模具设计与制造专业垫板冲裁模设计

1、HUBEI UNIVERSITY OF EDUCATION高等教育自学考试毕业设计题目 垫板冲裁模设计 专业班级 姓名 指导教师姓名、职称 所属助学单位 2011年 5月 20日目 录摘 要 2ABSTRACT 3第一章 绪论 4第二章 冲压件的工艺性分析与方案确定 52.1 冲压件工艺性分析 52.1.1冲裁件的尺寸和形状 52.1.2冲裁件的尺寸精度 62.2 冲裁工艺方案的确定 6第三章 冲裁工艺计算 73.1 排样方案的确定及计算 73.1.1排样设计 73.1.2条料尺寸的确定 73.2材料利用率 73.3 冲压力的计算和选择压力机 83.3.1冲裁力的计算 83.3.2卸料力、推料

2、力、顶料力及总压力 83.3.3选择压力机 83.4 压力中心的确定及相关计算 93.5 工作零件刃口尺寸计算 9第四章 模具总体设计 114.1 模具类型的选择 114.2 定位方式的选择 114.3 卸料出件方式的选择 114.4 导向方式的选择 12第五章 冲裁模主要零部件结构设计 135.1凸模结构的设计 135.2 凹模结构的设计 135.3 凸凹模的的结构设计 15第六章 模具材料的选用和模架的选择 166.1 模具材料的选用 166.2 模架的选择 17第七章 主要零部件的设计 187.1定位零件的设计 187.2 导料板的设计 187.3卸料部件的设计 18第八章 模具总装图

3、19第九章 冲压设备的选择 20第十章 模具零件加工工艺 21结论 23致谢 24参考文献 25摘 要本套模具设计是垫板冲裁模的设计及加工制造的全过程。垫板的作用是承受凸模或凹模的轴向压力，防止过大的冲压力在上、下模板上压出凹坑，影响模具正常工作。垫板厚度根据压力大小选择，一般取512 mm，外形尺寸与固定板相同。设计内容是从零件的工艺性分析开始的，根据工艺要求来确定设计的大体思路计算出冲裁时的冲压力、卸料力、推件力、确定模具的压力中心、选择压力机和确定冲模的闭合高度，最后根据前面所计算出的内容确定模具的凸、凹模尺寸和形状。模具主要零部件结构设计是模具设计的主要内容，包括凸模、凹模及其他零件如

4、定位零件span、卸料板、固定板、垫板、导柱、导套、模柄与模架的选取等重要零部件的设计加工工艺过程，重要零件的工艺参数的选择与计算，冲裁机构与卸料装置以及其它结构的设计过程，并着重对模具的设计部分作了详细介绍。通过对零件的认识可知,此工件有冲孔和落料两个工序。材料为10钢，具有良好的冲裁性能，适宜冲裁加工。工件结构外形简单，形状规则，有两个圆孔。孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，工件的尺寸公差无特殊要求，可看作IT14级，尺寸精度较低，生产批量为大批量生产，再经过方案比较，故选择复合正装式落料冲孔复合模作为该副模具工艺生产方案即比较加工又便于经济。关键词：垫板、冲孔、落料、复合模多媒体会议

5、室工程解决方案2009-04-13 15:36:43    其他 |  评论(0 |  ABSTRACT This set of mould design is plate punch die design and manufacture process.This set of mould design is plate punch die design and manufacture process，Prevent excessive rushed in and under pressure on the template pits, pre

6、ss the impact Mould normal work。Fixed board the same. Clear choice, according to the size of thickness of general pressure, take 5 12 mm size and solid shape.Design content analysis of technology from parts began, according to the technical requirement of general ideas to determine the design when c

7、alculated the blunt pressure cutting, unloaded force, pushing a force, determine the pressure center, choose mould pressing machines and determine the closing of the height, finally stamping calculated according to the content of the front of determined convex, concave die mold size and shape.Mould

8、major parts of the structure design is the main content of the mould design，including the punch, concave die and other parts such as positioning parts, the stripper plate, fixed plate, plate, guiding pole, lead sets, mould grip and the selection of formwork such important parts design, important par

9、ts machining process of technological parameters selection and calculation, cutting institutions and unloader device and other structural design process, with the focus on the part mold design was introduced in detail.Through the understanding of parts that are punching and workpiece, the two blanki

10、ng process. Material for 10 steel， has the good cutting performance, suitable for cutting processing. Workpiece structure, shape and appearance simple rules of two round hole. Hole hole edge with holes, the distance between the also meet the requirements, the size of workpiece tolerance no special r

11、equirements, but as IT14 level, size accuracy, low production batch for mass production。and then after scheme comparison, so choose compound are mounting type blanking punching composite modulus as the deputy mould technology production plan and convenient for economy that compare processing.Keyword

12、s: plate, punch, blanking, composite modulus第一章 绪论模具是工业生产的重要基础设备，它以其自身的特殊形状通过一定的方式使原材料成形。由于用模具生产的制品所表现出来的高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度，是其他任何制造方法所不及的。因此模具得到了非常广泛的应用。模具按成形对象和方式大致可以分为三大类：金属板料成形模具，如冷冲压模具；金属体积成形模具，如锻造模、压铸模；非金属材料成形模具，如塑料模、玻璃模、陶瓷模等。模具工业技术的高低已成为衡量国家制造业水平的重要指标之一。因此我国非常重视模具工业的发展，重视模具技术的提高。近年来我国模具行业结

13、构调整取得了较大的成绩，但与发达国家相比还存在一定的差距。我国模具工业和技术的主要发展方向将主要集中在以下几个方面： 模具结构日趋大型、精密、复杂，模具寿命日益提高。 CAD/CAE/CAM技术在模具设计中的广泛应用 快速经济制模技术的推广应用 新技术在塑料模具技术的推广应用 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率 开发优质模具材料和先进的表面处理技术 高速铣削在模具加工中的推广和应用 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程 开发成形新工艺和模具，培养新理念和新概念所以该课题研究的主要目的和意义是设计垫板的冲裁模具来加工垫板。从零件的工艺性分析选材到相关计算各零部件的选用等整套冲裁模设计的全过

14、程。第二章 冲压件的工艺性分析与方案确定2.1 冲压件工艺性分析如图2-1所示零件：垫板生产批量：中批量材料：10钢、材料厚度：t=5mm图2-12.1.1冲裁件的尺寸和形状冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。 冲裁件的形状应能符合材料合理排样，减少废料。 冲裁各直线或曲线的连接处，宜有适当的圆角。 冲裁件凸出或凹入部分宽度不宜太小，并应避免过长的悬臂与窄槽。 冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。 冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离，受到模具强度的限制，不能太小。该零件简单对称、排样废料少，无过长的悬臂与窄槽，材料为10钢是优质碳素结构钢，具有良好的可冲压性能。孔间距

15、d=30>2t=10mm，最小孔径也满足要求，可以冲裁。2.1.2冲裁件的尺寸精度零件图上所有尺寸均未标准公差，属自由尺寸，按IT14确定工件的尺寸公差。经查公差等级表得各尺寸公差为6,30,40 ,70。结论：可以冲裁。2.2 冲裁工艺方案的确定该工件包括冲孔和落料两个基本工序，经分析，工件尺寸精度要求不高，工件产量较大，材料较厚的特点，初步拟定两种冲压工艺方案：落料冲孔单工序冲压;冲孔落料复合工序冲压；冲孔落料级进模冲压。方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本较高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。根据工件特点，为了保证孔位精度，又有较高的生产率，形状简单，尺寸较小，成本

16、相对比较低些，并且操作十分方便工件精度也能满足要求。宜采用第二种方案。方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求但由于本副模具比较简单，需要再定位装置精度很难达到工件上所标注的尺寸公差，故而采用该方案不符合。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二复合冲裁为佳。第三章 冲裁工艺计算3.1 排样方案的确定及计算3.1.1排样设计根据已确定的冲裁工艺方案和模具类型，考虑到工件的结构特点，排样方案设计为有废料单排排样。采用有压边装置进行送料。如图3-1图3-13.1.2条料尺寸的确定首先查冲裁件搭边参考值表确定搭边。根据零件形状两零件之间取搭边值a=3，侧边取搭边值

17、b=4，则送料布局取43mm。条料宽度按相应公式计算：B=(L+2b=70+2×4=783.2材料利用率材料利用率 n=（F/AB）×100%工件面积 F=40×70-2×3.14×9=2743.48材料利用率 n=(2743.48/44×78 ×100%=79.94%3.3 冲压力的计算和选择压力机3.3.1冲裁力的计算冲裁力系数Kp=1.3，45钢=500MPa，按排样图计算冲裁件轮廓长度L=220mmP=KpLt=1.3×500×220×5=715000N式中： L-冲裁件周长mmt -材

18、料厚度mm -材料抗剪强度MPa3.3.2卸料力、推料力、顶料力及总压力表 3-1 卸料力、顶件力、推件力系数材料及厚度/mmK卸K推K顶钢0.0650.0750.10.140.10.50.0450.0550.0650.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.05>6.50.020.030.0250.03铝、铝合金0.0250.080.030.07紫铜、黄铜0.020.060.030.09查表3-1 取K卸=0.03，K顶=0.05，K推=0.045卸料力P卸=K卸×P=0.03×715000N=21450N顶料力P

19、顶=K顶×P=0.05×715000N=35750N推料力P推=K推×P=0.045×715000N=32175NP总=P+P顶+P卸=（715000+35750+21450）N =772200N3.3.3选择压力机选择压力机要求压力机的标称压力大于所有冲压力之和，即T>P总。选择压力机的型号为J2180。3.4 压力中心的确定及相关计算因为本次所设计加工的零件为对称矩形件，其加工方式为冲孔落料一步完成，且精度为IT14，为了模具设计和模具制造方便，压力中心即为冲裁件轮廓图形的几何中心。3.5 工作零件刃口尺寸计算由图2-1可知，该零件属于无特殊要

20、求的一般冲裁件，由冲孔和落料两个工序组成。表3-2初始双面间隙2c，2c材料厚度t/mm08、10、3509M2、Q23516Mn40、5065Mn2c2c2c2c2c2c2c2c<0.5极小间隙0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.0480.0720.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0640.092.4.50.7201.0000.6800.9600.7801,0405.50.9401.2800.7801.1000.9801.320查表3

21、-2得2c=0.8mm ，2c=1.2mm ，则2c-2c=0.4mm 。查表3-3得（6）,x=0.5 ；（40）,x=0.5 ,（70）,x=0.5 。表3-3 磨损系数x材料厚度t/mm非圆形冲件圆形冲件10.750.50.750.5冲件公差/mm10.160.170.350.36<0.160.16120.200.210.410.42<0.200.20240.240.250.490.50<0.240.2440.300.310.590.60<0.300.30冲孔凸、凹模刃口尺寸计算冲孔以凸模为基准，且凸模在实际工作中磨损后减小，为保证精度和使模具具有一定的使用寿命，

22、应加上一个被磨量x。凸模 d=(d+ x = (6+0.5×0.3=6.15mm凹模 d=（d+2c=（6.15+0.8）=6.23mm校核：+ 2c-2c0.008+0.0121.2-0.8（满足间隙公差条件）落料对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用分开加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：当以凹模为基准件时，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，无变小和不变的尺寸，因此均属于A类尺寸。有A(40 ,A(70。刃口尺寸计算公式：A=（A- x）则A(40 =（40-0.5×0.62）=39.69mmA(70=(70-0.5×0.74）=69.63mm凸模尺寸按凹

23、模相应部位的尺寸配制，由表3-2冲裁合理间隙2c=0.8mm ，2c=1.2mm，保证双面最小间隙为 2c=0.8mm。第四章 模具总体设计4.1 模具类型的选择模具类型分为三种分别是：单工序模、复合模和级进模。单工序模又称简单冲裁模，是指在压力机一次行程内只完成一种冲裁工序的模具，如落料模、冲孔模、切断模切口模等。复合模是指在一次压力机的行程中在模具的同一工位上同时完成两道或两到以上不同冲裁工序的模具。复合模是一种多工序冲裁模，它在结构上的主要特征是有一个或几个具有双重作用的工作零件凸凹模，如落料冲孔复合模中有一个既能作落料凸模又能作冲孔凹模的凸凹模。级进模是指压力机在一次行程中，依次在模具

24、几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的模具。由冲压工艺分析可知，该模具采用复合冲压，所以模具类型为复合模。4.2 定位方式的选择定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上有正确的位置，定位零件的结构形式很多，用于对条料进行定位的定位零件有挡料销、导料销、导料板、侧压装置、导正销、侧刃等，用于对工序进行定位的定位零件有定位销、定位板等。因为该模具采用是条料，控制条料的送进方向采用导料板，有侧压装置。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测定。4.3 卸料出件方式的选择卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，把冲件

25、或废料从凸模上卸下来称为卸料。卸料装置按卸料的方式分为固定卸料装置弹性卸料装置二种。固定卸料装置仅由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模上；弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成；弹性卸料装置可安装于上模或下模，依靠弹簧或橡胶的弹力来卸料，卸料力不太大但冲压时可兼起压料作用，故多用于冲裁料薄及平面度要求较高的冲件。出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。我们通常把装在上模内的出件装置称为推件装置；把装在下模内的称为顶件装置。综合考虑该模具的结构和使用方便，以及工件料厚为5mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料，采用上出件的方式出料。4.4 导向方式的选择在冲压过程

26、中，导向结构一般情况下直接与模架联系在一起，该模具采用导柱、导套的导向方式，提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，故该复合模采用后导柱的导向方式。第五章 冲裁模主要零部件结构设计5.1凸模结构的设计冲6孔的圆形凸模，由于模具需要在凸模外面装顶件块，因此采用台肩式凸模，尺寸标注如图5-1图5-15.2 凹模结构的设计凹模的外形尺寸，凹模的厚度（H）和外径分别为：H=K×b=0.5×40=20mm式中：K有b和材料厚度t决定的凹模厚度系数查表5-1b垂直于送料方向凹模型孔壁间最大距离凹模壁厚c=1.5H=30mm尺寸标注如图5-2表5-1 凹模厚度系数 图5-2 图5-35.3

27、 凸凹模的的结构设计本模具为复合冲裁模，因此除冲孔凸模和落料凸模外，必然还有一个凸凹模。凸凹模的结构图如图5-3所示。第六章 模具材料的选用和模架的选择6.1 模具材料的选用 冷冲模用钢应具有的力学性能：1）应具有较高的变形抗力；2）应具有较高的断裂抗力；3）应具有较高的耐磨性及抗疲劳性能；4）应具有较高的冷热加工工艺性。 冷冲模零件材料选用原则： 1）要选择能满足模具工作要求的最佳综合性能的材料；2）要针对模具失效形式选用钢材；3）要根据制品的批量大小，以最低成本的选材原则选材；4）要根据冲模零件的作用选择材料；5）要根据冲模精度程度选择钢材。 综合各种材料进行比较及材料的用途查下列表6-1

28、和6-2可选择Gr12为冷冲模工作零件所用的钢材。表6-1冷冲模工作零件材料零件名称使用条件选用材料凸模，凹模，凸凹模，凸、凹模镶块，连续模，侧刃凸模形状简单，冲裁材料厚度t小于等于3mm，中小批量生产的冲裁T8、T8A、T10、T10A冲裁件厚度t3mm，形状复杂，或冲裁厚度t3mm的中小批量冲裁Gr12、GrWMn、Gr15、Gr12MoV要求批量较大，使用寿命较长的冲裁模W18Gr4V、Gr4W2MoV、W6Mo5GrV2、YG15、YG20需要加热冲裁模3Gr2W8V、5GrNiMo、6Gr4Mo3NiWV选择说明：在选择冲裁凸模、凹模材料时，应根据模具的工作条件和失效特点，量材而用。

29、如形状简单、尺寸较小、受力较小的凸、凹模，只需要热处理工艺适当。性能可以满足使用，生产批量不大时，可选用碳素工具钢，这样可以降低成本；反之，就应该选用变形较小，耐磨性高的合金工具钢。对于大、中型冲裁模，其材料成本与模具总成本10%18%左右，故应选用变形小、耐磨性高的合金工具钢较适宜。表6-2 冷冲模辅助材料的选用零件名称选用材料热处理硬度HRC上模座、下模座HT2040HT2547、ZG25、ZG35A3、A5模柄A3、A5凸模固定板、凸、凹模固定板A3、A5侧面导板45淬火4348导柱20渗碳0.815862导套20淬火5860垫板、定位板45、T7A淬火4348螺母、垫圈A3固定螺栓、螺

30、钉A3、45销钉45淬火4548顶杆45淬火43486.2 模架的选择模架选用中等精度的中，小尺寸冲压件的后侧导柱模架，从右向送料，操作方便。第七章 主要零部件的设计7.1定位零件的设计定位零件采用的是导料板定位如下为导料板设计。7.2 导料板的设计导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的间隙取1mm，这样就可确定两导料板的宽度，导料板的厚度按表选择。导料板采用45钢制作，热处理硬度为4045HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板的进料端安装有承料板。7.3卸料部件的设计卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为14mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4045HRC.第

31、八章 模具总装图该复合冲裁模将凹模下模上，是典型的正装结构，如图所示为本例的模具总图8-1。模具上模部分主要由上模座、垫板、凸凹模、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。下模部分由下模座、凹模、导料板等组成。固定挡料销控制送料的进距。卸料采用弹性卸料装置，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉、橡胶组成。冲制的工件由顶板、顶杆、顶件块组成的刚性顶件装置顶出。图8-1第九章 冲压设备的选择通过校核，选择开式双柱可倾压力机J2180能满足使用要求。其主要技术参数如下： 公称压力：800KN滑块行程：100mm最大闭合高度：300mm连杆调节量：65mm工作台尺寸：（前后mm&#

32、215;左右mm）：460×700垫板尺寸：（厚度mm×孔径mm）：5×6模柄孔尺寸：（厚度mm×厚度mm）：50×70最大倾斜角度：第十章 模具零件加工工艺本副冲裁模，模具零件加工的关键在工作零件，固定板以及卸料板，若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。落料凸模的加工工艺过程见表10-1。表10-1 料凸模的加工工艺过程表：工序号工序名称工序内容工序图（示意图）1备料将毛坯锻成长方体80×50×102热处理退火3刨刨6面，互为直角留单边余量0.5mm4热处理调质5磨平面磨6面，互成直角6钳工划线划出各孔位置线7加工螺钉孔、安装孔及穿丝孔按位置加工螺钉孔、销钉孔及穿丝孔等8热处理按热处理工艺，淬火回火达到5862HRC9磨平面精磨上、下平面10线切割按图线切割，轮廓达到尺寸要求11钳工精修全面达到设计要求p 12检验凹模、固定板以及卸料板都属于板类零件，其加工工艺比较规范。如图所示凹模的加工过程与图所示落料凹模的加工过程完全类似，见表10