冷冲压工艺与模具设计课程设计

冲压工艺及模具设计 课程设计例题 设计任务书 (题目 一） 编制图示零件冲压工艺规程及冲裁模设计 设计条件： 1、生产纲领 8 万件 /年 2、钢板 3 1500 2000 3、压力机 :(160630)kN 开式压力机 设计 任务： 1、编制冲压工艺规程； 2、设计冲孔、落料复合模 装配图 1张，凸、凹模 及卸料板零件图； 3、编写设计说明书。 设计计算与说明 (一 ) 编制冲压工艺规程 1、冲压件的工艺分析： 材料： 08F 塑性好，良好的冲裁性能 尺寸精度： 孔 10 为 IT12级 尺寸 600.23 IT13级 其余 :自由公差 (未注公差尺寸 ) +0.15 一般冲压 方法可以 达到 设计计算与说明 结构工艺性： 冲裁结构工艺性 - 项目 冲压件形状 /尺寸 工艺允许值 分析结论 形状 矩形，形状简单 工艺结构 都大于容 许的最小 值，冲裁 结构工艺 性良好。 孔径 6， 大于允许值 d t =3 圆角半径 R3， 大于允许值 r 0.25t =0.75 孔边距 2-6，至边缘距离为 9 1.5t =4.5 孔与弯曲 直壁距离 2-6，至直壁距离为 9 R+0.5t =5.5 弯曲结构工艺性 - 设计计算与说明 项目 冲压件形状 尺寸 工艺允许值 分析结论 形状 U型四角弯曲，形状 简单对称 弯曲件形 状简单对 称，结构 尺寸大于 最小值， 弯曲工艺 性良好。 可以先冲 孔后弯曲。 弯曲半径 R4 0.1t =0.3 直边高度 外角直边高 19 2t =6 孔边距 10孔边离弯曲半径 中心为 6 2t =6 2、确定毛坯形状、尺寸 零件展开为矩形 5段 直边（ L1L5） 4段 长度相等的园弧（ l1l4） 须判断、考虑中性层内移 r/t=4/3=1.334， 中性层内移 查表 0=0.34 li=4 l1=4 (r+0t)/2 L=2L1+2L2+L3+li=103.5(mm) 毛坯尺寸为 103.5 36(mm) 设计计算与说明 3、排样设计及材料利用率计算 排样方式选择 ： 毛坯为矩形、四角为圆弧 有搭边 中批量 计算条料宽度 B： 查表 沿边搭边值 a=2.8, 工件间搭边 a1=2.5 剪料公差 =0.9 拟采用沿导料一侧送料，不考虑导料间隙。 B=（ L+2a+） -=（ 103.5+2 2.8+0.9） -0.9=110-0.9 B计算后实际搭边值为 a= 3.25 mm。 进距 ： A= 毛坯宽度 + a1 =36+2.5= 38.5mm 设计计算与说明 采用单列直排 有搭边排样 设计计算与说明 a=2.8 a1=2.5 进距 A 设计计算与说明 裁板方式选择与材料利用率 ： 纵裁： 每张钢板裁条数 n1=1500/110=13(条 )，余 70mm； 每块条料冲件数 n2=(2000-2.5)/38.5=51(件 ) 材料利用率 =13 51 103.5 36/(1500 2000) = 82.3 %(未考虑结构废料 ) 横裁： 每张钢板裁条数 n1=2000/110=18(条 )，余 20mm； 每块条料冲件数 n2=(1500-2.5)/38.5=38(件 ) 材料利用率 =18 38 103.5 36/(1500 2000) = 85 %(未考虑结构废料 ) 设计计算与说明 裁板优选方式确定 : 横裁时，材料利用率高 折弯线与材料纤维垂直 注意： 折弯线与材料纤维（钢板轧制方向）平行的排样， 容易造成外层（侧）裂纹，尤其 r/t较小时。 采用横裁下料 4、 确定工艺方案及模具工作部分的结构形式 （ 1） 确定基本工序和工序顺序 ： 基本工序： 工艺分析 落料 、 冲孔 、 弯曲 （ 单工序模 ） 或冲孔 、 切口 （ 半落料 ） 、 弯曲 、 切断 （ 级进模 ） 弯曲的实现方式： 10孔不在弯曲变形区 ， 可 在弯曲前冲出 ， 还可作后 续定位用； 2-6孔为保证孔距尺寸 ， 只 能在弯曲后冲 。 所以 工序顺序： 落料 冲 10孔 弯曲 冲 2-6孔 设计计算与说明 设计计算与说明 4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式 （ 2）工序组合与工艺方案（海选 )及模具结构 ： 由于生产是中批量，应进行适当的工序组合。 落料与冲 10孔组合成复合模： 复合模须校核 凸凹模最小壁厚 ： 最小壁厚为（ 36-10） /2=13mm， 查表，允许的最小壁厚为 6.7mm。 大于允许值 ,所以 落料与冲 10孔 可 以组合成复合模 4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式 （ 2）工序组合与工艺方案（海选 )及模具结构 (续 )： 弯曲与冲裁的组合 ,可以得到五种方案 : （一）冲 10孔 与落料 复合 弯外角成 90-弯内角成 90 -冲 2-6孔： 设计计算与说明 设计计算与说明 4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式 （ 2） 工序组合与工艺方案（海选 )及模具结构 (续 )： （二）落料与冲 10孔复合 一次弯四角 冲 2-6孔： 4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式 （ 2） 工序组合与工艺方案（海选 )及模具结构 (续 )： （三）冲 10孔 与落料 复合 在一副模具上先后两次弯 四角 冲 2-6孔： 设计计算与说明 设计计算与说明 4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式 （ 2） 工序组合与工艺方案（海选 )及模具结构 (续 )： （四）冲 10孔 与落料 复合 弯外角成 90 并弯内角 成 45 弯内角成 90 冲 2-6孔： 设计计算与说明 4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式 （ 2） 工序组合与工艺方案（海选 )及模具结构 (续 )： （五）采用级进模 : 冲 10孔 切口 弯外角成 90 同时弯内角成 45 弯内角成 90 冲 2-6孔 切断 4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式 （ 3）方案比较并确定工艺方案 ： 方案比较： 方案一： 单工序模，模具结构简单，制造方便；但工序数 量多，需设备多，效率较低。可用于中小批量生产。 方案二： 比方案一少一道工序；但弯曲部位变形复杂，外 角形状不准确，质量差。 方案三： 工序数量同方案二，且弯曲四角先后进行，其质 量比方案二好，但弯曲凹模须较大的内腔空间，外角直边 较短时可选。 方案四： 基本同方案一，但第一次弯曲校正效果好，弯曲 精度容易保证。适合中批量生产。 方案五： 生产率高，但模具设计、制造复杂。适大批量。 综合考虑，本设计确定采用工艺方案四。 设计计算与说明 设计计算与说明 5、工艺计算 （ 1）确定工序尺寸 ： 该冲压件尺寸形状比较简单，可以一面分析工序，一面直接 在工艺卡片中标注工序尺寸 : (1)冲孔 -落料工序 (2)弯外角并弯内角成 45 (3)弯内角成 90 (4)冲 2-6孔 设计计算与说明 5、工艺计算（续） （ 2）冲压力计算 ： 冲孔 落料工序 : 须计算：冲裁力；（弹性）卸料力；推件力（冲孔废料） 查表：材料剪切强度 =260MPa； 卸料力系数 Kx=0.04; 推件力系数 Kt=0.05; 冲孔凹模腔废料数 n：取凹模刃口高为 8mm， n=8/33 冲孔力： P1=1.3L1t=1.3 10 3 260=31.86(kN) 落料力： P2=1.3L2t=1.3 (2 30+2 97.5+4 (1/4) 6) 3 260=277.68(kN) 冲裁力： P=P1+ P2=309.5(k N) 卸料力： P x=KxP2=0.04 277.68=4.8 (kN) 推件力： Pt=nKtP1=3 0.05 31.86(kN) 总冲压力： P=P+P x+Pt =325.4(kN) 设计计算与说明 5、工艺计算（续） （ 2）冲压力计算 ： 首次弯曲 : 由于采用校正弯曲，而校正 力比弯曲力大得多，故按校正力 计算。 单位校正力（查表） q=60 M Pa 投影面积 A =2 36 (16+24)cos45 =2036.5 校正力 P1=Aq=2036.5 60=122.2（ kN） 5、工艺计算（续） （ 2）冲压力计算 ： 第二次弯曲 : 第二次弯曲按自由弯曲计算。 查表：材料强度极限 b =330 MPa； 安全系数 k =1.3 弯曲力： P2=0.7 kbt2b /(r+t) =0.7 1.3 36 32 330/(4+3)=13.9(kN) 压料力： Py=0.5P2=0.5 13.9=7(kN) 总冲压力： P2=P2+Py=20.9(kN) 设计计算与说明 设计计算与说明 5、工艺计算（续） （ 2）冲压力计算 ： 冲 2-6 孔 : 须计算：冲孔力；（弹性）卸料力；推件力（冲孔废料） 查表：材料剪切强度 =260MPa； 卸料力系数 Kx=0.04; 推件力系数 Kt=0.05; 冲孔凹模腔废料数 n：取凹模刃口高为 8mm， n=8/33 冲孔力： P1=2(1.3L1t)=2 1.3 6 3 260 =38.2(kN) 卸料力： P x=KxP2=0.04 38.2=1.5 (kN) 推件力： Pt=nKtP1=3 0.05 38.2=5.7(kN) 总冲压力： P=P1+P x+Pt =45.4(kN) 设计计算与说明 6、初选冲压设备 根据总冲压力和有关设备资料，选择压力机。 冲孔落料工序 : P=325.4(kN)， 选 JG23-40型 曲柄压力机 首次弯曲工序 : P1=122.2(kN)， 选 JG23-25型 曲柄压力机 第二次弯曲工序 :P2=20.9(kN)， 选 JG23-16型 曲柄压力机 冲 2-6 孔工序 : P=45.4(kN)， 选 JG23-16型 曲柄压力机 (分别为 40、 25、 16 吨 ) 7 、填 写 工 艺 卡 片 设计计算与说明 设计计算与说明 7、填写工艺卡片（续） 设计计算与说明 7、填写工艺卡片（续） 设计计算与说明 7、填写工艺卡片（续） 设计计算与说明 7、填写工艺卡片（续） 设计计算与说明 7、填写工艺卡片（续） 设计计算与说明 7、填写工艺卡片（续） 冲孔落料模具设计 （二）冲孔落料模具设计 1、确定模具结构型式、绘制草图 模具结构型式： 在前面的工艺规程分析拟定 时，已确定为复合模。因零件平整度 无特别的要求，采用倒装式复合模。 卸料方式： 因橡胶作弹性元件安装较方便 卸料力不是很大 推件采用刚性推件装置 导向系统： 选用中间导柱模架 定位系统： 选用沿送料方向的活动挡料销定位 （不削弱凹模刃口附近强度） 导料系统： 送料方向一侧设置两个活动导料销。 采用橡胶作卸料元件 冲孔落料模具设计 绘制草图 (冲 10+0.15孔 +落料 ) 2、 模具设计计算 （ 1） 凸 、 凹模刃口尺寸计算 因零件结构简单 ， 采用分开加工方法制造 ， 须分别计算凸 、 凹 模刃口尺寸 对孔 10+0.15， 其精度为 IT12级 ， 公差 =0.15， 取系数 =0.75， 查表得冲孔间隙 Zmin=0.46， Zmax=0.64 凸模制造公差 p=0.02， 凹模制造公差 d=0.02 (凸 、 凹模刃口制造公差也可按 IT6、 IT7取 ) 公差验算 :p+d=0.04 (Zmin+Zmax)=0.18 凸 、 凹模刃口制造公差满足要求 。 刃口尺寸计算： -冲孔以凸模为基准 ， 间隙取在凹模上 凸模： dp=(dmin+)-p=(10+0.75 0.15)-0.02=10.11-0.02 凹模： dd=(dp+ Zmin) +d =(10.11+0.46)+0.02 =10.57+0.02 冲孔落料模具设计 冲孔落料模具设计 对落料 103.5 36-R3， 其精度为未注公差尺寸 ， 取 IT14级 ， 查表 ， 公差分别为 1 =0.87， 103.5-0.87 2 =0.64， 36-0.64 R3， 取 IT14级 ， 3=0.3， R3-0.3 ， 取系数 =0.5 落料间隙 Zmin=0.46， Zmax=0.64 凸 、 凹模制造公差： 103.5-0.87 p=0.025, d=0.035 36-0.64 ， p=0.02， d=0.03 (凸 、 凹模刃口制造公差也可按 IT6、 IT7取 ) -由于尺寸 103.5、 36为圆弧连接 ， 应取相同制造公差 公差验算： p+d=0.025+0.035=0.06(Zmin+Zmax)=0.18 凸 、 凹模刃口制造公差满足要求 。 刃口尺寸计算： -落料以凹模为基准 ， 间隙取在凸模上 取系数 =0.5 冲孔落料模具设计 对落料 103.5 36-R3， 刃口尺寸计算： -落料以凹模为基准 ,间隙取在凸模上 凹模刃口 (分别对应 尺寸 103.5-0.87 、 36-0.64、 R3-0.3） ： Dd1=(D1max-1)+d1=(103.5-0.5 0.87)+0.035=103.065+0.035 Dd2=(D2max-2)+d2=(36-0.5 0.64)+0.035=35.680+0.035 Dd3=(D3max-3)+d3=(3-0.5 0.3)+0.018=2.850+0.018 因尺寸 R3为半磨损尺寸 ， 其制造公差取 d3=d2/2 。 凸模刃口 (分别对应 尺寸 103.5-0.87 、 36-0.64、 R3-0.3） : Dp1=(Dd1- Zmin)-p1=(103.65-0.46)-0.025=102.605-0.025 Dp2=(Dd2- Zmin)-p2=(35.68-0.46)-0.025=35.220-0.025 Dp3=(Dd3- Zmin)-p3=(2.85-0.46)-0.012=2.390-0.012 冲孔落料模具设计 2、 模具设计计算 （ 续 ） （ 2） 压力中心计算 0=S11+S22+ +Snn)/(S1+S2+ +Sn)=Sii/Si 0=S11+S22+ +Snn)/(S1+S2+ +Sn)=Sii/Si 因零件结构简单 、 对称 ,压力中心在 冲孔 、 落料件的几何中心上 ， 不必计算 。 不对称时 ， 必须进行压力中心坐标计算 。 2、 模具设计计算 （ 续 ） （ 3） 橡胶板设计计算 1） 工作行程压缩量 h=h1+t+h2+h3=1+3+1+5=10 (mm) 2） 橡胶板厚度 H=h/（ 0.250.35） =10/（ 0.250.35） =40 29, 取 H=35mm。 冲孔落料模具设计 h1 凸模滞后量 h2 闭合时凸模进 入凹模腔深度 h3 凸模修模量 冲孔落料模具设计 （ 3） 橡胶板设计计算 (续 ) 3） 橡胶板安装高度 H1=(0.85 0.9） H=29.531.5(mm)， 取 H1=30 (mm) 预压缩量近似为 15%。 4） 橡胶板承压面积 A=Px/q A=11.1 103 /0.5 =22200 (mm2) 橡胶板外形尺寸待凹模轮廓尺寸设计后确定 。 Px 卸料力 , 工艺计算时已得 q-橡胶板单位压力 查表 , 得 q= 0.5MPa 3、 模具零件设计及标准件选用 （ 1） 冲孔凸模设计 1） 压应力校核 选用材料 Cr12MoV, 已知： P1=31.86kN -冲孔力 =9811569MPa -许用压应力 p=P1/A=31.86 103 /(102 /4)=405.6 ， 故 需 加垫板 。 式中： P1 冲孔力； Pt 推件力； A 凸模与上模座接触面积 。 冲孔落料模具设计 （ 3） 垫板 、 固定板 、 螺钉等零件选择 (续 ) 2） 查表或根据凹模轮廓尺寸与所定模具型式 （ 选 用典型组合时要与设计一致 ） ， 得到有关零件规 格如下： 垫板 200 160 8 GB2858.3-81 固定板 200 160 20 GB2858.2-81, 包括凸模固定板 、 凸凹模固定板 。 厚度暂取与前面相同 （ 取为 20mm） 。 卸料板 200 160 14 GB2858.2-81 取：螺钉 M12；定位销直径 12mm；卸料螺钉直径 12mm， 螺纹部分为 M10。 冲孔落料模具设计 （ 4） 凸凹模设计 为方便固定 ， 凸凹模采用阶梯式结构 凸凹模壁厚验算： 最小壁厚 =（ 36-10） /2=13 6.7(容许值 , 查表 ) 高度 H=h1+h2+h3-1=20+30+14-1=63（ mm） 冲孔落料模具设计 (5)导料销 、 挡料销 由于采用倒装式复合模 ， 导料销 、 挡料销装在弹性卸料板上 。 选用橡胶垫弹顶挡料销 ， 尺寸为 d=6mm， L=18mm。 冲孔落料模具设计 （ 6） 卸料橡胶板 取橡胶板每边比卸料板尺寸小 5mm， 得橡胶板轮廓尺 寸为： 190 150。 橡胶板中间开有 110 40孔用于穿过凸凹模及 4个 14 卸料螺钉孔 。 橡胶板实际 承压面积 为 A=190 150 110 40 4 (/4) 142 =23484（ mm2） 22200（ mm2） 满足承压要求 。 橡胶板尺寸为： 190 150 35 冲孔落料模具设计 （ 7） 上 、 下模座 ， 导柱 、 导套选择 根据下模工作部分轮廓尺寸 200 160， 查表 （ 结合有关国 家标准 GB/T2855.10-90） 得 上模座 200 160 40 GB/T 2855.9-90 下模座 200 160 45 GB/T 2855.10-90 闭合高度 H 180220mm 下模座轮廓尺寸 345 233 导柱 A28h5 170 A32h5 170 GB/T2861.1-90 导套 A28H6 100 38 A32H6 100 38 GB/T2861.6-90 冲孔落料模具设计 （ 8）模柄 为了方便在上模座内安装推板 ， 选用凸缘式模柄 。 根据压力机滑块孔径 50、 深 70， 查表 ， 选 C型模柄 ， d=50、 D=100。 （ 9） 推杆 、 推板 、 打杆 推杆：根据垫板厚 、 凸模固定板厚 、 凹模厚及推件块厚度 ， 确定推杆长为 50mm， 查表 ， 取 d=8。 标记 顶杆 8 50 GB2867.3-81 推板：根据落料件形状 、 尺寸 ， 查表 ， 选 B型 ， 取 L=80， b=12。 标记 B80 GB2867.4-81 打杆：选无肩打杆。根据模柄高度、上模座厚度， 查表，取 d=16， L=110。 冲孔落料模具设计 （ 10） 卸料螺钉长 L=凸凹模高 +0.5-卸料板厚 +下模座厚 -卸料螺钉孔深 =63+0.5-14+45-22=72.5(mm) 查表 ， 取 L=70， 则卸料螺钉孔深为 24.5mm。 冲孔落料模具设计 4、 计算模具闭合高度 H=(上模座厚 +垫板厚 +凸模长 )-1+(凸凹模高 +下模座厚 ) =40+8+45-1+63+45=200(mm) 所选模架闭合高度为 180220， 满足要求 。 冲孔落料模具设计 5、 绘制装配图 根据以上设计计算和模具简图 ， 取 1 3比例 （ 最好是 1 1） 绘制装配图 。 冲孔落料模具设计 6、 画凸凹模 、 凹模 、 卸料板零件图 凸凹模 冲孔落料模具设计 凹模 冲孔落料模具设计 卸料板 冲孔落料模具设计 7、压力机校核 校核内容 压力机参数 模具参数 结论 行程 80mm 要求 5mm 满足 闭合高度 Hmax=300 Hmin-H1+10H Hmin=220垫板厚 H1=80 H=200mmHmax- H1-5 满足条件 工作台尺寸 630 420 下模座轮廓尺寸为 345 233 满足 安装孔 滑块孔径 50，深 70 模柄外径 50，高 60 满足安装 谢 谢！