3-压孔minfp8）式中 p冲孔冲裁力，n，p=47kn，孔孔f凸模最小断面积，f=r =3.144.1=52.8mm ，minmin22凸模材料的许用压应力，mpa，材料为 cr12mov，查手压册，=(10001600)mpa。压沈阳航空航天大学课程设计说明书 22因为 =890mpaminfp孔8 .5247000压所以凸模强度符合要求。3.3.

25、2 凸模材料凸模材料凸模材料一般选择 cr12mov沈阳航空航天大学课程设计说明书 23第第 4 章章 基本冲模结构的确定基本冲模结构的确定4.1 模具的形式模具的形式级进模按其自动化程度，分为级进模和自动模两类；按其完成冲压工序的不同，主要分为冲裁类级进模、成形类级进模两大类。其中，冲裁类级进模常见的形式有冲孔、落料级进模，冲孔、切断级进模，拉伸、弯曲级进模等。很明显，本零件的加工采用冲孔、落料级进模。4.2 定位装置定位装置采用导料板和长方形定距侧刃进行粗定位。定距侧刃切去条料旁侧少量材料而达到挡料的目的。由于条料厚度较薄所需送料力较小，若采用双边侧刃浪费原材料，且模具尺寸增大浪费模具成本

26、，所以本设计采用单边侧刃。采用梯形导正钉导正进行精定位，以保证相对位置和步距的精度。4.3 卸料装置卸料装置4.3.1 条料的卸除条料的卸除采用弹性卸料板。卸料板不仅起卸料作用或兼保导向作用，而且还起到压料作用。4.3.2 废料及工件的卸除废料及工件的卸除废料和工件经过漏料孔及冲床工作台面的漏料孔落出。4.4 导向装置导向装置采用滑动式导柱导套导向，主要是为保证凸模和凹模之间的小间隙，满足沈阳航空航天大学课程设计说明书 24零件较大的生产批量，并使零件的冲裁质量得到保证。4.5 模架模架采用四导柱模架，导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，能承受级进模高速冲压次数。具备导向平稳、导向准确可靠、刚性

27、好等优点，所以采用四导柱模架。沈阳航空航天大学课程设计说明书 25第第 5 章章 级进模主要零件设计级进模主要零件设计5.1 卸料弹簧设计卸料弹簧设计1根据总卸料力 px 估计拟用弹簧个数 n，算出每个弹簧所承受负荷 p弹 。取卸料弹簧个数为 n=4 p弹 =px /n=51/4=12.5 式（5-1）2查表冲压手册10-1 弹簧选 218223fj=135nhj=12.3mmh预=f预fj/hj =12.512.3/135=1.14 式（5-2） h预+h工作+h修磨=1.14+2+6=9.14hj 式（5-3） 故所选弹簧是合适的。5.2 凸模固定板设计凸模固定板设计凸模固定板形状为矩形

28、125160,厚度约取凸模的 40%，取厚度为 28mm。5.3 垫板设计垫板设计 理论上，确定是否需要垫板的方法如下：条件：冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用压应力，这时需要凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。即下列情况需要加垫板。 ， ; 式（5-yypyf5）沈阳航空航天大学课程设计说明书 26式中 凸模端面压应力，mpa；y模座材料许用压应力，铸铁约为 100mpa，钢约为 200mpa；yp冲裁力，n；f凸模上端面面积，mm ；2 式（5-6）aympfpf382968113500296832211421 . 4497.11822因上模板采用铸铁材料，所以3

29、8m，不用加上垫板。aymp100ap垫板厚度一般为 310mm，取 10mm。垫板材料常用 t7 或 t8 工具钢，热处理硬度为 4852hrc。垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度 r0.320.63um。本设计中，有有级进模冲裁力较大，生产批量较大，给凸模的后面加上淬过火的凸模垫板，目的是增加凸模的强度，防止凸模的后座回缩，增加使用寿命。5.4 卸料板设计卸料板设计 1）卸料板的形状和尺寸。卸料板取矩形板，厚度为 h=15mm，卸料板材料选 45 钢，不用热处理淬硬。2）卸料板上成形孔的设计。取弹压卸料板与凸模的双面间隙为0.10.3mm。5.5 模座的选择模座的选择 四导柱模架查冲压模具设计手册表 1-79 得 lb 取 160125 范围，高度 h 取 140170，h1=35，h2=40,l2=240,b2=230,s=175,s1=190导柱 b 型 22150；导套 a 型 227035。沈阳航空航天大学课程设计说明书 27第第 6 章章 压力机校核压力机校核初选压力机为公称压力 250kn 的开式压力机。该压力机的主要参数：公称