连接件冲模课程设计

1、湖 南 工 学 院课程设计说明书题 目院(系)、部： 机械工程系 学生姓名：指导教师： 张蓉 职称 、副教授 专 业：班 级：完成时间：前 言本设计说明书根据老师所给的题目，用自己所学的冷冲压工艺及模具设计知识对连接件的全部设计过程。全书既有足够的理论知识，还有模具结构简图，语言精简，表述明确，通俗易懂，归纳与对比多用图表来代替文字说明，实用性强。 全书共五大章，主要内容包括零件的工艺分析，冲裁工艺方案及模具结构的拟定，制件的工艺计算，工作尺寸，排样、裁板，压力中心的确定、力的计算、压力机的初选、压力机的校核，模具主要结构零件的设计，凸模和凹模刃口尺寸的确定、确定各主要零件结构尺寸、凹模外形尺

2、寸的确定、冲孔凸模长度L1的确定、凸凹模内外刃壁厚校核、凸凹模尺寸、固定板的确定、卸料板的选定、弹性挡料销、圆柱销的选用、导向装置的选择、模柄的选择、垫板、螺钉、弹簧，还有总结和参考文献。 由于编者水平有限，书中不足之处，恳请广大读者批评指正。 编者 2010年12月 目 录1、 零件的工艺分析 - 32、 拟定零件的冲压工艺方案及模具结构 - 4三、排样、裁板 - 4四、计算工序压力，选用压力机及确定压力中心1 计算工序冲压力，选用压力机 - 52 压力机的选取 - 63 确定压力中心 - 7五、设计连接件的模具5.1确定模具结构，绘制模具总装草图 - 85.2冲模刃口尺寸及公差计算 - 9

3、5.3凹模主要尺寸确定 - 125.4凸模及凸凹模结构设计 - 125.4.1凸模选取原则 - 135.4.2各凸模的结构 - 135.4.2计算凸模长度及校核强度 - 145.5凹模板结构 - 155.6其它模具结构零件 5.6.1挡料销及导料销 - 155.6.2凸模固定板及凸凹模固定板结构 - 155.6.3矩形垫块设计 - 165.6.4定位销定选取 - 16 5.6.5推件零件设计 - 165.6.6螺钉选用 - 165.6.7 橡胶零件选取 - 17六、模架及其零件选用6.1 模架 - 176.2 导向零件 - 176.3 模座 - 176.4模柄 - 18七、模具主要零件的尺寸规

4、格及闭合高度 - 18八、冲模的安装和安全技术 - 18 总结 - 21 参考文献 - 22一、零件的工艺分析 零件图： 1.材料:该连接板的材料为碳素结构钢Q235，改钢具有中等强度并具有良好的塑性和韧性，易于成型，适于冲压工艺加工。 2.该制件的结构形状属于较简单，为对称件，无特别狭长的槽或悬伸，有利于材料的合理利用。可用冲裁工艺加工获得，在转角处无特别明显标明，因其角度大于90°，故查表3-6得最小圆角半径Rmin=0.25t=0.375mm。为保证模具的使用寿命，故在此取较大。R=0.5mm。 3.转角的尺寸精度。冲裁件经济精度一般不高于IT11级，最高达IT8IT11。因该

5、工件无特别要求，则按IT11级精度选取，根据冷冲工艺及模具设计表3-9.3-10可得各部分尺寸偏差。15为未公差尺寸，一般按IT11级选取，查表3-9的Td=0.10mm，其为内孔尺寸，按基孔制标注：，同理：方孔德基本尺寸为mm，mm。 外形尺寸mm，mm,mm,mm,mm,mm,mm,mm 制件的断面粗糙度一般为12.550m，查表3-11得，该制件的为Ra=12.5m。二、拟定零件的冲压工艺方案及模具结构 该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：方案一：先落料，再冲孔，采用单工序模生产。方案二：落料-冲孔复合模冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔-落料连续模冲压，采用级进

6、模生产。 方案一模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大量生产的需求。由于结构简单，为提高生产效率，主要采用复合冲裁或级进冲裁方式。由于中心圆孔于方形孔相距较近，为了更好地保证此精度，最后确定采用复合冲裁方式进行。 由工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为了方面操作，所以复合模结构采用倒装复合模及弹性卸料和定位销定位方式。三、排样、裁板 一般分为有无废料两种方法，据制件图分析，考虑操作方便并为了保证零件精度，采用横排有废料排样。搭边是冲裁件之间以及冲裁件于条料采编之间留下的余料。它主要起补偿条料送进时的定位误差和下料误差，确保冲出合格的制件；保持条

7、料的刚性，方便送进，提高劳动效率。避免冲裁时条料边缘的毛刺被带入模具间隙，从而提高模具寿命。查<<冷冲压工艺及模具设计>>表3-13，得工件间的值a1=1.8mm，沿边a=2.0mm对于中碳钢将a1，a分别乘0.9即为该制件的搭边值=1.62mm，=1.8mm。由此可确定条料宽度：B=45+2a+0.5=49.1mm 由续表轧制钢板的尺寸规格选择1500*500*1.5，采用横裁。由此可以计算出该条料可裁出30条49.1的条料，可冲裁出制件的个数n1=10个。 制件表面积A0=655.796mm2 则板料的利用率= 从而得出排样图：四、计算工序压力，选用压力机及确定压力

8、中心 1 计算工序冲压力，选用压力机 在冲压时，凸模给材料施加压力，同时材料也给其反作用力。其反作用力则为冲裁力，除此之外，整个过程还有推件力，顶料力和卸料力。 查附表取=450MPa，0.05，0.055 落料力KLt=1.3×131.3×1.5×450115.21KN 冲孔力KLt=1.3×2××15×1.5×45082.66KN 卸料力=0.05×115.21=5.7605KN 推件力取n=2 2×0.055×82.669.09KN 总冲压力 212.71KN=233.98127

9、6.523KN 2 压力机的选取 a.选取原则： 根据总的冲压力选取大于总冲压力的压力机冲裁。选择合适的压力机型号，使之与模具行成合理的配置关系，可提高模具使用过程中的安装可靠性，从而提高产品质量、生产率和模具寿命。选择压力机型号主要是使其技术规格能符合模具成型工艺的要求，主要考虑公称压力、闭合高度、滑块行程以及工作台垫板尺寸等。 根据所要完成的冲压工艺性质，生产批量的大小，冲压的集合尺寸和精度要求等来选择设备的类型。对于中小型的修边件主要采用开式机械压力机。虽然开式冲床的刚度差，在冲压力的作用下床身的变形能破坏修边模的间隙分布，降低模具的寿命和修边件的表面质量。可是它提供了极为方便的操作条件

10、和非常容易安装的机械化附属装置的特点，使它成为目前中、小型冲压设备的主要形式。 根据冲压件的尺寸、模具的尺寸和冲压力来确定冲压设备的规格。 1、压力机的公称压力必须大于冲压所需要的总冲压力，即：> 2、机的行程大小应适当。由于压力机的行程影响到模具的张开高度，对于修边等模具，其行程不宜过大，以免发生凸模与导板分离（导板模）或滚珠导向装置脱开的不良后果。 3、冲模的闭合高度相适应。即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间。 4、压力机工作台的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸并还要留有安装固定的余地。但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时，对工作台的受力条件也是不利

11、的。 b. 选取压力机 根据计算总压力，查附表可初选JB23-40的压力机。当模具机构及尺寸确定后，可对压力机的闭合高度，模具安装进行校核，从而最终确定压力机的规格。 3 确定压力中心为了保证压力机和模具平稳的工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线重合，对于使用模柄的中小型模具就是要使其压力中心与模柄轴线相重合，否则将会使冲模和压力机滑块承受侧向力，产生偏移，引起凸、凹模间隙不均匀和导向零件加速磨损，还会引起压力机导轨的磨损、影响压力机精度，严重时会损坏模具和设备，造成冲压事故。任何几何图形的重心就是其压力中心。对于复杂工件和多凸模冲裁的压力中心，可利用力矩原理用计算法求得，即分力对某坐

12、标轴力矩之和等于其合力对该坐标轴的力矩。在实际生产中，可能出现冲模压力中心在冲压过程中发生冲压变形的情况，或者由于冲压件形状的特殊性，从模具结构考虑不宜于使压力中心与滑块中心重合，这时应注意使压力中心偏离不致超出所选压力机所允许范围。该模具一次冲裁两件，对称冲孔，受力均匀平衡，所以压力中心取在称线上，不用再计算。画出凹模刃口，用解析法或CAD法可求得压力中心坐标为(24.49,5),如图所示。五、设计连接件的模具5.1确定模具结构，绘制模具总装草图 根据已确定的工艺方案，模具结构可采用前后送料，挡料销定距、弹性卸料装置、下漏料的倒装式冲裁模结构形式。模架可次采用后置导柱标准模架。据此，画出模具

13、结构草图：5.2冲模刃口尺寸及公差计算 凸凹模刃口尺寸计算： 冲孔mm的孔，凸模结构简单，可采用分开加工的计算。 查表3-3，3-5得=0.132mm, =0.240mm , =0.020mm, =0.020mm , x=0.75校核条件：|+|（），那么将以上数据代入得。 冲方孔, 同上,=0.132,=0.240,=0.02 , =0.02,x=1 则, 如图所示，该落料件按配作加工方法，则凹模中的各个尺寸为， 变大的尺寸：, , 变小的尺寸：， 不变的尺寸：x 对于变的尺寸A ,查表得， X1 = X3 = X4 =0.75, X2=0.5 , = 0.055mm 变小的尺寸计算公式：，

14、,查表得X1 = 1 , X2 = 0.75; 不变的尺寸 查表得冲模初始双面间隙Z对Q235有 = 0.132 mm , = 0.240 mm； 故在制作凸模时只需根据凹模进行配作，保证最小间隙，为0.132mm ，为0.240 mm即可。5.3凹模主要尺寸确定 查<<冷冲压工艺及模具设计>>表3-24得k=0.350.5,查表3-25得s=45,s1=30,s2=48凹模厚H , H = k s = 45×（0.350.5）= 15.7522.5，取 22 mm；凹模宽度B , B = s +(2.54.0)H=45+(2.54.0)H=100133mm；

15、凹模长度L , L = s1 + 2s2=30+2×48=126134mm；凸凹模查冷冲压工艺及模具设计表3-28得最小刃口壁厚为3.8mm，符合要求。据中华模具设计大典，对凹模采用160×125×40 mmGBT285.13-1990；凸模固定板的厚度=1317取14mm；凸凹模固定板厚度取=16mm，则凸凹模厚度 H=38mm；凸凹模固定板外形尺寸为160×125×16mm；5.4凸模及凸凹模结构设计 5.4.1凸模选取原则为保证凸模能正常工作，设计任何结构形式的凸模都必须满足如下三原则： a.精确定位：凸模安装到固定板上以后，在工作过程中

16、其轴线或母线不允许发生任何的移位，否则将造成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时造成啃模。 b.防止拔出：回程时，卸料力对凸模产生拉伸作用。凸模结构应能防止凸模从固定板中拔出来 c.防止转动：对于一些截面比较简单的凸模，例如长圆形、半圆形、矩形等，为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易，常常将凸模固定段简化圆形。这时就必须保证凸模在工作过程中不发生转动，否则将出现啃模现象。 据此，各个凸模及凸凹模选用Cr12MoV，硬度要求5862HRC。 5.4.2各凸模的结构 根据冲孔的形状和尺寸设计结构图形如下 ：各 凸 模 图5.4.3计算凸模长度及校核强度 a. 计算长度： 根据选自冲压工艺与模具

17、设计知识可得公式+ h式中： 凸模固定板厚度凹模板厚度h凸模伸出安全高度冲孔凸模的长度H=h1+h2+h； h1为凸模固定板的厚度h1=14mm , h2 落料凹模厚度h2 = 18 mm , h为总修模量一般为10-15 mm左右，取h = 12 mm；冲孔凸模的长度H = 18 + 14 + 12= 44 mm；冲圆孔凸模及凸凹模用阶梯式，冲方孔凸模用铆接两段式刃口高度均取h = 8 mm。b.凸模强度校核 根据选自冲压工艺与模具设计知识可以得到以下： （1）凸模抗压能力校核 凸模能正常工作其最小截面承受的压应力必须小于凸模材料允许的压应力= 4.2式中： 凸模最小截面的压应力冲裁力凸模最

18、小截面积 凸模材料许用应力则：=82.66KN/(*7.5*7.5)=476 （2） 凸模纵向抗弯能力校核由欧拉公式可解得凸模不发生失稳弯曲的最小长度为：4.3式中： 凸模材料的弹性模量，一般模具钢可取=2.2凸模最小截面惯性矩弯曲安全系数，淬火钢冲裁力则： 2314 mm 44 mm 所以合格. 同理，冲方槽凸模及凸凹模的强度照此方法校核，均合格，再次就不列举。5.5凹模板结构根据零件图形，凹模的刃口尺寸与连接件的基本尺寸稳合，并且连接件在冲压式要压入在凹模体内，凹模的中心部位为异形沉孔式，图形如下：凹 模 板 图 根据凹模在模具中需要具有良好的耐磨性，抗疲劳强度，要求刚度、硬度高，据此，按

19、一般经验选择材料为Cr12MoV，进行热处理要求达到硬度5862HRC.5.6其它模具结构零件 5.6.1挡料销及导料销 挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离。因圆柱头挡料销结构简单，制造容易，故选用圆柱头固定挡料销，固定在卸料板上。导料销主要用于减小引导板料的送进误差。挡料销用45号钢制造，淬火硬度为，据中华模具设计大典.固定挡料销据JBT7649.5-1994采用8×22mm。 5.6.2凸模固定板及凸凹模固定板结构 凸模固定板主要用于固定冲孔凸模，用销钉定位，基本尺寸与凹模板的尺寸一致，呈方铁状加工方便，制造容易。选用45钢，热处理4852HRC。 凸模固定

20、板的厚=1317取14mm； 凸凹模固定板厚度取=16mm。 5.6.3矩形垫块设计板的作用是直接承受和分散凸模传来的压力，以降低模板单位面积上的压力。在凸模固定板与上模之间加一块淬硬的垫板，可避免硬度较低的模座因局部受凸模较大的冲击压力而出现凹陷，致使凸模松动，垫板的形状与尺寸应与固定板相同，其厚度一般取610。其上面的销钉、螺钉合理分布，详细肺部请见装配图。要求其具有良好的塑性与韧性，强度高等，选材T8钢。规格：矩形垫块据JBT7643.3-1994采用160×125×8mm .5.6.4定位销定选取销钉起定位作用，防止零件之间发生错移，其本身受剪应力。销钉一般用两个，

21、多采用圆柱销钉，与零件上的销孔采用过渡配合，若零件受到的错移力大的时候则选用较大的销钉。根据中华模具设计大典 选取8 X L , GB/T 119.1 5.6.5推件零件设计推板采用45号钢，尺寸为50×6 连接推杆采用3根，6×15推件块与落料凹模采用H7e6配和，采用45钢 打杆，采用A10 ，材料45钢 5.6.6螺钉选用 冲模上受力较大的连接螺钉一般采用内六角螺钉，其特点是用45号钢制造，并淬火3540HRC，因此可承受较大的拉应力，而且这种螺钉紧固牢靠，且螺钉头埋在凹模内，使结构紧凑，外形美观。螺钉的位置尽可能对称，以使零件受力均匀。本模具根据不同的情况选用不同的

22、螺钉，选依据中华模具设计大典GB / T 70.12000 上模紧固螺钉：M16 X 67 mm ； 下模紧固螺钉：M16 X 45 mm ； 卸料螺钉：M16 X 50 mm ；模柄紧固螺钉：M10 X 18 mm。5.6.7 橡胶零件选取 橡胶在模具中主要起卸料作用，在使用过程中，由于模具的连续工作，只是需要经常更换。根据中华模具设计大典 中选取橡胶，用M16螺钉连接。6.模架及其零件选用 6.1 模架模架选用后侧导柱模架，这种模架的导柱分布在模座的一侧，两个导柱的直径相同，可避免上模与下模错装而发生啃模事故。该模架滑动平稳、导向准确牢靠，可保证均匀的冲裁间隙，提高模具的刃磨寿命，并使模具

23、的调试简单化。此类模架只适用于横向送料，其优点是工作面开敞，适于大件边缘冲裁和冲孔。模架的选用参照标准模架选购。 6.2 导向零件该工件生产批量大、公差要求较高，为保证模具有较高的精度和寿命，故采用导向零件对上、下模进行导向，以保证上模相对与下模的正确运动。常用的导向零件有导柱、导套和导板，这里选用导柱和导套，其配合精度为，材料选用20号钢，淬火硬度为。导柱下部长度与下模板导柱孔采用过盈配合，上部长度与导套孔径间隙配合。导套孔径有油槽，用以存油润滑，外径与上模板采用过盈配合，配合使导套孔径会收缩，所以导套过盈配合部分的孔径应比导套和导柱间隙配合部分导套孔径增大。选择导柱长度时，应考虑模具闭合时

24、导柱上端面和上模板平面的距离不小于，导套的上端面与上模板上平面的距离应大于，用以排气和出油。本模具采用的导柱与导套的结构形式初定为滑动导向式，如下图所示。并且左右两边的导柱导套尺寸不同，用以避免上模与下模错装而发生啃模事故，具体规格为：导柱：A型导柱，A25 h5 X 160 ， JB/T 7187.1导套：A型导套，A25 H6 X 80 X 30 ， JB/T 7187.16.3 模座模座的尺寸规格根据模架类型、凹模周界尺寸和安装要求确定。对于矩形模座，其长度应比凹模长度大，宽度等于或略大于凹模宽度，深度取凹模板厚度的倍。考虑受力情况，上模座厚度可比下模座小。 上模座 ：材料HT200 ,

25、 220 X 160 X 40 mm ， GB/T 2855.31990下模座 ：材料HT200 , 220 X 200 X 45 mm ， GB/T 2855.61990 6.4模柄 中小型模具一般都用模柄将上模与压力机滑块相连接，模柄工作段的直径应与所选的压力机滑块孔的直径相一致。且两者的下平面垂直度要好。如果垂直度不好，则就不可能得到凸模和凹模正确的相关运动，因而会使模具破损或产生其他的事故。设计模具时，选择模柄的类型要考虑到模具结构的特点和使用要求，本模具选用的是如下图所示的压入式模柄，固定段与上模座孔采用H7/m6过渡配合。 规格 ：A 40 , JB/T 7140.37模具主要零件

26、的尺寸规格及闭合高度综上分析，确定本模具的主要零部件的尺寸规格为： 上模座 220 X 160 X 40 mm ， GB/T 2855.31990 下模座 220 X 200 X 50 mm ， GB/T 2855.61990 垫板 160 X 125 X 8 mm 凸模固定板 160 X 125 X 14 mm 凹模板 160 X 125 X 22 mm 卸料板 160 X 125 X 8 mm 橡胶工作压缩后高度 11 mm 凸凹模固定板 160 X 125 X 16 mm 材料厚度 1.5 mm 模具闭合高度：=40 + 50 + 8 + 14 + 22 + 8 + 11 + 16 + 1.5 = 170.5mm8 冲模的安装和安全技术 冲模的使用寿命、工作安全和冲件质量等与冲模的正确安装有着极密切的关系。冲模在压力机上的安装程序是首先上模固定在压力机滑块上，根据上模位置固定下模。冲模安全技术包括人身安全技术和装备安全技术两个方面。前者主要是保障操作者的人身、特别是双手的安全，也包括降低冲压噪声，后