【《固定板冲压模具设计工作零件制造工艺研究》7000字】

固定板冲压模具设计工作零件制造工艺研究摘要模具在现代工业中是重要的工艺设备，产品的质量、效益以及新产品的开发能力在很大程度上被模具决定着。在国民经济中模具也发挥着越来越重要的作用，具有相当广阔的发展前景。本次设计任务主要包括对固定板冲压模具的冲裁件的工艺分析，模具结构及形式的选择与确定、必要的工艺计算、主要零件的设计计算压力机的校核以及工作零件制造工艺制定。在设计的过程中掌握固定板冲压模具的工作原理以及零件设计，校核等等。具体设计步骤如下：先进行冲压件的工艺分析，在进行模具的总体结构的确定，紧接着选取适合的冲压设备，然后来确定模具所有零件的具体结构和尺寸，接着制作工作零件的三维造型，最后利用计算机来绘制总装配图以及绘制所有非标零件图以及制定工作零件的制造工艺规程，填写工艺卡。冲孔和落料则是冲压生产中应用最广泛的工序之一。根据对零件的工艺性分析，本次设计我决定采用倒装冲孔落料复合模的结构。关键词：倒装复合模；冲孔落料；设计目录TOC\o"1-3"\h\u22703摘要 168671绪论 1232522冲裁件工艺分析 2248322.1冲裁件的工艺性分析 252822.1.1材质 274852.1.2结构 2304882.1.3尺寸精度 2133012.2确定冲压工艺方案 2280933选择模具结构形式 3164393.1模具的形式 357643.2定位装置 37313.3卸料装置 399333.3.1条料的卸除 371743.3.2工件的卸除 313793.3.3冲孔废料的卸除 3270433.4导向零件 4106343.5模架 4314354必要的工艺计算 439304.1排样设计与计算 4182194.1.1排样方式的确定 4214864.1.2材料利用率计算： 448484.1.3绘制排样图 5246394.2计算冲压力 5273284.2.1计算冲裁力 5326734.2.2计算推件力 6165814.2.3计算卸料力 6264144.2.4计算总冲压力 6150724.2.5选择压力机 676054.3计算模具压力中心 78754.4计算模具刃口尺寸 7146604.4.1冲孔凸模、凹模刃口尺寸的计算 7149954.4.2落料凸模、凹模刃口尺寸的计算 8166264.4.3中心距尺寸计算 9261465主要零件的设计计算 1020785.1工作零件的结构设计 10323095.1.1落料凹模的设计 1055665.1.2冲孔凸模的设计计算 10306935.1.3冲孔凸模的强度校核 11216635.1.4凸凹模长度确定及壁厚校核 11318945.2定位零件的结构设计 12131035.2.1挡料销的设计计算 1223265.3卸料装置的结构设计 12191325.3.1弹性卸料板的设计计算 12272395.4连接和固定零件的设计 1244815.4.1凸模固定板的设计与计算 12117955.4.2凸凹模固定板尺寸 12302585.4.3垫板结构设计计算 1225645.5模架的设计与选择 12309606压力机校核 1382426.1模柄孔尺寸的校核 13257666.2工作台尺寸的校核 1397606.3闭合高度的校核 13247337工作零件制造工艺制定 1376358绘制模具工作零件图 16320979结论与展望 197689.1结论 1979869.2展望 19862参考文献 20PAGEPAGE51绪论模具是工业生产的主要工艺设备，是大规模生产工业产品中的有效工具。模具生产工艺水平，可以说是衡量一个国家生产水平的重要指标了。近年来，我国模具工业的振兴和发展越来越被人们的所重视，由此可见，我国的模具产业正处于前所未有的有利地位。首先从模具设计方面来说，我国的生产技术水平已经变得越来越高，伴随着在国际市场上的竞争力变得越来越强，出口量越来越大，出口水平也越来越高；其次，在经济全球化进程中，世界生产也正在逐步向我国转移，我国模具行业的模具用量越来越多，档次水平也越来越高，这同样有助于我国模具行业的发展和壮大。10年以来，我国模具行业得到了迅速发展，增长了将近15%左右，许多企业也开始努力通过提高产品质量，提高模具质量，提高生产效率，缩短设计和生产周期，降低生产成本，最大限度地实现提高生产灵活性等目标。模具技术未来发展趋势显而易见的是朝着信息化、高速化生产与高精度化发展。模具CAD新技术在很大程度上满足了企业的需求，使得模具行业的调整步伐加快，主要集中在大型、精密、复杂、长寿命的模具和标准件上。但是与发达国家相比，我国的模具在技术和管理方面仍然存在着相当大的差距和挑战。通过科学技术的不断发展变革，让模具的发展变得更加高效、准确和自动化；高速切削和快速成型技术不断发展，新材料、热处理、新表面处理技术的开发与研发，提高了模具的耐磨性、硬度和腐蚀性。这大大提高了模具的使用寿命，降低了昂贵材料的消耗。在数控加工、慢速丝线切割加工、放电加工、磨削及抛光以及数控测量等领域的主要应用程序中，CAD扮演的角色也越来越重要，应用的更加广泛和深入，大大的缩短了模具所需要的设计周期，提高了复杂模具以及制模质量的制造能力。随着模具行业的不断更新和发展，在电子产品、汽车、发动机、仪器仪表、家电等领域中，很大一部分的零件都需要模具成型。与其他制造方式相比，实现了高精度，模具产品复杂度高、一致性高、性能高、高产出和成本低。模具总体发展缓慢，未来模具市场将进一步发展，而冲压模具相比较于其他模具的发展将会更高，在行业中所占的比例也将会更大。随着重工业的发展，新材料不断开发，对冷冲压模具所给的要求将会越来越高。冷冲压模具具有结构简单、生产效率高、使用率高、精度高、性能好、污染小、生产周期短等特点，越来越受到模具市场的青睐。2冲裁件工艺分析2.1冲裁件的工艺性分析图2-1制件材料为10，料厚。生产的批量：大批量2.1.1材质材料10是优质的碳素结构钢，具有良好的冲压性能，适合进行冲裁。2.1.2结构对于工件的结构方面，此零件的形状简单，结构对称，尺寸较小。2.1.3尺寸精度从尺寸的精度上来考虑，这个零件的尺寸并没有标注公差，属于自由公差，所以可以看IT14级，一般的冲压都能够满足此零件的尺寸精度要求。按照入体的原则标注每一个尺寸分别为：φ、、、、、。2.2确定冲压工艺方案这个冲件的生产只有冲孔和落料这两道工序，它的工艺方案可以有以下三种：首先，第一种方案：先进行落料，后进行冲孔，采用单工序模来生产。其次，第二种方案：进行落料-冲孔的复合冲压，采用复合模来生产。最后，第三种方案：进行冲孔-落料的连续冲裁，采用连续模来生产。其中，第一种方案的模具结构相对简单，但是需要进行两道工序用两副模具，高成本而且生产效率低，很难来满足大批量生产的要求；另外由于冲压件的尺寸较小，冲孔工序的操作会不方便，所以会进一步造成生产效率低下。而第二种和第三种方案只需要一副模具，都能够达到尺寸精度的要求，并且这个工件的壁厚大于2.5mm，所以采用复合模生产会相对来说更加合理。综上所述，采用第二种工艺方案最为合适。3选择模具结构形式3.1模具的形式这个工件一共有三个孔，如果要采用正装式复合模的话，会很不利于操作；另外这个工件对平直度没有较高的要求，对于精度的要求也较低，冲孔的废料通过冲孔凸模冲入到凹模的洞口中，当积聚到一定数量，再通过下模的漏料孔排出，就不需要清除废料，使得操作方便，并且应用很广，但是由于工作表面的平直度较差，凹凸模所承受的张力较大。因此对于凹凸模的壁厚应该要做到严格的控制，防止强度不足。所以从操作方便、模具制造简单等方面来综合考虑，决定采用倒装式复合模。3.2定位装置采用的是挡料销用来进行纵向定位，将挡料销安装在卸料板上，并在凹模板开设出让位孔。3.3卸料装置3.3.1条料的卸除采用的是弹性卸料板。由于是倒装式复合模，因此将卸料板安装在下模。3.3.2工件的卸除采用打料装置将工件从上模落料凹模中推下，落在模具的工作面上。3.3.3冲孔废料的卸除采用下模座的上漏料孔来排出。冲孔的废料当在下模的凹凸模内积聚到一定数量时，便从下模座的漏料孔中排出。3.4导向零件导向的零件有许多，如果采用导板导向则在模具上安装不便，而且会很容易阻挡操作者视线，所以不宜采用；若是采用钢珠式导柱导套来进行导向的话，则虽然导向的精度会变高，寿命会变长，但是结构会比较复杂，所以不采用；针对本次加工的产品精度要求并不是很高，所以采用滑动式导柱导套来进行导向就足够了。并且模具在压力机上的安装会比较简单，操作又方便，还能够降低成本。3.5模架如果采用中间导柱模架，那么虽然导柱能够对称分布，受力达到平衡，滑动平稳，拔模方便，但是只能在一个方向上送料。如果采用后侧导柱模架，便可以从三个方向来送料。而且操作者的视线不会被阻挡，结构也比较紧凑。最终本次设计决定采用后侧导柱模架。4必要的工艺计算4.1排样设计与计算4.1.1排样方式的确定因为这个冲裁件几何形状简单对称，所以采用单直排会更加合理。1）、确定搭边：查阅文献[1]，确定搭边直a、a1，工件间，实际取。侧搭边，实际取。2）、计算条料的宽度：采用的是无侧边装置，所以由文献【1】得：(4-1)式中——条料宽度的单向偏差，mm，查表得=0.5mm。3）、计算送料步距：(4-2)4.1.2材料利用率计算：经计算得产制件的面积为：(30×44+44×4×2+30×4×2+3.14×16)-3.14×(5/2)×(5/2)×4=1883.74mm条料在一个步距内的面积为40×56.5=2260mmη=×100%=1883.74/2260×100%=83.4%4.1.3绘制排样图如下所示：图4-1排样图4.2计算冲压力由于冲模采用的是刚性卸装置以及自然漏料的方式，由文献【8】可以得出总的冲压力为：（4-3）（4-4）式中——落料时的冲裁力；——冲孔时的冲裁力；4.2.1计算冲裁力由文献【5】得：（4-5）式中L-冲裁的周边长度；t-材料的厚度；-材料的抗剪强度；K-系数，一般取1.3；查表得=300MPa，所以1.3×[2×（52-8）+2×（38-8）+8π]×0.8×300/100054KN1.3×4π×5×0.8×300/100019.6KN=54+19.6=73.6KN4.2.2计算推件力由文献【1】得（4-6）查表得0.05，取n3,故3×0.05×73.611KN4.2.3计算卸料力由文献【1】得（4-7）查表得0.05,故0.05×73.63.7KN4.2.4计算总冲压力73.6+3.7+11=88.3KN4.2.5选择压力机则P114.8KN初选压力机的型号为：J23—16F。该压力机的主要参数：公称压力为160KN最大的封闭高度205mm封闭高度的调节量45mm工作台的尺寸300×450模柄孔的尺寸φ40×60滑块的行程70mm4.3计算模具压力中心确定压力中心:根据图来分析，工件的图形对称，所以模具的压力中心在点O上。图4-2 4.4计算模具刃口尺寸凸模与凹模的图样采用分别加工法。4.4.1冲孔凸模、凹模刃口尺寸的计算根据计算原则，由于各尺寸均为自由公差，按IT14级，冲孔尺寸标上的公差为。确定初始间隙，查表得：0.072mm,0.104mm,-=确定磨损系数，查表得到各尺寸的磨损系数均为0.5。又查表得,则凸模刃口的尺寸=(5+0.5×0.3)=5.15mm（4-8）凹模刃的口尺寸=(5.15+0.072)=5.222mm（4-9）校核：(满足间隙公差条件)4.4.2落料凸模、凹模刃口尺寸的计算根据计算原则，由于各尺寸均为自由公差，按IT14级，则落料各尺寸标上公差后分别为、、。尺寸查表得,+。确定初始间隙，查表得,,=(0.104-0.072)mm=0.032mm确定磨损系数查表得各尺寸的磨损系数均为0.5，则凹模的刃口尺寸=(4-0.5×0.3)=3.85mm（4-10）凸模的刃口尺寸（4-11）校核：(满足间隙公差条件)尺寸查表得=-0.006mm,+=+0.008mm。确定初始间隙，查表得=0.072mm,=0.104mm,=-=(0.104-0.072)mm=0.032mm确定磨损系数查表得各尺寸的磨损系数均为0.5，则凹模的刃口尺寸=(38-0.5×0.62)=37.69mm（4-12）凸模的刃口尺寸（4-13）校核：(满足间隙公差条件)尺寸查表得,。确定初始间隙，查表得,,-=(0.104-0.072)mm=0.032mm确定磨损系数，查表得到各尺寸的磨损系数均为0.5，则凹模的刃口尺寸=(52-0.5×0.74)=51.63mm（4-14）凸模的刃口尺寸（4-15）校核：(满足间隙公差条件)4.4.3中心距尺寸计算由于各尺寸均为自由公差，按IT14级孔心距各尺寸分别为、则凸模中心距尺寸为：（4-16）上述式中：、——落料凹模的刃口尺寸；d、d——冲孔凸、凹模的刃口尺寸；L、——工件孔心距和凹模孔心距的公称尺寸；——工件的制造公差；——最小的合理间隙；——最大的合理间隙；X——磨损系数；、——凸或凹模的制造公差，可按IT6~IT7级来选取，也可查表选取；5主要零件的设计计算5.1工作零件的结构设计5.1.1落料凹模的设计由于这个冲件的尺寸较小，对精度的要求不高，所以凹模将采用整体式结构，材料为Cr12，热处理硬度60~64HRC。1）、由文献[1]得凹模厚度：=Kb（QUOTEHa>15mm）(5-1)式中K修正系数，查表得K=0.2；b最大孔口尺寸,mm。代入数值=0.2×52=10.4mm，选用国家标准取=25mm2）、长度L和宽度B：(5-2)式中——垂直于送料方向的凹模型孔壁间的最大距离。1.2=1.2×25=30mm所以=52+30×2=112mm=38+30×2=98mm选用国家标准，取凹模的周界，。5.1.2冲孔凸模的设计计算凸模的长度（5-3）式中最后通过代入数值得到凸模的长度：凸模的固定方式采用台阶式固定；凸模的结构采用整体式结构。5.1.3冲孔凸模的强度校核冲孔凸模的校核由文献[11]得校核公式为：（5-4）式中——冲孔的冲裁力，N，P=19600N，——凸模的最小断面积，=r=3.14×5.15×5.15× 4=333.12mm，[]——凸模材料的许用压应力，MPa，材料为Cr12，查手册，[]=(1000~1600取[]=1200MPa.因为==58.8MPa<[]所以冲孔凸模的强度符合要求。5.1.4凸凹模长度确定及壁厚校核1.凸凹模的长度确定式中——弹簧的自由长度，mm，=30mm；——弹簧的压缩量，QUOTEFs=20mm；——卸料板的厚度，mm，取H=12mm；——固定板的厚度，mm，取H=16mm。2.凸凹模的壁厚校核。查表得到，倒装复合模的最小壁厚n=2.3mm，（料厚t=0.8mm）此例中n=2.91mm>n所以满足最小壁厚n>n的要求。5.2定位零件的结构设计5.2.1挡料销的设计计算由于这个冲件的结构简单对称，对精度的要求不高，所以选用固定挡料销就能够满足要求。所以确定选用A型固定挡料销A15×8×3JB/T7649.10—1994。材料为45钢，热处理硬度为42~46HRC。5.3卸料装置的结构设计5.3.1弹性卸料板的设计计算卸料板取用矩形板，厚度为H=12mm。则固定卸料板的标准应为125×100×12。材料为45钢，不需要去进行热处理。5.4连接和固定零件的设计5.4.1凸模固定板的设计与计算冲孔凸模的固定板选用矩形板，厚度为H=14，可采用125×100×14即可满足要求，材料为45。5.4.2凸凹模固定板尺寸凸凹模的形状为矩形125×100,厚度取16mm，与凸凹模形成过盈配合。5.4.3垫板结构设计计算垫板的作用是用来直接承受和扩散凸模传递的压力，来达到降低模座所承受的单位压力，防止模座压出凹坑，影响到模座的正常工作。所以从安全的角度来考虑，需要添加垫板，垫板的规格选用国家标准，选用的型号为125×100×6。材料为45钢，淬火的硬度为43~48HRC。5.5模架的设计与选择由于凹模的周界为125×100×25mm，所以选用模架为125×100×160GB/T2851.3—1990的后侧导柱模架。上模座—1990下模座—1990材料HT200—88闭合的高度最小为160mm。导柱—1990导套—19906压力机校核初选压力机的型号为：J23—16F。这个压力机的主要参数为：公称压力160KN最大的封闭高度205mm封闭的高度调节量45mm工作台的尺寸300×450模柄孔的尺寸φ40×60滑块的行程70mm6.1模柄孔尺寸的校核模柄的尺寸为，上模座的厚度为35mm，那么模柄超过上模座的高度为25mm<60mm，所以是合适的。6.2工作台尺寸的校核工作台面长、宽的尺寸都需要大于模具下模座的尺寸，并且在每条边都留出60～100mm,已知下模座的尺寸125×100,工作台的尺寸300×450，符合要求。6.3闭合高度的校核模具的闭合高度H=35+6+14+25+35+45=163mm。而压力机最大的封闭高度为205mm，封闭高度的调节量为45，则压力机最小的封闭高度为165mm,加35mm的垫板，则,,满足要求。综上所述：型号为JH23—16F的压力机能够符合要求7工作零件制造工艺制定7-1模具零件加工工艺过程卡零件名称冲孔凸模零件编号17零件简图模具名称冲孔模模具编号材料牌号Cr12件数4毛坯种类锻件毛坯尺寸工序号工序名称工序内容设备二类工具工时备注1备料下料锻造并经退火处理2车1、夹毛坯外圆车11mm2、夹11mm粗车与半精车上段外圆至8粗车与半精车下段外圆至35(长度尺寸留磨量0.3)3、半精车至5.154、斢头夹下段外圆平总长至38，切断车床3热处理淬火并回火，检查硬度HRC58-605磨上心轴磨+5.15外圆磨床心轴7磨磨下平面平面磨床等高垫块7-2模具零件加工工艺过程卡零件名称落料凹模零件编号7零件简图模具名称冲孔模模具编号材料牌号Cr12件数1毛坯种类锻件毛坯尺寸工序号工序名称工序内容设备二类工具工时备注1备料125X150X502锻造110X146X25尺寸公差均为±2车床3刨粗、半精加工六个面，单面余量为0.3-0.4mm刨床虎钳4磨磨上、下平面、磨床5划线划中心线、各螺栓孔、销孔、型孔轮廓线划线平台6加工各孔各螺钉、销钉孔钻床7铣铣出落料空洞铣床8热处理检验硬度60-64HRC加热炉9磨精磨上下平面，表面粗糙度达到图样要求磨床10修整修整型腔抛光机9检验按图样检验7-3模具零件加工工艺过程卡零件名称凸凹模零件编号零件简图模具名称冲孔模模具编号材料牌号Cr12件数1毛坯种类锻件毛坯尺寸工序号工序名称工序内容设备二类工具工时备注1备料下料锻造并经