托板冲压工艺及模具设计-固态成型工艺及模具课程设计

29/29固态成型工艺及模具课程设计设计题目：卡板零件的冲压工艺及模具设计姓名：吴佳鹏学号：学院：专业班级：指导教师：高术振

前言本设计在介绍冲压成型和计算方法的基础上，讲述常用冲压设备的选用、结构、使用、维护等方面的基础知识，客观简单分析的冲压工艺、冲压模具、冲压设备、冲压材料及冲压件质量与经济性的关系。由于由于这是我第一次接触冲压模设计，水平有限，书中错误和缺点在所难免，恳请广大读者批评指正。编者2016年12月目录前言第一章托板零件冲压工艺性分析……5第二章冲压工艺流程设计及优化……9第三章冲工艺组合方式分析……...………………11第四章排样设计.………………………..12第五章托板冲压模具参数计算……...………….18第六章托板冲裁模主要零部件设计与选用……………….24结束语……………36参考文献………………………..37托板零件图：一．托板零件冲压工艺性分析1.批量经济分析根据该托板零件图得知，该零件为大批量生产，非常适合于冲压成型。2.材料的适用性由托板零件图可知，该产品的材料为08F，根据《冲压模具及设备》表2-3（29页）得知，08F适合冲压，并且为常用冲压材料。3.托板的形状与结构3.1形状与结构由客户提供的托板零件图可知：该托板零件形状简单、规则、对称，且零件较小，非常适合冲压成形。3.2内外处尖角由客户提供的托板零件图可知，该托板零件共有8处内外处尖角。然而尖角在冲压过程中非常难以加工，并且冲压模具在加工过程中容易崩刃，所以在日常冲压生产中通常将尖角加工为圆角。若客户对尖角部分要求不大，尖角处也没有装配关系，则与客户进行协商，绘制出经过协商后的零件图并重新签约。就该托板零件而言，根据查《冲压模具及设备》表4-2（88页）可知，08F为软钢，最小圆角半径应取R0.25t，即该托板零件的8处尖角的最小半径应为R=0.25t，t=2mm，所以该托板零件的8处尖角均改为R0.5mm的圆角。3.3过长的悬臂与凹槽根据客户提供的托板零件图可知，该托板零件没有过长悬臂及凹槽。因此该托板零件在冲压成形中不用考虑过长悬臂及凹槽。3.4小孔冲压该托板零件只有一个直径为25mm的内孔，ϕ25mm≥1.5t，所以冲裁的尺寸完全符合生产的特性及凸模强度、模具结构。3.5孔间距与孔边距该冲裁件托板只有一个中心孔，因此不需要考虑孔间距。孔边距则为：(70-25)/2=22.5mm，22.5mm≥（1～1.5）t，故符合冲裁件对孔边距的要求。二.托板冲压工艺流程设计及优化1.冲压工艺类型2.冲压工艺次数3.冲压工艺顺序4.冲压工艺组合方式5.其它辅助工序2.1冲压工艺类型根据该托板冲压工艺图可以看出，其所需的基本工序为落料，冲孔。2.2冲压工艺次数由托板冲压工艺图可看出，其工艺次数可分为落料，冲孔2个工序组成。2.3冲压工艺顺序当多工序冲压件有冲孔和落料时，一般先落料再冲孔，以减少定位误差和避免尺寸换算。2.4冲压工艺组合方式1）单工序模先落料后冲孔、先冲孔后落料2）复合模冲孔+落料、落料+冲孔3）级进模先冲孔再落料2.5其它辅助工序由于此托板零件结构简单，无其它机加、非机加（如焊接、热处理）等其它辅助工序。三.冲压工艺组合方式分析1）单工序模单工序模制造成本较低，尺寸和冲压件的厚度不受限制，但冲压出来的工件精度低、冲压件平整度差、生产效率低，生产时的安全性低，需要采取安全保护措施，只适合小批量生产。由该托板零件的冲压工艺图可知，该托板零件的生产批量较大，若采用单工序模就加长了生产周期，故不采用单工序模。2）复合模复合模的加工精度可达到IT10～IT8级，压料较好，冲压件平整，尺寸在300mm以下，冲压件厚度在0.05mm～3mm之间。冲裁复杂零件时它的模具制造成本和工作量低于级进模，操作是出件困难且不太安全，也需要采取安全措施，适合大批量生产。根据该托板工艺图可以看出，该托板零件的加工精度一般，厚度为2mm，且结构简单、生产批量为大批量，若采用复合模，明显优于单工序模。3）级进模级进模的加工精度可以达到IT13～IT10级，冲压件尺寸在250mm以下，冲压件厚度在0.1mm～6mm之间，工序间可以自动送料，冲件和废料一般从下模漏下，生产效率较高，模具制造的工作量和成本在制造形状简单零件时比复合模低，比较安全，可使用高速压力机，适合大批量生产。若该托板零件采用级进模生产，无论是生产效率、生产批量还是产品尺寸均符合该零件的生产要求，但由于级进模加工精度达不到要求，故不采用。（ϕ25内孔精度达不到要求，需要后期加工，延长生产周期）综合分析：单工序模由于生产效率、生产批量、冲件精度均达不到该托板零件的产品要求，故不采用。级进模虽然生产效率、生产批量都能达到产品要求，但由于冲件的内孔精度达不到该托板零件的产品要求，也不能采用。复合模无论是生产效率、生产批量还是产品精度都符合该托板零件的产品要求，故被采用。根据该托板零件的冲压工艺顺序确定复合模：落料+冲孔为最终的冲压工艺方式。四.排样4.1排样排样的是否合理，将直接影响到材料利用率、冲件质量、生产效率、冲模结构与寿命，因此排样在冲压件的前期准备工作中十分重要。排样可分为以下3种：有废料排样少废料排样无废料排样对于3种排样的分析：有废料排样对冲压件的尺寸有保证，冲出的产品质量较好，而且模具寿命较高，但它的材料利用率较低，增高了产品的生产成本，用于形状复杂、尺寸精度要求较高的零件。少废料排样的材料利用率较高，用于形状简单、尺寸精度要求不高的零件。无废料排样用于形状结构简单、尺寸精度要求不高的零件，但不易操作加工。本托板零件的形状结构简单、尺寸精度要求不高，本应选用无废料排样，但由于无废料排样难以保证零件的尺寸精度，而且无废料排样本身就难以实现，因此本托板的排样方案应选择少废料排样。4.2材料利用率全进距η=×100%A为单个冲件表面积n为板料最多冲件个数B为条料宽度L为条料长度4.3条料宽度与搭边、料边的计算①托板横排：根据《冲压模具及设备》107页可知，圆形或圆角r＞2t的工件，a1=1.2a=1.5②托板竖排：根据《冲压模具及设备》107页可知，圆形或圆角r＞2t的工件，a1=1.8a=2.54.条料的宽度B，采用初级定位B1=Dmax+2a=70+1.5×2=73B2=Dmax+2a=160+2.5×2=165查《冲压模具及设备》31页t=2mm时，选用长为4400mm，宽为2000mm的冷轧钢板。根据材料利用率公式∶η=×100%托板横排材料利用率∶η=×100%=65%托板竖排材料利用率∶η=×100%=61.5%记得乘2η横＞η竖，∴应选托板横排为最终排样方案。托板横排示意图如下∶导料销与条料之间的最小间隙Zmin，查《冲压模具及设备》表4—20，知∶Z=0.5mm，所以Bo=B+Z=73mm+0.5mm=73.5mm4.5压力计算冲压力P=P冲裁+P卸+P顶（或P推）冲裁力P1=K·L·t·τb=1.3×（3.14×40+80X2+40×2+60+3.14×25）×2×250=327665N卸料力F卸=P1·K卸=327665×0.05=16383.25N顶料力P顶=P1·K顶=327665×0.06=19659.9N推件力P推=P1·n·K顶=327665×0.055×5=90107.88N∴P冲=P1+P卸+P推=327665+16383.25+90107.88=434156.13NP（实）冲=(P1+P卸+P推)÷0.8=542695.16N查《冲压模具及设备》表3-4，开式固定台压力机主要参数规格表得∶此托板需要的冲压力应大于200吨，所以应选JA21-35开式固定台压力机。4.6压力中心的计算由该托板零件图可以看出该托板上下、左右均对称，所以压力中心应在该托板的对称中心（ϕ10的圆心）上。五.托板冲压模具参数计算5.1模具凸凹模间的间隙1）间隙对冲压件质量的影响间隙越大，模具的寿命可以延长，但冲件的质量普遍不高，反之，间隙越小，冲件的质量越高，但模具的寿命会进一步缩短。因此，在保证冲压件质量的前提下，应选较大的间隙，若采用较小的间隙就必须提高模具的硬度和精度，从而减小模具的粗糙度，减小模具磨损，得以在保证冲压件质量的前提下，延长模具的使用寿命。2）间隙对冲压工艺的影响试验表明，冲件的单面间隙在材料厚度的5%～20%范围内时，冲裁力的降低不多，一般不超过冲裁力的5%～10%。间隙对Fx、Fo的影响较为显著，而当单面间隙增大到材料厚度的15%～25%时，卸料力几乎为零。3）冲裁间隙的确定一般采用经验法来确定。查《冲压模具及设备》表4-10得（93页）Zmin=0.246mmZmax=0.360mm由于此托板冲件对尺寸要求不高，又采用的初级定位，故应取较大的间隙值，即∶Zmax=0.360mm5.2冲裁模刃口尺寸的计算1）冲裁模具刃口尺寸计算三原则①落料时应以凹模为基准，先确定凹模，再确定凸模。冲孔时应以凸模为基准，先确定凸模，再确定凹模。②凹模的刃口尺寸在设计时，其基本尺寸应靠近下限值。凸模的刃口尺寸在设计时，其基本尺寸应靠近上限值。③模具的设计精度应比冲件的精度高2～3级。2）冲裁模具刃口尺寸的计算A、凹凸模分开制作B、凹凸模配合制作本托板的外形尺寸简单，且为复合模，因此采用凹凸模配合制作。该冲裁件中心孔为冲孔件，故应以凸模为基准。技术要求∶凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸配作保证双面间隙为0.34mm由于外形尺寸为落料，以凹模为基准5.3模具闭合高度由所选设备JA21-35可知，它的最大闭合高度为Hmax=280mm，Hmin=220mm（220-T）≤Hm≤（280-T）-5，T=5∴215mm≤Hm≤270mm5.4弹簧的选用（1）选用弹簧的三原则∶为保证卸料正常工作，在非工作状态下，弹簧应该预压，其预压力Fy应该大于等于单个弹簧承受的卸料力。即Fy≥Fx/nFy—弹簧的预压力（N）Fx—卸料力（N）n—弹簧数量②弹簧的极限压缩量应该大于或等于弹簧工作时的总压缩量。即hj≥h=hy+hx+hmhj—弹簧的极限压缩量（mm）h—弹簧工作时的总压缩量（mm）hy—弹簧在预压力作用下产生的预压量（mm）hx—卸料板的工作行程（mm）hm—凸模或凹模的刃磨量（mm），通常取hm=4～10mm。③选用的弹簧能够合理的布置在模具的相应空间。（2）卸料弹簧的选用及计算1）初定弹簧个数n=4，则每个弹簧的预压力为∶Fy≥Fx/n=P卸/4≈4096N2）初选弹簧规格。按2Fy估算弹簧的极限工作压力Fj∶Fj=2×4096N=8192N查标准GB/T2089-1994,初选弹簧规格为∶d×D2×h0=3.5×20×60，Fj=8190N，hj=20.9mm3）所选弹簧的预压量hyhy=Fy·hj/Fj=4096N×20.9mm/8190N≈10.45mm4）校核所选弹簧是否合适。卸料板工作行程hx=t+1mm=3mm，取刃磨量hm=6mm，则弹簧工作时的总压缩量为∶h=hy+hx+hm=10.45mm+3mm+6mm=19.45mm∵h<hj，故所选弹簧合适。弹簧安装高度Ha=Ho-Hy=60mm-10.45mm=49.55mm取整Ha=50mm七.托板冲裁模主要零部件设计与选用7.1落料凹模1）根据对该托板零件形状分析，该托板冲裁模落料凹模应为整体式∶落料凹模尺寸为∶L×B×HL=l+2cB=b+2cH=Kb1其中l=160mm，b=70mm，K=0.38，c=80mm，b1=160mm∴L=160mm+2×80mm=320mm,标准为320mmB=70mm+2×80mm=220mm,标准为220mmH=0.38×160mm=60mm但由于卸料弹簧的安装高度为50mm，所以空心垫板的高度H=50mm将空心垫板与落料凹模做成整体，则H=50mm+60mm=110mm7.2推件块由于要完全要使冲件完全推出，所以其尺寸也应该按该托板的基本尺寸加工。但ϕ25的孔应略大于ϕ25mm，取ϕ26mm。如图∶7.4圆形冲孔凸模该托板冲裁凸模刃口尺寸应按前面4.2中所计算出的凸模刃口尺寸计算，而它的长度应等于∶L=h1+h2+ha，h1=22mm×0.8=17.6mm，h2=30mm，ha=50mm所以冲孔凸模的长度为L=17.6mm+30mm+50mm=97.6mm,由于要保证凸模的强度，故将凸模设计成阶梯式，如图∶7.5凸模固定板凸模固定板的尺寸L×B×H其中基本尺寸L=125mm，B=100mm，H=0.8×H凹=22mm×0.8=17.6mm，凸模固定板的尺寸125mm×100mm×17.6mm7.6凹凸模固定板凹凸模固定板基本尺寸与6.5凸模固定板基本尺寸相同∶125mm×100mm×17.6mm7.7垫板垫板的基本尺寸L×B×H，由于垫板的厚度H通常在3mm～10mm之间，所以垫板的基本尺寸为∶125mm×100mm×8mm7.8卸料板卸料板的基本尺寸为125mm×100mm×13mm7.9上下模座由于上下模座的长度应比凹模长40mm～70mm，而宽则根据具体情况来定，厚度为凹模的1～1.5倍，上模座要比下模座厚度小5mm～10mm，所以∶上模座尺寸为225mm×170mm×33mm下模座尺寸为225mm×170mm×40mm7.10导柱与导套导柱的基本尺寸为L×D，L=模具闭合高度-（导柱上端面与上模座顶面的距离+导柱底面与下模座的距离）=218.6mm-(10mm+3mm)=205.6mm，D=24mm导柱导套7.11圆柱销7.12导料销与挡料销该模具的挡料销与倒料销均选用ϕ4的圆柱销7.13模柄7.14卸料弹簧7.15螺钉结束语时间飞逝，寒假将至，而这学期的冲压模具课程设计让我度过了一个美好而充实的学期，在这一学期的学习中让我认真了解了模具的结构、设计等诸多方面；在学习中同时也遇到了许许多多的困难，但是在老师和同学们的探讨下都得到了良好的解决，掌握了知识与经验，使我对这门学科产生了浓厚的学习气氛，但还有诸多不足的地方，以待下学期进一步的学习与改善。在以后的学习中我会更加的努力，争取尽可能多掌握技能，为以后打下结实的基础。参考文献1、冲压模具及设备.2、互换性与技术测量.3、机械制图与AutoCAD.4、冲压工作实用手册基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发HYPERLIN