菱形垫片冲压工艺与模具设计.docx

XXXX大学课程设计说明书题目：菱形垫片冲压工艺与模具设计系别：机电工程系专业：材料成型及控制工程姓名：XXXX学号：XXXXXXXXX指导教师：日期：XXXX年X月摘要1绪论2第一章、冲裁件的工艺分析31.1.工件材料312工件结构形状41.3.工件尺寸精度4第二章、冲裁工艺方案的确定52.1. 模具类型的确定52.2. 模具结构的选择6第三章、模具设计计算73.1. 排样、计算条料宽度、材料利用率71 .1.1.计算条料宽度.7312 .确定步距.8313 3计算材料利用率.932冲压力的计算101 2.1.冲裁力的计算.10322 .卸料力的计算.113.3. 压力中心的确定113.4. 模具刃口尺寸的计算12341 .冲裁间隙分析.12342 .凸、凹模刃口尺寸计算的原则.13343 .3.凸、凹模刃口尺寸的计算.13第四章、主要零部件设计154.1. 工作零部件的结构设计154. LL冲孔凸模.155. 12.落料凹模.166. 1.3.凸凹模174.2. 模架的选择174.3. 卸料装置的选择18第五章、压力机的校核及模具的闭合校核195.1. 压力机的校核195.2. 压力机高度的校核19设计总结20参考文献21摘要本设计借鉴了传统的设计理念，注重工艺与加工。以机械制图、公差测量、材料热处理、冷冲模模设计等知识为基本前提，并且以实践经验为依据。介绍了冲裁模具的设计思路与方法，其中着重介绍工艺方案的确定、重要尺寸的计算、主要零件的设计以及压力机与模架的选用。该模具为复合模，导柱导套导向，定位销、导料销定距，采用弹性卸料。本模具完成了，冲孔、落料两道工序。为冲裁模设计中的典型设计。关键字：落料，冲孔，冲裁模，复合模，机械制图，公差，测量，绪论冲压模具在实际工业生产中应用广泛。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具使用寿命，还可以提高产品经济效益。在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提,新的设计思路必然带来新的模具结构。第一章、冲裁件的工艺分析冲裁件的工艺性主要是指工件在冲裁加工中的难易程度。良好的冲裁工艺性应保证材料消耗少、工序数目少、模具结构简单而寿命长、产品质量稳定、操作简单等。而影响冲裁件的因素很多，如冲裁件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等。本次设计制件如下：工件名称：菱形垫片材料：Q235厚度：1.5mm大批量生产,工件材料Q235,普通碳素钢，厚度T=I.5,其抗剪强度310-380Mpa,抗拉强度380-470Mpa,延伸率25%,具有良好的冲裁性。12.工件结构形状由图1分析知：工件结构形状相对简单，一共有三个圆孔，稍大的一个在产品中心，外形呈菱形，所以叫菱形垫片，孔与边缘之间的距离满足要求,料厚为1.5mm满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁加工。13工件尺寸精度根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用ITio级精度，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。第二章、冲裁工艺方案的确定2.1.模具类型的确定方案一：采用单工序模逐步加工（1）冲孔一落料单工序模（2）落料一冲孔单工序模方案二：冲孔一落料复合冲压。复合模生产。方案三：冲孔一落料级进冲压。级进模生产。表2-1各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模（无导向）（有导向）级进模复合模零件公差等级低一般可达113ITlO级可达ITlO-IT8级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产根据分析结合表分析:方案一：模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案二：只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小。方案三：只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。22模具结构的选择复合模是指冲床在一次行程中，完成落料、冲孔等多个工序的一种模具结构，相对其他冷冲压模具结构而言，它具有以下一些优点：工件同轴度较好，表面平直，尺寸精度较高；生产效率高，且不受条料外形尺寸的精度限制，有时废角料也可用以再生产。由于复合模本身所具有的一些优点较明显，故模具企业在条件允许的情况下，一般倾向于选择复合模结构。第三章、模具设计计算3.1.排样、计算条料宽度、材料利用率3.LL计算条料宽度搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值通常由表4所列搭边值和侧搭边值确定。根据零件形状，查表4工件之间搭边值a=l.8mm,工件与侧边之间搭边值a1=2.Omm,条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值一,为提高产品材料利用率，可以在CAD软件里多次排样，排出材料利用率最高的方案，本次设计，可以将产品适当转个角度，将产品侧面的斜线转成水平或者垂直线，然后按搭边值等计算，此时材料利用率最高。B0=（DnIaX+2%）0公式（3-1）式中Dmax一条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a一冲裁件与条料边缘之间的搭边值（侧搭边）；一板料剪裁下的偏差；（其值查表5）可得A=0.31111°B0=45+2×2.0=490-0.30mm故条料宽度为49mmo表3-1搭边值和侧边值的数值材料厚度t（mm）圆件及类似圆形制件矩形或类似矩形制件长度W50矩形或类似矩形制件长度50工件间a侧边ai工件间a侧边ai工件间a侧边ai0.251.01.22.22.51.52.51.82.6>0.250.50.81.01.01.21.22.21.52.5>0.51.00.81.01.01.21.52.51.82.6>1-1.51.01.31.21.51.82.82.23.2>1.52.01.21.51.51.82.03.O2.43.4>2.02.51.51.91.82.22.23.22.73.7表3-2普通剪床用带料宽度偏差(Inm)条料厚度t(mm)条料宽度b(mm)50>50-100>100-200>20010.40.50.60.7>120.50.60.70.8>2-30.70.80.91.0>350.91.01.11.231.2.确定步距送料步距S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。复合进模送料步距SS=Dmax+a1公式(3-2)DmaX零件横向最大尺寸，丁搭边，根据CAD软件排样得S=51.3mm排样图如图3-1所示。5L3图3-1排样图3.1.3.计算材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。一个步距内的材料利用率=ABS×100%式中A个步距内冲裁件的实际面积；B一条料宽度；S步星巨；由此可之，n值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。因此，排样时应考虑如下原则：1）、提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。2）、排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。3）、模具结构简单、寿命高。4）、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。所以一个步距内的材料利用率H=A/BSX100%=2035.8551.3×49×100%80.99%3.2. 冲压力的计算3.2.1. 冲裁力的计算在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。用平刃冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：F=KLt式中F一冲裁力；L一冲裁周边长度；t一材料厚度；材料抗剪强度；K一系数；L=L+L2+L3Ll为外形周长尺寸二168.79mmL2为大圆孔周长=2JiR=3.14X22=69.08mmL3为小圆孔周长=2X2nR=2X3.14X9=56.52mmL=L1+L2+L3=168.79+69.08+56.52=294.39mm系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取K=L3的值查表2为310380Mpa,取=380Mpa所以F=KLt=1.3×294.39×1.5X380=218142.99N=218.143KN3.22卸料力的计算在冲裁结束时，由于材料的弹性回复(包括径向回复和弹性翘曲回复)及摩擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。从凸模上卸下箍着的料称卸料力；一般按以下公式计算：卸料力Fx=KxF=0.05×l.3×168.79×1.5×380=6.254KN顶料力Fd=KdF=0.045×3×1.3×(69.08+56.52)×1.5×380=12.564KNFz=F+Fx+Fd=218.143+6.254+12.564=236.961KN压力机公称压力应大于或等于冲压力，冲床高度要适合模具的闭合高度，根据冲压力计算结果拟选压力机为J2325,公称压力为250o表3-3卸料力、推件力和顶件力系数材料KxKTKd钢材料厚度mm<0.1>0.10.5>0.52.5>2.56.5>6.50.060.0750.0450.0550.04-0.050.03-0.040.02-0.030.10.0630.0500.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.0250.080.02-0.060.03-0.070.03-0.093.3. 压力中心的确定模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可以按下述原则来确定：1、称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。2、件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。3、件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。采用解析法求压力中心，由于产品中心对称，所以各个力到中心的力矩为零，且为模具中心，所以该模具的压力中心为（O,0）o34模具刃口尺寸的计算3.4.1. 冲裁间隙分析根据JB/Z27186规定，冲裁间隙是指凸，凹模刃口间隙的距离，用符号C表示，其值可为正也可为负，在普通冲裁模中均为正值。它对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙CmW最大值称为最大合理间隙（Lx。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cfflino确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。其间隙暂取厚度的12%,本次设计材料及厚度为常见参数，所以可以查相关经验数据表格得此间隙值，Zmin=0.15mm,Zraax=0.19mmo3.4.2. 凸、凹模刃口尺寸计算的原则计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别进行，其原则如下：(1)落料时，因落料件光面尺寸与凹模尺寸相等(或基本一致)，应先确定凹模尺寸，即以凹模尺寸为基准。落料凸模基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙。(2)冲孔时，因工件光面的孔径与凸模尺寸相等(或基本一致)，应先确定凸模尺寸，即以凸模尺寸为基准。3.4.3. 凸、凹模刃口尺寸的计算该制件有冲孔一落料两道工序。凸、凹模刃口尺寸公差值5A、T可按以下经验选取：(以配作法制模刃口尺寸计算);50mm以下的尺寸取0.010.03mm50100mm的尺寸取0.030.05mm100200mm的尺寸取0.040.06mm在此制件中,模具制造公差22,9,的T=0.2mm；L冲孔刃口尺寸的计算以凸模为基准，应运用公式如下：B类尺寸：磨损后减小的尺寸Bi=(b11in÷1)o.=(22+0.5×0,13)002=22.O65o9mmB2=(b1min+1)°_6T=l+0.5×0.1)002Z=9.15Q2nunbmin与B类尺寸对应的工件尺寸允许的最小值(mm)则冲孔凹模的刃口尺寸按凸模实际尺寸配制，并保证双面最小间隙Zmin=O.15,所以冲孔凹模尺寸为22.065+0.15=22.215mm,9.15+0.15=9.3mmo2.落料凹模刃口尺寸的计算以凹模为基准，当凹模磨损后，尺寸变大.因此，应运用公式如下：A类尺寸：磨损后变大的尺寸+AAi=(Amin+1)+A二(44.8+0.5X0.2)°+0.02二44.90mm+AA2=(Amin+1)+A=(66+0.5×0.5)°+0.02=66.250mm+AA3=(Amin+1)+A=(9.9+0.5×O.2)°+0.02=IO0mmamin与A类尺寸对应的工件尺寸允许的最小值(mm)则凸模的刃口尺寸按凸模实际尺寸配制，并保证双面最小间隙Zmin=O.15mm,所以落料凸模为44.9-0.15=44mm,66.25-0.15=66.1mm,10-0.15/2=9.925mmo第四章、主要零部件设计4.1.工作零部件的结构设计4.LL冲孔凸模零件外形相对简单，根据实际情况并考虑加工，为了满足凸模强度和刚性，将凸模设计成阶梯式，使装配修磨方便。圆形凸模采用车加工及磨加工。冲孔凸模总长L：L=凹模厚度+固定板厚度=30+15=45则。022二ID寸Ln寸09),0241.2.落料凹模落料凹模采用整体凹模，采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时,要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。产品为矩形，模具也可以设计成矩形,其外形尺寸按相关公式计算：其中045-50凹模宽度:D=b+2c=45+2X50=145mm凹模长度:B=b+2c=58.98+2X50=158.98mm根据JB/T7643.1-1994规定，取凹模D=140,B=160o凹模整体轮廓尺寸D×H=160mm×140mm,落料凹模如下图所示:4.13凸凹模凸凹模长度:L=hl+h2+h3=14+14+15=45(mm)其中:hl凸凹模固定板厚度h2:一弹性卸料板厚度卜增加长度(包括凸模进入凹棋深度，弹性元件安装高度等)凸凹模内外刃口间壁厚校核：根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为11.5mm,据强度要求查冲压模具设计与制造表2.9.6知，该壁厚超过3mm即可,故该凸凹模侧壁强度足够。42模架的选择1 .根据国家标准模架分为：标准模架和非标准模架。2 .按导柱不同的位置，可将模架分为中间导柱模架、后侧导柱模架、对角导柱模架、四导柱模架四种。该模具采用后侧导柱模架。此类模架比较常见，购买方便，适合材料比较厚的零件。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。以凹模轮廓尺寸为依据，选择模架规格。4.3. 卸料装置的选择1 .固定卸料装置：常用的固定卸料装置与导料板制成一体的整体式卸料板。适用于板料较厚(t>0.8mm),卸料力较大、平直度要求不是很高的冲裁件。2 .弹性卸料装置：弹压卸料装置由卸料板、卸料螺钉与弹性元件(弹簧或橡胶)组成，是应用最广泛的一种压料、卸料装置。3 .卸料板的设计：卸料板采用45#制造，卸料板轮廓尺寸与落料凹模轮廓尺寸相同，厚度根据JB/T8066.2-1995规定，选用16OnlnIXl40m,其厚度为15mm。第五章、压力机的校核及模具的闭合校核5.1.压力机的校核根据冲裁工艺和冲裁结构计算,压力机的公称压力Fg必须大于冲压计算的总压力，即Fg>F,根据模具总高度，模具大小，下模座尺寸250mm×205mm。模架必须能固定在工作台面上。初选(J2325)型号的压力机。其主要参数，参考文献：公称压力/KN250KN滑块行程mm65mm滑块行程次数/(次min)55/min最大封闭高度mm270mm封闭高度调节量mm55mm工作台尺寸m11560×370mm工作台菱形垫片厚度mm50mm模柄孔尺寸1111n40×60mm电动机功率kw1.5经校核压力机的工作尺寸合格52压力机高度的校核所选模架高度为185IInINHNI59IlnI压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求，参考文献11即(Hmax+Hi)-5mmH(Hmin-Hi)+(510)mm(270+50)-5Hm(270-55-50)+IOmm315mmHm175mm式中：Hmax,Hmin,H,Hl分别为压力机的最大(mm)、最小装模高度(mm)、冲模闭合高度(频)、压力机工作台上菱形垫片厚度(mm)。本次设计模具闭合高度为190mm,经校核压力机装模高度合格。设计总结本次课程设计让我系统地巩固了大学专业课程，通过课程设计使我更加了解到模具加工在实际生产的重要地位。我们历时半个月，系统地巩固了如：塑料模具与冲压模具、机械制图、模具加工工艺等许多课程。从分析零件图到模具的设计与装配图的绘制，在指导老师的带领下，每一个环节都是我自己设计制作的。在这次课程设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。使我对冲压模具设计的整个过程，主要零件的设计，主要工艺参数的计算，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。模具在当今社会生活中运用得非常广泛，掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。总之，本次课程设计，是我认真的结果，也是我架起“工作”的关键一步，验了我大学三年学习的成果，文中上述所有内容主要是在讲述模具设计的整个过程，利用对零件图形的工艺性分析，设计出适合加工零件的模具，以达到生产要求，提高生产效率，零件的冲裁工艺性分析、模具结构的确定是模具设计的重要内容，只要合理就可以保证其加工精度及其各项指标要求。通过这次模具设计及编制其说明书，增加了不少专业方面的知识，提高了动脑、动手的能力。只实践也理论相结合才能达到规定的各项性能指标。参考文献1 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